Отопление биогазом — история
Биогаз — что это
От каких факторов зависит выход биогаза с более высоким содержанием метана
Биогазовые установки
Биогазовая установка собственными руками
Форма биореактора
Место размещения биореактора
Оснащение биореактора
Теплоизоляция биореактора
выгрузка и Загрузка органического субстрата
Как собирать биогаз
Газовый фильтр
клапаны и Запорная арматура
Механическое перемешивание
Обогрев органического субстрата в биореакторе
Газгольдеры для сбора биогаза
В данной статье: история применения биогаза; из каких газов состоит биогаз; как повысить содержание метана в биогазе; температурные режимы при получении биогаза из органического субстрата; типы биогазовых установок; место и форма размещения биореактора, и ряд других ответственных моментов в разработке биореакторной установки собственными руками.
-
Отопление биогазом — история
-
Биогаз — что это
-
От каких факторов зависит выход биогаза с более высоким содержанием метана
-
Биогазовые установки
-
Биогазовая установка собственными руками
-
Форма биореактора
-
Место размещения биореактора
-
Оснащение биореактора
-
Теплоизоляция биореактора
-
выгрузка и Загрузка органического субстрата
-
Как собирать биогаз
-
Газовый фильтр
-
клапаны и Запорная арматура
-
Механическое перемешивание
-
Обогрев органического субстрата в биореакторе
-
Газгольдеры для сбора биогаза
Среди серьёзных составляющих нашей жизни громадное значение имеют источники энергии, цены на каковые растут чуть ли не каждый месяц. Любой зимний сезон пробивает брешь в домашних бюджетах, заставляя нести затраты на отопление, соответственно, на горючее для печей и отопительных котлов.
А как быть, поскольку электричество, газ, уголь либо дрова стоят денег и чем более удалены отечественные жилища от больших энергетических магистралей, тем дороже обойдется отопление… В это же время другое отопление, не зависимое от каких-либо тарифов и поставщиков, возможно выстроить на биогазе, добыча которого не требует ни геологоразведки, ни бурения скважин, ни дорогостоящего насосного оборудования. Биогаз возможно взять в фактически домашних условиях, понеся наряду с этим минимальные, скоро окупаемые затраты — солидную часть ответов по этому вопросу содержит эта статья.
Отопление биогазом — история Интерес к горючему газу, образующемуся на болотах в теплый сезон года, появился еще у отечественных далеких предков — передовые культуры Индии, Китая, Персии и Ассирии экспериментировали с биогазом более чем 3 тысячелетий назад. В те же древние времена в родоплеменной Европе швабы-алеманны увидели, что выделяемый на болотах газ превосходно горит — они применяли его в отоплении помещения собственных хижин, подводя к ним газ по кожаным трубам и сжигая в очагах.
Швабы вычисляли биогаз «дыханием драконов», каковые, согласно их точке зрения, жили в болотах. Спустя тысячелетия и века, биогаз пережил второе собственный открытие — в 17-18 столетиях сходу два европейских ученых обратили на него внимание.
Узнаваемый химик собственного времени Ян Баптиста ван Гельмонт установил, что при разложении любой биомассы образуется горючий газ, а прославленный химик и физик Алессандро Вольта установил прямую зависимость между числом биомассы, в которой идут процессы разложения, и числом выделяемого биогаза. В 1804 году британский химик Джон Дальтон открыл формулу метана, а четырьмя годами позднее британец Гемфри Дэви нашёл его в составе болотного газа.
Слева: Ян Баптиста ван Гельмонт.
Справа: Алессандро Вольта Интерес к практическому применению биогаза появился с развитием газового освещения улиц — в конце 19-го века улицы одного района британский город Эксетера освещались газом, взятым из коллектора со сточными водами. В 20-м веке потребность в энергоносителях, позванная Второй мировой войны войной, заставила европейцев искать экологически чистые источники энергии.
Биогазовые установки, в которых газ вырабатывался из навоза, распространились в Франции и Германии, частично в Восточной Европе. Но по окончании победы государств антигитлеровской коалиции о биогазе забыли — электричество, нефтепродукты и природный газ всецело покрыли потребности населения и производств. В СССР разработка получения биогаза рассматривалась по большей части с отвлечённой точки зрения и не считалась какое количество-нибудь востребованной.
