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Anlagen für die Biogasproduktion

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Anlagen für die Biogasproduktion

Was ist Biogas?
In jüngster Zeit wurde mehr und mehr Aufmerksamkeit auf nicht-traditionelle, aus technischer Sicht gesehene Energiequellen gelenkt: Sonnenstrahlung, Seegang und Wellen und vieles mehr. Einige von ihnen, wie der Wind, waren in der Vergangenheit weit verbreitet, und heute erleben sie eine zweite Geburt. Eine der "vergessenen" Rohstoffarten ist Biogas, das im alten China verwendet wurde und in unserer Zeit wieder "offen" ist.
Was ist Biogas? Dieser Ausdruck bezieht sich auf ein gasförmiges Produkt, das als anaerober, dh ohne Zugang zu Luft, erfolgender Fermentation (Ligation) von organischen Substanzen verschiedener Herkunft erhalten wird. In jeder bäuerlichen Landwirtschaft im Laufe des Jahres wird eine erhebliche Menge an Mist gesammelt, Pflanzenblätter, verschiedene Abfälle. Üblicherweise werden sie nach der Zersetzung als organischer Dünger verwendet. Allerdings wissen nur sehr wenige Menschen, wie viel Biogas und Wärme während der Gärung freigesetzt wird. Aber auch diese Energie kann den Dorfbewohnern gut tun.

Biogas ist eine Mischung von Gasen. Seine Hauptkomponenten sind Methan (CH4) - 55-70% und Kohlendioxid (CO2) - 28-43%, und auch in sehr geringen Mengen andere Gase, zum Beispiel - Schwefelwasserstoff (H2S).
Im Durchschnitt liefert 1 kg organisches Material, das zu 70% biologisch abbaubar ist, 0,18 kg Methan, 0,32 kg Kohlendioxid, 0,2 kg Wasser und 0,3 kg eines unlöslichen Rückstandes.
Faktoren, die die Produktion von Biogas beeinflussen.
Da die Zersetzung von organischem Abfall aufgrund der Aktivität bestimmter Arten von Bakterien auftritt, hat die Umwelt einen wesentlichen Einfluss auf diese. So hängt die Menge an erzeugtem Gas zu einem großen Teil von der Temperatur ab: Je wärmer, desto höher ist Rate und Grad der Fermentation organischer Rohstoffe. Deshalb erschienen wahrscheinlich die ersten Biogasanlagen in Ländern mit einem warmen Klima. Der Einsatz einer zuverlässigen Wärmeisolierung und manchmal auch von heißem Wasser ermöglicht es, den Bau von Biogasgeneratoren in Regionen zu bewältigen, in denen die Temperatur im Winter auf -20 ° C fällt. Es gibt bestimmte Anforderungen für Rohstoffe: Es sollte für die Entwicklung von Bakterien geeignet sein, biologisch abbaubare organische Substanz enthalten und in großen Mengen Wasser (90-94%). Es ist wünschenswert, dass das Medium neutral ist und keine Substanzen enthält, die die Wirkung von Bakterien stören: beispielsweise Seife, Waschpulver, Antibiotika.

Um Biogas zu produzieren, können Sie Pflanzen- und Haushaltsabfälle, Gülle, Abwasser usw. verwenden. Bei der Fermentation wird die Flüssigkeit im Tank in drei Fraktionen aufgeteilt. Oben - eine Kruste, die aus großen Partikeln gebildet wird, die von aufsteigenden Gasblasen mitgerissen werden, kann nach einiger Zeit ziemlich fest werden und die Freisetzung von Biogas verhindern. Die Flüssigkeit sammelt sich im mittleren Teil des Fermenters, und die untere, schlammartige Fraktion fällt aus.
Am aktivsten sind Bakterien in der mittleren Zone. Daher muss der Inhalt des Tanks periodisch gemischt werden - mindestens einmal am Tag und vorzugsweise bis zu sechs Mal. Das Rühren kann durch mechanische Vorrichtungen, durch hydraulische Mittel (Rückführung unter der Wirkung der Pumpe), unter dem Druck des pneumatischen Systems (teilweise Rückführung von Biogas) oder durch verschiedene Verfahren der Selbstbewegung ausgeführt werden.
Anlagen für die Biogasproduktion.
In Rumänien sind Biogasgeneratoren weit verbreitet. Eine der ersten Einzelanlagen (Abb. 1A) wurde im Dezember 1982 in Betrieb genommen. Seitdem hat es erfolgreich drei benachbarte Familien mit jeweils einem konventionellen Gaskocher mit drei Brennern und einem Ofen versorgt. Der Fermenter befindet sich in einer Grube mit einem Durchmesser von etwa 4 m und einer Tiefe von 2 m (Volumen ca. 21 m³), ​​die von innen mit einer Dachplatte verlegt und zweimal geschweißt wird: zuerst durch Elektroschweißen und dann aus Gründen der Zuverlässigkeit mit Gas. Für den Antikorrosionsschutz ist die Innenfläche des Tanks mit Harz bedeckt. Außerhalb der Oberkante des Fermenters ist eine ringförmige Nut aus Beton mit einer Tiefe von etwa 1 m vorgesehen, die als Septum fungiert; In dieser mit Wasser gefüllten Nut gleitet der vertikale Teil der Glocke, der den Behälter schließt.
Die Glocke ist etwa 2,5 m hoch - sie besteht aus Stahlblech von zwei Millimetern. In seinem oberen Teil wird Gas gesammelt.
Der Autor dieses Projekts wählte die Möglichkeit, Gas im Unterschied zu anderen Anlagen zu sammeln, indem eine Leitung im Inneren des Fermenters verwendet wurde und drei unterirdische Abzweigungen - zu drei Farmen - hatte. Außerdem fließt das Wasser in der Nut der Hydraulikdichtung, was eine Vereisung im Winter verhindert. Der Fermenter wird mit ca. 12 m3 Frischmist beladen, über den Kuhurin ausläuft (ohne Wasserzufuhr arbeitet der Generator 7 Tage nach dem Befüllen).






