Биогазовая установка для производства биогаза

Биогазовая установка – специальный биореактор, предназначенный для производства биогаза путем переработки отходов пищевой промышленности, животноводства, сельского хозяйства. В качестве субстрата используют навоз КРС, свиной навоз, птичий помет, силос на выходе получают биогаз и высокоэффективное жидкое органическое удобрение.

О том какие бывают установки, читайте на странице «Биогазовые установки«.

В основе работы биогазовой установки лежит процесс брожения и разложения органических отходов, который проходит под воздействием температуры и специальных бактерий – гидролизных, метанообразующих, кислотообразующих. Получаемый биогаз представляет собой смесь сразу нескольких газов: углекислого газа (около 33%), метана (примерно 63 %), сероводорода (около 2%), аммиака (около 1%). При этом процентное содержание газов может меняться в зависимости от используемого сырья. Но такие изменения незначительны.

Для работы установки подойдут самые разные отходы: навоз, остатки растений, органические отходы животноводческих комплексов, остатки продуктов питания, ТБО, отходы мясобоен и т.п. Несмотря на то, что для переработки в биогазовой установке подходит большинство отходов, есть здесь и свои ограничения, касающиеся качества используемого сырья. Так, для переработки следует использовать только свежие и влажные отходы. Это связано с тем, что в свежей биомассе высокая активность микроорганизмов позволяет получить максимальный процент выхода биогаза. А для это требуется обеспечить необходимый уровень вязкости сырья. Тогда как наличие сухих элементов замедляет процесс брожения и даже может полностью прекратить выход биогаза. Не подлежат переработке моющие средства, антибиотики, растворители – в них отсутствуют бактерии, необходимые для активации процесса брожения.

Установка для биогаза работает следующим образом:

1. В загрузочный бункер помещаются продукты переработки.
2. При необходимости, сырье может быть дополнительно измельчено.
3. Подогрев биомассы до нужной температуры – это ускорит процесс брожения.
4. Непосредственно процесс переработки сырья – в замкнутой, герметичной емкости, исключающей даже минимальный доступ кислорода. В течение всего времени переработки поддерживается необходимая температура – примерно 40 градусов Цельсия. Если температура упадет ниже – процесс брожения будет происходить дольше. При более высокой температуре произойдет быстрое испарение воды из сырья, что приведет к недостаточному уровню распада. Для ускорения процедуры может использоваться специальный миксер, который будет периодически перемешивать биомассу изнутри.
5. Раздельный выход продукта – биогаза и удобрения.

Схема работы установки предполагает непрерывный процесс работы – новые отходы могут загружаться в установку по мере переработки предыдущей партии.

Установка для получения биогаза состоит из следующих основных элементов:

1. Перерабатывающий бункер – он является приемным устройством для биомассы, которая в последствии пойдет в переработку. Здесь также крупные части биомассы могут измельчаться, если это необходимо.
2. Переходная емкость – используется для подогрева сырья.
3. Биореактор – основная часть любой биоустановки. Здесь происходит процесс брожения биомассы. К биореактору предъявляются достаточно серьезные требования. Это должна быть герметичная емкость из прочной стали (как вариант из бетона с антикислотным покрытием). Реактор должен иметь хорошую теплоизоляцию, чтобы обеспечить поддержание необходимой температуры.
4. Система трубок с горячей водой, которые обеспечивают подогрев реактора и биомассы.
5. Дополнительно реактор может оснащаться миксером для перемешивания биомассы в ходе всей процедуры разложения.
6. Газгольдер. Биогаз установка выводит в газгольдер через соединенный с реактором газоотвод. Газгольдер оборудован специальными клапанами, которые обеспечивают выход и сжигание излишнего объема газа, исключая чрезмерное повышение давления.
7. Сепаратор – сюда попадают удобрения. Здесь происходит разделение полученной массы на твердую часть (биогумус) и жидкое удобрение.
8. Система передачи и переработки получаемого биогаза в другие виды энергии – электричество или тепло.
9. Автоматика, отвечающая за весь технологический процесс.

Установки также могут оборудоваться дополнительными системами: системы сброса технической воды, агрегат для дополнительной очистки биогаза, система сжижения газа, прочие опции.

