Биотопливо

За счет чего этот материал горит?

Для ответа на этот вопрос необходимо рассмотреть кормление животных и происходящие при переваривании пищи процессы.

Любой корм состоит из белков, углеводов, жиров, а при кормлении травой или сеном — и из клетчатки (целлюлозы).

Все эти вещества объединяет одно – их химическая формула содержит углерод и водород. В желудочно-кишечном тракте смешанная с желудочным соком пережеванная пища подвергается ферментации, то есть сложные вещества (биополимеры) распадаются на простые (монополимеры).

При этом часть веществ превращается в соединения, пригодные для впитывания через стенки кишечника и питания клеток всех тканей животного или птицы.

Поэтому превратившаяся в фекалии полностью переваренная пища содержит довольно много простых органических веществ, основой которых являются водород и углерод.

После удаления воды, доля которой составляет 50–90 процентов, остается смесь органических и неорганических веществ с довольно высокой калорийностью, а значит и теплотворной способностью.

По этому параметру экскременты птиц или животных в высушенном состоянии как минимум не уступают сухим (15–20% влажности) дровам, а возможно и превосходят их. Однако речь идет о соотношении массы и теплотворной способности, поэтому из-за очень низкой плотности сушеный навоз занимает гораздо больше места.

Способы переработки в сухое горючее

Для производства топлива из навоза применяют множество разных способов, однако все их объединяет одно – сформированные топливные брикеты или лепешки тщательно просушивают, причем одним из критериев готовности такого горючего является отсутствие неприятного запаха.

Помимо экскрементов в смесь для изготовления экологически чистого горючего нередко добавляют солому различных растений, благодаря чему возрастает общая теплотворная способность.

О всех существующих способах переработки навоза в топливный материал, в том числе о самых необычных, поговорим ниже.

Сбор подсохших лепешек

Наиболее известный способ заключается в том, чтобы собирать по дороге, где часто ходят животные, лепешки из высохшего естественным образом навоза.

Затем собранный материал несколько месяцев выдерживают в хорошо проветриваемом помещении, после чего его можно использовать в качестве топлива.

Готовый материал отличается очень маленькой плотностью, поэтому его сложно хранить, ведь он занимает очень много места.

Зимний деревенский способ

Еще один способ, который до сих пор применяют исконные жители деревень, заключается в том, что перед началом зимы весь навоз убирают, затем всю зиму он накапливается в месте обитания животных.

Однако этот способ можно использовать лишь там, где предусмотрен качественный отвод жидкости, а также ежедневно подсыпают свежую подстилку.

Постепенно экскременты уплотняются, становясь похожими на твердый пластилин, после чего животных перемещают в один из углов помещения и очищают освободившийся участок от навозной массы.

Для этого ее топором или бензопилой режут на куски необходимого размера, затем вынимают нарезанные бруски и отправляют на просушку, которая занимает 1–3 месяца.

Деревенский способ изготовления, применяемый с весны по осень

Также деревенские жители изготавливали топливо из смеси свежего навоза с камышом, сеном или соломой. Экскременты вываливали в яму, а растительный материал резали или рубили на небольшие куски, после чего тщательно вымешивали будущее топливо ногами.

Когда смесь превращалась в однородную массу, из нее лепили кирпичи или лепешки любой удобной формы и укладывали их на ровной площадке для просушки.

Каждый день все кирпичи переворачивали новой стороной к солнцу, затем складывали из них пустотелые пирамиды.

Через 1–2 недели, когда весь материал терял неприятный запах, его складывали в сараи, где и хранили до зимы.

Сушка на стене сарая

Существует еще один, довольно экзотичный, способ переработки навоза в топливо. Для этого южную сторону сарая оббивают доской, затем свежий навоз или помет мешают с любыми растительными обрезками, формируют из этой массы лепешки и накидывают их на стену.

Через несколько дней (зависит от температуры и погоды) подсохшие лепешки снимают и выкладывают из них пустотелые пирамиды, а на освободившееся место накидывают новые лепешки.

