Kako proizvesti bioplin iz stajnjaka: pregled osnovnih principa i dizajna proizvodnog postrojenja

Poljoprivrednici se svake godine suočavaju s problemom odlaganja stajnjaka.Uzalud su potrošena znatna sredstva potrebna za organizaciju uklanjanja i ukopa. Ali postoji način koji vam omogućuje ne samo da uštedite svoj novac, već i da vam ovaj prirodni proizvod služi za vašu korist.

Štedljivi vlasnici već odavno provode u praksu eko-tehnologiju koja omogućuje dobivanje bioplina iz stajnjaka i korištenje dobivenog kao goriva.

Stoga ćemo u našem materijalu govoriti o tehnologiji proizvodnje bioplina, a također ćemo govoriti o tome kako izgraditi bioenerganu.

Prednosti korištenja biotehnologije

Tehnologija dobivanje biogoriva iz raznih prirodnih izvora nije novost. Istraživanja na ovom području započela su krajem 18. stoljeća, a uspješno su se razvila u 19. stoljeću. U Sovjetskom Savezu prva bioenergana nastala je četrdesetih godina prošlog stoljeća.

Biotehnologije se odavno koriste u mnogim zemljama, ali danas dobivaju posebnu važnost. Zbog sve lošije ekološke situacije na planetu i visoke cijene energije, mnogi svoju pozornost usmjeravaju na alternativne izvore energije i topline.

Tehnologija prerade stajnjaka u bioplin omogućuje smanjenje količine štetnih emisija metana u atmosferu i dobivanje dodatnog izvora toplinske energije

Naravno, stajnjak je vrlo vrijedno gnojivo, a ako na farmi postoje dvije krave, onda nema problema s njegovim korištenjem. Druga je stvar kada su u pitanju farme s krupnom i srednjom stokom, gdje se godišnje stvaraju tone smrdljivog i trulog biološkog materijala.

Da bi se gnoj pretvorio u visokokvalitetno gnojivo, potrebna su područja s određenim temperaturnim režimom, a to je dodatni trošak. Stoga ga mnogi poljoprivrednici skladište gdje god mogu i onda ga nose na polja.

Ovisno o dnevnoj količini proizvedenih sirovina, treba odabrati dimenzije instalacije i stupanj njezine automatizacije.

Ako se ne poštuju uvjeti skladištenja, do 40% dušika i većina fosfora ispari iz gnoja, što značajno pogoršava njegove pokazatelje kvalitete. Osim toga, metan se ispušta u atmosferu, što negativno utječe na ekološku situaciju planeta.

Suvremene biotehnologije omogućuju ne samo neutraliziranje štetnih učinaka metana na okoliš, već i to da on služi za dobrobit ljudi, uz znatnu ekonomsku korist. Kao rezultat preradom stajnjaka proizvodi se bioplin, iz koje se zatim mogu dobiti tisuće kW energije, a proizvodni otpad predstavlja vrlo vrijedno anaerobno gnojivo.

Mehanizam stvaranja plina iz organskih sirovina

Bioplin je hlapljiva tvar bez boje i mirisa koja sadrži do 70% metana. Po svojim pokazateljima kvalitete približava se tradicionalnoj vrsti goriva – prirodnom plinu. Ima dobru kaloričnu vrijednost, 1m³ bioplin proizvodi onoliko topline koliko se proizvede izgaranjem jednog i pol kilograma ugljena.

Nastanak bioplina dugujemo anaerobnim bakterijama koje aktivno rade na razgradnji organskih sirovina, što uključuje gnojivo domaćih životinja, ptičji izmet i bilo koji biljni otpad.

U vlastitoj proizvodnji bioplina može se koristiti ptičji izmet i otpadni proizvodi male i krupne stoke. Sirovine se mogu koristiti u čistom obliku ili u obliku mješavine koja uključuje travu, lišće, stari papir

Za aktiviranje procesa potrebno je stvoriti povoljne uvjete za život bakterija. Oni bi trebali biti slični onima u kojima se mikroorganizmi razvijaju u prirodnom rezervoaru - u želucu životinja, gdje je toplo i nema kisika.

Zapravo, to su dva glavna uvjeta koji doprinose čudesnoj transformaciji trulog gnoja u ekološki prihvatljivo gorivo i vrijedna gnojiva.

Za proizvodnju bioplina potreban vam je zatvoreni reaktor bez pristupa zraku, gdje će se odvijati proces fermentacije gnoja i njegove razgradnje na komponente:

• metan (do 70%);
• ugljični dioksid (otprilike 30%);
• druge plinovite tvari (1-2%).