Сейчас отношение к экологически чистым источникам энергии быстро изменилось — они стали занимательны, потому, что цена привычных источников энергии возрастает с каждым годом. По собственной сути биогаз — настоящий метод уйти от расходов и тарифов на хорошие источники энергии, взять собственный личный источник горючего, причем на каждые цели и в достаточном количестве.
Громаднейшее количество биогазовых установок создано и эксплуатируется в Китае: 40 миллионов установок средней и малой мощности, количество создаваемого метана — около 27 млрд. м3 за год. Биогаз — что это Это газовая смесь, состоящая преимущественно из метана (содержание от 50 до 85%), углекислого газа (содержание от 15 до 50%) и других газов в значительно меньшем процентном содержании.
Биогаз создают команда из трех видов бактерий, питающихся биомассой — гидролизные бактерии, создающие пищу для кислотообразующих бактерий, каковые со своей стороны снабжают пищей метанобразующие бактерии, формирующие биогаз. Ферментация исходного органического материала (к примеру, навоза), продуктом которой и будет биогаз, проходит без доступа внешней атмосферы и именуется анаэробной.
Второй продукт таковой ферментации, именуемый компостным перегноем, прекрасно известен сельским обитателям, использующим его для огородов и удобрения полей, а вот создаваемые в компостных кучах тепловая энергия и биогаз в большинстве случаев не употребляются — и зря! От каких факторов зависит выход биогаза с более высоким содержанием метана В первую очередь — от температуры.
Активность бактерий, ферментирующих органику, тем выше, чем выше температура окружающей их среды, при минусовых температурах ферментация замедляется либо заканчивается всецело. По данной причине выработка биогаза более всего распространена в Азии и странах Африки, расположенных тропиках и субтропиках.
В климате России полный переход и получение биогаза на него, как на другой горючее, потребует введение и теплоизоляцию биореактора горячей воды в массу органики, в то время, когда температура внешней атмосферы опускается ниже нулевой отметки. Органический материал, закладываемый в биореактор, должен быть биологически разлагаемым, требуется вводить в него большое количество воды — до 90% от массы органики.
Ответственным моментом будет нейтральность органической среды, отсутствие в ее составе компонентов, мешающих формированию бактерий, наподобие чистящих и моющих веществ, любых антибиотиков. Биогаз возможно взять из фактически любых отходов хозяйственного и растительного происхождения, сточных вод, навоза и т.д.
Процесс анаэробной ферментации органики оптимальнеепроходит, в то время, когда значение кислотно-щелочного баланса находится в диапазоне 6,8-8,0 — громадная кислотность замедлит формирование биогаза, т.к. бактерии будут заняты производством и потреблением кислот углекислого газа, нейтрализующего кислотность. Соотношение углерода и азота в биореакторе нужно вычислить, как 1 к 30 — в этом случае бактерии возьмут нужное им количество углекислого газа, а содержание метана в биогаза будет наивысшим.
Лучший выход биогаза с высоким содержанием метана достигается, в случае если температура в ферментируемой органике находится в диапазоне 32-35 °С, при более низких и более больших значениях температуры в биогазе возрастает содержание двуокиси углерода, его уровень качества падает. Бактерии, создающие метан, подразделяются на три группы: психрофильные, действенны при температурах от +5 до +20 °С; мезофильные, их температурный режим от +30 до +42 °С; термофильные, трудящиеся в режиме от +54 до +56 °С.
Для потребителя биогаза громаднейший интерес воображают мезофильные и термофильные бактерии, ферментирующие органику при большем выходе газа. Мезофильная ферментация менее чувствительная к трансформациям температурного режима на несколько градусов от оптимального диапазона температур, требует меньших затрат энергии на обогрев органического материала в биореакторе.
Ее минусы, если сравнивать с термофильной ферментацией, в меньшем выходе газа, громадным сроком полной переработки органического субстрата (около 25 дней), разложенный в следствии органический материал может содержать вредоносную флору, т.к. низкая температура в биореакторе не снабжает 100% стерильности. поддержание и Подъём внутриреакторной температуры на уровне, приемлемом для термофильных бактерий, обеспечит громаднейший выход биогаза, полная ферментация органики пройдет за 12 дней, продукты разложения органического субстрата всецело стерильны.
Отрицательные характеристики: смена температурного режима на 2 градуса за пределы приемлемого для термофильных бактерий диапазона понизит выход газа; высокая потребность в обогреве, как следствие — большие затраты источников энергии. Содержимое биореактора нужно промешивать с периодичностью 2 раза за сутки, в противном случае на его поверхности образуется корка, создающая преграду для биогаза.
