Usinas de biogás. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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Tipos comuns de usinas de biogás

Os tipos de usinas de biogás comuns no mundo são classificados de acordo com os métodos de carregamento de matérias-primas, métodos de coleta de biogás, materiais utilizados para sua construção, utilização de dispositivos adicionais, localização horizontal ou vertical do reator, subterrâneo ou acima- projeto terrestre.

Métodos de download

Com base no método de carregamento de matérias-primas, dois tipos diferentes de usinas de biogás podem ser distinguidos:

• As plantas de carregamento em lote são totalmente carregadas com matéria-prima e completamente esvaziadas após um determinado tempo de processamento. Instalações de qualquer projeto e qualquer tipo de matéria-prima são adequadas para este tipo de carregamento, mas tais instalações são caracterizadas pela produção instável de biogás.
• As plantas de alimentação contínua são carregadas diariamente com pequenas porções de matéria-prima. Ao carregar novas matérias-primas, uma porção igual de lodo processado é descarregada. As matérias-primas processadas nessas instalações devem ser líquidas e homogêneas. A produção de gás é estável e excede quantitativamente o volume de biogás produzido em usinas descontínuas. Quase todas as instalações actualmente utilizadas nos países desenvolvidos funcionam como instalações de carregamento contínuo.

Métodos de coleta de biogás

A aparência das usinas de biogás depende do método de coleta de biogás escolhido.

Figura 11. Instalação de cilindro no Sri Lanka. Fonte: Guia de Referência da SNV sobre Mudanças Climáticas e Energia Rural, 2004

Figura 12. Instalação tipo duto. Fonte: "Biomass Energy Systems", ACRE, CRS australiano para Energia Renovável Ltd, wwwphys.murdoch.edu.au/acre/

As instalações de cilindro são um saco de plástico ou borracha resistente ao calor (cilindro) no qual um reator e um reservatório de gás são combinados. Tubos para carga e descarga de matéria-prima são fixados diretamente no plástico do reator. A pressão do gás é alcançada devido à extensibilidade da bolsa e à carga adicional que repousa sobre a bolsa. As vantagens de tal instalação são baixo custo, facilidade de movimentação, simplicidade de projeto, alta temperatura de fermentação para modo psicofílico, facilidade de limpeza do reator, carregamento e descarregamento de matéria-prima. As desvantagens de tal instalação são um curto período de operação (2-5 anos), alta suscetibilidade a influências externas e baixa possibilidade de criação de empregos adicionais.

Figura 13. Instalação de cúpula fixa Fonte: AT Informações: Biogás, projeto GTZ Serviço de Informação e Consultoria sobre Tecnologia Apropriada (ISAT), Eshborn, Deutschland, 1996

Uma variante das instalações em balão são as instalações do tipo canal, geralmente cobertas com plástico e protegidas da luz solar direta. Essas plantas são frequentemente utilizadas em países desenvolvidos, especialmente para tratamento de águas residuais. Unidades com capota flexível podem ser recomendadas para uso quando há pouca chance de danos ao invólucro de borracha do reator e quando a temperatura ambiente é suficientemente alta.

As plantas de cúpula fixa consistem em um reator fechado em forma de cúpula e um tanque de descarga, também conhecido como tanque de compensação. O gás se acumula na parte superior do reator - a cúpula. Quando a próxima porção de matéria-prima é carregada, a matéria-prima processada é empurrada para o tanque de compensação. Com o aumento da pressão do gás, o nível de matérias-primas processadas no tanque de compensação aumenta.

As instalações de cúpula fixa chinesas são o tipo mais comum de todas essas instalações. Mais de 12 milhões dessas unidades foram construídas e estão operando na China.

O uso de gás em eletrodomésticos é complicado pelas mudanças na pressão do gás. Queimadores e outros aparelhos são quase impossíveis de ajustar para um desempenho ideal. Se for necessária uma pressão de gás constante, recomenda-se instalar um regulador de pressão no reator ou selecionar um projeto de instalação diferente.

Os reatores em plantas de cúpula fixa são normalmente tanques de tijolo ou concreto. Tais instalações são cobertas com terra até o topo, preenchidas com gás para conter a pressão interna (até 0,15 bar). Por razões económicas, o tamanho mínimo recomendado do reactor é de 5 m3. Tais instalações são conhecidas com volumes de reatores de até 200 m3.

O reservatório de gás é a parte superior da instalação com uma cúpula fixa (local de coleta do gás), que deve ser vedada. A alvenaria e o concreto não são herméticos, portanto esta parte da instalação deve ser coberta com uma camada de substância que não permita a passagem de gases (látex, tintas sintéticas). Uma oportunidade para reduzir o risco de rachaduras no tanque de gás é construir um anel fraco na alvenaria do reator. Tal anel é uma conexão elástica entre a parte inferior (à prova d'água) e a parte superior (à prova de gás) da estrutura hemisférica da instalação. Evita que fissuras que aparecem devido à pressão hidrostática nas partes inferiores do reator se movam para a parte superior do tanque de gás.

Figura 14. Instalação com cúpula flutuante na vila de Sadovoye, distrito de Litinsky, região de Vinnytsia, Ucrânia Fonte: SFG "TERRA" is.svitonline.com/teppa/

Figura 15. Padrão indiano para construção de usina de cúpula flutuante Fonte: AT Informações: Biogás, projeto GTZ Serviço de Informação e Consultoria sobre Tecnologia Apropriada (ISAT), Eshborn, Deutschland, 1996

As usinas de cúpula flutuante geralmente consistem em um reator subterrâneo e um tanque de gás móvel. O reservatório de gás flutua diretamente nas matérias-primas ou em uma bolsa de água especial. O gás se acumula em um reservatório de gás, que sobe ou desce dependendo da pressão do gás. O reservatório de gás é sustentado por uma estrutura especial para evitar que tombe. Se o reservatório de gás flutuar em uma bolsa de água especial, ele estará protegido contra emborcamento.

As vantagens deste projeto são a facilidade das operações diárias, a facilidade de determinar o volume de gás pela altura que o tanque de gás subiu. A pressão do gás é constante e é determinada pelo peso do tanque de gás. A construção de uma planta de cúpula flutuante não é difícil e erros no projeto geralmente não levam a grandes problemas na obtenção de gás. As desvantagens deste projeto são o alto custo do reator de aço e a alta sensibilidade do ferro à corrosão. Portanto, as unidades de cúpula flutuante têm uma vida útil mais curta do que as unidades superiores fixas.

No passado, as fábricas de cúpula flutuante eram construídas principalmente na Índia. Tais instalações consistem em um reator cilíndrico ou em forma de cúpula de tijolo ou concreto e um reservatório de gás flutuante.

O gasômetro flutua em uma bolsa especial de água ou diretamente na matéria-prima e possui uma moldura interna ou externa que proporciona estabilidade e mantém o gasômetro na posição vertical. Ao produzir biogás, o reservatório de gás flutua mais alto; quando é utilizado gás, ele desce. Essas instalações são utilizadas principalmente para o processamento de estrume, resíduos orgânicos e fezes em modo contínuo, ou seja, downloads diários. Na maioria das vezes são construídos em explorações agrícolas de média dimensão (reator: 5-15 m3) ou em grandes complexos agroindustriais (reator: 20100 m3).

Instalações horizontais e verticais

A escolha do local de instalação do reator depende do método de carregamento e da disponibilidade de território livre na fazenda. As instalações horizontais são escolhidas para um método contínuo de carregamento de matérias-primas e quando há espaço suficiente. As instalações verticais são mais adequadas para carregamento em lote de matéria-prima e são utilizadas, se necessário, para reduzir o espaço ocupado pelo reator.

Instalações subterrâneas e de superfície

Na escolha do local de instalação, a topografia deve ser levada em consideração e utilizada para otimizar o funcionamento da instalação. Por exemplo, é muito conveniente colocar a instalação num declive para que o orifício de carregamento seja suficientemente baixo; as matérias-primas no reactor movem-se devido a uma ligeira inclinação para o orifício de descarga, que estaria a uma altura baixa para facilitar o carregamento. em veículos.

Outro fator que deve ser levado em consideração na escolha de uma instalação é o melhor isolamento térmico das instalações subterrâneas, incluindo a fraca influência das mudanças diárias de temperatura no processo de fermentação das matérias-primas, uma vez que a temperatura do solo em profundidade superior a 1 medidor praticamente não muda.

Reatores de metal, concreto e tijolo

As instalações podem ser diferenciadas pelos materiais com os quais o reator é feito. Os reatores de concreto são geralmente construídos no subsolo. O reator de concreto tem formato cilíndrico e pequenas unidades (até 6 m3) podem ser fabricadas em esteira transportadora. São necessárias medidas especiais para vedar o reator. Vantagens: Baixos custos de construção e materiais, possibilidade de produção em série. Desvantagens: Grande volume de consumo de concreto de boa qualidade, necessidade de construtores qualificados e grande quantidade de telas metálicas, relativa novidade no projeto, necessidade de medidas especiais para garantir a estanqueidade do tanque de gás.

Fig.16. Usina de biogás localizada em uma encosta

Figura 17. Construção de um reator de tijolos em Cuba. Fonte: V. Nekrasov “Conversão anaeróbica microbiológica de biomassa”, não publicado, 2002

Os reatores de tijolo são construídos para instalações subterrâneas com reservatório de gás fixo ou flutuante e possuem formato redondo. Vantagens: Baixo investimento inicial e longa vida útil, sem peças móveis ou enferrujadas, o design é compacto, economiza espaço e bem isolado, a construção cria empregos locais. A localização subterrânea permite reduzir a área ocupada pela instalação e protege o reator de mudanças bruscas de temperatura. Desvantagens: Um reservatório de gás de tijolo requer revestimentos especiais para garantir a estanqueidade e alto acabamento, ocorrem frequentemente vazamentos de gás, o funcionamento da instalação é mal controlado devido à sua localização subterrânea, a instalação requer cálculo cuidadoso dos níveis do edifício, aquecimento de matérias-primas no reator é muito complexo e caro de implementar. Assim, as instalações de tijolos só podem ser recomendadas para uso em países quentes e com pessoal qualificado.

Os reatores metálicos são adequados para todos os tipos de instalações, são hermeticamente selados, suportam altas pressões e são fáceis de fabricar. Muitas vezes você pode usar contêineres existentes. No entanto, o metal é relativamente caro e requer manutenção para evitar ferrugem.

Dispositivos adicionais

Como exemplo da utilização de dispositivos adicionais, podemos considerar o projeto de uma planta de biogás típica de países desenvolvidos.

