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Installations pour la production de biogaz

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Installations pour la production de biogaz

Qu'est-ce que le biogaz?
Récemment, de plus en plus d'attention a été attirée par les sources d'énergie non traditionnelles, d'un point de vue technique: le rayonnement solaire, les marées et les vagues, et bien plus encore. Certains d'entre eux, tels que le vent, ont été largement utilisés dans le passé, et aujourd'hui ils connaissent une deuxième naissance. L'un des types de matières premières "oubliés" est le biogaz, qui était utilisé dans la Chine ancienne et encore "ouvert" à notre époque.
Qu'est-ce que le biogaz? Ce terme désigne un produit gazeux obtenu sous forme anaérobie, c'est-à-dire sans accès à l'air, fermentation (ligature) de substances organiques d'origines diverses. Dans toute exploitation paysanne au cours de l'année, une quantité importante de fumier est recueillie, les feuilles de plantes, divers déchets. Habituellement, après décomposition, ils sont utilisés comme engrais organique. Cependant, très peu de gens savent combien de biogaz et de chaleur sont libérés pendant la fermentation. Mais cette énergie aussi peut faire du bon travail pour les villageois.

Le biogaz est un mélange de gaz. Ses composants principaux sont le méthane (CH4) - 55-70% et le dioxyde de carbone (CO2) - 28-43%, et aussi en très petites quantités d'autres gaz, par exemple - sulfure d'hydrogène (H2S).
En moyenne, 1 kg de matière organique, biodégradable à 70%, produit 0,18 kg de méthane, 0,32 kg de dioxyde de carbone, 0,2 kg d'eau et 0,3 kg d'un résidu indissoluble.
Facteurs affectant la production de biogaz.
Puisque la décomposition des déchets organiques se produit en raison de l'activité de certains types de bactéries, l'environnement a un impact significatif sur lui. Ainsi, la quantité de gaz produite dépend dans une large mesure de la température: plus il fait chaud, plus le taux et le degré de fermentation des matières premières organiques sont élevés. C'est pourquoi, probablement, les premières usines de biogaz sont apparues dans les pays avec un climat chaud. Cependant, l'utilisation d'une isolation thermique fiable, et parfois aussi d'eau chauffée, permet de maîtriser la construction de générateurs de biogaz dans les régions où la température chute à -20 ° C en hiver. Il y a certaines exigences pour les matières premières: elles devraient convenir au développement des bactéries, contenir de la matière organique biodégradable et en grandes quantités d'eau (90-94%). Il est souhaitable que le milieu soit neutre et sans substances qui interfèrent avec l'action des bactéries: par exemple, du savon, des poudres à laver, des antibiotiques.

Pour produire du biogaz, vous pouvez utiliser des déchets végétaux et ménagers, du fumier, des eaux usées, etc. Dans le processus de fermentation, le liquide dans le réservoir a tendance à être divisé en trois fractions. Supérieur - une croûte formée de grosses particules entraînées par l'augmentation des bulles de gaz, après un certain temps peut devenir très solide et empêcher la libération de biogaz. Le liquide s'accumule dans la partie médiane du fermenteur et la fraction inférieure, semblable à de la boue, précipite.
Les bactéries sont les plus actives dans la zone médiane. Par conséquent, le contenu du réservoir doit être mélangé périodiquement - au moins une fois par jour, et de préférence - jusqu'à six fois. L'agitation peut être effectuée au moyen de dispositifs mécaniques, par des moyens hydrauliques (recirculation sous l'action de la pompe), sous la pression du système pneumatique (recyclage partiel du biogaz) ou par diverses méthodes d'auto-agitation.
Installations pour la production de biogaz.
En Roumanie, les générateurs de biogaz sont largement utilisés. Une des premières installations individuelles (figure 1A) a été mise en service en décembre 1982. Depuis lors, il a fourni avec succès du gaz à trois familles voisines, chacune ayant une cuisinière à gaz conventionnelle avec trois brûleurs et un four. Le fermenteur est situé dans une fosse d'un diamètre d'environ 4 m et d'une profondeur de 2 m (volume environ 21 m3), qui est posée de l'intérieur par une toiture soudée deux fois: d'abord par soudure électrique puis gazeuse. Pour la protection anticorrosion, la surface interne du réservoir est recouverte de résine. En dehors du bord supérieur du fermenteur, une rainure annulaire en béton d'une profondeur d'environ 1 m est réalisée, remplissant la fonction d'un joint d'étanchéité à l'eau; Dans cette gorge, remplie d'eau, la partie verticale de la cloche qui ferme le réservoir glisse.
La cloche mesure environ 2,5 m de haut, elle est en tôle d'acier de deux millimètres. Dans la partie supérieure, le gaz est recueilli.
L'auteur de ce projet a choisi l'option de collecte du gaz en différence des autres installations en utilisant un tuyau situé à l'intérieur du fermenteur et ayant trois branches souterraines - à trois fermes. En outre, l'eau dans la rainure du joint d'eau coule, ce qui empêche le givrage en hiver. Le fermenteur est chargé avec environ 12 m3 de fumier frais, sur lequel l'urine de vache se déverse (sans ajouter d'eau, le générateur commence à fonctionner 7 jours après le remplissage.






