Nezávislá výroba bioplynu

Rast cien energie nás núti premýšľať o možnosti zabezpečiť si ich nezávisle. Jednou z možností je bioplynová stanica. S jeho pomocou sa bioplyn získava z hnoja, trusu a zvyškov rastlín, ktoré sa po vyčistení môžu použiť na plynové spotrebiče (sporák, kotol), prečerpávať do fliaš a používať ako palivo pre automobily alebo elektrické generátory. Vo všeobecnosti môže spracovanie hnoja na bioplyn zabezpečiť všetky energetické potreby domu alebo farmy.

Výstavba bioplynovej stanice - spôsob sebestačnosti s energetickými zdrojmi

Všeobecné zásady

Bioplyn je produkt, ktorý sa získava rozkladom organických látok. V procese rozpadu / fermentácie sa uvoľňujú plyny, ktoré sa môžu zhromažďovať tak, aby vyhovovali potrebám vašej vlastnej farmy. Zariadenie, v ktorom tento proces prebieha, nazývam „bioplynová stanica“.

V niektorých prípadoch je výstup plynu nadmerný, potom sa uchováva v držiakoch plynu - na použitie po dobu jeho nedostatočného množstva. S kompetentnou organizáciou procesu môže byť príliš veľa plynu, potom sa môže jeho prebytok predať. Ďalším zdrojom príjmu sú fermentované zvyšky. Jedná sa o vysoko účinné a bezpečné hnojivo - počas fermentačného procesu väčšina mikroorganizmov zomrie, semená rastlín stratia svoju klíčivosť, vajíčka parazitov sa stanú neživotaschopnými. Odstránenie takýchto hnojív na polia má pozitívny vplyv na úrodu.

Podmienky pre výrobu plynu

Proces tvorby bioplynu nastáva v dôsledku vitálnej aktivity rôznych druhov baktérií, ktoré sú obsiahnuté v samotnom odpade. Ale aby mohli aktívne „pracovať“, je potrebné, aby si vytvorili určité podmienky: vlhkosť a teplotu. Na ich vytvorenie sa stavia bioplynová stanica. Jedná sa o komplex zariadení, ktorých základom je bioreaktor, v ktorom dochádza k rozkladu odpadu, ktorý je sprevádzaný tvorbou plynov.

Organizácia cyklu spracovania hnoja a rastlinného odpadu na bioplyn

Existujú tri režimy spracovania hnoja na bioplyn:

• Psychofilný režim. Teplota v bioplynovej stanici je od + 5 ° C do + 20 ° C. Za takýchto podmienok je proces rozkladu pomalý, vytvára sa veľa plynu a jeho kvalita je nízka.
• Mezofilné. Jednotka vstupuje do tohto režimu pri teplotách od + 30 ° C do + 40 ° C. V takom prípade sa množia mezofilné baktérie. V takom prípade sa vytvorí viac plynu, proces spracovania trvá kratšie - od 10 do 20 dní.
• Teplomilné. Tieto baktérie sa množia pri teplotách od + 50 ° C. Proces je najrýchlejší (3 - 5 dní), výťažok plynu je najväčší (za ideálnych podmienok je možné z 1 kg dodávky vyťažiť až 4,5 litra plynu). Väčšina referenčných tabuliek na spätné získavanie plynu zo spracovania je uvedená špeciálne pre tento režim, takže pri použití iných režimov stojí za to vykonať úpravu smerom nadol.

Najťažšou vecou v zariadeniach na výrobu bioplynu je termofilný režim. To si vyžaduje vysoko kvalitnú tepelnú izoláciu bioplynovej stanice, kúrenie a systém regulácie teploty. Ale na výstupe dostaneme maximálne množstvo bioplynu. Ďalším znakom termofilného spracovania je nemožnosť dodatočného zaťaženia. Ďalšie dva režimy - psychofilný a mezofilný - vám umožňujú denne pridávať čerstvú porciu pripravených surovín.Ale v termofilnom režime umožňuje krátky čas spracovania bioreaktor rozdeliť na zóny, v ktorých sa bude spracovávať jeho vlastný podiel surovín s rôznymi časmi nakladania.

