Bioplyn je hořlavý plyn získaný z přírodní biomasy v důsledku její anaerobní (bez přístupu vzduchu) fermentace. Na procesu rozkladu se aktivně podílejí tři typy mikroorganismů:

  • hydrolýza;
  • kyselinotvorný;
  • metanotvorné.

Produkce bioplynu je možná díky zpracování některých typů bakterií jinými v určitém pořadí.

Výroba bioplynu je vynikajícím řešením problému zpracování biologického odpadu z chovů hospodářských zvířat a vytváření dodatečného zisku pro zemědělské podniky. V důsledku takového recyklačního cyklu je možné řešit problémy životního prostředí spojené s koncentrací velkého množství kapalných a pevných hnojů, produktů rozkladu rostlinných materiálů a domovního odpadu.

Chemický vzorec bioplynu

Plyn Химическая формула Objem
Metan CH4 40 -70%
Oxid uhličitý CO2 30 -60%
Jiné plyny 1 -5%
Vodík H2 0 -1%
Sirovodík H2S 0 -3%

Složení bioplynu

Bioplyn se skládá převážně z metanu (50-80 %), oxidu uhličitého (15-50 %) a malého množství amoniaku, sirovodíku, oxidů dusíku a dalších látek. Biometan používaný při výrobě se získává jako výsledek čištění od nečistot. Jeho jediným rozlišovacím znakem od zemního plynu je jeho původ z přírodních rozložitelných zdrojů.

Protože metan působí jako dodavatel energie z tohoto materiálu, všechny normalizované ukazatele tohoto plynu jsou stanoveny v souladu s normami vlastními metanu. Objem výsledného produktu se měří v litrech nebo m3 na 1 kg SS (organické sušiny). Vysoká vlhkost a vysoká teplota mohou mít negativní dopad na kvalitu produktu.

složení bioplynu

technologie bioplynu

Výroba bioplynu

Uzavřená technologie výroby bioplynu zahrnuje následující cykly:

  1. Sběr a příprava biomasy. Všechny velké úlomky vstupující do zařízení jsou rozdrceny, pokud je úroveň vlhkosti pod normou, látka se zředí čistou, nechlorovanou vodou.
  2. Naložení produktu do bioreaktoru a jeho údržba. Kompletně připravený filtrovaný substrát se zahřeje na správnou teplotu a vloží do bioreaktoru. Pravidelně míchejte (1-3x denně), aby nedošlo k oddělení hmoty. Po vzniku přetlaku vstupuje plyn do plynové nádrže.
  3. Recyklace. Hustý odpad usazený na dně je výborným hnojivem. Přidání do půdy zlepšuje její strukturu a kvalitu. Kapalná vrstva vytvořená na povrchu pevné látky také slouží jako přírodní hnojivo pro urychlení růstu rostlin.
  4. Čištění plynu. Technologie čištění bioplynu se skládá z několika stupňů, které ovlivňují odstranění specifických látek. Voda se z produktu odstraní kondenzací a oxid uhličitý a sirovodík se odstraní vysokotlakými sorbenty. Postup čištění se provádí na průmyslových zařízeních pomocí přesných indikátorů teploty a tlaku, což je doma nemožné.
  5. Výroba tepelné a elektrické energie. Vzniklou tepelnou a elektrickou energii lze využít pro potřeby podniku.

Pro suchou fermentaci organických látek se používá pevný stohovatelný substrát, pro mokrou fermentaci se používá tekutá biomasa, která je do tanku dodávána čerpáním. Je třeba poznamenat, že není možné jasně rozlišovat mezi těmito typy oxidace podle jakýchkoli ukazatelů. Zařízení suché a mokré fermentace jsou podmíněně rozděleny do několika skupin podle obsahu sušiny v substrátu.

ČTĚTE VÍCE
Jaké jsou hlavní prostředky ochrany před počítačovými viry?

Určitý způsob zatížení poskytuje anaerobním bakteriím nové podíly organické hmoty a na něm závisí účinnost tvorby bioplynu. Při kontinuálním a kvazikontinuálním zavážení biomasa vstupuje do reaktoru 1-2x denně v malých dávkách. Bioplynová stanice v tomto případě pracuje s průtočnou nebo zásobníkovou průtočnou technologií. Akumulační technika z důvodu rozdílných technických a ekonomických parametrů je dnes již nevhodná.

Průtokový způsob byl dříve nejoblíbenější při výrobě bioplynu. Je pro ni typické, že do reaktoru je současně dodávána čerstvá porce a fermentovaná organická hmota je přemístěna do speciálního skladu. Biomasa vstupuje do skladu přemístěním nebo odstraněním určitým způsobem.

