Газообразное биотопливо. Биогаз

Основные характеристики биогаза

В любом фермерском хозяйстве в течение года скапливается значительное количество навоза, ботвы растений, различных отходов. Обычно после разложения их используют как органическое удобрение. Однако при ферментации выделяется большое количество биогаза и тепла, которые тоже могут сослужить хорошую службу сельским жителям.

Биогаз - это смесь газов. Его основные компоненты: метан (CH₄) - 55-70% и углекислый газ (CO₂) - 28-43%, а также в очень малых количествах другие газы, например - сероводород (H₂S). В среднем 1 кг органического вещества, биологически разложимого на 70%, производит 0,18 кг метана, 0,32 кг углекислого газа, 0,2 кг воды и 0,3 кг неразложимого остатка.

Поскольку разложение органических отходов происходит за счет деятельности определенных типов бактерий, существенное влияние на него оказывает окружающая среда. Так, количество вырабатываемого газа в значительной степени зависит от температуры: чем теплее, тем выше эффективность ферментации органического сырья. Именно поэтому, вероятно, первые установки для получения биогаза появились в странах с теплым климатом. Однако применение надежной теплоизоляции, а иногда и подогретой воды позволяет освоить строительство генераторов биогаза и в районах, где температура зимой опускается до -20°. Существуют определенные требования и к сырью: оно должно быть подходящим для развития бактерий, содержать биологически разлагающееся органическое вещество и в большом количестве воду (90 - 94%). Желательно, чтобы среда была нейтральной и без веществ, мешающих действию бактерий: например, мыла, стиральных порошков, антибиотиков.

Для получения биогаза можно использовать растительные и хозяйственные отходы, навоз, сточные воды и т.п. В процессе ферментации жидкость в резервуаре имеет тенденцию к разделению на три фракции. Верхняя - корка, образованная из крупных частиц, увлекаемых поднимающимися пузырьками газа, через некоторое время может стать достаточно твердой и будет мешать выделению биогаза. В средней части ферментатора скапливается жидкость, а нижняя, грязеобразная фракция выпадает в осадок.

Бактерии наиболее активны в средней зоне. Поэтому содержимое резервуара необходимо периодически перемешивать - хотя бы один раз в сутки, а желательно - до шести раз. Перемешивание может осуществляться с помощью механических приспособлений, гидравлическими средствами (рециркуляция под действием насоса), под напором пневматической системы (частичная рециркуляция биогаза) или с помощью различных методов самоперемешивания.

Установки для получения биогаза

Генераторы биогаза получили широкое распространение, например, в Румынии. Одна из первых индивидуальных установок (рис. 7.9А) была введена в эксплуатацию еще в декабре 1982 года: она успешно обеспечивала газом три соседствующие семьи, имеющие каждая по обычной газовой плите с конфорками и духовкой.

Рис. 7.9. Схема установки для получения биогаза (А - с коническим колоколом, Б – с пирамидальным): 1 – яма ферментатора с сырьем, 2 – колокол, 3 – выпускной патрубок, 4 – трубопровод (шланг) подачи биогаза, 5 – канавка гидрозатвора с водой.

Ферментатор находится в яме диаметром около 4 м и глубиной 2 м (объем примерно 25 м³), выложенной изнутри кровельным железом, сваренным дважды: сначала электрической сваркой, а затем, для надежности, газовой. Для антикоррозионной защиты внутренняя поверхность резервуара покрыта смолой. Снаружи верхней кромки ферментатора сделана кольцевая канавка из бетона глубиной примерно 1 м, выполняющая функцию гидрозатвора; в этой канавке, заполненной водой, скользит вертикальная часть колокола, закрывающего резервуар. Колокол высотой около 2,5 м - из листовой двухмиллиметровой стали. В верхней его части и собирается газ.

Автор этого проекта выбрал вариант собирания газа в отличие от других установок с помощью трубы, находящейся внутри ферментатора и имеющей три подземных ответвления - к трем хозяйствам. Кроме того, вода в канавке гидрозатвора проточная, что предотвращает обледенение в зимнее время.