O recipiente para mistura de matérias-primas pode ser de diferentes tamanhos e formatos, dependendo das matérias-primas. Normalmente, o recipiente contém hélices para misturar ou moer matérias-primas e uma bomba para carregar matérias-primas no reator. Às vezes, são instalados dispositivos para pré-aquecer as matérias-primas para evitar retardar o processo de fermentação das matérias-primas no reator.

O reator é geralmente isolado termicamente e feito de concreto ou aço. Para otimizar o fluxo de matérias-primas, grandes reatores possuem formato alongado. As matérias-primas são misturadas por rotores de movimento lento ou biogás. Existem instalações constituídas por dois ou mais reatores.

O reservatório de gás é feito de material flexível e localizado acima do tanque do reator, ou feito de aço e localizado próximo ao reator.

A instalação de armazenamento é usada para armazenar biofertilizante no inverno e pode ser aberta ou fechada e conectada a um reservatório de gás para coletar o biogás residual. Os biofertilizantes são misturados antes de serem aplicados na lavoura.

Usinas de biogás no Quirguistão

No Quirguizistão, em 2010, existiam mais de 50 instalações, das quais, infelizmente, apenas cerca de 70% estão operacionais. Todas as instalações construídas no Quirguistão podem ser divididas em 4 tipos de acordo com o método de mistura e carregamento de matérias-primas, presença de sistema de aquecimento e isolamento.

Uma característica comum a todas as instalações é um reator de aço, geralmente um tanque usado para armazenamento de produtos petrolíferos ou água, tanques ferroviários.

Unidades sem aquecimento e isolamento com mistura manual de matérias-primas distribuído nas regiões de Naryn, Talas e Issyk-Kul. O recipiente para mistura de matérias-primas é geralmente um barril no qual as matérias-primas são diluídas em água. O reator não é isolado e é feito de tanques de aço. Devido à falta de isolamento e aquecimento do reator, as instalações funcionam em modo psicofílico durante a estação quente.

As matérias-primas são carregadas no reator por método descontínuo, com frequência de 2 ou mais vezes por ano, manualmente.

Figura 18. Uma planta de biogás com reservatório de gás suave, típica de países desenvolvidos. Fonte: AT Informações: Biogás, projeto GTZ Serviço de Informação e Aconselhamento sobre Tecnologia Apropriada (ISAT), Eshborn, Alemanha, 1996

Carregar e descarregar matérias-primas é repleto de dificuldades devido ao projeto mal concebido da planta. As matérias-primas são misturadas manualmente uma vez ao dia por meio de um agitador instalado no reator. O gás geralmente é usado diretamente para cozinhar.

Exemplo 1: Um exemplo de tal instalação é a instalação de biogás de Duyshenov Farkhat na aldeia. Kyzyl-Charba, região de Talas no Quirguistão (Figura 18.1).

A instalação foi construída com fundos subvencionados pelo PNUD GEF em 2003 com o objectivo de produzir biogás para aquecimento e cozinha e produzir fertilizantes orgânicos líquidos a partir do estrume de 2 explorações de gado, estrume de ovelhas e aves de explorações vizinhas. A instalação consiste em um reator não aquecido acima do solo com volume de 5 m3 com carga, descarga e mistura manual de matérias-primas.

Após a instalação na primavera de 2003, a planta foi carregada com 3 toneladas de matéria-prima e funcionou em modo psicofílico durante os meses de verão. No verão, o biogás só dava para cozinhar. A descarga e o carregamento de matérias-primas não são realizados desde 2003.

As falhas de projeto incluem um sistema de mistura manual defeituoso e extrema inconveniência no carregamento e descarregamento de matérias-primas. A falta de isolamento e aquecimento do reator torna a instalação inadequada para uma operação eficiente durante todo o ano e economicamente não lucrativa.

Figura 18.1. Aparência e diagrama da usina de biogás da aldeia. Kyzyl-Charba. Foto: Vedeneva T., furo de carregamento PF "Fluid"; 3 - dispositivo de mistura de matérias-primas; 4 - tubo de descarga.

A ausência de um dispositivo de segurança no reator pode levar à ruptura do reator devido à sobrepressão. Não existe manual de operação para a instalação e nenhum treinamento foi fornecido ao pessoal operacional.

Plantas com aquecimento e isolamento e mistura manual de matérias-primas encontrado na região de Issyk-Kul, no Quirguistão. O recipiente para mistura de matérias-primas geralmente é um barril no qual as matérias-primas são diluídas manualmente em água. O reator é isolado e aquecido a temperaturas mesófilas ou termofílicas por meio de um sistema de aquecimento elétrico que aquece a água que circula pelas tubulações do reator. A matéria-prima é alimentada continuamente no reator e misturada manualmente uma vez ao dia por meio de um agitador instalado no reator. O gás geralmente é usado diretamente para cozinhar ou coletado em um tanque de gás separado. A instalação de armazenamento é usada para armazenar fertilizantes antes de aplicá-los nos campos.

Exemplo 2: Um exemplo de tal instalação é a instalação Mamunov Kamyl na cidade de Karakol, região de Issyk-Kul, no Quirguistão. A instalação consiste em um reator subterrâneo aquecido com volume de 5 m3 com carga, descarga e mistura manual de matérias-primas. A instalação foi construída em 2004, a expensas próprias, para produzir biogás para aquecimento e eletrodomésticos e fertilizantes orgânicos líquidos e processa esterco de 12 cabeças de gado de uma fazenda vizinha.

Figura 19. Aparência e diagrama de uma planta de biogás em Karakol. Foto: Vedeneva T., PF “Fluid”: 1 - caldeira de água quente; 2 - reator; 3 - furo de carregamento; 4 - válvula de segurança; 5 - misturador de gás; 6 - manômetro; 7 - tanque intermediário de gás; 8 - receptor; 9 - selo d'água; 10 - tremonha de armazenamento; 11 - tanque de gasolina; 12 - compressor; 13 - meios de descarga de matéria-prima.

Após a instalação na primavera de 2004, a instalação opera no pátio em modo termofílico. A instalação era carregada semanalmente e o biogás produzido era utilizado para cozinhar. O fertilizante descarregado foi usado para fertilizar um terreno esgotado para batatas, e foram obtidos bons resultados de rendimento. Recomenda-se refinar o projeto de carga e descarga de matérias-primas e alterar o projeto do sistema de aquecimento para utilizar o biogás produzido pela instalação. Essas instalações estão adaptadas para operação durante todo o ano nas condições do Quirguistão.

Instalações com aquecimento e isolamento do reator e mistura pneumática de matérias-primas distribuído na região de Chui, no Quirguistão. O recipiente para mistura de matérias-primas pode ser de diferentes tamanhos e formatos, dependendo das matérias-primas. As matérias-primas são diluídas com água morna para evitar desaceleração do processo de processamento das matérias-primas no reator. O reator é isolado e feito de tanques de aço. A matéria-prima é misturada pneumaticamente e aquecida à temperatura mesófila ou termofílica. Existem instalações constituídas por dois ou mais reatores. O gás geralmente é coletado em um tanque independente, que geralmente também é um recipiente de aço. O gás é usado para aquecer ambientes e cozinhar. A instalação de armazenamento é usada para armazenar biofertilizante.

Exemplo 3: Um exemplo de tal instalação é a instalação do Zarya jamaat na aldeia. Interruptor de calor no distrito de Ak-Suu, região de Issyk-Kul no Quirguistão Fig. Esta instalação foi construída em 21 no âmbito do projecto da Comissão Europeia para a implementação de microcentrais hidroeléctricas e tecnologias de biogás. É composto por um reator horizontal (2010 m50) com carga e mistura pneumática, seleção automática do biogás produzido. A instalação processa esterco de 3 a 70 cabeças de gado - cerca de 90 a 3 toneladas de esterco por dia.

Figura 21. Instalação do Zarya jamaat na aldeia. Interruptor térmico do distrito de Ak-Suu, região de Issyk-Kul no Quirguistão: 1 - Depósito de armazenamento; 2 - Tanque de mistura; 3 - Reator; 4 - Compressor; 5 - Receptor; 6 - Depósito de gás; 7 – Caldeira de água

Além do reator, a usina de biogás é composta por:

• receptor de esterco;
• bunker de carga, volume 3 m3;
• separador de água;
• filtro de sulfeto de hidrogênio;
• compressor;
• tanque de gás, volume 10 m3;
• dois receptores;
• gabinete de controle elétrico;
• dispositivo de flare para excesso de biogás.

Um reator horizontal com volume de 50 m3 opera em modo mesófilo. Para manter a temperatura ideal, o reator de aço é isolado e localizado no subsolo. Para aquecer as matérias-primas carregadas, é utilizada uma tremonha de carregamento, que é aquecida a gás. Nas caldeiras a gás, queimadores infravermelhos são utilizados para o sistema de aquecimento.

Instalações com aquecimento e isolamento do reator e mistura hidráulica de matérias-primas. Duas dessas instalações estão localizadas na região de Chui, no Quirguistão, e uma na região de Osh. O recipiente para mistura de matérias-primas pode ser de diferentes tamanhos e formatos. O reator é isolado e feito de tanques de aço. A matéria-prima é misturada hidraulicamente e aquecida à temperatura mesófila. A instalação de armazenamento é usada para armazenar biofertilizante no inverno.

Exemplo 4: Um exemplo de tal instalação é a instalação da granja avícola “2T” na cidade de Kant, região de Chui, na República do Quirguistão. A instalação é composta por três reatores aquecidos acima do solo, cada um com volume de 25 m3, com carga, descarga e mistura hidráulica de matérias-primas por meio de bombas centrífugas.

Figura 21a. Aparência e diagrama de uma planta de biogás em Kant. Foto: Vedeneva T., PF "Fluido". 1 - reatores; 2 - tremonha de carregamento de matéria-prima; 3 - recipiente para preparo de matéria-prima; 4 - bombas para bombeamento e mistura de matérias-primas; 5 - prisão de ventre; 6 - recipientes para armazenamento de fertilizantes.

Os tanques do biorreator são cobertos por uma camada isolante térmica. O aquecimento da biomassa processada no primeiro tanque do reator é feito automaticamente por um gerador de calor de água, e na segunda e terceira câmaras pela abertura das portas para aquecê-las com energia solar. No tempo frio, as portas fecham-se e o calor no interior dos contentores é retido por uma camada protectora do calor.

A instalação foi construída em 2002 às custas dos proprietários das granjas e tem capacidade para processar até 5 toneladas de matéria-prima por dia. Após a instalação, a instalação funcionou durante 3 meses em modo mesófilo, após os quais foi interrompida. A instalação era carregada semanalmente, o fertilizante descarregado era armazenado e vendido à população. Não foi utilizado biogás.

