Спосіб виділення метану із газових сумішей. Склад біогазової суміші

Газовиділення– це процес надходження газу до атмосфери шахти внаслідок ведення гірничих робіт.

У вугільних шахтах джерелами газовиділень є розроблювані, а також суміжні пласти вугілля, що підробляються або надроблюються, і пропластки, що вміщають породи. Виділяються гази в гірничі виробки через вільну поверхню пласта, що розробляється, з відбитого вугілля і тріщини у вміщуючих породах.

Розрізняють газовиділення:

− звичайне– те, що відбувається з невидимих тріщин і пір у вугіллі та породах;

− суфлярне- місцеве концентроване виділення газу з природних або експлуатаційних тріщин з дебітом 1м 3 /хв і більше на ділянці виробітку довжиною до 20м;

− раптове– місцеве виділення великих обсягів газу, що супроводжується руйнуванням привибійної частини вугільного пласта.

Звичайне виділення метанупоходить з оголеної поверхні вугільного масиву через дрібні, невидимі тріщини. Величина цього газовиділення тим більша, чим вища газоносність і газопроникність вугілля, а також газовий тиск.

У перші моменти після розтину пласта газовиділення відбувається дуже інтенсивно. Потім швидко падає і через 6÷10 місяців воно практично припиняється. Час після оголення пласта, після якого газовиділення з оголеної поверхні практично припиняється, називається періодом дренування. В результаті виділення метану з оголеної поверхні в масиві вугілля утворюється зона дренування, метаноносність вугілля в якій змінюється від мінімальної величини на край оголення пласта до природної метаноносності на деякій відстані від оголеної поверхні пласта.

Виділення метану з оголеної поверхні пласта залежить також від виробничих процесів, що змінюють умови виділення газу з поверхні пласта: зарубка, відбій вугілля, управління покрівлею.

Суфлярнеметановиділення походить з великих, видимих на око тріщин і порожнин у вугіллі і породах або з експлуатаційних тріщин. Дебіт їх може бути до десятків тисяч кубічних метрів на добу, тривалість дії від кількох годин до кількох років. Суфляри становлять небезпеку внаслідок несподіванки їхнього прояву та супутнього їм збільшення концентрації газу у виробленні. Суфляри бувають природного та експлуатаційного походження. Природні суфляри (першого роду) зазвичай трапляються у зонах геологічних порушень. Суфляри експлуатаційного походження (другого роду) виникають внаслідок порушення цілісності бічних порід при виїмці вугілля.

Боротьба з суфлярами ведеться шляхом дегазації масиву (для цього застосовується передове буріння свердловин, що випереджає відпрацювання захисних пластів, відповідний спосіб керування покрівлею) та збільшенням подачі повітря у вироблення.

При раптовому викидіз вугільного пласта у вироблення за короткий проміжок часу може виділитися велика кількість газу разом із значною кількістю вугільної дрібниці. У пласті вугілля утворюються характерні порожнечі, а вироблення заповнюється вугіллям та газом на десятки та сотні метрів від вибою.

Кількість метану, що виділяється при викиді, знаходиться в межах від кількох сотень до 500 тис.м 3 і більше, гірської маси - від 12 до 15000 т.

Раптові викиди зазвичай відбуваються у вибоях підготовчих та очисних виробок, при розтині небезпечних пластів, при перетині зон геологічних порушень.

Раптовим викидам зазвичай передують попереджувальні ознаки: удари, поштовхи, гул у масиві вугілля, осипання вибою, відскакування шматочків вугілля (стріляння), вичавлювання вугілля, підвищене газовиділення.

Основними чинниками, що впливають виникнення раптового викиду, є гірський тиск, енергія укладеного у вугіллі газу, фізико-механічні властивості вугільного пласта і порід, що вміщають.

Види газовиділень у вугільних шахтах та їх можливі джерела наведені у табл. 4.1.

Власники патенту UA 2500661:

Винахід відноситься до способу виділення метану з газових сумішей шляхом контактування суміші з водним розчином циклічного ефіру простою концентрацією не вище 20% мовляв. при температурі не вище 20°C і тиску до 3,0 МПа з отриманням конденсованої фази, що містить змішані гідрати метану і циклічного ефіру, і газової фази, відділення газової фази, вилучення з конденсованої фази метану з подальшою рециркуляцією водного розчину циклічного простого ефіру виділення. Пропонований спосіб дозволяє ефективно виділяти метан із газових сумішей ефективним чином за рахунок спрощення технології процесу, зокрема зниження тиску поділу. 1 з.п. ф-ли, 8 табл., 8 ін., 1 іл.

Область техніки, до якої належить винахід

Відомий спосіб виділення метану з газових сумішей - підготовки вуглеводневого газу UA. Недоліками даного способу є багатоступінчастість процесу виділення метану, підвищені енерговитрати, пов'язані з підтриманням низьких температур, необхідність попередньої осушки газової суміші та використання термодинамічного інгібітора - триетиленгліколю для запобігання утворенню гідратів.

Відомий спосіб підготовки газу для безтрубопровідного транспортування (UA 2277121, 2006), що включає попереднє очищення газу від важких вуглеводнів, отримання газових гідратів шляхом змішування очищуваного газу з водою в реакторі, безперервного охолодження і підтримання необхідних температур необхідної температур отриманої суміші необхідного для гідратоутворення, подачу природного газу реактор отримання гідрату ведуть з магістралі транспорту газу високого тиску, а безперервне охолодження здійснюють за рахунок зниженої температури газу, що пройшов редукування, який після теплообміну повертають в магістраль низького тиску. Головним недоліком даного методу є необхідність підтримки в реакторі підвищених тисків ≥3 МПа для протікання гідратоутворення. У зв'язку з цим даний спосіб є неприйнятним для вилучення метану з низьконапірних газів.

Відомий спосіб очищення природного газу (UA 2288774, 2006). Спосіб очищення природного газу від домішок включає контактування в реакторі природного газу, що очищається, з водним середовищем при початкових термобаричних умовах, що характеризуються тиском, що забезпечує утворення гідратів основного компонента природного газу - метану і змішаних гідратів природного газу, збагачених домішковими вуглеводневими компонентами. Після випадання перших гідратів знижують початковий тиск в реакторі до значення, нижче рівноважного тиску гідратоутворення метану, але вище рівноважного тиску гідратоутворення для природного газу, що очищається. Недоліками даного методу є технічні складнощі, пов'язані зі створенням в реакторі підвищених тисків для інціювання процесу утворення гідратів, а також невисока селективність процесу очищення, пов'язана з утворенням змішаних гідратів, до складу яких входять не лише домішкові компоненти (C 2 H 6 , C 3 H 8 , i-C 4 H 10 n-C 4 H 10), але і цільовий компонент - CH 4 .

Найбільш близьким до заявляється способу є спосіб вилучення метану з метаноповітряної суміші (UA 2302401, 2007), при якому компримовану метаноповітряну суміш пропускають через водний розчин гідрохінону при тиску не менше 3 МПа і температурі не вище +2°C, де відокремлюють повітря з утворенням клатратів метану з гідрохіноном, які потім нагрівають, після чого метан, що виділився з них, направляють на утилізацію, а водний розчин гідрохінону повторно використовують у циклі. Недоліком відомого способу є необхідність підтримання підвищеного тиску. Таким чином, цей спосіб недостатньо ефективний.

Завданням винаходу є підвищення ефективності способу виділення метану із газових сумішей.

Поставлене завдання вирішується описуваним способом виділення метану з газових сумішей шляхом контактування суміші з водним розчином циклічного ефіру (ЦПЕ) концентрацією не вище 20% мовляв. при температурі не вище 20°C і тиску до 3,0 МПа з отриманням конденсованої фази, що містить змішані гідрати метану і циклічного ефіру, і газової фази, відділення газової фази, вилучення з конденсованої фази метану з подальшою рециркуляцією водного розчину циклічного простого ефіру виділення.

Переважно, в якості циклічного простого ефіру використовують тетрагідрофуран, фуран, оксетан (триметиленоксид), 1,3-діоксан, 1,4-діоксан, піран, тетрагідропіран, 1,3,5-триоксан.

Технічний результат, що досягається, полягає в підвищенні ефективності способу за рахунок спрощення технології процесу, зокрема зниження тиску поділу.

Спосіб полягає в наступному.

Поділ газової суміші відбувається в результаті процесу гідратоутворення. При цьому використовують водний розчин ЦПЕ (наприклад, тетрагідрофуран, фуран, оксетан, 1,3-діоксан, 1,4-діоксан, піран, тетрагідропіран, 1,3,5-тріоксан), які є термодинамічних промоторів, які беруть участь в утворенні змішаних гідратів і, які на відміну термодинамічних інгібіторів зміщують рівноважні умови утворення гідратів у бік нижчих тисків і більш високих температур. У присутності зазначених сполук спостерігається утворення змішаних гідратів із кристалічною структурою КС-II. Елементарний осередок такої структури складається з малих D-порожнин і великих H-порожнин молекулярного розміру. Максимальному ступеню заповнення порожнин у такій структурі відповідає формула гідрату 8X·16Y·136H 2 O (X - число молекул-гідратоутворювачів у великих порожнинах, Y - число молекул гідратоутворювачів у малих порожнинах). При цьому малі порожнини займають молекули газів із максимальним розміром молекули від 0,39 до 0,55 нм (CH 4). Великі порожнини заповнюються молекулами термодинамічних промоторів розмір яких знаходиться в діапазоні від 0,58 до 0,72 нм. При їх недостатньому вмісті у водному розчині великі порожнини можуть бути заповнені молекулами газів (C 2 H 6 C 3 H 8 i-C 4 H 10). При мольній частці у водному розчині допоміжних речовин ≥1/18=0,0556 H-порожнини практично зайняті останніми. Тому, незважаючи на те, що допоміжні речовини зсувають рівновагу у бік більш м'яких умов (низькі тиски, високі температури), водночас є селективними інгібіторами гідратоутворення по відношенню до газів з розміром молекул від 0,58 до 0,72 нм. , зокрема до вуглеводнів C 2 -C 4 . Таким чином, при утворенні гідратів у присутності зазначених кисневмісних сполук до складу змішаного гідрату входять виключно молекули метану та молекули допоміжних речовин.

Спосіб здійснюється наступним чином.

У реактор, з охолоджувальною сорочкою, датчиком тиску, температури, і пристроєм, що перемішує (наприклад, лопатева мішалка, маловитратний компресор, система розпилення рідини в газі або газу в рідині) заливають водний розчин циклічного простого ефіру (ЦПЕ). У кращому варіанті реалізації способу концентрація ЦПЕ в розчині становить 5,6% мовляв. Залежно від складу вихідного газу та вимог до кінцевого продукту концентрація допоміжної речовини у розчині становить до 20% мол. Далі проводять охолодження реактора до температури не вище 20°C, потім в нього подають газову суміш, що розділяється, містить гідратоутворюючі компоненти, наприклад газоподібні вуглеводні C 1 -C 4 до тиску не більше 3,0 МПа. Після виконання зазначених операцій здійснюють перемішування газо-рідинного середовища допомогою лопатної мішалки або за допомогою барботування газу, що розділяється, через водний розчин. Для інтенсифікації масообмінних процесів і збільшення площі міжфазної поверхні може використовуватися розпилення водного розчину допоміжної речовини в газову фазу через форсунку. У цьому випадку послідовність операцій змінюється: спочатку реактор подається газова суміш, потім відбувається розпилення рідкої фази. Також може використовуватися комбінація вказаних варіантів перемішування.

При заданій температурі починається процес утворення змішаного гідрату кисневмісної сполуки та компонента газової фази - метану. Згодом концентрація CH 4 у газовій фазі зменшується. Ступінь поділу газової суміші контролюють за допомогою газової хроматографії чи іншого фізико-хімічного методу аналізу. При досягненні необхідного ступеня поділу зупиняють процес гідратоутворення, відокремлюють газову фазу і виробляють метану з конденсованої фази, що містить змішані гідрати метану і ЦПЕ. Газову суміш після гідратоутворення подають в іншу ємність і при необхідності піддають повторному процесу гідратоутворення.

Конденсована фаза в залежності від умов процесу являє собою або тверду фазу - змішаний гідрат метану та ЦПЕ, або рідку фазу, що містить змішані гідрати метану та ЦПЕ у зваженому стані у розчині ЦПЕ. Вилучення метану з конденсованої фази у разі, коли вона є лише змішані гідрати або завись змішаного гідрату в розчині ЦПЕ проводять шляхом її нагрівання до температури вище 20°C. Перед розкладанням змішаного гідрату підвищенням температури конденсована фаза, що представляє собою завис змішаного гідрату в розчині ТГФ може бути піддана попередньої сепарації (без розкладання гідрату) з отриманням рідкої фази (водний розчин ТГФ) і твердої фази (змішаний гідрат метану і ТГФ). У цьому випадку наступного нагрівання піддають лише тверду фазу гідрату.

При розкладанні гідрату за рахунок нагрівання газову фазу відбувається виділення цільового компонента - газоподібного метану, який після повного розкладання гідрату переміщують з реактора в окрему ємність. Водний розчин ЦПЕ, що утворився в результаті розкладання гідрату, використовують повторно. Крім періодичного режиму, описаного вище, процес поділу може бути реалізований в безперервному режимі, який передбачає безперервну подачу в реактор газу, що розділяється, і витяг з реактора гідрату, що утворився.

Процес поділу газових сумішей у присутності ЦПЕ може протікати при помірних температурах 0-20°C і тисках аж до атмосферного тому стає можливим використання даного процесу для одностадійного вилучення метану з різних вуглеводневих газових сумішей, утилізації низьконапірних газів, виділення метану з його сумішей з азотом, повітрям.

На фігурі показані лінії трифазної рівноваги газ-рідина-гідрат у системі газова суміш 78,90% CH 4 , 12,30% C 2 H 6 , 7,44% C 3 H 8 , 0,93% i-C 4 H 10 , 0 ,46% н-C4H10 - вода - тетрагідрофуран (ТГФ) при різній концентрації ефіру.

З цієї фігури випливає, що використання ТГФ дозволяє змістити трифазну рівновагу газ-рідина-гідрат у бік менших тисків.

У вакуумований реактор, що має внутрішній об'єм 400 см 3 подають 200 см 3 водного розчину ТГФ концентрацією 5,6% мовляв. Реактор охолоджують і термостатують при температурі 1°C і подають газову суміш вищевказаного складу до початкового тиску 0,121 МПа. Вміст реактора перемішують шляхом його відхилення на кут ±45° зі швидкістю 10 хв -1 при цьому відбувається утворення змішаного гідрату, що призводить до зміни складу газової фази.

В результаті гідратоутворення була отримана газова фаза, збіднена метаном і конденсована фаза, що містить змішаний гідрат метану та ТГФ. Тиск після гідратоутворення в реакторі становить 0,050 МПа. Конденсовану фазу відокремлюють від газової та нагрівають до температури 21°C. При нагріванні вона розкладається з утворенням газоподібного метану та водного розчину ТГФ. Отриманий газоподібний метан поміщають в іншу ємність. Водний розчин ТГФ рециркулюють у процес виділення метану.

Результати хроматографічних аналізів складу газової фази наведено у таблиці 1.

Як видно з таблиці 1 газова фаза в результаті поділу збагачується компонентами C 2 -C 4 . В результаті проведення способу, що описується, утворюється змішаний газовий гідрат, до складу якого входять тільки ТГФ і метан. Ступінь вилучення метану, розрахована виходячи з експериментальних даних становить 74%.

Спосіб проводять за прикладом 1 за винятком того, що початковий тиск у реакторі становить 0,559 МПа, реактор охолоджують та термостатують при температурі 3°C. Тиск у реакторі після гідратоутворення становить 0,177 МПа. Результати хроматографічного аналізу складу газової фази до та після гідратоутворення наведені в таблиці 2.

Ступінь вилучення метану, розрахована виходячи з експериментальних даних, становить 87%.

Спосіб проводять за прикладом 1 за винятком того, що використовують 10,0% мовляв. водний розчин тетрагідрофурану, початковий тиск у реакторі становить 0,3 МПа, реактор охолоджують і термостатують при температурі 3°C. Тиск у реакторі після гідратоутворення становить 0,120 МПа. Результати хроматографічних аналізів складу газової фази наведено у таблиці 3.

Ступінь вилучення метану, розрахована виходячи з експериментальних даних, становить 76%.

Спосіб проводять за прикладом 1 за винятком того, що використовують 15% мовляв. водний розчин тетрагідрофурану, початковий тиск у реакторі становить 1,0 МПа, реактор охолоджують і термостатують при температурі 3°C. Тиск у реакторі після гідратоутворення становить 0,357 МПа. Результати хроматографічних аналізів складу газової фази наведено у таблиці 4.