Перед дождем лепешки на стене накрывают пленкой, а подсохшее в пирамидах топливо убирают в сарай. Такую заготовку топлива проводят с первых теплых весенних дней и до глубокой осени.

Сушка с помощью сепаратора

Если топливо нужно получить из навоза, доставленного методом самосплава или гидросмыва, то необходимо пропустить весь материал через шнековый или вальцовый сепаратор.

Если шнековый сепаратор оснастить вращающимся ножом, то на выходе можно будет сразу же формировать пеллеты в виде крупных таблеток.

Оба вида этого оборудования снижают влажность до уровня 40–60%, после чего материал можно прессовать любым доступным способом, например, с помощью станка для изготовления шлакоблоков или кирпича.

Также можно использовать пресс для изготовления топливных брикетов, снизив создаваемое давление до десяти–двадцати атмосфер, или гранулятор для изготовления пеллет, снизив создаваемое им давление до того же уровня.

Сушка с помощью пресса

Для изготовления брикетов потребуется пресс с усилием в несколько десятков тонн и формы из нержавеющей стали или чугуна, причем высота форм должна быть в половину больше толщины брикета.

Кроме того, потребуется матрица, которая будет равномерно распределять усилие пресса по всей площади кирпича, и размер которой по любой стороне на 0,1 мм меньше размера формы. В стенках и днище форм просверливают отверстия диаметром 0,5–1 мм с шагом между отверстиями в 5–15 мм.

Если толщина стенок меньше 1 см, то их желательно укрепить стальными уголками, сделав из них ребра жесткости.

Кроме того, необходимо предусмотреть отвод жидкости, выходящей через отверстия, чтобы она не попадала на землю в месте проведения работ. Ее можно отводить в какую-то промежуточную емкость объемом несколько сотен литров, из которой насосом перекачивать к месту хранения, переработки или утилизации.

Собранный навоз желательно смешать с любым сухим растительным наполнителем, причем нарезать наполнители нужно кусками, длина которых равна половине или двум третям ширины брикета. Такой наполнитель не только увеличит теплотворную способность топлива, но и сделает брикет более крепким.

Готовую смесь загружают в форму, затем устанавливают в пресс и начинают сжимать. Причем значение, до которого нужно двигать матрицу, определяют, исходя из влажности навоза.

Для готовых брикетов оптимальная влажность для такого способа составляет 50–60%, поэтому, зная исходную влажность материала, можно определить, сколько лишней жидкости находится в смеси.

При исходной влажности самосплавного навоза в 90% и добавлении сухого резаного камыша в пропорции 1:1 влажность смеси снижается до значения 70–80%, поэтому нужно удалить 10–30% лишней жидкости.

На прессе или форме делают отметку для отслеживания движения матрицы и при достижении нужной точки перестают сжимать смесь. Затем форму переворачивают и извлекают из нее готовый брикет, который отправляют на просушку.

Как топить, чтобы был максимальный эффект?

Отличительная особенность любого твердого топлива из навоза в невысокой плотности и рыхлой структуре, поэтому кизяк и брикеты или пеллеты горят быстро, с высоким, но не слишком ярким пламенем.

Кроме того, даже в просушенных брикетах уровень влажности редко опускается ниже значения 10%, поэтому дым от них содержит много водяного пара и растворенных в нем кислот.

Сжигать это топливо нужно только в режиме наибольшей тяги, загрузив все горючее сразу или догружая по мере необходимости.

Ограничение подачи воздуха (экономичный режим) приводит к снижению температуры горения и выделению большого объема водяного пара и недогоревшего углерода.

Из-за этого резко возрастает скорость зарастания сажей дымоходов, а на уличной дымоходной трубе оседает насыщенный кислотами конденсат, который не только превращается в корку после высыхания, но и разъедает материал трубы.

Кроме того, размер щелей колосников не должен превышать 20 мм, в противном случае слишком много недогоревшего топлива будет падать в зольник.

Поэтому такое топливо лучше всего подходит для подового горения, то есть для каминов и русских печей.

