Planta de biogás: reciclar residuos orgánicos de forma rentable

El contenido del artículo

• Cómo se obtiene el biogás
• ¿Qué materias primas son adecuadas para la producción?
• Construcción de biorreactores
• Eliminación y enriquecimiento de gases
• Uso de biogás: especificidad y equipamiento

El aumento de los precios de la energía está obligando a buscar opciones alternativas de calefacción. Se pueden lograr buenos resultados mediante la autoproducción de biogás a partir de materias primas orgánicas disponibles. En este artículo hablaremos sobre el ciclo de producción, el dispositivo biorreactor y los equipos relacionados..

Sujeto a las reglas básicas de funcionamiento, el reactor de gas es completamente seguro y capaz de proporcionar combustible y electricidad incluso a una casa pequeña, incluso a todo un complejo agroindustrial. El resultado del trabajo del biorreactor no es solo gas, sino también uno de los tipos de fertilizantes más valiosos, el componente principal del humus natural..

Cómo se obtiene el biogás

Para la obtención de biogás, las materias primas orgánicas se colocan en condiciones favorables para el desarrollo de varios tipos de bacterias, que emiten metano durante su actividad vital. La biomasa pasa por tres ciclos de transformación, y en cada etapa participan diferentes cepas de organismos anaeróbicos. No se requiere oxígeno para sus funciones vitales, pero la composición de la materia prima y su consistencia, así como la temperatura y presión interna, son de gran importancia. Las condiciones con una temperatura de 40 a 60 ° C a una presión de hasta 0,05 atm se consideran óptimas. La materia prima cargada comienza a producir gas después de una activación prolongada, que tarda de varias semanas a seis meses..

El comienzo de la liberación de gas en el volumen calculado indica que las colonias bacterianas ya son bastante numerosas, por lo tanto, después de 1-2 semanas, se dosifica materia prima fresca en el reactor, que se activa casi de inmediato y entra en el ciclo de producción..

Para mantener las condiciones óptimas, las materias primas se mezclan periódicamente, parte del calor del calentamiento de gas se utiliza para mantener la temperatura. El gas resultante contiene de 30 a 80% de metano, 15 a 50% de dióxido de carbono, pequeñas impurezas de nitrógeno, hidrógeno y sulfuro de hidrógeno. Para su uso en el hogar, el gas se enriquece al eliminar el dióxido de carbono, después de lo cual el combustible se puede usar en una amplia gama de equipos de energía: desde motores de centrales eléctricas hasta calderas de calefacción..

¿Qué materias primas son adecuadas para la producción?

Contrariamente a la creencia popular, el estiércol no es la mejor materia prima para la producción de biogás. La producción de combustible de una tonelada de estiércol limpio es de solo 50-70 m³ con una concentración de 28-30%. Sin embargo, es en los desechos animales donde se encuentra la mayoría de las bacterias necesarias para iniciar rápidamente y mantener un funcionamiento eficiente del reactor..

Por esta razón, el estiércol se mezcla con desechos de cultivos y alimentos en una proporción de 1: 3. Los siguientes se utilizan como materias primas vegetales:

Materias primas	Salida de 1 tonelada de materias primas	Concentración СН4
Ensilaje de tallos y mazorcas de maíz	400 metros3	50-56%
Ensilaje de pasto y grano	200-230 m3	49-54%
Patatas forrajeras, remolacha, cereales	500-600 m3	50-65%
Residuos de panaderías e industria alimentaria (soja, avena)	700-750 m3	55-58%
Aceites vegetales, grasas, glicerina	8500-1200 m3	65-68%

Las materias primas no se pueden verter simplemente en el reactor, se necesita cierta preparación. El sustrato original se tritura a una fracción de 0,4 a 0,7 mm y se diluye con agua en una cantidad de aproximadamente el 25 al 30% del peso seco. En grandes volúmenes, la mezcla requiere una mezcla más completa en dispositivos homogeneizadores, después de lo cual está lista para cargarse en el reactor..

Construcción de biorreactores

Los requisitos de las condiciones para la colocación del reactor son los mismos que para un tanque séptico pasivo. La parte principal del biorreactor es el digestor, un recipiente en el que tiene lugar todo el proceso de fermentación. Para reducir el costo de calentamiento de la masa, el reactor se excava en el suelo. Por lo tanto, la temperatura del medio no desciende por debajo de los 12-16 ° C y el flujo de calor que se forma durante la reacción sigue siendo mínimo..