Загрузка ферментатора - примерно 12 м³ свежего навоза, поверх которого выливается коровья моча (без добавления воды). Генератор начинает работать через 7 дней после наполнения. Похожую компоновку имеет еще одна установка (рис. 7.9Б). Ее ферментатор сделан в яме, имеющей квадратное поперечное сечение размерами 2x2 и глубиной примерно 2.5 м. Яма облицована железобетонными плитами толщиной 10 - 12 см, оштукатурена цементом и покрыта для герметичности смолой. Канавка гидрозатвора глубиной около 50 см также бетонная, колокол сварен из кровельного железа и может на четырех "ушках" свободно скользить по четырем вертикальным направляющим, установленным на бетонном резервуаре. Высота колокола примерно 3 м, из которых 0,5 м погружено в канавку.

При первом наполнении в ферментатор было загружено 8 м³ свежего коровьего навоза, а сверху залито примерно 400 л коровьей мочи. Через 7 - 8 дней установка полностью обеспечивала владельцев газом.

Аналогичную конструкцию имеет и генератор биогаза, рассчитанный на прием 6 м³ смешанного навоза (от коров, овец и свиней). Этого оказалось достаточно, чтобы обеспечить нормальную работу газовой плиты с тремя конфорками и духовкой.

Еще одна установка отличается любопытной конструктивной деталью: рядом с ферментатором уложены присоединенные к нему с помощью Т-образного шланга три большие тракторные камеры, соединенные между собой (рис.7.10). В ночное время, когда биогаз не используется и накапливается под колоколом, возникает опасность, что последний из-за избыточного давления опрокинется. Поэтому резиновый резервуар сослужит роль резервной, дополнительной емкости.

Рис. 7. 10. «Разбухающий» резервуар из тракторных камер.

Рис. 7.11. Схема спаренной установки для получения биогаза (повышенной производительности):

1 – трубопровод выхода биогаза, 2 – колокол; 3 – корпус ферментатора, 4 – сырье, 5 – система подогрева сырья, 6 – раскосы металлической конструкции колокола, 7 – направляющая труба колокола, 8 – металлический каркас теплицы, 9 – трубопровод подачи горячей воды.

Ферментатора размером 2x2x1,5 м вполне достаточно для работы двух горелок, а при увеличении полезного объема установки на 1 м³ можно получить количество биогаза, достаточное и для обогрева жилища. Особенность еще одного варианта установки - устройство колокола диаметром 138 см и высотой 150 см из прорезиненного полотна, применяемого для изготовления надувных лодок. Основание ферментатора представляет собой металлический резервуар диаметром 140 и высотой 300 см. Колокол вводится в находящийся в ферментаторе навоз на глубину не менее 30 см - для обеспечения гидравлического заслона утечки биогаза в атмосферу. В верхней части мягкого колокола предусмотрен кран, соединенный со шлангом; по нему газ поступает к газовой плите с тремя конфорками и колонке для нагрева воды. Чтобы обеспечить оптимальные условия для работы ферментатора, навоз смешивается с горячей водой. Наилучшие результаты установка показала при влажности сырья 90% и температуре 30 - 35°.

Для обогрева ферментатора используется и эффект теплицы. Над емкостью сооружается металлический каркас, который покрывают полиэтиленовой пленкой: при неблагоприятных погодных условиях она сохраняет тепло и позволяет заметно ускорить процесс разложения сырья.

Генераторы биогаза в Румынии широко используются и в более крупных фермерских хозяйствах. Вот один из них. Он имеет два ферментатора емкостью по 200 м³, закрытых каркасом с полиэтиленовой пленкой. Зимой навоз обогревается горячей водой. Производительность установки составляет 300 - 480 м³ газа в день. Такого количества вполне хватает дли обеспечения всех потребностей местного агропромышленного комплекса.

Дата добавления: 2014-11-08