Nastali plinovi se dižu do vrha spremnika, odakle se ispumpavaju, a dolje se taloži zaostali produkt - visokokvalitetno organsko gnojivo, koje je preradom zadržalo sve vrijedne tvari prisutne u gnoju. - dušik i fosfor, a izgubila je značajan dio patogenih mikroorganizama.

Reaktor za proizvodnju bioplina mora imati potpuno zatvorenu konstrukciju u kojoj nema kisika, inače će proces razgradnje stajnjaka biti izuzetno spor.

Drugi važan uvjet za učinkovitu razgradnju gnoja i stvaranje bioplina je poštivanje temperaturnog režima. Bakterije koje sudjeluju u procesu aktiviraju se na temperaturama od +30 stupnjeva.

Štoviše, gnojivo sadrži dvije vrste bakterija:

• mezofilni. Njihova životna aktivnost odvija se na temperaturi od +30 – +40 stupnjeva;
• termofilni. Za njihovu reprodukciju potrebno je održavati temperaturni režim od +50 (+60) stupnjeva.

Vrijeme obrade sirovina u instalacijama prvog tipa ovisi o sastavu smjese i kreće se od 12 do 30 dana. U isto vrijeme, 1 litra korisne površine reaktora proizvodi 2 litre biogoriva. Kada se koriste instalacije drugog tipa, vrijeme proizvodnje konačnog proizvoda smanjuje se na tri dana, a količina bioplina se povećava na 4,5 litara.

Učinkovitost termofilnih postrojenja vidljiva je golim okom, međutim, troškovi njihovog održavanja su vrlo visoki, pa prije nego što odaberete jednu ili drugu metodu proizvodnje bioplina, morate sve vrlo pažljivo izračunati.

Unatoč činjenici da je učinkovitost termofilnih postrojenja desetke puta veća, koriste se mnogo rjeđe, jer je održavanje visokih temperatura u reaktoru povezano s visokim troškovima.

Održavanje i održavanje postrojenja mezofilnog tipa je jeftinije, pa ih većina farmi koristi za proizvodnju bioplina.

U pogledu energetskog potencijala, bioplin je malo inferioran u odnosu na konvencionalno plinsko gorivo. Međutim, sadrži pare sumporne kiseline, čiju prisutnost treba uzeti u obzir pri odabiru materijala za izgradnju instalacije

Proračuni učinkovitosti korištenja bioplina

Jednostavni izračuni pomoći će vam da procijenite sve prednosti korištenja alternativnih biogoriva. Jedna krava teška 500 kg proizvede približno 35-40 kg gnoja dnevno. Ova količina je dovoljna da se dobije oko 1,5 m³ bioplin, iz kojeg se može proizvesti 3 kW/h električne energije.

Pomoću podataka iz tablice lako je izračunati koliko m³ bioplin se može dobiti na izlazu u skladu s brojem stoke koja je dostupna na farmi

Za proizvodnju biogoriva možete koristiti ili jednu vrstu organske sirovine ili mješavine nekoliko komponenti s vlagom od 85-90%. Važno je da ne sadrže strane kemijske nečistoće koje negativno utječu na proces obrade.

Najjednostavniji recept za mješavinu izmislio je još 2000. godine Rus iz regije Lipetsk, koji je vlastitim rukama izgradio jednostavnu instalaciju za proizvodnju bioplina.Pomiješao je 1500 kg kravljeg gnoja s 3500 kg raznog biljnog otpada, dodao vodu (oko 65% težine svih sastojaka) i smjesu zagrijao na 35 stupnjeva.

Za dva tjedna besplatno gorivo je spremno. Ova mala instalacija proizvela je 40 m³ plina dnevno, što je bilo dovoljno za grijanje kuće i gospodarskih zgrada šest mjeseci.

Mogućnosti za postrojenja za proizvodnju biogoriva

Nakon proračuna potrebno je odlučiti kako napraviti instalaciju kako biste dobili bioplin u skladu s potrebama vašeg gospodarstva. Ako je broj stoke mali, tada je prikladna najjednostavnija opcija, koju je lako napraviti vlastitim rukama od dostupnih materijala.

Za velike farme koje imaju stalni izvor velikih količina sirovina, preporučljivo je izgraditi industrijski automatizirani bioplinski sustav. U ovom slučaju, malo je vjerojatno da će biti moguće učiniti bez uključivanja stručnjaka koji će razviti projekt i instalirati instalaciju na profesionalnoj razini.