Schéma zariadenia na výrobu bioplynu

Základom bioplynovej stanice je bioreaktor alebo bunker. Prebieha v ňom fermentačný proces, v ktorom sa hromadí výsledný plyn. K dispozícii je tiež násypka na vykladanie a vykladanie, vyprodukovaný plyn sa odvádza potrubím vloženým do hornej časti. Ďalej nasleduje systém úpravy plynu - jeho čistenie a zvýšenie tlaku v plynovode na funkčné.

Schéma zariadenia na spracovanie hnoja na bioplyn

Pre mezofilné a termofilné režimy je na dosiahnutie požadovaných režimov potrebný aj ohrievací systém bioreaktora. Na tento účel sa zvyčajne používajú plynové kotly, ktoré pracujú na vyrobené palivo. Odtiaľ vedie potrubný systém do bioreaktora. Zvyčajne ide o polymérové ​​rúry, pretože sú najvhodnejšie na použitie v agresívnom prostredí.

Bioplynová stanica tiež potrebuje systém na miešanie látky. Počas fermentácie sa na vrchu vytvára tvrdá kôra, ťažké častice sa usadzujú. To všetko spolu zhoršuje proces plynovania. Na udržanie homogénneho stavu spracovávanej hmoty sú potrebné miešače. Môžu byť mechanické alebo dokonca manuálne. Môžu byť spustené časovačom alebo manuálne. Všetko závisí od spôsobu výroby bioplynovej stanice. Inštalácia automatizovaného systému je nákladnejšia, vyžaduje si však počas prevádzky minimálnu pozornosť.

Najjednoduchšia bioplynová stanica z plastového suda

Bioplynovou stanicou podľa typu umiestnenia môžu byť:

• Nad zemou.
• Polozapustené.
• Zapustené.

Inštalácia pochovaných je nákladnejšia - vyžaduje sa veľké množstvo pozemných prác. Ale keď sa používajú v našich podmienkach, sú lepšie - je ľahšie organizovať izoláciu, znížiť náklady na vykurovanie.

Čo sa dá recyklovať

Bioplynová stanica je v podstate všežravá - je možné spracovať akékoľvek organické látky. Vhodný je akýkoľvek hnoj a moč, zvyšky rastlín. Čistiace prostriedky, antibiotiká, chémia negatívne ovplyvňujú proces. Je žiaduce minimalizovať ich príjem, pretože zabíjajú flóru, ktorá sa podieľa na spracovaní.

Koľko bioplynu je možné získať z rôznych odpadov

Hovädzí hnoj sa považuje za ideálny, pretože obsahuje veľké množstvo mikroorganizmov. Ak na farme nie sú žiadne kravy, pri nakladaní bioreaktora sa odporúča pridať časť hnojovice, aby sa substrát zaľudnil potrebnou mikroflórou. Zvyšky rastlín sú vopred rozdrvené, zriedené vodou. Bioreaktor mieša rastlinný materiál a exkrementy. Spracovanie takejto „náplne“ trvá dlhšie, ale na výstupe máme pri správnom režime najvyššiu výťažnosť produktu.

Umiestnenie

Aby sa minimalizovali náklady na organizáciu procesu, je logické umiestniť bioplynovú stanicu blízko zdroja odpadu - blízko budov, kde sa chovajú vtáky alebo zvieratá. Je žiaduce vyvinúť taký návrh, aby sa zaťaženie uskutočňovalo gravitáciou. Zo stodoly alebo ošipárne môžete položiť potrubie z kopca, ktorým bude hnoj tiecť samospádom do bunkra. To výrazne uľahčuje údržbu reaktora a odstraňovanie hnoja.

Najvhodnejšie je umiestniť bioplynovú stanicu tak, aby odpad z farmy mohol prúdiť gravitáciou

Budovy so zvieratami sa zvyčajne nachádzajú v určitej vzdialenosti od obytnej budovy. Vyrobený plyn bude preto potrebné previesť na spotrebiteľov. Napínanie jedného plynového potrubia je ale lacnejšie a jednoduchšie ako organizácia linky na prepravu a nakládku hnoja.

