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Anlagen für Biogas

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Anlagen für Biogas

Was ist Biogas?
In jüngster Zeit sind die Energieträger aus technischer Sicht nicht immer auf sich aufmerksam: Sonnenstrahlung, Gezeiten und Wellen und vieles mehr. Einige von ihnen, wie der Wind, haben in der Vergangenheit breite Anwendung gefunden, und heute erleben sie eine Wiedergeburt. Eine der "vergessenen" Rohstoffarten ist Biogas, das im alten China verwendet und in unserer Zeit wieder "entdeckt" wurde.
Was ist Biogas? Dieser Begriff bezieht sich auf das gasförmige Produkt, das als Ergebnis einer anaeroben, dh ohne Luftzugang, erfolgenden Fermentation (Überhitzung) organischer Substanzen unterschiedlichster Herkunft erhalten wird. In jedem Betrieb werden während des Jahres beträchtliche Mengen an Dung, Pflanzenköpfen und verschiedenen Abfällen gesammelt. Normalerweise werden sie nach der Zersetzung als organischer Dünger verwendet. Allerdings wissen nur wenige Menschen, wie viel Biogas und Wärme während der Gärung freigesetzt werden. Diese Energie kann aber auch den Dorfbewohnern zugute kommen.

Biogas - ein Gasgemisch. Seine Hauptkomponenten: Methan (CH4) - 55-70% und Kohlendioxid (CO2) - 28-43% sowie in sehr geringen Mengen andere Gase, zum Beispiel - Schwefelwasserstoff (H2S).
Im Durchschnitt erzeugt 1 kg 70% biologisch abbaubares organisches Material 0,18 kg Methan, 0,32 kg Kohlendioxid, 0,2 kg Wasser und 0,3 kg unverwüstlicher Rückstand.
Faktoren, die die Biogasproduktion beeinflussen.
Da der Abbau organischer Abfälle durch die Aktivität bestimmter Arten von Bakterien erfolgt, hat die Umwelt einen erheblichen Einfluss darauf. Daher hängt die Menge des produzierten Gases stark von der Temperatur ab: Je wärmer, desto höher sind die Geschwindigkeit und der Grad der Vergärung organischer Rohstoffe. Deshalb sind wahrscheinlich die ersten Biogasanlagen in Ländern mit warmem Klima aufgetaucht. Durch die Verwendung einer zuverlässigen Wärmeisolierung und manchmal auch von erwärmtem Wasser können Sie die Konstruktion von Biogasgeneratoren in Bereichen beherrschen, in denen die Temperatur im Winter auf -20 ° C absinkt. Es gibt bestimmte Anforderungen an Rohstoffe: Sie müssen für die Entwicklung von Bakterien geeignet sein, biologisch abbaubare organische Stoffe und eine große Menge Wasser enthalten (90-94%). Es ist wünschenswert, dass die Umgebung neutral und frei von Substanzen ist, die die Wirkung von Bakterien stören: zum Beispiel Seife, Waschmittel, Antibiotika.

Zur Gewinnung von Biogas können Anlagen- und Haushaltsabfälle, Dung, Abwässer usw. verwendet werden, wobei während des Fermentationsprozesses die Flüssigkeit im Tank tendenziell in drei Fraktionen aufgeteilt wird. Die obere Kruste, gebildet aus großen Teilchen, die von aufsteigenden Gasblasen mitgerissen werden, kann mit der Zeit ziemlich hart werden und die Freisetzung von Biogas stören. Flüssigkeit sammelt sich im mittleren Teil des Fermenters und die untere, schlammartige Fraktion fällt aus.
Bakterien sind in der mittleren Zone am aktivsten. Daher muss der Tankinhalt periodisch gemischt werden - mindestens einmal am Tag und vorzugsweise bis zu sechs Mal. Das Mischen kann mit mechanischen Vorrichtungen, hydraulischen Mitteln (Umwälzung unter Einwirkung der Pumpe), unter Druck des pneumatischen Systems (teilweises Recycling von Biogas) oder mit verschiedenen Methoden der Selbstmischung erfolgen.
Anlagen für Biogas.
In Rumänien sind Biogasgeneratoren weit verbreitet. Eine der ersten Einzelinstallationen (Fig. 1A) wurde im Dezember 1982 in Betrieb genommen. Seitdem hat sie erfolgreich drei benachbarte Familien mit Gas versorgt, jede mit einem gewöhnlichen Gasherd mit drei Brennern und einem Ofen. Der Fermenter befindet sich in einer Grube mit einem Durchmesser von ca. 4 m und einer Tiefe von 2 m (Volumen ca. 21 m3), die von innen mit zweimal geschweißtem Dacheisen ausgekleidet ist: zuerst durch Elektroschweißen und dann aus Gründen der Zuverlässigkeit mit Gas. Zum Schutz vor Korrosion ist die innere Oberfläche des Tanks mit Harz beschichtet. Außerhalb der Oberkante des Fermenters wurde eine etwa 1 m tiefe Ringnut aus Beton hergestellt, die die Funktion einer hydraulischen Verriegelung erfüllt. In dieser mit Wasser gefüllten Nut gleitet der vertikale Teil der Glocke, die den Tank gleitet.
Die ca. 2,5 m hohe Glocke besteht aus zwei Millimeter großen Stahlblechen. Im oberen Teil wird das Gas gesammelt.
Der Autor dieses Projekts entschied sich für die Möglichkeit, Gas zu sammeln, im Gegensatz zu anderen Anlagen, die eine Rohrleitung im Fermenter verwenden und drei unterirdische Zweigstellen haben - zu drei Farmen. Zusätzlich fließt das Wasser in der Nut der Wasserabdichtung, was im Winter Vereisung verhindert. Der Fermenter lädt ca. 12 m3 frischen Mist, über den Kuhurin gegossen wird (ohne Wasserzugabe). Der Generator beginnt 7 Tage nach dem Füllen zu arbeiten.