Ступінь вилучення метану, розрахована виходячи з експериментальних даних, становить 82%.

Спосіб проводять за прикладом 1 за винятком того, що використовують 5,6% мовляв. водний розчин тетрагідропірану, початковий тиск у реакторі становить 1,0 МПа, температура термостатування становить 3°C. Тиск у реакторі після гідратоутворення становить 0,460 МПа. Результати хроматографічних аналізів складу газової фази наведено у таблиці 5.

Ступінь вилучення метану, розрахована виходячи з експериментальних даних, становить 69%.

Спосіб проводять за прикладом 1 за винятком того, що використовують 5,6% мовляв. водний розчин 1,3,5-триоксану, початковий тиск у реакторі становить 1,5 МПа, температура термостатування становить 3°C. Тиск у реакторі після гідратоутворення становить 0,717 МПа. Результати хроматографічних аналізів складу газової фази наведено у таблиці 6.

Ступінь вилучення метану, розрахована виходячи з експериментальних даних, становить 67%.

Спосіб проводять за прикладом 1 за винятком того, що використовують 15% мовляв. водний розчин тетрагідрофурану, початковий тиск у реакторі становить 1,0 МПа, реактор охолоджують і термостатують при температурі 5°C. Тиск у реакторі після гідратоутворення становить 0,397 МПа. Результати хроматографічних аналізів складу газової фази наведено у таблиці 7.

Ступінь вилучення метану, розрахована виходячи з експериментальних даних, становить 77%.

Поділ проводять так само, як і в прикладі 1, за винятком того, що в якості вихідної використовують газову суміш складу 90,01% N 2 + 9,99% CH 4 початковий тиск в реакторі становить 0,12 МПа, температура термостатування становить Денна температура повітря 1°C. Тиск у реакторі після гідратоутворення становить 0,11 МПа. Результати хроматографічного аналізу складу газової фази до та після гідратоутворення наведені в таблиці 8.

Ступінь вилучення метану, розрахована виходячи з експериментальних даних, становить 80%.

Використання описаному способі інших ЦПЕ призводить до аналогічних результатів.

Проведення процесу за умов, що виходять за заявлені межі, не призводять до бажаних результатів. Так, концентрація ЦПЕ вище 20% є неефективною внаслідок невиправдано високої витрати ЦПЕ, збільшення температури контактування вище 20°C призводить до перевищення необхідного тиску, при якому відбувається гідратоутворення.

Таким чином, спосіб згідно винаходу дозволяє виділяти метан з різних газових сумішей при значно меншому тиску та високого ступеня його вилучення.

1. Спосіб виділення метану з газових сумішей шляхом контактування суміші з водним розчином циклічного простого ефіру концентрацією не вище 20 мол.% при температурі не вище 20°C і тиску до 3,0 МПа з отриманням конденсованої фази, що містить змішані гідрати метану і циклічного простого ефіру та газової фази, відділення газової фази, вилучення з конденсованої фази метану з подальшою рециркуляцією водного розчину циклічного простого ефіру на виділення.

2. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що в якості циклічного простого ефіру використовують тетрагідрофуран, фуран, оксетан, 1,3-діоксан, 1,4-діоксан, піран, тетрагідропіран, 1,3,5-триоксан.

Схожі патенти:

Винахід відноситься до пристрою для підготовки природного газу для транспортування, що включає реактор, повідомлений з джерелом газу та води, засіб охолодження суміші води та газу та засіб підтримки тиску в реакторі не нижче рівноважного, необхідного для гідратоутворення.

Винахід відноситься до способу доставки газу споживачеві. Спосіб включає отримання газових гідратів, їх переміщення споживачеві, розкладання газогідрату з отриманням газу і характеризується тим, що газогідрат отримують у вигляді пульпи водогідратної з вмістом частинок газогідрату близько 50% її обсягу.

Винахід відноситься до галузі хімії. Замінник природного газу отримують зі свіжого сировинного синтез-газу 11 в секції 10 метанування, що містить щонайменше перший адіабатичний реактор 101 і щонайменше додатковий адіабатичний реактор 102-104, включені послідовно.

Винахід відноситься до технології приготування каталізаторів на основі нікелю, стабілізованого активним оксидом алюмінію, і може бути використане в хімічній промисловості для тонкого очищення водневмісних газів від оксидів вуглецю методом каталітичного гідрування до метану.

Винахід відноситься до способу рекуперації водню і метану з потоку крекінг-газу в низькотемпературній частині установки для отримання етилену, що полягає в тому, що фракцію 2, що надходить з пристрою відділення етану (деетанізатора), подають через теплообмінник (Е1) в першу секцію (А ) багатосекційного відокремлювача (D1) конденсату, конденсат відбирають з першої секції (А) багатосекційного відокремлювача (D1) конденсату і подають у відокремлювач (Т1) метану, газ з багатосекційного відокремлювача (D1) конденсату подають у наступний теплообмінник (Е2) і додатково охолоджують в ньому, додатково охолоджений газ подають на відділення від нього рідини у другій секції (В) багатосекційного відокремлювача (D1) конденсату, що утворився при цьому конденсат знову подають у відділник (Т1) метану, газ з другої секції (В) багатосекційного відокремлювача (D1) конденсату подають у розширювач (X1), розширюють в ньому і потім подають у відділник (Т1) метану і фракцію З 2 з низу відділювача (Т1) метану дроселюють з п опануванням її тиску до тиску, що переважає в колоні для відгону вуглеводнів С2, частково випаровують в теплообміннику (Е1) і подають в колону для відгону вуглеводнів С2 . // 2490062

Винахід відноситься до галузі гетерогенного каталізу, а саме до каталізатора для очищення відхідних виробничих газів від летких органічних сполук, і може бути використане в хімічній промисловості, наприклад, для повного окислення газів, що відходять виробництва гліоксалю від домішок формальдегіду, етиленгліколю, чадного газу.

Винахід відноситься до установки для очищення димових газів печі з, щонайменше, одним селективним каталізатором відновлення для відновлення окислів азоту, що містяться в димовому газі, і/або з, щонайменше, одним каталізатором для відновлення оксиду вуглецю, зокрема пахучих вуглеводнів, або для видалення аміаку, а також уловлювання пилу, і до способу очищення димових газів печі за допомогою селективного каталітичного відновлення оксидів азоту відновлюючим засобом і каталізатором відновлення, а також уловлюванням пилу.

Винахід відноситься до композицій багатокомпонентних поглиначів газів та неприємних запахів на основі відходів з біомаси дерева, а саме відпрацьованої хвої сосни, ялини та інших хвойних порід.

Винахід відноситься до способу виділення метану з газових сумішей шляхом контактування суміші з водним розчином циклічного ефіру простою концентрацією не вище 20 мол. при температурі не вище 20°C і тиску до 3,0 МПа з отриманням конденсованої фази, що містить змішані гідрати метану і циклічного ефіру, і газової фази, відділення газової фази, вилучення з конденсованої фази метану з подальшою рециркуляцією водного розчину циклічного простого ефіру виділення. Пропонований спосіб дозволяє ефективно виділяти метан із газових сумішей ефективним чином за рахунок спрощення технології процесу, зокрема зниження тиску поділу. 1 з.п. ф-ли, 8 табл., 8 ін., 1 іл.

Область техніки, до якої належить винахід

Завданням винаходу є підвищення ефективності способу виділення метану із газових сумішей.

Спосіб полягає в наступному.

Спосіб здійснюється наступним чином.

Результати хроматографічних аналізів складу газової фази наведено у таблиці 1.

Таблиця 1

склад
склад	CH 4	C 2 H 6	C 3 H 8	i-C 4 H 10	n-C 4 H 10
Початковий	78,90	12,30	7,44	0,93	0,46
Кінцевий	49,25	29,54	17,87	2,23	1,10

Таблиця 2
Склад газової фази до та після гідратоутворення.
склад	Концентрація компонентів у газовій фазі, % мовляв.
склад	CH 4	C 2 H 6	C 3 H 8	i-C 4 H 10	n-C 4 H 10
Початковий	78,90	12,30	7,44	0,93	0,46
Кінцевий	32,67	39,19	23,71	2,96	1,47

Ступінь вилучення метану, розрахована виходячи з експериментальних даних, становить 87%.

Таблиця 3
Склад газової фази до та після гідратоутворення.
склад	Концентрація компонентів у газовій фазі, % мовляв.
склад	CH 4	C 2 H 6	C 3 H 8	i-C 4 H 10	n-C 4 H 10
Початковий	78,90	12,30	7,44	0,93	0,46
Кінцевий	47,25	30,71	18,57	2,32	1,15

Ступінь вилучення метану, розрахована виходячи з експериментальних даних, становить 76%.

Таблиця 4
Склад газової фази до та після гідратоутворення.
склад	Концентрація компонентів у газовій фазі, % мовляв.
склад	CH 4	C 2 H 6	C 3 H 8	i-C 4 H 10	n-C 4 H 10
Початковий	78,90	12,30	7,44	0,93	0,46
Кінцевий	40,18	34,82	21,06	2,63	1,30

Ступінь вилучення метану, розрахована виходячи з експериментальних даних, становить 82%.

Таблиця 5
Склад газової фази до та після гідратоутворення.
склад	Концентрація компонентів у газовій фазі, % мовляв.
склад	CH 4	C 2 H 6	C 3 H 8	i-C 4 H 10	n-C 4 H 10
Початковий	78,90	12,30	7,44	0,93	0,46
Кінцевий	53,64	26,99	16,32	2,04	1,01

Ступінь вилучення метану, розрахована виходячи з експериментальних даних, становить 69%.

Таблиця 6
Склад газової фази до та після гідратоутворення.
склад	Концентрація компонентів у газовій фазі, % мовляв.
склад	CH 4	C 2 H 6	C 3 H 8	i-C 4 H 10	n-C 4 H 10
Початковий	78,90	12,30	7,44	0,93	0,46
Кінцевий	55,19	26,08	15,78	1,97	0,98

Ступінь вилучення метану, розрахована виходячи з експериментальних даних, становить 67%.

Спосіб проводять за прикладом 1 за винятком того, що використовують 15% мовляв. водний розчин тетрагідрофурану, початковий тиск у реакторі становить 1,0 МПа, реактор охолоджують і термостатують при температурі 5°C. Тиск у реакторі після гідратоутворення становить 0,397 МПа. Результати хроматографічних аналізів складу газової фази наведено у таблиці 7.

Таблиця 7
Склад газової фази до та після гідратоутворення.
склад	Концентрація компонентів у газовій фазі, % мовляв.
склад	CH 4	C 2 H 6	C 3 H 8	i-C 4 H 10	n-C 4 H 10
Початковий	78,90	12,30	7,44	0,93	0,46
Кінцевий	46,19	31,32	18,95	2,37	1,17

Ступінь вилучення метану, розрахована виходячи з експериментальних даних, становить 77%.

Ступінь вилучення метану, розрахована виходячи з експериментальних даних, становить 80%.

Використання описаному способі інших ЦПЕ призводить до аналогічних результатів.

СУФЛЯР (французьким soufflard, від souffler - дихати, дути * а. fumarole, puffing hole, spouting hole, blower, feeder; н. Gasblaser, Blaser; ф. soufflard, souffleur; і. escape instantaneo de grisu, escape instantan — локальні виділення з природних чи експлуатаційних тріщин у гірничих виробках із дебітом щонайменше 1 м 3 /хв. Виділяють суфляри природні та експлуатаційні.

Природні суфляри приурочені до зон тектонічних порушень з широко розвиненою системою відкритих тріщин, поширених на величезній площі (з падіння та простягання шарів). Експлуатаційні суфляри виникають у виробленому просторі, у підготовчих виробках та очисних при виникненні тріщин за рахунок перерозподілу гірського тиску. Зі збільшенням глибини частота народження суфлярів зростає. Залежно від виду корисної копалини, що розробляється, газовий склад суфлярів представлений: метаном (іноді з домішкою важких вуглеводнів, азоту, вуглекислого газу,); вуглекислим газом - на вугільних шахтах; вуглекислими, вуглеводневими та азотними газами — на рудних шахтах.

Глибина появи суфлярів на вугільних шахтах зазвичай приурочена до зони метанових газів (верхній межі чи трохи нижче). Залежно від приуроченості до пластів із різною газоносністю чи іншим колекторам газу суфляри виявляються по-різному. За невеликих запасів газу суфляри діють короткочасно, за значних — десятки років, виділяючи при цьому кілька млн. м 3 метану (вугільні шахти). При неможливості знизити концентрацію суфлярних газів у шахтному повітрі до необхідних норм за допомогою вентиляційних засобів проводиться каптаж суфлярів. Полягає він в ізоляції виходів газу спеціальними металевими ковпаками, що заглиблюються в поверхню вироблення та герметизуються по периметру бетоном, глиною; поздовжніми дерев'яними перекриттями, що герметизуються сумішшю рідкого скла, вапна та води (при прояві суфлярів на протяжному ділянці вироблення); пінопластом або синтетичною плівкою. У перших двох випадках з конструкцій, що перекривають, газ відводиться через спеціальні патрубки (і шланги) в трубопровід . При недостатній ефективності вищезгаданих способів каптажу відведення газів із осередків формування суфлярів здійснюється за допомогою дренажних свердловин. У разі неможливості локалізації суфлярів дану ділянку виробітку ізолюють герметизуючою перемичкою, а газ ізольованої ділянки відводять.

У вугільних шахтах залежно від умов, що регламентуються, виділяються пласти, небезпечні по суфлярах.

Біогаз для чайників

Що таке біогаз.

Анаеробне бродіння.

Кому це потрібне.

Що можна здобути.

Біогаз.

Теплова енергія.

Електроенергія

Біогумус.

З чого починати?

Робимо самі.

"Китайська" яма.

Гнучкий ферментатор.

"Всепогодне" встановлення.

Промислові конструкції.

Що таке біогаз.

Серед продуктів альтернативної енергетики біогаз займає дещо особливе становище. Зазвичай всі пристрої альтернативної енергетики виробляють енергію з про " поновлюваних джерел " . Так звані вони тому, що насправді ця енергія береться від сонця. Сонячні фотоелементи та сонячні нагрівальні елементи відразу утилізують сонячну енергію. Вітряні електростанції використовують енергію повітря, що рухається після нагрівання сонцем. Гідроелектростанції використовують енергію поточної води, яку перед цим було переміщено під впливом енергії сонця. Рідке паливо, отримане з біомаси (біодизель, біоетанол, паливні брикети та пелети, просто дрова) - це продукт, отриманий із рослинності, яка отримала енергію для зростання від сонця. Біогаз теж виходить із біомаси, хоч і не тільки рослинної. Тому терміни окупності пристроїв отримання біогазу (біогазових установок чи БДУ) можуть мати той самий порядок, як і терміни окупності інших пристроїв альтернативної енергетики. Біогаз, як і біоетанол, провадиться з використанням біологічних перетворень. У процесі цих перетворень біомаса розкладається як у енергетичний продукт (біогаз, спирт), і органічні відходи. У разі отримання біоетанолу такі відходи безпосередньо представляють шкоду для навколишнього середовища, і тільки після енергоємної переробки (сушіння і подрібнення) можуть бути використані як корм для худоби. При виробництві біогазу відхід, що утворюється (шлам біогазової установки), може бути використаний безпосередньо без додаткових перетворень. Він є чудовим високоефективним і екологічно безпечним добривом. Цінність цього добрива настільки висока, що можна порівняти чи навіть перевершувати цінність вироблюваного біогазу. Тому при правильній утилізації всіх вихідних продуктів БДУ термін її окупності може бути суттєво нижчим, ніж у всіх інших пристроїв альтернативної енергетики. Тепер варто сказати традиційні кілька слів про хімічний склад біогазу. Звичайно, про це обов'язково пишуть у будь-якій книжці чи навіть коротенькій газетній нотатці. Але ця книга призначена для чайників, які ймовірно не читають книг і "радянських газет перед їжею", тому повторюватимемо великі істини: Біогаз переважно складається з метану (CH 4). Це той самий горючий газ, молодший серед вуглеводнів, з якого переважно складається так званий "природний газ". Тільки природному газі метану понад 90%, а біогазі - 45-75%. У рідкий стан метан переходить при температурі -161,6 0 C. Метан майже розчинний у воді. Метан легший за повітря. При кімнатній температурі та нормальному атмосферному тиску практично не входить у хімічні реакції. Ці нудні цифри та факти знадобляться потім, щоб розвінчати деякі помилки з приводу біогазу. Другий значний за обсягом компонент біогазу – вуглекислий газ (CO 2 ). Це той газ, який створює приємні бульбашки у газуванні, пиві та шампанському. Він важчий за повітря. Він добре розчиняється у холодній воді. При тиску більше 5,28 атм і кімнатній температурі вуглекислота перетворюється на рідкий стан. У біогазі міститься 25-55% вуглекислого газу. Третій компонент біогазу – пари води (H 2 O). Їхня кількість залежить від температури біогазу та умов його отримання та зберігання та становить одиниці відсотків. Зазвичай, біогаз осушують перед використанням. Четвертий компонент біогазу, який часто присутній у ньому – сірководень (H 2 S). Його може утримуватися в біогазі від 0 до 2%. Сірководень погано розчиняється у воді. При спалюванні сірководню виходить сірчистий газ (SO 2). У великій концентрації сірководень роз'їдає метали. Сірчистий газ може бути джерелом отримання сірчаної кислоти. П'ятий компонент біогазу – аміак (NH 3). Зазвичай його концентрація вбирається у відсотка. Це також агресивний газ. Інші компоненти присутні у біогазі як слідів у частки відсотка - азот, кисень, водень. Вони не мають істотного впливу на його властивості. При спалюванні біогазу згоряє метан, що міститься в ньому. Теплота, що утворюється при згорянні біогазу, менша за теплоту, що утворюється при спалюванні природного газу, пропорційно співвідношенням кількостей метану в природному газі та біогазі. Оскільки в біогазі менше метану, ніж у природному газі, то для згоряння одиниці об'єму біогазу потрібно менше повітря, ніж при спалюванні такої самої одиниці об'єму природного газу. Тому, якщо застосовуються пальники для газу, в яких спалюється попередньо створена суміш пального газу та повітря, то для таких пальників треба зменшувати подачу повітря у суміш при спалюванні біогазу. Це єдина зміна, яка має сенс вносити до побутових газових приладів при налаштуванні їх для роботи на біогазі. Суміш біогазу з повітрям може бути вибухонебезпечною. Але вибухонебезпечна вона у набагато вужчому діапазоні співвідношень повітря та біогазу, ніж для суміші природного газу та повітря. Тому ймовірність вибуху суміші біогазу з повітрям при витоку набагато менша, ніж при витоках природного газу. Середня щільність біогазу становить приблизно 1,13 кг/м 3 , тобто, в середньому він легший за повітря, щільність якого при кімнатній температурі становить близько 1,2 кг/м 3 . Це означає, що при витоку біогаз випаровуватиметься вгору. Але біогаз також розшаровуватиметься. Тому якщо біогаз випаровується в приміщенні без протягів, то біля підлоги накопичиться вуглекислий газ, а біля стелі - метан.