Кизяк и другие виды топлива из навоза идеально подходят для сжигания в отопительных приборах с системой дожига дыма. В этом случае происходит более полное сгорание, из-за чего повышается температура дыма, а также сокращается количество токсичных веществ в нем, ведь их большая часть образуется из-за неполного сгорания углеводородов.

Если в доме только планируется поставить печь, которая будет работать на таком топливе, то размер топливника нужно делать в 1,2–1,5 раза больше, чем для дров или угля. Это увеличит размеры печи, зато позволит закладывать все горючее за один раз, что благотворно скажется на общем КПД отопительного прибора и состоянии дымоходов.

Если же для отопления используют обычный твердотопливный водогрейный котел, то регулировку температуры лучше проводить не с помощью ограничения подачи воздуха, а установив теплоаккумулятор и отбирая от него нужное количество воды.

Это потребует больших затрат, зато избыточно мощный котел (в 1,5–3 раза больше нормы) и объемный теплоаккумулятор (50–100 л для утепленного дома) позволят даже в холода топить 3–5 раз в неделю. В режиме наибольшей мощности КПД котла максимально, а вся энергия будет запасена теплоаккумулятором, который сможет хранить тепло до 5 дней.

Для котлов с автоматической системой подачи подходят только пеллеты и брикеты, благодаря одинаковым форме и размерам. Регулировку температуры в таких устройствах нужно производить только за счет изменения количества подаваемого топлива, поэтому может потребоваться вмешательство в систему подачи или изменение ее настроек.

Как производят биотопливо?

Дата публикации: 8 декабря 2014

Биотопливо относится к альтернативным источникам энергии. Впрочем, к подобным источникам относят любые, которые не являются производными от классических ископаемых углеводородов – природного газа и нефти. Фактически даже древесина, которую человечество использует столетиями для получения тепловой энергии, по этой классификации является альтернативным вариантом.

Альтернативные источники энергии отличаются экологичностью и возобновляемостью, а в некоторых случаях и бесконечностью, как, к примеру, солнечная энергия или энергия движения воздушных масс. Биотопливо относится к возобновляемым и экологически чистым источникам энергии. Оно представляет собой продукт биологического происхождения, твердый, жидкий или газообразный. Изготовление и применение биотоплива на базе собственного хозяйства позволяет получить автономию от покупных энергетических источников, а заодно и решить проблему утилизации разнообразных органических отходов, начиная от содержимого выгребной ямы и заканчивая сорняками, удаленными с грядок.

В использовании биологического топлива есть свои минусы и одним из них является высокая стоимость, которую требует производство биотоплива. При решении организовать получение энергии из биосырья, необходимо просчитать, сколько средств уйдет на строительство завода по производству топлива, сколько будет стоить оборудование, сколько можно будет иметь прибыли, и какова будет экономия потребителей при использовании биотоплива. Практика показывает, что завод, выпускающий биотопливо, довольно рентабелен, если налажен сбыт продукции потребителям.

Производство топливных гранул (пеллет)

Пеллеты, топливные гранулы, как и топливные брикеты, производятся из опилок, других древесных отходов, шелухи подсолнечника, соломы. Растительная масса помещается в биоустановки, то есть емкости, где происходит измельчение. Получается практически мука из отходов растительного производства. Эта масса поступает в сушилку, где выпаривается жидкость. Именно этот процесс подготавливает массу к качественной прессовке.

В прессе-грануляторе при сжатии растительной муки повышается температура массы. В растительных частицах содержится лигнин, по составу схожий со смолой. Он растапливается и склеивает высушенные частички растений, получаются гранулы того размера, который задан при настройке оборудования.

Для гранулирования используют специальные пресс-формы, так называемые кольцевые штампы. Они вращаются с помощью роторных вальцов, и при вращении растительная масса поступает в круглые отверстия пресс-формы, то есть в фильеры. Схема аппарата напоминает обычную мясорубку с ножом, который снаружи срезает цилиндрики гранул.