Un arrangement similaire a une installation de plus (figure 1B). Son fermenteur est réalisé dans une fosse de section carrée de 2x2 et d'une profondeur d'environ 2,5 m La fosse est revêtue de dalles de béton armé de 10-12 cm d'épaisseur, enduites de ciment et recouvertes d'une résine pour l'étanchéité. La rainure du joint d'eau d'une profondeur d'environ 50 cm est également en béton, la cloche est soudée à la toiture et peut coulisser librement sur quatre «oreilles» le long de quatre guides verticaux montés sur un réservoir en béton. La hauteur de la cloche est d'environ 3 m, dont 0,5 m est immergé dans la rainure.
Au premier remplissage, 8 m3 de fumier frais de vache ont été chargés dans le fermenteur et environ 400 litres d'urine de vache ont été remplis. Après 7-8 jours, l'installation a déjà entièrement fourni aux propriétaires du gaz.

Un générateur similaire dispose d'un générateur de biogaz, conçu pour recevoir 6 m3 de fumier mixte (provenant de vaches, de moutons et de porcs). Cela suffisait pour assurer le fonctionnement normal de la cuisinière à gaz avec trois brûleurs et un four.

Une autre installation diffère de tout autre détail constructif: trois grandes chambres de tracteur reliées à celle-ci au moyen d'un tuyau en T sont reliées au fermenteur, reliées l'une à l'autre (figure 2). La nuit, lorsque le biogaz n'est pas utilisé et s'accumule sous la cloche, il y a un risque que celui-ci se renverse en raison d'une pression excessive. Le réservoir en caoutchouc sert de réservoir supplémentaire. La taille de fermenteur 2h2x1.5 m est suffisante pour le fonctionnement de deux brûleurs, et avec une augmentation du volume utile de l'installation à 1 m3, vous pouvez obtenir la quantité de biogaz, suffisante pour chauffer la maison.
La particularité de cette variante de l'installation est un dispositif de cloche de 138 cm de hauteur et 150 cm de hauteur à partir d'un tissu caoutchouté utilisé pour la fabrication de bateaux pneumatiques. Le fermenteur est un réservoir métallique de 140x380 cm et a un volume de 4,7 m3. La cloche est introduite dans le fumier fermenté à une profondeur d'au moins 30 cm pour constituer une barrière hydraulique à la sortie du biogaz vers l'atmosphère. Dans la partie supérieure du réservoir de gonflement, une grue raccordée au tuyau est fournie; le gaz arrive à la cuisinière à gaz avec trois brûleurs et une colonne pour chauffer l'eau. Pour assurer des conditions optimales pour le fermenteur, le fumier est mélangé avec de l'eau chaude.
Les meilleurs résultats ont été obtenus avec une teneur en humidité de 90% et une température de 30-35 °.

Pour chauffer le fermenteur, l'effet de la serre est également utilisé. Au-dessus du conteneur est construit un cadre métallique, recouvert d'un film de polyéthylène: dans des conditions climatiques défavorables, il retient la chaleur et permet d'accélérer considérablement le processus de décomposition des matières premières.