A operação da instalação foi suspensa devido à tecnologia pouco desenvolvida para aplicação de fertilizantes líquidos. O projeto da instalação não prevê a utilização do biogás produzido, a imperfeição do indicador de nível de matéria-prima nos reatores leva a imprecisões no carregamento da matéria-prima. Em geral, a instalação é funcional.

Construção de uma usina de biogás

Antes de iniciar a construção de uma usina de biogás, é necessário levar em consideração as condições necessárias ao seu efetivo funcionamento. A avaria ou o mau desempenho de uma central de biogás é normalmente o resultado de erros de planeamento. As consequências de tais erros podem ser perceptíveis imediatamente ou após vários anos de operação da instalação. Um planejamento cuidadoso e abrangente é essencial para eliminar erros antes que causem danos irreparáveis.

O planejamento da construção de usinas de biogás agrícola deve começar pela determinação do potencial de produção de biogás e biofertilizantes com base na quantidade de matéria-prima disponível, bem como na quantidade de energia exigida pela fazenda.

Se uma central de biogás se destinar principalmente a ser uma fonte de energia, a construção só é recomendada se a produção potencial estimada de biogás for suficiente para satisfazer as necessidades energéticas da exploração.

Escolha do tamanho do reator

O tamanho do reator é medido em metros cúbicos e depende da quantidade, qualidade e tipo de matéria-prima, bem como da temperatura e do tempo de fermentação selecionados. Existem várias maneiras de determinar o volume necessário do reator.

A proporção da dose diária de carregamento de matérias-primas e o tamanho do reator

A dose diária de carga de matéria-prima é determinada com base no tempo de fermentação (tempo de rotação do reator) e no regime de temperatura selecionado. Para o modo de fermentação mesofílica, o tempo de rotação do reator é de 10 a 20 dias, e a dose de carga diária é de 1/20 a 1/10 do volume total de matéria-prima no reator.

Tamanho do reator para processar uma certa quantidade de matérias-primas

Primeiramente, com base no número de animais, determina-se experimentalmente a quantidade diária de esterco (DN) para processamento em uma planta de biogás. Em seguida, a matéria-prima é diluída em água até atingir 86% - 92% de umidade.

Na maioria das instalações rurais, a proporção de estrume e água misturados para produzir matérias-primas varia de 1:3 a 2:1. Assim, a quantidade de matéria-prima carregada (D) é a soma dos resíduos agrícolas (DN) e da água (DV) com que são diluídos.

Para o processamento de matérias-primas em modo mesófilo, recomenda-se a utilização de uma dose de carga diária D igual a 10% do volume total de matérias-primas (RS) carregadas na instalação. O volume total de matéria-prima na instalação não deve ultrapassar 2/3 do volume do reator.

Assim, o volume do reator (RR) é calculado usando a seguinte fórmula:

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

Onde

OS = 10CHD

D = DN + DV.

Exemplo: Uma exploração agrícola familiar contém 10 bovinos, 20 porcos e 35 galinhas. O volume diário de esterco e urina de 1 gado = 55 kg, de um porco = 4,5 kg, de 1 galinha = 0,17 kg. O volume diário de resíduos da fazenda DN será igual a 10H55 + 20H4,5 + 35H0,17 = 550 + 90 + 5,95 = 645,95 quilogramas, aproximadamente 646 kg. O teor de umidade dos excrementos de bovinos e suínos é de 86% e o dos excrementos de galinha é de 75%. Para atingir 85% de umidade, é necessário adicionar 3,9 litros de água (cerca de 4 kg) aos excrementos dos pássaros.

Isso significa que a dose diária de carregamento de matéria-prima será de cerca de 650 kg. Carga total do reator OS = 10×0,65 = 6,5 toneladas, e volume do reator OR = 1,5×6,5 = 9,75, ou aproximadamente 10 m3.

Cálculo do rendimento de biogás

O cálculo do rendimento diário de biogás é calculado em função do tipo de matéria-prima e da porção diária da carga.

Tabela 9. Cálculo do rendimento de biogás para diferentes tipos de matérias-primas

Exemplo: Uma exploração agrícola familiar contém 10 bovinos, 20 porcos e 35 galinhas. O volume diário de excrementos de bovinos = 55 kg, de porcos = 4,5 kg, de frango = 0,17 kg. O volume de dejetos diários da fazenda será igual a 550 quilos de excrementos de gado (umidade 85%), 90 quilos de excrementos suínos (umidade 85%) e 5,95 quilos de esterco de galinha (umidade 75%). Após diluir o esterco com água até atingir 85% de umidade, a quantidade de matéria-prima dos frangos será de cerca de 10 kg.

De acordo com a tabela, a produção de biogás a partir de 1 quilograma:

• esterco bovino com teor de umidade de 85% é aproximadamente igual a 0,04 -0,05 m3 de biogás;
• esterco de porco com um teor de umidade de 85% é aproximadamente igual a 0,05 - 0,09 m3 de biogás;
• esterco de galinha com um teor de umidade de 85% é aproximadamente igual a 0,05 - 0,09 m3 de biogás.

Por conseguinte, o

• a produção de biogás de 550 quilos de esterco bovino será de 22 a 27,5 m3 de biogás;
• a produção de biogás de 90 quilos de esterco suíno será de 4,5 - 8,1 m3 de biogás;
• o rendimento de biogás de 10 quilogramas de esterco de galinha será igual a 0,5 - 0,9 m3 de biogás;
• a produção total de biogás será de 27 - 36,S m3 de biogás por dia.

Equilíbrio entre demanda de energia e produção de biogás

A necessidade energética de cada agregado familiar é determinada com base na soma de todas as situações de consumo presentes e futuras, tais como cozinha, luz e produção de energia. É preciso também levar em consideração o consumo de biogás para aquecimento de matérias-primas no reator, que nas condições do Quirguistão varia de 10% a 25%, dependendo da época do ano.

A quantidade de biogás necessária para uma fazenda pode ser determinada pela quantidade de energia consumida anteriormente. Por exemplo, queimar 1 kg de lenha equivale a queimar 650 litros ou 0,65 m3 de biogás, queimar 1 kg de esterco equivale a 0,7 m3 de biogás e 1 kg de carvão equivale a 1,1 m3 de biogás.

O volume necessário de biogás para cozinhar pode ser determinado com base no tempo gasto diariamente no cozimento. A quantidade necessária de biogás para preparar uma porção de alimento para uma pessoa é de 0,15 a 0,3 m3 de biogás. Para ferver 1 litro de água são necessários 0,03 - 0,05 m3 de biogás. Para aquecer 1 m2 de área residencial, são necessários cerca de 0,2 m3 de biogás por dia. Os queimadores domésticos consomem 0,20 - 0,45 m3 por hora.

Exemplo: Uma família de 4 pessoas mora em uma casa com área de 100 m3, mantém 20 vacas em uma área de 100 m3 e processa esterco em uma usina de biogás com reator de volume de 15 m3.

Cozinhar alimentos três vezes ao dia para uma família de 4 pessoas exigirá de 1,8 a 3,6 m3 de biogás, e aquecer uma sala com área de 100 m2 exigirá cerca de 20 m3 de biogás por dia. O aquecimento do reator (por exemplo, em setembro) requer 15% do biogás produzido. Para aquecer o reator da instalação com volume de 15 m3, será necessário gastar cerca de 6 m3 de biogás diariamente.

Para manter 1 vaca são necessários cerca de 3 litros de água fervida por dia, portanto, para manter 20 vacas é necessário ferver 60 litros de água, o que consumirá 1,8 - 3 m3 de biogás por dia. O aquecimento das instalações necessárias para animais com área total de 100 m2 requer 20 m3 por dia. Assim, são necessários 21,8 - 23 m3 de biogás por dia para manter os animais. Toda a fazenda necessita de 49,6 a 2,6 m3 de biogás por dia.

Selecionando um local de instalação

A regra de ouro para a localização de uma planta de biogás é que a planta pertença à fazenda e não à cozinha. É melhor que o recipiente para mistura da matéria-prima esteja diretamente conectado ao chão da fazenda. Mesmo que seja necessário instalar vários metros de tubos, é mais barato do que transportar matéria-prima.

O nível do piso da fazenda deve estar localizado acima do nível do recipiente para preparação de matérias-primas, então o esterco animal e a urina cairão neste recipiente sob a influência das forças da gravidade de forma independente. Se a unidade de descarga de uma usina de biogás estiver localizada acima do nível dos campos próximos, isso facilitará a distribuição de biofertilizantes nesses campos.

Escolhendo o projeto de uma usina de biogás

Atualmente, foram desenvolvidos diversos projetos de usinas de biogás adequados para operação em diversas condições climáticas e socioculturais. A escolha do projeto de uma planta de biogás é uma etapa crítica no processo de planejamento. Antes de escolher um projeto, você precisa compreender as questões básicas e as escolhas possíveis para uma usina de biogás.

Em áreas com um clima relativamente frio, como o Quirguizistão, o isolamento e o aquecimento do reactor são importantes para o funcionamento da central durante todo o ano. A quantidade e o tipo de matéria-prima processada influenciam o tamanho e o tipo de instalação e o projeto dos sistemas de carga e descarga de matéria-prima. A escolha do projeto de instalação também depende da disponibilidade de materiais de construção.

Critérios para seleção de design

Localização: determina se o reator será construído principalmente no subsolo ou acima do solo e, no caso de estrutura acima do solo, vertical ou horizontal.

As estruturas existentes podem ser utilizadas para armazenar biofertilizantes, como fossas vazias ou recipientes metálicos. Para reduzir custos, a disponibilidade de peças prontas da planta deve ser levada em consideração no planejamento.

A disponibilidade de matérias-primas determina não apenas o tamanho e a forma do recipiente para mistura de matérias-primas, mas também o volume do reator, dos dispositivos de aquecimento e de mistura. A mistura com biogás é possível com teor de sólidos inferior a 5%. A mistura mecânica enfrenta dificuldades quando a matéria-prima contém mais de 10% de sólidos.

Reator

O principal critério na escolha do projeto de um reator é a real possibilidade de aplicação prática e comodidade, em termos de manutenção e operação. Independentemente da escolha do projeto, o reator deve atender aos seguintes requisitos:

Estanqueidade à água/gás - a estanqueidade à água é necessária para evitar fugas e deterioração da qualidade das águas subterrâneas, estanqueidade ao gás - para preservar o volume total de biogás produzido e evitar a mistura de ar com gás no reactor, que pode ser explosivo.

O isolamento térmico é uma condição necessária para o funcionamento eficiente de uma instalação de biogás nas condições climáticas da República do Quirguistão.

A área superficial mínima reduz os custos de construção e reduz a perda de calor através das paredes do reator.

