Для биогазового производства в биогазовых станциях применяют различные виды и типы ферментеров. В зависимости от модели, ферментеры работают путем сухой ферментации или жидкой ферментации. Для эффективного сбраживания ферментер должен быть не только газо- и водонепроницаемым, но и непрозрачным. Также он требует эффективного перемешивания, оптимальной теплоизоляции и отопления, которое недорого получать из тепловой энергии из биогаза, которую генерирует когенерационный модуль.
Ферментеры биогазовых установок: конструкции, мешалки и системы отопления
В биогазовой станции конструкция ферментера тесно связана с типом процесса сбраживания. В зависимости от того, применяется сухая или влажная ферментация, различают 3 вида течения сбраживания:
- процесс с полным перемешиванием,
- процесс с продольным перемешиванием,
- периодический процесс сбраживания.
Кроме того, существуют решения с применением сочетания нескольких видов процессов.
Конструктивное решение 1: ферментер с полным перемешиванием
Согласно статистическим данным за 2017 год, более 90% операторов биогазовых станций в мире применяют ферментеры с полным перемешиванием. Это конструктивное решение ферментера обычно цилиндрического исполнения с бетонным фундаментом и стенами из железобетона или стали. Крыша данного типа ферментера имеет газонепроницаемое покрытия.
Этот тип резервуара для сбраживания может выполняться с большим рабочим объемом более 6000 м³ и в принципе идеально подходит для всех видов субстратов. В основном ферментеры с полным перемешиванием применяются для влажной ферментации, то есть для перекачиваемых субстратов, и очень редко на объектах сухой ферментации.
Конструктивное решение 2: ферментер с продольным перемешиванием
Продольное перемешивание значительным образом ограничивает возможные рабочие объемы ферментеров. В горизонтальном исполнении такой ферментер будет иметь максимальный объем 800 м³, а в вертикальном — до 2500 м³. Горизонтальный ферментер такой биогазовой установки обычно сооружается стальным и может выполнять роль приемного резервуара первичной ферментации на мощных станциях. Ферментеры с продольным перемешиванием подходят, как для влажной, так и для сухой ферментации.
Конструктивное решение 3: периодический процесс ферментации
На рынке биогазовых установок данное конструктивное решение предлагается в виде мобильных контейнерных систем или стационарного железобетонного ферментера. Блоки такой биогазовой установки, как правило, соединяются параллельно, каждый блок герметичен и отдельно заполняется субстратом. Типичное данное конструктивное решение предлагается для насыпных субстратов, поэтому идеально подходит для сухой ферментации.
Перемешивание и перемешивающие устройства биогазовой установки
Ферментер требует той или иной формы перемешивания с целью насыщения каждой новой порции сырья метаногенными микроорганизмами, которые уже присутствуют в ферментере, а также с целью гомогенизации сбраживаемой массы субстратов в целом. Кроме того, мешалка призвана обеспечивать оптимальное распределение тепла в объеме ферментера, отсутствие слоев субстрата и оптимальное выделение биогаза из субстратов.
Основное отличие заключается в способе перемешивания, в частности, различают механическое, гидравлическое и пневматическое перемешивание. Механическое перемешивание в ферментере происходит, к примеру, с помощью погружной мешалки, мешалки с наклонной осью и осевой мешалки.
Гидравлическое перемешивание в биогазовой станции реализуется путем подачи субстрата через форсунки и насосы, что вызывает перемешивание потоками, собственно, сбраживаемого сырья. Такой тип перемешивания характеризуется появлением тонких плавающих слоев субстратов, поэтому подходит только для биогазовой установки, которая эксплуатируется на жидких субстратах.
Пневматическое перемешивание предусматривает подачу пузырьков биогаза в пространство ферментера. Но и здесь технически неизбежно имеют место плавающие слои сырья и образования корки на поверхности сбраживаемой массы.
Отопление ферментера и изоляция биогазовой станции
Оптимальный процесс ферментации может быть обеспечен только при надлежащей системе обогрева ферментера. Без дополнительной помощи извне собственно процесс ферментации не способен достичь необходимой промышленной температуры для эффективной влажной или сухой ферментации.
Температура окружающей среды часто бывает слишком жаркой для биогазовой станции летом, и явно слишком низкой зимой. Опираясь на теплоизоляцию, изготовленную из таких материалов, как минеральные волокна или пеностекло, оптимальные условия для микроорганизмов в ферментере биогазовой станции создаются и поддерживаются целый год. Одновременно гарантируется и высокая эффективность биогазовой установки.
Следующим блоком биогазовой установки является резервуар для накопления и хранения дегистата.