De stijging van de energieprijzen dwingt tot het zoeken naar alternatieve verwarmingsopties. Goede resultaten zijn te behalen door zelf biogas te produceren uit beschikbare organische grondstoffen. In dit artikel zullen we het hebben over de productiecyclus, het bioreactorapparaat en aanverwante apparatuur..
Afhankelijk van de basisregels voor de werking is een gasreactor volkomen veilig en kan hij zelfs een klein huis, zelfs een heel agro-industrieel complex, van brandstof en elektriciteit voorzien. Het resultaat van het werk van de bioreactor is niet alleen gas, maar ook een van de meest waardevolle soorten meststoffen, het hoofdbestanddeel van natuurlijke humus.
Hoe biogas wordt gewonnen
Om biogas te winnen, worden organische grondstoffen geplaatst in omstandigheden die gunstig zijn voor de ontwikkeling van verschillende soorten bacteriën die tijdens hun leven methaan uitstoten. Biomassa doorloopt drie transformatiecycli en in elk stadium nemen verschillende stammen van anaërobe organismen deel. Zuurstof is niet nodig voor hun levensduur, maar de samenstelling van de grondstof en de consistentie ervan, evenals temperatuur en inwendige druk, zijn van groot belang. Omstandigheden met een temperatuur van 40–60 ° C bij een druk tot 0,05 atm worden als optimaal beschouwd. De geladen grondstof begint gas te produceren na langdurige activering, wat enkele weken tot zes maanden duurt.
Het begin van de gasafgifte in het berekende volume geeft aan dat de bacteriekolonies al vrij talrijk zijn, daarom wordt na 1-2 weken verse grondstof in de reactor gedoseerd, die vrijwel onmiddellijk wordt geactiveerd en de productiecyclus ingaat.
Om optimale omstandigheden te behouden, worden de grondstoffen periodiek gemengd, waarbij een deel van de warmte van gasverwarming wordt gebruikt om de temperatuur op peil te houden. Het resulterende gas bevat 30 tot 80% methaan, 15-50% kooldioxide, kleine onzuiverheden van stikstof, waterstof en waterstofsulfide. Voor huishoudelijk gebruik wordt gas verrijkt door er koolstofdioxide uit te verwijderen, waarna de brandstof kan worden gebruikt in een breed scala aan elektrische apparatuur: van motoren van energiecentrales tot verwarmingsketels..
Welke grondstoffen zijn geschikt voor productie
In tegenstelling tot wat vaak wordt gedacht, is mest niet de beste grondstof voor de productie van biogas. De brandstofopbrengst van een ton schone mest is slechts 50-70 m3 met een concentratie van 28-30%. Het is echter in dierlijk afval dat de meeste noodzakelijke bacteriën snel opstarten en een efficiënte werking van de reactor behouden..
Om deze reden wordt mest gemengd met gewas- en voedselresten in een verhouding van 1: 3. De volgende worden gebruikt als plantaardige grondstoffen:
Grondstoffen Output van 1 ton grondstoffen СН concentratie4 Kuilvoer van maïsstengels en kolven 400 mtr3 50-56% Gras en graankuil 200-230 m3 49-54% Voederaardappelen, bieten, graan 500-600 m3 50-65% Afval van bakkerijen en voedingsindustrie (sojabonen, haver) 700-750 m3 55-58% Plantaardige oliën, vet, glycerine 8500-1200 m3 65-68% Grondstoffen kunnen niet zomaar in de reactor worden gegoten, er is enige voorbereiding nodig. Het oorspronkelijke substraat wordt vermalen tot een fractie van 0,4–0,7 mm en verdund met water in een hoeveelheid van ongeveer 25–30% van het drooggewicht. In grote volumes vereist het mengsel een grondiger menging in homogenisatieapparaten, waarna het klaar is om in de reactor te worden geladen.
Bioreactor constructie
De eisen voor de voorwaarden voor het plaatsen van de reactor zijn dezelfde als voor een passieve septic tank. Het grootste deel van de bioreactor is de vergister, een container waarin het hele fermentatieproces plaatsvindt. Om de kosten voor het verwarmen van de massa te verlagen, wordt de reactor in de grond gegraven. Zo daalt de temperatuur van het medium niet onder de 12–16 ° C en blijft de warmteafvoer die tijdens de reactie wordt gevormd minimaal.