A estabilidade do projeto do reator é necessária para suportar todas as cargas (pressão do gás, peso e pressão das matérias-primas, peso dos revestimentos, resistência à corrosão) para garantir o funcionamento da instalação a longo prazo.

Figura 23. Diversos projetos de reatores e sistemas de carga e descarga: a - reator cilíndrico com carregamento superior; b - reator cilíndrico com carregamento inferior; c - reator cilíndrico de duas seções; g - reator inclinado; d - reator de vala com revestimento flutuante; e - reator seccional horizontal.

moldes de reator

Do ponto de vista da dinâmica dos fluidos, um reator em forma de ovo é ideal, mas sua construção é cara. A segunda melhor forma é um cilindro com fundo e topo cônicos ou semicirculares. Reatores quadrados de concreto ou tijolo não são recomendados para uso, pois se formam rachaduras nos cantos devido à pressão da matéria-prima e também se acumulam partículas sólidas, o que atrapalha o processo de fermentação.

O reator pode ser dividido em várias seções por meio de divisórias internas para evitar o aparecimento de crosta na superfície da matéria-prima e garantir uma fermentação mais completa da matéria-prima.

Materiais para a construção de reatores

Os reatores podem ser construídos com os seguintes materiais:

• Os recipientes de aço têm a vantagem de serem à prova de vazamentos, suportarem altas pressões e serem relativamente fáceis de fabricar. O grande problema, porém, é a sensibilidade à ferrugem, que deve ser evitada com revestimentos adequados. Tais reatores são economicamente benéficos apenas se forem utilizados recipientes prontos. Havendo tanque metálico de volume suficiente, é necessário verificar as superfícies internas e externas das paredes quanto à presença de cavidades, a qualidade da soldagem, a presença de furos e outros danos que devem ser eliminados. Estas superfícies devem então ser limpas e pintadas.
• Os recipientes de plástico usados ​​como reatores são macios e duros. Recipientes macios são fáceis de danificar e difíceis de isolar para uso durante todo o ano. Os recipientes de plástico sólido caracterizam-se por uma estrutura estável e não estão sujeitos à corrosão, por isso são recomendados para uso no processamento psicofílico de resíduos orgânicos.
• Os recipientes de concreto tornaram-se cada vez mais populares nos países em desenvolvimento nos últimos anos. A estanqueidade ao gás necessária requer uma construção cuidadosa e revestimentos especiais, e rachaduras nos cantos do reator são comuns, mas as grandes vantagens são a construção barata e uma vida útil praticamente ilimitada.
• A alvenaria é o método de construção mais comumente usado para pequenos reatores na Índia e na China. Somente tijolos bem cozidos, blocos de concreto ou tijolos de pedra de boa qualidade podem ser usados.

Garantir a estanqueidade do reator

Ao construir uma planta de biogás com um reator de concreto, tijolo ou pedra, é necessário garantir que o reator seja estanque a gases e água. É necessário cobrir o interior do reator com uma camada de uma substância que resista a temperaturas de até 60°C e seja resistente a ácidos orgânicos e sulfeto de hidrogênio.

Revestimento de cimento com aditivos. A adição de materiais impermeáveis ​​ao cimento apresentou bons resultados na impermeabilidade à água e aos gases. Para estanqueidade aos gases é necessário adicionar o dobro de impermeabilizante. O tempo entre a aplicação das camadas de revestimento não deve ultrapassar um dia, pois após um dia é impossível fixar outra camada sobre uma superfície impermeável. A seguinte receita foi usada na Tanzânia com bons resultados:

• Camada: massa de cimento-água;
• Camada: 1 cm cimento: areia 1 : 2,5;
• Camada: massa de cimento-água;
• Camada: cimento: cal: areia 1 : 0,25 : 2,5;
• Camada: massa de cimento-água com material impermeável;
• Camada: cimento: cal: areia com mistura impermeável e areia fina 1: 0,25: 2,5;
• Camada: massa de água-cimento com material impermeável.

Todas as sete demãos devem ser aplicadas em um dia.

Asfalto com folha de alumínio. Os revestimentos asfálticos são fáceis de aplicar e permanecem flexíveis ao longo do tempo. Uma camada de asfalto é aplicada na superfície seca do reator. Pedaços de papel alumínio são colados na camada de asfalto ainda pegajosa, sobrepondo-se uns aos outros. Em seguida é aplicada uma segunda camada de asfalto.

A desvantagem do revestimento asfáltico é que os componentes desse revestimento são inflamáveis ​​e não podem ser aplicados em superfícies molhadas. A secagem de um reator de concreto, tijolo ou alvenaria leva várias semanas, a menos que seja usado equipamento especial, como um fogão portátil. Além disso, o revestimento asfáltico pode descascar à medida que a matéria-prima passa pelo reator.

Parafina. A parafina, diluída com 2-5% de querosene ou óleo de motor novo, é aquecida a uma temperatura de 100 - 150 ° C e aplicada na superfície do reator aquecido pelo queimador. A parafina penetra no revestimento e forma uma camada protetora profundamente penetrante. Se não tiver parafina, pode usar cera de vela.

localização do reator

A localização da instalação depende de vários fatores - disponibilidade de espaço livre, distância das instalações residenciais, áreas de armazenamento de resíduos, localização das áreas de criação de animais, etc. Dependendo da profundidade do lençol freático, da comodidade de carga e descarga de matéria-prima, o reator pode ter uma posição acima do solo, parcial ou totalmente enterrada.

O reator pode ser colocado acima do solo em uma fundação, enterrado no solo ou instalado dentro de uma sala onde são mantidos animais. O reator deve ter uma escotilha necessária para trabalhos periódicos de manutenção e reparos dentro do reator. Entre o corpo e a tampa deve haver uma junta de borracha ou um composto de vedação especial. Se possível, recomenda-se a colocação subterrânea, pois reduz o investimento de capital e elimina a utilização de equipamentos adicionais para carregamento de matéria-prima. A qualidade do controle térmico é significativamente melhorada e também possibilita o uso de materiais de isolamento térmico baratos - argila e palha.

Materiais de isolamento térmico

A maioria das usinas de biogás no Quirguistão foram construídas sem fornecer isolamento térmico para o reator. A falta de isolamento térmico permite que a instalação funcione apenas na estação quente e, quando chega o tempo frio, existe o perigo de congelamento da matéria-prima do reator e posterior ruptura do reator.

Os materiais de isolamento térmico devem ter boas propriedades isolantes, ser baratos e disponíveis. Os materiais adequados para instalações com reator subterrâneo ou semi-subterrâneo são palha, argila, escória e esterco seco. O reator é isolado em camadas. Por exemplo, para um reator subterrâneo, após preparar a cava, coloque primeiro uma camada de filme plástico para evitar o contato do isolamento térmico com o solo, depois adicione uma camada de palha e depois argila no fundo da cava, após o que o reator está instalado. Em seguida, o espaço restante entre o reator e o solo é novamente preenchido com camadas de materiais isolantes até o topo do reator, após o que são adicionadas argila e escória com espessura de pelo menos 300 mm.

Instrumentação

A instrumentação instalada nos reatores inclui: monitoramento do nível de matéria-prima no reator, monitoramento da temperatura e pressão dentro do reator. O nível de matérias-primas pode ser controlado através de vários dispositivos flutuantes, dispositivos eletrônicos, etc. Controle de temperatura com termômetro comum ou eletrônico com escala de medição de 0 sa 70 s e pressão com manômetros.

Sistemas de carga e descarga de matérias-primas

A operação da planta de biogás em modo de carregamento contínuo, ideal do ponto de vista da obtenção da maior quantidade de biogás e biofertilizantes, bem como da estabilidade da instalação, envolve o carregamento diário de matéria-prima e o descarregamento da massa fermentada. .

Tanque de abastecimento de matéria-prima

O esterco fresco geralmente é coletado em um tanque de alimentação antes de ser carregado no digestor. Dependendo do tipo de instalação, o tamanho do contêiner deve ser igual ao volume diário ou o dobro do volume diário de matéria-prima. O recipiente também é utilizado para atingir a homogeneidade e o teor de umidade desejados da matéria-prima, às vezes com o uso de dispositivos de mistura mecânica.

Localização do tanque

Colocar o recipiente no lado ensolarado pode ajudar a pré-aquecer as matérias-primas para que o processo de fermentação possa começar imediatamente após carregar uma nova porção de matérias-primas no reator. Nos casos de instalações diretamente ligadas à fazenda, é necessária a construção de um contêiner para que a matéria-prima flua para lá sob a influência da gravidade. Por razões de higiene, os sanitários devem ser ligados diretamente ao tubo de alimentação.

Aberturas de carga e descarga

As aberturas de carga e descarga conduzem diretamente ao reator e estão localizadas, via de regra, em extremidades opostas do reator para distribuição uniforme de matérias-primas frescas em todo o volume do reator e remoção eficiente do lodo processado. A instalação das aberturas de carga e descarga é realizada antes da instalação do reator na fundação e dos trabalhos de isolamento térmico.

Para instalações com reatores enterrados e carregamento manual de matérias-primas, as aberturas de carga e descarga conduzem ao reator em ângulo agudo.

Para garantir a estanqueidade do reator durante a carga e descarga, as aberturas de entrada e saída estão localizadas em ângulo com o eixo vertical, de modo que a extremidade inferior do tubo fique localizada abaixo do nível do líquido. Isto cria uma vedação hidráulica que impede a entrada de ar no reator.

Carregamento e descarregamento manual de matérias-primas

O método mais simples de carga e descarga é o método de transbordamento, que consiste no fato de que ao carregar o esterco fresco, o nível de lodo no reator aumenta e, através de um tubo de transbordamento a ele conectado, a mesma quantidade é descarregada em um contêiner para coleta de biofertilizantes.

A massa carregada pode conter partículas sólidas de tamanho bastante grande, por exemplo, material de cama (palha, serragem), caules de plantas, bem como objetos estranhos. Para evitar o entupimento dos tubos, o seu diâmetro deve ser de pelo menos 200 - 300 cm.O tubo de carregamento é conectado a uma tremonha ou recipiente para preparação preliminar da matéria-prima.

Válvulas de parafuso ou meia volta são instaladas nas tubulações para fornecimento e drenagem de matérias-primas do reator.

Carga e descarga com bombas

As bombas tornam-se uma parte necessária de um sistema de biogás quando a quantidade de matéria-prima requer carregamento rápido e a gravidade não pode ser utilizada devido à topografia ou às características da matéria-prima. As bombas são necessárias para cobrir a diferença de altura entre o nível de injeção da matéria-prima e a planta de biogás.

Os motores das bombas desgastam-se, são caros, consomem energia e podem quebrar. Portanto, recomenda-se a utilização de outros métodos de carregamento de matérias-primas. Caso o uso de bombas não possa ser evitado, elas são instaladas de duas maneiras:

Instalação a seco: a bomba é instalada juntamente com o tubo. A matéria-prima flui livremente para a bomba e é acelerada por ela.