Bioreaktor

Na nádrže na spracovanie hnoja sa kladú pomerne prísne požiadavky:

• Musí byť nepriepustný pre vodu a plyny. Vodotesnosť by mala pôsobiť v oboch smeroch: kvapalina z bioreaktora by nemala kontaminovať pôdu a podzemné vody by nemali meniť stav fermentovanej hmoty.
• Bioreaktor musí mať vysokú pevnosť. Musí odolávať hmotnosti polotekutého substrátu, tlaku plynu vo vnútri nádoby a vonkajšiemu tlaku pôdy. Všeobecne by sa pri stavbe bioreaktora mala venovať osobitná pozornosť jeho sile.
  

  Na domáce použitie a sezónnu výrobu biopalív (v teplom období) v malom množstve je vhodná plastová nádrž s vekom

• Prevádzkovateľnosť. Pohodlnejšie je použitie valcových nádob - vodorovných alebo zvislých. V nich je možné miešanie organizovať v celom objeme, nevytvárajú sa v nich stagnujúce zóny.Obdĺžnikové kontajnery sa ľahšie realizujú pri stavbe vlastnými rukami, často sa však v nich v rohoch vytvárajú trhliny a substrát tam stagnuje. Jeho miešanie v rohoch je veľmi problematické.

Všetky tieto požiadavky na výstavbu zariadenia na výrobu bioplynu musia byť splnené, pretože zaisťujú bezpečnosť a vytvárajú bežné podmienky na spracovanie hnoja na bioplyn.

Aké materiály je možné vyrobiť

Odolnosť proti agresívnym médiám je hlavnou požiadavkou na materiály, z ktorých je možné nádobu vyrobiť. Substrát v bioreaktore môže byť kyslý alebo zásaditý. Preto musí materiál, z ktorého je nádoba vyrobená, dobre znášať rôzne prostredia.

Nie veľa materiálov spĺňa tieto požiadavky. Prvá vec, ktorá ma napadne, je kov. Je odolný a je možné z neho vyrobiť nádoby ľubovoľného tvaru. Dobré je, že môžete použiť hotový kontajner - akýsi starý tank. V takom prípade bude výstavba bioplynovej stanice trvať veľmi málo času. Nedostatok kovu - reaguje s chemicky aktívnymi látkami a začína sa rozkladať. Na neutralizáciu tohto mínusu je kov pokrytý ochranným povlakom.

Vynikajúcou možnosťou je nádoba na polymérny bioreaktor. Plast je chemicky neutrálny, nehnije, nehrdzavie. Musíte si len vybrať z materiálov, ktoré odolávajú mrazu a ohrevu na dostatočne vysoké teploty. Steny reaktora by mali byť hrubé, najlepšie vystužené sklenenými vláknami. Takéto kontajnery nie sú lacné, ale slúžia dlho.

Je možné postaviť bioreaktor na výrobu bioplynu z tehál, musí však byť dobre omietnutý s použitím prísad zabezpečujúcich nepriepustnosť pre vodu a plyny.

Lacnejšou možnosťou je bioplynová stanica s nádržou z tehál, betónových blokov, kameňa. Aby murivo vydržalo vysoké zaťaženie, je potrebné murivo vystužiť (v každom 3 - 5 radoch, v závislosti od hrúbky steny a materiálu). Po dokončení procesu montáže steny je na zabezpečenie nepriepustnosti vody a plynov potrebné ďalšie viacvrstvové spracovanie stien zvnútra aj zvonka. Steny sú omietnuté cementovo-piesočnatou kompozíciou s prísadami (prísadami), ktoré poskytujú požadované vlastnosti.

Dimenzovanie reaktora

Objem reaktora závisí od zvolenej teploty na spracovanie hnoja na bioplyn. Najčastejšie sa volí mezofilný - je ľahší na údržbu a predpokladá možnosť denného dodatočného zaťaženia reaktora. Produkcia bioplynu po dosiahnutí normálneho režimu (asi 2 dni) je stabilná, bez nárazov a poklesov (pri vytvorení normálnych podmienok). V takom prípade má zmysel vypočítať objem bioplynovej stanice v závislosti od množstva hnoja vyprodukovaného na farme za deň. Všetko sa dá ľahko vypočítať na základe priemerných údajov.