Анаеробне бродіння.

Біогаз - це продукт (один із продуктів) анаеробного бродіння. Це означає, що біогаз виділяється при бродінні органічних речовин без повітря. А бродіння - це процес розкладання під впливом мікробів. Простіше кажучи, бродіння відбувається, коли бактерії їдять цю органіку. Процес анаеробного бродіння з виділенням біогазу умовно поділяють на чотири фази за типом процесів, що відбуваються. Це фаза гідролізу, ацидогенезу, ацетогенезу та метаногенезу. У кожній фазі працює свій тип бактерій, причому кількість видів бактерій, що беруть участь у кожній фазі, налічується сотнями. На фазі гідролізу бактерії розщеплюють білки, жири та вуглеводи більш прості молекули, типу цукрів, амінокислот тощо. На фазі ацидогенезу утворюються різноманітні органічні кислоти. На фазі ацетогенезу утворюється оцтова кислота. І на фазі метаногенезу утворюється біогаз. Цей опис фаз вельми приблизно. Кожна фаза описується безліччю хімічних рівнянь. Одночасно відбувається кілька різних реакцій кожної фазі. Кількісне співвідношення цих реакцій залежить від типу сировини, що переробляється, від видів бактерій, що беруть участь на цьому етапі, і безлічі інших факторів. Тому неможливо абсолютно точно прорахувати та передбачити характер протікання реакції та кількісні показники на виході. Процес анаеробного бродіння розрізняють також температури його протікання. Є три температурні діапазони, у яких спостерігаються локальні максимуми інтенсивності процесу бродіння. Непрямим показником цієї інтенсивності є обсяг біогазу, що виділяється в одиницю часу. Перший температурний режим анаеробного бродіння називається психрофільним. Психрофільне бродіння відбувається у діапазоні температур 15-25 0 C. Другий температурний режим називається мезофільним. Мезофільне бродіння відбувається у діапазоні температур 30-40 0 C. Третій температурний режим називається термофільним. Термофільне бродіння відбувається в діапазоні температур 50-56 0 C. У кожному теплішому температурному режимі метаболізм бактерій відбувається приблизно вдвічі швидше, ніж у попередньому. Відповідно, біогаз виділяється приблизно вдвічі швидше. Але більш високотемпературний процес менш стійкий і капризний, ніж попередній. Тому найпростіші біогазові установки працюють зазвичай у психрофільному режимі. Великі промислові установки працюють зазвичай у мезофільному режимі. Зазвичай у всіх чайників виникає питання: звідки беруться ці бактерії, які забезпечують анаеробне бродіння? Відповідь проста: ці бактерії живуть у шлунках практично всіх тварин на землі. Особливо багато бактерій третьої та четвертої фаз бродіння знаходиться у шлунках жуйних тварин (корови, вівці, коні, кози тощо). Як усім відомо, нормальна температура тіла у ссавців на Землі лежить у діапазоні 35-40 0 C. Наприклад, для людини це 36,6 0 C. Звідси стає зрозуміло, чому більшість біогазових установок працюють у мезофільному режимі при температурі реакції 37-38 0 С. До речі, бактерії, що працюють у перших двох фазах, ефективніше функціонують при температурах психрофільного режиму. Тому існує технологія двостадійного анаеробного бродіння, коли реакція відбувається у двох послідовно з'єднаних ємностях. У першій ємності відбуваються дві перші фази анаеробного бродіння при температурі 25 0 C. У другій ємності відбуваються третя та четверта фази при температурі 37-38 0 C. Таке рішення дозволяє оптимізувати та стабілізувати перебіг процесу для деяких типів сировини. Досі немає єдиної думки щодо того, які бактерії працюють на третій та четвертій фазах у різних температурних режимах. Одні стверджують, що це різні види бактерій. У реальному світі вони є всюди, але активізуються, лише потрапивши у відповідні умови. Інша теорія свідчить, що це ті самі бактерії пристосовуються до різних температур і працюють у різних режимах метаболізму. Якщо взяти якусь відповідну органічну сировину, помістити її у відповідну герметичну ємність з газовідведенням та забезпечувати підтримку стабільної температури відповідного режиму та періодичне перемішування, то вийде лабораторна біогазова установка з одноразовим завантаженням. Графік залежності швидкості виділення біогазу від часу бродіння виглядатиме у вигляді плавного горба. Це легко зрозуміло. Спочатку починаються перші стадії бродіння, та був у дію вступають останні стадії. Але кількість органічної сировини у лабораторному реакторі обмежена. Ця речовина розкладається, кількість нерозкладеної органіки зменшується і вихід біогазу падає. Поступово вихід упаде до нуля. Це означатиме, що вся органіка у сировині розклалася до неорганічних солей. Процес повного розкладання навіть у термофільному режимі займає дуже багато часу. У мезофільному режимі цей час вимірюється місяцями. Однак, якщо взяти до уваги лише значення виходу біогазу, близькі до максимальних, такий час лежатиме в діапазоні двох-чотирьох тижнів для мезофільного режиму. Час це залежить від складу вихідної сировини і називається тривалістю циклу анаеробного бродіння. Природно, що й зупинити бродіння наприкінці цього циклу, то реакторі залишиться частково розкладена органіка. Зазвичай глибина розкладання органіки наприкінці циклу становить 40-60%. Це означає, що у кінцевому субстраті маса органіки становить 40-60% від маси органіки у субстраті, яким спочатку заповнений реактор. На таке "недоражування" йдуть свідомо з метою отримання максимальної швидкості виходу біогазу та мінімізації розмірів біогазової установки. Зазвичай біогазові установки не працюють так, як у лабораторії. Вони відразу закладають повну порцію сировини, щоб заповнити реактор. Потім, коли реакція починається і стабілізується, сировину додають регулярно невеликими порціями, одночасно зливаючи масу, що перебродила. Тому поняття тривалості циклу їм замінюється поняттям " часу гідравлічного перебування " в реакторі. Це умовна величина, яка характеризує середній час, який проведе у реакторі чергова порція свіжого субстрату.

Поширені помилки.

За тривалий час спілкування з "чайниками" у технологіях анаеробного бродіння зібралася колекція найпоширеніших помилок на тему біогазу та біогазових установок. Спробуймо проаналізувати їх тут. Перша і найпоширеніша помилка - це коли "чайники" вважають, що біогазова установка призначена для отримання енергії, і що вони за допомогою біогазової установки цією самою енергією дешево забезпечать. Насправді біогазова установка призначена в першу чергу для утилізації шкідливих для навколишнього середовища органічних відходів та перетворення їх на корисне та ефективне органічне біодобрива. Енергія – побічний продукт роботи біогазової установки. Тому, якщо у Вас немає стабільного джерела достатньої кількості безкоштовних або дешевих органічних відходів, не варто замислюватися про біогазову установку. Купуйте краще дров чи вугілля, дешевше і простіше вийде. Друга помилка – це те, що біогазова установка нібито може становити якусь небезпеку для оточуючих. Звичайно, абсолютно безпечною її назвати не можна так само, як і будь-який інший технічний пристрій. Але реактор БДУ не може вибухнути від високого тиску, бо відносний тиск у ньому не перевищує сотих часток атмосфери. Біогаз у газгольдері не може вибухнути, бо він не змішаний із повітрям, і, навіть якщо якимось дивом усередині газгольдера проскочить іскра, вона нічого не зможе запалити. У вихідному шламі з реактора немає хвороботворних бактерій, немає яєць глистів і схожого насіння бур'янів. Висушений і подрібнений в борошно шлам навіть застосовують як кормову добавку для худоби. Витік біогазу в приміщенні, що провітрюється, або на відкритому повітрі не призведе до отруєння або задухою оточуючих, оскільки біогаз швидко випарується в повітря. Третя помилка – це те, що харчових відходів та стоків туалету звичайної родини вистачить для обігріву приватного будинку. Якби все було так чудово просто, то енергетичні компанії не керували б світом. У подальших розділах буде показано, скільки біогазу можна отримати з певної кількості сировини та чому. Але фактично, біогазова установка - це сільськогосподарська техніка, бо тільки в сільському господарстві та харчовій промисловості може виникати достатня кількість органічних відходів для того, щоб економічно виправдати доцільність їхньої переробки методом анаеробного бродіння. Четверта помилка - це те, що з отриманого в малій біогазовій установці біогазу можна буде виробити електроенергію, отримати тепло для обігріву будинку та паливо для заправки автомобіля. Так, теоретично це можливо. І майже все це роблять, але тільки на великих промислових біогазових установках. Пристрій, який дозволяє отримати з біогазу електричну та теплову енергію, називається когенератор. Бувають газопоршневі та газотурбінні когенератори. Перші зроблено з урахуванням двигунів внутрішнього згоряння, другі - з урахуванням газотурбінного двигуна. Когенератори, що промислово випускаються, розраховані на великі обсяги споживаного біогазу і на великі генеровані електричні потужності. З 1 м 3 біогазу можна виробити до 2,3 кВт * год електричної енергії. А моделі промислових когенераторів зазвичай починаються з електричних потужностей 50 кВт. Тобто, за добу такий когенератор при роботі на номінальному режимі споживає 50*24/2,3=522 м 3 біогазу. Малі ж біогазові установки зазвичай на добу видають 5-50 м 3 біогазу. Питома вартість когенераторів, що серійно випускаються, становить від 500 до 2000 USD за 1 кВт електричної потужності. У продажу в деяких країнах можна знайти газопоршневі генератори резервного живлення малої потужності. Деякі з них здатні працювати на біогазі. Але вони не розраховані на цілодобову роботу без перерв, мають малий мотогресурс та не виробляють теплову енергію. Також зазвичай вони знижений ККД, тобто з 1 м 3 біогазу вони вироблять менше 2 кВт*ч електроенергії. Тепло для обігріву будинку можна отримати, але не завжди і за умови хорошої теплоізоляції цього будинку. Потрібно пам'ятати, що теплотворна здатність біогазу становить близько 2/3 теплотворної здатності природного газу, тому для обігріву біогазу треба в 1,5 рази більше, ніж природного газу. Для автомобіля з бензиновим двигуном після доповнення спеціальними системами можна застосовувати як паливо метан. Зазвичай природний газ (що більш ніж на 90% з метану) стискають до тиску 200 атм і заповнюють балони. Один або кілька балонів розміщується в автомобілі, двигун якого працює на такому паливі. Біогаз має набагато більше домішок, ніж природний газ. Тому під нього потрібно спеціально налаштовувати двигун внутрішнього згоряння. Також біогаз неможливо безпосередньо стиснути до 200 атм через високий вміст вуглекислого газу. У першому розділі я не дарма вказав характеристики вуглекислого газу. За такого тиску вуглекислий газ затвердіє. А якщо обмежитися стиском до 5 атм, то в балони поміститься надто маленький запас палива. А завдання очищення біогазу від вуглекислого газу (доведення до стану "біометану") дуже непросте і недешеве. Промислові пристрої очищення розраховані на великі обсяги, що переробляються, і коштують багато сотень тисяч USD. П'ята помилка - це коли люди вважають, що достатньо викопати яму, зміцнити стіни, загерметизувати склепіння і засипати в цю яму гній, траву і листя, і біогазом, що виділяється, можна буде всю зиму опалювати житло. Думка така не виникла на порожньому місці, а базується на картинках китайських/в'єтнамських/індійських/африканських біогазових установок ямного типу, що гуляють в мережі Інтернет, і маревому творі якогось журналіста про нібито успішний вищеописаний досвід десь у Росії. Всім страждаючим слід звернути увагу, що всі біогазові установки ямного типу, що реально експлуатуються, знаходяться в країнах з теплим кліматом. Ніхто не чув про мільйон установок, ну хоча б у Туреччині? А там уже відносно тепло! Справа в тому, що прості установки у вигляді армованої ями в землі практично не теплоізольовані від ґрунту, в якому вони розташовані. Найчастіше грунт цей вологий. Тому майже завжди ґрунт є гарним провідником тепла. А температура ґрунту в таких країнах, як Україна, Білорусія, Росія на глибині понад 1 м цілий рік становить близько 10 0 C. Вище я написав, що психрофільний режим починається з 15 0 C. А реально помітний вихід біогазу в психрофільному режимі починається після досягнення субстратом температури 20 0 C. В описаних вище теплих країнах грунт зазвичай прогрітий на глибину кілька десятків метрів до температури 20-30 0 C. Тому, якщо в цих країнах грунт діє як безкоштовний нагрівач, то в наших широтах грунт діє як холодильник. Навіть якщо підігрівати субстрат, то через високу теплопровідність ґрунту ми будемо просто гріти навколишній ґрунт.

Кому це потрібне.