Кроме ее устранения промешивание разрешает выровнять уровень и температуру кислотности в органической массы. В биореакторах постоянного цикла работы громаднейший выход биогаза происходит при одновременной выгрузке органики, прошедшей ферментацию и загрузке количества новой органики числом, равном выгружаемому количеству. В биореакторы маленького количества из тех, что в большинстве случаев применяют в дачных хозяйствах, раз в день требуется извлечь и ввести органики в количестве, приблизительно равном 5% от внутреннего количества камеры ферментации. Выход биогаза зависит от типа органического субстрата, закладываемого в биореактор (ниже приведены средние эти на кг веса сухого субстрата):
-
навоз конский дает 0,27 м3 биогаза, содержание метана 57% ;
-
навоз КРС (крупного скота ) дает 0,3 м3 биогаза, содержание метана 65%;
-
свежий навоз КРС дает 0,05 м3 биогаза с 68% содержанием метана;
-
куриный помет — 0,5 м3, содержание метана в нем составит 60%;
-
свиной навоз — 0,57 м3, часть метана составит 70%;
-
овечий навоз — 0,6 м3 с содержанием метана 70%;
-
солома пшеницы — 0,27 м3, с 58% содержанием метана;
-
солома кукурузы — 0,45 м3, содержание метана 58%;
-
трава — 0,55 м3, с 70% содержанием метана;
-
древесная листва — 0,27 м3, часть метана 58%;
-
жир — 1,3 м3, содержание метана 88%.
Биогазовые установки Эти устройства складываются из следующих главных элементов — реактор, бункер загрузки органики, отвод биогаза, бункер выгрузки ферментированной органики. По типу конструкции биогазовые установки бывают следующих типов:
-
без обогрева и без промешивания ферментируемой органики в реакторе;
-
без обогрева, но с промешиванием органической массы;
-
с промешиванием и обогревом;
-
с обогревом, с промешиванием и с устройствам, разрешающими осуществлять контроль и руководить процесс ферментации.
Биогазовая установка первого типа подходит для маленького хозяйства и запланирована на психрофильные бактерии: внутренний количество биореактора 1-10 м3 (переработка 50-200 кг навоза за день), минимальная комплектация, полученный биогаз не хранится — сходу поступает к потребляющим его бытовым устройствам. Такую установку возможно применять лишь в южных районах, она запланирована на внутреннюю температуру 5-20 °С.
Удаление ферментированной (сброженной) органики производится в один момент с загрузкой новой партии, отгрузка выполняется в емкость, количество которой должен быть равным либо больше внутреннего количества биореактора. Содержимое емкости храниться в ней до введения в удобряемую землю.
Конструкция второго типа кроме этого запланирована на маленькое хозяйство, ее производительность немного выше биогазовых установок первого типа — в ее оснащение входит перемешивающее устройство с ручным либо механическим приводом. Третий тип биогазовых установок оснащен кроме промешивающего устройства принудительным обогревом биореактора, водогрейный котел наряду с этим трудится на другом горючем, создаваемом биогазовой установкой.
Выработкой метана в таких установках занимаются мезофильные и термофильные бактерии, в зависимости от уровня температуры и интенсивности обогрева в реакторе. Последний тип биогазовых установок самый сложен и запланирован на нескольких потребителей биогаза, в конструкцию установок вводятся электроконтактный манометр, предохранительный клапан, водогрейный котел, компрессор (пневматическое промешивание органики), ресивер, газгольдер, газовый редуктор, отвод для загрузки биогаза в транспорт.
Эти установки трудятся непрерывно, допускают установку любого из трех температурных режимов благодаря совершенно верно настраиваемому обогреву, отбор биогаза выполняется в автоматическом режиме. Биогазовая установка собственными руками Теплотворность биогаза, произведенного в биогазовых установках, приблизительно равна 5 500 ккал/м3, что немногим ниже калорийности газа (7 000 ккал/м3).
Для отопления 50 м2 жилого дома и применения газовой плиты с четырьмя конфорками в течение часа потребуется в среднем 4 м3 биогаза. Предлагаемые на рынке России промышленные установки по производству биогаза стоят от 200 000 руб. — при их снаружи большой стоимости необходимо подчеркнуть, что эти установки совершенно верно вычислены по количеству загружаемого органического субстрата и на них распространяются гарантии производителей.