Rozklad hnoja pri mezofilných teplotách trvá od 10 do 20 dní. Podľa toho sa objem počíta vynásobením 10 alebo 20. Pri výpočte je potrebné vziať do úvahy množstvo vody, ktoré je potrebné na uvedenie substrátu do ideálneho stavu - jeho obsah vlhkosti by mal byť 85 - 90%.Nájdený objem sa zvýši o 50%, pretože maximálne zaťaženie by nemalo presiahnuť 2/3 objemu nádrže - plyn by sa mal hromadiť pod stropom.

Napríklad farma má 5 kráv, 10 ošípaných a 40 kurčiat. V podstate sa vytvorí 5 * 55 kg + 10 * 4,5 kg + 40 * 0,17 kg = 275 kg + 45 kg + 6,8 kg = 326,8 kg. Aby sa kurací hnoj dostal na 85% vlhkosti, musíte pridať niečo viac ako 5 litrov vody (to je ďalších 5 kg). Celková hmotnosť je 331,8 kg. Na spracovanie za 20 dní potrebujete: 331,8 kg * 20 = 6636 kg - asi 7 kociek iba na podklad. Nájdený údaj vynásobíme 1,5 (nárast o 50%), dostaneme 10,5 kubických metrov. Bude to vypočítaný objem reaktora na výrobu bioplynu.

Nakladanie a vykladanie

Nakladacie a vykladacie poklopy vedú priamo do nádrže bioreaktora. Aby bol podklad rovnomerne rozložený po celej ploche, sú vyrobené na opačných koncoch nádoby.

Schéma reaktora na bioplyn bez predhrievania

V prípade zakopaného zariadenia na výrobu bioplynu sa nakladacie a vykladacie potrubie približuje k telu pod ostrým uhlom. Okrem toho musí byť spodný koniec potrubia pod úrovňou kvapaliny v reaktore. Tým sa zabráni prístupu vzduchu do nádoby. Na potrubiach sú tiež nainštalované otočné alebo uzatváracie ventily, ktoré sú v normálnej polohe zatvorené. Otvárajú sa iba pri nakladaní alebo vykladaní.

Pretože hnoj môže obsahovať veľké úlomky (podstielka, steblá trávy atď.), Potrubia s malým priemerom sa často upchajú. Preto pri nakládke a vykládke musia mať priemer 20 - 30 cm, musia byť namontované pred začatím prác na izolácii bioplynovej stanice, ale až po namontovaní nádoby na miesto.

Tvary bioreaktora a možnosti nakladania a vykladania poklopov

Najvýhodnejším prevádzkovým režimom bioplynovej stanice je pravidelné nakladanie a vykladanie substrátu. Túto operáciu je možné vykonať raz denne alebo raz za dva dni. Hnoj a ďalšie komponenty sa predbežne zhromažďujú v skladovacej nádrži, kde sa uvedú do požadovaného stavu - v prípade potreby sa rozdrvia, zvlhčia a zmiešajú. Pre väčšie pohodlie môže byť táto nádoba vybavená mechanickým miešadlom. Pripravený substrát sa naleje do prístupového otvoru. Umiestnením zbernej nádoby na slnko sa substrát predhreje, čo zníži náklady na udržiavanie požadovanej teploty.

Je žiaduce vypočítať inštalačnú hĺbku prijímacieho zásobníka tak, aby do neho odpad prúdil gravitačne. To isté platí pre výboj do bioreaktora. Najlepším prípadom je, ak sa pripravený podklad bude pohybovať samospádom. A tlmič to počas prípravy ohradí.

Bioplynová stanica s miešadlom a kúrením

Na zaistenie tesnosti bioplynovej stanice musia mať prielezy na prijímacom zásobníku a vo vykladacej oblasti tesniace gumové tesnenie. Čím menej vzduchu je v nádrži, tým čistejšie bude výstupný plyn.

Zber a zneškodňovanie bioplynu

Bioplyn sa z reaktora odstraňuje potrubím, ktorého jeden koniec je pod strechou, druhý sa zvyčajne spúšťa do vodného uzáveru. Jedná sa o nádobu s vodou, do ktorej sa odvádza výsledný bioplyn. Vo vodnom uzávere je druhé potrubie - je nad hladinou kvapaliny. Ide do toho čistejší bioplyn. Na výstupe z ich bioreaktora je nainštalovaný plynový uzatvárací ventil. Najlepšou možnosťou je lopta.

