О производстве биогаза

Мировая история насчитывает свыше двух тысячелетий промышленного производства биогаза. Еще древние германцы умудрялись получать биогаз для приготовления пищи в своих жилищах, используя в качестве природного поставщика сырья заболоченные местности бассейна Эльбы. При этом они «подкармливали» болото шкурами убитых животных. Первая задокументированная биогазовая установка была построена в индийском Бомбее еще в 1859 году. Тогда же пришли к выводу, что возможности по использованию сырья для производства биогаза поистине безграничны. Перечень только органических отходов, пригодных для производства биогаза, включает в себя: навоз, помет, зерновую и меласную послеспиртовую барду, пивную дробину, свекольный жом, фекальные осадки, отходы рыбного и забойного цеха, траву, бытовые отходы, а также отходы — молокозаводов, от производств биодизеля, соков, крахмала и патоки, переработки картофеля.

Мини-биогазовые установки для дач и небольших фермерских хозяйств. Продажа, установка, чертежи для сборки своими руками

Сегодня среди промышленно развитых стран ведущее место в производстве и использовании биогаза по относительным показателям принадлежит Дании: биогаз занимает до 18% в ее общем энергобалансе. Больше всего малых биогазовых установок находится в Китае: более 18 млн. Их применение позволяет заменить 11 млн. тонн условного топлива в энергобалансе Поднебесной. Однако в Украине до недавнего времени идея промышленного применения биогаза не находила серьезной поддержки среди частных инвесторов, да и в среде правительственных чиновников особого энтузиазма не вызывала.

Премьерская инициатива

Ситуация может кардинально измениться после заседания правительства, посвященного проблеме создания промышленных площадей по производству биогаза в стране. Выступая на нем, премьер-министр Украины Юлия Тимошенко отметила: «Если мы используем весь потенциал производства в Украине биогаза, понятно, из возобновимых источников, то мы можем заместить в нашем энергетическом балансе биогазом до 10 млрд. кубометров газа. Это полный потенциал Украины. Безусловно, он сегодня совсем не используется, на всю нашу большую 47-миллионную страну стоит одна установка по производству биогаза. Это для 21 века просто недопустимо».

По данным на 1 февраля 2009 года, в Украине в действии и в стадии введения в действие находится восемь объектов агропромышленного комплекса по производству биогаза. По словам аграрного министра Юрия Мельника, в 2009-2010 годах планируется внедрить производство биотоплива на десяти спиртовых заводах, что позволит предприятиям сократить потребление газа на 40%. По мнению главного руководителя отечественного агро-промышленного комплекса, в животноводстве Украины производство биогаза можно довести до 2,5 млрд. кубометров ежегодно. В целом по Украине потенциал производства биогаза за счет переработки продуктов животноводства, растениеводства, продуктов предприятий пищевой и промышленной отрасли, твердых бытовых отходов может составлять по меньшей мере 21 млрд. кубометров в год.

Что такое биогаз?

Биогаз — смесь метана и углекислого газа, — продукт метанового брожения органических веществ растительного и животного происхождения. Метановое брожение — результат природного биоценоза анаэробных бактерий — протекает при температурах от 10 до 55 С в трех диапазонах: 10…25 С — психрофильное; 25…40 С — мезофильное; 52…55 С — термофильное. Влажность составляет от 8 до 99 %, оптимальная — 92…93 %. Содержание метана в биогазе варьируется в зависимости от химического состава сырья и может составлять 50-90 %. 

Установка по производству биогаза

Наиболее эффективным для анаэробного сбраживания осадков является метантенк. Он представляет собой металлический или железобетонный резервуар, в котором осуществляется только сбраживание осадка с подогревом и перемешиванием. Подогрев осуществляется с помощью паровых эжекторов, теплообменников, а перемешивание — механическими мешалками, инжектированием паром.

Биогазовая установка должна иметь следующие необходимые компоненты:

• Емкость гомогенизации
• Загрузчик твердого (жидкого)сырья
• Реактор
• Мешалки
• Газгольдер
• Система смешивания воды и отопления
• Газовая система
• Насосная станция
• Сепаратор
• Приборы контроля
• КИПиА с визуализацией
• Система безопасности

Принцип работы установки по производству биогаза

Отходы периодически подаются с помощью насосной станции или загрузчика в реактор. Реактор представляет собой подогреваемый и утепленный железобетонный резервуар оборудованный миксерами. В реакторе живут полезные бактерии, которые питаются отходами. Продуктом жизнедеятельности бактерий является биогаз. Для поддержания жизни бактерий требуется подача корма — отходов, подогрев до 35 С и периодическое перемешивание. Образующийся биогаз скапливается в хранилище (газгольдере), затем проходит систему очистки и подается к потребителям (котел или электрогенератор). Реактор работает без доступа воздуха, герметичен и неопасен.

