Питання отримання біогазу

 

Один із способів економії природних та зріджених газів є отримання в господарстві біогазу. Біогаз отримується при анаеробному (без доступу повітря) переброжувані біологічної маси (навозу, відходів сільськогосподарського виробництва, покидьків.)

Газ, що утворюється в результаті бродіння містить 50–80% метану, 20–50% двооксиду вуглецю, і менш ніж 1% сірководню та сліди аміаку. Ефективність зброджування біологічної маси залежить від герметичності резервуарів, концентрації поживних речовин, а також температурного режиму його тривалості. Зброджування навозу можливе при температурі 5–80 С, але найбільш вдало проходе при температурі 30–35о С і 50–60о С. Тривалість зброджування навозу залежить від субстрату біомаси. Для навозу великої рогатої худоби та курячого посліду тривалість зброджування складає 20 діб, а навозу свиней –10 діб.

За добу із однієї тварини можна отримати слідуючи кількість біогазу: велика рогата худоба (жива вага 500 кг) – 1,5 м ³, свині (жива вага 80–100 кг) –0,2 м³, кури, кролики –0,015м³.

Субстратом для анаеробної ферментації є не тільки відходи тваринництва. Для отримання біогазу можуть бути використанні залишки сільськогосподарських рослин (силос, солома), а також комиш, відходи льону, коноплі, водорості, що отримують при скошені та очищення каналів та мул. З одного кілограму мулу можна отримати до 700 літрів біогазу. В середньому 1 м³ біогазу може дати 21–29МДж енергії. Біогаз в основному використовують як правило на опалення та отримання гарячої води, для приготування їжі та отримання електроенергії.

З 1 м ³ біогазу з допомогою приводного газовим двигуном внутрішнього згорання електричного генератора можна отримати 1.6 кВт електроенергії

Біогаз можна спалювати як паливо в пальниках отоплюючи приладів, газових плит, водонагрівальних приладів. Також можна перевести дизельний двигун на газ. При цьому потужність двигуна буде знижена з дизельного палива на зріджений газ на 20%, а зрідженого на біогаз – на 10%. Витрата біогазу в середньому складає 0.65 м³ (кВтгод). Тиск газу перед двигуном повинен бути не менше 0,4 кПа.

В тваринництві для підігріву води споживання біогазу на одну тварину складає: корови-21–30 м³; свині-1,4–4,9 м³.

Біогазові установки в залежності від особливостей технологічної схеми бувають трьох типів: безперервної дії, періодичного та акумулятивного зброджування.

При безперервній схемі свіжий субстрат завантажується в камеру зброджування, безперервно або через деякі проміжки часу (від 2 до 10 разів на добу), виділяє ту ж саму кількість зароджуваної маси. Ця система дозволяє отримувати максимальну кількість біогазу, але потрібно більше матеріальних затрат.

При періодичній схемі маються дві камери зброджування, які завантажуються по черзі. В даному випадку корисний об’єм камер використовується менше ефективно, чим при безперервній схемі. Крім цього потрібні значні запаси навозу або іншого субстрату для їх наповнення.

При акумулятивній схемі сховище для навозу слугує одночасно камерою зброджування і сховищем переброженого навозу та його вивантаження.

Біогазові установки складаються із слідуючи елементів:

- камери зброджування (реактора, метанетки);

- пристрою для нагрівання субстрату;

- пристрою для перемішування субстрату;

- газгольдера та ємності для шламу.

Метанетки виконують наземними напівзаглибленими і заглибленими в ґрунт.

В жарких та теплих районах встановлюють наземні метанетки, пофарбовані в чорний колір для використання сонячної радіації, в холодних районах віддають перевагу заглибленим метанеткам для зберігання теплоти.

Камери для зброджування виготовляють різної геометричної форми, але найдоцільнішою є циліндр. Метанетки виготовляють з металу, поліетилену або залізобетону.

Для дотримання необхідної температури для зброджування використовують пристрої для підігріву субстрату. Підігрів рідкого субстрату виконується перед завантаженням або в камері зброджування. В залежності від ступеня ізоляції камер і трубопроводів в теплоті може досягнути 30% енергії, яку виділяє біогазова установка. Пристрої для нагрівання як правило з’єднують з перемішуючими пристроями.

Для перемішування субстрату використовують механічні, гідравлічні та газові пристрої.

Газгольдери призначені для збору і зберігання біогазу.

Компоненти, які входять до складу біогазу (двооксид вуглецю та сірководню) визивають корозію обладнання. Одним із найбільш розповсюджених і простих методів очищення від домішок є «мокрий метод». Найбільш прості газгольдери з’єднуються з метанетками.

Газгольдери високого тиску (0,8 – 1 МПа) мають сферичну форму. В мокрих

газгольдерах тиск газу невисокий (менш 5 кПа). Крім того газгольдери можуть бути суміщенні з реактором.

Схема біогазової установки для ферми на 400 голів великої рогатої худоби, розроблена в нашій країні, зображена на 4 листі графічної частини. Технологічний процес проточний з циклічним виповненням операцій. Навоз із тваринницької ферми попередньо виділяється від сторонніх домішок. Для цього є пристрій для виділення від сторонніх домішок продуктивністю 100 м³. Із приймача 1 насосом марки НЖ Н-200 початкова маса подається в ємкість 53 м³, де проходе попередній нагрів субстрату до 35 С^о. Теплоносієм слугує гаряча вода або пар, отриманий в котлі, працюючим на біогазові. Із ємкості 1 субстрат перекачується в метанетку 4 ємкістю 1000 м³, де проходе анаеробне зброджування навозу. Температуру підтримує теплообмінник 8. Із метанетки 4 біогаз потрапляє до газгольдера 5.

Період зброджування 20–22 доби, добовий вихід біогазу 710 м³. Із цієї кількості 415 м³ йде на особисті потреби, а на продаж – 245 м³.