Биогазовая установка для частного дома своими руками: изучаем подробно

Биогазовая установка для частного дома своими руками: изучаем подробно

Биогазовая установка для частного дома своими руками: изучаем подробно
0
9
01.03.2020

Состав и качество биогаза

50—87 % метана, 13—50 % CO2, незначительные примеси H2 и H2S.
После очистки биогаза от СО2 получается биометан. Биометан — полный аналог природного газа, отличие только в происхождении.

Поскольку только метан поставляет энергию из биогаза, целесообразно, для описания качества газа, выхода газа и количества газа все относить к метану, с его нормируемыми показателями. Объём газов зависит от температуры и давления. Высокие температуры приводят к расширению газа и к уменьшаемому вместе с объёмом уровню калорийности и наоборот. Кроме того при возрастании влажности калорийность газа также снижается. Чтобы выходы газа можно было сравнить между собой, необходимо их соотносить с нормальным состоянием (температура 0 °C, атмосферное давление 1,01325 bar, относительная влажность газа 0%). В целом данные о производстве газа выражают в литрах (л) или кубических метрах (м³) метана на 1 кг органического сухого вещества (ОСВ), это намного точнее и красноречивее, нежели данные в м³ биогаза в м³ свежего субстрата.

Домашняя биогазовая станция

Если обладатели установки хотят, чтобы она каждые сутки приносила по 0,7-0,9 м3 биогаза (вполне хватит на приготовления пищи для двух человек), то поступать нужно следующим образом.

  1. Загрузить камеру брожения объемом 1 м3 мелконарезанными и разведенными в воде органическими отходами (напомню – фруктовые и овощные очистки) в весовых соотношениях 1 : 10 – 1 : 5.
  2. Герметично закрыть ее и обеспечить подачу постоянной температуры от +25 до +30оС.

Для поддержания в камере постоянной температуры, через нее необходимо пропустить змеевик с горячей водой, прогреваемой посредством газа, вырабатываемого этой же установкой. На линии газопровода нужно установить два крана: один у газовой плиты, другой – на выходе из реактора.

На заметку: а вот наш смекалистый сельский народ уже давно задумывается, а некоторые и воплотили в жизнь, получение газа для отопления дома из собственных каловых масс — то бишь совмещают септик с биогазовой установкой. Если хорошо порыться в интернете, можно схемы даже найти.

Газосборник либо газгольдер – второй по значимости, после бродильни, элемент биогазовой установки. Он представляет из себя два стальных сосуда (один из которых перевернут вверх дном), беспрепятственно входящих друг в друга. Во внешний сосуд заливается вода, образуя гидравлический затвор для биогаза, поступающего в полость перевернутого сосуда. Кольцевой зазор между стенками сосудов примерно 50 мм. Объединить оба резервуара можно при помощи трубок диаметром ½ дюйма. Такой же газопровод забирает газ из перевернутого сосуда и доставляет метан к обычной газовой плите. Снаружи газгольдер рекомендуется обложить утепленным шатром.

А что делать зимой?

Зимой эта биогазовая станция может работать только в самых южных районах страны. Потому как в условиях севера в это время обогрев для поддержания брожения потребует немного больше газа, чем она сможет выработать.

Принципиальная схема биогазовой установки работающей на навозе

Но зимнее время можно использовать с пользой — для сбора и загрузки камеры сухой биомассой. Тогда при наступлении теплого сезона вам не придется терять время на запуск установки – вы заполните реактор водой либо навозной жижей, и через три-четыре дня вы начнете получать биогаз в домашних условиях. Представляете сколько мы с вами этой биогазовой станцией «убили зайцев».

Ну, вот вроде бы и все, что хотел вам рассказать о добываемом биогазе в домашних условиях. Не говорите только никому. Иначе останетесь без отходов (шучу). На этом пока все, до новых статей.

Общие принципы

Биогаз — продукт, который получается при разложении органических веществ. В процессе гниения/брожения выделяются газы, собрав которые, можно обеспечить нужды собственного хозяйства. Оборудование, в котором происходит данный процесс называю «биогазовая установка».