Instalação úmida: a bomba é instalada junto com o motor dentro da matéria-prima. O motor está fechado em um recipiente hermético. Ou a bomba funciona por meio de um eixo de um motor fora da matéria-prima.

Carregamento e descarregamento pneumático de matérias-primas

A forma ideal de alimentar e misturar matérias-primas é pneumática. Este método é utilizado em todas as instalações da Fluid Foundation da Farmer Association. O dispositivo de carregamento pneumático utiliza uma moega de abastecimento de matéria-prima (tanque de mistura), para a qual são utilizados recipientes de aço de 0,5 a 1 m3, suportando pressões de até 5 kgf/cm2 e tubulações com diâmetro mínimo de 100 mm com válvula. As matérias-primas são carregadas na tremonha e da tremonha para o reator usando um compressor.

Os compressores de pistão da marca IF-56 são utilizados em usinas de biogás de pequeno e médio porte com volumes de reator de até 40 m3. Para grandes instalações com volume de reator igual ou superior a 50 m3, é utilizado um compressor FU-12, que serve simultaneamente para bombear o biogás produzido.

Sistemas de coleta de biogás

O sistema de coleta de biogás é composto por uma tubulação de distribuição de gás com válvulas de corte, um coletor de condensado, uma válvula de segurança, um compressor, um receptor, um tanque de gás e consumidores de biogás (fogões, esquentadores, motores de combustão interna, etc.) O sistema é instalado somente após a instalação do reator de biogás na posição de operação.

O orifício para extração do biogás do reator deverá estar localizado em sua parte superior. Seguindo o coletor de condensado, é instalada uma válvula de segurança, bem como um selo d'água, feito em forma de recipiente com água, que garante a passagem do gás em apenas um sentido.

fechaduras de água

O biogás produzido no reator de uma usina de biogás contém grande quantidade de vapor d'água, que pode condensar nas paredes das tubulações e levar ao seu entupimento. Idealmente, o sistema de gás deve ser posicionado de modo que a umidade condensada possa ser drenada diretamente para o reator. Se isto não for possível, devem ser instaladas vedações de água nas áreas baixas do sistema. As válvulas manuais de água são fáceis de operar, mas se não forem esvaziadas regularmente, o sistema ficará bloqueado devido ao nível de água estar muito alto.

conduta de gás

O sistema de gás conecta a planta de biogás aos aparelhos a gás por meio de tubulações. Este sistema deve ser seguro, económico e fornecer a quantidade de gás necessária para cada aparelho. Os tubos mais utilizados são tubos de aço galvanizado ou tubos de plástico. É muito importante que o sistema de gás seja estanque e dure durante toda a vida operacional da planta de biogás.

As tubulações de fornecimento de biogás da instalação aos consumidores devem ser protegidas contra danos. Vazamentos de gás podem ser verificados aplicando uma solução de sabão nas conexões dos tubos. O gasoduto também deve ser equipado com válvula de segurança que libera biogás na atmosfera quando a pressão ultrapassa 0,5 kgf/s m2. É mais preferível queimar o excesso de biogás em queimadores de flare.

canos de gás

É importante instalar corretamente o sistema de gasoduto. Os requisitos para o sistema de gasoduto de biogás não diferem dos padrões gerais. Você pode usar tubos de plástico resistentes à luz solar ultravioleta.

Tubos de aço

Tubos com diâmetro de 1,2 a 1,8 cm e comprimento inferior a 30 metros são adequados para usinas de biogás de pequeno e médio porte. Para instalações maiores, comprimentos de tubos mais longos e pressões mais baixas, é necessário um dimensionamento especial dos tubos. Ao instalar tubos de gás, atenção especial deve ser dada a:

• conexões estanques ao gás;
• um selo de água na seção mais baixa dos tubos para coletar umidade;
• proteção contra danos mecânicos.

Os tubos de aço galvanizado são uma alternativa confiável e durável aos tubos de plástico. Eles podem ser desmontados e usados ​​novamente, se necessário. São resistentes a impactos, mas caros e sua instalação só é possível com especialistas qualificados, por isso são recomendados apenas em locais onde não é possível instalar tubos de plástico.

Tubos de plástico

Os tubos de plástico (PVC) são baratos e fáceis de instalar, mas reagem à radiação solar e podem quebrar facilmente, por isso é recomendado instalá-los no subsolo.

Diâmetro do tubo

O diâmetro necessário do tubo depende do consumo de biogás dos aparelhos a gás e da distância entre o reservatório de gás e os aparelhos que utilizam biogás. Longas distâncias reduzem a pressão do biogás na tubulação. Quanto maior a distância e maior o fluxo de gás, maiores serão as perdas por atrito. Cantos e acessórios aumentam a perda de pressão. A perda de pressão em tubos de plástico é menor do que em tubos de aço galvanizado. A Tabela 10 contém diâmetros de tubos e vazões de biogás, bem como comprimentos de tubos para perdas de pressão inferiores a 5 mbar.

Tabela 10. Diâmetro de tubo adequado para diferentes comprimentos de tubo e diferentes taxas de fluxo de gás

Da tabela conclui-se que para uma vazão de gás de 1,5 m3/h e comprimentos de tubos de até 100 metros, os mais adequados são os tubos de plástico com diâmetro de 1,8 cm. Outra possibilidade é escolher um tubo principal com diâmetro de 2,4 cm e diâmetro de 1,2 cm para todas as demais tubulações do sistema.

Localização do sistema de tubulação

Tubos de plástico podem ser usados ​​para sistemas subterrâneos ou sistemas protegidos do sol e de choques mecânicos. Em todos os outros casos são utilizados tubos de aço galvanizado. Para retirar o gás diretamente da planta de biogás, recomenda-se a utilização de tubos de aço galvanizado.

Os tubos de plástico devem estar localizados a pelo menos 25 cm de profundidade e rodeados por areia ou terra fofa. Então, depois de verificar se há vazamentos no sistema de tubulação, a vala é cuidadosamente preenchida com solo comum. O teste de vazamento é realizado bombeando ar para o sistema de tubulação vazio a 2,5 vezes a pressão máxima de gás esperada. Se após algumas horas a perda de ar for óbvia - a pressão diminuir, todas as conexões serão verificadas despejando-as com água e sabão (se houver vazamento de gás, formar-se-ão bolhas na superfície dos tubos).

Torneiras e acessórios

As válvulas mais confiáveis ​​são as válvulas de esfera cromadas. As válvulas normalmente usadas para sistemas de água não são adequadas para uso em sistemas de gás. A válvula principal de gás deve ser instalada próxima ao reator. Válvulas de esfera como dispositivos de segurança devem ser instaladas em todos os aparelhos a gás. Torneiras e acessórios devidamente selecionados e instalados permitem a reparação e limpeza de aparelhos a gás sem fechar a torneira principal do gás.

botijões de gás

O método ideal de acumulação de biogás depende dos fins para os quais o biogás será utilizado. Se a combustão direta for fornecida em queimadores de caldeiras e motores de combustão interna, não serão necessários grandes tanques de gás. Nesses casos, os reservatórios de gás são usados ​​para nivelar a irregularidade da liberação do gás e melhorar as condições para a combustão subsequente.

Em pequenas usinas de biogás, grandes câmaras de automóveis ou tratores podem ser usadas como reservatórios de gás, mas reservatórios de gás de plástico ou aço são mais frequentemente usados.

Escolha do tamanho do tanque de gás

O tamanho do tanque de gás, ou seja, seu volume, depende do nível de produção e consumo de biogás. Idealmente, o tanque de gás deveria ser projetado para acomodar o volume diário de biogás produzido. Dependendo do tipo de reservatório de gás e da pressão que ele pode suportar, o volume do reservatório de gás varia de 1/5 a 1/3 do volume do reator.

Porta-gás de plástico

Tanques de gás feitos de plástico ou borracha são usados ​​em países desenvolvidos para coletar biogás em instalações combinadas onde um recipiente aberto é coberto com plástico e serve como reator. Outra opção é um tanque de gasolina de plástico separado.

Porta-gás de aço

Os detentores de gás de aço podem ser divididos em dois tipos:

• porta-gás de baixa pressão, seco e úmido (0,01-0,05 kgf/cm2). Em vez de instalar esses reservatórios de gás, você deve considerar o uso de um reservatório de gás de plástico, uma vez que os reservatórios de gás independentes de baixa pressão custam mais e são justificados apenas no caso de uma grande distância (pelo menos 50-100 m) da instalação até dispositivos que utilizam biogás. Esses reservatórios de gás também são usados ​​para mitigar a diferença entre a produção diária de gás e o uso de gás.
• porta-gás de média (8-10 kgf/cm2) e alta (200 kgf/cm2) pressão. O gás é bombeado para esses tanques por meio de um compressor. Os reservatórios de gás de média pressão são usados ​​no Quirguistão em usinas de biogás de médio e grande porte. Tanques de gás de alta pressão são usados ​​para reabastecer carros e cilindros.

Instrumentação

Os instrumentos de controle e medição instalados em tanques de gás incluem: selo d'água, válvula de segurança, manômetro e redutor de pressão. Os tanques de gás de aço devem ser aterrados.

Sistemas de mistura

Misturando objetivos

A mistura da massa fermentada no reator aumenta a eficiência das usinas de biogás e garante:

• liberação do biogás resultante;
• mistura de substrato fresco e população bacteriana;
• prevenir a formação de crostas e sedimentos;
• prevenir o aparecimento de áreas de diferentes temperaturas dentro do reator;
• assegurar uma distribuição uniforme da população bacteriana;
• evitando a formação de vazios e acumulações que reduzam a área de trabalho do reator.

Figura 24. Tanques de gás de aço de média pressão na aldeia. Petrovka. Foto: Vedeneev A.G., OF Fluid

Métodos de mistura

A mistura das matérias-primas pode ser realizada das seguintes formas principais: misturadores mecânicos, biogás passado pela espessura da matéria-prima e bombeamento da matéria-prima da zona superior do reator para a inferior. Os corpos de trabalho dos misturadores mecânicos são parafusos, lâminas e barras. Eles podem ser ativados manualmente ou por mecanismo.

agitação mecânica

A mistura mecânica usando rotores de pás é mais frequentemente usada em reatores horizontais de aço. O eixo horizontal percorre todo o comprimento do reator. Lâminas ou tubos dobrados em laços são presos a ele. Ao girar o eixo, a matéria-prima se mistura, a crosta se rompe e o sedimento corre para a saída.

Figura 25. Sistemas de mistura de matérias-primas para reatores verticais: a, b - agitador mecânico; c, d - usando bomba; d - biogás e líquido; e - biogás.

Figura 26. Dispositivos para mistura de matérias-primas para reatores horizontais: a - biogás; b - lâminas mecânicas; c - misturadores mecânicos com motores elétricos; g. - usando uma bomba; d - misturadores mecânicos de motor eólico.

Agitadores mecânicos acionados manualmente são os mais fáceis de fabricar e operar. São utilizados em reatores de pequenas instalações com produção insignificante de biogás. Estruturalmente, representam um eixo instalado horizontal ou verticalmente dentro do reator paralelo ao eixo central. Lâminas ou outros elementos com superfície helicoidal são fixados ao eixo, garantindo a movimentação de uma massa enriquecida com bactérias metano no sentido do local de descarga para o local de carregamento. Isso permite aumentar a taxa de formação de metano e reduzir o tempo de permanência da matéria-prima no reator.

mistura hidráulica

Usando a bomba, você pode misturar completamente as matérias-primas enquanto carrega e descarrega simultaneamente as matérias-primas. Tais bombas estão frequentemente localizadas no centro do reator para executar funções adicionais.

Mistura pneumática A mistura pneumática através da injeção do biogás liberado de volta ao reator é realizada através da instalação de um sistema de tubulação na parte inferior do reator e garante uma mistura suave das matérias-primas. O principal problema com tais sistemas é a penetração de matérias-primas no sistema de gás. Isto pode ser evitado instalando um sistema de válvula.

A mistura por passagem do biogás pela espessura da matéria-prima só dá bons resultados se a massa fermentada estiver altamente liquefeita e não formar crosta na superfície livre. Caso contrário, as partículas flutuantes deverão ser continuamente removidas ou as partículas grandes deverão ser separadas antes de serem carregadas no reator.

Frequência de mistura de matérias-primas

A agitação pode ser contínua ou periódica dependendo do modo de operação do reator. O modo de mistura ideal reduz significativamente o tempo de fermentação das matérias-primas e evita a formação de crosta.

Embora a mistura parcial ocorra pela liberação do biogás da matéria-prima, pela movimentação de temperatura e movimentação pela entrada de matéria-prima fresca, tal mistura não é suficiente.

A agitação deve ser feita regularmente. A mistura muito rara da matéria-prima levará à separação da massa da matéria-prima e à formação de uma crosta, reduzindo assim a eficiência da formação de gás. A matéria-prima bem misturada pode produzir 50% mais biogás.

Mexer com muita frequência pode danificar os processos de fermentação dentro do reator - as bactérias não têm tempo para “comer”. Além disso, isso pode levar ao descarregamento de matérias-primas processadas de forma incompleta. A agitação suave, mas vigorosa, a cada 4-6 horas é o ideal.

Sistemas de aquecimento de matérias-primas

Muitas pequenas centrais de biogás no Quirguizistão foram construídas sem sistemas de aquecimento e sem isolamento térmico. A ausência de sistema de aquecimento permitirá que a instalação funcione apenas no modo psicofílico, e produzirá menos biogás e biofertilizante do que nos modos mesófilo e termofílico. Para garantir maior produção de biogás e biofertilizantes, bem como melhor desinfecção das matérias-primas, são utilizados dois métodos de aquecimento: aquecimento direto na forma de vapor ou água quente misturada com matérias-primas e aquecimento indireto através de trocador de calor, onde o material de aquecimento , geralmente água quente, aquece a matéria-prima sem se misturar com ela.

aquecimento direto

O aquecimento direto a vapor tem uma séria desvantagem - a instalação requer um sistema de geração de vapor, incluindo a purificação da água dos sais, e ao usar o aquecimento a vapor pode ocorrer superaquecimento das matérias-primas. O alto custo de tal sistema de aquecimento torna-o economicamente viável apenas quando utilizado em grandes estações de processamento de águas residuais. A adição de água quente aumenta a umidade do substrato e só deve ser utilizada quando necessário.

aquecimento indireto

O aquecimento indireto é realizado por trocadores de calor localizados dentro ou fora do reator, dependendo do formato do reator, do tipo de matéria-prima e do método de operação da planta.

Fig.27. Dispositivo para aquecimento indireto de matérias-primas

Figura 28. Caldeira de aquecimento de água para o sistema de aquecimento do reator da aldeia. Petrovka. Foto: Vedenev A.G., PF "Fluid"

O aquecimento do piso não apresentou bons resultados, pois o acúmulo de sedimentos no fundo do reator dificulta o aquecimento da matéria-prima. O aquecimento interno é uma boa solução se o trocador de calor for forte o suficiente para não quebrar quando a matéria-prima passar pelo reator. Quanto maior a área do trocador de calor, mais uniformemente a matéria-prima é aquecida e melhor será o processo de fermentação (ver Fig. 26). O aquecimento externo por meio de um trocador de calor com elementos condutores de calor na superfície das paredes do reator de uma usina de biogás é menos eficaz devido à perda de calor pela superfície das paredes. Por outro lado, toda a parede do reator pode ser utilizada para aquecimento e nada dentro do reator impede a movimentação de matérias-primas. O aquecimento intermediário da matéria-prima é normalmente realizado no funil de alimentação e proporciona os benefícios de acesso mais fácil para limpeza e reparo do reator.

Sistemas de aquecimento interno e externo

Para alcançar a máxima eficiência na produção de biogás, a digestão anaeróbica requer condições ambientais específicas de temperatura, de preferência próximas de atingir o nível ideal do processo. No Quirguistão, são necessários um sistema de aquecimento e isolamento do reator para atingir a temperatura de processo desejada e evitar a perda de energia. Para aquecer um reator até a temperatura mesófila usando eletricidade, é necessária uma média de 330 W por 1 m3 de volume do reator.

O sistema de aquecimento de matérias-primas mais comum é um sistema de aquecimento externo com caldeira de aquecimento de água alimentada por biogás, eletricidade ou combustível sólido. Aquecedores solares de água também podem ser usados. Trocadores de calor em forma de bobinas, seções de radiadores e tubos soldados paralelos são utilizados como elementos de aquecimento, onde o refrigerante é água quente com temperatura de cerca de 60 C. Temperaturas mais altas aumentam o risco

adesão de partículas suspensas na superfície do trocador de calor. Recomenda-se colocar trocadores de calor na área de influência do misturador, o que ajuda a evitar a deposição de partículas sólidas em sua superfície.

Instalação de sistema de aquecimento

Ao instalar um sistema de aquecimento, é importante fornecer as condições necessárias para a movimentação natural do fluido neste sistema. Para tanto, é necessário garantir o abastecimento de água quente ao ponto superior do sistema e o retorno da água resfriada ao ponto inferior.

Nas tubulações de aquecimento devem ser instaladas válvulas para liberar o ar dos pontos mais altos, e o sistema de aquecimento deve ser equipado com tanque de expansão para alterar o volume de água. Para controlar a temperatura dentro do reator de uma usina de biogás, deve ser instalado um termômetro.

Tipos de instalações recomendadas para implementação no Quirguistão

Tendo em conta as condições climáticas e outras condições no Quirguizistão, recomenda-se a introdução dos seguintes tipos de centrais de biogás.

Central de biogás com carregamento manual sem agitação e sem aquecimento da matéria-prima no reator

A planta de biogás mais simples (Fig. 29) destina-se a pequenas propriedades. O volume do reator da instalação é de 1 a 10 m3, projetado para processar 50 a 200 kg de esterco por dia. A instalação contém um mínimo de componentes para garantir o processo de processamento de estercos e obtenção de biofertilizantes e biogás: um reator, uma tremonha para carregamento de matérias-primas frescas, um dispositivo para seleção e aproveitamento de biogás, um dispositivo para descarga de matérias-primas fermentadas.

A planta de biogás pode ser usada nas regiões do sul do Quirguistão sem aquecimento e mistura e foi projetada para operar em uma faixa de temperatura psicofílica de 5°C a 20°C. O biogás produzido é imediatamente encaminhado para utilização em eletrodomésticos.

A massa processada é retirada do reator através da tubulação de descarga no momento do carregamento da próxima porção de matéria-prima ou devido à pressão do biogás no reator da instalação. A massa fermentada descarregada entra em um recipiente de armazenamento temporário, cujo volume não deve ser inferior ao volume do reator.

Figura 29. Esquema da planta de biogás mais simples com carregamento manual sem agitação e sem aquecimento da matéria-prima no reator: 1 - reator; 2 - tremonha de carregamento; 3 - escotilha de acesso ao reator; 4 - selo d'água; 5 - tubo de descarga; 6 - saída de biogás.

Qualquer agricultor pode construir sozinho uma simples usina de biogás. A tabela mostra a especificação e estimativa dos materiais que serão necessários para sua construção.

Tabela 11. Especificação e estimativa para fabricação da planta de biogás mais simples com carregamento manual sem agitação e sem aquecimento da matéria-prima

A sequência de obras para a construção da usina de biogás mais simples

Ao fazer você mesmo uma usina de biogás simples, é recomendável seguir a seguinte ordem: após determinar o volume diário de esterco acumulado na fazenda para processamento em uma usina de biogás e selecionar o volume necessário do reator, é necessário selecionar a localização do reator e preparar materiais para o reator da planta de biogás. Em seguida, são instaladas as tubulações de carga e descarga e preparada a cava para a usina de biogás. Após a instalação do reator na cava, são instalados o funil de carregamento e a saída de gás, após o que é instalada a tampa da escotilha, que será utilizada para manutenção e reparo do reator. Em seguida, o reator é verificado quanto a vazamentos, pintura e isolamento térmico da instalação. A instalação está pronta para ser colocada em operação!

Planta de biogás com carga manual e mistura de matérias-primas.

A construção de uma planta de biogás com carregamento e mistura manual de matéria-prima (Fig. 30) também não exige grandes custos financeiros.

Figura 30. Esquema de uma planta de biogás com carregamento e mistura manual de matéria-prima: 1 - reator; 2 - tremonha de carregamento; 3 - dispositivo de mistura; 4 - selo d'água; 5 - tubo de descarga; 6 - saída de biogás.

Destina-se a pequenas propriedades. O volume do reator da instalação é de 1 a 10 m3, projetado para processar S0 - 200 kg de esterco por dia. Para aumentar a eficiência da planta de biogás, foi instalado um dispositivo para mistura manual de matérias-primas.

Planta de biogás com carregamento manual, mistura e aquecimento de matérias-primas no reator

Para um processo de fermentação mais intenso e estável, foi instalado um sistema de aquecimento do reator (Fig. 31).