Dijagram jasno pokazuje kako funkcionira industrijski automatizirani kompleks za proizvodnju bioplina. Izgradnja takve ljestvice može se organizirati za nekoliko farmi u blizini

Danas postoje deseci tvrtki koje mogu ponuditi mnoge mogućnosti: od gotovih rješenja do razvoja pojedinačnog projekta. Kako biste smanjili troškove izgradnje, možete surađivati ​​sa susjednim farmama (ako ih ima u blizini) i izgraditi jedno postrojenje za proizvodnju bioplina za sve njih.

Treba napomenuti da je za izgradnju čak i male instalacije potrebno izraditi relevantne dokumente, napraviti tehnološki dijagram, plan postavljanja opreme i ventilacije (ako se oprema postavlja u zatvorenom prostoru), te proći postupke odobrenja. sa SES-om, inspekcijom požara i plina.

Mini-postrojenje za proizvodnju plina za potrebe malog privatnog kućanstva može se napraviti vlastitim rukama, usredotočujući se na dizajn i specifičan dizajn instalacija proizvedenih u industrijskim razmjerima.

Projekti postrojenja za preradu stajskog gnoja i biljne organske tvari u bioplin nisu komplicirani. Izvornik proizveden u industriji sasvim je prikladan kao predložak za izgradnju vlastite mini tvornice

Samostalni majstori koji odluče sami izgraditi instalaciju moraju se opskrbiti spremnikom za vodu, plastičnim cijevima za vodovod ili kanalizaciju, kutnim zavojima, brtvama i bocom za skladištenje plina proizvedenog u instalaciji.

Značajke bioplinskog sustava

Kompletno bioplinsko postrojenje je složeni sustav koji se sastoji od:

1. Bioreaktor, gdje se odvija proces razgradnje gnoja;
2. Automatizirani sustav opskrbe organskim otpadom;
3. Uređaji za miješanje biomase;
4. Oprema za održavanje optimalnih temperaturnih uvjeta;
5. Gas tanks – rezervoari za skladištenje plina;
6. Spremnik za kruti otpad.

Svi gore navedeni elementi ugrađeni su u industrijske instalacije koje rade u automatskom načinu rada. Reaktori za kućanstvo, u pravilu, imaju pojednostavljeniji dizajn.

Dijagram prikazuje glavne komponente automatiziranog bioplinskog sustava.Volumen reaktora ovisi o dnevnom unosu organskih sirovina. Da bi instalacija radila u potpunosti, reaktor mora biti napunjen do dvije trećine volumena.

Princip rada instalacije

Glavni element sustava je bioreaktor. Postoji nekoliko mogućnosti za njegovu provedbu, glavna stvar je osigurati nepropusnost strukture i spriječiti ulazak kisika. Može se izraditi u obliku metalnog spremnika različitih oblika (obično cilindričnog), koji se nalazi na površini. Često se u te svrhe koriste prazni spremnici goriva od 50 cc.

Možete kupiti gotove sklopive spremnike. Njihova prednost je mogućnost brzog rastavljanja i po potrebi transporta na drugo mjesto. Preporučljivo je koristiti industrijske površinske instalacije na velikim farmama gdje postoji stalni priljev velikih količina organskih sirovina.

Za male farme prikladnija je opcija podzemnog postavljanja spremnika. Podzemni bunker je izgrađen od cigle ili betona. Gotove posude možete zakopati u zemlju, na primjer bačve od metala, nehrđajućeg čelika ili PVC-a. Također ih je moguće postaviti površno na ulici ili u posebno određenoj prostoriji s dobrom ventilacijom.

Za proizvodnju postrojenja za proizvodnju bioplina možete kupiti gotove PVC spremnike i postaviti ih u prostoriju opremljenu ventilacijskim sustavom

Bez obzira na to gdje i kako se reaktor nalazi, opremljen je bunkerom za utovar gnoja. Prije utovara sirovine mora se podvrgnuti preliminarnoj pripremi: drobi se u frakcije ne veće od 0,7 mm i razrijedi vodom. Idealno bi bilo da vlažnost supstrata bude oko 90%.

Automatizirane instalacije industrijskog tipa opremljene su sustavom opskrbe sirovinama, uključujući prijemnik u kojem se smjesa dovodi do potrebne razine vlage, cjevovod za dovod vode i crpnu jedinicu za pumpanje mase u bioreaktor.

U kućnim instalacijama za pripremu supstrata koriste se posebne posude u kojima se otpad usitnjava i miješa s vodom. Zatim se masa učitava u prihvatni odjeljak. U podzemnim reaktorima lijevak za prihvat supstrata se izvlači van, a pripremljena smjesa gravitacijom struji kroz cjevovod u komoru za fermentaciju.

