Сельскохозяйственные биогазовые станции обычно предусматривают наличие основных сооружений: емкости для накопления и предварительной подготовки сырьевой базы, резервуара для твердых субстратов, резервуара для сбраживания (метантенк) и хранилища для накопления и хранения сброженного субстрата (резервуары-хранилища или крытые лагуны).
Энергетическое преобразования полученного биогаза осуществляется путем его накопления, биологической и химической очистки от побочных газов и подача в когенерационный модуль, где и происходит непосредственное производство электрической и тепловой энергии из биогаза.
Процессу фактического производства биогаза предшествует блок управления субстратами для ферментации. Менеджмент сырьевой базы, в частности, предусматривает доставку, хранение, обработку, транспортировку и подачу субстрата в резервуар сбраживания. Емкости и резервуары для хранения жидких и твердых типов субстратов для сбраживания призваны обеспечивать необходимые объемы сырья для своевременной подачи в метантенк.
Предварительная подготовка субстрата перед сбраживанием, в первую очередь зависит от типа сырья и применяемой технологии биогазового производства с целью обеспечения оптимального использования энергетического потенциала сырья и, соответственно, общей эффективности биогазовой станции.
Подготовка сырьевой базы может включать сортировку и отделение посторонних включений, измельчение, перетирание и гомогенизацию (создание однородной консистенции массы), гидролиз или дезинтеграцию.
В случае применения технологии твердого сбраживания целесообразным может оказаться предварительное аэробное (с доступом кислорода) гноения.
Гигиенично опасные субстраты, как отходы бойни и пищевые отходы, требующие проведения санитарной обработки, предусматривают нагрев субстрата до температуры выше 70 ° С в течение не менее часа, с целью уничтожения болезнетворных бактерий, которые могут содержаться в сырье.
Подача субстрата в метантенк (также называемый ферментером) происходит путем его перекачивания из приемной емкости, где смесь субстратов, при необходимости, перемешивается, измельчается или перетирается, гомогенизируется. Твердые штабелируемые субстраты могут подаваться непосредственно в метантенк.
Метантенк — сердце биогазовой станции. Он должен быть не только газо- и водонепроницаемым, но и непрозрачным для эффективного протекания процессов сбраживания. Существуют различные типы ферментеров, и их, как правило, адаптируют в соответствии с выбранной технологией и ферментационными процессами. Метантенки могут выполняться вертикальными и горизонтальными, цилиндрической или квадратной формы, из железобетона или стали.
Соответствующее качество перемешивания субстрата до состояния однородности обеспечивают перемешивающие устройства.
Количество основных метантенков и/или вторичных метантенков зависит от объемов сбраживаемых органических отходов и от общей концепции проекта биогазовой станции.
Рисунок 1: Схематическое изображение сельскохозяйственной биогазовой станции
Перед подачей биогаза в когенерационный модуль происходит удаление побочных примесей газов и конденсата. Важной мерой защиты двигателя и компонентов ТЭС от коррозии является процесс так называемого обессеривания или десульфурации — удаление соединений серы из биогаза. Первичное удаление серы происходит непосредственно в метантенке путем поддува воздуха в подкупольное пространство емкости сбраживания. Если ТЭС оборудована каталитическим нейтрализатором отработанных газов, тогда дополнительно нужно тонкое обессеривания при помощи фильтра с активированным углем. Данное очистное оборудование предотвращает повреждение каталитического нейтрализатора.
В дополнение к обессериванию обязательным этапом является подсушивание неочищенного биогаза, в течение которого отводятся соли и минералы, содержащиеся во влажном биогазе, и могут негативным образом повлиять на эксплуатацию когенерационного модуля.
Сброженный субстрат подается в резервуар-хранилище или крытую лагуну, является высококачественным сбалансированным удобрением и может применяться для удобрения сельскохозяйственных угодий. Рекомендуется выполнение резервуаров-хранилищ закрытого типа, с целью использования остаточного энергетического потенциала субстрата, а также с целью предупреждения разведения удобрений осадками и частичной потери объемов под действием солнечных лучей и температур.