S průtokovou technologií je reaktor vždy plný – vyprázdní se v případě kontroly zařízení nebo plánované údržby. Metoda poskytuje optimální výtěžek bioplynu a vysokou produktivitu reaktoru. Proces však může tvořit kanály, kterými je substrát odstraněn z reaktoru a přemístěn do skladu v nefermentovaném stavu. V důsledku toho organické zbytky dozrávají ve skladu, což vede k tvorbě bioplynu. Ve většině instalací s průtokovou technologií je úložiště otevřené a tvorba metanu za takových podmínek je výbušný proces.

V technologii storage-flow se používá uzavřený sklad ve formě skladu, před kterým je instalován průtokový reaktor. Část metanu se vyrábí v zásobní nádrži a odstraňuje se z ní stejným způsobem jako z průtokového reaktoru. Kombinovaná technologie umožňuje zvýšit objem výstupního plynu a zjednotit proces fermentace.

Bioplynové stanice

K výrobě bioplynu se používají průmyslová zařízení. Takové zařízení je charakterizováno přítomností mechanizace a automatizace, homogenizace a topných systémů. Moderní bioplynová stanice by měla mít následující vybavení:

  • nádrž na homogenizaci;
  • nakladač surovin bioplynu;
  • reaktor;
  • míchací zařízení;
  • plynová nádrž – speciální technologický sklad;
  • systém míchání vody;
  • čerpací stanice;
  • čerpací zařízení;
  • oddělovač;
  • řídicí a měřicí instalace s vizualizací;
  • ovládací zařízení;
  • bezpečnostní systém.

Specifika fungování průmyslového zařízení je založena na periodickém zavážení biomasy do reaktoru pomocí čerpací stanice nebo nakladače.

Tlakový reaktor, vyrobený ze železobetonu nebo oceli s povlakem, je izolovaná a vyhřívaná nádrž, která je vybavena míchadly. Funguje bez přístupu vzduchu. Reaktor obsahuje prospěšné mikroorganismy, jejichž životně důležitou činnost zajišťuje biomasa. Pro udržení vitální aktivity bakterií se dodávají organické suroviny, které se zahřívají na 35-38 ° C a pravidelně se míchají. Vzniklý bioplyn se hromadí v plynojemu. Dalším technologickým procesem je čištění bioplynu jeho průchodem přes čistící systém. Poslední fází je dodávka spotřebitelům v kotli nebo elektrickém generátoru.

bioplynová stanice

Zařízení na výrobu bioplynu lze postavit ve všech regionech, kde jsou soustředěny zemědělské podniky nebo související průmyslová odvětví. Elektřina získaná z bioplynu umožňuje pokrýt špičkové zatížení sítě a výpadek elektřiny v případě využívání nestabilních obnovitelných zdrojů energie, řekněme větrných nebo solárních elektráren. V procesu využití biomasy fermentované v bioplynových nádržích na zemědělské půdě dochází k výraznému agrotechnickému efektu – regeneraci a zvýšení úrodnosti, zlepšení struktury polí a zvýšení živin organického původu. Zvýšení množství organických hnojiv díky organickým surovinám zpracovávaným v bioplynových reaktorech přináší spotřebitelské výhody. Stimuluje se vytváření trhu pro čisté zemědělské produkty a zvyšuje se jeho konkurenceschopnost.

ČTĚTE VÍCE
Jak správně nainstalovat ohřívač vody v koupelně?

Produktivita výrobního procesu

Zvýšení teploty nijak neovlivňuje výkon plynu. Hlavní podmínkou pro zvýšení produktivity může být zvýšení objemu zpracovávaných surovin. To je možné při použití většího bioreaktoru. Celkový objem bioreaktoru je vypočítán na základě cyklu celého zpracování biomasy: mezofilní proces (12-30 dní), termofilní proces (3-10 dní).

Dalšími podmínkami pro zvýšení produktivity výroby bioplynu jsou maximální mletí materiálu, optimální množství vody a periodické míchání, které vytváří komfortní podmínky pro mikroorganismy přispívající k odstraňování metanu.