В некоторых случаях выход газа чрезмерный, тогда его запасают в газгольдерах — для использования в период его недостаточного количества. При грамотной организации процесса газа может быть слишком много, тогда его излишки можно продавать. Еще один источник дохода — перебродившие остатки. Это высокоэффективное и безопасное удобрение — в процессе сбраживания погибает большинство микроорганизмов, семена растений теряют свою всхожесть, яйца паразитов становятся нежизнеспособными. Вывоз на поля таких удобрений положительно влияет на урожайность.

Условия для выработки газа

Процесс образования биогаза происходит за счет жизнедеятельности разного рода бактерий, которые содержатся в самих отходах. Но для того чтобы они активно «работали» необходимо им создать определенные условия: влажность и температуру. Для их создания строятся биогазовая установка. Это комплекс устройств, основа которого — биореактор, в котором и происходит разложение отходов, который сопровождается газообразованием.

Организация цикла переработки навоза и растительных отходов в биогаз

Различают три режима переработки навоза в биогаз:

  • Психофильный режим. Температура в биогазовой установке от +5°C до +20°C. При таких условиях процесс разложения идет медленно,газа образуется намного, его качество низкое.
  • Мезофильный. На этот режим установка выходит при температуре от +30°C до +40°C. В этом случае активно размножаются мезофильные бактерии. Газа при этом образуется больше, процесс переработки занимает меньше времени — от 10 до 20 дней.
  • Термофильный. Эти бактерии размножаются при температуре от +50°C. Процесс идет быстрее всего (3-5 дней), выход газа — самый большой (при идеальных условиях с 1 кг завоза можно получить до 4,5 литров газа). Большинство справочных таблиц по выходу газа от переработки даны именно для этого режима, так что при использовании других режимов стоит делать корректировку в меньшую сторону.

Сложнее всего в биогазовых установках реализуется термофильный режим. Тут требуется качественная теплоизоляция биогазовой установки, подогрев и система контроля за температурой. Зато на выходе получаем максимальное количество биогаза. Еще одна особенность термофильной переработки — невозможность дозагрузки. Остальные два режима — психофильный и мезофильный — позволяют ежедневно добавлять свежую порцию подготовленного сырья. Но, при термофильном режиме, малый срок переработки позволяет разделить биореактор на зоны, в которых будет перерабатываться своя доля сырья с разными сроками загрузки.

Интересное  Мониторинг атмосферного воздуха: суть, методы организации, системы

Реактор с ручной загрузкой без перемешивания

Это наиболее простая установка для дома, объем которой может составлять от 1 до 10 кубических метров. Она способна переработать до 200 кг навоза в сутки.

Вариант с ручной загрузкой

Состоит она из минимального количества частей:

  • Бункер для свежего сырья.
  • Реактор.
  • Устройство отбора биогаза.
  • Емкость выгрузки сбродившего сырья.

Такая установка может быть использована для южных районов, поскольку она работает без перемешивания и подогрева, а также предназначена для функционирования в психофильном режиме. Использованное сырье удаляется из реактора через трубу выгрузки в период загрузки очередной порции навоза. Это происходит за счет давления биогаза в реакторе.

При изготовлении подобной конструкции своими руками рекомендуется соблюдать следующую последовательность:

  • После расчета суточного объема навоза и выбора реактора нужного размера необходимо определить расположение будущей конструкции, а также заготовить материалы для установки.
  • Затем нужно соорудить загрузочную и выгрузочную трубу, а также сделать котлован для установки.
  • После монтажа реактора в котлован необходимо установить загрузочный бункер и газоотвод, а также крышку люка.
  • Проверить конструкцию на герметичность, покрасить ее и теплоизолировать.
  • Запустить в эксплуатацию.

Конструкция с ручной загрузкой, подогревом и перемешиванием

Биогазовую установку можно соорудить с ручной загрузкой сырья и его периодическим перемешиванием. При этом она не потребует от владельца больших финансовых вложений. Конструкция подойдет для небольшого фермерского хозяйства, так как ее мощность — это переработка до 200 кг навоза в сутки. Чертежи такой установки сходны с чертежами предыдущего варианта, а сделать их можно, обратившись к специалисту.

