Producción independiente de biogás

El aumento de los precios de la energía nos hace pensar en la posibilidad de proporcionarnos nosotros mismos.Una opción es una planta de biogás.Con su ayuda, el biogás se obtiene del estiércol, la basura y los residuos de las plantas, que, después de la limpieza, se pueden usar para aparatos de gas (estufas, calderas), bombearlos a cilindros y usar como combustible para automóviles o generadores eléctricos.En general, el procesamiento del estiércol en biogás puede proporcionar todas las necesidades de energía de una casa o granja.

Construcción de una planta de biogás: una forma de proporcionar energía de forma independiente

Principios generales

El biogás es un producto queobtenido por la descomposición de sustancias orgánicas.En el proceso de descomposición /fermentación, se liberan gases, al recolectarlos, puede satisfacer las necesidades de su propia granja.El equipo en el que ocurre este proceso se llama "planta de biogás".

En algunos casos, la salida de gas es excesiva, luego se almacena en tanques de gas para su uso durante una cantidad insuficiente.Con la organización competente del proceso de gas, puede haber demasiado, entonces se puede vender su excedente.Otra fuente de ingresos son los residuos fermentados.Este es un fertilizante altamente efectivo y seguro: la mayoría de los microorganismos mueren durante el proceso de fermentación, las semillas de las plantas pierden su capacidad de germinación, los huevos de parásitos se vuelven inviables.La eliminación de tales fertilizantes a los campos tiene un efecto positivo en la productividad.

Condiciones para la producción de gas

El proceso de formación de biogás se produce debido a la actividad vital de varias bacterias que están contenidas en los desechos.Pero para que puedan "trabajar" activamente, necesitan crear ciertas condiciones: humedad y temperatura.Para crearlos, se está construyendo una planta de biogás.Este es un complejo de dispositivos, cuya base es un biorreactor, en el que se produce la descomposición de los residuos, que se acompaña de la formación de gases.

Organización del ciclo para procesar estiércol y desechos de plantas en biogás

Hay tres modos de procesar estiércol en biogás:

• Modo psicofílico.La temperatura en la planta de biogás es de + 5 ° C a + 20 ° C.En tales condiciones, el proceso de descomposición es lento, se forma mucho gas y su calidad es baja.
• Mesofílico.La unidad entra en este modo a temperaturas de + 30 ° C a + 40 ° C.En esteEl caso propaga activamente las bacterias mesofílicas.En este caso, se forma más gas, el proceso de procesamiento lleva menos tiempo, de 10 a 20 días.
• Termófilo.Estas bacterias se multiplican a temperaturas de + 50 ° C.El proceso es el más rápido (3-5 días), la producción de gas es la más grande (en condiciones ideales, se pueden obtener hasta 4,5 litros de gas a partir de 1 kg de entrega).La mayoría de las tablas de referencia sobre la salida de gas del procesamiento se dan para este modo particular, por lo que cuando se usan otros modos, vale la pena hacer un ajuste a la baja.

Lo más difícil en las plantas de biogás es el régimen termofílico.Requiere aislamiento térmico de alta calidad de una planta de biogás, calefacción y un sistema de control de temperatura.Pero a la salida obtenemos la cantidad máxima de biogás.Otra característica del procesamiento termofílico es la incapacidad de recargar.Los dos modos restantes, psicofílico y mesofílico, le permiten agregar diariamente una porción fresca de materias primas preparadas.Pero, en modo termofílico, el corto tiempo de procesamiento le permite dividir el biorreactor en zonas en las que se procesará su propia parte de materias primas con diferentes tiempos de carga.

Diagrama de una planta de biogás

La base de una planta de biogás es un biorreactor o un búnker.El proceso de fermentación tiene lugar en él, y el gas obtenido se acumula en él.También hay una tolva de carga y descarga, el gas generado se descarga a través de una tubería insertada en la parte superior.El siguiente es el sistema de refinamiento de gas: su purificación y aumento de presión en la tubería de gas a la de trabajo.