Eine ähnliche Anordnung hat eine weitere Installation (Fig. 1B). Der Fermenter wird in einer Grube mit einem quadratischen Querschnitt von 2 × 2 und einer Tiefe von etwa 2,5 m hergestellt.Die Grube wird mit 10 bis 12 cm dicken Stahlbetonplatten ausgekleidet, mit Zement verputzt und mit einem Harz zur Abdichtung bedeckt. Die Nut des Wasserdichtrings mit einer Tiefe von etwa 50 cm ist ebenfalls Beton, die Glocke ist aus einer Dachplatte geschweißt und kann frei auf vier "Ohren" entlang vier vertikaler Führungen gleiten, die auf einem Betontank montiert sind. Die Höhe der Glocke beträgt ca. 3 m, wovon 0,5 m in die Nut eintauchen.
Bei der ersten Befüllung wurden 8 m3 Frischmist in den Fermenter geladen und ca. 400 Liter Kuhurin nachgefüllt. Nach 7-8 Tagen hat die Installation die Besitzer bereits vollständig mit Gas versorgt.

Ein ähnlicher Generator hat einen Biogasgenerator, der 6 m3 Mischmist (von Kühen, Schafen und Schweinen) aufnehmen kann. Dies reichte aus, um den normalen Betrieb des Gaskochers mit drei Brennern und einem Ofen zu gewährleisten.

Eine andere Installation unterscheidet sich von allen anderen konstruktiven Details: Drei große Traktorkammern, die mit einem T-Schlauch verbunden sind, sind mit dem Fermenter verbunden und miteinander verbunden (Abb. 2). Nachts, wenn Biogas nicht genutzt wird und sich unter der Glocke ansammelt, besteht die Gefahr, dass dieses aufgrund von Überdruck umkippt. Der Gummibehälter dient als zusätzliches Reservoir. Fermenter Größe 2h2x1,5 m ist genug für den Betrieb von zwei Brennern, und mit einer Erhöhung der nützlichen Volumen der Anlage auf 1 m3, können Sie die Menge an Biogas, ausreichend für die Heizung des Hauses.
Die Besonderheit dieser Variante der Anlage ist eine 138 cm hohe und 150 cm hohe Glocke aus einem gummierten Tuch zur Herstellung von Schlauchbooten. Der Fermenter ist ein Metalltank 140x380 cm und hat ein Volumen von 4,7 m3. Die Glocke wird in die fermentierte Gülle in einer Tiefe von mindestens 30 cm eingeführt, um eine hydraulische Sperre für den Biogasauslass in die Atmosphäre zu schaffen. Im oberen Teil des Quellbehälters ist ein mit dem Schlauch verbundener Kran vorgesehen; darauf Gas kommt zum Gasherd mit drei Brennern und einer Säule, um das Wasser zu erhitzen. Um optimale Bedingungen für den Fermenter zu gewährleisten, wird der Mist mit heißem Wasser gemischt.
Die besten Ergebnisse wurden mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 90% und einer Temperatur von 30-35 ° erzielt.

Um den Fermenter zu beheizen, wird auch die Wirkung des Gewächshauses genutzt. Über dem Behälter wird ein Metallrahmen gebaut, der mit einer Polyethylenfolie bedeckt ist: unter ungünstigen Wetterbedingungen behält er Wärme und ermöglicht es, den Abbauprozess der Rohstoffe erheblich zu beschleunigen.