Питання дещо риторичне. Можливо, треба було б спитати: "Кому це можна?" Але не можна тиснути ентузіазм у зародку. Тому тут я опишу, кому, насамперед, є сенс подумати про створення та експлуатацію біогазової установки. Відповідь досить проста. Думати про анаеробну переробку органічної сировини слід тому, у кого ця сировина утворюється регулярно, дешево та в достатніх кількостях. Майже, напевно, при цьому існує проблема утилізації такої сировини, тому що дуже часто ця сировина є небезпекою для навколишнього середовища. Розв'язання задачі утилізації цієї сировини відразу мінімізує витрати або взагалі позбавляє витрат на таку утилізацію. Це перша та головна причина для створення біогазової установки. Другою спонукальною причиною є енергія, яку можна отримати в процесі анаеробного бродіння органічної сировини. Зазвичай цей фактор виносять на чільне місце. Ну і третє – це отримання із шкідливих для екології органічних відходів надзвичайно корисного органічного біодобрива. Залежно від щодобово порції сировини, що утворюється, можна думати про створення малої, середньої або великої біогазової установки. Такий поділ за розмірами – вельми умовний. Швидше, варто ділити установки з функціональності та ступеня автоматизації. Але цілком природно, коли більші за розмірами та пропускною здатністю біогазові установки наділяють додатковими функціями та мінімізують застосування праці людини для їх обслуговування. Наявність сировини – необхідна умова, але не достатня. Ще знадобиться майданчик для розміщення біогазової установки. Рідко вдається створити настільки мобільну конструкцію, щоб без великих зусиль та витрат мати можливість демонтувати та переміщати установку на інше місце. Тому дуже важливо, щоб місце майбутнього розміщення установки було у Вашій власності або довгостроковій оренді. Чим більший розмір майбутньої установки, тим більше ймовірності Вам знадобляться офіційні дозволи на розміщення такого об'єкта. Отже, ділянка повинна знаходитися в такій зоні, де дозволено промислове будівництво, та мати відповідний статус. До ділянки мають бути підведені комунікації, залежно від конструкції майбутньої установки та типу сировини. Зазвичай потрібні підведення електроенергії, технічної води, іноді природного газу, відведення каналізації. Для великої установки дуже не завадять добрі під'їзні шляхи. Також знадобляться відповідні кошти. Біогазова установка – об'єкт дуже недешевий. Витрати на малі біогазові установки зазвичай починаються від кількох тисяч доларів. Середні установки – десятки тисяч. Вартість великих установок починається від кількох сотень тисяч USD, проте справді великі проекти вимагають мільйонних вкладень. Рідко хто має достатню кількість власних коштів, тому варто подумати про джерела фінансування, пошукати можливості залучення інвестицій. Термін окупності біогазових установок, що правильно експлуатуються, становить від одного року до п'яти років. Дохід від експлуатації установки з'являється з помітною затримкою після початку фінансування, оскільки потрібен час на монтаж та запуск установки. Для малих установок цей час становить від одного тижня до кількох місяців, для великих установок - від кількох місяців до кількох років. Проблема з великими установками полягає не тільки в обсягах будівництва, а й у необхідності складати та затверджувати проектну документацію на об'єкт промислового будівництва. Іноді отримання дозволів на проектування та затвердження проектної документації за часом може перевищити у кілька разів тривалість власне будівництва та запуску в експлуатацію. Тому фінансові кошти мають залучатися за умови початку графіка погашення із затримкою до запуску об'єкта в експлуатацію. Ну і нарешті, найголовнішою умовою створення біогазової установки є велике бажання власника майбутньої установки. Без цієї обов'язкової умови інші фактори не мають сенсу. І навпаки, якщо є дуже сильне бажання, то можна знайти і все інше, навіть якщо його спочатку немає.

Що можна здобути.

Біогазові установки мають одну важливу корінну відмінність від інших пристроїв альтернативної енергетики. Як і при використанні інших пристроїв альтернативної енергетики, кінцевим продуктом роботи біогазової установки може бути вироблена енергія, найчастіше теплова та/або електрична. Але крім енергії на виході завжди утворюється (але не завжди використовується) інший продукт – високоефективне органічне біодобрив. Третій продукт не є матеріальним, але за нього можна отримати реальні вагомі гроші. Це і утилізація відходів, і продаж квот парникових викидів за Кіотським протоколом. Звичайно, це джерело доходу доступне, перш за все, власникам великих БДУ, однак навіть маленька установка може займатися утилізацією, наприклад, відходів бійні, заводу виробництва біодизеля тощо. У разі утилізації відходів це може бути основною причиною будівництва біогазової установки. Переваги утилізації методом анаеробного бродіння полягають у тому, що такий техпроцес утилізації не є енергоємним, а навпаки, виділяє енергію. Шкідливість вихідних відходів для навколишнього середовища після проходження процедури анаеробного бродіння змінює знак з мінуса на плюс, і вихідний продукт стає вже надзвичайно корисним і відновлює родючі властивості грунту. Розглянемо тепер окремо всі продукти, які можна одержати на виході біогазової установки.

Біогаз.

У першому розділі ми вже розглядали властивості та склад біогазу. Біогаз - це газоподібна частина продуктів анаеробного розкладання органічних речовин, що є результатом життєдіяльності симбіозу багатьох видів бактерій. Тобто процес анаеробного бродіння – біологічний процес. Він існують сам по собі і в природних умовах: по-перше, у шлунках тварин організмів нашої планети, а по-друге, у товщі ґрунту або на дні водойм, де утруднений доступ кисню. Біогазова установка – еквівалент акваріума, в якому містяться не риби, а спеціальні бактерії. Через такі вихідно біологічні властивості техпроцесу роботи біогазової установки неможливо абсолютно точно підрахувати заздалегідь такі вихідні параметри, як конкретний набір хімічних реакцій, глибину розкладання біомаси, питомий вихід біогазу та його склад. Кількість " зовнішніх " чинників, які впливають техпроцес (керівні впливу) дуже обмежена. Зазвичай це температура, градієнт температури та швидкість зміни температури всередині реактора, ступінь герметичності реактора, частота подачі в реактор і розмір порції свіжої сировини, частота виїмки шламу, частота і тривалість перемішування циклу субстрату всередині реактора. Природні "внутрішні" чинники описуються тисячами можливих параметрів. Лише видів бактерій, що беруть участь у процесі, може бути більше тисячі, а є ще хімічний склад і фізичні кондиції вихідної сировини. Розрахувати це практично неможливо. Тому при проектуванні біогазових установок використовують експериментальні результати, отримані на лабораторних установках, що моделюють необхідний техпроцес у мініатюрі. Також збирається статистика діючих великих БДУ. Статистичні дані обробляються, групуються, і в результаті виходять таблиці рекомендованих параметрів техпроцесу та зразкові вихідні параметри при застосуванні різних типів сировини. Але розкид величин таких таблицях становить до 50%. Тому передбачити, наприклад, добовий вихід і склад біогазу для біогазової установки, що проектується, спочатку можна саме з подібною точністю. Для збільшення точності розрахунків до кількох відсотків необхідно провести лабораторний експеримент та відповідні вимірювання. Проте найпростіші розрахунки дозволять хоча б оцінити межі виходу біогазу, особливо верхню. Як відомо, вихідна сировина складається з води та так званої сухої речовини (СВ). Співвідношення води та сухої речовини сировини характеризується таким параметром, як вологість. H=m води /m сировини *100% Суха речовина сировини складається з органічних (ОСВ) та неорганічних речовин. Співвідношення неорганічних та органічних речовин характеризується таким параметром, як зольність. Z=(m сировини -m ОСВ)/m сировини *100% Для отримання цих параметрів, необхідно взяти проби сировини та провести відповідні аналізи у лабораторії. Отже, знаючи тип сировини, та її вологість і зольність, можна вважати, скільки органічного речовини міститься у одиниці маси сировини. Знаючи добову кількість вихідної сировини, можна порахувати, скільки ОСВ потраплятиме в реактор біогазової установки щодобово. У статистичних таблицях зазвичай вказують, який обсяг біогазу виділиться з одиниці маси ОСО протягом оптимальної тривалості циклу бродіння цього типу сировини. Зазвичай, ця величина становить від 0,2 до 0,8 м 3 /кг ОСВ. Щільність біогазу становить приблизно 1,13 кг/м 3 . Тому, якби вся органічна речовина перетворилася на біогаз, то вихід біогазу становив би 0,885 м 3 /кг ОСВ. Однак, в процесі анаеробного бродіння виходить не тільки біогаз, але також і вода, причому маса води, що виділилася, може дорівнювати масі біогазу, що виділився. Співвідношення води і біогазу, що виділяються, залежить від переважання в процесі тих чи інших хімічних реакцій, а воно, у свою чергу, залежить від бактеріального складу і вихідного складу сировини. Крім води та біогазу, утворюється ще й кілька мінеральних солей. Крім того, оптимальна тривалість циклу зазвичай вибирається за критерієм максимальної швидкості біогазу. Після розкладання близько половини ОСО у складі сировини швидкість виділення біогазу зазвичай помітно падає. Це з тим, що органічний склад ОСО у вихідному сировину досить неоднорідний. Тому спочатку розкладаються речовини, що швидко розщеплюються, а "довгограючі" компоненти, типу лігніну, за цей термін залишаються майже незайманими. Отже, глибина розкладання біомаси у реакторах БДУ зазвичай становить 40-60%. Ця величина може бути більшою лише при застосуванні однорідної штучно створеної органічної сировини, типу гліцерину, або при застосуванні попередньої гомогенізації сировини, типу кавітаційного подрібнення, що руйнує навіть молекулярні зв'язки. Ось і виходить, що реально з 1 кг ОСВ можна вичавити 0,3-0,5 куб.м біогазу. Тепер розберемо це на прикладі. Припустимо, що у Вашому господарстві є 5 корів, які стоять у стійлі. Їхній гній разом із сечею збирається в окрему канаву. Вологість такої суміші гною із сечею зазвичай становить близько 85%. Добовий вихід гною без сечі в однієї корови сягає 35 кг. Вологість гною без сечі зазвичай становить близько 70%. Щільність гною без сечі становить близько 950 кг/м3. Зольність сухої фракції коров'ячого гною становить від 2 до 20%, залежно від способу збирання гною. Тобто все залежить від того, як багато домішок піску і каміння потрапить у гній. У цьому випадку зольність повинна бути не вищою за 5 %. Вологість і зольність вибрано зі статистичних даних, а щільність можна виміряти самостійно "методом Архімеда" за допомогою пружинних ваг і відра. З 5 корів на добу збереться 35*5=175 кг гною. У цьому гною буде 175 * (100-70) / 100 = 52,5 кг сухої речовини. У цій сухій речовині буде 52,5*(100-5)/100=49,875 кг органічної сухої речовини. Використовуючи статистично отримане значення питомого виходу біогазу з коров'ячого гною 0,4 м 3 /кг, отримаємо добовий біогазовий вихід 49,875*0,4=19,95 м 3 . Слід пояснити, чому ми з питомого виходу біогазу з 1 кг ОСВ протягом циклу бродіння отримуємо добовий вихід. Справа в тому, що біогазові установки практично завжди працюють у безперервному циклі. Це означає, що кожної доби в них додається добова доза субстрату, а надлишок шламу, що вийшов, зливається. Шламу зливається трохи менше, ніж заливається субстрату, тому що частина вмісту реактора вийшла назовні у вигляді біогазу. Об'єм реактора вибирається такий, щоб робочий простір реактора містив кількість добових доз субстрату, помножених на тривалість циклу на добу. Так вийде, що середній час перебування субстрату в реакторі і становитиме один цикл. Можна уявити реактор, як конвеєр, довжина якого відповідає обсягу робочої області реактора. Добова доза – це один об'єкт на конвеєрі. Конвеєр має довжину, що відповідає кількості об'єктів, що дорівнює довжині циклу на добу. За добу конвеєр зсувається на одну дозу. Виходить, швидкість переробки становить 1 дозу на добу, але завдяки довжині конвеєра, ця доза знаходиться на ньому всю тривалість циклу. За весь час циклу має виділитися стільки біогазу, скільки сировини знаходиться усередині реактора. Наприклад, рекомендована тривалість циклу бродіння коров'ячого гною в мезофільному режимі становить 16 діб. Отже, всередині реактора завжди знаходиться 16-добовий обсяг субстрату. За 16 діб із реактора має виділитися у 16 разів більше біогазу, ніж із однієї добової порції субстрату. Але за добу виділиться 16/16=1 порція біогазу, як із добової порції субстрату за повний час циклу. Тепер розглянемо, як точно ми зробили розрахунок добового виходу біогазу. Якщо подивитися накопичену у світі статистику щодо питомого виходу біогазу з гною ВРХ, то величина виходу лежатиме в межах 0,1-0,8 м 3 /кг ОСВ. Отже, вихід біогазу може коливатися відповідно від 5 до 40 м 3 . Зауважу лише, що мій досвід показує мені у бік величини 5 м3. Існує ще одна статистична величина, за допомогою якої ми можемо перевірити наші розрахунки. На великих біогазових установках зібрана статистика щодо питомого добового виходу біогазу щодо обсягу реактора. Зазвичай для коров'ячого гною це 0,8-0,9 м 3 біогазу на 1 м 3 повного обсягу реактора на добу. Порахуємо обсяг реактора для нашого прикладу. За добу ми маємо еквівалент 175 кг гною вологістю 70%. Ми додамо воду для отримання субстрату вологістю 90% (для малої біогазової установки важко буде оперувати із субстратом меншої вологості через високу в'язкість). Таким чином, ми отримаємо за добу 175*(100-70)/(100-90)=525 кг субстрату. Отже, ми додали 525-175 = 350 кг (або л) води. Об'єм вихідного гною становив 175/950=0,184 м 3 або 184 літра. Отже, загальний обсяг добової порції субстрату становить 184 350 534 л. Об'єм робочої частини реактора повинен становити 534*16=8544 л, або 8,544 м 3 . Зазвичай обсяг газового буфера реактора становить 20% його загального обсягу, відповідно, обсяг робочої області реактора становить 80% його обсягу. Тоді повний обсяг реактора має становити 8,544/80*100=10,68 м 3 . Вихід біогазу з такого реактора, що працює на коров'ячому гною, повинен бути в межах 8,5 - 9,6 м 3 . Це означає, що коефіцієнт 0,4 м 3 /кг ОСВ, який ми спочатку взяли для розрахунків, завищено вдвічі. Не можна стверджувати, що він невірний, цілком можливий і такий випадок, але найчастіше не буває. Резюмуючи всі розрахунки, показані в цьому розділі з приводу отримання біогазу, можу порадити лише одне: "Будьте песимістами!" Поки Ви не досліджували експериментально конкретну сировину, для переробки якої ви збираєтеся будувати біогазову установку, беріть для розрахунків нижню планку зі статистичних таблиць.

Теплова енергія.

Біогазова установка не виробляє теплову енергію безпосередньо, її споживає. Температура найпоширенішого режиму роботи біогазових установок - мезофільного - складає 37-38 0 C, що вище, ніж середньодобова температура в європейських широтах, причому навіть пікові денні температури зазвичай нижче за цю величину. Серед хімічних реакцій, що відбуваються всередині біогазової установки, є як екзотермічні, так і ендотермічні. Але сумарний тепловий баланс реакцій разом із тепловим обміном із довкіллям у наших широтах виходить негативним. Тому у наших широтах підігрівати субстрат у реакторі біогазової установки доводиться завжди. Однак біогаз, який виділяється в результаті анаеробного бродіння, містить приблизно 2/3 метану у своєму складі. Тому найперше застосування для біогазу – спалювання для отримання теплової енергії. Таке спалювання проводиться у звичайних газових котлах або пальниках, які використовуються для спалювання природного газу або пропан-бутану. Але, як було сказано у першому розділі, для оптимального спалювання біогазу бажано регулювати склад газово-повітряної суміші, якщо утворення такої суміші перед спалюванням передбачено конструкцією пальника. Однак, якщо пальники розраховані і на природний газ і на пропан-бутан, це означає, що таке регулювання можливе, або не потрібне, оскільки для природного газу та пропан-бутану теж потрібне різне дозування повітря. Теплотворну здатність біогазу можна виразити у калоріях чи джоулях. Але, гадаю, для звичайної людини зрозумілішим буде порівняння біогазу за теплотворною здатністю з природним газом. І там, і там згоряє метан, що міститься у цих газах. Значить енергія, що виділяється при згорянні цих газів, пропорційна кількості метану, що міститься в них. У природному газі міститься 92-98% метану, а біогазі - 55-75%. Візьмемо середні величини – 95% та 65%. Співвідношення метану цих газах виходить 65/95=0,68. Це приблизно дві третини. Значить, для виконання однієї і тієї ж теплової роботи (нагрівання приміщення, приготування їжі) біогазу треба у півтора рази більше, ніж природного газу. ККД газових котлів зазвичай становить 90-95%. При роботі газового котла на біогазі ККД може вийти меншим через неточні налаштування газоповітряної суміші. Ще одним способом одержання тепла є когенерація. Когенератори - пристрої для отримання з біогазу (і не тільки) одночасно кількох видів енергії, зазвичай електричної та теплової. Бувають поршневі та газотурбінні когенератори. У першому випадку працює класичний двигун внутрішнього згоряння з іскровим запаленням, паливом для якого є біогаз. Іноді це може бути дизельний двигун, що працює на суміші солярки та біогазу. Теплова енергія знімається з такого когенератора у вигляді гарячої води температурою близько 75 0 C, що циркулює через теплообмінник когенератора і нагрівається там. А теплообмінник, у свою чергу, може грітися теплоносієм, що охолоджує сорочку двигуна, маслом картера та вихлопними газами. Тепловий ККД може досягати 35-40%. Це непогано з огляду на ще електричний ККД 30-33%. У другому випадку працює газова турбіна на біогазі. Теплова енергія знімається у вигляді гарячої води, що циркулює через теплообмінник. Таким чином, утилізація тепла, виробленого із біогазу, залежить від виду нагрітого робочого тіла. Гарячу воду направляють циркулювати по різних трубах та батареях опалення. Гарячими продуктами згоряння біогазу безпосередньо гріють ємності із водою, їжею, поверхні нагрівачів тощо. Просто кажучи, застосування біогазу для отримання теплової енергії нічим кардинально не відрізняється від застосування для цих цілей природного газу або зрідженого пропан-бутану.