Ako se reaktor nalazi na tlu ili u zatvorenom prostoru, ulazna cijev s prihvatnim uređajem može se nalaziti na donjoj strani spremnika. Također je moguće dovesti cijev do vrha i staviti mu naglavak na vrat. U tom slučaju, biomasa će se morati opskrbljivati ​​pomoću pumpe.

Također je potrebno predvidjeti izlazni otvor u bioreaktoru, koji je napravljen gotovo na dnu spremnika na suprotnoj strani od ulaznog lijevka. Kada se postavi ispod zemlje, odvodna cijev je postavljena koso prema gore i vodi do spremnika za otpad u obliku pravokutne kutije. Njegov gornji rub trebao bi biti ispod razine ulaza.

Ulazna i odvodna cijev nalaze se koso prema gore na različitim stranama spremnika, dok kompenzacijski spremnik u koji ulazi otpad mora biti ispod prihvatnog lijevka.

Proces se odvija na sljedeći način: ulazni spremnik prima novu šaržu supstrata, koja teče u reaktor, istovremeno se ista količina otpadne mase diže kroz cijev u spremnik otpada, odakle se naknadno grabi i koristi kao visokokvalitetno biognojivo.

Bioplin se skladišti u plinskom spremniku. Najčešće se nalazi izravno na krovu reaktora i ima oblik kupole ili stošca. Izrađuje se od krovnog željeza, a zatim se, kako bi se spriječili korozijski procesi, boji s nekoliko slojeva uljane boje.

U industrijskim postrojenjima projektiranim za proizvodnju velikih količina plina, spremnik plina često je konstruiran u obliku zasebnog spremnika koji je cjevovodom povezan s reaktorom.

Plin koji nastaje fermentacijom nije prikladan za korištenje jer sadrži veliku količinu vodene pare i u tom obliku neće izgorjeti. Da bi se pročistio od vodenih frakcija, plin se prolazi kroz vodenu brtvu. Da bi se to učinilo, iz spremnika plina uklanja se cijev kroz koju bioplin ulazi u spremnik s vodom, a odatle se putem plastične ili metalne cijevi isporučuje potrošačima.

Shema instalacije koja se nalazi pod zemljom. Ulazni i izlazni otvori trebaju biti smješteni na suprotnim stranama spremnika. Iznad reaktora nalazi se vodena brtva kroz koju se dobiveni plin propušta da se osuši.

U nekim slučajevima za skladištenje plina koriste se posebne vrećice za držanje plina od polivinil klorida. Vreće se postavljaju uz instalaciju i postupno pune plinom.Kako se pune, elastični materijal se napuhuje i volumen vrećica se povećava, što vam omogućuje da privremeno pohranite više konačnog proizvoda ako je potrebno.

Uvjeti za učinkovit rad bioreaktora

Za učinkovit rad postrojenja i intenzivno ispuštanje bioplina neophodna je ravnomjerna fermentacija organskog supstrata. Smjesa mora biti u stalnom pokretu. Inače se na njemu stvara kora, proces razgradnje usporava, a kao rezultat proizvodi se manje plina nego što je prvotno izračunato.

Kako bi se osiguralo aktivno miješanje biomase, u gornjem ili bočnom dijelu tipičnog reaktora ugrađene su potopne ili nagnute miješalice opremljene električnim pogonom. U kućnim instalacijama, miješanje se vrši mehanički pomoću uređaja koji podsjeća na kućnu miješalicu. Može se upravljati ručno ili opremljen električnim pogonom.

Kada je reaktor postavljen okomito, ručka miješalice nalazi se na vrhu instalacije. Ako je spremnik postavljen vodoravno, puž se također nalazi u vodoravnoj ravnini, a ručka se nalazi na bočnoj strani bioreaktora.

Jedan od najvažnijih uvjeta za proizvodnju bioplina je održavanje potrebne temperature u reaktoru. Zagrijavanje se može izvesti na više načina. U stacionarnim instalacijama koriste se automatizirani sustavi grijanja koji se uključuju kada temperatura padne ispod unaprijed određene razine, a isključuju se kada se postigne potrebna temperatura.

Može se koristiti za grijanje plinski kotlovi, vršiti izravno zagrijavanje električnim grijačima ili ugraditi grijač u podnožje posude.

Kako bi se smanjio gubitak topline, preporuča se napraviti mali okvir oko reaktora sa slojem staklene vune ili pokriti instalaciju toplinskom izolacijom. Ima dobra svojstva toplinske izolacije ekspandirani polistiren i njegove druge vrste.

Za postavljanje sustava grijanja na biomasu, možete pokrenuti cjevovod iz kućnog sustava grijanja, koji se napaja iz reaktora

Određivanje potrebnog volumena

Volumen reaktora određuje se na temelju dnevne količine stajskog gnoja proizvedenog na farmi. Također je potrebno voditi računa o vrsti sirovine, temperaturi i vremenu fermentacije. Da bi instalacija radila u potpunosti, spremnik je napunjen do 85-90% volumena, najmanje 10% mora ostati slobodno za izlazak plina.

Proces razgradnje organske tvari u mezofilnoj instalaciji na prosječnoj temperaturi od 35 stupnjeva traje 12 dana, nakon čega se uklanjaju fermentirani ostaci i puni reaktor novom porcijom supstrata. Budući da se otpad prije slanja u reaktor razrjeđuje vodom do 90%, pri određivanju dnevnog opterećenja potrebno je uzeti u obzir i količinu tekućine.

Na temelju zadanih pokazatelja volumen reaktora bit će jednak dnevnoj količini pripremljenog supstrata (stajnjak s vodom) pomnoženom s 12 (vrijeme potrebno za razgradnju biomase) i uvećanom za 10% (slobodni volumen spremnika).

Izgradnja podzemne građevine

Sada razgovarajmo o najjednostavnijoj instalaciji koja vam omogućuje da dobijete bioplin kod kuće po najnižoj cijeni. Razmislite o izgradnji podzemnog sustava. Da biste ga napravili, morate iskopati rupu, njezinu bazu i zidove ispuniti armiranim betonom od ekspandirane gline.

Ulazni i izlazni otvori nalaze se na suprotnim stranama komore, gdje su montirane kose cijevi za dovod supstrata i ispumpavanje otpadne mase.

Odvodna cijev promjera približno 7 cm trebala bi se nalaziti gotovo na samom dnu bunkera, a drugi kraj je montiran u pravokutni kompenzacijski spremnik u koji će se pumpati otpad. Cjevovod za dovod supstrata nalazi se približno 50 cm od dna i ima promjer od 25-35 cm.Gornji dio cijevi ulazi u odjeljak za primanje sirovina.

Reaktor mora biti potpuno zatvoren. Kako bi se isključila mogućnost ulaska zraka, spremnik mora biti prekriven slojem bitumenske hidroizolacije

Gornji dio bunkera je držač plina, koji ima oblik kupole ili konusa. Izrađuje se od limova ili krovnog željeza. Konstrukciju možete dovršiti i zidanjem od opeke, koja je zatim prekrivena čeličnom mrežom i ožbukana. Morate napraviti zapečaćeni otvor na vrhu spremnika plina, ukloniti plinsku cijev koja prolazi kroz vodenu brtvu i ugraditi ventil za smanjenje tlaka plina.

Za miješanje supstrata možete opremiti instalaciju sustavom odvodnje koji radi na principu mjehurića. Da biste to učinili, okomito pričvrstite plastične cijevi unutar strukture tako da je njihov gornji rub iznad sloja podloge. Napravite puno rupa u njima. Plin će pod pritiskom pasti, a dižući se prema gore, mjehurići plina miješat će biomasu u spremniku.

Ako ne želite graditi betonski bunker, možete kupiti već gotovu PVC posudu. Za očuvanje topline mora biti okružen slojem toplinske izolacije - polistirenskom pjenom. Dno jame je ispunjeno 10 cm slojem armiranog betona.Spremnici izrađeni od polivinil klorida mogu se koristiti ako volumen reaktora ne prelazi 3 m3.

Zaključci i koristan video na tu temu

Kako napraviti najjednostavniju instalaciju iz obične bačve naučit ćete ako pogledate video:

Kako se odvija izgradnja podzemnog reaktora pogledajte u videu:

Kako se gnojivo utovaruje u podzemnu instalaciju prikazano je u sljedećem videu:

Postrojenje za proizvodnju bioplina iz stajskog gnoja omogućit će vam značajnu uštedu na troškovima toplinske i električne energije, te iskoristiti organski materijal kojeg ima u izobilju na svakom gospodarstvu za dobar cilj. Prije početka gradnje sve se mora pažljivo izračunati i pripremiti.

Najjednostavniji reaktor može se napraviti za nekoliko dana vlastitim rukama, koristeći dostupne materijale. Ako je farma velika, onda je najbolje kupiti gotovu instalaciju ili kontaktirati stručnjake.

Ako tijekom čitanja predstavljenih informacija imate pitanja ili imate prijedloge koje biste željeli podijeliti s posjetiteljima stranice, ostavite komentare u bloku ispod.