En Roumanie, les générateurs de biogaz sont également utilisés dans les fermes d'État ou coopératives. Voici l'un d'eux. Il dispose de deux fermenteurs d'une capacité de 203 m3, fermés avec un cadre avec un film de polyéthylène (Figure 3). En hiver, le fumier est chauffé à l'eau chaude. La capacité de l'usine est de 300-480 m3 de gaz par jour. Ce montant est suffisant pour répondre à tous les besoins du complexe agro-industriel local.
Conseils pratiques
Comme déjà noté, le rôle décisif. le développement du processus de fermentation est joué par la température: le chauffage des matières premières avec 15? jusqu'à 20 ° peut doubler la production d'énergie. Par conséquent, les générateurs ont souvent un système spécial pour chauffer les matières premières, mais la plupart des installations n'en sont pas équipées. ils n'utilisent que la chaleur dégagée au cours de la décomposition des substances organiques. L'une des conditions les plus importantes pour le fonctionnement normal du fermenteur est la disponibilité d'une ISOLATION THERMIQUE fiable. De plus, il est nécessaire de minimiser la perte de chaleur pendant le nettoyage et le remplissage de la fosse de fermentation.

Il est également nécessaire de garder à l'esprit la nécessité d'assurer l'équilibre biochimique: le taux de production de bactéries par les acides est parfois supérieur au taux de consommation par les bactéries du second groupe: l'acidité de la masse augmente et la production de biogaz diminue. La situation peut être corrigée soit en réduisant la portion quotidienne des matières premières, soit en augmentant sa solubilité (si possible, l'eau chaude), soit enfin en ajoutant une substance neutralisante - par exemple du lait de chaux, de la lessive ou de la boisson gazeuse.

La production de biogaz peut être réduite par la violation du rapport entre le carbone et l'azote. Dans ce cas, des substances contenant de l'azote, de l'urine ou une petite quantité de sel d'ammonium, habituellement utilisées comme engrais chimiques (50-100 g pour 1 m3 de matière première) sont introduites dans le fermenteur.

Il convient de rappeler que l'humidité élevée et la présence de sulfure d'hydrogène (dont la teneur en biogaz peut atteindre 0,5%) stimulent la corrosion des parties métalliques de la plante. Par conséquent, l'état de tous les autres éléments du fermenteur doit être régulièrement surveillé et soigneusement protégé sur les sites d'endommagement: il est préférable d'utiliser du plomb en une ou deux couches, puis avec deux autres couches de peinture à l'huile.

En tant que pipeline pour transporter le biogaz du tuyau de dérivation de sortie dans la partie supérieure de la cloche de l'installation vers le consommateur, les deux tuyaux (métal ou plastique) et les tuyaux en caoutchouc peuvent être utilisés. Ils sont souhaitables pour conduire dans une tranchée profonde pour éviter les ruptures dues à la congélation en hiver de l'eau condensée. Si le transport de gaz au moyen d'un tuyau est effectué par l'air, un dispositif spécial est nécessaire pour drainer le condensat.








Le circuit le plus simple d'un tel dispositif est un tube en forme de U fixé au tuyau à son point le plus bas (figure 4). La longueur de la branche libre du tube (x) doit être supérieure à la pression du biogaz exprimée en millimètres de colonne d'eau. Lorsque le condensat s'écoule dans le tube à partir de la canalisation, l'eau s'écoule par son extrémité libre sans fuite de gaz.
Dans la partie supérieure de la cloche, il est également conseillé de prévoir une buse pour l'installation d'un manomètre pour juger de la quantité de biogaz accumulée par la quantité de pression.

L'expérience d'exploitation des usines a montré que l'utilisation d'un mélange de différentes substances organiques comme matière première donne plus de biogaz que lorsque le fermenteur est chargé avec l'un des composants. Il est recommandé que la teneur en eau de la matière première soit légèrement réduite en hiver (jusqu'à 88-90%) et augmentée en été (92-94%). L'eau utilisée pour la dilution doit être chaude (de préférence 35-40 °).


Les matières premières sont servies en portions, au moins une fois par jour. Après le premier chargement du fermenteur, le biogaz est souvent produit en premier, qui contient plus de 60% de dioxyde de carbone et ne brûle donc pas. Ce gaz est éliminé dans l'atmosphère et après 1 à 3 jours, l'installation commencera à fonctionner normalement.