Impianti di biogas. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Tipi comuni di impianti di biogas

Le tipologie di impianti di biogas comuni nel mondo sono classificate in base alle modalità di caricamento delle materie prime, alle modalità di raccolta del biogas, ai materiali utilizzati per la loro costruzione, all'utilizzo di dispositivi aggiuntivi, alla posizione orizzontale o verticale del reattore, sotterraneo o in superficie. progettazione del terreno.

Scarica metodi

In base alla modalità di caricamento delle materie prime si possono distinguere due diverse tipologie di impianti biogas:

• Gli impianti di carico batch vengono completamente caricati di materie prime e poi completamente svuotati dopo un certo tempo di lavorazione. Impianti di qualsiasi tipo e qualsiasi tipo di materia prima sono adatti a questo tipo di caricamento, ma tali impianti sono caratterizzati da una produzione di biogas instabile.
• Gli impianti ad alimentazione continua vengono caricati quotidianamente con piccole porzioni di materie prime. In fase di carico di nuove materie prime viene scaricata una pari quota di fanghi lavorati. Le materie prime lavorate in tali impianti devono essere liquide e omogenee. La produzione di gas è stabile e supera quantitativamente il volume di biogas prodotto negli impianti batch. Quasi tutte le installazioni attualmente in uso nei paesi sviluppati funzionano come installazioni a carico continuo.

Metodi di raccolta del biogas

L'aspetto degli impianti di biogas dipende dal metodo di raccolta del biogas scelto.

Figura 11. Installazione di bombole in Sri Lanka. Fonte: Guida di riferimento SNV sui cambiamenti climatici e l’energia rurale, 2004

Figura 12. Installazione a condotto. Fonte: "Biomass Energy Systems", ACRE, il CRS australiano per l'energia rinnovabile Ltd, wwwphys.murdoch.edu.au/acre/

Le installazioni con bombola sono un sacchetto di plastica o gomma resistente al calore (bombola) in cui sono combinati un reattore e un contenitore del gas. I tubi per il carico e lo scarico delle materie prime sono fissati direttamente alla plastica del reattore. La pressione del gas si ottiene grazie all'estensibilità della borsa e al carico aggiuntivo che poggia sulla borsa. I vantaggi di tale installazione sono il basso costo, la facilità di movimento, la semplicità del design, l'elevata temperatura di fermentazione per la modalità psicofila, la facilità di pulizia del reattore, il carico e lo scarico delle materie prime. Gli svantaggi di un tale impianto sono un breve periodo di funzionamento (2-5 anni), un'elevata suscettibilità agli influssi esterni e una scarsa possibilità di creare posti di lavoro aggiuntivi.

Figura 13. Installazione a cupola fissa Fonte: AT Informazioni: Biogas, progetto GTZ Servizio di informazione e consulenza sulla tecnologia appropriata (ISAT), Eshborn, Germania, 1996

Una variante delle installazioni di palloncini sono le installazioni a canale, che di solito sono ricoperte di plastica e protette dalla luce solare diretta. Tali impianti sono spesso utilizzati nei paesi sviluppati, soprattutto per il trattamento delle acque reflue. Si può consigliare l'uso di unità con tetto morbido quando vi sono poche probabilità di danni all'involucro di gomma del reattore e quando la temperatura ambiente è sufficientemente elevata.

Gli impianti a cupola fissa sono costituiti da un reattore chiuso a forma di cupola e da una vasca di scarico, detta anche vasca di compensazione. Il gas si raccoglie nella parte superiore del reattore: la cupola. Quando viene caricata la porzione successiva di materie prime, le materie prime lavorate vengono spinte nel serbatoio di compensazione. All'aumentare della pressione del gas aumenta il livello delle materie prime lavorate nel serbatoio di compensazione.

Le installazioni cinesi a cupola fissa sono il tipo più comune di tutte queste installazioni. Più di 12 milioni di queste unità sono state costruite e operano in Cina.

L'uso del gas negli elettrodomestici è complicato dalle variazioni della pressione del gas. Bruciatori e altri apparecchi sono quasi impossibili da regolare per ottenere prestazioni ottimali. Se è necessaria una pressione del gas costante, si consiglia di installare un regolatore di pressione nel reattore o selezionare un modello di installazione diverso.

I reattori negli impianti a cupola fissa sono tipicamente serbatoi in mattoni o cemento. Tali impianti sono interrati fino alla sommità, riempiti di gas per contenere la pressione interna (fino a 0,15 bar). Per ragioni economiche, la dimensione minima consigliata del reattore è di 5 m3. Sono noti tali impianti con volumi di reattori fino a 200 m3.

Il contenitore del gas è la parte superiore dell'impianto con una cupola fissa (il luogo in cui si raccoglie il gas), che deve essere sigillata. La muratura e il cemento non sono ermetici, quindi questa parte dell'installazione deve essere ricoperta con uno strato di sostanza che non consenta il passaggio dei gas (lattice, vernici sintetiche). Un'opportunità per ridurre il rischio di crepe nel serbatoio del gas è costruire un anello debole nella muratura del reattore. Tale anello è un collegamento elastico tra la parte inferiore (impermeabile) e quella superiore (a tenuta di gas) della struttura emisferica dell'impianto. Impedisce alle crepe che compaiono a causa della pressione idrostatica nelle parti inferiori del reattore di spostarsi nella parte superiore del serbatoio del gas.

Figura 14. Installazione con una cupola galleggiante nel villaggio di Sadovoye, distretto di Litinsky, regione di Vinnytsia, Ucraina Fonte: SFG "TERRA" is.svitonline.com/teppa/

Figura 15. Standard indiano per la costruzione di impianti a cupola galleggiante Fonte: AT Informazioni: Biogas, progetto GTZ Servizio di informazione e consulenza sulla tecnologia appropriata (ISAT), Eshborn, Germania, 1996

Gli impianti a cupola galleggiante sono solitamente costituiti da un reattore sotterraneo e da un serbatoio di gas mobile. Il contenitore del gas galleggia direttamente nelle materie prime o in una speciale sacca d'acqua. Il gas si accumula in un contenitore per gas, che sale o scende a seconda della pressione del gas. Il contenitore del gas è sostenuto da un apposito telaio per evitarne il ribaltamento. Se il contenitore del gas galleggia in una speciale sacca d'acqua, è protetto dal ribaltamento.

I vantaggi di questo design sono la facilità delle operazioni quotidiane, la facilità di determinare il volume del gas in base all'altezza a cui è salito il serbatoio del gas. La pressione del gas è costante ed è determinata dal peso del serbatoio del gas. La costruzione di un impianto a cupola galleggiante non è difficile e gli errori nella progettazione di solito non portano a grossi problemi nell'ottenimento del gas. Gli svantaggi di questo progetto sono l'alto costo del reattore in acciaio e l'elevata sensibilità del ferro alla corrosione. Pertanto, le unità a cupola flottanti hanno una durata di vita inferiore rispetto alle unità superiori fisse.

In passato gli impianti a cupola galleggiante venivano costruiti principalmente in India. Tali installazioni sono costituite da un reattore cilindrico o a cupola in mattoni o cemento e da un contenitore per il gas galleggiante.

Il contenitore del gas galleggia in un'apposita sacca d'acqua o direttamente nella materia prima e ha un telaio interno o esterno che fornisce stabilità e mantiene il contenitore del gas in posizione verticale. Quando si produce biogas il contenitore del gas galleggia più in alto, quando si utilizza il gas si abbassa. Tali impianti vengono utilizzati principalmente per il trattamento continuo del letame, dei rifiuti organici e delle feci, ad es. download giornalieri. Molto spesso sono costruiti in aziende agricole di medie dimensioni (reattore: 5-15 m3) o in grandi complessi agroindustriali (reattore: 20100 m3).

Installazioni orizzontali e verticali

La scelta dell'ubicazione dell'installazione del reattore dipende dal metodo di caricamento e dalla disponibilità di territorio libero nell'azienda agricola. Le installazioni orizzontali vengono scelte per un metodo di caricamento continuo delle materie prime e quando c'è spazio sufficiente. Le installazioni verticali sono più adatte al caricamento batch di materie prime e vengono utilizzate, se necessario, per ridurre lo spazio occupato dal reattore.

Installazioni sotterranee e di superficie

Quando si sceglie un luogo di installazione, è necessario tenere conto della topografia e utilizzarla per ottimizzare il funzionamento dell'installazione. Ad esempio, è molto conveniente posizionare l'installazione in pendenza in modo che il foro di carico sia sufficientemente basso; le materie prime nel reattore si spostano grazie ad una leggera pendenza verso il foro di scarico, che sarebbe ad un'altezza bassa per un facile caricamento nei veicoli.

Un altro fattore da tenere in considerazione nella scelta dell'impianto è il migliore isolamento termico degli impianti sotterranei, compresa la debole influenza delle variazioni di temperatura giornaliere sul processo di fermentazione delle materie prime, poiché la temperatura del suolo ad una profondità superiore a 1 il contatore praticamente non cambia.

Reattori in metallo, cemento e mattoni

Le installazioni possono essere distinte dai materiali con cui è realizzato il reattore. I reattori in calcestruzzo sono solitamente costruiti sottoterra. Il reattore di calcestruzzo ha una forma cilindrica e piccole unità (fino a 6 m3) possono essere prodotte su base trasportatrice. Sono necessarie misure speciali per sigillare il reattore. Vantaggi: Bassi costi di costruzione e dei materiali, possibilità di produzione in serie. Svantaggi: grande volume di consumo di calcestruzzo di buona qualità, necessità di costruttori qualificati e una grande quantità di rete metallica, relativa novità del design, necessità di misure speciali per garantire la tenuta del serbatoio del gas.

Fig.16. Impianto a biogas posto su un pendio

Figura 17. Costruzione di un reattore in mattoni a Cuba. Fonte: V. Nekrasov “Conversione anaerobica microbiologica della biomassa”, non pubblicato, 2002

I reattori in mattoni sono costruiti per installazioni sotterranee con bombola di gas fissa o galleggiante e hanno una forma rotonda. Vantaggi: investimento iniziale basso e lunga durata, nessuna parte mobile o arrugginita, design compatto, poco ingombrante e ben isolato, la costruzione crea occupazione locale. L'ubicazione sotterranea consente di ridurre l'area occupata dall'impianto e protegge il reattore da sbalzi di temperatura. Svantaggi: Un contenitore per il gas in mattoni richiede rivestimenti speciali per garantire tenuta e alta maestria, si verificano spesso perdite di gas, il funzionamento dell'impianto è scarsamente controllato a causa della sua posizione sotterranea, l'installazione richiede un calcolo accurato dei livelli dell'edificio, riscaldamento delle materie prime nel il reattore è molto complesso e costoso da implementare. Pertanto, le installazioni in muratura possono essere consigliate solo per l'uso in paesi caldi con personale qualificato.

I reattori metallici sono adatti a tutti i tipi di installazioni, sono sigillati ermeticamente, resistono alle alte pressioni e sono facili da produrre. Spesso puoi utilizzare i contenitori esistenti. Tuttavia, il metallo è relativamente costoso e richiede manutenzione per prevenire la ruggine.

Dispositivi aggiuntivi

Come esempio dell'uso di dispositivi aggiuntivi, possiamo considerare la progettazione di un impianto di biogas tipico dei paesi sviluppati.

Il contenitore per la miscelazione delle materie prime può avere dimensioni e forme diverse, a seconda delle materie prime. Tipicamente, il contenitore contiene eliche per miscelare o macinare le materie prime e una pompa per caricare le materie prime nel reattore. A volte vengono installati dispositivi per preriscaldare le materie prime per evitare di rallentare il processo di fermentazione delle materie prime nel reattore.