Данная установка может работать в мезофильном и термофильном режимах

Для стабильного и максимально интенсивного процесса сбраживания монтируется специальная система подогрева реактора. Биогазовая установка может работать в двух режимах. Реактор подогревается с помощью водогрейного котла, работающего на получаемом биогазе. Остальной биогаз может применяться для работы бытовых приборов.

Переработанное сырье хранится в специальной емкости до внесения в почву или используется в качестве питательной среды для калифорнийских червей.

Установка с газгольдером, пневматической загрузкой, подогревом и перемешиванием сырья

Подобная установка предназначена для небольших и средних хозяйств с переработкой в биогаз до 1,5 тонн навоза в сутки. Подогрев сырья происходит за счет теплообменника с водонагревательным котлом, который работает на полученном газе. Трубопровод выгрузки массы оснащен специальным разветвлением для сбора биоудобрения в хранилище и для погрузки в транспортные средства с последующим вывозом на поля.

Конструкция такой самодельной установки подразумевает пневматическую загрузку навоза в реактор, а также перемешивание биогазом, отбор которого осуществляется автоматически. Биогаз хранится в специальном отсеке — газгольдере.

Сырьё для получения

Перечень органических отходов, пригодных для производства биогаза: навоз, птичий помёт, зерновая и мелассная послеспиртовая барда, пивная дробина, свекольный жом, фекальные осадки, отходы рыбного и забойного цеха (кровь, жир, кишки, каныга), трава, бытовые отходы, отходы молокозаводов — соленая и сладкая молочная сыворотка, отходы производства биодизеля — технический глицерин от производства биодизеля из рапса, отходы от производства соков — жом фруктовый, ягодный, овощной, виноградная выжимка, водоросли, отходы производства крахмала и патоки — мезга и сироп, отходы переработки картофеля, производства чипсов — очистки, шкурки, гнилые клубни, кофейная пульпа.

Кроме отходов биогаз можно производить из специально выращенных энергетических культур, например, из силосной кукурузы или сильфия, а также водорослей. Выход газа может достигать до 300 м³ из 1 тонны.

Выход биогаза зависит от содержания сухого вещества и вида используемого сырья. Из тонны навоза крупного рогатого скота получается 50—65 м³ биогаза с содержанием метана 60 %, 150—500 м³ биогаза из различных видов растений с содержанием метана до 70 %. Максимальное количество биогаза — это 1300 м³ с содержанием метана до 87 % — можно получить из жира.

Различают теоретический (физически возможный) и технически-реализуемый выход газа. В 1950-70-х годах технически возможный выход газа составлял всего 20-30 % от теоретического. Сегодня применение энзимов, бустеров для искусственной деградации сырья (например, ультразвуковых или жидкостных кавитаторов) и других приспособлений позволяет увеличивать выход биогаза на самой обычной установке с 60 % до 95 %.

В биогазовых расчётах используется понятие сухого вещества (СВ или английское TS) или сухого остатка (СО). Вода, содержащаяся в биомассе, не даёт газа.

На практике из 1 кг сухого вещества получают от 300 до 500 литров биогаза.

Чтобы посчитать выход биогаза из конкретного сырья, необходимо провести лабораторные испытания или посмотреть справочные данные и определить содержание жиров, белков и углеводов

При определении последних важно узнать процентное содержание быстроразлагаемых (фруктоза, сахар, сахароза, крахмал) и трудноразлагаемых веществ (например, целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин). Определив содержание веществ, можно вычислить выход газа для каждого вещества по отдельности и затем сложить.

Раньше, когда не было науки о биогазе и биогаз ассоциировался с навозом, применяли понятие «животной единицы». Сегодня, когда биогаз научились получать из произвольного органического сырья, это понятие отошло и перестало использоваться.

Свалочный газ — одна из разновидностей биогаза. Получается на свалках из муниципальных бытовых отходов.

Плюсы и минусы

Топливо, получаемое в биогазовых установках (биогаз), является возобновляемым и альтернативным традиционным, источником энергии.