Esquema de la planta para procesar el estiércol en biogás

Para los modos mesofílicos y termofílicos, también se necesita un sistema de calentamiento de biorreactor, para alcanzar los modos requeridos.Para hacer esto, generalmente se usan calderas de gas que funcionan con el combustible producido.Desde allí, el sistema de tuberías pasa al biorreactor.Por lo general, estos son tubos de polímero, ya que resisten mejor estar en un ambiente agresivo.

Otra planta de biogás necesita un sistema para mezclar la sustancia.Durante la fermentación, se forma una corteza dura en la parte superior, las partículas pesadas se depositan.Todo esto en conjunto empeora el proceso de formación de gas.Para mantener un estado homogéneo de la masa procesada y los mezcladores son necesarios.Pueden ser mecánicos o incluso manuales.Se pueden iniciar por temporizador o manualmente.Todo depende de cómo se haga la planta de biogás.La instalación de un sistema automatizado es más costosa, pero requiere un mínimo de atención durante la operación.

La planta de biogás más simple de un barril de plástico

La planta de biogás por tipo de ubicación puede ser:

• en superficie.
• Semi-profundidad.
• en profundidad.

Los enterrados son más caros de instalar, se requiere una gran cantidad de trabajo de tierra.Pero cuando operan en nuestras condiciones, son mejores: es más fácil organizar el aislamiento, menos costos de calefacción.

Qué se puede procesar

Una planta de biogás es esencialmente omnívora: cualquier materia orgánica puede ser procesada.Cualquier estiércol y orina, vegetalessobrasDetergentes, antibióticos, química afectan negativamente el proceso.Es deseable minimizar su recepción, ya que matan la flora, que se dedica al procesamiento.

Cuánto biogás se puede obtener de varios desechos

El estiércol de ganado se considera ideal porque contiene grandes cantidades de microorganismos.Si no hay vacas en la granja, es aconsejable agregar una parte de la camada al cargar el biorreactor para llenar el sustrato con la microflora requerida.Los residuos vegetales se trituran previamente, se diluyen con agua.El biorreactor mezcla materiales vegetales y excrementos.Tal "reabastecimiento de combustible" tarda más en procesarse, pero a la salida con el modo correcto, tenemos el mayor rendimiento del producto.

Posicionamiento

Para minimizar los costos de organizar el proceso, tiene sentido colocar una planta de biogás cerca de la fuente de desechos, cerca de los edificios donde se guardan aves o animales.Es deseable desarrollar el diseño para que la carga se realice por gravedad.Desde el establo o la pocilga, se puede colocar una tubería en una pendiente, a través de la cual el estiércol fluirá por gravedad hacia la tolva.Esto simplifica enormemente la tarea de mantener el reactor y limpiar el estiércol también.

Es más apropiado organizar la planta de biogás para que los desechos de la granja puedan fluir por gravedad

Por lo general, los edificios con animales se encuentran a cierta distancia del edificio de apartamentos.Por lo tanto, el gas producido deberá transferirse aa los consumidoresPero estirar una tubería de gas es más barato y más fácil que organizar una línea para transportar y cargar estiércol.

Biorreactor

Se establecen requisitos bastante estrictos en el tanque para procesar el estiércol:

• Debe ser impermeable al agua y los gases.La resistencia al agua debe actuar en ambas direcciones: el líquido del biorreactor no debe contaminar el suelo, y el agua subterránea no debe cambiar el estado de la masa fermentada.
• El biorreactor debe tener alta resistencia.Debe soportar la masa de un sustrato semilíquido, la presión del gas dentro del tanque, la presión externa que actúa en el exterior.En general, durante la construcción de un biorreactor, se debe prestar especial atención a su resistencia.
  