Для сбраживания некоторых видов сырья в чистом виде требуется особая двухстадийная технология. Например, птичий помет, спиртовая барда не перерабатываются в биогаз в обычном реакторе. Для переработки такого сырья необходим дополнительно реактор гидролиза. Такой реактор позволяет контролировать уровень кислотности, таким образом, бактерии не погибают из-за повышения содержания кислот или щелочей.

Факторы, влияющие на процесс брожения:

• Температура
• Влажность среды
• Уровень рН
• Соотношение C : N : P
• Площадь поверхности частиц сырья
• Частота подачи субстрата
• Замедляющие вещества
• Стимулирующие добавки.

Рассмотрим влияние ключевых факторов.

Температура

Метановые бактерии проявляют свою жизнедеятельность в пределах температуры 0-70˚С. Если температура выше они начинают гибнуть, за исключением нескольких штаммов, которые могут жить при температуре среды до 90˚С. При минусовой температуре они выживают, но прекращают свою жизнедеятельность. В литературе как нижнюю границу температуры указывают 3-40˚С.

Площадь поверхности частиц сырья

Принципиальным является, что чем меньше частички субстрата, тем лучше. Чем больше площадь взаимодействия для бактерий и чем более волокнистый субстрат, тем легче и быстрее бактериям разлагать субстрат. Кроме того, его проще перемешивать, смешивать и подогревать без образования плавающей корки или осадка. Измельченное сырье имеет влияние на количество произведенного газа через длительность периода брожения. Чем короче период брожения, тем лучше должен быть измельчен материал.

При достаточно длительном периоде брожения количество выработанного газа снова увеличится. При использовании измельченного зерна этого уже удалось достичь через 15 дней.

Применение биогаза

Биогаз используют в качестве топлива для производства: электроэнергии, тепла или пара, или в качестве автомобильного топлива.

Биогазовые установки могут устанавливаться как очистные сооружения на фермах, птицефабриках, спиртовых заводах, сахарных заводах, мясокомбинатах. Биогазовая установка может заменить ветеринарно-санитарный завод, т. е. падаль может утилизироваться в биогаз вместо производства мясо-костной муки.

Для новых строящихся предприятий экономия будет колоссальной. Ведь Вам не придется протягивать газопровод, линию электропередачи, устанавливать резервные дизельные генераторы и строить резервуары для отходов. За счет ускоренного сбраживания объем лагун можно уменьшить вдвое. Экономия капитальных затрат составит 30-40% от стоимости биогазовой установки.

Основные сырьевые источники

Городские источники <;/p>

Канализационные (аэрационные) газы — это продукт брожения сточных вод городской канализации, представляющий собой разновидность биогаза, имеющего в своем составе 60-65 % метана (СН4), 30-35 % диоксида углерода (СО2) и 2-4 % водорода (Н2). Как показывает практика, выход канализационных газов со станции переработки, питаемой канализационной сетью, обслуживающей населенный пункт с численностью жителей 100 тыс. человек, достигает в сутки более 2500 м3, что эквивалентно 2000 л. бензина.

Учитывая, что население крупных городов, как правило, превышает 500 тыс. человек, канализационные газы становятся реальным источником альтернативного топлива.

Осадки сточных вод очистных станций городской канализации

В зависимости от химического состава осадков при сбраживании выделяется от 5 до 15 м3 газа на 1 м3 осадка сточных вод.

Твердые бытовые отходы

Для производства биогаза из ТБО измельченные отходы в метантенке перемешивают с канализационным осадком из отстойников очистных сооружений. Температура массы повышается до 65-70С. Процесс анаэробного сбраживания идет в течение 1-2 месяцев. По данным зарубежных специалистов, из 1м3 ТБО выделяется до 1,5 м3 газов. В своем составе газы имеют до 50 % метана, 25 % двуокиси углерода, до 2 % водорода и азота. Эта технология достаточно широко используется за рубежом — в США, Германии, Японии, Швеции.

Сельское хозяйство

Концентрация примесей сточных вод на животноводческих фермах достигает 30000 — 60000 мг/л. Количество сухих осадков составляет не менее 20 млн. т в год. Сброженные осадки и навоз после ферментации, как правило, являются обезвреженными и могут быть использованы как удобрения. Подсчеты показывают, что в сельских местах производство биогаза может считаться рентабельным при наличии 20 коров, 200 свиней или 3500 кур.