Использование подобных агрегатов позволяет добиться положительных результатов в различных составляющих их применения, это:

  • Экологическая – при устройстве подобных установок вблизи предприятий, являющихся поставщиками сырья, уменьшается защитная санитарная зона вокруг них. Снижаются выбросы вредных веществ в атмосферу.
  • Энергетическая – имея доступное сырье по минимальным ценам, а иногда и без таковой (бесплатно), в результате потребитель получает различные виды энергии и топлива с низкой себестоимостью.
  • Экономическая – монтаж биогазовых установок позволяет избежать строительства очистных сооружений и заградительных устройств (растекание навоза на животноводческих комплексах), и затрат по утилизации мусора.
Интересное  Как убрать снег с крыши частного дома

Достоинствами подобных агрегатов, также являются:

  1. Доступность различного вида сырья.
  2. Неисчерпаемость сырьевой базы, обеспеченная ростом сельскохозяйственного производства и объемов продукции пищевой отрасли.
  3. Обеспечивает утилизацию отходов жизнедеятельности животных и органического мусора.

Недостатками являются:

  1. Являясь экологически чистым видом топлива, биогаз, тем не менее, при сжигании, выделяет определенное количество вредных веществ в атмосферу.
  2. Территориальная зависимость места размещения установки от района нахождения источников сырья (крупные животноводческие комплексы, перерабатывающие предприятия и объекты сельскохозяйственного производства).
  3. Высокая стоимость комплекта оборудования и соответственно продолжительные сроки его окупаемости.

Что такое биометан

Газ, полученный в результате разложения навозной биомассы, является аналогом природного газа. Он почти в 2 раза легче воздуха, поэтому всегда поднимается вверх. Этим объясняется технология производства искусственным методом: вверху оставляют свободное пространство, чтобы вещество могло выделяться и накапливаться, откуда его потом выкачивают насосами для использования в собственных нуждах.

Метан сильно влияет на возникновение парникового эффекта – гораздо больше, чем углекислый газ – в 21 раз. Поэтому, технология переработки навоза – не только экономичный, но и экологичный способ утилизации отходов животноводства.

Биометан используют для следующих потребностей:

приготовления пищи;

в двигателях внутреннего сгорания автомобилей;

для отопления частного дома.

Биогаз выделяет большое количество тепла. 1 кубический метр равноценен сгоранию 1,5 кг каменного угля.

Как получают биометан

Получить его можно не только из навоза, но и водорослей, растительной массы, жира и других животных отходов, остатков переработки сырья рыбных цехов. В зависимости от качества исходного материала, его энергетической емкости, зависит конечный выход газовой смеси.

Минимально получают от 50 кубометров газа с тонны навоза крупного рогатого скота. Максимально – 1 300 кубометров после переработки животного жира. Содержание метана при этом – до 90%.

Один из видов биологического газа – свалочный. Он образуется при разложении мусора на загородных свалках. На Западе уже есть оборудование, которое перерабатывает отходы населения и превращает их в топливо. Как вид бизнеса – это неограниченные ресурсы.

Под его сырьевую базу попадают:

пищевая промышленность;

животноводство;

птицеводство;

рыбный промысел и перерабатывающие комбинаты;

молокозаводы;

производство алкогольных и слабоалкогольных напитков.

Любая промышленность вынуждена утилизировать свои отходы – это дорого и нерентабельно. В домашних условиях при помощи небольшой самодельной установки можно решить сразу несколько проблем: бесплатное отопление дома, удобрение земельного участка высококачественным питательным веществом, оставшимся от переработки навоза, освобождение места и отсутствие запахов.

Плюсы биогаза

Производство биогаза отличается высокой эффективностью использования площадей: Биогаз, произведенный из биомассы, выращенной на 1 гектаре, дает в 3 раза больше энергии, чем биодизель, полученный из растений, собранных с такой же площади.

Биогаз можно непрерывно производить круглый год, а хранить его так же просто как природный газ. Благодаря независимости его производства от ветра или солнечного излучения, биогаз будет играть важную роль в энергетике будущего.

Кроме того, биогаз CO2-нейтрален: При его сгорании выделяется ровно столько двуокиси углерода, сколько было поглощено из атмосферы биомассой, из которой он произведен.

Использование биогаза

Высокое содержание метана (около 70%) делает биологический газ горючим. Отходы, которые остаются после переработки сырья, можно использовать для удобрения – они обладают отличными характеристиками и совершенно безопасны в биологическом смысле.