Il reattore è solitamente isolato termicamente e realizzato in cemento o acciaio. Per ottimizzare il flusso delle materie prime, i grandi reattori hanno una forma allungata. Le materie prime vengono miscelate mediante rotori a movimento lento o biogas. Esistono installazioni costituite da due o più reattori.

Il contenitore del gas è realizzato in materiale flessibile e situato sopra il serbatoio del reattore, oppure in acciaio e situato accanto al reattore.

L'impianto di stoccaggio viene utilizzato per immagazzinare il biofertilizzante in inverno e può essere aperto o chiuso e collegato a un bombola di gas per raccogliere il biogas residuo. I biofertilizzanti vengono miscelati prima di essere applicati ai campi.

Impianti di biogas in Kirghizistan

In Kirghizistan, nel 2010, ci sono più di 50 impianti, di cui purtroppo solo il 70% circa è operativo. Tutte le installazioni costruite in Kirghizistan possono essere suddivise in 4 tipologie in base al metodo di miscelazione e caricamento delle materie prime, alla presenza di un sistema di riscaldamento e all'isolamento.

Una caratteristica comune a tutte le installazioni è un reattore in acciaio, solitamente un serbatoio utilizzato per lo stoccaggio di prodotti petroliferi o acqua, serbatoi ferroviari.

Unità senza riscaldamento e isolamento con miscelazione manuale delle materie prime distribuito nelle regioni di Naryn, Talas e Issyk-Kul. Il contenitore per la miscelazione delle materie prime è solitamente un barile in cui le materie prime vengono diluite con acqua. Il reattore non è isolato ed è costituito da serbatoi di acciaio. A causa della mancanza di isolamento e riscaldamento del reattore, gli impianti funzionano in modalità psicofila durante la stagione calda.

Le materie prime vengono caricate nel reattore mediante metodo batch, con una frequenza di 2 o più volte l'anno manualmente.

Figura 18. Un impianto di biogas con un recipiente per gas dolce tipico dei paesi sviluppati. Fonte: AT Information: Biogas, GTZ project Information and Advisory Service on Appropriate Technology (ISAT), Eshborn, Deutschland, 1996

Il carico e lo scarico delle materie prime è irto di difficoltà a causa della progettazione sconsiderata dell'impianto. Le materie prime vengono miscelate manualmente una volta al giorno utilizzando un agitatore installato nel reattore. Il gas viene solitamente utilizzato direttamente per cucinare.

Esempio 1: Un esempio di tale impianto è l'impianto di biogas di Duyshenov Farkhat nel villaggio. Kyzyl-Charba, regione di Talas in Kirghizistan (Figura 18.1).

L'impianto è stato costruito con fondi di sovvenzione UNDP GEF nel 2003 con l'obiettivo di produrre biogas per il riscaldamento e la cucina e produrre fertilizzanti organici liquidi dal letame di 2 allevamenti di bovini e dal letame di ovini e pollame di allevamenti vicini. L'impianto è costituito da un reattore fuori terra non riscaldato con un volume di 5 m3 con carico, scarico e miscelazione manuale delle materie prime.

Dopo l'installazione nella primavera del 2003, l'impianto veniva caricato con 3 tonnellate di materie prime e funzionava in modalità psicofila durante i mesi estivi. In estate il biogas bastava solo per cucinare. Dal 2003 non vengono più effettuate operazioni di scarico e carico delle materie prime.

I difetti di progettazione includono un sistema di miscelazione manuale difettoso e l'estremo disagio di carico e scarico delle materie prime. La mancanza di isolamento e riscaldamento del reattore rende l'installazione inadatta a un funzionamento efficiente tutto l'anno e non redditizia dal punto di vista economico.

Figura 18.1. Aspetto e schema dell'impianto di biogas nel villaggio. Kyzyl-Charba. Foto: Vedeneva T., PF Bocca di carico “Fluid”; 3 - dispositivo di miscelazione delle materie prime; 4 - tubo di scarico.

L'assenza di un dispositivo di sicurezza sul reattore può portare alla rottura del reattore per sovrapressione. Non esiste un manuale operativo per l'installazione e non è stata fornita alcuna formazione al personale operativo.

Impianti con riscaldamento e coibentazione e miscelazione manuale delle materie prime trovato nella regione di Issyk-Kul del Kirghizistan. Il contenitore per la miscelazione delle materie prime è solitamente un barile in cui le materie prime vengono diluite manualmente con acqua. Il reattore è isolato e riscaldato a temperature mesofile o termofile utilizzando un sistema di riscaldamento elettrico che riscalda l'acqua circolante attraverso i tubi nel reattore. La materia prima viene alimentata nel reattore in modo continuo e miscelata manualmente una volta al giorno utilizzando un agitatore installato nel reattore. Il gas viene solitamente utilizzato direttamente per cucinare o raccolto in un serbatoio separato. L'impianto di stoccaggio viene utilizzato per immagazzinare i fertilizzanti prima di applicarli ai campi.

Esempio 2: Un esempio di tale installazione è l'installazione di Mamunov Kamyl nella città di Karakol, nella regione di Issyk-Kul in Kirghizistan. L'impianto è costituito da un reattore sotterraneo riscaldato con un volume di 5 m3 con carico, scarico e miscelazione manuale delle materie prime. L'impianto è stato costruito nel 2004 a proprie spese per la produzione di biogas per il riscaldamento e gli elettrodomestici, nonché fertilizzanti organici liquidi e per la lavorazione del letame di 12 capi di bestiame di una fattoria vicina.

Figura 19. Aspetto e schema di un impianto di biogas a Karakol. Foto: Vedeneva T., PF "Fluid": 1 - caldaia per acqua calda; 2 - reattore; 3 - foro di caricamento; 4 - valvola di sicurezza; 5 - miscelatore di gas; 6 - manometro; 7 - serbatoio intermedio del gas; 8 - ricevitore; 9 - sigillo d'acqua; 10 - tramoggia di stoccaggio; 11 - serbatoio del gas; 12 - compressore; 13 - mezzi per lo scarico delle materie prime.

Dopo l'installazione nella primavera del 2004, l'impianto funziona nell'aia in modalità termofila. L'impianto veniva caricato settimanalmente e il biogas prodotto veniva utilizzato per cucinare. Il fertilizzante scaricato è stato utilizzato per fertilizzare un appezzamento di terreno impoverito per le patate e sono stati ottenuti buoni risultati in termini di resa. Si consiglia di affinare la progettazione del carico e dello scarico delle materie prime e di modificare la progettazione del sistema di riscaldamento per utilizzare il biogas prodotto dall'impianto. Tali installazioni sono adattate per il funzionamento tutto l'anno nelle condizioni del Kirghizistan.

Impianti con riscaldamento e isolamento del reattore e miscelazione pneumatica delle materie prime distribuito nella regione di Chui in Kirghizistan. Il contenitore per la miscelazione delle materie prime può avere dimensioni e forme diverse, a seconda delle materie prime. Le materie prime vengono diluite con acqua calda per evitare di rallentare il processo di lavorazione delle materie prime nel reattore. Il reattore è isolato e realizzato con serbatoi di acciaio. La materia prima viene miscelata pneumaticamente e riscaldata a temperatura mesofila o termofila. Esistono installazioni costituite da due o più reattori. Il gas viene solitamente raccolto in un serbatoio di gas indipendente, che di solito è anche un contenitore di acciaio. Il gas viene utilizzato per riscaldare gli ambienti e cucinare. L'impianto di stoccaggio viene utilizzato per immagazzinare il biofertilizzante.

Esempio 3: Un esempio di tale installazione è l'installazione della Zarya jamaat nel villaggio. Interruttore di calore nel distretto di Ak-Suu, regione di Issyk-Kul in Kirghizistan Fig. 21. Questo impianto è stato realizzato nel 2010 nell'ambito del progetto della Commissione Europea per la realizzazione di microcentrali idroelettriche e tecnologie di biogas. È costituito da un reattore orizzontale (50 m3) con caricamento e miscelazione pneumatica, selezione automatica del biogas prodotto. L'impianto tratta il letame di 70-90 capi di bestiame - circa 3-3,3 tonnellate di letame al giorno.

Fig.21. Installazione della Zarya jamaat nel villaggio. Interruttore termico del distretto di Ak-Suu, regione di Issyk-Kul in Kirghizistan: 1 - Bunker di stoccaggio; 2 - Vasca di miscelazione; 3 - Reattore; 4 - Compressore; 5 - Ricevitore; 6 - Portagas; 7 - Boiler

Oltre al reattore, l'impianto a biogas è composto da:

• ricevitore di letame;
• bunker di carico, volume 3 m3;
• separatore d'acqua;
• filtro idrogeno solforato;
• compressore;
• serbatoio del gas, volume 10 m3;
• due ricevitori;
• quadro elettrico di controllo;
• dispositivo di torcia per biogas in eccesso.

Un reattore orizzontale con un volume di 50 m3 funziona in modalità mesofila. Per mantenere la temperatura ottimale, il reattore in acciaio è isolato e posizionato sottoterra. Per riscaldare le materie prime caricate viene utilizzata una tramoggia di carico riscaldata a gas. Nelle caldaie a gas, per il sistema di riscaldamento vengono utilizzati bruciatori a infrarossi.

Impianti con riscaldamento e isolamento del reattore e miscelazione idraulica delle materie prime. Due di questi impianti si trovano nella regione di Chui in Kirghizistan, uno nella regione di Osh. Il contenitore per la miscelazione delle materie prime può essere di diverse dimensioni e forme. Il reattore è isolato e realizzato con serbatoi di acciaio. La materia prima viene miscelata idraulicamente e riscaldata a temperatura mesofila. L'impianto di stoccaggio viene utilizzato per immagazzinare il biofertilizzante in inverno.

Esempio 4: Un esempio di tale installazione è l'installazione dell'allevamento di pollame “2T” nella città di Kant, nella regione di Chui, nella Repubblica del Kirghizistan. L'impianto è composto da tre reattori fuori terra riscaldati, ciascuno del volume di 25 m3, con carico, scarico e miscelazione idraulica delle materie prime tramite pompe centrifughe.

Fig.21a. Aspetto e schema di un impianto di biogas in Kant. Foto: Vedeneva T., PF "Fluido". 1 - reattori; 2 - tramoggia di carico materia prima; 3 - contenitore per la preparazione delle materie prime; 4 - pompe per il pompaggio e la miscelazione di materie prime; 5 - stitichezza; 6 - contenitori per la conservazione dei fertilizzanti.

I serbatoi del bioreattore sono ricoperti da uno strato termoisolante. Il riscaldamento della biomassa lavorata nel primo serbatoio del reattore viene effettuato automaticamente da un generatore di calore ad acqua, e nella seconda e terza camera aprendo le porte per riscaldarle con l'energia solare. Quando fa freddo, le porte si chiudono e il calore all'interno dei contenitori viene trattenuto da uno strato termoprotettivo.

L'impianto è stato costruito nel 2002 a spese dei proprietari dell'allevamento di pollame e può lavorare fino a 5 tonnellate di materie prime al giorno. Dopo l'installazione, l'impianto ha funzionato per 3 mesi in modalità mesofila, dopodiché è stato interrotto. L'impianto veniva caricato settimanalmente, il fertilizzante scaricato veniva depositato e venduto alla popolazione. Non è stato utilizzato biogas.

Il funzionamento dell'impianto è stato sospeso a causa della tecnologia non sviluppata per l'applicazione di fertilizzanti liquidi. La progettazione dell'impianto non prevede l'utilizzo del biogas prodotto; l'imperfezione dell'indicatore del livello delle materie prime nei reattori porta a imprecisioni durante il caricamento delle materie prime. In generale, l'installazione è funzionale.