Eine andere Installation hat ein ähnliches Layout (1B). Der Fermenter befindet sich in einer Grube mit einem quadratischen Querschnitt von 2x2 und einer Tiefe von ca. 2,5 m. Die Grube ist mit 10-12 cm dicken Stahlbetonplatten ausgekleidet, mit Zement verputzt und zum Abdichten mit Harz bedeckt. Die Nut der Wasserabdichtung mit einer Tiefe von etwa 50 cm ist ebenfalls aus Beton, die Glocke ist aus Dacheisen geschweißt und kann auf den vier "Ohren" frei entlang der vier am Betonbehälter montierten vertikalen Führungen gleiten. Die Höhe der Glocke beträgt etwa 3 m, wovon 0,5 m in die Nut eingetaucht sind.
Bei der ersten Befüllung wurden 8 m3 frischer Kuhmist in den Fermenter geladen und etwa 400 Liter Kuhurin wurden von oben gewaschen. Nach 7-8 Tagen hat die Installation die Eigentümer bereits vollständig mit Gas versorgt.

Ein Biogasgenerator zur Aufnahme von 6 m3 Mischmist (von Kühen, Schafen und Schweinen) ist ähnlich aufgebaut. Dies war ausreichend, um den normalen Betrieb des Gaskochers mit drei Brennern und einem Ofen sicherzustellen.

Eine andere Anlage zeichnet sich durch konstruktive Details aus: Neben dem Fermenter sind drei große Traktorkammern angebracht, die mit Hilfe eines T-förmigen Schlauchs aneinander befestigt sind (Anlage 2). In der Nacht, wenn kein Biogas verwendet wird und sich unter der Glocke ansammelt, besteht die Gefahr, dass diese aufgrund von übermäßigem Druck umkippt. Gummitank dient als zusätzliche Kapazität. Für den Betrieb von zwei Brennern reicht ein 2x2x1,5 m großer Fermenter aus. Mit einer Vergrößerung des Nutzvolumens der Anlage auf 1 m3 ist es möglich, eine ausreichende Menge Biogas zur Beheizung der Wohnung zu erhalten.
Die Besonderheit dieser Installationsoption besteht in der Einrichtung einer Glocke von 138 cm und einer Höhe von 150 cm aus gummiertem Tuch, das zur Herstellung von aufblasbaren Eiswürfeln verwendet wird. Der Fermenter ist ein Metalltank von 140 x 380 cm und hat ein Volumen von 4,7 m3. Die Glocke wird im Fermenter mindestens 30 cm tief in den Mist eingeführt, um eine hydraulische Sperre für den Austritt von Biogas in die Atmosphäre zu schaffen. Ein Hahn ist an der Oberseite des quellbaren Reservoirs angeschlossen. Gas strömt durch einen Gasherd mit drei Brennern und einer Säule zum Erhitzen von Wasser. Um optimale Bedingungen für den Betrieb des Fermenters zu gewährleisten, wird die Gülle mit heißem Wasser gemischt.
Die Anlage zeigte die besten Ergebnisse bei einer Rohmaterialfeuchtigkeit von 90% und einer Temperatur von 30-35 °.

Der Treibhauseffekt wird auch zur Beheizung des Fermenters genutzt. Oberhalb des Tanks befindet sich ein Metallrahmen, der mit einer Plastikfolie umhüllt ist: Bei ungünstigen Witterungsbedingungen hält er die Wärme zurück und beschleunigt die Zersetzung von Rohstoffen erheblich.

In Rumänien werden Biogasgeneratoren auch in staatlichen oder kooperativen Farmen eingesetzt. Hier ist einer von ihnen. Es verfügt über zwei Fermenter mit einer Kapazität von je 203 m3, die mit einem Rahmen mit Polyethylenfolie abgedeckt sind (Abb. 3). Im Winter wird Gülle mit heißem Wasser erhitzt. Die Kapazität der Anlage beträgt 300 bis 480 m3 Gas pro Tag. Dieser Betrag reicht aus, um alle Bedürfnisse des lokalen agroindustriellen Komplexes zu decken.
Praktischer Rat
Wie bereits erwähnt, eine entscheidende Rolle. Bei der Entwicklung des Fermentationsprozesses spielt die Temperatur: Erwärmung des Rohmaterials mit 15? Bis zu 20 ° kann die Energieproduktion verdoppeln. Generatoren verfügen daher häufig über ein spezielles System zum Erhitzen von Rohstoffen, die meisten Anlagen sind jedoch nicht damit ausgestattet. Sie nutzen nur die Wärme, die bei der Zersetzung organischer Substanzen entsteht. Eine der wichtigsten Bedingungen für den normalen Betrieb des Fermenters ist das Vorhandensein einer zuverlässigen THERMALISIERUNG. Darüber hinaus ist es erforderlich, den Wärmeverlust beim Reinigen und Füllen des Fermenterbehälters zu minimieren.

Man muss sich auch über die Notwendigkeit eines biochemischen Gleichgewichts Gedanken machen: Manchmal ist die Bakterienproduktionsrate von Säuren höher als die von Bakterien der zweiten Gruppe verbrauchte Menge: In diesem Fall steigt der Säuregehalt der Masse und die Produktion von Biogas nimmt ab. Die Situation kann entweder durch Verringern des täglichen Anteils des Rohmaterials oder durch Erhöhen seiner Löslichkeit (wenn möglich mit heißem Wasser) oder schließlich durch Hinzufügen eines Neutralisationsmittels wie Kalkmilch, Wasch- oder Backsoda korrigiert werden.

Die Biogasproduktion kann reduziert werden, indem das Verhältnis zwischen Kohlenstoff und Stickstoff unterbrochen wird. In diesem Fall werden stickstoffhaltige Substanzen - Urin oder in geringer Menge Ammoniumsalze -, die üblicherweise als chemische Düngemittel verwendet werden (50-100 g pro 1 m3 Rohstoffe), in den Fermenter eingebracht.

Es ist zu beachten, dass eine hohe Luftfeuchtigkeit und das Vorhandensein von Schwefelwasserstoff (dessen Gehalt in Biogas 0,5% erreichen kann) eine verstärkte Korrosion der Metallteile der Anlage anregen. Daher sollte der Zustand aller anderen Elemente des Fermenters regelmäßig überwacht und an Schadensstellen sorgfältig geschützt werden: Blei sollte vorzugsweise in einer oder zwei Schichten und dann in zwei weiteren Schichten Ölfarbe verwendet werden.

Als Rohrleitung zum Transport von Biogas vom Auslass im oberen Teil der Installationsglocke zum Verbraucher können sowohl Rohre (Metall oder Kunststoff) als auch Gummischläuche verwendet werden. Es ist ratsam, sie in einem tiefen Graben aufzubewahren, um Berstungen durch das Einfrieren von Kondenswasser im Winter zu vermeiden. Wenn das Gas mittels eines Schlauches durch die Luft transportiert wird, ist eine spezielle Vorrichtung zum Ableiten des Kondensats erforderlich.








Das einfachste Schema einer solchen Vorrichtung ist ein U-förmiger Schlauch, der an seinem tiefsten Punkt mit dem Schlauch verbunden ist (Fig. 4). Die Länge des freien Rohrzweiges (x) muss größer sein als der in Millimeter Wasser ausgedrückte Biogasdruck. Während das Kondensat aus der Rohrleitung in die Rohrleitung abfließt, wird Wasser durch sein freies Ende ohne Gasleckage ausgegossen.
Im oberen Teil der Glocke ist es auch ratsam, eine Düse zum Einbau eines Manometers vorzusehen, um die Menge an angesammeltem Biogas durch Druck zu beurteilen.

Die Erfahrung im Betrieb von Anlagen hat gezeigt, dass die Verwendung einer Mischung verschiedener organischer Substanzen als Ausgangsmaterial mehr Biogas erzeugt, als wenn eine der Komponenten den Fermenter belastet. Es wird empfohlen, den Feuchtigkeitsgehalt der Rohstoffe im Winter leicht zu verringern (auf 88-90%) und im Sommer zu erhöhen (92-94%). Das zur Verdünnung verwendete Wasser sollte warm sein (vorzugsweise 35-40 ° C).


Das Rohmaterial wird mindestens einmal täglich in Portionen serviert. Nach der ersten Beladung des Fermenters wird häufig zuerst Biogas erzeugt, das mehr als 60% Kohlendioxid enthält und daher nicht verbrennt. Dieses Gas wird an die Atmosphäre abgegeben und nach 1-3 Tagen funktioniert die Installation normal.