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Anlagen für Biogas

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Anlagen für Biogas

Was ist Biogas?
In den letzten Jahren haben aus technischer Sicht nicht-traditionelle Energiequellen immer mehr Aufmerksamkeit auf sich gezogen: Sonneneinstrahlung, Gezeiten und Wellen und vieles mehr. Einige von ihnen, wie der Wind, fanden in der Vergangenheit breite Anwendung und erleben heute eine Wiedergeburt. Eine der „vergessenen“ Arten von Rohstoffen ist Biogas, das im alten China verwendet und in der Neuzeit wiedereröffnet wurde.
Was ist Biogas? Dieser Begriff bezieht sich auf das gasförmige Produkt, das durch anaerobe Gärung (Überhitzung) von organischen Stoffen unterschiedlichster Herkunft entsteht, dh ohne Luftzutritt. In jedem Betrieb wird im Laufe des Jahres eine erhebliche Menge an Dünger, Pflanzenspitzen und verschiedenen Abfällen gesammelt. In der Regel werden sie nach der Zersetzung als organischer Dünger verwendet. Es ist jedoch nur wenigen bekannt, wie viel Biogas und Wärme bei der Fermentation freigesetzt werden. Diese Energie kann aber auch den Dorfbewohnern zugute kommen.

Biogas - ein Gasgemisch. Seine Hauptbestandteile: Methan (CH4) - 55-70% und Kohlendioxid (CO2) - 28-43% sowie in sehr geringen Mengen auch andere Gase, zum Beispiel Schwefelwasserstoff (H2S).
Durchschnittlich 1 kg 70% biologisch abbaubares organisches Material erzeugt 0,18 kg Methan, 0,32 kg Kohlendioxid, 0,2 kg Wasser und 0,3 kg nicht zersetzbare Rückstände.
Faktoren, die die Biogaserzeugung beeinflussen.
Da die Zersetzung organischer Abfälle auf die Aktivität bestimmter Bakterienarten zurückzuführen ist, hat die Umwelt einen erheblichen Einfluss darauf. Die Menge des produzierten Gases hängt daher stark von der Temperatur ab: Je wärmer, desto höher die Geschwindigkeit und der Fermentationsgrad der organischen Rohstoffe. Deshalb sind wahrscheinlich die ersten Biogasanlagen in Ländern mit warmem Klima entstanden. Die Verwendung einer zuverlässigen Wärmedämmung und manchmal von erwärmtem Wasser ermöglicht es Ihnen jedoch, den Bau von Biogaserzeugern in Gebieten zu beherrschen, in denen die Temperatur im Winter auf -20 ° C sinkt. An Rohstoffe werden bestimmte Anforderungen gestellt: Sie müssen für die Entwicklung von Bakterien geeignet sein, biologisch abbaubare organische Stoffe und eine große Menge Wasser (90-94%) enthalten. Es ist wünschenswert, dass die Umgebung neutral und frei von Substanzen ist, die die Wirkung von Bakterien stören: zum Beispiel Seife, Waschmittel, Antibiotika.

Für die Gewinnung von Biogas, Pflanzen- und Hausmüll können Gülle, Abwasser usw. verwendet werden. Bei der Fermentation wird die Flüssigkeit im Tank tendenziell in drei Fraktionen aufgeteilt. Die obere Kruste, die sich aus großen Partikeln zusammensetzt, die von aufsteigenden Gasblasen mitgerissen werden, kann nach einiger Zeit hart genug werden und die Freisetzung von Biogas beeinträchtigen. Flüssigkeit sammelt sich im mittleren Teil des Fermenters an und die untere schlammartige Fraktion fällt aus.
Bakterien sind in der mittleren Zone am aktivsten. Daher muss der Tankinhalt regelmäßig gemischt werden - mindestens einmal am Tag, vorzugsweise bis zu sechsmal. Das Mischen kann unter Verwendung mechanischer Vorrichtungen, hydraulischer Mittel (Rückführung unter der Wirkung der Pumpe), unter dem Druck des pneumatischen Systems (teilweises Recyceln von Biogas) oder unter Verwendung verschiedener Methoden des Selbstmischens durchgeführt werden.
Anlagen für Biogas.
In Rumänien sind Biogaserzeuger weit verbreitet. Eine der ersten Einzelanlagen (Bild 1A) wurde im Dezember 1982 in Betrieb genommen. Seitdem beliefert sie erfolgreich drei benachbarte Familien mit Gas, jeder 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 Dacheisen ausgekleidet und zweimal geschweißt ist: zuerst mit 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 ca. 1 m tiefe Ringnut aus Beton hergestellt, die die Funktion einer hydraulischen Schleuse erfüllt; In dieser mit Wasser gefüllten Rille gleitet der vertikale Teil der Glocke, der den Tank verschiebt.
Die etwa 2,5 m hohe Glocke besteht aus zwei Millimeter dickem Stahlblech. Im oberen Teil wird das Gas gesammelt.
Der Autor dieses Projekts entschied sich für die Möglichkeit, im Gegensatz zu anderen Anlagen Gas über ein im Fermenter befindliches Rohr mit drei unterirdischen Abzweigungen zu sammeln - zu drei Farmen. Außerdem fließt das Wasser in der Nut der Wasserdichtung, wodurch Vereisungen im Winter vermieden werden. Der Fermenter füllt ca. 12 m3 Frischmist, über den Kuhurin (ohne Wasserzugabe) gegossen wird. Der Generator läuft 7 Tage nach dem Befüllen an.






Eine andere Installation hat ein ähnliches Layout (Abb. 1B). Der Fermenter wird in einer Grube mit einem quadratischen Querschnitt von 2 x 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 zur Abdichtung mit Harz beschichtet. Die Rille der Wasserdichtung mit einer Tiefe von ca. 50 cm ist ebenfalls aus Beton, die Glocke ist aus Dacheisen geschweißt und kann auf den vier „Ohren“ frei entlang der vier am Betontank montierten vertikalen Führungen gleiten. Die Höhe der Glocke beträgt ca. 3 m, von denen 0,5 m in die Nut eingetaucht sind.
Bei der ersten Befüllung wurden 8 m3 frischer Kuhmist in den Fermenter gefüllt und etwa 400 Liter Kuhurin von oben gewaschen. Nach 7-8 Tagen versorgte die Anlage die Eigentümer bereits vollständig mit Gas.

Ein Biogaserzeuger, der 6 m3 Gülle (von Kühen, Schafen und Schweinen) aufnehmen soll, ist ähnlich aufgebaut. Dies reichte aus, um den normalen Betrieb eines Gasherds mit drei Brennern und einem Ofen zu gewährleisten.

Eine andere Anlage zeichnet sich durch konstruktive Details aus: Neben dem Fermenter sind drei große Traktorkammern mit Hilfe eines T-förmigen Schlauches miteinander verbunden (Anlage 2). Nachts, wenn Biogas nicht genutzt wird und sich unter der Glocke ansammelt, besteht die Gefahr, dass diese durch zu hohen Druck umkippt. Der Gummitank dient als zusätzliche Kapazität. Ein Fermenter von 2x2x1,5 m ist für den Betrieb von zwei Brennern völlig ausreichend, und bei einer Erhöhung des Nutzvolumens der Anlage auf 1 m3 ist es möglich, eine ausreichende Menge an Biogas zu erhalten, um die Wohnung zu erwärmen.
Die Besonderheit dieser Montagemöglichkeit ist das Gerät einer Glocke von 138 cm und einer Höhe von 150 cm aus gummiertem Stoff, das zur Herstellung von aufblasbaren Schienen verwendet wird. Der Fermenter ist ein Metalltank 140x380 cm und hat ein Volumen von 4,7 m3. Die Glocke wird bis zu einer Tiefe von mindestens 30 cm in den Mist im Fermenter eingeführt, um eine hydraulische Barriere für den Austritt von Biogas in die Atmosphäre zu bilden. Ein Hahn ist mit der Oberseite des quellbaren Reservoirs verbunden; Gas strömt durch ihn zu einem Gasherd mit drei Brennern und einer Säule zum Erhitzen von Wasser. Um optimale Bedingungen für den Betrieb des Fermenters zu gewährleisten, wird der Mist 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 zum Erhitzen des Fermenters genutzt. Oberhalb des Tanks befindet sich ein Metallrahmen, der mit Plastikfolie umwickelt ist. Unter ungünstigen Witterungsbedingungen speichert er die Wärme und ermöglicht es Ihnen, den Zersetzungsprozess der Rohstoffe erheblich zu beschleunigen.