Realizzazione di un impianto di biogas

Prima di iniziare la costruzione di un impianto di biogas è necessario tenere conto delle condizioni necessarie per il suo efficace funzionamento. I guasti o le scarse prestazioni di un impianto di biogas sono spesso il risultato di errori di pianificazione. Le conseguenze di tali errori possono essere evidenti immediatamente o dopo diversi anni di funzionamento dell'impianto. Una pianificazione attenta e completa è essenziale per eliminare gli errori prima che causino danni irreparabili.

La pianificazione per la costruzione di impianti di biogas agricoli dovrebbe iniziare con la determinazione del potenziale di produzione di biogas e biofertilizzanti in base alla quantità disponibile di materie prime, nonché alla quantità di energia richiesta dall’azienda agricola.

Se un impianto di biogas è destinato principalmente come fonte energetica, la sua costruzione è consigliata solo se la produzione potenziale di biogas stimata è sufficiente a soddisfare il fabbisogno energetico dell'azienda agricola.

Scelta della dimensione del reattore

La dimensione del reattore è misurata in metri cubi e dipende dalla quantità, qualità e tipo delle materie prime, nonché dalla temperatura selezionata e dal tempo di fermentazione. Esistono diversi modi per determinare il volume del reattore richiesto.

Il rapporto tra la dose giornaliera di carico di materia prima e le dimensioni del reattore

La dose giornaliera di caricamento della materia prima viene determinata in base al tempo di fermentazione (tempo di turnover del reattore) e al regime di temperatura selezionato. Per la modalità di fermentazione mesofila, il tempo di turnover del reattore va da 10 a 20 giorni e la dose di carico giornaliera va da 1/20 a 1/10 del volume totale delle materie prime nel reattore.

Dimensioni del reattore per la lavorazione di una certa quantità di materie prime

Innanzitutto, in base al numero di animali, viene determinata sperimentalmente la quantità giornaliera di letame (DN) da trattare in un impianto di biogas. Quindi, la materia prima viene diluita con acqua per raggiungere l'86% - 92% di umidità.

Nella maggior parte degli impianti rurali, il rapporto tra letame e acqua miscelati per produrre materie prime varia da 1:3 a 2:1. Pertanto, la quantità di materie prime caricate (D) è la somma dei rifiuti agricoli (DN) e dell'acqua (DV) con cui vengono diluite.

Per la lavorazione delle materie prime in modalità mesofila si consiglia di utilizzare una dose di carico giornaliera D pari al 10% del volume totale delle materie prime (RS) caricate nell'impianto. Il volume totale delle materie prime nell'impianto non deve superare i 2/3 del volume del reattore.

Pertanto, il volume del reattore (RR) viene calcolato utilizzando la seguente formula:

OS = 2/3 EP e OP = 1,5 OS

Где

OS = 10CHD

D = DN + DV.

Esempio: un'azienda agricola familiare contiene 10 bovini, 20 maiali e 35 polli. Il volume giornaliero di letame e urina di 1 bestiame = 55 kg, di un maiale = 4,5 kg, di 1 pollo = 0,17 kg. Il volume giornaliero dei rifiuti dell'azienda DN sarà pari a 10H55 + 20H4,5 + 35H0,17 = 550 + 90 + 5,95 = 645,95 chilogrammi, circa 646 kg. Il contenuto di umidità degli escrementi di bovini e suini è dell'86% e quello degli escrementi di pollo è del 75%. Per raggiungere l'85% di umidità è necessario aggiungere 3,9 litri di acqua (circa 4 kg) agli escrementi degli uccelli.

Ciò significa che la dose giornaliera di carico di materia prima sarà di circa 650 kg. Pieno carico del reattore OS = 10×0,65 = 6,5 tonnellate e volume del reattore OR = 1,5×6,5 = 9,75, o circa 10 m3.

Calcolo della resa del biogas

Il calcolo della resa giornaliera di biogas viene calcolato in base al tipo di materia prima e alla porzione giornaliera del carico.

Tabella 9. Calcolo della resa in biogas per diversi tipi di materie prime

Esempio: un'azienda agricola familiare contiene 10 bovini, 20 maiali e 35 polli. Il volume degli escrementi giornalieri di bovini = 55 kg, di suini = 4,5 kg, di pollo = 0,17 kg. Il volume dei rifiuti giornalieri dell'allevamento sarà pari a 550 chilogrammi di escrementi bovini (umidità 85%), 90 chilogrammi di escrementi suini (umidità 85%) e 5,95 chilogrammi di letame di pollo (umidità 75%). Dopo aver diluito il letame con acqua per raggiungere l'85% di umidità, la quantità di materia prima dei polli sarà di circa 10 kg.

Secondo la tabella, la resa di biogas da 1 chilogrammo:

• il letame bovino con un contenuto di umidità dell'85% è approssimativamente pari a 0,04 -0,05 m3 di biogas;
• il letame suino con un contenuto di umidità dell'85% è approssimativamente pari a 0,05 - 0,09 m3 di biogas;
• il letame di pollo con un contenuto di umidità dell'85% è approssimativamente uguale a 0,05 - 0,09 m3 di biogas.

Di conseguenza, la

• la resa di biogas da 550 chilogrammi di letame bovino sarà di 22 - 27,5 m3 di biogas;
• la resa di biogas da 90 chilogrammi di letame suino sarà di 4,5 - 8,1 m3 di biogas;
• la resa in biogas di 10 chilogrammi di sterco di pollo sarà pari a 0,5 - 0,9 m3 di biogas;
• la produzione totale di biogas sarà di 27 - 36,S m3 di biogas al giorno.

Equilibrio tra domanda di energia e resa di biogas

Il fabbisogno energetico di ogni singola famiglia viene determinato in base alla somma di tutte le situazioni di consumo presenti e future, come cucinare, luce e produzione di energia. È inoltre necessario tenere conto del consumo di biogas per il riscaldamento delle materie prime nel reattore, che nelle condizioni del Kirghizistan varia dal 10% al 25%, a seconda del periodo dell'anno.

La quantità di biogas richiesta da un'azienda agricola può essere determinata dalla quantità di energia precedentemente consumata. Ad esempio, bruciare 1 kg di legna da ardere equivale a bruciare 650 litri o 0,65 m3 di biogas, bruciare 1 chilogrammo di sterco equivale a 0,7 m3 di biogas e 1 kg di carbone equivale a 1,1 m3 di biogas.

Il volume richiesto di biogas per cucinare può essere determinato in base al tempo trascorso quotidianamente a cucinare. La quantità di biogas necessaria per preparare una porzione di cibo per una persona è di 0,15 - 0,3 m3 di biogas. Per far bollire 1 litro d'acqua sono necessari 0,03 - 0,05 m3 di biogas. Per riscaldare 1 m2 di spazio abitativo sono necessari circa 0,2 m3 di biogas al giorno. I bruciatori domestici consumano 0,20 - 0,45 m3 all'ora.

Esempio: una famiglia di 4 persone vive in una casa con una superficie di 100 m3, alleva 20 mucche su una superficie di 100 m3 e tratta il letame in un impianto di biogas con un volume del reattore di 15 m3.

Cucinare il cibo tre volte al giorno per una famiglia di 4 persone richiederà da 1,8 a 3,6 m3 di biogas, mentre per riscaldare una stanza con una superficie di 100 m2 saranno necessari circa 20 m3 di biogas al giorno. Il riscaldamento del reattore (ad esempio a settembre) richiede il 15% del biogas prodotto. Per riscaldare il reattore dell'impianto con un volume di 15 m3, sarà necessario consumare circa 6 m3 di biogas al giorno.

Per mantenere 1 mucca sono necessari circa 3 litri di acqua bollita al giorno, quindi per mantenere 20 mucche è necessario far bollire 60 litri di acqua, che richiederanno 1,8 - 3 m3 di biogas al giorno. Il riscaldamento dei locali necessari per gli animali con una superficie totale di 100 m2 richiede 20 m3 al giorno. Pertanto, per il mantenimento degli animali sono necessari 21,8 - 23 m3 di biogas al giorno. L'intera azienda agricola necessita di 49,6 - S2,6 m3 di biogas al giorno.

Selezione di una posizione di installazione

La regola d'oro per l'ubicazione di un impianto di biogas è che l'impianto appartiene all'azienda agricola, non alla cucina. È meglio se il contenitore per la miscelazione delle materie prime è collegato direttamente al pavimento della fattoria. Anche se devi posare diversi metri di tubi, è più economico che trasportare materie prime.

Il livello del pavimento dell'azienda agricola dovrebbe essere posizionato sopra il livello del contenitore per la preparazione delle materie prime, quindi il letame animale e l'urina cadranno in questo contenitore sotto l'influenza della forza di gravità in modo indipendente. Se l’unità di scarico di un impianto di biogas si trova al di sopra del livello dei campi vicini, ciò faciliterà una più facile distribuzione dei biofertilizzanti tra questi campi.

Scelta del progetto di un impianto di biogas

Attualmente sono stati sviluppati molti progetti di impianti di biogas adatti al funzionamento in varie condizioni climatiche e socio-culturali. La scelta del progetto di un impianto di biogas è un passaggio fondamentale nel processo di pianificazione. Prima di scegliere un progetto, è necessario comprendere le problematiche di base e le scelte possibili per un impianto di biogas.

Nelle aree con un clima relativamente freddo, come il Kirghizistan, l’isolamento e il riscaldamento del reattore sono importanti per il funzionamento dell’impianto tutto l’anno. La quantità e la tipologia delle materie prime lavorate influenzano le dimensioni e il tipo di installazione e la progettazione dei sistemi di carico e scarico delle materie prime. La scelta del progetto di installazione dipende anche dalla disponibilità dei materiali da costruzione.

Criteri per la selezione del design

Ubicazione: determina se il reattore sarà costruito prevalentemente sottoterra o fuori terra e nel caso di struttura fuori terra, verticale o orizzontale.

Le strutture esistenti possono essere utilizzate per immagazzinare biofertilizzanti, come fosse vuote o contenitori metallici. Per ridurre i costi, durante la progettazione è necessario tenere conto della disponibilità di parti dell'impianto già pronte.

La disponibilità delle materie prime determina non solo la dimensione e la forma del contenitore per la miscelazione delle materie prime, ma anche il volume del reattore e dei dispositivi di riscaldamento e miscelazione. La miscelazione con biogas è possibile con un contenuto di solidi inferiore al 5%. La miscelazione meccanica incontra difficoltà quando la materia prima contiene più del 10% di solidi.

reattore

Il criterio principale nella scelta del progetto di un reattore è la reale possibilità di applicazione pratica e praticità, in termini di manutenzione e funzionamento. Indipendentemente dalla scelta progettuale, il reattore deve soddisfare i seguenti requisiti:

Tenuta all'acqua/gas - la tenuta all'acqua è necessaria per prevenire perdite e deterioramento della qualità delle acque sotterranee, tenuta al gas - per preservare l'intero volume di biogas prodotto e per impedire la miscelazione dell'aria con il gas nel reattore, che può essere esplosiva.

L'isolamento termico è una condizione necessaria per il funzionamento efficiente di un impianto di biogas nelle condizioni climatiche della Repubblica del Kirghizistan.

La superficie minima riduce i costi di costruzione e riduce la perdita di calore attraverso le pareti del reattore.

La stabilità della progettazione del reattore è necessaria per resistere a tutti i carichi (pressione del gas, peso e pressione delle materie prime, peso dei rivestimenti, resistenza alla corrosione) per garantire il funzionamento a lungo termine dell'impianto.