Figura 31. Esquema de planta de biogás com carregamento manual, mistura e aquecimento de matéria-prima no reator: 1 - caldeira de água quente; 2 - tremonha de carregamento; 3 - dispositivo de mistura; 4 - reator; 5 - selo d'água; 6 - remoção de biogás; 1 - moega de descarga, 8 - tanque de armazenamento de biofertilizantes; 9 - tubo de descarga.

A instalação pode operar em modo mesófilo e termofílico. O reator da planta de biogás é aquecido por meio de uma caldeira de água quente que funciona com o biogás produzido.

O restante do biogás é usado diretamente em eletrodomésticos.

As matérias-primas processadas são armazenadas em um recipiente especial até serem aplicadas no solo.

Planta de biogás com carregamento manual, reservatório de gás, mistura pneumática de matéria-prima, com aquecimento de matéria-prima no reator

Uma instalação simples com carregamento manual de matéria-prima no reator é equipada com um dispositivo de bombeamento automático do biogás produzido e um reservatório de gás para seu armazenamento (Fig. 32).

Figura 32. Esquema de planta de biogás com carregamento manual, reservatório de gás, mistura pneumática de matéria-prima, com aquecimento de matéria-prima no reator: 1 - caldeira de água quente; 2 - tremonha de carregamento; 3 - reator; 4 - selo d'água; 5 - manômetro de contato elétrico; 6 - dispositivo de mistura; 1 - compressor; 8 - receptor; 9 - bunker para descarga de matéria-prima; 10 - descarga de matéria-prima; 11 - armazenamento de biofertilizantes; 12 - tanque de gasolina; 13 - redutor de gás.

A mistura das matérias-primas no reator é realizada pneumaticamente com biogás.

Tal planta de biogás pode operar em todas as condições de temperatura de fermentação.

Central de biogás com reservatório de gás, preparação manual e carregamento e mistura pneumática de matérias-primas, com aquecimento de matérias-primas no reator

A instalação (Fig. 33) é destinada a fazendas de médio e grande porte com capacidade de processar de 0,3 a 30 ou mais toneladas de matéria-prima por dia. Os volumes do reator variam de S a 300 m3 e mais.

Figura 33. Esquema de uma planta de biogás agrícola com reservatório de gás, preparo manual e carregamento pneumático e mistura de matéria-prima, com aquecimento da matéria-prima no reator: 1 - moega de carregamento de matéria-prima; 2 - caldeira para aquecimento de água; 3 - reator; 4 - válvula de segurança; 5 - selo d'água; 6 - manômetro de contato elétrico; 1 - compressor; 8 - receptor; 9 - armazenamento de biofertilizantes; 10 - descarga de matéria-prima; 11 - saída de tubulação para carregamento no transporte; 12 - tanque de gasolina; 13 - redutor de gás; 14 - dispositivo de mistura.

A preparação, o carregamento e a mistura das matérias-primas são mecanizados e realizados por sistema pneumático. O aquecimento das matérias-primas no reator de uma usina de biogás é feito por meio de um trocador de calor com caldeira de aquecimento de água movida a biogás. A tubulação de descarga de matéria-prima possui ramal para coleta de biofertilizantes no armazenamento e carregamento em veículos para remoção ao campo.

O projeto desta planta de biogás (Fig. 32) prevê a preparação manual e o carregamento pneumático da matéria-prima no reator, parte do biogás produzido é utilizado para aquecer a matéria-prima no reator. A mistura é feita com biogás. O biogás é selecionado automaticamente. O biogás é armazenado em um tanque de gás. A instalação pode operar em qualquer regime de temperatura para fermentação de matérias-primas.

Central de biogás com reservatório de gás, preparação mecânica, carregamento pneumático e mistura de matéria-prima, com aquecimento de matéria-prima no reator

Uma característica distintiva desta planta de biogás (Fig. 34), destinada à agricultura camponesa de médio e grande porte, é a presença de um tanque especial para o preparo da matéria-prima, de onde é fornecida por meio de um compressor até a moega de carregamento e, a seguir, por meio de biogás comprimido, para o reator da planta. Parte do biogás produzido é utilizado para operar o sistema de aquecimento. A instalação está equipada com selecção automática de biogás e reservatório de gás para o seu armazenamento. A presença de um sistema de aquecimento permite que a planta de biogás funcione em todos os modos de fermentação.

Figura 34. Esquema de uma planta de biogás agrícola com reservatório de gás, preparação mecânica, carregamento pneumático e mistura de matéria-prima, com aquecimento de matéria-prima no reator: 1 - Receptor de esterco; 2 - Caldeira para aquecimento de água; 3 - Moega de carregamento; 4 - Reator; 5 - Selo d'água; 6 - Válvula de segurança; 1 - Manômetro de contato elétrico; 8 - Compressor; 9 - Misturador de gases; 10 - Receptor; 11 - Armazenamento de biofertilizantes; 12 - Saída de tubulação para carregamento no transporte; 13 - Depósito de gás; 14 - Redutor de gás.

Tabela 12. Especificação de equipamentos e materiais para planta de biogás agrícola com reservatório de gás, preparação mecânica, carregamento pneumático e mistura de matéria-prima, com aquecimento de matéria-prima no reator (ver Fig. 12 e 13)

Tabela 13. Estimativa para produção de uma planta de biogás agrícola com reservatório de gás, preparação mecânica, carregamento pneumático e mistura de matéria-prima, com aquecimento da matéria-prima no reator (ver Fig. 12 e 13).

*Esta estimativa não inclui custos de transporte, custos de obras civis e deduções fiscais.

Operação de usinas de biogás

A operação diária estável de uma planta de biogás requer um alto nível de disciplina do pessoal operacional para obter grandes volumes de biogás e biofertilizantes e longa vida útil da planta. Muitos problemas ocorrem devido a erros operacionais. Freqüentemente, esses problemas podem ser minimizados por:

• escolha de um projeto de instalação simples e adaptado às condições climáticas locais e às matérias-primas disponíveis;
• uso de materiais e dispositivos de alta qualidade;
• boa formação do pessoal e aconselhamento de profissionais sobre o funcionamento da instalação.

Preparando para o lançamento

A fase de preparação inclui a verificação da estanqueidade do reator e do sistema de gás. Para isso, um manômetro de água é conectado ao sistema de gás, todas as torneiras são fechadas para que o excesso de pressão do ar no reator possa ser medido com um manômetro.

Para fazer isso, o reator é preenchido com água até o nível operacional. O excesso de ar será expelido pela válvula de segurança. Depois disso, registre as leituras do manômetro e deixe o reator cheio de água por um dia. Se após XNUMX horas a leitura do manômetro não mudou ou mudou ligeiramente, podemos assumir que o sistema de gás e o reator têm estanqueidade suficiente. Se houver perda de pressão no reator e no sistema de gás, é necessário localizar e eliminar o vazamento.

Os trabalhos de arranque de uma central de biogás só podem começar quando a central como um todo e os seus elementos forem considerados adequados para o funcionamento e cumprirem os requisitos para um funcionamento seguro.

Fase de comissionamento

A carga inicial de uma nova planta de biogás deve, se possível, consistir em matéria-prima residual de outra planta (cerca de 10%) ou esterco fresco de gado, uma vez que a operação bem-sucedida requer cepas de microrganismos produtores de metano, grande número dos quais são encontrados em gado fresco. estrume.

A idade e a quantidade da porção inicial da matéria-prima têm forte influência em todo o curso da fermentação. Recomenda-se garantir que haja uma quantidade suficiente de matéria-prima antes de a instalação ser concluída. Ao carregar pela primeira vez, pode-se diluir uma quantidade insuficiente de matéria-prima com mais água do que o normal para encher o reator até 2/3 do volume.

Tipos de matérias-primas

Dependendo do tipo de matéria-prima utilizada, pode levar de vários dias a várias semanas para que a planta de biogás atinja um nível de operação estável. Após diluir a matéria-prima até obter uma massa homogênea com a umidade necessária, ela é carregada no reator, que é preenchido até no máximo 2/3 do volume interno. O volume restante do reator é utilizado para acumular biogás.

A matéria-prima carregada no reator não deve estar fria - sua temperatura deve estar próxima da temperatura ideal de fermentação selecionada.

Otimização de comissionamento

Para otimizar o processo de fermentação, alguns métodos de partida bem conhecidos podem ser utilizados:

• introdução no reator de starter ativo de um reator operando normalmente;
• adição de reagentes como cal, dióxido de carbono, álcali e outros;
• encher o reator com água morna e adicionar gradualmente esterco;
• encher o reator com estrume fresco;
• enchimento do reator com gases quentes e carregamento gradual de estrume.

Para garantir o crescimento sustentável dos microrganismos durante o período de arranque, o aquecimento da matéria-prima carregada deve aumentar gradualmente, não mais do que 2°C por dia, atingindo 35-37°C. Durante o processo de aquecimento, deve-se garantir uma mistura intensiva da matéria-prima. Após 7 a 8 dias, começa a vida ativa dos microrganismos no reator e começa a liberação do biogás.

Características da fase de comissionamento

O período de colocação de uma planta de biogás em modo operacional é denominado período de comissionamento e é caracterizado por:

• biogás de baixa qualidade contendo cerca de 60% de dióxido de carbono;
• cheiro forte de biogás;
• pH em queda;
• liberação intermitente de gás.

Estabilização do processo

A transição para o modo operacional ocorre mais rapidamente se as matérias-primas forem misturadas com frequência e intensidade. Se durante o processo de comissionamento a estabilização do processo de fermentação for atrasada, uma pequena quantidade de esterco bovino deverá ser adicionada ao reator para restaurar o equilíbrio do pH. Imediatamente após a estabilização do processo de fermentação, um grande volume de matéria-prima não fermentada produzirá uma grande quantidade de biogás. Uma vez que o nível de biogás produzido tenha caído para o nível esperado, o carregamento regular de matérias-primas pode começar.

Preparando o tanque de gasolina

O tanque de gás pode ser preparado para enchimento com gás como parte de um módulo somente após aceitação e teste de acordo com as especificações técnicas e após inspeção pelas autoridades Gosgortekhnadzor.

Para evitar a formação de uma mistura explosiva, antes de encher o tanque com gás, é necessário que o ar seja deslocado de todo o sistema, inclusive dos gasodutos. O ar é deslocado pela água, seguido pelo deslocamento da água por gás sob pressão ou gases não inflamáveis. O deslocamento do ar é considerado completo se o teor de oxigênio na amostra de gás retirada do tanque de gás não exceder 5%.