In Rumänien werden Biogasgeneratoren auch in staatlichen oder genossenschaftlichen Betrieben eingesetzt. Hier ist einer von ihnen. Es verfügt über zwei Fermenter mit einer Kapazität von 203 m3, die mit einem Rahmen aus Polyethylenfolie verschlossen sind (Abbildung 3). Im Winter wird der Mist mit heißem Wasser erhitzt. Die Kapazität der Anlage beträgt 300-480 m3 Gas pro Tag. Diese Menge reicht aus, um alle Bedürfnisse des lokalen Agro-Industrie-Komplexes zu erfüllen.
Praktischer Rat.
Wie bereits erwähnt, die entscheidende Rolle. die Entwicklung des Gärungsprozesses wird von der Temperatur gespielt: die Erwärmung der Rohstoffe mit 15? bis zu 20 ° können die Energieproduktion verdoppeln. Deshalb haben Generatoren oft ein spezielles System zum Erhitzen von Rohstoffen, aber die meisten Anlagen sind nicht damit ausgestattet; Sie verwenden nur die Wärme, die im Zuge der Zersetzung organischer Substanzen freigesetzt wird. Eine der wichtigsten Bedingungen für den normalen Betrieb des Fermentors ist die Verfügbarkeit einer zuverlässigen THERMISCHEN ISOLIERUNG. Darüber hinaus ist es notwendig, den Wärmeverlust während der Reinigung und Befüllung des Fermenterbunkers zu minimieren.

Es ist auch notwendig, sich an die Notwendigkeit zu erinnern, das biochemische Gleichgewicht zu sichern.Zuweilen ist die Geschwindigkeit der Bakterienproduktion durch Säuren höher als die Rate ihres Konsums durch Bakterien der zweiten Gruppe.In diesem Fall erhöht sich die Acidität der Masse und die Produktion von Biogaswird reduziert. Die Situation kann korrigiert werden, indem entweder die tägliche Portion an Rohmaterialien reduziert wird oder indem ihre Löslichkeit (wenn möglich, heißes Wasser) erhöht wird, oder schließlich durch Zugabe einer neutralisierenden Substanz - zum Beispiel Kalkmilch, Wasch- oder Trinksoda.

Die Produktion von Biogas kann durch die Verletzung des Verhältnisses zwischen Kohlenstoff und Stickstoff reduziert werden. In diesem Fall werden Substanzen, die Stickstoff, Urin oder eine kleine Menge Ammoniumsalz enthalten, üblicherweise als chemischer Dünger (50-100 g pro 1 m³ Rohmaterial) in den Fermenter eingeführt.

Es sollte daran erinnert werden, dass hohe Feuchtigkeit und die Anwesenheit von Schwefelwasserstoff (dessen Gehalt in Biogas 0,5% erreichen kann) eine erhöhte Korrosion der Metallteile der Pflanze stimulieren. Daher sollte der Zustand aller anderen Elemente des Fermenters regelmäßig überwacht und sorgfältig an den Schadensstellen geschützt werden: Es ist am besten, Blei in einer oder zwei Schichten zu verwenden, und dann mit zwei weiteren Schichten einer beliebigen Ölfarbe.

Als Rohrleitung für den Transport von Biogas vom Abzweigrohr im oberen Teil der Installationsglocke zum Verbraucher können sowohl Rohre (Metall oder Kunststoff) als auch Gummischläuche verwendet werden. Sie sind wünschenswert, in einem tiefen Graben zu führen, um Brüche aufgrund des Gefrierens von Kondenswasser im Winter zu vermeiden. Wenn der Transport von Gas mittels eines Schlauches durch Luft erfolgt, ist eine spezielle Vorrichtung erforderlich, um das Kondensat abzulassen.








Die einfachste Schaltung eines solchen Geräts ist ein U-förmiges Rohr, das an seinem tiefsten Punkt am Schlauch befestigt ist (Abbildung 4). Die Länge des freien Rohrzweigs (x) sollte größer sein als der Druck des Biogases, ausgedrückt in Millimetern Wassersäule. Wenn Kondensat aus der Rohrleitung in das Rohr abläuft, strömt Wasser ohne Gasleck durch sein freies Ende.
Im oberen Teil der Glocke ist es auch ratsam, eine Düse zum Installieren eines Druckmessers vorzusehen, um die Menge an Biogas zu bestimmen, die durch die Druckmenge angesammelt wird.

Die Betriebserfahrung der Anlagen hat gezeigt, dass die Verwendung einer Mischung verschiedener organischer Substanzen als Rohstoff mehr Biogas ergibt, als wenn der Fermenter mit einer der Komponenten beladen wird. Es wird empfohlen, den Feuchtigkeitsgehalt des Rohstoffs im Winter leicht zu reduzieren (bis zu 88-90%) und im Sommer zu erhöhen (92-94%). Das zur Verdünnung verwendete Wasser sollte warm sein (vorzugsweise 35-40 ° C).


Rohstoffe werden in Portionen, mindestens einmal am Tag, serviert. Nach der ersten Fermenterbeladung wird oft zuerst Biogas erzeugt, das mehr als 60% Kohlendioxid enthält und daher nicht verbrennt. Dieses Gas wird in die Atmosphäre abgegeben und nach 1 -3 Tagen beginnt die Installation normal zu funktionieren.