Fig.23. Vari modelli di reattore e sistemi di carico e scarico: a - reattore cilindrico con caricamento dall'alto; b - reattore cilindrico con caricamento dal basso; c - reattore cilindrico a due sezioni; g - reattore inclinato; d - reattore a trincea con rivestimento galleggiante; e - reattore sezionale orizzontale.

Stampi per reattori

Dal punto di vista della fluidodinamica, un reattore a forma di uovo è ottimale, ma la sua costruzione è costosa. La seconda forma migliore è un cilindro con fondo e sommità conici o semicircolari. Si sconsiglia l'uso di reattori quadrati in cemento o mattoni, poiché a causa della pressione delle materie prime si formano delle crepe negli angoli e si raccolgono anche particelle solide che interrompono il processo di fermentazione.

Il reattore può essere diviso in più sezioni utilizzando divisori interni per evitare la comparsa di una crosta sulla superficie della materia prima e per garantire una fermentazione più completa della materia prima.

Materiali per la costruzione di reattori

I reattori possono essere costruiti con i seguenti materiali:

• I contenitori in acciaio hanno il vantaggio di essere a prova di perdite, possono resistere ad alta pressione e sono relativamente facili da produrre. Il grosso problema però è la sensibilità alla ruggine, che va prevenuta con rivestimenti idonei. Tali reattori sono economicamente vantaggiosi solo se vengono utilizzati contenitori già pronti. Se è presente un serbatoio metallico di volume sufficiente, è necessario verificare la presenza di cavità sulle superfici interne ed esterne delle pareti, la qualità delle saldature, la presenza di fori e altri danni che devono essere eliminati. Queste superfici dovranno poi essere pulite e verniciate.
• I contenitori di plastica utilizzati come reattori sono morbidi e duri. I contenitori morbidi sono facili da danneggiare e difficili da isolare per l'uso tutto l'anno. I contenitori in plastica solida sono caratterizzati da una struttura stabile e non sono soggetti a corrosione, pertanto sono consigliati per l'uso per il trattamento psicofilo dei rifiuti organici.
• Negli ultimi anni i contenitori di cemento sono diventati sempre più popolari nei paesi in via di sviluppo. La tenuta al gas richiesta richiede una costruzione attenta e rivestimenti speciali, e le crepe negli angoli del reattore sono comuni, ma i grandi vantaggi sono la costruzione economica e una durata di servizio praticamente illimitata.
• La muratura è il metodo di costruzione più comunemente utilizzato per piccoli reattori in India e Cina. Si possono utilizzare solo mattoni ben cotti, blocchi di cemento o mattoni in pietra di buona qualità.

Garantire la tenuta del reattore

Quando si costruisce un impianto di biogas con un reattore in cemento, mattoni o pietra, è necessario garantire che il reattore sia a tenuta di gas e acqua. È necessario rivestire l'interno del reattore con uno strato di una sostanza che resista a temperature fino a 60°C e resistente agli acidi organici e all'idrogeno solforato.

Rivestimento in cemento con additivi. L'aggiunta di materiali impermeabili al cemento ha mostrato buoni risultati nell'impermeabilità all'acqua e ai gas. Per la tenuta ai gas è necessario aggiungere il doppio dell'impermeabilizzante. Il tempo tra l'applicazione degli strati di rivestimento non deve superare un giorno, poiché dopo un giorno è impossibile applicare un altro strato su una superficie impermeabile. La seguente ricetta è stata utilizzata in Tanzania con buoni risultati:

• Strato: mastice cemento-acqua;
• Strato: 1 cm cemento: sabbia 1 : 2,5;
• Strato: mastice cemento-acqua;
• Strato: cemento: calce: sabbia 1 : 0,25 : 2,5;
• Strato: stucco cemento-acqua con materiale impermeabile;
• Strato: cemento: calce: sabbia con impasto impermeabile e sabbia fine 1: 0,25: 2,5;
• Strato: stucco acqua-cemento con materiale impermeabile.

Tutte e sette le mani devono essere applicate entro un giorno.

Asfalto con foglio di alluminio. I rivestimenti in asfalto sono facili da applicare e rimangono flessibili nel tempo. Sulla superficie asciutta del reattore viene applicato uno strato di asfalto. Sullo strato di asfalto ancora appiccicoso vengono incollati pezzi di pellicola, sovrapposti l'uno all'altro. Successivamente viene applicato un secondo strato di asfalto.

Lo svantaggio del rivestimento in asfalto è che i componenti di tale rivestimento sono infiammabili e non può essere applicato su superfici bagnate. L'essiccazione di un reattore in cemento, mattoni o muratura richiede diverse settimane, a meno che non vengano utilizzate attrezzature speciali come una stufa portatile. Inoltre, il rivestimento di asfalto può staccarsi durante il movimento delle materie prime attraverso il reattore.

paraffina. La paraffina, diluita con cherosene al 2-5% o olio motore nuovo, viene riscaldata ad una temperatura di 100-150 ° C e applicata sulla superficie del reattore riscaldata dal bruciatore. La paraffina penetra nel rivestimento e forma uno strato protettivo profondamente penetrante. Se non hai la paraffina, puoi usare la cera delle candele.

Posizione del reattore

L'ubicazione dell'installazione dipende da diversi fattori: disponibilità di spazio libero, distanza dai locali residenziali, aree di stoccaggio dei rifiuti, ubicazione delle aree di detenzione degli animali, ecc. A seconda della profondità delle acque sotterranee, della comodità di carico e scarico delle materie prime, il reattore può avere una posizione fuori terra, parzialmente o completamente interrata.

Il reattore può essere posizionato fuori terra su una fondazione, interrato nel terreno o installato all'interno di una stanza in cui vengono tenuti animali. Il reattore deve avere un portello necessario per i lavori periodici di manutenzione e riparazione all'interno del reattore. Tra il corpo e il coperchio deve essere presente una guarnizione in gomma o uno speciale composto sigillante. Se possibile, si consiglia il posizionamento sotterraneo, poiché riduce l'investimento di capitale ed elimina l'uso di attrezzature aggiuntive per il caricamento delle materie prime. La qualità del controllo termico è notevolmente migliorata e consente inoltre di utilizzare materiali isolanti termici economici: argilla e paglia.

Materiali di isolamento termico

La maggior parte degli impianti di biogas in Kirghizistan sono stati costruiti senza fornire isolamento termico al reattore. La mancanza di isolamento termico consente all'impianto di funzionare solo durante la stagione calda, mentre quando arriva il freddo c'è il pericolo di congelamento delle materie prime nel reattore e conseguente rottura del reattore.

I materiali isolanti termici devono avere buone proprietà isolanti, essere economici e disponibili. I materiali adatti per installazioni con reattore sotterraneo o semi-sotterraneo sono paglia, argilla, scorie e letame secco. Il reattore è isolato a strati. Ad esempio, per un reattore sotterraneo, dopo aver preparato la fossa, stendere prima uno strato di film plastico per evitare il contatto dell'isolante termico con il terreno, quindi aggiungere uno strato di paglia, quindi argilla sul fondo della fossa, quindi il reattore è installato. Successivamente lo spazio rimanente tra il reattore e il terreno viene nuovamente riempito con strati di materiali isolanti fino alla sommità del reattore, dopodiché vengono aggiunte argilla e scorie dello spessore di almeno 300 mm.

Strumenti di misura

La strumentazione installata sui reattori comprende: monitoraggio del livello delle materie prime nel reattore, monitoraggio della temperatura e della pressione all'interno del reattore. Il livello delle materie prime può essere controllato tramite vari galleggianti, dispositivi elettronici, ecc. Controllo della temperatura con un comune termometro o elettronico con scala di misura da 0 s a 70 s, e della pressione con manometri.

Sistemi di carico e scarico materie prime

Il funzionamento dell'impianto di biogas in modalità di carico continuo, ottimale dal punto di vista dell'ottenimento della massima quantità di biogas e biofertilizzanti, nonché della stabilità dell'impianto, prevede il carico quotidiano delle materie prime e lo scarico della massa fermentata .

Serbatoio di alimentazione della materia prima

Il letame fresco viene solitamente raccolto in un serbatoio di alimentazione prima di essere caricato nel digestore. A seconda del tipo di installazione, la dimensione del contenitore dovrebbe essere pari al volume giornaliero o doppio di materie prime. Il contenitore viene utilizzato anche per ottenere l'omogeneità e il contenuto di umidità desiderati della materia prima, talvolta con l'uso di dispositivi di miscelazione meccanica.

Posizione del serbatoio

Posizionare il contenitore sul lato soleggiato può aiutare a preriscaldare le materie prime in modo che il processo di fermentazione possa iniziare immediatamente dopo aver caricato una nuova porzione di materie prime nel reattore. Nei casi di impianti direttamente collegati all'azienda agricola, è necessario costruire un contenitore in modo che le materie prime vi scorrano sotto l'influenza della gravità. Per motivi igienici i WC devono essere collegati direttamente al tubo di alimentazione.

Aperture di carico e scarico

Le aperture di carico e scarico conducono direttamente al reattore e si trovano, di regola, alle estremità opposte del reattore per una distribuzione uniforme delle materie prime fresche nell'intero volume del reattore e un'efficace rimozione dei fanghi lavorati. L'installazione delle aperture di carico e scarico viene eseguita prima dell'installazione del reattore sulla fondazione e dei lavori di isolamento termico.

Negli impianti con reattori interrati e caricamento manuale delle materie prime, le aperture di carico e scarico conducono nel reattore ad angolo acuto.

Per garantire la tenuta del reattore durante il carico e lo scarico, le aperture di ingresso e uscita sono posizionate ad angolo rispetto all'asse verticale in modo che l'estremità inferiore del tubo si trovi al di sotto del livello del liquido. Ciò crea una tenuta idraulica che impedisce all'aria di entrare nel reattore.

Carico e scarico manuale delle materie prime

Il metodo più semplice di carico e scarico è il metodo di troppo pieno, che consiste nel fatto che durante il caricamento del liquame fresco, il livello dei fanghi nel reattore aumenta e, attraverso un tubo di troppo pieno ad esso collegato, la stessa quantità viene scaricata in un contenitore per raccolta di biofertilizzanti.

La massa caricata può contenere particelle solide di dimensioni abbastanza grandi, ad esempio materiale da lettiera (paglia, segatura), steli di piante e corpi estranei. Per garantire che i tubi non si intasino, il loro diametro deve essere di almeno 200 - 300 cm Il tubo di carico è collegato ad una tramoggia o ad un contenitore per la preparazione preliminare delle materie prime.

Sulle tubazioni per l'alimentazione e il drenaggio delle materie prime dal reattore sono installate valvole a vite o a mezzo giro.

Carico e scarico con pompe

Le pompe diventano una parte necessaria di un sistema di biogas quando la quantità di materia prima richiede un caricamento rapido e la gravità non può essere utilizzata a causa della topografia o delle caratteristiche della materia prima. Le pompe sono necessarie per coprire il dislivello tra il livello di iniezione delle materie prime e l'impianto di biogas.

I motori delle pompe si usurano, sono costosi, consumano energia e possono rompersi. Pertanto, si consiglia di utilizzare altri metodi di caricamento delle materie prime. Se non è possibile evitare l'uso delle pompe, queste vengono installate in due modi:

Installazione a secco: la pompa viene installata insieme al tubo. La materia prima scorre liberamente verso la pompa e viene accelerata da questa.

Installazione bagnata: la pompa viene installata insieme al motore all'interno della materia prima. Il motore è racchiuso in un contenitore ermetico. Oppure la pompa funziona utilizzando l'albero di un motore esterno alla materia prima.

