Биогазовый реактор

Реактор (можно встретить также название метантанк, ферментатор) – это пластиковая или стальная емкость, часть биогазовой установки в которой происходит брожение и разложение биомассы. Сам резервуар можно разделить на три части:

• загрузочная зона;
• непосредственно рабочая часть;
• зона выгрузки отработанного продукта.

Загрузочная зона может иметь один или несколько модулей. Количество модулей может меняться, исходя из потребностей производства и имеющегося сырья. В верхней части загрузочной зоны располагается люк для подачи сырья. Люк закрывается плотно, обеспечивая необходимую герметичность. Здесь находятся два штуцера – они используются для отвода выделяющегося газа и подключения датчика контроля. Датчик осуществляет замер уровня давления в реакторе и при достижении заданного уровня, обеспечивает автоматическое включение насоса для перекачки накопившегося газа в газгольдер (и последующее его выключение).

Каждая часть ферментатора снабжена теплообменником для того, чтобы обеспечивать поддержание температуры сырья на необходимом уровне.

Постоянное перемешивание биоматериала для предотвращения образования корки обеспечивают специальные мешалки.

После рабочей зоны отработанные остатки навозной массы перемещаются в зону выгрузки. Здесь размещается люк для выгрузки, через который субстрат попадает в емкость для жидкого удобрения. Из емкости удобрения откачиваются специальным насосом.

Биогаз из газгольдера поступает в специальные устройства для переработки в газомоторное топливо, электроэнергию, тепло. Весь процесс осуществляется в автоматическом режиме под контролем одного оператора.

Биореакторы для получения биогаза классифицируются, исходя из различных критериев: конструкция, способ подачи субстрата, объема и т.п.

Биогазовые установки представляют собой открытый резервуар с биомассой, в которую погружена перевернутая вверх дном емкость. Эта емкость может иметь форму цилиндра или колокола. Выделяющийся в ходе брожения газ собирается под емкостью, постепенно выдавливая ее из себя. В такой конструкции перевернутая емкость одновременно выполняет функцию газгольдера – места, где собирается выделяющийся метан.

Колокольный биореактор имеет целый ряд недостатков:

• невозможность перемешивания сырья;
• сложность с подогревом сырья, особенно в холодный период;
• наличие сильного неприятного запаха;
• антисанитарные условия в месте расположения установки;
• большие потери метана, из-за негерметичности устройства.

Поэтому метантанки подобной конструкции можно встретить лишь в небольших домашних установках. Да и то преимущественно лишь в странах с жарким климатом, что исключает необходимость подогрева субстрата.

Биогазовая установка с фиксированным или плавающим куполом позволяет исключить проблемы, присущие колокольной конструкции, а потому широко применяется в мобильном исполнении дома, так и для фермерских хозяйств. В данном случае используется цилиндр с крышей, выполненной в виде купола. Это позволяет сэкономить на использовании строительных материалов. Кроме того, такие установки оснащены патрубками, по которым осуществляется добавление субстрата, отвод готового продукта и выгрузка отработанного материала. Большинство био реакторов изготавливается именно по такой схеме.

Порционные биореакторы предполагают загрузку навоза порциями, причем загрузка каждой следующей порции осуществляется после полной выгрузки отработанных остатков предыдущей порции. Основной недостаток таких установок – неравномерное выделение биогаза в ходе процесса переработки.

В отличие от порционных, биогазовые установки с непрерывной загрузкой и выгрузкой обеспечивают постоянную подачу перерабатываемого сырья и выгрузку отработанного, благодаря чему обеспечивается равномерное выделение метана. Особенностью конструкции такого реактора является то, что в ходе загрузки и выгрузки навоза процесс производства метана не останавливается. А герметичность подводящих и отводящих патрубков обеспечивается наличием гидрозатвора, препятствующего утечке газа.

Другой особенностью порционных биореакторов является большое разнообразие конструкций, которые применяются для исключения утечки биогаза. В качестве примера можно привести австралийские канальные ферментеры, имеющие надувающийся свод из эластичного материала. Вырабатывающийся газ постепенно наполняет пузырь. И как только давление в резервуаре достигает определенной отметки, включаются насосы, которые перекачивают биогаз в специальные емкости.

Брожение в таком реакторе может проходить в мезофильном режиме, т.е. при небольшом подогреве. К достоинствам такой конструкции можно отнести исключение промежуточного ресивера для временного накопления биогаза. Однако есть у такой установки и существенные недостатки. Так, из-за того, что раздувающийся пузырь занимает приличный объем, установку можно размещать только в большом и высоком помещении (которое должно быть с отоплением) либо использовать только в местах с жарким климатом. Другой серьезный недостаток – насколько бы не был эластичен купол, он все равно слабо устойчив к механическим воздействиям.

Стандартный биореактор биогаза работает на основе биомассы, разбавленной водой до необходимой консистенции. Однако все больше появляется биогазовых установок сухого типа, основанных на естественной влажности загружаемого навоза. Процессы в таких установках протекают медленно, поэтому на полный цикл разложения сырья требуется около полугода. Cтоимость «мокрого» газгольдера может составить до половины стоимости биогазовой установки. «Cухой» газгольдер небольшой, всего на 1 куб.м рабочего объема, но для большинства малых и средних установок достаточно.

По нашим расчетам, шлам от биогазовой установки представляет намного большую ценность, чем сам биогаз. 80% окупаемости дают биоудобрения, и только 20% — биогаз.