Aké materiály je možné použiť pre systém prepravy plynu? Pozinkované kovové rúry a plynové potrubia z HDPE alebo PPR. Musia zabezpečiť tesnosť, švy a kĺby sa musia skontrolovať mydlovou penou. Celé potrubie je zostavené z rúr a tvaroviek rovnakého priemeru. Žiadne kontrakcie ani predĺženia.

Čistenie od nečistôt

Približné zloženie vyrobeného bioplynu je nasledovné:

Filter na čistenie bioplynu od sírovodíka

Na odstránenie sírovodíka sa používa filter s kovovými trieskami.Do nádoby môžete vložiť staré kovové špongie. Čistenie prebieha rovnakým spôsobom: plyn sa privádza do spodnej časti nádoby naplnenej kovom. Po prechode je vyčistený od sírovodíka, zhromažďuje sa v hornej voľnej časti filtra, odkiaľ je odvádzaný ďalšou rúrou / hadicou.

Plynová nádrž a kompresor

Vyčistený bioplyn vstupuje do skladovacej nádrže - držiaka plynu. Môže to byť zapečatený plastový vak, plastová nádoba. Hlavnou podmienkou je plynotesnosť, nezáleží na tvare a materiáli. Zásoba bioplynu je uložená v držiaku plynu. Z neho sa pomocou kompresora dodáva spotrebiteľovi plyn pod určitým tlakom (nastaveným kompresorom) - do plynového sporáka alebo kotla. Tento plyn sa môže tiež použiť na výrobu elektriny pomocou generátora.

Jedna z možností pre plynové nádrže

Na vytvorenie stabilného tlaku v systéme po kompresore je vhodné inštalovať prijímač - malé zariadenie na vyrovnávanie tlakových rázov.

Miešacie zariadenia

Aby bioplynová stanica fungovala v normálnom režime, je potrebné pravidelne miešať kvapalinu v bioreaktore. Tento jednoduchý proces rieši veľa problémov:

• zmieša čerstvú časť dávky s kolóniou baktérií;
• podporuje uvoľňovanie vyprodukovaného plynu;
• vyrovnáva teplotu kvapaliny, s výnimkou teplejších a chladnejších oblastí;
• udržuje rovnomernosť podkladu a zabraňuje usadzovaniu alebo plávaniu niektorých zložiek.

Malá domáca bioplynová stanica má zvyčajne mechanické miešače poháňané svalovou silou. V systémoch s veľkým objemom môžu byť miešadlá poháňané motormi, ktoré sa zapínajú časovačom.

Typy miešacích zariadení pre bioreaktory

Druhým spôsobom je zmiešanie kvapaliny prechodom časti vyrobeného plynu cez ňu. Za týmto účelom sa po opustení meta nádrže umiestni odpalisko a časť plynu sa naleje do spodnej časti reaktora, kde vychádza cez trubicu s otvormi. Túto časť plynu nemožno považovať za prietok, pretože stále znova vstupuje do systému a v dôsledku toho končí v držiaku plynu.

Tretia metóda miešania je pumpovať substrát zospodu pomocou fekálnych púmp, hore ho vylievať. Nevýhodou tejto metódy je závislosť od dostupnosti elektriny.

Vykurovací systém a tepelná izolácia

Bez zahrievania spracovanej suspenzie sa psychofilné baktérie množia. Proces spracovania bude v tomto prípade trvať 30 dní a výťažok plynu bude malý. V lete, za prítomnosti tepelnej izolácie a predhriatia záťaže, je možné dosiahnuť teploty až 40 stupňov, keď sa začne vývoj mezofilných baktérií, ale v zime je takáto inštalácia prakticky nefunkčná - procesy sú veľmi pomalé. Pri teplotách pod + 5 ° C prakticky zamrznú.