Carico e scarico pneumatico delle materie prime

Il modo ottimale per alimentare e miscelare le materie prime è pneumatico. Questo metodo viene utilizzato in tutte le installazioni della Fondazione Fluida dell'Associazione degli Agricoltori. Il dispositivo di caricamento pneumatico utilizza una tramoggia di alimentazione della materia prima (serbatoio di miscelazione), per la quale vengono utilizzati contenitori in acciaio da 0,5 a 1 m3, resistenti a pressioni fino a 5 kgf/cm2 e tubazioni con un diametro di almeno 100 mm con valvola. Le materie prime vengono caricate nella tramoggia e dalla tramoggia al reattore utilizzando un compressore.

I compressori a pistoni del marchio IF-56 sono utilizzati per impianti di biogas di piccole e medie dimensioni con volumi di reattore fino a 40 m3. Per impianti di grandi dimensioni con un volume del reattore pari o superiore a 50 m3, viene utilizzato un compressore FU-12, che serve contemporaneamente a pompare il biogas prodotto.

Sistemi di raccolta del biogas

Il sistema di raccolta del biogas è costituito da una tubazione di distribuzione del gas con valvole di intercettazione, un collettore di condensa, una valvola di sicurezza, un compressore, un ricevitore, un serbatoio del gas e utenze di biogas (fornelli, scaldabagni, motori a combustione interna, ecc.) Il sistema viene installato solo dopo aver installato il reattore di biogas in posizione operativa.

Il foro per l'estrazione del biogas dal reattore dovrebbe essere situato nella sua parte superiore. Dopo il raccoglitore di condensa è installata una valvola di sicurezza e un sigillo d'acqua, realizzato sotto forma di un contenitore con acqua, che garantisce il passaggio del gas in una sola direzione.

Chiusure d'acqua

Il biogas prodotto nel reattore di un impianto di biogas contiene una grande quantità di vapore acqueo, che può condensarsi sulle pareti delle tubazioni e provocarne l'intasamento. Idealmente, il sistema del gas dovrebbe essere posizionato in modo tale che l'umidità condensata possa defluire direttamente nel reattore. Se ciò non è possibile, è necessario installare delle tenute idrauliche nelle zone basse dell'impianto. Le valvole manuali dell'acqua sono facili da usare, ma se non vengono svuotate regolarmente, il sistema si bloccherà a causa del livello dell'acqua troppo alto.

gasdotto

Il sistema del gas collega l'impianto di biogas agli apparecchi a gas tramite tubi. Questo sistema deve essere sicuro, economico e fornire la quantità di gas necessaria per ciascun apparecchio. I tubi più comunemente utilizzati sono tubi in acciaio zincato o tubi in plastica. È molto importante che l'impianto del gas sia a tenuta di gas e duri per tutta la vita operativa dell'impianto di biogas.

Le tubazioni per la fornitura di biogas dall'impianto ai consumatori devono essere protette da eventuali danni. Le perdite di gas possono essere controllate applicando una soluzione di sapone ai collegamenti dei tubi. Il gasdotto deve inoltre essere dotato di una valvola di sicurezza che rilasci biogas nell'atmosfera quando la pressione sale oltre 0,5 kgf/s m2. È preferibile bruciare il biogas in eccesso in bruciatori a torcia.

tubi del gas

È importante installare correttamente il sistema di gasdotti. I requisiti per il sistema di gasdotti per il biogas non differiscono dagli standard generali. È possibile utilizzare tubi di plastica resistenti alla luce solare ultravioletta.

Tubi d'acciaio

I tubi con un diametro di 1,2 - 1,8 cm e una lunghezza inferiore a 30 metri sono adatti per impianti di biogas di piccole e medie dimensioni. Per installazioni più grandi, lunghezze di tubo maggiori e pressioni inferiori, è richiesto un dimensionamento speciale del tubo. Quando si installano i tubi del gas, è necessario prestare particolare attenzione a:

• connessioni a tenuta di gas;
• una guarnizione d'acqua nella sezione più bassa dei tubi per raccogliere l'umidità;
• protezione contro i danni meccanici.

I tubi in acciaio zincato sono un'alternativa affidabile e duratura ai tubi in plastica. Possono essere smontati e riutilizzati se necessario. Sono resistenti agli urti, ma costosi e la loro installazione è possibile solo da specialisti qualificati, quindi sono consigliati solo nei luoghi in cui non è possibile installare tubi di plastica.

Tubi di plastica

I tubi in plastica (PVC) sono economici e facili da installare, ma reagiscono alla radiazione solare e possono rompersi facilmente, quindi è consigliabile installarli sottoterra.

Diametro del tubo

Il diametro del tubo richiesto dipende dal consumo di biogas degli apparecchi a gas e dalla distanza tra il contenitore del gas e gli apparecchi che utilizzano biogas. Le lunghe distanze riducono la pressione del biogas nel tubo. Maggiore è la distanza e maggiore è il flusso di gas, maggiori saranno le perdite per attrito. Angoli e raccordi aumentano la perdita di pressione. La perdita di pressione nei tubi di plastica è inferiore rispetto ai tubi di acciaio zincato. La tabella 10 contiene i diametri dei tubi e le portate di biogas, nonché le lunghezze dei tubi per perdite di carico inferiori a 5 mbar.

Tabella 10. Diametro del tubo adatto per diverse lunghezze di tubo e diverse portate di gas

Dalla tabella risulta che per una portata di gas pari a 1,5 m3/h e lunghezze di tubazione fino a 100 metri, i più indicati sono tubi in plastica con diametro di 1,8 cm, un'altra possibilità è quella di scegliere un tubo principale con diametro di 2,4 cm e diametro 1,2 cm per tutti gli altri tubi dell'impianto.

Posizione del sistema di tubazioni

I tubi in plastica possono essere utilizzati per impianti interrati o impianti protetti dal sole e dagli urti meccanici. In tutti gli altri casi vengono utilizzati tubi in acciaio zincato. Per rimuovere il gas direttamente dall'impianto di biogas, si consiglia di utilizzare tubi in acciaio zincato.

I tubi di plastica devono essere posizionati ad almeno 25 cm sotto terra e circondati da sabbia o terra soffice. Quindi, dopo aver controllato la presenza di perdite nel sistema di tubazioni, il fossato viene accuratamente riempito con terreno ordinario. La prova di tenuta viene eseguita pompando aria nel sistema di tubazioni vuoto a 2,5 volte la pressione massima prevista del gas. Se dopo diverse ore è evidente la perdita d'aria - la pressione diminuisce, tutti i collegamenti vengono controllati versandovi sopra acqua saponata (in caso di perdite di gas, si formeranno bolle sulla superficie dei tubi).

Rubinetti e raccordi

Le valvole più affidabili sono le valvole a sfera cromate. Le valvole tipicamente utilizzate per i sistemi idrici non sono adatte per l'uso in un sistema del gas. La valvola principale del gas dovrebbe essere installata vicino al reattore. Su tutti gli apparecchi a gas devono essere installate valvole a sfera come dispositivi di sicurezza. La rubinetteria e i raccordi opportunamente selezionati e installati consentono di effettuare la riparazione e la pulizia degli apparecchi a gas senza chiudere il rubinetto principale del gas.

titolari di gas

Il metodo ottimale di accumulo del biogas dipende dagli scopi per i quali verrà utilizzato il biogas. Se la combustione diretta è fornita nei bruciatori delle caldaie e nei motori a combustione interna, non sono necessari grandi serbatoi di gas. In tali casi, i contenitori di gas vengono utilizzati per livellare le irregolarità del rilascio di gas e migliorare le condizioni per la successiva combustione.

Nei piccoli impianti di biogas, come contenitori di gas possono essere utilizzate grandi camere di automobili o trattori, ma più spesso vengono utilizzati contenitori di gas in plastica o acciaio.

Scelta della dimensione del serbatoio del gas

La dimensione del serbatoio del gas, cioè il suo volume, dipende dal livello di produzione e consumo di biogas. Idealmente, il serbatoio del gas dovrebbe essere progettato per accogliere il volume giornaliero di biogas prodotto. A seconda del tipo di contenitore del gas e della pressione che può sopportare, il volume del contenitore del gas varia da 1/5 a 1/3 del volume del reattore.

Portagas in plastica

Nei paesi sviluppati i serbatoi di gas in plastica o gomma vengono utilizzati per raccogliere il biogas in impianti combinati in cui un contenitore aperto è ricoperto di plastica e funge da reattore. Un'altra opzione è un serbatoio del gas in plastica separato.

Portagas in acciaio

I portagas in acciaio possono essere suddivisi in due tipi:

• contenitori di gas a bassa pressione, asciutti e umidi (0,01-0,05 kgf/cm2). Invece di installare tali bombole di gas, dovresti prendere in considerazione l'utilizzo di una bombola di gas in plastica, poiché le bombole di gas a bassa pressione indipendenti costano di più e sono giustificate solo nel caso di una grande distanza (almeno 50-100 m) dall'installazione a dispositivi che utilizzano biogas. Tali contenitori di gas vengono utilizzati anche per mitigare la differenza tra la produzione giornaliera di gas e l’utilizzo del gas.
• contenitori di gas a media (8-10 kgf/cm2) e alta (200 kgf/cm2) pressione. Il gas viene pompato in tali serbatoi di gas utilizzando un compressore. I contenitori di gas a media pressione vengono utilizzati in Kirghizistan negli impianti di biogas di medie e grandi dimensioni. I serbatoi di gas ad alta pressione vengono utilizzati per il rifornimento di automobili e bombole.

Strumenti di misura

Gli strumenti di controllo e misura installati sui serbatoi del gas comprendono: tenuta idraulica, valvola di sicurezza, manometro e riduttore di pressione. I serbatoi di gas in acciaio devono essere messi a terra.

Sistemi di miscelazione

Mischiare gli obiettivi

La miscelazione della massa fermentata nel reattore aumenta l'efficienza degli impianti di biogas e garantisce:

• rilascio del biogas generato;
• mescolando substrato fresco e popolazione batterica;
• prevenire la formazione di crosta e sedimenti;
• prevenire la comparsa di aree di diverse temperature all'interno del reattore;
• garantire una distribuzione uniforme della popolazione batterica;
• impedendo la formazione di vuoti e accumuli che riducono l’area di lavoro del reattore.

Fig.24. Serbatoi di gas in acciaio a media pressione nel villaggio. Petrovka. Foto: Vedeneev A.G., OF Fluid

Metodi di miscelazione

La miscelazione delle materie prime può essere effettuata nei seguenti modi principali: miscelatori meccanici, passaggio del biogas attraverso lo spessore della materia prima e pompaggio delle materie prime dalla zona superiore del reattore a quella inferiore. I corpi lavoranti dei mescolatori meccanici sono viti, pale e barre. Possono essere attivati ​​manualmente o dal motore.

agitazione meccanica

La miscelazione meccanica mediante rotori a pale viene spesso utilizzata nei reattori orizzontali in acciaio. L'asse orizzontale corre lungo l'intera lunghezza del reattore. Ad esso sono attaccate lame o tubi piegati in anelli. Quando l'asse viene ruotato, la materia prima viene miscelata, la crosta si rompe e il sedimento scorre verso l'uscita.

Fig.25. Sistemi di miscelazione materie prime per reattori verticali: a, b - agitatore meccanico; c, d - utilizzando una pompa; d - biogas e liquido; e - biogas.

Fig.26. Dispositivi per la miscelazione delle materie prime per reattori orizzontali: a - biogas; b - lame meccaniche; c - mescolatori meccanici con motori elettrici; g.- utilizzando una pompa; d - miscelatori meccanici di un motore eolico.