In Rumänien werden Biogaserzeuger auch in staatlichen oder genossenschaftlichen Betrieben eingesetzt. Hier ist einer von ihnen. Es verfügt über zwei Fermenter mit einem Fassungsvermögen von jeweils 203 m3, die mit einem Rahmen mit Plastikfolie abgedeckt sind (Abb. 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 agroindustriellen Komplexes zu befriedigen.
Praktische Ratschläge.
Wie bereits erwähnt, ist die entscheidende Rolle. Bei der Entwicklung des Fermentationsprozesses spielt die Temperatur eine Rolle: Erhitzen des Rohmaterials mit 15? Bis zu 20 ° können die Energieproduktion verdoppeln. Generatoren verfügen daher oft über ein spezielles System zur Erwärmung 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 THERMISCHEN ISOLIERUNG. Zusätzlich ist es notwendig, den Wärmeverlust beim Reinigen und Befüllen des Fermenterbehälters zu minimieren.

Beachten Sie auch die Notwendigkeit, ein biochemisches Gleichgewicht zu gewährleisten: Manchmal ist die Geschwindigkeit der bakteriellen Säureproduktion höher als der Verbrauch durch Bakterien der zweiten Gruppe. In diesem Fall nimmt der Säuregehalt der Masse zu und die Biogasproduktion 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 Neutralisierungsmittels - beispielsweise Kalkmilch, Wasch- oder Backpulver - korrigiert werden.

Die Biogaserzeugung kann reduziert werden, indem das Verhältnis zwischen Kohlenstoff und Stickstoff gestört wird. In diesem Fall werden stickstoffhaltige Substanzen - Urin oder Ammoniumsalze in geringer Menge -, die üblicherweise als chemischer Dünger verwendet werden (50-100 g pro 1 m3 Rohmaterial), in den Fermenter eingeleitet.

Es ist zu beachten, dass eine hohe Luftfeuchtigkeit und das Vorhandensein von Schwefelwasserstoff (dessen Gehalt im Biogas 0,5% erreichen kann) eine erhöhte Korrosion der Metallteile der Anlage hervorrufen. Daher sollte der Zustand aller anderen Elemente des Fermenters regelmäßig überwacht und an Stellen, an denen Beschädigungen auftreten, sorgfältig geschützt werden. Verwenden Sie Blei am besten ein- oder zweischichtig und anschließend zwei weitere Schichten Ölfarbe.

Als Rohrleitung für den 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 Pausen aufgrund des Einfrierens von Kondenswasser im Winter auszuschließen. Wenn das Gas mit einem Schlauch durch die Luft transportiert wird, ist eine spezielle Vorrichtung zum Ablassen des Kondensats erforderlich.








Das einfachste Schema einer solchen Vorrichtung ist ein U-förmiges Rohr, das an seinem tiefsten Punkt mit dem Schlauch verbunden ist (Fig. 4). Die Länge des freien Rohrabzweigs (x) muss größer sein als der in Millimetern einer Wassersäule ausgedrückte Biogasdruck. Während das Kondensat aus der Rohrleitung in das Rohr abfließt, wird Wasser durch sein freies Ende ohne Gasleckage ausgegossen.
Im oberen Teil der Glocke ist es außerdem ratsam, eine Düse für den Einbau des Manometers vorzusehen, um die Menge des angesammelten Biogases nach dem Druckwert zu beurteilen.

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


Die Rohstoffe werden mindestens einmal täglich in Portionen serviert. Nach der ersten Beladung des Fermenters wird häufig zunächst 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.