Возможности применения биогаза чрезвычайно широки. Посредством специальных когенерационных установок его можно превращать в электричество и источник тепловой энергии, при этом электро-ресурс подавать в общую сеть, а тепло использовать для обогрева:

  • Зданий производственного назначения;
  • Жилых домов;
  • Помещений, где содержатся сельскохозяйственные животные.

Биологический газ в мировой энергетике

И по сей день большой объем биологического сырья, которое используется для получения энергии, не относится к категории коммерческих продуктов и официальной статистикой совсем не учитывается.

Если говорить о странах Евросоюза, то доля биоматериалов в энергетике в общем доходит до 3%, при этом:

  • Австрия — это 12% от объема национальной энергетической индустрии;
  • Швеция — до 18%;
  • Финляндия – около 23%.

Как увеличить выход

Этого можно достичь лишь комплексно, влияя на все этапы от сбора и подготовки навоза до сброса отработанного материала и способов очистки газа.

Метаногены не могут эффективно переваривать твердые фрагменты, поэтому навоз/помет, а также другие органические вещества, такие как подстилка, скошенная трава и прочие необходимо максимально измельчать.

Чем меньше размер крупных фрагментов, а также чем меньше их процентное содержание, тем больше материала может быть переработано бактериями

Кроме того, очень важно достаточное количество воды, поэтому навоз или помет обязательно разводят водой до определенной консистенции

Должен быть соблюден баланс между метаногенами и бактериями, разлагающими органику на простые составляющие, в особенности расщепляющими жиры.

Если же будет избыток бактерий, разлагающих органику, то доля углекислого газа в биогазе резко возрастет, из-за чего после очистки готового продукта будет заметно меньше.

В неподвижном состоянии содержимое биореактора расслаивается по плотности, из-за чего лишь часть метанообразующих микроорганизмов получает достаточное количество питания, поэтому необходимо периодически перемешивать помет/навоз в биореакторе.

Образующийся в итоге ил обладает более высокой плотностью, чем водный раствор навоза, поэтому оседает на дно, откуда его необходимо удалять, чтобы освободить место для новой партии экскрементов.

Биореактор

К емкости для переработки навоза предъявляются довольно жесткие требования:

Интересное  Примеры вторичной переработки отходов разных классов опасности

Она должна быть непроницаемой для воды и газов. Водонепроницаемость должна действовать в обе стороны: жидкость из биореактора не должна загрязнять почву, а подземные воды не должны изменять состояние сбраживаемой массы.
Биореактор должен обладать высокой прочностью. Он должен выдерживать массу полужидкого субстрата, давление газа внутри емкости, действующее снаружи давление грунта

В общем, при строительстве биореактора необходимо уделить особое внимание его прочности.

Удобство обслуживания. Более удобные в использовании цилиндрические емкости — горизонтальные или вертикальные

В них перемешивание можно организовать по всему объему, в них не образуется застойных зон. Прямоугольные емкости проще в реализации при строительстве своими руками, но в них в углах часто образуются трещины, там же застаивается субстрат. Перемешивать его по углам очень проблематично. 

Все эти требования по строительству биогазовой установки должны выполняться, так как они обеспечивают безопасность и создают нормальные условия для переработки навоза в биогаз.

Из каких материалов можно сделать

Стойкость к агрессивных средам — это основное требование к материалам, из которых можно сделать емкость. Субстрат в биореакторе может иметь кислую или щелочную реакцию. Соответственно материал, из которого изготавливают емкость, должен хорошо переносить различные среды.

Этим запросам отвечают не так много материалов. Первое что приходит на ум — металл. Он прочен, из него можно сделать емкость любой формы. Что хорошо, что использовать можно готовую емкость — какую-то старую цистерну. В этом случае строительство биогазовой установки займет совсем немного времени. Недостаток металла — он вступает в реакцию с химически активными веществами и начинает разрушаться. Для нейтрализации данного минуса металл покрывается защитным покрытием.

Отличный вариант — емкость биореактора из полимера. Пластик химически нейтрален, не гниет, не ржавеет. Только надо выбирать из таких материалов, которые выносят заморозку и нагрев до достаточно высоких температур. Стенки реактора должны быть толстыми, желательно армированными стекловолокном. Такие емкости недешевы, зато они служат долго.