Gli agitatori meccanici azionati manualmente sono i più facili da produrre e da utilizzare. Sono utilizzati nei reattori di piccoli impianti con produzione di biogas insignificante. Strutturalmente, rappresentano un albero installato orizzontalmente o verticalmente all'interno del reattore parallelo all'asse centrale. All'albero sono fissate lame o altri elementi con superficie elicoidale, che garantiscono il movimento di una massa arricchita di batteri metano nella direzione dal luogo di scarico al luogo di carico. Ciò consente di aumentare la velocità di formazione del metano e ridurre il tempo di permanenza della materia prima nel reattore.

miscelazione idraulica

Utilizzando la pompa è possibile miscelare completamente le materie prime e contemporaneamente caricare e scaricare le materie prime. Tali pompe sono spesso posizionate al centro del reattore per svolgere funzioni aggiuntive.

Miscelazione pneumatica La miscelazione pneumatica mediante l'iniezione del biogas rilasciato nel reattore viene effettuata installando un sistema di tubazioni sul fondo del reattore e garantisce una miscelazione delicata delle materie prime. Il problema principale con tali sistemi è la penetrazione delle materie prime nel sistema del gas. Ciò può essere evitato installando un sistema di valvole.

La miscelazione facendo passare il biogas attraverso lo spessore della materia prima dà buoni risultati solo se la massa fermentata è fortemente liquefatta e non forma una crosta sulla superficie libera. Altrimenti, le particelle galleggianti dovrebbero essere rimosse continuamente o le particelle di grandi dimensioni dovrebbero essere separate prima di caricarle nel reattore.

Frequenza di miscelazione delle materie prime

L'agitazione può essere continua o periodica a seconda della modalità operativa del reattore. La modalità di miscelazione ottimale riduce significativamente i tempi di fermentazione delle materie prime e previene la formazione di una crosta.

Sebbene la miscelazione parziale avvenga a causa del rilascio di biogas dalla materia prima, a causa del movimento della temperatura e del movimento dovuto all'ingresso di materie prime fresche, tale miscelazione non è sufficiente.

L'agitazione dovrebbe essere eseguita regolarmente. Una miscelazione troppo rara della materia prima porterà alla separazione della massa della materia prima e alla formazione di una crosta, riducendo così l'efficienza della formazione di gas. Una materia prima ben miscelata può produrre il 50% in più di biogas.

Un'agitazione troppo frequente può danneggiare i processi di fermentazione all'interno del reattore: i batteri non hanno il tempo di "mangiare". Inoltre, ciò potrebbe comportare lo scarico di materie prime non completamente lavorate. L'ideale è mescolare delicatamente ma vigorosamente ogni 4-6 ore.

Sistemi di riscaldamento delle materie prime

Molti piccoli impianti di biogas in Kirghizistan sono stati costruiti senza sistemi di riscaldamento e senza isolamento termico. L’assenza di un sistema di riscaldamento consentirà all’impianto di funzionare solo in modalità psicofila e produrrà meno biogas e biofertilizzante rispetto alle modalità mesofila e termofila. Per garantire una maggiore produzione di biogas e biofertilizzanti, nonché una migliore disinfezione delle materie prime, vengono utilizzati due metodi di riscaldamento: riscaldamento diretto sotto forma di vapore o acqua calda miscelati con materie prime e riscaldamento indiretto attraverso uno scambiatore di calore, dove il materiale riscaldante , solitamente acqua calda, riscalda le materie prime senza mescolarsi con esse.

riscaldamento diretto

Il riscaldamento a vapore diretto presenta un grave inconveniente: l'installazione richiede un sistema di generazione di vapore, inclusa la purificazione dell'acqua dai sali e quando si utilizza il riscaldamento a vapore può verificarsi un surriscaldamento delle materie prime. Il costo elevato di un tale sistema di riscaldamento lo rende economicamente sostenibile solo se utilizzato in grandi impianti di trattamento delle acque reflue. L'aggiunta di acqua calda aumenta l'umidità del supporto e va utilizzata solo dove necessario.

riscaldamento indiretto

Il riscaldamento indiretto viene effettuato tramite scambiatori di calore posti all'interno o all'esterno del reattore, a seconda della forma del reattore, del tipo di materia prima e del metodo di funzionamento dell'impianto.

Fig.27. Dispositivo per il riscaldamento indiretto delle materie prime

Fig.28. Caldaia per il riscaldamento dell'acqua per il sistema di riscaldamento del reattore nel villaggio. Petrovka. Foto: Vedenev A.G., PF "Fluido"

Il riscaldamento a pavimento non ha dato buoni risultati, poiché i sedimenti che si accumulano sul fondo del reattore rendono difficile il riscaldamento delle materie prime. Il riscaldamento interno è una buona soluzione se lo scambiatore di calore è abbastanza resistente da non rompersi quando la materia prima si muove attraverso il reattore. Quanto maggiore è l'area dello scambiatore di calore, tanto più uniformemente viene riscaldata la materia prima e migliore procede il processo di fermentazione (vedi Fig. 26). Il riscaldamento esterno mediante uno scambiatore di calore con elementi termoconduttori sulla superficie delle pareti del reattore di un impianto di biogas è meno efficace a causa della perdita di calore dalla superficie delle pareti. D'altro canto, l'intera parete del reattore può essere utilizzata per il riscaldamento e nulla all'interno del reattore impedisce il movimento delle materie prime. Il riscaldamento intermedio della materia prima viene solitamente effettuato nella tramoggia di alimentazione e offre il vantaggio di un accesso più facile per la pulizia e la riparazione del reattore.

Impianti di riscaldamento interni ed esterni

Per ottenere la massima efficienza nella produzione di biogas, la digestione anaerobica richiede specifiche condizioni di temperatura ambientale, preferibilmente vicine al raggiungimento del processo ottimale. In Kirghizistan sono necessari un sistema di riscaldamento e l’isolamento del reattore per raggiungere la temperatura di processo desiderata e prevenire perdite di energia. Per riscaldare un reattore alla temperatura mesofila utilizzando l'elettricità, è necessaria una media di 330 W per 1 m3 di volume del reattore.

Il sistema di riscaldamento della materia prima più comune è un sistema di riscaldamento esterno con una caldaia per il riscaldamento dell'acqua alimentata a biogas, elettricità o combustibile solido. È possibile utilizzare anche scaldacqua solari. Come elementi riscaldanti vengono utilizzati scambiatori di calore sotto forma di serpentine, sezioni di radiatori e tubi saldati paralleli, dove il liquido di raffreddamento è acqua calda con una temperatura di circa 60 C. Temperature più elevate aumentano il rischio

adesione delle particelle sospese sulla superficie dello scambiatore di calore. Si consiglia di posizionare gli scambiatori di calore nell'area di influenza del dispositivo di miscelazione, il che aiuta ad evitare la deposizione di particelle solide sulla loro superficie.

Installazione impianto di riscaldamento

Quando si installa un sistema di riscaldamento, è importante fornire le condizioni necessarie per il movimento naturale del fluido in questo sistema. A tale scopo è necessario garantire la fornitura di acqua calda al punto superiore dell'impianto e il ritorno dell'acqua refrigerata al punto inferiore.

Sulle tubazioni del riscaldamento devono essere installate delle valvole per far uscire l'aria dai punti più alti e l'impianto di riscaldamento deve essere dotato di un vaso di espansione per modificare il volume dell'acqua. Per controllare la temperatura all'interno del reattore di un impianto di biogas è necessario installare un termometro.

Tipi di installazioni consigliate per l'attuazione in Kirghizistan

Tenendo conto delle condizioni climatiche e di altro tipo in Kirghizistan, si consiglia di introdurre i seguenti tipi di impianti di biogas.

Impianto biogas con caricamento manuale senza agitazione e senza riscaldamento delle materie prime nel reattore

L'impianto di biogas più semplice (Fig. 29) è destinato alle piccole aziende agricole. Il volume del reattore dell'impianto va da 1 a 10 m3, progettato per trattare 50 - 200 kg di letame al giorno. L'installazione contiene un minimo di componenti per garantire il processo di lavorazione del letame e di ottenimento di biofertilizzanti e biogas: un reattore, una tramoggia per il carico di materie prime fresche, un dispositivo per la selezione e l'utilizzo del biogas, un dispositivo per lo scarico delle materie prime fermentate.

L'impianto di biogas può essere utilizzato nelle regioni meridionali del Kirghizistan senza riscaldamento e miscelazione ed è progettato per funzionare in un intervallo di temperature psicofile compreso tra 5°C e 20°C. Il biogas prodotto viene immediatamente avviato all'utilizzo negli elettrodomestici.

La massa lavorata viene rimossa dal reattore attraverso il tubo di scarico al momento del caricamento della porzione successiva di materie prime o a causa della pressione del biogas nel reattore dell'impianto. La massa fermentata scaricata entra in un contenitore di stoccaggio temporaneo, il cui volume non deve essere inferiore al volume del reattore.

Fig.29. Schema dell'impianto di biogas più semplice con caricamento manuale senza agitazione e senza riscaldamento delle materie prime nel reattore: 1 - reattore; 2 - tramoggia di carico; 3 - portello per l'accesso al reattore; 4 - tenuta idraulica; 5 - tubo di scarico; 6 - uscita biogas.

Qualsiasi agricoltore può costruire da solo un semplice impianto di biogas. La tabella mostra le specifiche e il preventivo dei materiali che saranno necessari per la sua costruzione.

Tabella 11. Specifiche e preventivo per la realizzazione dell'impianto di biogas più semplice con caricamento manuale senza agitazione e senza riscaldamento delle materie prime

La sequenza dei lavori per la realizzazione del più semplice impianto di biogas

Quando si realizza da soli un semplice impianto di biogas, si consiglia di attenersi al seguente ordine: dopo aver determinato il volume giornaliero di letame accumulato nell'azienda agricola per la lavorazione in un impianto di biogas e selezionato il volume del reattore richiesto, è necessario selezionare la posizione del reattore e preparare i materiali per il reattore dell'impianto di biogas. Successivamente vengono installate le tubazioni di carico e scarico e viene predisposto il pozzo per l'impianto di biogas. Dopo aver installato il reattore nel pozzo, vengono installate la tramoggia di carico e l'uscita del gas, dopodiché viene installata la copertura del portello, che verrà utilizzata per la manutenzione e la riparazione del reattore. Quindi, il reattore viene controllato per verificare eventuali perdite, verniciatura e isolamento termico dell'impianto. L'impianto è pronto per essere messo in funzione!

Impianto a biogas con carico e miscelazione manuale delle materie prime.

Anche la costruzione di un impianto di biogas con caricamento manuale e miscelazione delle materie prime (Fig. 30) non richiede grandi costi finanziari.

Fig.30. Schema di un impianto di biogas con caricamento manuale e miscelazione delle materie prime: 1 - reattore; 2 - tramoggia di carico; 3 - dispositivo di miscelazione; 4 - tenuta idraulica; 5 - tubo di scarico; 6 - uscita biogas.

È destinato alle piccole aziende agricole. Il volume del reattore dell'impianto va da 1 a 10 m3, progettato per la lavorazione di S0 - 200 kg di letame al giorno. Per aumentare l'efficienza dell'impianto di biogas è stato installato un dispositivo per la miscelazione manuale delle materie prime.

Impianto di biogas con caricamento manuale, miscelazione e riscaldamento delle materie prime nel reattore

Per un processo di fermentazione più intenso e stabile è stato installato un sistema di riscaldamento del reattore (Fig. 31).

Fig.31. Schema di un impianto di biogas con caricamento manuale, miscelazione e riscaldamento delle materie prime nel reattore: 1 - caldaia per acqua calda; 2 - tramoggia di carico; 3 - dispositivo di miscelazione; 4 - reattore; 5 - sigillo d'acqua; 6 - rimozione del biogas; 1 - tramoggia di scarico, 8 - serbatoio di stoccaggio dei biofertilizzanti; 9 - tubo di scarico.

L'impianto può funzionare in modalità mesofila e termofila. Il reattore dell'impianto di biogas viene riscaldato utilizzando una caldaia ad acqua calda alimentata dal biogas prodotto.

Il resto del biogas viene utilizzato direttamente negli elettrodomestici.

Le materie prime lavorate vengono conservate in un contenitore speciale fino alla loro applicazione al terreno.

Impianto di biogas con caricamento manuale, gasometro, miscelazione pneumatica delle materie prime, con riscaldamento delle materie prime nel reattore

Una semplice installazione con caricamento manuale delle materie prime nel reattore è dotata di un dispositivo di pompaggio automatico per il biogas prodotto e di un contenitore del gas per il suo stoccaggio (Fig. 32).

Fig.32. Schema di un impianto di biogas con caricamento manuale, gasometro, miscelazione pneumatica delle materie prime, con riscaldamento delle materie prime nel reattore: 1 - caldaia ad acqua calda; 2 - tramoggia di carico; 3 - reattore; 4 - tenuta idraulica; 5 - manometro a contatto elettrico; 6 - dispositivo di miscelazione; 1 - compressore; 8 - ricevitore; 9 - bunker per lo scarico delle materie prime; 10 - scarico materie prime; 11 - stoccaggio per biofertilizzanti; 12 - serbatoio del gas; 13 - riduttore di gas.

La miscelazione delle materie prime nel reattore viene effettuata pneumaticamente utilizzando biogas.

Un tale impianto di biogas può funzionare in tutte le condizioni di temperatura di fermentazione.

Impianto di biogas con gasometro, preparazione manuale e caricamento e miscelazione pneumatica delle materie prime, con riscaldamento delle materie prime nel reattore

L'impianto (Fig. 33) è destinato ad aziende agricole di medie e grandi dimensioni con la capacità di trattare da 0,3 a 30 o più tonnellate di materie prime al giorno. I volumi del reattore vanno da S a 300 m3 e oltre.

Fig.33. Schema di un impianto di biogas aziendale con gasometro, preparazione manuale e caricamento e miscelazione pneumatica delle materie prime, con riscaldamento delle materie prime nel reattore: 1 - tramoggia di carico delle materie prime; 2 - caldaia per il riscaldamento dell'acqua; 3 - reattore; 4 - valvola di sicurezza; 5 - sigillo d'acqua; 6 - manometro a contatto elettrico; 1 - compressore; 8 - ricevitore; 9 - stoccaggio per biofertilizzanti; 10 - scarico materie prime; 11 - uscita del tubo per il caricamento nel trasporto; 12 - serbatoio del gas; 13 - riduttore di gas; 14 - dispositivo di miscelazione.

La preparazione, il caricamento e la miscelazione delle materie prime sono meccanizzati e effettuati tramite un sistema pneumatico. Il riscaldamento delle materie prime nel reattore di un impianto di biogas viene effettuato utilizzando uno scambiatore di calore con una caldaia per il riscaldamento dell'acqua alimentata a biogas. La pipeline di scarico delle materie prime ha una diramazione per la raccolta dei biofertilizzanti in deposito e per il caricamento sui veicoli per la rimozione in campo.

La progettazione di questo impianto di biogas (Fig. 32) prevede la preparazione manuale e il caricamento pneumatico delle materie prime nel reattore; parte del biogas prodotto viene utilizzato per riscaldare le materie prime nel reattore. La miscelazione avviene con biogas. Il biogas viene selezionato automaticamente. Il biogas viene immagazzinato in un serbatoio di gas. L'impianto può funzionare a qualsiasi regime di temperatura per la fermentazione delle materie prime.

Impianto biogas con gasometro, preparazione meccanica, caricamento pneumatico e miscelazione delle materie prime, con riscaldamento delle materie prime nel reattore

Caratteristica distintiva di questo impianto biogas (Fig. 34), destinato ad aziende contadine di medie e grandi dimensioni, è la presenza di un apposito serbatoio per la preparazione della materia prima, da dove viene alimentata tramite compressore alla tramoggia di carico, e poi, tramite biogas compresso, al reattore dell'impianto. Parte del biogas prodotto viene utilizzato per il funzionamento dell'impianto di riscaldamento. L'impianto è dotato di selezione automatica del biogas e di un gasometro per il suo stoccaggio. La presenza di un sistema di riscaldamento consente il funzionamento dell'impianto di biogas in tutte le modalità di fermentazione.

Fig.34. Schema di un impianto di biogas aziendale con gasometro, preparazione meccanica, caricamento pneumatico e miscelazione delle materie prime, con riscaldamento delle materie prime nel reattore: 1 - Ricevitore del letame; 2 - Caldaia per il riscaldamento dell'acqua; 3 - Tramoggia di carico; 4 - Reattore; 5 - Tenuta idraulica; 6 - Valvola di sicurezza; 1 - Manometro a contatto elettrico; 8 - Compressore; 9 - Miscelatore gas; 10 - Ricevitore; 11 - Deposito di biofertilizzanti; 12 - Uscita del tubo per il caricamento nel trasporto; 13 - Portagas; 14 - Riduttore di gas.

Tabella 12. Specifiche per attrezzature e materiali per un impianto di biogas agricolo con gasometro, preparazione meccanica, caricamento pneumatico e miscelazione delle materie prime, con riscaldamento delle materie prime nel reattore (vedere Fig. 12 e 13)

Tabella 13. Preventivo per la produzione di un impianto biogas aziendale con gasometro, preparazione meccanica, caricamento pneumatico e miscelazione delle materie prime, con riscaldamento delle materie prime nel reattore (vedi Fig. 12 e 13).

*Questa stima non include i costi di trasporto, i costi delle opere civili e le detrazioni fiscali.

Gestione degli impianti di biogas

Il funzionamento quotidiano stabile di un impianto di biogas richiede un elevato livello di disciplina da parte del personale operativo per ottenere elevati volumi di biogas e biofertilizzanti e una lunga durata dell’impianto. Molti problemi si verificano a causa di errori operativi. Spesso tali problemi possono essere minimizzati:

• scegliere un progetto di installazione semplice adattato alle condizioni climatiche locali e alle materie prime disponibili;
• utilizzo di materiali e dispositivi di alta qualità;
• buona formazione del personale e consulenza da parte di professionisti sul funzionamento dell'impianto.

Preparazione per il lancio

La fase di preparazione comprende il controllo della tenuta del reattore e del sistema del gas. Per fare ciò, un manometro dell'acqua è collegato al sistema del gas, tutti i rubinetti sono chiusi in modo che la pressione dell'aria in eccesso nel reattore possa essere misurata con un manometro.

Per fare ciò, il reattore viene riempito con acqua fino al livello operativo. L'aria in eccesso verrà espulsa attraverso la valvola di sicurezza. Successivamente, registrare le letture del manometro e lasciare il reattore pieno d'acqua per un giorno. Se dopo XNUMX ore la lettura del manometro non è cambiata o è cambiata leggermente, allora possiamo presumere che il sistema del gas e il reattore abbiano una tenuta sufficiente. Se si verifica una perdita di pressione nel reattore e nel sistema del gas, è necessario trovare ed eliminare la perdita.

I lavori per l'avvio di un impianto di biogas possono iniziare solo quando l'impianto nel suo insieme e i suoi elementi risultano idonei al funzionamento e soddisfano i requisiti per un funzionamento sicuro.

Fase di messa in servizio

La carica iniziale di un nuovo impianto di biogas dovrebbe, se possibile, consistere in materie prime di scarto di un altro impianto (circa il 10%) o letame fresco di bestiame, poiché il funzionamento di successo richiede ceppi di microrganismi produttori di metano, un gran numero dei quali si trovano nei bovini freschi. letame.

L'età e la quantità della porzione iniziale delle materie prime hanno una forte influenza sull'intero decorso della fermentazione. Si consiglia di assicurarsi che vi sia una quantità sufficiente di materie prime prima del completamento dell'installazione. Quando si carica per la prima volta, è possibile diluire una quantità insufficiente di materia prima con più acqua del solito per riempire il reattore fino a 2/3 del volume.

Tipi di materie prime

A seconda del tipo di materia prima utilizzata, potrebbero essere necessari da alcuni giorni a diverse settimane affinché l'impianto di biogas raggiunga un livello di funzionamento stabile. Dopo aver diluito la materia prima fino ad ottenere una massa omogenea dell'umidità richiesta, questa viene caricata nel reattore, che viene riempito per non più di 2/3 del volume interno. Il volume rimanente del reattore viene utilizzato per accumulare biogas.

La materia prima caricata nel reattore non deve essere fredda: la sua temperatura dovrebbe essere vicina alla temperatura di fermentazione ottimale selezionata.

Ottimizzazione della messa in servizio

Per ottimizzare il processo di fermentazione si possono utilizzare alcuni metodi di partenza ben noti:

• introduzione nel reattore di starter attivo da un reattore normalmente funzionante;
• aggiunta di reagenti come calce, anidride carbonica, alcali e altri;
• riempire il reattore con acqua calda e aggiungere gradualmente letame;
• riempimento del reattore con letame fresco;
• riempimento del reattore con gas caldi e caricamento graduale di letame.

Per garantire una crescita sostenibile dei microrganismi durante il periodo di avvio, il riscaldamento della materia prima caricata dovrebbe aumentare gradualmente, non più di 2°C al giorno, raggiungendo i 35-37°C. Durante il processo di riscaldamento è necessario garantire una miscelazione intensiva della materia prima. Dopo 7-8 giorni inizia la vita attiva dei microrganismi nel reattore e inizia il rilascio di biogas.

Caratteristiche della fase di commissioning

Il periodo di messa in esercizio di un impianto di biogas è chiamato periodo di messa in servizio ed è caratterizzato da:

• biogas di bassa qualità contenente circa il 60% di anidride carbonica;
• forte odore di biogas;
• pH in calo;
• rilascio intermittente di gas.

Stabilizzazione del processo

Il passaggio alla modalità operativa avviene più rapidamente se le materie prime vengono miscelate frequentemente e intensamente. Se durante il processo di messa in servizio la stabilizzazione del processo di fermentazione viene ritardata, è necessario aggiungere una piccola quantità di letame bovino al reattore per ripristinare l'equilibrio del pH. Subito dopo che il processo di fermentazione si è stabilizzato, un grande volume di materia prima non fermentata produrrà una grande quantità di biogas. Una volta che il livello di biogas prodotto è sceso al livello previsto, può iniziare il caricamento regolare delle materie prime.

Preparazione del serbatoio del gas

Il serbatoio del gas può essere preparato per il riempimento con gas come parte di un modulo solo dopo l'accettazione e il collaudo in conformità con le specifiche tecniche e dopo l'ispezione da parte delle autorità Gosgortekhnadzor.

Per evitare la formazione di una miscela esplosiva, prima di riempire di gas il serbatoio del gas, è necessario che l'aria venga allontanata dall'intero impianto, comprese le tubazioni del gas. L'aria viene sostituita dall'acqua, seguita dallo spostamento dell'acqua da parte di gas sotto pressione o gas non infiammabili. Lo spostamento d'aria è considerato completo se il contenuto di ossigeno nel campione di gas prelevato dal serbatoio del gas non supera il 5%.

Un'ispezione esterna dovrebbe verificare lo stato degli strumenti di controllo e misurazione inclusi nel serbatoio del gas (valvole di ritegno e di sicurezza, manometro, riduttore di pressione). L'affidabilità della messa a terra e della protezione contro i fulmini del serbatoio del gas viene verificata utilizzando un misuratore di messa a terra. La resistenza di terra non deve superare i 4 ohm.