Это простое описание технологии, которое завершается охлаждением и упаковкой. Объем одной упаковки минимум 2 кг, но каждый завод, как правило, продает гранулы и врассыпную, это удобно покупателям – промышленным предприятиям.

Производство топливных брикетов

Технология изготовления топливных брикетов во многом напоминает производство пеллет. Различие в форме готового продукта. Отходы сельскохозяйственного и деревообрабатывающего производства также мелко рубятся и при высоком давлении прессуются.

Некоторые виды сырья для производства брикетов необходимо нагревать до очень высокой температуры – до 350 градусов. В древесном сырье очень много лигнина, поэтому прессование идет отлично. При использовании однолетних растений лигнина не хватает, поэтому производство топливных брикетов из соломы идет с добавлением связующих веществ.

При высокой температуре больше всего оплавляется поверхность брикетов, что делает их прочными. Это очень важно, так как транспортировка может существенно травмировать биотопливо.

Цилиндрические брикеты получают с помощью ударных механизмов, длина производимых брикетов может быть бесконечна, нарезка на куски производится по желанию. Различают цельные брикеты и брикеты с отверстием внутри. Плотность прессовки очень высока, близка к каменному углю. Объем произведенного брикета в 10 раз меньше, чем объем первоначального сырья, взятого для производства.

Производство биогаза

Биогаз, как биотопливо, очень ценный продукт, который существенно удешевляет обычное топливо и делает его экологически более безопасным и чистым. Процесс производства биогаза – это создание условий, в которых без доступа воздуха идет разложение биологических отходов при помощи биобактерий.

Производство биотоплива — биогаза требует специального устройства. Первый этап – измельчение сырья. Определенное количество соломы, шелухи, опилок и пр. поступает в реактор, то есть резервуар, в котором оно нагревается. К этому резервуару идет специальный загрузчик, иногда используется насосная установка. Все оборудование серьезно утеплено для сохранения температуры внутри. Измельчение и периодическое перемешивание осуществляется вмонтированными миксерами. Изготавливается установка из железобетона, иногда используется сталь со специальным устойчивым покрытием.

Внутри реактора создается питательная для бактерий среда, то есть туда помещаются растительные отходы производства. А вырабатывают бактерии биогаз. Итак, для производства биологического газа требуется растительное сырье, тепло (до +38 градусов), и перемешивание миксером. Образующийся газ поступает в газгольдер, там он очищается и затем транспортируется к котлу потребителя или на электрогенератор. Доступ воздуха в реактор перекрыт, поэтому никакой опасности взрыва не существует.

Описание технологии с использованием птичьего помета или навоза несколько отличается, оно включает дополнительную фазу фильтрации.

Производство биодизеля

Мини-завод по производству биодизеля

Биодизель производится также из растительного сырья при помощи реакции переэтерификации. Растительное масло или жир под воздействием катализатора превращается в эфир метила. Производство биодизеля предполагает использование масел рапса, сои и некоторых других растений. Основная задача технологов в этом процессе – правильно подобрать катализатор. Тогда реакция идет быстрее и на выходе получается качественный биодизель. На данный момент уже освоена технология получения биодизеля не только из соломы, но и из древесного сырья, из опилок и щепы.

На крупных заводах применяется самая современная технология производства биодизеля, в корне отличающаяся от домашних способов. Вместо устаревших рекуперации и мойки топлива водой применяется струйная гидродинамическая кавитация, ультразвуковая, высокочастотная и полностью управляемая. Современные установки могут производить до 16 тысяч литров биотоплива в час! Гидродинамическая кавитация в прошлом служила только военным, и теперь нашла свое мирное применение в производстве биодизеля.

В отдельный вид биотоплива на сегодняшний день выделяется дизель из водорослей, то есть топливо третьего поколения. Для производства используют биоустановки — биореакторы, в которые в качестве питательной среды помещается двуокись углерода. Особый вид водорослей богат маслами, из которых и производится биотопливо.

Е.Щугорева

Эволюция биогазовых систем:

Источник: https://altenergiya.ru/bio/kak-proizvodyat-biotoplivo.html

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *