Nezávislá výroba bioplynu

Růst cen energie nás nutí přemýšlet o možnosti zajistit si je nezávisle. Jednou z možností je bioplynová stanice. S jeho pomocí se bioplyn získává z hnoje, trusu a zbytků rostlin, které lze po vyčištění použít pro plynové spotřebiče (sporák, kotel), přečerpávat do lahví a používat jako palivo pro automobily nebo elektrické generátory. Obecně platí, že zpracování hnoje na bioplyn může zajistit všechny energetické potřeby domu nebo farmy.

Výstavba bioplynové stanice - způsob soběstačnosti s energetickými zdroji

Obecné zásady

Bioplyn je produkt, který se získává rozkladem organických látek. V procesu rozpadu / fermentace se uvolňují plyny, které lze shromažďovat, aby vyhovovaly potřebám vaší vlastní farmy. Zařízení, ve kterém tento proces probíhá, nazývám „bioplynová stanice“.

V některých případech je výstup plynu nadměrný, poté je uložen v držácích plynu - pro použití po dobu jeho nedostatečného množství. S příslušnou organizací procesu může být příliš mnoho plynu, pak může být jeho přebytek prodán. Dalším zdrojem příjmu jsou fermentované zbytky. Jedná se o vysoce účinné a bezpečné hnojivo - během fermentačního procesu většina mikroorganismů zemře, semena rostlin ztratí svoji klíčivost, vajíčka parazitů se stanou neživotaschopnými. Odstranění těchto hnojiv na pole má pozitivní vliv na výnos.

Podmínky pro výrobu plynu

Proces tvorby bioplynu nastává v důsledku životně důležité aktivity různých druhů bakterií, které jsou obsaženy v samotném odpadu. Aby však mohli aktivně „pracovat“, je nutné, aby si vytvořili určité podmínky: vlhkost a teplotu. Na jejich vytvoření se staví bioplynová stanice. Jedná se o komplex zařízení, jehož základem je bioreaktor, ve kterém dochází k rozkladu odpadu, který je doprovázen tvorbou plynů.

Organizace cyklu zpracování hnoje a rostlinného odpadu na bioplyn

Existují tři způsoby zpracování hnoje na bioplyn:

• Psychofilní režim. Teplota v bioplynové stanici je od + 5 ° C do + 20 ° C. Za takových podmínek je proces rozkladu pomalý, tvoří se velké množství plynu a jeho kvalita je nízká.
• Mezofilní. Jednotka vstoupí do tohoto režimu při teplotách od + 30 ° C do + 40 ° C. V tomto případě se množí mezofilní bakterie. V tomto případě se vytvoří více plynu, proces zpracování trvá méně času - od 10 do 20 dnů.
• Termofilní. Tyto bakterie se množí při teplotách od + 50 ° C. Proces je nejrychlejší (3–5 dní), výtěžnost plynu je největší (za ideálních podmínek lze z 1 kg dodávky získat až 4,5 litru plynu). Většina referenčních tabulek pro regeneraci plynu ze zpracování je uvedena konkrétně pro tento režim, takže při použití jiných režimů stojí za to provést úpravu směrem dolů.

Nejtěžší v bioplynových stanicích je termofilní režim. To vyžaduje vysoce kvalitní tepelnou izolaci bioplynové stanice, vytápění a systém regulace teploty. Ale na výstupu dostaneme maximální množství bioplynu. Další vlastností termofilního zpracování je nemožnost dodatečného plnění. Další dva režimy - psychofilní a mezofilní - umožňují každodenní přidávání čerstvé porce připravených surovin.Ale v termofilním režimu umožňuje krátká doba zpracování bioreaktor rozdělit na zóny, ve kterých bude zpracován vlastní podíl surovin s různými dobami nakládání.

Schéma bioplynové stanice

Základem bioplynové stanice je bioreaktor nebo bunkr. Probíhá v něm fermentační proces a v něm se hromadí výsledný plyn. Nechybí ani nakládací a vykládací násypka, vyprodukovaný plyn je odváděn trubkou zasunutou do horní části. Dále přichází na řadu systém čištění plynu - jeho čištění a zvýšení tlaku v plynovodu na funkční.

Schéma zařízení na zpracování hnoje na bioplyn

U mezofilních a termofilních režimů je pro dosažení požadovaných režimů rovněž zapotřebí systém ohřevu bioreaktoru. K tomu se obvykle používají plynové kotle na vyrobené palivo. Odtud potrubní systém jde do bioreaktoru. Obvykle se jedná o polymerní trubky, protože jsou nejvhodnější pro agresivní prostředí.