Biogasinstallatie diagram: 1 – laadbunker voor grondstoffen; 2 – biogas; 3 – biomassa; 4 – tankcompensator; 5 – luik voor afvalwinning; 6 – overdrukventiel; 7 – gasbuis; 8 – waterslot; 9 – voor consumenten
Voor vergisters tot 3 m3 het is toegestaan om nylon containers te gebruiken. Omdat de dikte en het materiaal van hun wanden de uitstroom van warmte niet belemmeren, zijn de containers bekleed met lagen geëxpandeerd polystyreen of vochtbestendige minerale wol. De bodem van de put is betonnen met een dekvloer van 7-10 cm met versteviging om te voorkomen dat de reactor uit de grond wordt geperst.
Het meest geschikte materiaal voor de constructie van grote reactoren is gewapend claydietbeton. Het heeft voldoende sterkte, een laag warmtegeleidingsvermogen en een lange levensduur. Voordat de wanden van de kamer worden gestort, is het noodzakelijk om een hellende buis te monteren om het mengsel naar de reactor te leiden. De diameter is 200-350 mm, het onderste uiteinde moet 20-30 cm vanaf de onderkant zijn.
In het bovenste deel van de vergister bevindt zich een gastank – een koepel of conische structuur die gas concentreert op het bovenste punt. De gashouder kan van plaatstaal worden gemaakt, maar in kleine installaties wordt de boog gemaakt van metselwerk en vervolgens bedekt met staalgaas en gepleisterd. Bij het construeren van een gastank is het noodzakelijk om in het bovenste gedeelte een afgesloten doorgang van twee leidingen te voorzien: voor gasinlaat en installatie van een overdrukventiel. Een andere buis met een diameter van 50-70 mm wordt gelegd om de afvalmassa weg te pompen.
Het reactorvat moet worden afgesloten en bestand zijn tegen een druk van 0,1 atm. Om dit te doen, is het binnenoppervlak van de vergister bedekt met een doorlopende laag van gecoate bitumenafdichting en is een afgedicht luik op de bovenkant van de gastank gemonteerd..
Gasverwijdering en verrijking
Van onder de koepel van de gashouder wordt gas omgeleid via een pijpleiding naar een container met waterslot. De dikte van de waterlaag boven de buisuitlaat bepaalt de werkdruk in de reactor en bedraagt doorgaans 250–400 mm.
Na het waterslot kan het gas worden gebruikt in verwarmingsapparatuur en om te koken. Verbrandingsmotoren hebben echter een hoger methaangehalte nodig om te kunnen werken, dus het gas wordt verrijkt.
De eerste fase van verrijking is het verlagen van de concentratie kooldioxide in het gas. Om dit te doen, kunt u speciale apparatuur gebruiken die werkt volgens het principe van chemische absorptie of op semi-permeabele membranen. Thuis is verrijking ook mogelijk door gas door de waterkolom te leiden, waarin tot de helft CO is opgelost2. Het gas wordt verneveld tot kleine bellen door buisvormige beluchters, het koolzuurhoudende water moet periodiek worden verwijderd en onder normale atmosferische omstandigheden worden verstoven. In plantenteeltcomplexen wordt dergelijk water met succes gebruikt in hydrocultuursystemen.
In de tweede verrijkingsfase wordt het vochtgehalte van het gas verlaagd. Deze functie is te vinden in de meeste in de fabriek gemaakte verbandapparatuur. Zelfgemaakte droogmiddelen zien eruit als een Z-buis gevuld met silicagel.
Biogasgebruik: specificiteit en uitrusting
De meeste moderne modellen verwarmingsapparatuur zijn ontworpen om met biogas te werken. Verouderde ketels kunnen relatief eenvoudig opnieuw worden uitgerust door de brander en de luchtgasvoorbereidingsinrichting te vervangen.
Om gas onder bedrijfsdruk te verkrijgen, wordt een conventionele zuigercompressor met een opvangvat gebruikt, ingesteld om te werken bij een druk van 1,2 keer de ontwerpdruk. De druk wordt genormaliseerd door een gasregelaar, wat helpt om vallen te voorkomen en een gelijkmatige vlam te behouden.
De prestaties van de bioreactor moeten minstens 50% hoger zijn dan het verbruik. Er wordt geen overtollig gas gegenereerd bij de productie: wanneer de druk hoger is dan 0,05-0,065 atm, wordt de reactie bijna volledig vertraagd en wordt deze pas hersteld nadat een deel van het gas is weggepompt.
Hoe werkt een biogasinstallatie precies en wat zijn de voordelen van het rendabel recyclen van organisch afval?