В случае если же вы предпочитаете создать биогазовую установку самостоятельно, то предстоящая информация — для вас! Форма биореактора Наилучшая форма для него будет круглой (яйцеобразной), но соорудить таковой реактор очень сложно. Более легким для конструирования будет биореактор цилиндрической формы, верхняя и нижняя части которого выполнены в виде конуса либо полукруга.
Реакторы квадратной либо прямоугольной формы из кирпича либо бетона будут малоэффективны, т.к. по углам в них со временем образуются трещины, вызванные давлением субстрата, в углах будут накапливаться затвердевшие фрагменты органики, мешающие процессу ферментации. Металлические емкости биореакторов герметичны, устойчивы к большому давлению, их не так сложно выстроить. Их минус — в не сильный устойчивости к ржавчине, требуется нанесение на внутренние стены защитного покрытия, например, смолы.
Снаружи поверхности металлического биореактора нужно шепетильно зачистить и окрасить в два слоя. Емкости биореакторов из бетона, кирпича либо камня нужно самым тщательным образом покрыть изнутри слоем смолы, талантливым обеспечить их действенную водо- и газонепроницаемость, выдерживать температуру порядка 60 °С, агрессию органических кислот и сероводорода.
Кроме смолы для защиты внутренних поверхностей реактора возможно применять парафин, разведённый 4% моторного масла (нового) либо керосина и разогретый до 120-150 °С — поверхности биореактора перед нанесением на них парафинового слоя нужно прогреть горелкой. При создании биореактора возможно воспользоваться не подверженными ржавчине емкостями из пластика, но лишь из твёрдого пластика с достаточно прочными стенками.
Мягкий пластик возможно применять лишь в теплый сезон, т.к. с наступлением холодов на нем будет сложно закрепить утеплитель, к тому же стены его не хватает прочны. Пластиковые биореакторы возможно использовать лишь для психрофильной ферментации органики. Место размещения биореактора Его размещение планируют в зависимости от свободного места на данном участке, достаточного удаления от жилых построек, удаленности от места размещения отходов, от мест размещения животных и т.д.
Планирование наземного, всецело либо частично загружённого в почву биореактора зависит от уровня грунтовых вод, вывода и удобства ввода органического субстрата в емкость реактора. Оптимальным будет размещение корпуса реактора ниже уровня почвы — достигается экономия на оборудовании для введения органического субстрата в емкость реактора, значительно повышается теплоизоляция, для обеспечения которой возможно применить недорогие материалы (солому, глину).
Оснащение биореактора Емкость реактора требуется оборудовать люком, благодаря которому возможно делать ремонтные и меры по профилактике. Между крышкой и корпусом биореактора люка нужно проложить резиновую прокладку либо слой герметика. Необязательным, но очень эргономичным будет оснащение биореактора датчиком температуры, уровня и внутреннего давления органического субстрата.
Теплоизоляция биореактора Ее отсутствие не разрешит эксплуатировать биогазовую установку круглый год, только в теплое его время. Для утепления заглубленного либо полузаглубленного биореактора употребляется глина, солома, шлак и сухой навоз. Укладка утеплителя выполняется слоями — при установке заглубленного реактора котлован перекрывается слоем пвх-пленки, мешающей прямому контакту теплоизоляционного материала с землёй.
До установки биореактора на дно котлована с уложенной пвх-пленкой насыпается солома, поверх нее слой глины, после этого выставляется биореактор. Затем все свободные участки между емкостью реактора и проложенным пвх-пленкой котлованом засыпаются соломой фактически до торца емкости, поверх, 300 мм слоем засыпается слой глины вперемешку со шлаком.
выгрузка и Загрузка органического субстрата Диаметр труб загрузки в выгрузки и биореактор из него должен быть не меньше 300 мм, в противном случае они забьются. Каждую из этих труб в целях сохранениях анаэробных условий в реактора направляться оснастить винтовыми либо полуоборотными задвижками. Количество бункера для подачи органики, в зависимости от тира биогазовой установки, должен быть равным дневному количеству вводимого сырья.
Бункер подачи направляться находиться на солнечной стороне биореактора, т.к. это будет содействовать увеличению температуры во вводимом органическом субстрате, ускоряя процессы ферментации. В случае если же биогазовая установка связана конкретно с фермой, то бункер направляться разместить под ее строением так, дабы органический субстрат поступал в него под действием сил гравитации.