Z hnoje jedné krávy lze získat až 4,2 m3 bioplynu za den. Energie obsažená v jednom m3 bioplynu odpovídá energii 0,6 m3 zemního spalitelného plynu, 0,74 l oleje, 0,65 l motorové nafty, 0,48 l benzínu atd. Při využití bioplynu se také šetří topný olej, uhlí, elektřina a další nosiče energie. Zavedením bioplynových stanic se zlepšuje ekologická situace v chovech hospodářských zvířat, drůbeže a přilehlých oblastech a je zabráněno vzniku škodlivých odpadních vod.

výroba bioplynu

bioreaktor

Suroviny pro bioplyn

K získávání surovin pro bioplyn lze využít jak zemědělsko-průmyslový organický odpad, rostlinné suroviny, tak odpad z domácností. Nejoblíbenější druhy odpadu jsou:

  • zvířecí hnůj a ptačí trus;
  • rostlinný odpad;
  • nekvalitní sklizeň obilí a zeleniny;
  • obilné výpalky;
  • odpad z masa a rybolovu;
  • řepné řízky;
  • odpad z továren na pivo a mléko;
  • organický odpad z domácností;
  • zbytky z výroby řepkového semene.

Veškerý zpracovávaný materiál musí splňovat určité normy. Objem produktu, přepočtený na jednotku fermentované biomasy, přímo závisí na stupni vlhkosti použitých surovin. Například každý druh hnoje poskytuje jiné množství bioplynu na kilogram biomasy s různým obsahem metanu.

Odpad z řepy má největší procento metanu. Z toho vyplývá, že palivo získané v cukrovarech obsahuje maximální množství bioplynu s nejvyšší výtěžností. Podle toho, jaká surovina je použita, se upravuje postup její výroby.

Při likvidaci suchého nebo pevného materiálu se využívá mechanické nakládání do šnekového dopravníku. Tekutá surovina vstupuje do nádrže gravitací. Pokud je vyžadována další hydrolýza nebo čištění biomasy, prochází dalším bioreaktorem připojeným k hlavnímu.

Průmyslové aplikace

Bioplyn, jehož výroba je odůvodněna nejen uspokojováním potřeb spotřebitelů efektivním palivem, ale také ochranou životního prostředí, má široké uplatnění v podobě:

  • suroviny pro elektřinu;
  • pohonné hmoty pro automobily;
  • uspokojovat energetické potřeby malých a středních farem;
  • řešení problému přirozené likvidace odpadu.

Přestože se jedná o levný a ekologický zdroj energie, v tuzemsku si teprve získává na oblibě. Rozvoj bioplynových technologií umožní uvést do praxe řadu pozitivních opatření v oblasti agroprůmyslové ekonomiky.

Efektivní recyklace odpadů je spojena se získáváním nových produktů nebo energie z nich. Anaerobní digesce organických odpadů je unikátní technologií jejich využití, která umožňuje současně získávat energii ze spalování uvolněného bioplynu a cenných organických hnojiv.

Tato technologie umožňuje ekologicky bezpečné a bezodpadové zpracování jakéhokoli organického odpadu. Umožňuje zpracovávat i tak těžko likvidovatelné druhy odpadů, jako jsou zbytky z porážky zvířat, zpracování ryb, syrovátky, kaly z čistíren odpadních vod atd.

ČTĚTE VÍCE
Jaké jsou požadavky na zemnící vodiče zařízení?

Tento článek bude hovořit o vlastnostech anaerobního zpracování organického odpadu, složení bioplynových stanic pro takové zpracování, faktorech určujících účinnost tohoto procesu a bezpečnostních opatřeních při práci s bioplynovými stanicemi.

Jak probíhá proces výroby bioplynu (vznik metanu)?

Pro výrobu bioplynu je suspenze rozdrceného organického odpadu ve vodě umístěna do speciálního bioreaktoru, který umožňuje rozklad organické hmoty za nepřítomnosti kyslíku. Lze použít téměř jakýkoli druh organického odpadu. Nejlepší surovinou pro zahájení procesu tvorby metanu je však hnůj nebo stelivo.

Hnůj a stelivo jsou komplexní látky obsahující zbytky nestrávené potravy a společenstva různých mikroorganismů. V bioreaktoru začnou tyto mikroorganismy aktivně rozkládat organické látky a absorbovat dostupné množství kyslíku. Jde o proces hydrolýzy nebo fermentace, který přeměňuje složité organické sloučeniny na alkoholy a kyseliny.

Při poklesu obsahu kyslíku tyto mikroorganismy odumírají a začnou pracovat společenstva anaerobních mikroorganismů, které kyslík nevyžadují. Aktivita těchto mikroorganismů závisí na okolní teplotě:

  • při teplotě 5-25 stupňů. Účinkují pouze psychotropní methanogeny, vyznačující se minimální produktivitou. Aktivní jsou však hnilobné bakterie, což vede k výraznému poklesu podílu metanu v bioplynu;
  • ohřev na 30-45 stupňů. C (mezofilní proces) aktivuje tvorbu metanu, ale hlavní konkurenti, hnilobné bakterie, zůstávají aktivní;
  • při teplotě 50-60 stupňů. C (termofilní proces) působí termofilní methanogeny, které mají největší produktivitu, a hnilobné bakterie hynou. Rychlost procesu se ve srovnání s mezofilním procesem zvyšuje přibližně 2-3krát a obsah metanu se stává maximálním a dosahuje 50-75% v závislosti na druhu zpracovávaného organického odpadu.