Závislosť načasovania spracovania hnoja na bioplyn od teploty

Ako vykurovať a kam umiestniť

Najlepšie výsledky dosiahnete, ak použijete kúrenie. Najracionálnejší je ohrev vody z kotla. Kotol môže pracovať na elektrinu, tuhé alebo kvapalné palivo, môže sa tiež spúšťať na vyrobený bioplyn. Maximálna teplota, na ktorú sa musí voda ohriať, je + 60 ° C. Horúce rúrky môžu spôsobiť priľnutie častíc k povrchu, čo má za následok zníženú účinnosť vykurovania.

Môžete tiež použiť priame vykurovanie - vložte vykurovacie články, ale za prvé je ťažké zorganizovať miešanie a za druhé sa podklad prilepí na povrch, čím sa zníži prestup tepla, vykurovacie články sa rýchlo spália

Bioplynovú stanicu je možné vykurovať pomocou štandardných vykurovacích radiátorov, jednoducho pomocou rúrok skrútených do špirály a zváraných registrov. Je lepšie použiť polymérové ​​rúry - kov-plast alebo polypropylén.Vhodné sú aj vlnité rúry z nehrdzavejúcej ocele, ktoré sa ľahšie kladú, najmä vo valcových vertikálnych bioreaktoroch, ale zvlnený povrch vyvoláva adhéziu sedimentu, čo nie je veľmi dobré na prenos tepla.

Aby sa znížila možnosť usadzovania častíc na vykurovacích telesách, sú tieto umiestnené v zóne zmiešavača. Iba v tomto prípade je potrebné navrhnúť všetko tak, aby sa mixér nemohol dotknúť rúrok. Často sa zdá, že je lepšie umiestniť ohrievače naspodok, ale prax ukázala, že takéto ohrievanie je neúčinné kvôli usadeninám naspodku. Racionálnejšie je teda umiestňovať ohrievače na steny meta nádrže bioplynovej stanice.

Metódy ohrevu vody

Podľa spôsobu usporiadania potrubí môže byť vykurovanie vonkajšie alebo vnútorné. Pri vnútornej inštalácii je kúrenie efektívne, ale oprava a údržba ohrievačov je nemožná bez zastavenia a odčerpania systému. Preto sa osobitná pozornosť venuje výberu materiálov a kvalite spojov.

Kúrenie zvyšuje produktivitu bioplynovej stanice a skracuje čas spracovania surovín

Ak sú ohrievače umiestnené vonku, vyžaduje sa viac tepla (náklady na vykurovanie bioplynovej stanice sú oveľa vyššie), pretože veľké množstvo tepla sa vynakladá na vykurovanie stien. Systém je však vždy k dispozícii na opravu a kúrenie je rovnomernejšie, pretože prostredie je vyhrievané od stien. Ďalším plusom tohto riešenia je, že miešače nemôžu poškodiť vykurovací systém.

Ako izolovať

Na dno jamy sa najskôr naleje vyrovnávacia vrstva piesku, potom tepelnoizolačná vrstva. Môže to byť hlina zmiešaná so slamou a keramzitom, troska. Všetky tieto komponenty je možné zmiešať, možno ich posypať v samostatných vrstvách. Sú vyrovnané do horizontu, je nainštalovaná kapacita bioplynovej stanice.

Boky bioreaktora je možné izolovať modernými materiálmi alebo klasickými zastaranými metódami. Zo staromódnych metód - poťahovanie hlinou a slamou. Nanáša sa v niekoľkých vrstvách.

Na izoláciu bioreaktorov sa používajú moderné materiály

Z moderných materiálov môžete použiť extrudovanú polystyrénovú penu s vysokou hustotou, pórobetónové bloky s nízkou hustotou, penová polyuretánová pena... Technologicky najvyspelejšou je v tomto prípade polyuretánová pena (PPU), služby pre jej aplikáciu však nie sú lacné. Výsledkom je ale bezproblémová tepelná izolácia, ktorá minimalizuje náklady na vykurovanie. Existuje ešte jeden tepelnoizolačný materiál - penové sklo. V doskách je to veľmi drahé, ale jeho bitva alebo drvina stojí veľmi málo a podľa jeho vlastností je takmer dokonalá: neabsorbuje vlhkosť, nebojí sa mrazu, dobre znáša statické zaťaženie a má nízku tepelnú vodivosť.