Построить биореактор для выработки биогаза можно и из кирпича, но его надо хорошо заштукатурить с использованием присадок, обеспечивающих гидро- и газо- непроницаемость

Более дешевый вариант — биогазовая установка с емкостью из кирпича, бетонных блоков, камня. Для того чтобы кладка выдерживала высокие нагрузки, необходимо армирование кладки ( в каждом 3-5 ряду в зависимости от толщины стены и материала).  После завершения процесса возведения стен для обеспечения водо- и газо- непроницаемости необходима последующая многослойная обработка стен как изнутри, так и снаружи. Стены штукатурят цементно-песчаным составом с добавками (присадками), обеспечивающими требуемые свойства.

Определение размеров реактора

Объем реактора зависит от выбранной температуры переработки навоза в биогаз. Чаще всего выбирается мезофильная — ее легче поддерживать и она предполагает возможность ежедневной дозагрузки реактора. Выработка биогаза после выхода на нормальный режим (порядка 2 дней) идет стабильно, без всплесков и провалов (при создании нормальных условий). В этом случае имеет смысл рассчитать объем биогазовой установки в зависимости от количества навоза, образующегося в хозяйстве за сутки. Все легко подсчитывается, исходя из среднестатистических данных.

Порода животных Объем экскрементов за сутки Исходная влажность
КРС 55 кг 86%
Свинья 4,5 кг 86%
Куры 0,17 кг 75%

Разложение навоза при мезофильных температурах идет от 10 до 20 дней. Соответственно, объем рассчитывается умножением на 10 или 20. При расчете необходимо учитывать количество воды, которое необходимо для приведения субстрата к идеальному состоянию — его влажность должна быть 85-90%. Найденный объем увеличивают на 50%, так как максимальная загрузка не должна превышать 2/3 по объему резервуара — под потолком должен скапливаться газ.

Например, в хозяйстве 5 коров, 10 свиней и 40 кур. За сути образуется 5 * 55 кг + 10 * 4,5 кг + 40 * 0,17 кг = 275 кг + 45 кг + 6,8 кг = 326,8 кг. Чтобы привести куриный помет к влажности 85% необходимо добавить чуть больше 5 литров воды (это еще 5 кг). Итого общая масса получается 331,8 кг.  Для переработки за 20 дней необходимо: 331,8 кг * 20 = 6636 кг — около 7 кубов только под субстрат. Найденную цифру умножаем на 1,5  (увеличиваем на 50%), получаем 10,5 куб. Это и будет расчетная величина объема реактора биогазовой установки.

Подготовка биогаза

Подготовка биогаза заключается, прежде всего, в снижении содержания в нем CO2- и O2. Один из самых распространенных процессов подготовки – так называемое промывание газа, с помощью которого от него отделяется CO2 и увеличивается процент содержания в нем метана. Промывка газа заключается в поглощении СО2 водой или специальными моющими средствами. Другой способ очистки – адсорбция сменой давления с применением активированного угля. Наряду с этими способами есть и другие, например, криогенное разделение газов с использованием холода. В стадии разработки находится способ разделения газов мембраной, позволяющий сделать биогаз пригодным для различных приложений.

Перед подачей биогаза в трубопроводную сеть природного газа, его нужно сжать до соответствующего рабочего давления и подготовить до сетевого качества. Для использования биогаза в качестве топлива также необходимо его сильное сжатие до давления выше 200 бар. Во избежание порчи газовых двигателей при сгорании биогаза из него должны быть удалены сероводород и аммиак. Оставшаяся после брожения биомасса является отличным биологическое удобрением, так что здесь имеет место замкнутый круговорот веществ.

Комментировать
0
9
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

;) :| :x :twisted: :sad: :roll: :oops: :o :mrgreen: :idea: :evil: :cry: :cool: :arrow: :P :D :???: :?: :-) :!: 8O

Это интересно

Утилизация лакокрасочных материалов Без рубрики
0 комментариев

Каково содержание золота в радиодеталях Без рубрики
0 комментариев

Контейнерная площадка для мусора Без рубрики
0 комментариев