  Para uso doméstico y producción estacional de biocombustibles (en los meses más cálidos) en pequeños volúmenes, un tanque de plástico con tapa es adecuado

• Facilidad de servicio.Más conveniente para usar contenedores cilíndricos - horizontales o verticales.La mezcla se puede organizar en ellos a lo largo del volumen; no forman zonas estancadas. Los contenedores rectangulares son más fáciles de implementar durante la construcción con sus propias manos, pero a menudo se forman grietas en ellos en las esquinas, y el sustrato se estanca allí.Mezclarlo en las esquinas es muy problemático.

Todos estos requisitos para la construcción de una planta de biogás deben cumplirse, ya que garantizan la seguridad y crean condiciones normales para el procesamiento del estiércol en biogás.

De qué materialesse puede hacer

La resistencia a los medios agresivos es el requisito principal para los materiales a partir de los cuales se puede hacer capacidad.El sustrato en el biorreactor puede tener una reacción ácida o alcalina.En consecuencia, el material del que está hecho el recipiente debe tolerar diversos medios.

No muchos materiales responden a estas solicitudes.Lo primero que viene a la mente es el metal.Es duradero, se puede hacer cualquier capacidad.Lo que es bueno es que puedes usar un tanque listo para usar, algún tipo de tanque viejo.En este caso, la construcción de una planta de biogás tomará muy poco tiempo.La falta de metal: reacciona con sustancias químicamente activas y comienza a colapsar.Para neutralizar este signo negativo, el metal se recubre con una capa protectora.

Una excelente opción es la capacidad de un biorreactor de polímero.El plástico es químicamente neutro, no se pudre, no se oxida.Solo necesita elegir entre materiales que toleren la congelación y el calentamiento a temperaturas suficientemente altas.Las paredes del reactor deben ser gruesas, preferiblemente reforzadas con fibra de vidrio.Dichos contenedores no son baratos, pero sirven durante mucho tiempo.

Es posible construir un biorreactor para la producción de biogás a partir de ladrillo, pero debe estar bien enlucido con aditivos que proporcionen impermeabilidad a los gases y al hidrógeno

Una opción más barata- planta de biogás con capacidad de ladrillo, bloques de hormigón, piedra.Para que la mampostería resista grandes cargas, es necesario reforzar la mampostería (en cada fila de 3-5 endependiendo del grosor de la pared y el material).Después de completar el proceso de muros para garantizar la impermeabilidad al agua y al gas, se requiere un procesamiento de múltiples capas posterior de los muros tanto desde adentro como desde afuera.Las paredes están enlucidas con una composición de cemento y arena con aditivos (aditivos) que proporcionan las propiedades requeridas.

Determinación del tamaño del reactor

El volumen del reactor depende de la temperatura seleccionada para procesar el estiércol en biogás.Muy a menudo, se elige uno mesofílico; es más fácil de mantener y sugiere la posibilidad de una carga adicional diaria del reactor.La producción de biogás después de alcanzar el modo normal (aproximadamente 2 días) es estable, sin explosiones ni caídas (en condiciones normales).En este caso, tiene sentido calcular el volumen de la planta de biogás dependiendo de la cantidad de estiércol generado en la granja por día.Todo se calcula fácilmente en función de los datos promedio.

Descomposición del estiércol aLas temperaturas mesofílicas van de 10 a 20 días.En consecuencia, el volumen se calcula multiplicando por 10 o 20. En el cálculo es necesario tener en cuenta la cantidad de agua necesaria para llevar el sustrato a su estado ideal: su humedad debe ser del 85-90%.El volumen encontrado se incrementa en un 50%, ya que la carga máximano debe exceder 2/3 del volumen del tanque; el gas debe acumularse debajo del techo.

Por ejemplo, hay 5 vacas, 10 cerdos y 40 pollos en la granja.En esencia, se forman 5 * 55 kg + 10 * 4.5 kg + 40 * 0.17 kg = 275 kg + 45 kg + 6.8 kg = 326.8 kg.Para llevar los excrementos de pollo al 85% de humedad, debe agregar un poco más de 5 litros de agua (esto es otros 5 kg).El peso total total es de 331.8 kg.Para el procesamiento en 20 días es necesario: 331.8 kg * 20 = 6636 kg - aproximadamente 7 metros cúbicos solo para el sustrato.Multiplicamos la cifra encontrada por 1.5 (aumento en un 50%), obtenemos 10.5 metros cúbicos.Este será el valor calculado del volumen del reactor de la planta de biogás.