В целях обеспечения непрерывности процесса, биореактор для получения биогаза должен быть полностью автоматизированным. Процесс разложения биомассы протекает несколько дней и важно обеспечить непрерывный контроль, что может сделать только автоматика. Однако в некоторых (наиболее простых) агрегатах отдельные этапы могут выполняться в механизированным режиме (подача сырья, перемешивание биомассы).

Особенности технологических процессов разложения биомассы во многом зависят от того, какой режим брожения используется в установке. Наиболее распространены два режима – термофильный и мезофильный. Оба режима критично зависят от наличия внешнего источника тепла и поддержания температуры в течение всего процесса.

Термофильный режим протекает при температуре 50-55 градусов. Более высокая температура позволяет уничтожить большинство болезнетворных микроорганизмов, а также обеспечивает протекание термофильной реакции быстрее почти в 2 раза (в среднем 5-10 суток). Однако качество получаемого биогаза (процент содержания метана) и удобрения (процент содержания азота) ниже. Такой режим более энергозатратен. Кроме того, образующиеся при термофильном режиме бактерии весьма чувствительны к изменению температуры – допустимые перепады могут быть в пределах 0,5 градуса в час.

Рабочая температура для мезофильного режима колеблется в диапазоне от 30 до 40 градусов. При этом процесс разложения биомассы протекает в 1,5-2 раза медленнее (в среднем 10-20 суток). Однако при этом качество биогаза и удобрений получается выше. Что касается изменения температуры в процессе брожения, то здесь перепад может составлять в пределах 1 градус в час.

В настоящее время уже существуют установки с несколькими реакторами, соединенными параллельно или последовательно. Добавляя реакторы, можно увеличить мощность установки, но при этом затраты будут меньше, чем приобретение нескольких отдельных установок. Исходя из схемы соединения, процесс загрузки и выгрузки будет протекать по разным алгоритмам.

При длительности цикла в 20 дней выгрузка/загрузка соединенных параллельно реакторов выполняется по очереди каждые 20/N дней, где N – это число реакторов. Фактически в каждом из реакторов за 20 дней сменится 2/3 сырья. Параллельное соединение позволяет получить биоудобрения высокого качества, однако выработка биогаза в этом случае будет неравномерной.

При той же продолжительности цикла в 20 дней последовательное соединение реакторов требует ежедневной выгрузки и добавления 1/20 от общей емкости всех реакторов. В этом случае можно получить биогаз высокого качества, а вот качество биоудобрения будет зависть от общего количества реакторов в установке.

• Фермы КРС – для утилизации коровьего навоза, подстилки, растительных остатков.
• Свинокомплексы – для утилизации свиного навоза, подстилки, растительных остатков.
• Конные заводы – для переработки конского навоза, подстилки, растительных остатков.
• Птицефабрики – для переработки куриного помёта, переработка птичьего помёта.
• Сахарные заводы – успешно испытана переработка отходов свекольной ботвы, жома.
• Предприятия агропромышленного комплекса, на которых скапливаются отходы растениеводства, тепличные комплексы.
• Биогазовую установку используют в частных домах для отопления и нагрева воды.

1. Позволяет извлекать дополнительную выгоду из биологических отходов, обеспечивая практически безотходное производство.
2. Облегчает процесс утилизации отходов.
3. Возможность использования самых разных отходов.
4. Работает на фактически неистощимом и бесплатном «топливе» — отходы производства будут всегда, пока работает само производство.
5. Является экологически чистым производством.
6. Возможность получить удобрение высокого качества и биогаз.
7. Экономия энергоресурсов за счет использования биогаза для получения электричества, тепла и даже топлива (газа) для автотранспорта.

1. Повышенный уровень опасности оборудования.
2. Низкая скорость производства по сравнению с получением других источников энергии.
3. Для получения высокого процента выхода биогаза потребуются серьезные финансовые затраты на хорошую установку.
4. Для получения качественного биогаза необходимо четко соблюдать технологический процесс.
5. Наличие дополнительных энергозатрат, необходимых для переработки сырья.
6. Привязка к месту нахождения источников сырья (длительная транспортировка делает производство нерентабельным).