Qualità del gas

Quando l'impianto di biogas raggiunge la modalità operativa, la qualità del biogas sarà bassa. Per questo motivo, ed anche per evitare una situazione esplosiva legata all'ossigeno residuo contenuto nei serbatoi del gas, i primi due volumi giornalieri di biogas devono essere immessi nell'aria. Una volta che il biogas diventa infiammabile, può essere utilizzato per gli scopi previsti.

Operazioni giornaliere

Dosaggio di materie prime

Per il funzionamento ottimale degli impianti di biogas, la dose giornaliera di letame fresco e la frequenza della sua applicazione sono di grande importanza. La dose di carico non è un valore costante e dipende dal tipo di materia prima, dalla temperatura di fermentazione e dalla concentrazione di sostanza secca nella materia prima.

A piccole dosi di carico giornaliero di materie prime, non superiori all'1-5% del volume del reattore al giorno, viene rilasciato meno biogas rispetto a grandi dosi del 10-20%. Tuttavia, con grandi dosi di carico giornaliero, il contenuto di metano nel biogas si riduce e il contenuto di anidride carbonica aumenta.

La dose di carico giornaliera ottimale per impianti con temperature di fermentazione mesofila in termini di qualità del biogas può essere considerata pari al 6-10% del volume totale delle materie prime caricate con una durata di fermentazione di 10-20 giorni. La dose di carico ottimale per la modalità termofila può essere considerata 1S-2S7 con una durata di fermentazione da 4 a 8 giorni. Quando si utilizza la modalità di fermentazione psicofila, si consiglia di caricare non più del 2% quando si aggiungono quotidianamente nuove materie prime. Se viene utilizzato il metodo di caricamento batch, il reattore viene caricato immediatamente a 2/3 e le materie prime vengono lavorate senza aggiungere letame fresco per 40 giorni o più.

Caricamento e frequenza di miscelazione

La dose giornaliera non deve essere introdotta nel reattore tutta, ma gradualmente in porzioni uguali ad intervalli regolari 4-6 volte al giorno. Dopo aver caricato la porzione successiva, si consiglia di mescolare le materie prime. Lo stato e il funzionamento dei dispositivi di miscelazione devono essere controllati quotidianamente.

Controllo del processo di fermentazione dal colore della massa fermentata

Il modo in cui procede il processo di fermentazione delle materie prime nel reattore può essere giudicato dall'intensità del rilascio di biogas, nonché dal colore della massa fermentata all'uscita del reattore.

L'assenza di biogas o la sua debole formazione indica una bassa attività microbica e può essere rilevata dal colore grigio della massa fermentata. La ragione di ciò può anche essere la carenza di microrganismi, che porta all'attenuazione del processo di fermentazione, la cui ripresa richiede l'introduzione di soluzioni nutritive con una buona concentrazione di microrganismi e, quindi, con il potenziale per una buona formazione di gas.

Con un eccesso di nutrienti si possono formare acidi e l'attività dei microrganismi può diminuire. In questo caso, il colore della materia prima fermentata diventa nero e sulla sua superficie può formarsi una pellicola bianca. Gli acidi possono essere neutralizzati introducendo cenere vegetale o acqua di calce.

Se la massa fermentata ha un colore marrone scuro e sulla sua superficie si forma della schiuma, allora possiamo supporre che sia in corso un normale processo di fermentazione.

Controllo del livello delle materie prime

Un problema particolare nei piccoli impianti è l'ostruzione delle aperture del reattore. Ciò può portare a una pressione eccessiva all'interno del reattore e al blocco del tubo del gas. Per evitare ciò è necessario controllare quotidianamente il livello delle materie prime e lo stato dei fori di installazione.

Transazioni settimanali e mensili

• Controllo delle chiuse dell'acqua;
• Aggiornamento filtri gas;
• Pulizia della cupola in installazioni a cupola flottante;
• Controllare la porosità dei tubi flessibili e dei tubi.

Operazioni annuali

• Rimozione della crosta sulla superficie della materia prima e dei sedimenti dal fondo del reattore di installazione;
• L'intera installazione e il sistema del gas devono essere controllati per perdite e pressione.

prevenzione degli infortuni

Quando si gestisce un impianto di biogas, prestare attenzione a quanto segue:

• L'inalazione di biogas in grandi quantità per un lungo periodo di tempo può causare avvelenamento, poiché l'idrogeno solforato, il metano e l'anidride carbonica contenuti nel biogas sono velenosi. Il biogas non trattato odora di uova marce, ma dopo la purificazione non ha odore. Pertanto, tutti i locali in cui sono presenti elettrodomestici che utilizzano biogas devono essere regolarmente ventilati. I tubi del gas devono essere regolarmente controllati per individuare eventuali perdite e protetti da eventuali danni. Il rilevamento delle perdite di gas deve essere effettuato utilizzando un'emulsione di sapone o dispositivi speciali. È vietato l’uso di fiamme libere per individuare fughe di gas.
• Il biogas miscelato con aria in una proporzione dal 5% al ​​15% in presenza di una fonte di accensione con una temperatura pari o superiore a 600°C può provocare un'esplosione. Il fuoco aperto è pericoloso quando la concentrazione di biogas nell'aria supera il 12%. Pertanto è vietato fumare ed accendere fuochi in prossimità dell'impianto. Quando si eseguono lavori di saldatura, la distanza dalle apparecchiature a gas deve essere di almeno 10 metri. Dopo aver scaricato le materie prime dagli impianti di biogas per le riparazioni, il reattore deve essere ventilato, poiché esiste il rischio di esplosione della miscela di biogas e aria.
• La pressione del gas fornito attraverso il gasdotto fino al punto di consumo non deve superare 0,15 MPa (1,5 kgf/cm2) e davanti agli elettrodomestici non deve superare 0,13 kgf/cm2. Il reattore deve essere dotato di valvole e tenute idrauliche che, se necessario, potrebbero scollegarlo dalla tubazione principale del biogas. Il reattore deve avere una valvola di rilascio automatico per la pressione in eccesso nel sistema del gas se supera il normale.
• L'attrezzatura elettrica utilizzata deve essere collegata a terra. La resistenza del filo di terra non deve essere superiore a 4,0 ohm.
• Le principali fonti di pericolo sanitario sono la presenza di uova di elminti, batteri Escherichia coli e altra microflora patogena nel liquame e negli scarichi del letame. Pertanto, è necessario prendere precauzioni per prevenire l’infezione. Pertanto, non è consigliabile consumare cibo nei locali dell'azienda agricola e vicino agli impianti di biogas.
• Il reattore e l'impianto di stoccaggio dei biofertilizzanti devono essere costruiti in modo da evitare il pericolo di caduta di persone all'interno.

Requisiti di Gosgortekhnadzor

La progettazione, il funzionamento e la manutenzione degli impianti di biogas devono essere conformi ai requisiti delle "Regole per la progettazione e il funzionamento sicuro dei recipienti a pressione" della Supervisione tecnica e mineraria statale della Repubblica del Kirghizistan, se gli impianti di biogas includono:

• navi che operano con una pressione del gas superiore a 0,07 MPa (0,7 kgf/cm2).
• bombole destinate al trasporto e allo stoccaggio di gas compressi sotto pressione superiore) 0,07 MPa (0,7 kgf/cm2).
• serbatoi e fusti per il trasporto e lo stoccaggio di gas compressi, la cui pressione di vapore a temperature fino a S0°C supera la pressione di oltre 0,07 MPa (0,7 kgf/cm2).

Le persone di almeno 18 anni che hanno il permesso dell'Autorità statale di supervisione tecnica e mineraria della Repubblica del Kirghizistan sotto forma di un certificato standard per il diritto di servire impianti di biogas e svolgere lavori pericolosi per il gas possono essere autorizzate a servire impianti di biogas e svolgere lavori pericolosi legati al gas.

Manutenzione, monitoraggio e riparazione

La manutenzione di un impianto di biogas consiste nei lavori necessari per il funzionamento efficiente e a lungo termine dell'impianto e le riparazioni vengono eseguite in caso di guasti dell'impianto di biogas.

Manutenzione giornaliera

Tabella 14 Manutenzione giornaliera

Manutenzione mensile

• Pulire e controllare il funzionamento degli elettrodomestici a gas;
• Lubrificare le parti mobili;
• Effettuare il servizio di manutenzione dei motori;
• Eseguire la manutenzione delle valvole di pressione;
• Effettuare la manutenzione del sistema di agitazione.

Tabella 15. Controllo del rinforzo

Servizio annuale

• Revisione completa del reattore e dell'intero impianto;
• Controllare la presenza di ruggine sulle parti metalliche dell'impianto, rinnovare il rivestimento protettivo;
• Controllare eventuali perdite nei tubi del gas sotto pressione. Le perdite di gas sono spesso impercettibili durante il funzionamento dell'impianto poiché vengono compensate dal volume di biogas prodotto.

Monitoraggio

Il monitoraggio prevede la raccolta di dati sul funzionamento dell'impianto per:

• identificare i problemi sul lavoro;
• determinare la reale redditività economica e il ritorno dell'impianto;
• confronto di diverse tipologie di materie prime e metodi di lavoro al fine di ottimizzare.

Dovranno essere raccolti i seguenti dati:

• Quantità e tipo di materie prime, proporzione di acqua per la diluizione delle materie prime;
• Temperatura delle materie prime nelle diverse fasi del processo di lavorazione. Con la raccolta regolare dei dati è facile identificare i problemi nel sistema di riscaldamento;
• Produzione di biogas: le misurazioni vengono effettuate con un contatore del gas situato tra il contenitore del gas e il reattore (produzione di biogas) o tra il dispositivo e il contenitore del gas (uso di biogas). Negli impianti semplici, la produzione di gas può essere misurata durante i periodi di assenza di consumo di gas. I cambiamenti nella produzione di gas e la velocità di tali misurazioni consentono una determinazione più accurata della causa del problema;
• Produzione di energia elettrica e calore in grandi impianti;
• Bilancio acido-base (mensile);
• Quantità giornaliera caricata di materie prime;
• La quantità di idrogeno solforato nel biogas (mensile);
• Analisi dell'effetto fertilizzante del biofertilizzante (annuale o stagionale) per determinare la quantità ottimale di fertilizzante da applicare ai campi.
• Registrazione dei guasti e delle loro cause. Tali registrazioni consentono di confrontare e determinare più facilmente le cause dei guasti.

Riparazione

I guasti che possono verificarsi in un impianto di biogas in funzione sono descritti nella tabella seguente. La causa più comune di preoccupazione è il calo della produzione di biogas.

Tabella 16. Cause comuni di guasti e loro eliminazione

Gli interventi di riparazione vengono eseguiti sia in caso di guasti che durante il normale funzionamento degli impianti. Le riparazioni oltre quelle sopra indicate devono essere eseguite da specialisti, poiché il proprietario dell'impianto solitamente non ha una formazione tecnica. In ogni caso, un controllo annuale dell'installazione dovrebbe essere effettuato da tecnici addestrati.

Documentazione

Per garantire il normale funzionamento, manutenzione e riparazione, la struttura deve disporre della seguente documentazione:

1. Schemi schematici di installazione degli impianti gas ed elettrici, schema di layout;
2. Passaporti di produttori per recipienti a pressione;
3. Piani e programmi di manutenzione e riparazione di componenti e dispositivi;
4. Registri per la registrazione del funzionamento degli impianti e delle istruzioni di sicurezza e per testare la conoscenza del personale operativo "Norme di sicurezza nell'industria del gas".

Autori: Vedenev A.G., Vedeneva T.A.

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