выгрузки и Трубопроводы загрузки органического субстрата направляться расположить по противоположным сторонам биореактора — в этом случае вводимое сырье будет распределено равномерно, а ферментированная органика будет легко извлекаться под действием гравитационных массы и сил свежего субстрата. Отверстия и монтаж трубопровода под выгрузку и загрузку органики направляться выполнить до монтажа биореактора на место установки и до размещения на нем слоев теплоизоляции.
Герметичность внутреннего количества биореактора достигается тем, что выгрузки труб субстрата и вводы загрузки расположены под острым углом, наряду с этим уровень жидкости в реактора выше точек ввода труб — гидравлический затвор блокирует доступ воздуха. вывод и Ввод нового прошедшего ферментацию органического материала несложнее всего проводить по принципу перелива, т.е. подъем уровня органики в реактора при вводе новой порции выведет через трубу выгрузки субстрат в количестве, равном количеству вводимого материала.
В случае если нужна стремительная загрузка органики, а эффективность ввода материала самотеком низка из-за недочётов рельефа, потребуется установка насосов. Способов установка насоса два: сухая, при которой насос устанавливается вовнутрь загрузочной трубы и органика, поступая к насосу по вертикальной трубе, прокачивается им; мокрая, при которой насос установлен в бункер загрузки, его привод осуществляется мотором, кроме этого установленном в бункер (в непроницаемом корпусе) или через вал, мотор наряду с этим установлен вне бункера.
Как собирать биогаз Эта совокупность включает в себя газовый трубопровод, распределяющий газ по потребителям, запорную арматуру, емкости для сбора конденсата, предохранительный клапан, ресивер, компрессор, газовый фильтр, приборы и газгольдер потребления газа. Монтаж совокупности выполняется только по окончании полной установки биореактора в месте размещения.
Вывод для сбора биогаза выполняется в самая высшей точке реактора, к нему последовательно подключаются — герметичная емкость для сбора конденсата, водяной и предохранительный клапан затвор (емкость с водой, ввод газопровода в которую выполнен ниже уровня воды, вывод — выше. Трубу газопровода перед водяным затвором направляться изогнуть, дабы вода не проникала в реактор), что не разрешит двигаться газу в обратном направлении.
Биогазовая установка Park Spark («Искра парка»).
Биогаз приобретаемый из собачих фекалий поступает в стоящий рядом ретро-светильник и освещает парк. Образованный на протяжении ферментации органического субстрата биогаз содержит в себе большое количество паров воды, образующих конденсат по стенкам газопровода и, в некоторых случаях, блокирующих поступление газа к потребителям.
Потому, что выстроить газопровод так, дабы по всей его длине существовал уклон по направлению к реактору, куда бы стекал конденсат, в каждом его низком участке требуется установить водяные затворы в виде емкостей с водой. На протяжении работы биогазовой установки иногда требуется удалять из них часть воды, в противном случае ее уровень всецело перекроет поступление газа.
Газопровод должен быть выстроен трубами одного диаметра и одного типа, все элементы и клапаны совокупности кроме этого должны иметь одинаковый диаметр. Металлические трубы диаметром от 12 до 18 мм применимы для биогазовых установок малой и средней мощности, расход биогаза, поступающего по трубам этих диаметров, не должен быть выше одного м3 в час (при расходе 0,5 м3/ч не допускается применение труб диаметром 12 мм на длину более чем 60 м).
Это же условие действует при применении в газопроводе пластиковых труб, помимо этого, эти трубы нужно закладывать ниже уровня почвы на 250 мм глубину, т.к. образующих их пластик чувствителен к солнечному свету и теряет под действием солнечной радиации прочность. При прокладке газопровода требуется самым тщательным образом убедиться в газонепроницаемости и отсутствии протечек в местах соединений — проверка выполняется мыльным раствором.
Газовый фильтр В биогазе содержится маленькое количество сероводорода, соединение которого с водой формирует кислоту, деятельно коррозирующую металл — по данной причине не фильтрованный биогаз нельзя использовать для двигателей внутреннего сгорания. В это же время удалить сероводород из газа возможно несложным фильтром — 300 мм отрезком газовой трубы, наполненным сухой смесью железной и древесной стружки.
Через любой 2 000 м3 биогаза, пройденного через таковой фильтр, нужно извл