Електроенергія

Найпоширенішим способом отримання електричної енергії з біогазу є використання газопоршневих генераторів на базі двигунів внутрішнього згоряння. У разі паливом такого двигуна служить біогаз. З вихідним валом такого двигуна з'єднаний електричний генератор. Найчастіше це генератор змінного струму. У більшості випадків, а для генераторів потужностей від 10 кВт і вище - поголовно, цей генератор виробляє трифазний змінний струм тієї частоти і напруги, які прийняті як стандартні в країні застосування цього генератора. Приміром, для європейських країн, зокрема. та країн колишнього СРСР, це 50 Гц 400 В. Чому 400 В, а не 380 В? Тому що зазвичай такий генератор приєднують до загальної електричної мережі, відповідно, напруга на виході генератора має бути трохи більшою (у холостому режимі), ніж напруга в цій мережі, щоб струм пішов з генератора в мережу, а не назад. Частота обертання електрогенератора 50 Гц забезпечується електронною системою управління двигуна внутрішнього згоряння, що регулює подачу палива в залежності від швидкості обертання вихідного валу. Ця система також може синхронізувати частоту обертання валу з частотою у громадській мережі, до якої підключений генератор. Другим способом отримання електричної енергії біогазу є використання газотурбінного двигуна. Частота обертання валу турбіни в газотурбінному двигуні на порядки вища, ніж частота обертання валу поршневого двигуна внутрішнього згоряння. Через великий момент інерції турбіни неможливо різко змінювати частоту її обертання. Тому турбіна зазвичай обертає генератор постійного струму. Постійний струм проходить через електронний інвертор і на виході формується струм заданої напруги, частоти та фазності. Такі самі інвертори ставляться для отримання електроенергії від вітряків і сонячних панелей. І так само, як і в цих випадках, у газотурбінних генераторах застосовуються ще й акумуляторні батареї, які демпфують нерівномірність споживання електричного струму змінним навантаженням у споживача. Тому питома вартість одного кіловата електричної потужності газопоршневого генератора суттєво нижча, ніж газотурбінного. Але при цьому вартість технічного обслуговування газопоршневих генераторів суттєво вища, а термін служби до капітального ремонту – суттєво нижчий.

Газопоршневі двигуни чутливі до домішок, що містяться в біогазі. Залишки таких агресивних газів, як аміак або сірководень, викликають корозію металевих поверхонь циліндра і поршня, вихлопних труб, окислюють масло, що циркулює в системі мастила, через що воно втрачає свої властивості, що змащують. Від вмісту вуглекислого газу в біогазі залежать детонаційні властивості паливної суміші повітря з біогазом (для бензинів характеризується октановим числом), відповідно, ускладнюється система регулювання кута випередження запалення, порушується оптимальне співвідношення ступеня стиснення та об'єму камери згоряння і т.д. І хоча режим роботи на газоподібному паливі є більш щадним для поршневих двигунів внутрішнього згоряння, ніж режим роботи на рідкому паливі, вищеописані фактори помітно обмежують моторесурс газопоршневих генераторів, що працюють на біогазі. Для промислових пристроїв моторесурс зазвичай не перевищує 5 років безперервної роботи, що передбачає лише зупинки для проведення ТО та регламентних робіт (заміна олії, свічок, прокладок тощо). Малопотужні генератори мають моторесурс трохи більше 1 року, і зазвичай не розраховані на безперервну роботу.

Газотурбінні генератори випускаються лише великої потужності. Перевагою їх є нечутливість до домішок біогазу, мінімальна потреба в ТО. З одного кубометра біогазу можна отримати 1,8-2,3 кВт*год електроенергії, залежно від вмісту метану в біогазі та типу застосованого генератора.

Біогумус.

У процесі роботи біогазової установки виділяється як біогаз. Точніше сказати, не все сировина, що надходить в реактор біогазової установки, перетворюється на біогаз. По-перше, розкладається тільки органічна суха речовина. Такі складові субстрату, як вода та неорганічні включення (пісок, зола та ін.) виходять з реактора в незмінному вигляді. У біогаз, воду та мінеральні солі перетворюється зазвичай 40-60% органічної речовини. Глибина розкладання рідко перевищує 80%. Співвідношення органічної сухої речовини до загальної маси субстрату зазвичай становить не більше 10%, тому при додаванні свіжого субстрату до реактора біогазової установки з нього виливається майже стільки ж шламу (переброженого субстрату), скільки залилося субстрату. Цей шлам (метановий еффлюент, метанова бражка) є чудове добриво суто органічного походження. У процесі бродіння субстрату в реакторі всі потенційно шкідливі для навколишнього середовища фактори, присутні у вихідній сировині, зникають. Неприємний запах у гною та подібній сировині обумовлюється ароматичними вуглеводнями та аміаком. У процесі бродіння ароматичні вуглеводні розкладаються, азот з амонійної форми частково перетворюється на нітратну форму, зменшуючи концентрацію аміаку. Тому шлам зазвичай має слабкий запах печеного хліба. Зерна рослин у процесі бродіння зазвичай частково чи повністю розкладаються, як мінімум - розкладається їхня оболонка, тому вони втрачають схожість. Тобто шлам біогазової установки вже не може бути джерелом бур'янів після внесення у ґрунт. Яйця гельмінтів (глистів) теж розкладаються у процесі бродіння в реакторі. Тому вихідний шлам знезаражений. Майже всі шкідливі для живих істот на Землі бактерії - аеробні. Для їх розмноження та існування потрібен кисень. Усередині реактора створено анаеробні умови. Тому всі інші бактерії гинуть і є їжею для анаеробних бактерій. Простіше кажучи, ті бактерії, які беруть участь у процесі анаеробного бродіння всередині реактора біогазової установки, "з'їдають" будь-яку органіку, яка потрапляє в реактор, або хоча б "надкушують". Тому і розкладаються всі живі організми, що спочатку присутні в субстраті, а в шлам потрапляють тільки ті бактерії, які беруть участь у процесі анаеробного бродіння. Бактерії ці не представляють шкоди для птахів та тварин у звичайних природних умовах, тому що зазвичай вони живуть з ними в симбіозі, перебуваючи у кишечнику цих птахів та тварин. Отже, вихідний шлам біогазової установки складається з води, неорганічних нерозчинних речовин, неорганічних розчинних солей, серед яких переважають солі, що містять азот, фосфор і калій, частково розкладених органічних сполук, серед яких є такі корисні речовини, як гумінові кислоти, фульвокислоти, різні вітаміни , та бактерій, які забезпечували процес анаеробного бродіння. Всі ці складові, за винятком нерозчинних неорганічних речовин, при внесенні в ґрунт забезпечують харчування для рослин, прискорюють їх зростання, покращують опірність хвороб. Факторів позитивного впливу таких органічних добрив, яким є шлам біогазової установки, зростання рослин так багато, що їх важко описати повністю, а вплив виявляється в комплексі. Кожен окремий чинник не дав належного ефекту без інших. Розчинні неорганічні солі - це ті ж мінеральні добрива, лише отримані природним органічним шляхом, а чи не синтезовані штучно. Але ці солі фізично пов'язані залишками органічних речовин, що мають колоїдну структуру (кисіль), тому вони не вимиваються з ґрунту першим дощем. Гумінові та фульвокислоти у поєднанні із залишками органічних речовин перетворюють (дають право називати) ґрунт, до якого вони внесені, гумусом. Вітаміни діють зростання рослин, як біологічно активні добавки, тобто, рослини значно швидше і повніше засвоюють мінеральні розчинні солі, містять азот, фосфор, калій та інші, необхідних зростання рослин елементи. Бактерії, що брали участь у процесі анаеробного бродіння всередині реактора біогазової установки, будучи внесеними до ґрунту, продовжують працювати, хоч і менш інтенсивно, ніж у реакторі. У глибині ґрунту для них забезпечуються більш-менш анаеробні умови. Це бактерії, по-перше, продовжують розкладати інші хвороботворні бактерії, а по-друге, розкладають органіку, що є в грунті, виробляючи поживні мінеральні солі для рослин. Цей процес називають азотфіксацією. Це означає, що бактерії захоплюють атоми азоту (і не тільки) з навколишнього середовища, де вони знаходилися у вигляді, непридатному для засвоєння рослинами, і вставляють до мінеральних сполук солей азоту (та інші мінеральні солі). Тобто, вносячи ці бактерії в ґрунт, ми вносимо "годувальників", які перетворюють неїстівні для рослин елементи ґрунту та повітря на їстівні, тим самим регулярно харчуючи рослини. Через такі властивості оздоровлення, створення та підтримки ґрунтового шару шлам біогазової установки часто називають біогумусом. Особливо часто цю назву застосовують для відсепарованого шламу, тобто віджатого до вологості 75%. Такий віджатий шлам на вигляд вже сам по собі нагадує шар родючого ґрунту. Нормативи внесення шламу в ґрунт (питома кількість на одиницю посівної площі) істотно менше, ніж вихідної сировини (якщо вихідна сировина взагалі могла бути застосована як біодобрива). Якщо виразити нормативи внесення шламу в кількостях азоту, фосфору та калію, то вони також будуть нижчими, ніж подібні нормативи для внесення штучно синтезованих мінеральних добрив. Перша теза пояснюється тим, що в процесі анаеробного бродіння не відбувається втрат азоту з вихідної сировини, а азот є основним будівельним матеріалом для клітин. Органічна сировина, перероблена аеробним способом (практично всі інші способи, крім бродіння в біогазовій установці), обов'язково втратить азот у вигляді випарів аміаку, тому його завжди знадобиться більше. Друга теза пояснюється тим, що мінеральні солі в шламі пов'язані в колоїд залишками органіки, вони не вимиваються сильно з ґрунту і тому повніше засвоюються рослинами. Адже рослини не миттєво поглинають поживні речовини, а лише в міру свого зростання. Крім того, при надмірній концентрації поживних солей у ґрунті, рослини "втягують" їх усередину себе разом з вологою, але не встигають перетворити їх в органіку (частини своїх клітин, що ростуть), і ці солі знаходяться в розчиненому вигляді у воді всередині рослин (а рослини складаються із води в середньому на 70%). Звідси і виходять продукти землеробства з підвищеним вмістом нітратів, якими можна отруїтися при вживанні. Тому мінеральні добрива завжди дозують з розумним надлишком (на жаль, не завжди). Подача поживних мінеральних солей із шламу дозується автоматично, що зумовлено колоїдними властивостями шламу, а також поступовим виробленням таких солей бактеріями, внесеними в ґрунт із шламу. Методи внесення шламу в грунт бувають різні, залежно від його вологості та типу культури, що вирощується. Якщо шлам береться у вихідному вигляді так, як він вийшов з реактора біогазової установки, його зазвичай розбавляють водою з пропорції 1:10 - 1:50, а потім вносять методом поливу. Перший полив зручно робити перед оранням. Другий полив виробляється у період початку кущіння. У цьому випадку поливати потрібно якомога ближче до ґрунту, прямо між стеблами рослин. У разі поділу шламу сепаратором на рідку та тверду фракції, рідку фракцію вносять так само, розбавляючи водою. Розведення водою робиться тому, що це добриво концентроване. Щоб забезпечити рівномірне розподілення його по всій посівній площі, не надто зменшуючи форсунки поливалок, і проводиться розведення водою. Тверда фракція, або біогумус, вноситься методом розкидання, так само, як вноситься гній, що перепрів. На фракції шлам поділяють з міркувань логістики. Якщо біогумус призначений на продаж, то зазвичай покупці можуть перебувати на далеких відстанях від біогазової установки. Возити воду на такі відстані – надто дорого. Тому її віджимають, іноді навіть підсушують отриманий біогумус до вологості 40-60%, пакують у мішки та везуть до покупця, магазину чи віддаленого місця застосування.

Поелементний хімічний склад біогумусу майже повністю відповідає такому ж складу вихідної сировини, за винятком віддалених з біогазом водню, вуглецю та кисню. Тому поживні властивості конкретного біогумусу залежать від типу сировини, яка закладалася в біогазову установку. Практика показує, що найбільш чудові властивості має біогумус з пташиного посліду, типу курячого. Вихідний послід птахів містить підвищену питому кількість азоту. Через це чистий послід насилу піддається анаеробному бродіння в біогазовій установці, оскільки субстрат отруюється великою кількістю аміаку. Тільки нещодавно в Росії розроблено та запатентовано техпроцес переробки чистого курячого посліду (звертайтеся до нас з питання застосування такого техпроцесу та будівництва установки на такому техпроцесі). Біогумус, отриманий з такої сировини, показує чудові поживні та ґрунтоформуючі властивості. На наведеній нижче фотографії показані контрольні посіви з використанням біогумусу різної концентрації, рідкої фракції та без їх використання. Зверніть увагу на різницю у вазі контрольних зразків.

Зберігання продуктів, виготовлених біогазовою установкою.

Питання щодо можливостей та методів зберігання продуктів, що виробляються біогазовою установкою, виникають практично у кожного потенційного замовника такої установки. Перше питання - можливість накопичення та тривалого зберігання біогазу. Питання це викликане сезонністю споживання теплової енергії у наших широтах. Відповідь на це питання однозначна: біогаз у вихідному вигляді зберігати у значних обсягах неможливо через дорожнечу такого рішення. Проблема полягає в тому, що біогаз неможливо стиснути до значного тиску без попереднього очищення біометану. Вуглекислий газ, що міститься в біогаз, не дає можливості стиснути його до 200 атм. А при стисканні всього лише до кількох атмосфер об'єм, який займає біогаз, зменшується незначно. Очищення біогазу від вуглекислого газу – дуже непростий процес. Хімічні методи очищення неприйнятні через потребу у великій кількості реагентів та великому виході відходів реакції. А метод розчинення вуглекислого газу у воді, що застосовується промислово, потребує досить складного та дорогого обладнання. Таке обладнання випускається серійно, але для більших добових обсягів. Тому очищення біогазу та стиснення біометану – процедура, доступна лише власникам великих біогазових установок. Але і в цьому випадку біометани зазвичай не зберігають тривалий час, а регулярно використовують для заправки автомобільного транспорту, або відправляють в загальну газову мережу. Загальна газова мережа в цьому випадку і є накопичувачем, куди можна заганяти газ влітку і відбирати взимку. І це виходить економічно ефективніше, ніж будувати власні газові сховища. Похідні від спалювання біогазу - теплова та електрична енергія. Теплову енергію взагалі неможливо накопичити та зберігати тривалий час, тому це питання можна взагалі не розглядати. Електричну енергію можна накопичувати в акумуляторах. Але якщо ми згадаємо структуру ціноутворення сучасних пристроїв альтернативної енергетики, то побачимо, що акумулятори там одна з найдорожчих частин. А великі біогазові установки здатні виробляти справді велику кількість електроенергії. Для них використання акумуляторів неможливе. Для малих біогазових установок акумулятори можуть буферизувати енергію лише на кілька діб. Зазвичай електроенергія, що виробляється з біогазу, виробленого біогазовою установкою, перевищує потреби самої установки електроенергії в 3-10 разів. Якщо поряд немає іншого об'єкта для застосування виробленої електроенергії, то є сенс продавати її у загальні електромережі. У цьому випадку ці мережі будуть акумулятором для зберігання енергії. Продаж такий можливий не завжди, не всюди і залежить від законодавства країни та інших бюрократичних факторів. Дуже часто електроенергія викуповується державою за "зеленими" тарифами, які завищені порівняно із звичайними комерційними тарифами. І тут продаж електроенергії стає основною статтею доходу для біогазової установки. Таким чином ми переконалися, що енергетичні продукти біогазової установки зберігати тривалий час самостійно неможливо і невигідно, але можна використовувати громадські (державні) засоби для зберігання таких видів енергії. Інше питання з шламом, що виробляється. Його зберігання набагато простіше. Умови для його зберігання досить прості, і залежать насамперед від екологічного законодавства. Фактично, шлам біогазової установки не становить шкоди для навколишнього середовища, але юридично зазвичай контакти шламу та ґрунту обмежені у певних рамках. Тобто, в деяких країнах суворо регламентується кількість мінеральних солей, які можна вносити в землю за один сезон. За цими ж критеріями доводиться перераховувати максимальну кількість біогумусу, що вноситься. І з цієї ж причини не можна складувати шлам таким чином, щоб він вільно проникав у ґрунт. Тобто для зберігання шламу потрібні непроникні лагуни, що не допускає проникнення шламу в ґрунт. Зазвичай, на великих біогазових установках шлам сепарують. Рідку фракцію направляють на вхід установки підвищення вологості сировини і приготування субстрату. А тверду фракцію складують. В даному випадку достатньо використовувати приміщення, що провітрюється з бетонованою підлогою і захистом від опадів. Бетонована підлога захищає від проникнення біогумусу в ґрунт під складом, захист від опадів (дах) не допускає розмивання біогумусу опадами. Провітрюватися приміщення має тому, що цей біогумус продовжує "працювати" і виділяти в невеликих кількостях біогаз. З цієї причини біогумус не можна пакувати в герметичні мішки. У вихідному шламі приблизно половина азоту перебуває у мінералізованому стані, а ще половина – в органічному. Органічні сполуки з азотом, розпадаючись на повітрі, виділяють аміак, разом з яким азот випаровується в атмосферу. Тому біогумус, що зберігається на повітрі, після тривалого зберігання може втратити до половини азоту, що міститься в ньому. Це знижує поживні властивості біогумусу, але навіть при цьому він залишається набагато ефективнішим, ніж біогумус, отриманий аеробними методами. Наприклад, гній, що перепрів на повітрі, втрачає більше 90% всього азоту, що містився в ньому, і тому спочатку в 10 і більше разів менш ефективний, ніж анаеробний біогумус. З урахуванням інших корисних факторів анаеробного біогумусу, здібностей до азотфіксації, його ефективність перевищує ефективність гною, що перепрів, до 100 разів. Іноді немає можливості чи бажання сепарувати шлам. Іноді застосовуваний техпроцес не допускає направлення фільтрату на вхід установки. У цьому випадку слід зберігати рідкий шлам або фільтрат у лагуні. Обсяг такої лагуни виходить значним. Застосування при відкритому землеробстві цих продуктів – сезонно, лише двічі за період вегетації. Тож терміни зберігання перевищують півроку. 120 добових порцій шламу приблизно дорівнюють 120 добовим порціям субстрату. Об'єм реактора біогазової установки зазвичай містить від 16 добових порцій субстрату плюс 20% газового буфера, тобто 20 добових порцій субстрату. Значить розмір лагуни для зберігання шламу повинен у шість (120/20) і більше разів перевищувати об'єм реактора(ів) біогазової установки у разі, якщо шлам не сепарується та не відправляється щодня до магазинів або споживачів. Для фільтрату цей обсяг буде меншим і складе більше 4 обсягів реактора(ів) біогазової установки. Будувати такі великі лагуни не завжди є нагодою, тому зазвичай намагаються організувати регулярний збут рідкого шламу або фільтрату. Його можна розливати в дрібну тару та відправляти в мережі магазинів, які торгують добривами для садівників, теплиць тощо. Також іноді застосовують очищення фільтрату до допустимих норм та відправляють у каналізацію. Але цей метод економічно марнотратний, тому що фільтрат теж є найціннішим добривом.

З чого починати?

Починати треба з роздумів. Про біогазові установки Ви можете прочитати у ЗМІ, в мережі Інтернет, побачити по телевізору, побачити "живцем", отримати інформацію під час навчання у вузі або на якихось курсах. І після цього у Вас може виникнути бажання створити таку біогазову установку. Бажання – це вже перша складова успіху. Біогазова установка - це об'єкт, на вхід якого подаються різні матеріали та енергія, а на виході виникають інші матеріали та енергія. Отже, треба подумати, звідки брати те, що треба подати на вхід, і де подіти те, що вийде на виході. Якщо Ви спроможні відповісти на ці питання, значить, друга складова успіху у Вас вже теж є. Будівництво біогазової установки потребує значних витрат. Функціонування біогазової установки також потребує певних витрат. Але діюча біогазова установка приносить дохід. Отже, потрібні фінансові розрахунки, що підтверджують окупність вкладених у будівництво коштів та подальшу економічну вигоду від експлуатації біогазової установки. Розрахунки ці дуже складні і базуються на багатьох інших розрахунках (вартості будівництва, вартості експлуатації, доходу від продажу енергії, непрямого доходу від заміщення покупної енергії, що отримується з біогазової установки, доходу від продажів біогумусу, доходу від заміщення мінеральних добрив біогумусом на власних посівних площах і т.п. .п.). Тим не менш, треба переконатися для початку хоча б, що у Вас вистачить власних коштів, або Ви зможете оперативно залучити інвестиційні або кредитні кошти, щоб без затримок побудувати та запустити біогазову установку. Як не цинічно це звучить, але у 99% випадків біогазова установка – не для бідних. Якщо Ви думаєте про велику біогазову установку, такі розрахунки треба замовляти фахівцям. Попередні розрахунки для Вас можуть зробити безкоштовно, але уточнені розрахунки вимагають великих трудовитрат і тому коштують гроші. Малу установку можна розраховувати і самостійно, але будівництво її власними силами не завжди є доцільним, і тому на якомусь етапі доводиться залучати фахівців. Далі ми покажемо, що і як можна підрахувати самостійно до того, як ставити питання фахівцям. Бажання рахувати не треба. Воно чи є, чи ні. Тому почнемо відразу з вхідних матеріалів та енергії. Для безперебійного функціонування біогазової установки необхідне безперебійне подання сировини. Сировиною має бути органіка, але не будь-яка. Не підходить сировина із високим вмістом лігніну, а це деревина, солома. Не підходить сировина, просочена смолами, а це сировина, що містить тирсу хвойних дерев. Не підходить сировина з низьким вмістом органічної сухої речовини, тобто з підвищеною вологістю. Вологість вихідної сировини має бути більше 94%. Для переробки дуже вологої сировини застосовуються інші типи реакторів та техпроцесів. Не підходить сировина із високим вмістом бактерицидних речовин. Це стічні води із синтетичними миючими речовинами, це відходи, інтенсивно вкриті пліснявою. Не підходить сировина, в якій розпочався, інтенсивно йде чи вже закінчився процес аеробного бродіння. Це, наприклад, гнійний гній. В інших випадках сировина зазвичай підходить для анаеробної переробки. Ще буває обмеження, коли сировина може бути перероблено самостійно без добавок іншої сировини. Наприклад, це жир. Він не гомогенізується із водою, дуже швидко з нею розшаровується, тому з нього неможливо приготувати субстрат. Але як добавка (кофермент) до рослинної сировини, гній або послідів він може істотно підвищити питомий вихід біогазу. Отже, необхідно визначити, які типи сировини є у Вас, скільки кожного типу сировини утворюється в середньому щодобово, яка вологість, зольність та щільність кожного типу сировини. Якщо Ви є власником великих джерел сировини і маєте достатні кошти, Ви можете замовити відповідні дослідження властивостей сировини в лабораторії. Якщо Ви думаєте лише про малу установку, то в більшості випадків можна обійтися власними силами та античною методикою вимірювань. Виміряти щільність можна методом Архімеда за допомогою відра та пружинних ваг. Для цього порожнє відро зважується. Потім цебро заливається водою майже догори і зважується. На місці рівня ставиться мітка. Оскільки щільність води становить 1000 кг/м 3 то позначений рівень відповідає обсягу в літрах, що дорівнює вазі відра з водою мінус вага порожнього відра в кілограмах. Потім воду з відра виливають і додають кілька сировини і знову зважують відро. Різниця ваги сировини у відрі та відра - це вага сировини. Потім у цебро доливається вода до мітки, і цебро знову зважується. Різниця у вазі відра з водою та сировиною та відра з сировиною у кілограмах відповідає обсягу долитої води у літрах. Відповідно, обсяг сировини - це різниця виміряного раніше обсягу по мітці та обчисленого обсягу долитої води. Тепер залишається лише розділити вагу сировини на об'єм сировини, щоб отримати її густину. Вологість та зольність сировини просто визначити неможливо, тому ці параметри беруться зі статистичних таблиць. Свіжа рослинність має вологість близько 70%. Гній без сечі має вологість 65-70%. Послід має вологість 75%. Гній із сечею має вологість 80-85%. Вологість і зольність необхідні обчислення добового виходу біогазу майбутньої біогазової установки. Вологість і щільність необхідні обчислення геометричних розмірів майбутньої установки. Знаючи їх, можна обчислити обсяг добової дози субстрату та розміри ємностей біогазової установки. Однак добову дозу субстрату можна визначити приблизно експериментальним шляхом. Для визначення кількості води, яку потрібно додавати в сировину для приготування субстрату, необов'язково знати вологість сировини. У субстраті нас цікавить насамперед в'язкість. Воду (або фільтрат) до субстрату додають, перш за все, для отримання потрібних механічних властивостей. Вологи, що спочатку є в сировині, зазвичай вже достатньо для забезпечення процесу анаеробного бродіння. Але для ефективного перебігу цього процесу в мезофільному або термофільному режимах, а також на стадії гідролізу субстрат треба ретельно перемішувати. Тому субстрат повинен бути настільки текучим, щоб його можна було прокачати трубами і перемішати механічними або гідравлічними мішалками. Зазвичай необхідну плинність має субстрат вологістю щонайменше 88%. Але ми можемо визначити це експериментально за допомогою того ж відра та терезів. Зважимо цебро. Додамо сировину у відро і зважимо. Отримаємо вагу сировини. Невеликими порціями додаватимемо воду у відро і ретельно перемішуватимемо з сировиною. Процес додавання води припинимо, коли отриманий субстрат стане досить текучим для перемішування безперешкодного (консистенція рідкої сметани). Зважимо відро і віднімемо з отриманої ваги вагу відра із сировиною. Отримаємо вагу води. Розділимо його на вагу сировини та отримаємо співвідношення ваги води та ваги сировини для приготування субстрату. Тепер, знаючи добову порцію сировини, ми можемо порахувати добову вагу субстрату. Щільність сировини ми виміряли у попередньому досвіді. Щільність води відома. Отже, ми можемо вважати щільність субстрату. А знаючи добову вагу субстрату, ми можемо порахувати добовий обсяг субстрату. Зазвичай щільність субстрату близька до щільності води, і тому можна для приблизних розрахунків приймати щільність субстрату рівної щільності води. Але для розрахунку великих установок така похибка може мати помітний фінансовий вираз. Наприклад, щільність гною ВРХ вологістю близько 70% зазвичай становить близько 950 кг/м 3 . Щільність курячого посліду вологістю близько 75% становить близько 1100 кг/м 3 . Відповідно, щільність субстрату вологістю 90% з гною ВРХ становить 979, 38 кг/м 3 , а щільність субстрату вологістю 90% з курячого посліду становить 1045,63 кг/м 3 . Розкид невеликий, але іноді його варто враховувати. Тепер візьмемо приклад початкового розрахунку малої біогазової установки. Допустимо, у Вас щодобово утворюється 100 кг гною ВРХ. Його об'єм становить приблизно 105 л, що відповідає густині 952 кг/м 3 . Для приготування субстрату треба додати воду у співвідношенні 3:2 за вагою (це, як і густина, визначається експериментально, як описано вище). Тобто за добу вийде 250 кг субстрату. Добовий обсяг субстрату у своїй виходить 255 л. Оптимальна тривалість циклу бродіння субстрату з гною ВРХ у мезофільному режимі становить 16 діб. Отже, з урахуванням 20% газового буфера, обсяг реактора становитиме 0,255*16/(100-20)*100= 5,1 м 3 . Реактори малих біогазових установок зазвичай вибирають із готових ємностей стандартної лінійки обсягів. Тому знадобиться бочка об'ємом 5 куб. для основного реактора Місткість для підготовки сировини повинна мати обсяг із запасом, що перекриває потребу в сировині між проміжками додавання свіжої порції. Зазвичай свіжу сировину до малої біогазової установки доставляють один раз на добу. Тому для підготовчої ємності достатньо взяти бочку або корито об'ємом в 1,5 рази більше за добову дозу субстрату, тобто приблизно 400 літрів. Зазвичай зольність гною ВРХ, що збирається методом зіскребання, становить близько 22%. Це означає, що у сухій речовині гною знаходиться 78% органічної сухої речовини. Добова порція органічної сухої речовини становитиме 100*(100-70)/100*78/100=23,4 кг. Вихід біогазу з 1 кг ОСВ гною ВРХ становить 0,2-0,4 м 3 . Отже, наша установка на добу вироблятиме 4,68-9,36 м 3 біогазу. Перша цифра найчастіше підтверджується на практиці. Враховуючи щільність біогазу 1,13 кг/м 3 добові втрати маси становлять 5,3 кг. Тобто на виході вийде 245 кг або близько 250 л шламу щодобово. Для зберігання його протягом 120 діб знадобиться лагуна обсягом щонайменше 0,25*120=30 м 3 . Тепер спробуємо підрахувати потенційний дохід. 5 м 3 біогазу самі по собі практично нічого не варті, тим більше, що від 1 до 5 м 3 біогазу на добу може піти тільки на підігрів субстрату в реакторі. Тож, у холодну пору року на біогаз від такої установки можна й не розраховувати. А ось шлам може становити якусь цінність. У Європі роздрібна ціна біогумусу вологістю 40-60% становить приблизно 500 EUR за тонну. Вихідний шлам має вологість близько 92%. Якщо привести його до вологості 50% (середнє від 40% і 60%), то з 245 кг добового виходу шламу вийде 39,2 кг біогумусу, що відповідає 19,6 EUR за європейськими роздрібними цінами. Загалом, за рік установка виробить біогумус на 7154 EUR. Це максимум доходу, який можна вичавити з такої біогазової установки. До речі, приблизно стільки ж, чи трохи менше становитиме її вартість. Але можливість отримати саме такий дохід є сумнівною, для цього має бути налагоджений власний роздрібний канал збуту. Швидше за все, у найкращому разі буде канал збуту біогумусу за оптовою ціною роздрібної мережі. А оптова ціна нижча, як мінімум, у 2 рази. А найімовірніший сценарій – це коли весь шлам буде використаний на власних полях, садах та городах. У цьому випадку дохід складатиметься з приросту врожайності вирощеної продукції та суми заміщення мінеральних добрив та пестицидів. Як бачимо, залежно від організації застосування та збуту продукції біогазової установки, дохід може відрізнятись у рази, а терміни окупності – на роки. Тому можна зробити простий і логічний висновок про те, що біогазова установка сама по собі не має жодної цінності, і тільки в комплексі та у складі певної інфраструктури може приносити дохід. Ще один неявний висновок із усього вищеописаного: собівартість та вартість обслуговування біогазової установки зростає нелінійно зі зростанням її пропускної спроможності, а потенційний дохід – лінійно, а іноді й стрибкоподібно. Таким чином, потенціал окупності та прибутковості у великих біогазових установок вищий, ніж у малих за рахунок вищої питомої продуктивності на одиницю вкладених коштів та більшого розмаїття продукції, що випускається.

Робимо самі.

Якщо Ви є власником або співробітником великого підприємства з великою кількістю органічних відходів або просто людиною з великими грошима і знову ж таки джерелом органічних відходів, то навряд чи Ви особисто займетеся будівництвом біогазової установки. Найбільше, що Ви зробите - це знайдете відповідного виробника біогазових установок і доручите роботу з проектування, будівництва та запуску установки. Але якщо господарство у Вас маленьке, грошей - кіт наплакав, а застосувати передові технології переробки органічних відходів дуже хочеться, то варто спочатку перейти зі статусу "чайника" в статус "просунутого користувача". Для полегшення цього завдання написано цю книгу і цей розділ, зокрема. Нижче буде наведено приклади найпоширеніших у світі конструкцій малих біогазових установок, деякі з яких можна зробити буквально "на коліні".

"Китайська" яма.

Таку назву для описуваної конструкції я вибрав, тому що дуже часто в літературі з біогазу таку конструкцію згадують, як тисячу років тому в Китаї. Звичайно, правильніше було б назвати її "підземною біогазовою установкою для теплого ґрунту". Ця конструкція примітна тим, що в ній немає ніяких деталей, що рухаються, а сировина рухається по ній самопливом. Конструкція складається з вхідної труби, герметичної ями-реактора, вихідної труби для біогазу, вихідної труби для шламу та буферного накопичувача шламу.