Při použití mezofilního zpracování odpadu je výrobní cyklus 12-30 dní a při použití termofilního procesu 5-10 dní.

bioplynová stanice

bioplynová stanice

Zařízení na výrobu bioplynu a organických hnojiv

K výrobě bioplynu se používají průmyslová zařízení. Moderní bioplynová stanice se skládá z následujících komponent:

  • nádrž na příjem organického odpadu;
  • mlýnek na suroviny;
  • míchačka (při použití různých druhů odpadu);
  • reaktor (digestor);
  • systém ohřevu reaktoru;
  • míchací zařízení;
  • plynový zásobník pro skladování bioplynu;
  • systém čištění bioplynu pro spalování;
  • čerpací zařízení;
  • kogenerační zařízení na spalování vyčištěného bioplynu k výrobě tepla a elektřiny;
  • ovládací zařízení;
  • bezpečnostní systém.

Průmyslová bioplynová stanice je založena na periodickém zavážení připraveného organického odpadu do reaktoru pomocí čerpadel nebo nakladače surovin. Reaktor je uzavřená, izolovaná a vyhřívaná nádrž, vybavená nízkootáčkovým míchacím zařízením.

ČTĚTE VÍCE
Jaké nástroje a přístroje používáme pro ruční zpracování dřeva?

Výroba bioplynu z anaerobního zpracování organického odpadu je zcela bezodpadová. Po ukončení fermentace zůstávají ve spodní části reaktoru cenná pevná a kapalná organická hnojiva. K jejich vyložení a rozdělení na frakce se používá šnekový separátor.

Pevná frakce výsledného hnojiva obohacuje půdu o huminové látky a mikroprvky. Jeho použití zvyšuje výnosy plodin o 50-60%. Kapalná frakce slouží jako biostimulátor růstu rostlin.

Více o zpracování organického odpadu v bioplynové stanici se dozvíte v následujícím videu:

Předúprava odpadu

Podle GOST R53790-2010 „Všeobecné technické požadavky na bioplynové stanice“ musí vstupní surovina (různé druhy organického odpadu) splňovat následující požadavky:

  • obsah sušiny ne více než 12 % (optimálně 4-6 %);
  • velikost pevných částic není větší než 30 mm (ve skutečnosti platí, že čím menší velikost pevných částic, tím efektivnější; často se snaží použít frakci nepřesahující 0,5 mm);
  • optimální poměr mezi uhlíkem a dusíkem je 16-19 ku jedné;
  • pH od 6,5 do 8,5

Příprava surovin (odpadu) začíná kontrolou kvality, odpad by neměl obsahovat detergenty, povrchově aktivní látky, rozpouštědla, antibiotika. Tyto látky inhibují mikroflóru. Poté je odpad podroben předběžné přípravě:

  • broušení;
  • topení;
  • homogenizace;
  • ředění čistou nechlorovanou vodou na optimální poměr pevných a kapalných frakcí.

Pro broušení používejte jakékoli vhodné brusky, které poskytují jemné broušení (ne více než 0,5 mm). Nejúčinnější je použití kavitačních brusek, které kombinují ultrajemné mletí a aktivaci surovin.

Předehřev podporuje rovnoměrnější rozložení teploty v reaktoru a rychlejší start rozkladných procesů organického odpadu.

Homogenizace podporuje rovnoměrné promíchání surovin a má zvláštní význam při současném použití různých druhů organického odpadu.

Kolik bioplynu se uvolňuje při zpracování různých odpadů

Anaerobní zpracování organického odpadu na bioplyn

Bioplyn a hnojiva z organického odpadu

Bioplynové stanice jsou obvykle spojeny se zpracováním hnoje. Je to skutečně nejlepší surovina pro zahájení procesu anaerobní digesce organické hmoty. Výtěžnost bioplynu z 1 tuny čerstvé kejdy je však 50-70 metrů krychlových. m, s koncentrací metanu 30-50%. Použití zeleného odpadu (tráva, zelenina atd.) může zvýšit výtěžnost bioplynu na 200-230 metrů krychlových. m (koncentrace metanu 50-55 %).