Esquema de la planta de biogás: 1 – búnker de carga de materia prima; 2 – biogás; 3 – biomasa; 4 – compensador de tanque; 5 – trampilla para extracción de residuos; 6 – válvula de alivio de presión; 7 – tubo de gas; 8 – sello de agua; 9 – a los consumidores

Para digestores de hasta 3 m³ está permitido utilizar recipientes de nailon. Dado que el grosor y el material de sus paredes no interfieren con la salida de calor, los contenedores se cubren con capas de poliestireno expandido o lana mineral resistente a la humedad. El fondo de la fosa se hormigona con una solera de 7-10 cm con refuerzo para evitar que el reactor salga del suelo..

El material más adecuado para la construcción de grandes reactores es el hormigón arcilloso reforzado. Tiene suficiente resistencia, baja conductividad térmica y una larga vida útil. Antes de verter las paredes de la cámara, es necesario montar un tubo inclinado para suministrar la mezcla al reactor. Su diámetro es de 200-350 mm, el extremo inferior debe estar a 20-30 cm de la parte inferior.

En la parte superior del digestor hay un recipiente de gas, una cúpula o estructura cónica que concentra el gas en el punto superior. El depósito de gas puede ser de chapa, sin embargo, en instalaciones pequeñas, el arco se realiza con mampostería, y luego se tapiza con malla de acero y se enyesa. Al construir un tanque de gas, es necesario proporcionar en su parte superior un paso sellado de dos tuberías: para la entrada de gas y la instalación de una válvula de alivio de presión. Se coloca otra tubería con un diámetro de 50-70 mm para bombear la masa gastada.

La vasija del reactor debe estar sellada y soportar una presión de 0,1 atm. Para hacer esto, la superficie interna del digestor se cubre con una capa continua de impermeabilización bituminosa recubierta, y se monta una trampilla sellada en la parte superior del tanque de gas..

Eliminación y enriquecimiento de gases

Desde debajo de la cúpula del gasificador, el gas se desvía a través de una tubería hacia un recipiente con un sello de agua. El grosor de la capa de agua sobre la salida del tubo determina la presión de funcionamiento en el reactor y suele ser de 250 a 400 mm..

Después del sello de agua, el gas se puede utilizar en equipos de calefacción y para cocinar. Sin embargo, los motores de combustión interna requieren un mayor contenido de metano para funcionar, por lo que el gas se enriquece.

La primera etapa del enriquecimiento consiste en reducir la concentración de dióxido de carbono en el gas. Para esto, puede utilizar equipos especiales que funcionen según el principio de absorción química o en membranas semipermeables. En casa, el enriquecimiento también es posible haciendo pasar gas a través de la columna de agua, en la que se disuelve hasta la mitad del CO₂. El gas se pulveriza en pequeñas burbujas a través de aireadores tubulares, el agua carbonatada debe eliminarse periódicamente y pulverizarse en condiciones atmosféricas normales. En complejos de cultivo de plantas, dicha agua se usa con éxito en sistemas hidropónicos..

En la segunda etapa de enriquecimiento, se reduce el contenido de humedad del gas. Esta característica se encuentra en la mayoría de los equipos de vendaje fabricados en fábrica. Los desecantes caseros parecen un tubo en Z lleno de gel de sílice.

Uso de biogás: especificidad y equipamiento

La mayoría de los modelos modernos de equipos de calefacción están diseñados para funcionar con biogás. Las calderas obsoletas se pueden reequipar con relativa facilidad reemplazando el quemador y el dispositivo de preparación de aire y gas.

Para obtener gas a presión de funcionamiento, se utiliza un compresor alternativo convencional con un receptor, configurado para funcionar a una presión de 1,2 veces la presión de diseño. La presión se normaliza mediante un regulador de gas, que ayuda a evitar caídas y a mantener una llama uniforme..

El rendimiento del biorreactor debe ser al menos un 50% superior al consumo. No se genera un exceso de gas en la producción: cuando la presión excede 0.05-0.065 atm, la reacción se ralentiza casi por completo y se restablece solo después de que se bombea parte del gas..