Птицеводство

Для определения выхода биогаза можно принимать, что в одном типовом птичнике содержится 25 тыс. кур, дающих в день до 5 т помета, из которого выходит 2500 м3 биогаза.

Животноводство

Из 1 т сухого навоза в результате анаэробного сбраживания при оптимальных условиях можно получить 340 м3 биогаза. Во время сбраживания в навозе развивается микрофлора, которая последовательно разрушает органические вещества до кислот, а последние под действием синтрофных и метанообразующих бактерий превращаются в газообразные продукты — метан и углекислоту. Одновременно при сбраживании навоза обеспечивается его дезодорация, дегельминтизация, уничтожение способности семян сорных растений к всхожести и перевод удобрительных веществ в минеральную форму. При этом необходимо отметить, что технология получения биогаза путем анаэробного сбраживания в метантенках является наиболее экономичным способом переработки органических отходов птицеводческих и животноводческих предприятий в сухое удобрение.

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.

Кроме отходов биогаз можно производить из специально выращенных энергетических культур, например, из силосной кукурузы или сильфии, а также водорослей. Выход газа может достигать до 500 м3 из 1 тонны.

Получение биогаза из органических отходов имеет следующие выгоды:

Экологические:

Биогазовая станция решает проблему утилизации органических отходов и очистки сточных вод, осуществляется санитарная обработка сточных вод (особенно животноводческих и коммунально-бытовых), содержание органических веществ снижается в 10 раз.

;Экономические:

биогазовые технологии позволяют наиболее рационально и эффективно конвертировать энергию химических связей органических отходов в энергию газообразного топлива и высокоэффективных органических удобрений собственного производства. Таким образом, потребность в закупке электроэнергии, тепла, удобрений у сторонних производителей отпадает.

Энергетические:

биогаз с высокой эффективностью используется для получения собственной тепловой и электрической энергии, а также для заправки автомобилей; Излишки энергии, а также побочная товарная продукция могут быть реализованы на свободном рынке
При принятии решения о строительстве биогазовой станции необходимо принимать во внимание, что кроме выгод трех «Э», есть еще и многочисленные косвенные преимущества:

Географические:

биогазовые станции могут быть размещены в любом регионе, где есть достаточное количество органического сырья в независимости от наличия объектов традиционной энергетики, инженерных и транспортных сетей.

Инфраструктурные:

при наличии сырья, строительство биогазовой станции является отличной альтернативой строительства объектов традиционной энергетики (газопроводов, котелен, электросетей, трансформаторов) и других объектов инфраструктуры (хранилищ отходов, подъездных путей и т.д.). Отсутствуют затраты на подключение к энергосетям.

Товарные:

кроме производства целевого продукта – биогаза и минеральных удобрений, есть возможность производства и реализации других побочных товарных продуктов (серы, моторного топлива, сухого льда и т.д.), а также развития собственного товарного тепличного хозяйства.

Социальные:

биогазовая установка предоставляет возможность обеспечения теплом и электроэнергией объектов социальной инфраструктуры, расположенных поблизости (жилых домов, школ, больниц, детсадов, домов отдыха и т.д.).

Весьма ощутимые затраты на реализацию биогазового проекта в фермерских хозяйствах, животноводческих комплексах, на птицефабриках, могут быть компенсированы целым рядом.С потреблением газа все понятно… Но если дополнить биогазовую установку собственной установкой когенерации (производство тепла и электроэнергии), то, во-первых, по такой технологии уже не будет потребности строить очистные сооружения и приобретать резервные дизель-генераторы. Во-вторых, в установке от охлаждения электрогенератора вырабатывается дополнительное тепло без дополнительного сжигания газа. В-третьих, дешевый биогумус увеличивает урожайность на 40-50%.Станет ли для украинских олигархов золотой жилой производство «вонючего» газа (если исходить из аромата сырья), покажет ближайшее время.

Источник: Комитет энергосбережения и экологии

Полезные ресурсы:

— Установка для получения биогаза своими руками

— СПОСОБ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ПОФАЗНОГО АНАЭРОБНОГО СБРАЖИВАНИЯ ТВЁРДЫХ И ЖИДКИХ СБРАЖИВАЕМЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ И БЫТОВЫХ ОТХОДОВ И МЕТАНТЕНК ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

— Мини-биогазовые установки для дач и небольших фермерских хозяйств. Продажа, установка, чертежи для самостоятельного изготовления.