Uma inspeção externa deve verificar o estado dos instrumentos de controle e medição incluídos no tanque de gás (válvulas de retenção e segurança, manômetro, redutor de pressão). A confiabilidade do aterramento e da proteção contra raios do tanque de gás é verificada por meio de um medidor de aterramento. A resistência de aterramento não deve exceder 4 ohms.

qualidade do gás

Quando a planta de biogás atingir o modo operacional, a qualidade do biogás será baixa. Por este motivo, e também para evitar uma situação explosiva associada ao oxigénio residual contido nos tanques de gás, os primeiros dois volumes diários de biogás devem ser libertados para a atmosfera. Uma vez que o biogás se torne inflamável, ele poderá ser utilizado para os fins a que se destina.

Operações diárias

Carregamento de dose de matérias-primas

Para o funcionamento ideal das usinas de biogás, a dose diária de esterco fresco e a frequência de sua aplicação são de grande importância. A dose de carga não é um valor constante e depende do tipo de matéria-prima, da temperatura de fermentação e da concentração de matéria seca na matéria-prima.

Em pequenas doses de carregamento diário de matéria-prima, não excedendo 1-5% do volume do reator por dia, é liberado menos biogás do que em grandes doses de 10-20%. No entanto, com grandes doses de carga diária, o teor de metano no biogás diminui e o teor de dióxido de carbono aumenta.

A dose diária ideal de carga para instalações com temperaturas de fermentação mesófilas em termos de qualidade do biogás pode ser considerada 6-10% do volume total de matérias-primas carregadas com duração de fermentação de 10-20 dias. A dose de ataque ideal para o modo termofílico pode ser considerada 1S-2S7 com duração de fermentação de 4 a 8 dias. Ao utilizar o modo de fermentação psicofílica, recomenda-se carregar no máximo 2% na adição diária de novas matérias-primas. Se o método de carregamento em lote for usado, o reator é carregado imediatamente até 2/3 e as matérias-primas são processadas sem adição de esterco fresco por 40 dias ou mais.

Frequência de carregamento e mixagem

A dose diária não deve ser introduzida inteiramente no reator, mas gradualmente em porções iguais em intervalos regulares 4-6 vezes ao dia. Após carregar a próxima porção, recomenda-se misturar as matérias-primas. A condição e o funcionamento dos dispositivos de mistura devem ser verificados diariamente.

Controle do processo de fermentação pela cor da massa fermentada

O modo como ocorre o processo de fermentação da matéria-prima no reator pode ser avaliado pela intensidade da liberação do biogás, bem como pela cor da massa fermentada na saída do reator.

A ausência de biogás ou sua fraca formação indica baixa atividade microbiana e pode ser detectada pela cor cinza da massa fermentada. A razão para isso também pode ser a falta de microrganismos, levando à atenuação do processo fermentativo, cuja retomada exige a introdução de soluções nutritivas com boa concentração de microrganismos e, portanto, com potencial para boa formação de gases.

Com excesso de nutrientes, podem formar-se ácidos e diminuir a atividade dos microrganismos. Nesse caso, a cor da matéria-prima fermentada muda para preto, podendo formar-se uma película branca em sua superfície. Os ácidos podem ser neutralizados pela introdução de cinzas vegetais ou água de cal.

Se a massa fermentada tiver uma cor castanha escura e se formar espuma na sua superfície, podemos assumir que está em curso um processo normal de fermentação.

Controle de nível de matéria-prima

Um problema particular em pequenas instalações é o bloqueio das aberturas do reactor. Isso pode levar a muita pressão dentro do reator e ao bloqueio da tubulação de gás. Para evitar isso, é necessário verificar diariamente o nível da matéria-prima e o estado dos furos de instalação.

Operações semanais e mensais

• Controle de bloqueios de água;
• Atualização de filtros de gases;
• Limpeza de domos em instalações de domos flutuantes;
• Verifique as mangueiras e tubos flexíveis quanto à porosidade.

Operações Anuais

• Remoção da crosta na superfície da matéria-prima e sedimento do fundo do reator da instalação;
• Toda a instalação e sistema de gás devem ser verificados quanto a vazamentos e pressão.

Precauções de segurança

Ao operar uma usina de biogás, preste atenção ao seguinte:

• A inalação de biogás em grandes quantidades durante um longo período de tempo pode causar envenenamento, uma vez que o sulfeto de hidrogênio, o metano e o dióxido de carbono contidos no biogás são venenosos. O biogás não tratado cheira a ovo podre, mas após a purificação não apresenta odor. Portanto, todos os ambientes onde existam eletrodomésticos que utilizam biogás devem ser ventilados regularmente. As tubulações de gás devem ser verificadas regularmente quanto a vazamentos e protegidas contra danos. A detecção de vazamentos de gás deve ser feita por meio de emulsão de sabão ou dispositivos especiais. É proibido o uso de chamas abertas para detectar vazamentos de gás.
• O biogás misturado ao ar na proporção de 5% a 15% na presença de uma fonte de ignição com temperatura igual ou superior a 600°C pode causar explosão. O fogo aberto é perigoso quando as concentrações de biogás no ar excedem 12%. Portanto, é proibido fumar e acender fogo próximo à instalação. Ao realizar trabalhos de soldagem, a distância até o equipamento a gás deve ser de pelo menos 10 metros. Após a drenagem da matéria-prima das usinas de biogás para reparos, o reator deve ser ventilado, pois há risco de explosão da mistura de biogás e ar.
• A pressão do gás fornecido pelo gasoduto até o ponto de consumo não deve ultrapassar 0,15 MPa (1,5 kgf/cm2), e na frente de eletrodomésticos não deve ultrapassar 0,13 kgf/cm2. O reator deve ser equipado com válvulas e selos d'água que, se necessário, poderão desconectá-lo da tubulação principal de biogás. O reator deve ter uma válvula de liberação automática para o excesso de pressão no sistema de gás caso este suba acima do normal.
• Os equipamentos elétricos utilizados devem ser aterrados. A resistência do fio terra não deve ser superior a 4,0 ohms.
• As principais fontes de perigo sanitário são a presença de ovos de helmintos, bactérias Escherichia coli e outra microflora patogénica no estrume líquido e nos drenos de estrume. Portanto, precauções devem ser tomadas para prevenir a infecção. Assim, não é recomendado consumir alimentos nas dependências da fazenda e próximo às usinas de biogás.
• O reator e a instalação de armazenamento de biofertilizantes devem ser construídos de modo a evitar o perigo de queda de pessoas no seu interior.

Requisitos do Gosgortekhnadzor

O projeto, operação e manutenção de usinas de biogás devem cumprir os requisitos das "Regras para o projeto e operação segura de vasos de pressão" da Supervisão Técnica e de Mineração do Estado da República do Quirguistão, se as usinas de biogás incluírem:

• vasos operando sob pressão de gás acima de 0,07 MPa (0,7 kgf/cm2).
• cilindros destinados ao transporte e armazenamento de gases comprimidos sob pressão superior a) 0,07 MPa (0,7 kgf/cm2).
• tanques e barris para transporte e armazenamento de gases comprimidos cuja pressão de vapor em temperaturas de até S0°C excede a pressão de mais de 0,07 MPa (0,7 kgf/cm2).

Pessoas com pelo menos 18 anos de idade que tenham permissão da Autoridade Estatal de Mineração e Supervisão Técnica da República do Quirguistão na forma de um certificado padrão para o direito de fazer manutenção em usinas de biogás e realizar trabalhos perigosos com gás podem ser autorizadas a fazer manutenção em instalações de biogás e realizar trabalhos perigosos com gás.

Manutenção, monitoramento e reparo

A manutenção de uma central de biogás consiste nos trabalhos necessários ao funcionamento eficiente e a longo prazo da central, sendo efectuadas reparações em caso de avaria da central de biogás.

Manutenção diária

Tabela 14 Manutenção diária

Manutenção mensal

• Limpar e controlar o funcionamento de eletrodomésticos a gás;
• Lubrifique as partes móveis;
• Realizar serviços de manutenção de motores;
• Faça manutenção nas válvulas de pressão;
• Faça a manutenção do sistema de agitação.

Tabela 15. Controle de reforço

serviço anual

• Revisão completa do reator e toda a instalação;
• Verifique se há ferrugem nas partes metálicas da instalação, renove a camada protetora;
• Verifique os tubos de gás quanto a vazamentos sob pressão. Os vazamentos de gás muitas vezes passam despercebidos durante a operação da planta, pois são compensados ​​pelo volume de biogás produzido.

Monitoramento

O monitoramento envolve a coleta de dados sobre o funcionamento da instalação para:

• identificar problemas no trabalho;
• determinar a rentabilidade econômica real e o retorno da instalação;
• comparação de diferentes tipos de matérias-primas e métodos de trabalho, a fim de otimizar.

Os seguintes dados devem ser coletados:

• Quantidade e tipo de matérias-primas, proporção de água para diluição das matérias-primas;
• Temperatura das matérias-primas nas diferentes etapas do processo de processamento. Com a recolha regular de dados, é fácil identificar problemas no sistema de aquecimento;
• Produção de biogás: as medições são feitas com um medidor de gás localizado entre o reservatório de gás e o reator (produção de biogás) ou entre o dispositivo e o reservatório de gás (utilização de biogás). Em instalações simples, a produção de gás pode ser medida durante períodos sem consumo de gás. Mudanças na produção de gás e na taxa de tais medições permitem uma determinação mais precisa da causa do problema;
• Produção de eletricidade e calor em grandes instalações;
• Equilíbrio ácido-base (mensalmente);
• Quantidade diária carregada de matérias-primas;
• A quantidade de sulfeto de hidrogênio no biogás (mensalmente);
• Análise do efeito fertilizante do biofertilizante (anual ou sazonalmente) para determinar a quantidade ideal de fertilizante a ser aplicada nos campos.
• Registros de avarias e suas causas. Esses registros permitem comparar e determinar mais facilmente as causas das avarias.

Reparação

As falhas que podem ocorrer em uma planta de biogás em operação estão descritas na tabela abaixo. A causa mais comum de preocupação é o declínio na produção de biogás.

Tabela 16. Causas comuns de avarias e sua eliminação

Os trabalhos de reparação são realizados tanto em caso de avarias como durante o funcionamento normal das instalações. Reparações além das indicadas acima devem ser realizadas por especialistas, pois o proprietário da instalação normalmente não possui formação técnica. Em qualquer caso, uma inspeção anual da instalação deverá ser realizada por técnicos treinados.

Documentação

Para garantir o normal funcionamento, manutenção e reparação, a instalação deve possuir a seguinte documentação:

1. Diagramas esquemáticos de instalação de sistemas de gás e elétricos, diagrama de layout;
2. Passaportes de fabricantes de vasos de pressão;
3. Planos e cronogramas de manutenção e reparo de componentes e dispositivos;
4. Diários de bordo para registro do funcionamento das instalações e instruções de segurança e teste de conhecimentos do pessoal operacional “Regras de Segurança na Indústria do Gás”.

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

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