Carga y descarga

Las escotillas de carga y descarga conducen directamente al tanque del biorreactor.Para que el sustrato se distribuya uniformemente en toda el área, hágalo en los extremos opuestos del contenedor.

Diagrama de un reactor de biogás sin calefacción por suelo radiante

Con el método profundo de instalación de una planta de biogás, las tuberías de carga y descarga se acercan al cuerpo en un ángulo agudo.Además, el extremo inferior de la tubería debe estar por debajo del nivel del líquido en el reactor.Esto evita que entre aire en el tanque.Además, se instalan válvulas rotativas o de cierre en las tuberías, que están cerradas en la posición normal.Se abren solo en el momento de la carga o descarga.

Dado que el estiércol puede contener fragmentos grandes (elementos de basura, tallos de hierba, etc.), las tuberías de pequeño diámetro a menudo se obstruyen.Por lo tanto, para la carga y descarga, deben tener un diámetro de 20-30 cm. Deben montarse hastaComienzo del trabajo sobre el aislamiento de una planta de biogás, pero después de que el tanque esté instalado en su lugar.

Formas de biorreactores y opciones de ubicación para cargar y descargar escotillas

El modo más conveniente de operación de una planta de biogás es con la carga y descarga regular del sustrato.Esta operación se puede realizar una vez al día o una vez cada dos días.El estiércol y otros componentes se premontan en un tanque de almacenamiento, donde se llevan al estado deseado; se trituran, humedecen y mezclan si es necesario.Por conveniencia, este recipiente puede tener un agitador mecánico.El sustrato preparado se vierte en la escotilla receptora.Si coloca el recipiente receptor al sol, el sustrato se precalentará, lo que reducirá el costo de mantener la temperatura requerida.

Es deseable calcular la profundidad de instalación de la tolva receptora para que los desechos se drenen por gravedad.Lo mismo se aplica a la descarga en el biorreactor.El mejor caso es si el sustrato preparado se moverá por gravedad.Y el obturador lo bloqueará durante la preparación.

Planta de biogás con agitador y calentamiento

Para asegurar la estanqueidad de la planta de biogás, las escotillas en la tolva receptora y en el área de descarga deben tener un sello de goma de sellado.Cuanto menor sea la capacidad de aire, más limpio será el gas de salida.

Recolección y extracción de biogás

La extracción de biogás del reactor se realiza a través de una tubería, uno de los cuales está debajo del techo, el otro generalmentebajado al sello de agua.Este es un recipiente de agua en el que se descarga el biogás resultante.Hay una segunda tubería en el sello de agua: se encuentra por encima del nivel del líquido.Ya está entrando biogás más limpio.A la salida de su biorreactor, se instala una válvula de cierre de gas.La mejor opción es la pelota.

¿Qué materiales se pueden usar para un sistema de transmisión de gas?Tubos de metal galvanizado y tubos de gas de PND o PPR.Deben garantizar que la estanqueidad, las costuras y las juntas se verifiquen con espuma jabonosa.Toda la tubería se ensambla a partir de tuberías y accesorios del mismo diámetro.Sin constricciones y extensiones.

Purificación de impurezas

La composición aproximada del biogás obtenido es:

La composición aproximada del biogás

• metano - hasta el 60%;
• dióxido de carbono - 35%;
• otras sustancias gaseosas (incluido el sulfuro de hidrógeno, que le da al gas un olor desagradable) - 5%.

Para que el biogás no tenga olor y se queme bien, es necesario eliminar el dióxido de carbono, el sulfuro de hidrógeno y el vapor de agua.La eliminación de dióxido de carbono se lleva a cabo en una trampa de agua si se agrega cal apagada al fondo de la unidad.Dicho marcador deberá cambiarse periódicamente (a medida que comience a arder peor, es hora de cambiar).

El gas puede drenarse de dos maneras, haciendo cerraduras de agua en la tubería de gas, insertando secciones curvas en la tubería debajo de las cerraduras de agua, en las que se acumulará el condensado.La desventaja de este método es la necesidad de vaciar regularmente la cerradura hidráulica, con una gran cantidad de agua recolectada.Puede bloquear el paso del gas.

La segunda forma es poner un filtro con gel de sílice.El principio es el mismo que en el bloqueo hidráulico: se suministra gas al gel de sílice, se elimina el drenaje de debajo de la cubierta.Con este método de drenaje de biogás, el gel de sílice debe drenarse periódicamente.Para hacer esto, debes calentarlo por un tiempo en el microondas.Se calienta, la humedad se evapora.Puedes quedarte dormido y usarlo de nuevo.

Filtro para limpiar el biogás del sulfuro de hidrógeno

Se utiliza un filtro con carga de virutas de metal para eliminar el sulfuro de hidrógeno.Puede cargar paños metálicos viejos en el contenedor.La purificación se realiza exactamente de la misma manera: se suministra gas a la parte inferior del tanque lleno de metal.Al pasar, se limpia de sulfuro de hidrógeno, recogido en la parte superior libre del filtro, desde donde se descarga a través de otra tubería /manguera.

Soporte de gas y compresor

El biogás que se ha limpiado pasa a un tanque de almacenamiento: un soporte de gas.Puede ser una bolsa de plástico sellada, un recipiente de plástico.La condición principal es la impermeabilidad al gas, la forma y el material no importan.El tanque de gas almacena el stock de biogás.A partir de él, con la ayuda de un compresor, el gas bajo una cierta presión (establecido por el compresor) ya se suministra al consumidor, a una estufa o caldera de gas.Este gas también se puede usar para generar electricidad usando un generador.

Una de las opciones para los titulares de gas

Para crear una presión estable en el sistema después del compresor, es deseableinstale el receptor, un pequeño dispositivo para nivelar sobretensiones.

Dispositivos de mezcla

Para que la planta de biogás funcione normalmente, es necesario mezclar regularmente el líquido en el biorreactor.Este simple proceso resuelve muchos problemas:

• mezcla una porción fresca de la carga con una colonia de bacterias;
• promueve la liberación de gas producido;
• iguala la temperatura del líquido, excluyendo las áreas más cálidas y más frías;
• mantiene la uniformidad del sustrato, evitando el hundimiento o el ascenso de algunos componentes.

Por lo general, una pequeña planta de biogás hecha en casa tiene agitadores mecánicos, que son impulsados ​​por la fuerza muscular.En sistemas con un gran volumen, los motores que son activados por un temporizador pueden poner en movimiento agitadores.

Tipos de agitadores para biorreactores

La segunda forma es mezclar el líquido pasando a través de él una porción del gas producido.Para hacer esto, después de salir del metateón, se coloca una T y parte del gas fluye hacia la parte inferior del reactor, donde sale a través de un tubo con agujeros.Esta parte del gas no puede considerarse una tasa de flujo, ya que aún ingresa nuevamente al sistema y, como resultado, termina en el tanque de gas.

El tercer método de mezcla es bombear el sustrato de su parte inferior usando bombas fecales y verterlo en la parte superior.La desventaja de este método es la dependencia de la disponibilidad de electricidad.

Sistema de calefacción y aislamiento térmico.

Sin calentar la suspensión procesada, las bacterias psicofílicas se multiplicarán.El proceso de procesamiento en este caso tomará de 30 días, y la producción de gas será pequeña.En el verano, con aislamiento térmico y precalentamiento de la carga, es posible alcanzar temperaturas de hasta 40 grados cuando comienza el desarrollo de bacterias mesofílicas, pero en invierno dicha instalación es prácticamente inoperante: los procesos avanzan muy lentamente.A temperaturas inferiores a + 5 ° C prácticamente se congelan.