До верхнього отвору вхідної труби стікається канавками сировина. Зазвичай застосовується рідкий гній (суміш гною з сечею), що стікає з стійла для утримання домашніх тварин, а також з туалету. Природно, що висота розташування таких збірників фекалій трохи більша за висоту розташування горловини приймальної труби, щоб фекалії вільно стікали в приймальну трубу. Вхідна труба косо опускається вниз під землю, і входить у стінку реактора нижче за рівень субстрату в реакторі. Виходить гідравлічний затвор, який пропускає всередину реактора новий субстрат, але не випускає біогаз. Звичайно, частина біогазу, що генерується в товщі субстрату точно під вхідним отвором у стінці реактора, піднімаючись вгору, потрапляє в цей отвір, рухається далі вхідною трубою і випаровується в повітря. Але цих втрат можна знехтувати. Вихідна труба виходить із протилежної стінки реактора майже від самого його днища і косо піднімається вгору. Вгорі вона входить знизу в ємність у формі відкритого зверху паралелепіпеда. Верхні краї цієї ємності повинні бути розташовані нижче за горловину вхідної труби. З цієї ємності повинен бути прокладений "аварійний" стік у нижчу лагуну або яму. Реактор у нижній частині має циліндричну форму, а верх реактора виконаний у формі купола-напівсфери. З вершини бані виходить трубка для відведення біогазу. Стінки труб, реактора та буферного накопичувача повинні бути укріплені так, щоб не руйнуватися під тиском ґрунту або субстрату та повинні не пропускати крізь себе субстрат. Верхня частина купола реактора має бути виконана так, щоб крізь неї не просочувався біогаз. Раніше це робилося з цегли, розчину та спеціальної штукатурки. Зараз зазвичай застосовують бетон та полімери. Розмір (об'єм) реактора підбирають відповідно до обсягу щодобових фекальних стоків. Цей обсяг залежить також від температурного режиму. Якщо температури ґрунту навколо реактора не опускається нижче 30 0 C, то всередині реактора відбуватиметься анаеробне бродіння в мезофільному режимі. Тривалість циклу такого бродіння лежить у межах двох-чотирьох тижнів. Відповідно, обсяг реактора має бути більшим за 14 добових доз стоків. Якщо температура в глибині землі становить 20-25 0 С, то відбуватиметься психрофільне бродіння. І тут обсяг реактора треба подвоїти. Процес протікає наступним чином: Фекальні стоки стікають вхідною трубою в реактор. При цьому аналогічна кількість шламу піднімається з дна реактора і виштовхується буферну ємність через вихідну трубу. У процесі бродіння виділяється біогаз і піднімається під купол реактора. Якщо через вихідну біогазову трубу до споживача надходить менше газу, ніж його виробляється, рівень субстрату в реакторі знижується, а у вхідній трубі і буферної ємності - підвищується. Тиск біогазу визначається різницею рівнів у буферній ємності і в реакторі. Купол реактора при цьому умовно можна назвати газгольдер. Робочий об'єм цього газгольдера дорівнюватиме різниці обсягів субстрату в реакторі у повернем і нижньому положенні, в проміжку між якими тиск біогазу лежатиме в заданих межах. Зазвичай для різних газових пальників та котлів необхідний тиск газу 0,013-0,030 атм, або 13-30 см водяного стовпа. В принципі можна допустити тиск до 0,050 атм, якщо його витримає конструкція установки, тому що швидкість витікання біогазу можна підрегулювати вентилем або редуктором. Оскільки щільність субстрату близька до щільності води, то можна вважати, що різниця рівнів у реакторі та в буферному накопичувачі повинна становити 13-50 см. Для того, щоб тиск біогазу всередині реактора не перевищив верхню межу 0,05 атм, необхідно передбачити клапан, який стравить біогаз, якщо його тиск перевищить це значення. Як Ви розумієте, тисячу років тому не було автоматичних механічних клапанів каліброваних на заданий тиск. Але завдання має просте рішення. Верхній зріз отвору з'єднання вхідної труби з реактором робиться на висоті на 50 см нижче за вершину стінок буферної ємності. Тоді, коли тиск біогазу зростає, рівень субстрату в реакторі знижується, піднімаючи рівень субстрату буферної ємності. Надлишок субстрату виливається із буферної ємності. Коли рівень субстрату всередині реактора опускається нижче за верхній зріз отвору вхідної труби, надлишок біогазу виходить назовні через вхідну трубу. Щоб уникнути можливості попадання субстрату в біогазову трубу, необхідно, щоб рівень зливу з буферної ємності знаходився нижче точки виходу біогазової труби з реактора, тобто, нижче вершини купола реактора. Тому такі підземні реактори зручно розташовувати на схилі, щоб уникнути зайвих земляних робіт. При нормальній експлуатації шлам із буферної ємності щодня вичерпую в обсягах, що відповідають обсягу прийнятих фекальних стоків. Шлам використовують як біодобрива. Конструкція ця досить проста, не потребує дефіцитних матеріалів. Але працюватиме вона лише в теплому кліматі. Навіть якщо зробити стінки такого реактора у вигляді термоса, щоб теплоізолювати їх від навколишнього ґрунту, ми не зможемо повністю виключити відтік тепла в холодну пору року. При падінні температури всередині реактора нижче 20 0 C виділення біогазу практично припиниться. Також ця конструкція має недолік - на дні реактора поступово накопичується пісок, або інші важкі опади. Тому час від часу такий реактор треба розкривати та чистити. Як Ви самі розумієте, по-перше, це ускладнює конструкцію реактора, а по-друге, сама процедура чищення – дуже брудна та трудомістка.

Гнучкий ферментатор.

Друга досить давня і проста конструкція - гнучка "кишка", розташована в ямі або вільно лежить на землі. На кінцях такої "кишки" робляться вхідна та вихідна труби, через які надходить субстрат та зливається шлам. Буферна ємність для шламу не потрібна. Важливо тільки, щоб злив з вихідної труби знаходився нижче за горловину заливної труби. Така труба теж служить одночасно реактором та газгольдером. Але робочий обсяг газгольдера у такій системі може бути дуже великим. Якщо кишку викласти просто на рівну поверхню, субстрат намагатиметься розтікатися в сторони всередині кишки, натягуючи її стінки, а вони, у свою чергу, будуть створювати тиск у біогазі всередині кишки. Таким чином, тиск біогазу всередині кишки задаватиметься рівнем субстрату всередині неї. А цей рівень, у свою чергу, залежатиме від довжини кишки, її діаметра та обсягу субстрату всередині неї. Об'єм субстрату визначається рівнем зливу з вихідної труби. Робочий обсяг газгольдера цього реактора буде дуже великим, прийнятний тиск біогазу буде підтримуватися в дуже широких межах зміни обсягу біогазу всередині кишки. Тому така конструкція добре підходить для літнього періоду, коли потреба біогазу виникає епізодично.

У наш час зручно робити таку конструкцію із тепличної плівки, яка продається у вигляді труби. Для надійності можна вкласти одну трубу в іншу, щоб зменшити можливість розриву. Вартість такої плівки із поліетилену дуже низька. Бажано брати плівку чорного кольору. Підстилаюча поверхня повинна бути рівною без гострих фрагментів. Якщо ґрунт сильно остигає, то треба підкласти шар утеплювача. Вихідну та вихідну труби можна замінити гідрозатворами, якими закінчуватимуться кінці кишки. Через один із гідрозатворів можна пропустити газову трубу, щоб не порушувати цілісність стінок кишки. Недоліком такої конструкції є велика займана площа, адже рівень субстрату у кишці, що вільно лежить, не буде підніматися вище 30 см, щоб надлишковий тиск не порвало кишку. Вихід є у вдосконаленні конструкції. Потрібно зробити по всій довжині кишки канаву, куди опуститься частина кишки. Але частина кишки розплескуватиметься по краях канави, формуючи газгольдер. Таке рішення дозволяє заощадити площу і зберегти відносно високий робочий обсяг газгольдера. Але при цьому треба зміцнити стінки канави від обсипання та теплоізолювати їх, оскільки ґрунт на глибині вже може бути холодним. Також треба забезпечити захист від потрапляння та накопичення опадів у цій канаві, оскільки вони порушать теплоізоляцію.

Цю конструкцію можна ще вдосконалити, проклавши всередині кишки труби обігріву та встановивши занурювальний міксер. Якщо при цьому розташувати таку кишку всередині теплиці, можна спробувати експлуатувати її навіть взимку.

"Всепогодне" встановлення.

У наших широтах малі біогазові установки найчастіше роблять із використанням приблизно тієї ж конструкції, що й у великих промислових установках. Така мала установка складається з підготовчої ємності для субстрату, системи подачі субстрату в реактор, утепленого реактора, системи підтримки температури в реакторі, системи перемішування субстрату в реакторі, системи зливу субстрату з реактора, приймача шламу, газгольдера, системи виведення біогазу та подачі його споживачам, блоку автоматики блоку теплопостачання. В результаті виходить досить дорога та складна конструкція, але вона здатна функціонувати цілий рік у наших кліматичних умовах.

Усі ємності для таких установок зазвичай підбирають із готових виробів, що є у продажу. Набагато рідше їх виготовляють самостійно. Справа в тому, що до матеріалу стін таких ємностей пред'являються високі вимоги щодо корозійної та абразивної стійкості. Метал потребує спеціальних недешевих покриттів. Бетон годиться лише спеціальних недешевих марок. Тому майже ідеально підходять нейтральні полімерні матеріали – поліетилен, поліпропілен. Зазвичай у продажу є циліндричні ємності з поліетилену, виготовлені в заводських умовах методом ротаційного формування. Об'єм таких циліндрів досягає 15 м 3 , зустрічаються пропозиції на 20 і 30 м 3 . За всіма параметрами важко підібрати щось найкраще. Як підготовча ємність зазвичай вибирається горизонтальний циліндр або паралелепіпед. Є три способи подачі субстрату з підготовчої ємності в реактор: вручну, самопливом та насосом. Для подачі самопливом підготовча ємність розміщується вище за реактор. Після приготування субстрату відкривається заслінка або затичка у днище цієї ємності, і субстрат зливається в реактор по вхідній трубі.

Для подачі насосом або вручну підготовча ємність розміщується у безпосередній близькості до реактора. Якщо треба заливати вручну субстрат, то підготовча ємність робиться з відкритим верхом, щоб можна було черпати субстрат відром. Біля вхідної труби ставиться драбини, а на горловині вхідної труби - розтруб. Необхідно підніматися по драбині і заливати субстрат із відра в розтруб. Зрозуміло, що робити таку процедуру можна один-два рази на день, заливаючи за один цикл десяток-другий відер субстрату. Тоді це буде займати прийнятний час. Якщо добові обсяги субстрату більші, або техпроцес потребує частої порційної подачі субстрату, необхідно застосовувати автоматизовану подачу субстрату насосом. Така порційна подача потрібна при застосуванні швидкоокислювальних та високоживильних субстратів. Субстрати з гній допустимо завантажувати один раз на добу, хоча це не оптимізує техпроцес.

Для приготування субстрату підготовчу ємність засипають/заливають вихідну сировину, додають необхідну кількість води і перемішують. Заважати можна вручну, а можна за допомогою електричного міксера. Зробити такий міксер можна самостійно різними способами. Але технологічно та економічно він виправданий лише за необхідності порційної подачі сировини. Тоді ще підготовчу ємність міститься занурювальний фекальний насос. При приготуванні субстрату міксер включається вручну та працює до повної гомогенізації субстрату. У процесі добової роботи з розкладу автоматика включає міксер, перемішуючи субстрат, а відразу після цього вмикається насос і закачує в реактор задану порцію субстрату. Найпростіший, але дуже грубий спосіб відміряти задану порцію – тимчасовий. Насос вмикається на певний час. Час це налаштовується так, щоб насос качав трохи з надлишком, тоді під кінець доби підготовча ємність буде спустошена. Можливий залишок субстрату можна закачати в реактор, включивши вручну насос, перед приготуванням нової порції субстрату.

У разі ручної подачі субстрату або подачі самопливом, підготовчу ємність не обов'язково треба утримувати в теплому місці. Досить швидко приготувати субстрат, використовуючи теплу воду, та швидко залити його в реактор. При автоматичній подачі субстрат цілодобово проводить у підготовчій ємності. Температура його не повинна бути нижче 25 0 C. Тому в цьому випадку підготовчу ємність розташовують всередині приміщення, що обігрівається. Зазвичай її розташовують у котельні, де знаходиться ще опалювальний котел і блок автоматики.

Вхідна труба реактора виготовляється з гідрозатвором, як для "китайської ями". Вихідна робиться за тим самим принципом. Злив вихідної труби повинен потрапляти до лагуни для шламу. Теплоізоляцію реактора зручно робити з гнучких теплоізолюючих матеріалів, оскільки реактор має циліндричну форму. Будь-які варіанти мінеральної вати погано підходять через складності кріплення та високу гігроскопічність. Ідеально підходять матеріали на базі спіненого поліетилену. Також є сенс у застосуванні фольгованих матеріалів для відбиття внутрішньо реактора інфрачервоного випромінювання. Але в ідеалі реактор малої біогазової установки треба розміщувати всередині приміщення, яке потребує якогось обігріву (але не людського житла). Тоді теплові втрати реактора не випаровуватимуться, а грітимуть це приміщення.

Перемішування субстрату в реакторі найдешевше організувати внутрішнім занурювальним міксером або гідравлічним занурювальним насосом. Застосування конструкцій із зовнішнім приводом, перехідними муфтами із сальниками та великою мішалкою всередині реактора ускладнюється необхідністю додаткових кріплень зовнішнього приводу, компенсації розбалансу між приводом та реактором з будовою мішалкою, складністю закріплення всередині реактора великої мішалки. У разі підігріву субстрату в реакторі теплом від спалювання виробляється біогазу, теплообмінник виробляється у вигляді спіральної висхідної труби вздовж вертикальних стінок реактора. Для цього добре підходить металопластикова труба. Якщо є можливість підігрівати реактор дешевою електрикою, то можна це робити ТЕНами, безпосередньо укріпленими в стінках реактора, можна застосувати нагрівальну стрічку, яку розташовувати спіраллю, як трубу теплообмінника, а можна просто застосувати електрокотел і ту трубу теплообмінника. У стінку реактора вставляється напівпровідниковий термодатчик. Сигнал від нього надходить на блок автоматики, який включає та вимикає нагрівальні електричні елементи, включає та вимикає циркуляційний насос або включає та вимикає клапани ланцюгів теплообмінника та байпас при постійно працюючому циркуляційному насосі. Тобто, регулювання температури субстрату всередині реактора – релейне. Потужність нагрівальних елементів вибирається так, щоб темп нагріву субстрату не перевищував 10 на годину для мезофільного режиму і 0,50 на годину для термофільного режиму. У верхній частині реактора із нього виходить газова труба. Її можна робити із металопластику або поліпропілену. Бажано поставити холодильник на трубі, щоб осушити біогаз, осадивши вологу на стінках холодної труби. Найпростіший спосіб - це розмістити ділянку газової труби, що піднімається вгору так, щоб вона обдувалася вітром і не нагрівалася сонцем. Тоді волога осяде на стінках труби та стіче назад у реактор. Далі від газової труби робиться відгалуження на газгольдер. У нашому кліматі найзручніше застосовувати "сухі" газгольдери у вигляді мішка з армованої полімерної плівки. Наприклад, підходить тентовий матеріал – армована брезентом плівка ПВХ. Вона легко зварюється і з неї можна виготовити герметичний мішок заданої форми. Залишається питання про регулювання вихідного тиску біогазу, щоб подати його споживачам під заданим тиском (0,015-0,20 атм). Можна просто поставити компресор, ресивер та редуктор. Але це дорого, небезпечно, енерговитратно і потребує додаткової автоматики керування компресором. Для малих біогазових установок доцільно застосовувати механічні регулятори тиску, енергія роботи яких виробляється у процесі анаеробного бродіння. У попередніх двох конструкціях так і було. В даному випадку можна застосувати газгольдер у вигляді ковальського хутра, на важіль якого підвішено заданий вантаж. Такий газгольдер досить точно регулює тиск і використовує весь обсяг хутра як робочого. Але обсяг такого газгольдера обмежений необхідністю значно збільшувати вагу вантажу та міцність (а значить, і матеріаломісткість) його конструкції. Тому оптимальний обсяг такого газгольдера приблизно дорівнює 1 м3.

Далі газова труба проходить через зворотний клапан, який зручно виконати як гідравлічного клапана. Також можна поставити фільтр сірководню та лічильник газу. Потім біогаз можна подавати споживачам. Газовий котел можна застосувати найпростіший, підлаштувавши, якщо можна, кількість повітря, що подається. Якщо відбувається керування циркуляційним насосом, то логіка такого керування дуже проста - включити насос, вимкнути. Але циркуляційні насоси не розраховані на стартстопний режим роботи, тому можуть згоріти. Так що бажано, хоч і дорожче, поставити циркуляційний насос, що постійно працює, і додати другий ланцюг байпас, що закорочує вхідний і вихідний колектори. При цьому на основний ланцюг теплообміну і на байпас треба поставити електрично керовані клапани. Ці клапани повинні працювати в протифазі за сигналом термодатчика в реакторі. Коли субстрат нагрівся, теплоносій пускається по ланцюгу байпас, температура теплоносія в котлі піднімається, і автоматика котла вимикає газ, заощаджуючи його витрату. Як тільки падає температура субстрату, включається головний ланцюг теплообміну, в котел надходить охолоджений теплоносій з теплообмінника, і автоматика котла пускає та підпалює біогаз.

Управління електричним нагрівачами здійснюється шляхом простого їх увімкнення або вимкнення.

Інертність нагріву субстрату в реакторі мінімальна, оскільки співвідношення теплоємності субстрату в реакторі та теплоємності електронагрівачів або теплоносія дуже велике, майже нескінченне. Тому спокійно можна застосовувати релейне керування нагріванням. Також блок автоматики повинен містити програмований таймер з необхідною кількістю каналів, щоб керувати розкладом включення гомогенізатора в підготовчій ємності, насосом, що подає в підготовчій ємності і міксерами реактора. Можливі різні модифікації подібної конструкції, але принципи роботи залишаються тими ж самими. "Шляхи можуть бути різні, але до єдиної прагнемо мети!"

Промислові конструкції.

Промислові конструкції Ви навряд чи робитимете самі. Якщо Ви – конструктор професіонал, то ця книга – не для Вас, а якщо Ви – чайник, то Вам не варто братися одразу за самостійне проектування пристроїв вартістю від кількох сотень тисяч і до кількох мільйонів USD. Тому тут опишемо загальні принципи конструкції та роботи великих промислових біогазових установок, а також алгоритм їх створення. Така собі інструкція для продюсерів великих біогазових установок. Отже, у Вас виникло регулярне джерело великої кількості органічної сировини, і Ви десь почули, що на її утилізацію не тільки не треба витрачатися, але можна ще й заробити у результаті. Для початку потрібно виконати всі описані вище процедури з сировиною, тобто підрахувати його добовий прихід, замовити дослідження його параметрів. Паралельно треба пошукати опис успішних проектів з анаеробної переробки такої сировини, наскільки можна проконсультуватися з людьми, які вклали гроші в такі проекти. Далі необхідно розпочати підшукувати виконавців проекту. Тобто тих, хто може спроектувати, збудувати, поставити обладнання, змонтувати та запустити біогазову установку. Варто розглянути кілька різних пропозицій. Цілком припустимо, коли біогазову установку проектує один колектив, обладнання постачають інші постачальники, будівельні роботи виконує третя будівельна організація, монтажні роботи - четверта тощо. Але якщо обрано не типову європейську конструкцію, яку зараз успішно навчилися копіювати китайці, а свіжіші розробки, то необхідно віддати всі ці види робіт конструкторам та виробникам біогазових установок за новими оригінальними технологіями. Коли Ви визначилися з розробниками та виконавцями, необхідно переконатися, що у Вас відкрита лінія фінансування, достатня для того, щоб спроектувати, побудувати та запустити біогазову установку у найкоротший термін. Запам'ятайте: як тільки Ви витратите перші гроші, час працюватиме проти Вас. Окупатись установка почне лише після запуску. Але навіть запуск не гарантує початок окупності. Треба забезпечити на той час збут продукції, виробленої біогазової установкою. Тобто треба отримати необхідні дозволи на продаж електроенергії або біометану за "зеленим тарифом", затвердити канали збуту біогумусу. Тільки після цього розпочнеться отримання доходів. Тому "вибивати" всі дозволи та ліцензії треба паралельно з проектуванням та будівництвом установки, щоб до запуску все було затверджено. Біогазова установка – це об'єкт промислового будівництва. Тим не менш, стандартна проектна організація не здатна спроектувати біогазову установку, тому що насправді у справжній біогазовій установці головне – не будівництво об'єктів, а правильний монтаж усіх пристроїв. Для грамотного проектування біогазової установки треба бути спеціалістом не тільки у будівництві, а й в електроніці, електротехніці, інформатиці, агрономії, хімії, моторобудуванні тощо. і т.п. Отже, не потрапите на численні рекламні пропозиції спроектувати біогазову установку від стандартних проектних організацій. Якщо в спектрі пропонованих проектів такої організації повно будь-яких інших типів об'єктів, крім біогазових установок, то з великим ступенем ймовірності біогазову установку належним чином Вам не спроектують. Часто виникає інша проблема. Компанія, яка дійсно вміє конструювати та проектувати біогазові установки, знаходиться за кордоном і не має ліцензії на проектування у Вашій країні. Зазвичай це вирішується таким чином, що вихідна компанія робить реальний проект, а на місцевому ринку підшукується проектна організація, яка за розумну плату перевіряє цей проект, коригує при необхідності його під національні стандарти та затверджує інстанціями вже під своїм ім'ям. Так само можна зробити і з будівництвом. Реальні закордонні конструктори та виробники біогазової установки можуть не мати ліцензії на будівництво у Вашій країні, тому Ви наймаєте місцеву будівельну організацію, яка виступить генпідрядником, а також реально виконає всі земляні та загальнобудівельні роботи. Конструктори та постачальники обладнання виконають лише монтаж цього обладнання. Зазвичай через специфіку такого обладнання його монтаж не можна доручати фахівцям без відповідної кваліфікації. Ну, і пусконалагодження однозначно мають виконувати ті самі люди, які сконструювали та спроектували біогазову установку. Тому що саме вони найбільше знають про техпроцес, тобто алгоритм злагодженої роботи всіх вузлів і механізмів біогазової установки. Техпроцес - це головне ноу хау конкретної біогазової установки. Великі біогазові установки зазвичай також складаються з накопичувачів/сховищ вихідної сировини, ємностей для приготування субстрату та пристроїв для подачі субстрату або сировини в реактори, утеплених реакторів із системами перемішування та підтримки температури субстрату, приймача шламу, сепаратора, складу для твердого біогумусу та лагуни. , газової системи, газгольдерів, системи теплопостачання, системи автоматики, електричної силової системи, "факела" для спалювання надлишків біогазу. Опціонально біогазові установки комплектуються пристроями когенерації теплової та електричної енергії, вузлом подачі електроенергії у загальну мережу, блоком поділу біогазу на біометан та вуглекислоту, метановою заправною станцією, лінією сушіння та пакування біогумусу, лінією розливу рідких біодобрив. Можна запропонувати ще багато можливих опцій для біогазової установки. Кількість сировини щодобово переробляється у великих біогазових установках часто може становити сотню-другу тонн. Тому для багатьох типів сировини застосовують метод безпосереднього завантаження сировини в реактор шнековими завантажувачами, одночасно додаючи туди необхідну кількість води або фільтрату підтримки необхідної вологості всередині реактора. Це дозволяє заощадити на буферних підготовчих ємностях. Такий метод часто застосовують для сировини. Сировина тваринного походження, типу гній, часто надходить до встановлення вже в досить рідкому вигляді, тому для нього все-таки робляться підготовчі ємності, які є закритими зверху і лагуни, що підігріваються. Подача субстрату з такої лагуни реактор проводиться насосом. Злив шламу з реактора найчастіше виробляється самопливом, як і малих біогазових установках. Але набагато гнучкішим є метод викачування шламу з днища реактора насосом. У цьому випадку реактор обладнується датчиком рівня субстрату, який і регулює дозування подачі свіжого субстрату і викачування шламу, що перебродив. Такий спосіб дозволяє експлуатувати реактор з будь-яким рівнем заповнення, що дозволяє оптимально налаштувати техпроцес під найширший спектр типів сировини та добових кількостей. Підігрів субстрату в реакторах зараз все частіше виробляють шляхом постійного прокачування вмісту реактора через зовнішній теплообмінник. Це помітно спрощує та здешевлює систему підтримки температури, але при цьому не гарантує високої стабільності температури субстрату всередині реактора. А від стабільності та плавності регулювання температури залежить інтенсивність життєдіяльності бактерій і, відповідно, швидкість вироблення біогазу. Найбільш перспективною виглядає система підігріву "тепла підлога" при добре теплоізольованих стінах. Таким чином, можна забезпечити максимальну рівномірність температури субстрату усередині реактора. Ця умова дуже важлива для організації роботи реактора в термофільному режимі. Сучасні великі біогазові установки зазвичай працюють у мезофільному режимі, тому що термофільний режим не настільки стабільний і вимагає особливо ретельного витримування всіх параметрів анаеробного бродіння. А у разі зупинки реакції анаеробного бродіння в реакторі ми отримаємо понад дві тисячі тонн непридатного до використання шламу з одного тільки реактора, яких установка може мати кілька. Цей шлам треба буде кудись злити та безпечно утилізувати. А за таких кількостей це завдання вимагатиме багато засобів і часу. Тому зазвичай використовують більш стабільний мезофільний режим. Хоча термофільний режим дозволяє зменшити вдвічі всі реактори біогазової установки за тієї ж пропускної здатності, що суттєво зменшує вартість установки. Більшість сучасних великих біогазових установок обладнано купольним газгольдером, який встановлюється прямо на реактор замість даху. Це рішення має багато переваг, але все ж більш перспективним є застосування окремих зовнішніх газгольдерів у вигляді вільно лежачих мішків з компресором, ресивером і редуктором. Це дає велику гнучкість при побудові системи, а також дозволяє розміщувати деякі вузли на даху реакторів або розміщувати реактори в приміщенні для утилізації вторинного тепла та роботи в умовах надзвичайно низьких температур навколишнього повітря. Багато сучасних великих біогазових установок, що особливо працюють на рослинній сировині, мають величезні збірки для шламу, але не обладнані сепаратором для поділу шламу на фракції. Це обумовлено меншою якістю біогумусу з рослинної сировини та законодавчими складнощами в Європі щодо внесення такого шламу до ґрунту. Також це обумовлено недосконалістю наявних техпроцесів, які ніяк не захищені від підвищення концентрації іонів амонію у субстраті. Таке підвищення концентрації іонів амонію відбувається при закільцьовуванні фільтрату на вхід біогазової установки, якщо вихідна сировина була багата на протеїни. При сепарації шламу необхідно буде подіти кудись великі обсяги фільтрату. Системи очищення його до технічної води коштують дорого. Щоб продавати його як біодобрива, потрібно вміти організувати збут, транспортування та подолати численні європейські законодавчі рогатки. Хоча насправді шкоди від такого фільтрату при грамотному використанні немає ніякої, навпаки, лише велика користь. Ось і виходить, що біогазові енергопарки, розраховані для роботи на силосі, що привіз, простоюють через непродуманість збуту вихідного шламу. Вихідний силос має вологість трохи більше 70%, а вихідний шлам - 92%. Відповідно, шламу виходить із установки за вагою в 3,5 рази більше, ніж привозиться силосу. Значить, у 3,5 рази дорожче та транспортування шламу до споживачів. Насправді вона ще дорожча, оскільки для транспортування рідкого шламу потрібні зовсім інші транспортні засоби, аніж прості вантажівки для перевезення силосу. Тому майбутнє - за техпроцесами, у яких максимум вихідного фільтрату прямує на вхід біогазової установки, відповідно, зменшується вихід фільтрату чи потреба у свіжій воді. Ідеально, коли можна збалансувати вологість субстрату так, щоб весь фільтрат закольцовувався і вода зовсім не була б потрібна. Для цього застосовуються спеціальні конструкції біогазових установок та техпроцеси, які дозволяють механічними методами нейтралізувати шкідливий вплив іонів амонію на життєдіяльність анаеробних бактерій (з питань постачання саме таких конструкцій звертайтесь до нас). Системи автоматики у всіх біогазових установок приблизно однакові. Вони дозволяють автоматизувати техпроцес настільки, що праця людини потрібна переважно для нагляду за справністю всіх вузлів. Також сучасні системи автоматики дозволяють організувати віддалений контроль параметрів техпроцесу через Інтернет. Найчастіше великі біогазові установки комплектуються системами когенерації. Найчастіше застосовуються системи з урахуванням поршневих двигунів внутрішнього згоряння. Є безліч американських та європейських виробників когенераторів. Ціни їх когенераторів лежать у межах 1000-2000 USD за кіловат електричної потужності. Набирають обертів виробники когенераторів із Китаю. Ціновий діапазон їх виробів лежить у межах 400-1000 USD за кіловат електричної потужності. Вибирати вам. Зауважу лише, що у цій галузі відбувається те саме, що відбувалося з побутовою електронікою та автомобілями. Спочатку споживачі плювалися і вимагали вироби "білого складання". Потім технології втряслися, і більшість електроніки у світі сьогодні має китайське походження. Китайські автомобілі теж потроху завойовують американський та європейський ринки. Тому з когенераторами має бути щось схоже. Особисто я б, не роздумуючи, вибрав дешевші китайські марки, незважаючи на ризик. Тільки ретельно треба вибирати систему гарантійного обслуговування та механізм реагування на поломки. Можна вибрати і надійну європейську чи американську марку, тим більше, що вони у світлі китайського вторгнення на цей ринок стали помітно знижувати ціни під час переговорів із реальними клієнтами. При виробництві таких точних механізмів, як двигун внутрішнього згоряння, потрібні усталені традиції та культура виробництва, тому виробників двигунів у світі набагато менше, ніж виробників когенераторів. Більшість виробників когенераторів є лише інтеграторами, які до чужих двигунів та генераторів додають лише свою автоматику. До честі деяких китайських виробників слід зауважити, що серед них є ті, хто самостійно виготовляє двигуни. Правильний вибір конструкції біогазової установки та підбір постачальників обладнання дозволяє скоротити кінцеву вартість біогазової установки вдвічі. Тому це питання дуже важливе для майбутнього власника біогазової установки, адже це може скоротити у рази термін її окупності. В даний час, крім європейських та китайських виробників вузлів біогазових установок, з'явилася пропозиція вітчизняних розробок конструкторів з екс-СРСР (наші розробки). Перспективи таких конструкцій є багатообіцяючими, адже вони розроблені для беззбиткової роботи в такому правовому полі, де не передбачено жодних реальних пільг для власників біогазових установок. Сучасні великі біогазові установки з метою здешевлення все частіше намагаються виконувати за схемою мезофільного одностадійного техпроцесу. А для стабілізації можливих складнощів через особливості сировини застосовують метод додавання необхідних коферментів, тобто інших типів сировини, які вирівнюють сумарні властивості субстрату. Однією з таких властивостей є співвідношення вуглецю та азоту у вихідній сировині. Оптимальне співвідношення вуглецю та азоту лежить у межах 10-20. Виходячи з цього співвідношення в різних видах сировини і готують суміш. Також враховуються буферні властивості таких гній, як гній ВРХ. Тому його теж часто застосовують для стабілізації та спрощення техпроцесу. Зазвичай двостадійний техпроцес застосовується, якщо вихідна сировина спочатку має знижений pH або швидко окислюється. Також він застосовується, коли рН підвищений і має тенденцію до зростання. У разі перші дві фази відокремлюються від двох останніх фаз. Справа в тому, що метаболізм бактерій перших двох фаз бродіння в сотні разів швидше за метаболізм бактерій двох останніх фаз. Крім того, бактерії перших двох фаз менш чутливі до розкиду параметрів сировини. Тому сировину, що швидко окислюється, спочатку поміщають в реактор гідролізу, де його pH може знижуватися, не завдаючи шкоди бактеріям ацетогенів і метаногенів (3 і 4 фази). З реактора гідролізу розщеплений та окислений субстрат малими порціями часто подається до основного ферментатора. Оскільки порції малі, вони не змінюють глобально загальний pH ферментаторі і встигають засвоїтися бактеріями до надходження наступної порції. Приблизно те саме відбувається і з лужною сировиною типу посліду. У реакторі гідролізу воно окислюється, знижується трохи pH. А потім уже порціями подається до ферментатора. Хоча зазвичай цього недостатньо для переробки чистого курячого посліду. Потрібні способи підтримки високої концентрації бактерій у ферментаторі та недопущення їхнього значного вимивання звідти (наше ноу хау). Ще одна важлива концепція, яка набуває великого значення при будівництві великих біогазових установок - це вибір типу сировини, для якого доцільно будувати велику біогазову установку. Наша особиста думка - установка повинна будуватися для переробки такої сировини, яка становить певну небезпеку для навколишнього середовища і не може бути більш раціонально утилізована іншим способом. З цього погляду, використання силосу як сировина - злочин. Адже ми витрачаємо посівні площі лише для виробництва енергії. Весь вироблений шлам треба знову повертати на ті самі площі, щоб не виснажити ґрунт. А при намічається дефіцит продуктів харчування на Землі питання дефіциту посівних площ і ведення органічного землеробства постає все гостріше і гостріше. Через ігнорування таких факторів і виходять історії, подібні до випадку з біогазовим енергопарком, який має працювати на привізному силосі, але шлам від якого "зав'язує" в самому енергопарку. Отже, закінчити цей посібник можна одним простим закликом: Застосовуйте біогазові технології в першу чергу для оздоровлення екології, а потім - для отримання прибутку! І все у Вас вийде. Наші координати: http://www.biogas.vn.ua http://www.agrobiogaz.ru Павло Северилов Ця книга поширюється на умовах shareware, тобто, умовно-безкоштовно. Якщо Вам сподобалася чи знадобилася ця книга, підтримайте автора, перерахувавши будь-яку суму в системі Webmoney на гаманці Z985871532520, E136310317529, R408040234950, U107925051097 або в системі Яндекс.3.