Zařízení na bioplyn také potřebuje systém pro míchání látky. Během fermentace se nahoře tvoří tvrdá kůra, těžké částice se usazují. To vše společně zhoršuje proces plynování. K udržení homogenního stavu zpracovávané hmoty jsou zapotřebí míchadla. Mohou být mechanické nebo dokonce manuální. Lze je spustit časovačem nebo ručně. Vše záleží na tom, jak je bioplynová stanice vyrobena. Automatizovaný systém je nákladnější na instalaci, ale vyžaduje minimální pozornost během provozu.

Nejjednodušší bioplynová stanice z plastového sudu

Zařízení na výrobu bioplynu podle typu místa může být:

• Nad zemí.
• Polozapuštěné.
• Zapuštěné.

Pohřbení je instalace nákladnější - je zapotřebí velké množství pozemních prací. Ale pokud jsou použity v našich podmínkách, jsou lepší - je snazší uspořádat izolaci, nižší náklady na vytápění.

Co lze recyklovat

Bioplynová stanice je v podstatě všežravá - lze zpracovat jakoukoli organickou hmotu. Vhodný je jakýkoli hnůj a moč, rostlinné zbytky. Čisticí prostředky, antibiotika, chemie negativně ovlivňují proces. Je žádoucí minimalizovat jejich příjem, protože ničí flóru, která se podílí na zpracování.

Kolik bioplynu lze získat z různých odpadů

Skotový hnůj je považován za ideální, protože obsahuje velké množství mikroorganismů. Pokud na farmě nejsou žádné krávy, je vhodné při nakládání do bioreaktoru přidat část hnoje k naplnění substrátu potřebnou mikroflórou. Zbytky rostlin jsou předem rozdrceny a zředěny vodou. Bioreaktor mísí rostlinný materiál a exkrementy. Takové „plnění“ trvá déle, ale na výstupu máme při správném režimu nejvyšší výtěžek produktu.

Lokalizace

Aby se minimalizovaly náklady na organizaci procesu, je logické umístit bioplynovou stanici poblíž zdroje odpadu - poblíž budov, kde se chová drůbež nebo zvířata. Je žádoucí vyvinout konstrukci tak, aby k zatížení došlo gravitací. Ze stodoly nebo chléva můžete položit potrubí z kopce, kterým bude hnoje proudit gravitací do bunkru. To značně usnadňuje údržbu reaktoru a odstraňování hnoje.

Nejvhodnější je umístit bioplynovou stanici tak, aby odpad z farmy mohl proudit gravitací

Budovy se zvířaty se obvykle nacházejí v určité vzdálenosti od obytné budovy. Vyrobený plyn bude proto nutné převést na spotřebitele. Protahování jednoho plynového potrubí je však levnější a jednodušší než uspořádání linky pro přepravu a nakládání hnoje.

Bioreaktor

Na nádrže na zpracování hnoje jsou kladeny poměrně přísné požadavky:

• Musí být nepropustný pro vodu a plyny. Vodotěsnost by měla působit v obou směrech: kapalina z bioreaktoru by neměla kontaminovat půdu a podzemní voda by neměla měnit stav fermentované hmoty.
• Bioreaktor musí mít vysokou pevnost. Musí odolat hmotnosti polotekutého substrátu, tlaku plynu uvnitř nádoby a vnějšímu tlaku půdy. Obecně by se při stavbě bioreaktoru měla věnovat zvláštní pozornost jeho síle.
  

  Pro domácí použití a sezónní výrobu biopaliv (v teplé sezóně) v malých objemech je vhodná plastová nádrž s víkem

• Provozuschopnost. Pohodlnější použití válcových kontejnerů - horizontálních nebo vertikálních. V nich lze míchání organizovat v celém objemu, nevytvářejí se v nich žádné stagnující zóny.Obdélníkové kontejnery se snáze realizují při stavbě vlastními rukama, ale často se v nich v rozích tvoří trhliny a substrát tam stagnuje. Míchání v rozích je velmi problematické.

Všechny tyto požadavky na stavbu bioplynové stanice musí být splněny, protože zajišťují bezpečnost a vytvářejí normální podmínky pro zpracování hnoje na bioplyn.

Jaké materiály lze vyrobit

Odolnost proti agresivním médiím je hlavním požadavkem na materiály, ze kterých lze nádobu vyrobit. Substrát v bioreaktoru může být kyselý nebo alkalický. Proto musí materiál, ze kterého je nádoba vyrobena, dobře snášet různá prostředí.

Na tyto požadavky neodpovídá mnoho materiálů. První věc, která mě napadne, je metal. Je odolný, můžete si z něj vyrobit nádobu jakéhokoli tvaru. Dobré je, že můžete použít hotový kontejner - nějaký starý tank. V tomto případě bude výstavba bioplynové stanice trvat jen velmi málo času. Nedostatek kovu - reaguje s chemicky aktivními látkami a začíná se rozpadat. Pro neutralizaci tohoto mínusu je kov pokryt ochranným povlakem.

Vynikající volbou je nádoba na polymerní bioreaktor. Plast je chemicky neutrální, nehnije, nerezaví. Musíte si jen vybrat z materiálů, které vydrží mráz a ohřev na dostatečně vysoké teploty. Stěny reaktoru by měly být silné, nejlépe vyztužené skleněnými vlákny. Takové kontejnery nejsou levné, ale slouží dlouho.

Je možné postavit bioreaktor na výrobu bioplynu z cihel, ale musí být dobře omítnut pomocí přísad, které zajišťují nepropustnost pro vodu a plyn

Levnější variantou je bioplynová stanice s nádrží z cihel, betonových bloků, kamene. Aby zdivo vydrželo vysoké zatížení, je nutné jej vyztužit (v každé 3–5 řadách, v závislosti na tloušťce stěny a materiálu). Po dokončení procesu montáže stěny je pro zajištění nepropustnosti vody a plynu nutné následné vícevrstvé zpracování stěn, a to jak zevnitř, tak z vnějšku. Stěny jsou omítnuty cementově písčitým složením s přísadami (přísadami), které poskytují požadované vlastnosti.

Dimenzování reaktoru

Objem reaktoru závisí na zvolené teplotě pro zpracování hnoje na bioplyn. Nejčastěji se volí mezofilní - je snadnější na údržbu a předpokládá možnost denního dodatečného plnění reaktoru. Produkce bioplynu po dosažení normálního režimu (přibližně 2 dny) je stabilní, bez nárazů a poklesů (při vytvoření normálních podmínek). V tomto případě má smysl vypočítat objem bioplynové stanice v závislosti na množství hnoje generovaného na farmě za den. Vše lze snadno vypočítat na základě průměrných údajů.

Rozklad hnoje při mezofilních teplotách trvá 10 až 20 dnů. Podle toho se objem vypočítá vynásobením 10 nebo 20. Při výpočtu je třeba vzít v úvahu množství vody, které je potřebné k uvedení substrátu do ideálního stavu - jeho obsah vlhkosti by měl být 85-90%.Zjištěný objem se zvýší o 50%, protože maximální zatížení by nemělo překročit 2/3 objemu nádrže - plyn by se měl hromadit pod stropem.

Farma má například 5 krav, 10 prasat a 40 kuřat. V podstatě je vytvořeno 5 * 55 kg + 10 * 4,5 kg + 40 * 0,17 kg = 275 kg + 45 kg + 6,8 kg = 326,8 kg. Abyste dosáhli 85% vlhkosti kuřecího hnoje, musíte přidat něco málo přes 5 litrů vody (to je dalších 5 kg). Celková hmotnost je 331,8 kg. Ke zpracování za 20 dní potřebujete: 331,8 kg * 20 = 6636 kg - asi 7 kostek pouze na podklad. Nalezený údaj vynásobíme 1,5 (nárůst o 50%), dostaneme 10,5 metrů krychlových. Bude to vypočítaná hodnota objemu reaktoru bioplynové stanice.

Nakládka a vykládka

Nakládací a vykládací poklopy vedou přímo do nádrže bioreaktoru. Aby byl substrát rovnoměrně rozložen po celé ploše, jsou vyrobeny na opačných koncích nádoby.

Schéma bioplynového reaktoru bez předehřívání

V případě zakopané instalace bioplynové stanice se nakládací a vykládací potrubí přibližují k tělu pod ostrým úhlem. Kromě toho musí být spodní konec potrubí pod úrovní kapaliny v reaktoru. Tím se zabrání vstupu vzduchu do nádoby. Na potrubí, která jsou uzavřena v normální poloze, jsou také instalovány otočné nebo uzavírací ventily. Otevírají se pouze během nakládky nebo vykládky.

Protože hnůj může obsahovat velké úlomky (podestýlku, stébla trávy atd.), Často se ucpávají potrubí malého průměru. Při nakládání a vykládání proto musí mít průměr 20–30 cm. Musí být namontovány před zahájením prací na izolaci bioplynové stanice, ale až po instalaci nádoby na místo.

Tvary bioreaktoru a možnosti nakládání a vykládání poklopů

Nejvýhodnějším provozním režimem bioplynové stanice je pravidelné nakládání a vykládání substrátu. Tuto operaci lze provést jednou denně nebo jednou za dva dny. Hnůj a další součásti se předem shromažďují ve skladovací nádrži, kde se uvedou do požadovaného stavu - v případě potřeby se rozdrtí, zvlhčí a promísí. Pro větší pohodlí může být tento kontejner vybaven mechanickým míchadlem. Připravený substrát se nalije do přístupového otvoru. Umístěním sběrné nádoby na slunce se substrát předehřeje, což sníží náklady na udržování požadované teploty.

Je žádoucí vypočítat hloubku instalace přijímací násypky tak, aby do ní odpad proudil gravitačně. Totéž platí pro vypouštění do bioreaktoru. Nejlepší je, když se připravený substrát bude pohybovat gravitací. A tlumič to během přípravy ohradí.

Bioplynová stanice s míchadlem a vytápěním

Aby byla zajištěna těsnost zařízení na výrobu bioplynu, musí mít poklopy na přijímacím zásobníku a ve vykládací oblasti těsnicí gumové těsnění. Čím méně vzduchu je v nádrži, tím čistší bude výstupní plyn.

Sběr a likvidace bioplynu

Bioplyn je z reaktoru odváděn trubkou, jejíž jeden konec je pod střechou, druhý je obvykle spuštěn do vodního uzávěru. Jedná se o nádobu s vodou, do které se odvádí výsledný bioplyn. Ve vodním uzávěru je druhá trubka - je nad hladinou kapaliny. Čistý bioplyn jde do toho. Na výstupu z jejich bioreaktoru je instalován plynový uzavírací ventil. Nejlepší možností je míč.

Jaké materiály lze použít pro systém přepravy plynu? Pozinkované kovové trubky a plynové trubky z HDPE nebo PPR. Musí zajistit těsnost, švy a spoje jsou kontrolovány mýdlovou pěnou. Celé potrubí je sestaveno z trubek a tvarovek stejného průměru. Žádné kontrakce ani prodloužení.

Čištění od nečistot

Přibližné složení vyrobeného bioplynu je následující:

Filtr pro čištění bioplynu od sirovodíku

K odstranění sirovodíku se používá filtr s kovovými třískami.Do nádoby můžete vložit staré kovové houby. Čištění probíhá stejným způsobem: plyn se přivádí do spodní části nádoby naplněné kovem. Při průchodu je čištěn od sirovodíku, shromažďuje se v horní volné části filtru, odkud je odváděn další trubkou / hadicí.

Plynová nádrž a kompresor

Vyčištěný bioplyn vstupuje do skladovací nádrže - držáku plynu. Může to být uzavřený plastový sáček, plastová nádoba. Hlavní podmínkou je plynotěsnost, nezáleží na tvaru a materiálu. Zásoba bioplynu je uložena v držáku plynu. Z ní se pomocí kompresoru dodává plyn pod určitým tlakem (nastaveným kompresorem) spotřebiteli - do plynového sporáku nebo kotle. Tento plyn lze také použít k výrobě elektřiny pomocí generátoru.

Jedna z možností pro plynové nádrže

Pro vytvoření stabilního tlaku v systému po kompresoru je vhodné nainstalovat přijímač - malé zařízení pro vyrovnávání tlakových rázů.

Míchací zařízení

Aby bioplynová stanice fungovala v normálním režimu, je nutné pravidelně míchat kapalinu v bioreaktoru. Tento jednoduchý proces řeší mnoho problémů:

• smíchá čerstvou část náplně s kolonií bakterií;
• podporuje uvolňování vyprodukovaného plynu;
• vyrovnává teplotu kapaliny, s výjimkou teplejších a chladnějších oblastí;
• udržuje rovnoměrnost podkladu tím, že zabraňuje sesedání nebo vznášení se některých složek.

Typicky malá domácí bioplynová stanice má mechanické míchače, které jsou poháněny svalovou silou. V systémech s velkým objemem mohou být míchadla poháněna motory, které se zapínají časovačem.

Druhy míchadel pro bioreaktory

Druhým způsobem je míchat kapalinu a procházet přes ni část vyprodukovaného plynu. Za tímto účelem se po opuštění meta nádrže umístí odpaliště a část plynu se nalije do spodní části reaktoru, kde vychází trubkou s otvory. Tuto část plynu nelze považovat za průtok, protože stále znovu vstupuje do systému a v důsledku toho končí v držáku plynu.

Třetím způsobem míchání je pumpování substrátu z jejich spodní části pomocí fekálních pump, vylévání nahoře. Nevýhodou této metody je závislost na dostupnosti elektřiny.

Topný systém a tepelná izolace

Bez zahřátí zpracované suspenze se psychofilní bakterie množí. Proces zpracování v tomto případě bude trvat 30 dní a výtěžek plynu bude malý. V létě, za přítomnosti tepelné izolace a předehřátí zátěže, je možné dosáhnout teploty až 40 stupňů, kdy začíná vývoj mezofilních bakterií, ale v zimě je taková instalace prakticky nefunkční - procesy jsou velmi pomalé. Při teplotách pod + 5 ° C prakticky mrznou.

Závislost načasování zpracování hnoje na bioplyn na teplotě

Jak vytápět a kam umístit

Pro dosažení nejlepších výsledků použijte vyhřívání. Nejracionálnější je ohřev vody z kotle. Kotel může pracovat na elektřinu, tuhá nebo kapalná paliva, lze jej také spustit na vyrobený bioplyn. Maximální teplota, na kterou musí být voda ohřátá, je + 60 ° C. Teplejší trubky mohou způsobit ulpívání částic na povrchu, což má za následek sníženou účinnost ohřevu.

Můžete také použít přímé topení - vložte topné články, ale zaprvé je obtížné zorganizovat míchání a zadruhé se podklad přilepí na povrch, což snižuje přenos tepla, topné články se rychle spálí

Zařízení na bioplyn lze ohřívat pomocí standardních topných těles, jednoduše pomocí trubek stočených do cívky, svařovaných registrů. Je lepší použít polymerní trubky - kov-plast nebo polypropylen.Vlnité trubky z nerezové oceli jsou také vhodné, snáze se pokládají, zejména ve válcových vertikálních bioreaktorech, ale vlnitý povrch vyvolává přilnavost sedimentu, což není dobré pro přenos tepla.

Aby se snížila možnost usazování částic na topných tělesech, jsou tyto umístěny v zóně směšovače. Pouze v tomto případě je nutné navrhnout vše tak, aby se směšovač nemohl dotknout trubek. Často se zdá, že je lepší umístit ohřívače dole, ale praxe ukázala, že takové ohřívání je neúčinné kvůli sedimentu dole. Je tedy racionálnější umístit ohřívače na stěny metatenky bioplynové stanice.

Metody ohřevu vody

Podle způsobu uspořádání trubek může být topení vnější nebo vnitřní. Při vnitřní instalaci je vytápění účinné, ale oprava a údržba topných těles není možná bez vypnutí a odčerpání systému. Zvláštní pozornost je proto věnována výběru materiálů a kvalitě spojů.

Vytápění zvyšuje produktivitu bioplynové stanice a zkracuje dobu zpracování surovin

Pokud jsou ohřívače umístěny venku, je zapotřebí více tepla (náklady na ohřev obsahu bioplynové stanice jsou mnohem vyšší), protože mnoho tepla se vynakládá na ohřev stěn. Na druhou stranu je systém vždy k dispozici pro opravu a vytápění je rovnoměrnější, protože prostředí se ohřívá ze stěn. Další výhodou tohoto řešení je, že míchadla nemohou poškodit topný systém.

Jak izolovat

Na dno jámy se nejprve nalije vyrovnávací vrstva písku, poté tepelně izolační vrstva. Může to být hlína smíchaná se slámou a expandovanou hlínou, struskou. Všechny tyto komponenty lze míchat, lze je sypat v samostatných vrstvách. Jsou vyrovnány do horizontu, instalována kapacita bioplynové stanice.

Boky bioreaktoru lze izolovat moderními materiály nebo klasickými zastaralými metodami. Ze staromódních metod - nátěr hlínou a slámou. Nanáší se v několika vrstvách.

K izolaci bioreaktorů se používají moderní materiály

Z moderních materiálů můžete použít extrudovanou polystyrenovou pěnu s vysokou hustotou, pórobetonové bloky s nízkou hustotou, pěnová polyuretanová pěna... Technologicky nejpokročilejší je v tomto případě polyuretanová pěna (PPU), ale služby pro její aplikaci nejsou levné. Výsledkem je však bezproblémová tepelná izolace, která minimalizuje náklady na vytápění. Existuje ještě jeden tepelně izolační materiál - pěnové sklo. U desek je to velmi drahé, ale jeho bitva nebo drobky stojí velmi málo a podle jeho vlastností je téměř dokonalá: neabsorbuje vlhkost, nebojí se mrazu, dobře snáší statické zatížení a má nízkou tepelnou vodivost.