Dependencia de la temperatura del procesamiento del estiércol en biogás

Cómo calentar y dónde colocarlo

Para obtener mejores resultadosUtilizar calefacción.Lo más racional es el calentamiento de agua de la caldera.La caldera puede funcionar con electricidad, combustible sólido o líquido, también puede funcionar con el biogás generado.La temperatura máxima a la que se requiere calentar el agua es de + 60 ° C.Las tuberías más calientes pueden hacer que las partículas se adhieran a la superficie, lo que reduce la eficiencia del calentamiento.

Puede usar calentamiento directo - inserte elementos calefactores, pero en primer lugar, es difícil organizar la mezcla y, en segundo lugar, el sustrato se adherirá a la superficie, reduciendo la transferencia de calor, los elementos calefactores se quemarán rápidamente

Una planta de biogás se puede calentar utilizando radiadores de calefacción estándar, simplemente por tuberías retorcidas en una bobina, por registros soldados.Las tuberías son mejores para usar polímeros: metal-plástico o polipropileno.Tubos dede acero inoxidable corrugado, es más fácil apilarlos, especialmente en biorreactores verticales cilíndricos, pero la superficie corrugada provoca la acumulación de sedimentos, lo que no es muy bueno para la transferencia de calor.

Para reducir la posibilidad de deposición de partículas en los elementos calefactores, se colocan en la zona del mezclador.Solo en este caso es necesario diseñar todo para que el mezclador no pueda tocar las tuberías.A menudo parece que es mejor colocar los calentadores debajo, pero la práctica ha demostrado que dicho calentamiento no es efectivo debido al sedimento en el fondo.Por lo tanto, es más racional colocar calentadores en las paredes del metatanque de una planta de biogás.

Métodos de calentamiento de agua

Según el método de disposición de las tuberías, el calentamiento puede ser externo o interno.En una ubicación interna, la calefacción es eficiente, pero la reparación y el mantenimiento de los calentadores no es posible sin apagar y bombear el sistema.Por lo tanto, la selección de materiales y la calidad de las juntas reciben una atención especial.

El calentamiento aumenta la productividad de una planta de biogás y reduce el tiempo de procesamiento de las materias primas

Con la disposición externa de los calentadores, se requiere más calor (el costo de calentar el contenido de una planta de biogás es mucho mayor),ya que se gasta mucho calor en calentar las paredes.Pero el sistema siempre está disponible para reparación, y la calefacción es más uniforme, ya que el ambiente se calienta desde las paredes.Otra ventaja de esta solución es que los agitadores no pueden dañar el sistema de calefacción.

Cómo aislar

Primero, se vierte una capa niveladora en el fondo del pozoarena, luego una capa aislante del calor.Puede ser arcilla mezclada con paja y arcilla expandida, escoria.Todos estos componentes se pueden mezclar, se pueden verter en capas separadas.Están alineados en el horizonte, configuran la capacidad de la planta de biogás.

Los lados de un biorreactor pueden aislarse con materiales modernos o métodos clásicos de abuelo.De los métodos anticuados: revestimiento de arcilla con paja.Se aplica en varias capas.

Los materiales modernos se usan para calentar biorreactores

La espuma de poliestireno extruido de alta densidad, los bloques de hormigón celular de baja densidad, la espuma de poliuretano expandido se puede usar a partir de materiales modernos.La más avanzada tecnológicamente en este caso es la espuma de poliuretano (PPU), pero los servicios para su aplicación no son baratos.Pero resulta un aislamiento térmico sin costuras, lo que minimiza los costos de calefacción.Hay otro material aislante del calor: el vidrio espumado.Es muy costoso en losas, pero su pelea o miga cuesta bastante y, según sus características, es casi perfecto: no absorbe humedad, no teme congelarse, tolera cargas estáticas, tiene baja conductividad térmica.