Nejvyšší výtěžnost bioplynu je při použití tuků (rostlinné oleje, glycerin (odpad z výroby bionafty), odpadní tuky a odpad z vykládky odlučovačů tuků). Pohybuje se od 850 do 1200 ccm. m při koncentraci metanu 65-70%.

Maximální výtěžnost bioplynu však není vždy rozhodující. Odpad z provozů na zpracování ryb, porážek zvířat a mlékáren produkuje bioplyn na úrovni hnoje a ještě nižší. Ale anaerobní vyhnívání je nejúčinnějším způsobem, jak se zbavit takového odpadu.

Kombinace různých druhů organického odpadu umožňuje nejen optimalizovat výtěžnost bioplynu a rozšířit seznam recyklovaného odpadu, ale také umožňuje učinit proces anaerobní digesce udržitelnějším během provozního cyklu.

ČTĚTE VÍCE
Co zahrnuje požární bezpečnost?

Faktory, které určují efektivitu procesu

Účinnost anaerobního zpracování organické hmoty závisí na následujících faktorech:

  • procesní teplota;
  • poměr pevných a kapalných frakcí organických látek;
  • optimální rovnováha mezi uhlíkem, dusíkem a fosforem zajišťující dostupnost vhodné výživy pro methanogeny;
  • velikost částic;
  • míchání reaktoru, poskytující dostatek živin pro mikroorganismy ve všech oblastech reaktoru.

Proces se provádí při teplotách 50-60 stupňů. C (psychotropní režim) zvyšuje rychlost rozkladu organické hmoty 2-3x a zvyšuje podíl metanu v bioplynu. Velmi důležité je kvalitní mletí organického odpadu, protože metanogeny špatně tráví velké organické úlomky.

Čištění a využití bioplynu

Bioplyn uvolněný při anaerobní digesci organické hmoty obsahuje:

  • 60-75 % metanu;
  • 21-35 % oxidu uhličitého;
  • 4-5 % ostatní plyny (sirovodík, dusík, vodík, čpavek, vodní pára).

Při využití bioplynových stanic pro domácnosti lze takový plyn využít k výrobě energie bez čištění. Podle výhřevnosti 1 metr krychlový. m bioplynu odpovídá:

  • 0,6 cu. m zemního plynu;
  • 0,74 l oleje;
  • 0,65 l motorové nafty;
  • 0,48 litru benzínu.

1 cu. m bioplynu při spalování uvolňuje 9 kW tepelné energie nebo až 2 kW*h elektřiny.

V průmyslových bioplynových stanicích se plyn čistí adsorpcí nebo pomocí polopropustných membrán. Čištěním bioplynu se snižuje jeho objem, ale výrazně se zvyšuje jeho výhřevnost na úroveň zemního plynu. Takto vyčištěný bioplyn lze použít k doplňování paliva do vozidel poháněných plynem (po stlačení v kompresoru).

Bezpečnostní opatření při práci s bioplynovými stanicemi

Snadná hořlavost metanu, který tvoří základ bioplynu, a jeho výbušnost při smíchání se vzduchem (limity výbušnosti metanu se vzduchem od 4,4 do 17 % obj.) způsobují zvýšené nebezpečí při provozu bioplynových stanic.

Podle GOST R 53790-2010 „Všeobecné technické požadavky na zařízení na výrobu bioplynu“ musí být v místnosti reaktoru (vyhřívače) k dispozici následující ochranné prostředky:

  • sada hasičského vybavení;
  • analyzátory plynu (detektory plynu);
  • prostředky individuální ochrany;
  • baterky na baterie odolné proti výbuchu;
  • PRVNÍ POMOC.

Plynové sítě každého reaktoru (digestoru) musí být vybaveny odpojovacími zařízeními od hlavního plynovodu. Plynová síť a plynová zařízení, zařízení a přístroje bioplynové stanice musí být denně kontrolovány.

Plynové potrubí musí být vybaveno bezpečnostními pojistnými ventily, které při zvýšení tlaku nad 0,5 kg/mXNUMX uvolňují bioplyn do atmosféry. viz Přebytečný bioplyn se spaluje v hořáku.

Při aktivaci prostorového čidla plynu se automaticky zapne varovný systém personálu a dojde k nouzovému odstavení systémů bioplynové stanice (aktivuje se bezpečnostní ventil, který uzavře přívod bioplynu.

Závěr

Anaerobní zpracování organického odpadu je zcela bezodpadový proces, který umožňuje současně získávat energii ze spalování bioplynu a cenných produktů – organických hnojiv. Recyklace odpadu v bioplynové stanici poskytuje následující výhody: