Sadržaj članka
- Kako se dobiva bioplin
- Koje su sirovine pogodne za proizvodnju
- Konstrukcija bioreaktora
- Uklanjanje i obogaćivanje plina
- Uporaba bioplina: specifičnost i oprema
Rast cijena energije prisiljava na traženje alternativnih opcija grijanja. Dobri rezultati mogu se postići samoproizvodnjom bioplina iz raspoloživih organskih sirovina. U ovom ćemo članku govoriti o proizvodnom ciklusu, uređaju za bioreaktor i srodnoj opremi..
Podložno osnovnim pravilima o radu, plinski je reaktor potpuno siguran i sposoban je osigurati gorivo i struju maloj kući, čak i cijelom agro-industrijskom kompleksu. Rezultat rada bioreaktora nije samo plin, već i jedna od najvrjednijih vrsta gnojiva, glavna komponenta prirodnog humusa.
Kako se dobiva bioplin
Da bi se dobio bioplin, organske sirovine stavljaju se u uvjete pogodne za razvoj nekoliko vrsta bakterija koje tijekom života ispuštaju metan. Biomasa prolazi kroz tri ciklusa transformacije, a u svakoj fazi sudjeluju različiti sojevi anaerobnih organizama. Kisik nije potreban za njihov život, ali sastav sirovine i njegova konzistencija, kao i temperatura i unutarnji tlak su od velike važnosti. Uvjeti s temperaturom od 40–60 ° C pri tlaku do 0,05 atm smatraju se optimalnim. Napunjena sirovina počinje proizvoditi plin nakon dužeg aktiviranja, što traje od nekoliko tjedana do šest mjeseci.
Početak oslobađanja plina u izračunatoj količini ukazuje da su kolonije bakterija već prilično brojne, pa se nakon 1-2 tjedna svježa sirovina dozira u reaktor, koja se gotovo odmah aktivira i ulazi u proizvodni ciklus.
Za održavanje optimalnih uvjeta, sirovine se povremeno miješaju, dio topline iz plinskog grijanja koristi se za održavanje temperature. Rezultirajući plin sadrži od 30 do 80% metana, 15-50% ugljičnog dioksida, male nečistoće dušika, vodika i hidrogen sulfida. Za uporabu u kućanstvu plin se obogaćuje uklanjanjem ugljičnog dioksida iz njega, nakon čega se gorivo može koristiti u širokom rasponu energetske opreme: od motora elektrana do kotlova za grijanje..
Koje su sirovine pogodne za proizvodnju
Suprotno uvriježenom mišljenju, stajnjak nije najbolja sirovina za proizvodnju bioplina. Izlaz goriva iz tone čistog stajskog gnoja iznosi samo 50-70 m3 s koncentracijom od 28-30%. Međutim, upravo se u životinjskom otpadu nalazi većina bakterija potrebnih za brzo pokretanje i održavanje učinkovitog rada reaktora..
Iz tog razloga gnoj se miješa s usjevima i otpadom iz hrane u omjeru 1: 3. Kao biljna sirovina koriste se:
Sirovine Proizvodnja iz 1 tone sirovina Koncentracija SN4 Silaža kukuruznih stabljika i koka 400 m3 50-56% Trava i zrna silaže 200-230 m3 49-54% Krmni krumpir, repa, žito 500-600 m3 50-65% Otpad iz pekara i prehrambene industrije (soja, zob) 700-750 m3 55-58% Biljna ulja, masti, glicerin 8500-1200 m3 65-68% Sirovine se ne mogu jednostavno sipati u reaktor, potrebna je neka priprema. Izvorni supstrat droblje se na udio od 0,4–0,7 mm i razrjeđuje se vodom u količini od oko 25–30% suhe težine. U velikim količinama, smjesa zahtijeva temeljitije miješanje u homogenizacijskim uređajima, nakon čega je spremna za ubacivanje u reaktor.
Konstrukcija bioreaktora
Zahtjevi za uvjete postavljanja reaktora isti su kao i za pasivnu septičku jamu. Glavni dio bioreaktora je digester – spremnik u kojem se odvija čitav proces fermentacije. Da bi se smanjili troškovi zagrijavanja mase, reaktor se kopa u zemlju. Stoga temperatura medija ne pada ispod 12–16 ° C, a odljev topline koji nastaje tijekom reakcije ostaje minimalan.
Dijagram bioplinskog postrojenja: 1 – bunker za utovar sirovina; 2 – bioplin; 3 – biomasa; 4 – kompenzator spremnika; 5 – otvor za vađenje otpada; 6 – ventil za smanjenje tlaka; 7 – plinska cijev; 8 – vodena brtva; 9 – potrošačima
Za digestore do 3 m3 dopušteno je koristiti najlonske posude. Budući da debljina i materijal njihovih zidova ne ometaju odljev topline, spremnici su prekriveni slojevima ekspandiranog polistirena ili mineralne vune otporne na vlagu. Dno jame betonirano je estrihom od 7-10 cm s armaturom kako se spriječi da se reaktor istisne iz zemlje.
Najprikladniji materijal za izgradnju velikih reaktora je ojačani beton od keramike. Ima dovoljnu čvrstoću, nisku toplinsku vodljivost i dug radni vijek. Prije izlijevanja zidova komore potrebno je montirati nagnutu cijev za opskrbu smjese u reaktor. Promjer mu je 200-350 mm, donji kraj trebao bi biti 20-30 cm od dna.
U gornjem dijelu digestora nalazi se držač plina – kupola ili stožasta struktura koja u gornjoj točki koncentrira plin. Držač plina može se izrađivati od lima, međutim, u malim instalacijama svod se izrađuje zidanim opekama, a zatim je tapeciran čeličnom mrežom i ožbukan. Prilikom gradnje spremnika za plin potrebno je u svom gornjem dijelu osigurati zabrtvljen prolaz dviju cijevi: za usisavanje plina i ugradnju ventila za smanjenje tlaka. Za ispumpavanje otpadne mase postavlja se još jedna cijev promjera 50-70 mm.
Posuda reaktora mora biti zapečaćena i podnijeti pritisak od 0,1 atm. Da biste to učinili, unutarnja površina digestora prekrivena je kontinuiranim slojem hidroizolacije od bitumna, a na vrh spremnika za gorivo montiran je zapečaćeni otvor..
Uklanjanje i obogaćivanje plina
Iz kupole spremnika plina plin se kroz cjevovod preusmjerava u spremnik s vodenom brtvom. Debljina vodenog sloja iznad otvora cijevi određuje radni tlak u reaktoru i obično je 250–400 mm.
Nakon brtvljenja vodom, plin se može koristiti u grijanju i za kuhanje. Međutim, za rad motora s unutarnjim izgaranjem potreban je veći udio metana, tako da se plin obogaćuje.
Prva faza obogaćivanja je smanjenje koncentracije ugljičnog dioksida u plinu. Da biste to učinili, možete koristiti posebnu opremu koja djeluje na principu kemijske apsorpcije ili na polupropusnim membranama. Kod kuće je moguće i obogaćivanje propuštanjem plina kroz vodeni stup u kojem se otapa do polovine CO2. Plin se raspršuje u male mjehuriće kroz cjevaste aeratore, gazirana voda se mora povremeno uklanjati i prskati u normalnim atmosferskim uvjetima. U kompleksima uzgajanja biljaka takva se voda uspješno koristi u hidroponskim sustavima.
U drugoj fazi obogaćivanja sadržaj vlage u plinu smanjuje se. Ova se funkcija nalazi u većini tvornički napravljenih toaletnih uređaja. Domaće sredstvo za sušenje izgleda poput Z-cijevi napunjene silikagelom.
Uporaba bioplina: specifičnost i oprema
Većina modernih modela opreme za grijanje dizajnirana je za rad s bioplinom. Zastareli kotlovi mogu se relativno lako ponovno opremiti zamjenom plamenika i uređaja za pripremu zraka i plina.
Za dobivanje plina pod radnim tlakom koristi se konvencionalni klipni kompresor s prijemnikom, koji je postavljen da radi pod pritiskom 1,2 puta većim od konstrukcijskog tlaka. Normalizaciju tlaka provodi regulator plina, što pomaže u izbjegavanju padova i održavanju ravnomjernog plamena.
Učinak bioreaktora trebao bi biti barem 50% veći od potrošnje. U proizvodnji se ne stvara višak plina: kada tlak prelazi 0,05-0,065 atm, reakcija se gotovo potpuno usporava i obnavlja tek nakon što je dio plina ispumpan.
Kako bi se točno definirao “profitabilno” u kontekstu recikliranja organskog otpada u bioplinskom postrojenju? Jesu li troškovi postrojenja pokriveni zaradom od proizvodnje bioplina ili postoji i dodatna financijska korist za društvo?