Способ производства сброженной биомассы и биогаза из отходов животноводства и растениеводства и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к сельскохозяйственному производству, в частности к применению безотходных технологий, используемых при работе агропромышленных комплексов. Цель изобретения - интенсификация процесса термофильного сбраживания за счет обеспечения его изотермичности в объеме сбраживаемой биомассы и во времени, непрерывности процесса, а также повышение производительности и сокращение времени технологического обслуживания. Способ включает начальную загрузку свежих отходов, подогретых до 50-55°С, подогрев в процессе брожения, гидравлическое перемешивание, выгрузку биомассы, отвод биогаза и очистку теппообменных поверхностей. Новым в способе является осуществление зонного перемешивания с одновременным подогревом, а при изотермическом процессе (без падения температуры) перемешивание по зонам последовательно сверху - вниз с уменьшением времени перемешивания, а также возможностьпроводить очистку теплообменных поверхностей без остановки процесса сбраживания с помощью горячего теплоносителя при. 65-70°С. Биогазовая установка содержит метантенк с газоотводом, резервуары свежих отходов и сброженной биомассы, нагнетающий и циркуляционный насосы, газовый водонагреватель с котлом, теплообменник и систему трубопроводов с кранами. Новым в конструкции устройства является выполнение входов отводящего и выходов подводящего трубопроводов на разных по высоте уровнях метантенка в местах установки датчиков температуры, при этом на каждом уровне входы и выходы трубопроводов расположены под углом друг к другу. 1 ил. 4W е а ю ю ю 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)э С 02 F 11/04

OCYQAPCTBEf+lblA КОМИТЕТ пО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЬ!ТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ с

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4763192/26 (22) 30.11.89 (46) 23..06.92. Бюл. гЬ 23 (71) Научно-производственное. объединение по сельскохозяйственному машинострое.нию (72) ЗЯ.Жук. АШПобедоносцев, M.Â.Èâàíчикова, Г;И.Алергант, - Л.П..Бережной .и

А.А.Квардонов (53) 628.336 (088.8) (56)-Состояние и перспективы развития биогазовых установок. Обзорная информация.

М.г ЦНИИТЗИ, 1986, с. 26, рис. 20.

Патент СССР hb 1103790, кл, С 02 F 11/04, 1981. ° (54) СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА СБРОЖЕННОЙ БИОМАССЫ И БИОГАЗА ИЗ ОТХОДОВ

ЖИВОТНОВОДСТВА И РАСТЕНИЕВОДСТ.ВА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛ ЕНИЯ (57) Изобретение относится к сельскохозяйственному производству, в частности к применению . безотходных технологий, :используемых при работе агропромышлен-., ных комплексов. Цель изобретения — интенсификация процесса термофилъного сбраживания эа счет обеспечения его иэотермичности в объеме сбраживаемой биомассы и во времени, непрерывности процесса, а также повышение производиИзобретение.отйосится к сел ьскохозяйственному производству, в частности к применению безотходных технологий при работе агропромышленных комплексов.

Известен способ производства сброженной биомассы и биогаза, включающий загрузку свежих отходов в метантенк, подогрев их и перемешивайие за счет разности

„„SU „„1742228A1 тельности и сокращение. времени технологического обслуживания. Способ. включает начальную загрузку свежих отходов. подогретых до 50 — 55 С, подогрев в процессе брожения, гидравлическое перемешивание, выгрузку биомассы, отвод биогаза и очистку теплообменных повер"костей. Новым в способе является осущес вление зонного перемешивания с одновременным подогревом, а при изотермическом процессе (без паде-. ния температуры) перемешивание по зонам последовательно сверху — вниз с уменьшением времени перемешивания. а также воз.можность проводить очистку теплообменных поверхностей .без остановки процесса сбраживания с помощью горячего теплоносителя при 65-70 С.. Б

Биогазовая установка содержит метантенк с газоотводом, резервуары свежих отходов и сброженкой биомассы. нагнетающий и циркуляционкый насосы, газовый водонаг-. реватель с котлом, теплообменник и систему трубопроводов с кранами. Новым в конструкции устройства является выпалнеwe входов отводящего и выходов подводящего трубопроводов на разных по высоте уровнях метантен ка в местах установки датчиков температуры, при этом на каждомуровне входы и выходы трубопроводов расположены под углом друг к другу. 1 ил. К).

ОО температур верхних и нижних слоев субстракта, отвод биогаза и выгрузку биомассы. Недостатком такого способа является то; что такое перемешивание явно. недостаточно, так как практически не затрагиваются верхние слои субстрата, что. в свою очередь, приводит к образованию корки на его поверхности. Кроме того, отсутствие поъ.

1742228 стоянного температурного поля по всему метантенку. снижает эффективность сбраживания всего объема субстрата. Указанные недостатки не позволяют добиться высокой. интенсивности процесса, Известна установка для анаэробного сбраживания твердых и жидких отходов с образованием метана, содержащая метантенк с газоотводом, вертикально установленные подводящий .и отводящий трубопроводы с патрубками, резервуары свежих отходов и сброженной биомассы; теплообменник, нагнетающий и рециркуляционный насосы. Недостатком известной . установки является сложность конструкции, так как оно снабжено специальным узлами загрузки и разгрузки субстрата; кроме того, .подогрев загру>кенной биомассы осуществляют от внешнего источника, что приводит к высокой ее энергоемкости. Вследствие указанных недостатков, установка имеет низкую. производительность и требует длительного времени технологического обслуживания. .Цель изобретения — интенсификация процесса за счет обеспечения его изотермичности в объеме сбражива емой биомассы и во времени непрерывности процесса производства, а также повышение производительности и сокращения времени, технологического обслуживания.

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом способе производства сброженной биомассы и биогаэа, включающим загрузку свежих отходов в метантенк, подогрев их и перемешивание, отвод биогаза и выгрузку биомассы, перемешивание осуществляют послойно путем впуска и выпуска сбраживаемой биомассы, нагретой до 5055 С, в горизонтальные слои ее обьема в метантенке, начиная с верхних слоев и переходя к нижним, при этом время перемешивания уменьшаются с 10 — 15 мин в верхних слоях до 2 — 5 мин в нижних слоях, а очистку теплообменных поверхностей производят горячим теплоносителем без оста.-новки процесса сбраживания. Указанная цель достигается также тем. что установка

Для анаэробного сбраживания твердых и жидких отходов с образованием метана— биогазовая установка (БГУ), содержащая метантен к с газоотводом, вертикально установленные подводящий и отводящий трубопровод с патрубками, резервуары свежих отходы и сброженной биомассы. теплообменник, нагнетающий и рециркуляционный насос,- причем патрубки подводящего и от. водящего трубопроводов присоединены к корпусу ментантенка под углом друг к другу и снабжены сливными патрубками, а также датчиками температуры и регулируемой арматурой, Конструкти вн ые особен ности. установки обеспечивают иэотермичность .5 температурного поля во всем объеме сбраживаемой биомассы и во времени, исключают образование корки на поверхности сбраживаемого объема и застойные зоны, обеспечивают равномерность состава суб10 страта и. непрерывность процесса производства, что приводит к достижению . поставленной цели..Непрерывный процесс термофильного сбра>кивания отходов живо- тноводства и растениеводства, осуществля15 еТс 8 6HoI33oBoA установке при 50-55 С.

Согласно изобретению через 7-8. сут после начальной загрузки метантенка биомассой, нагретой до этой температуры, начинают

- периодически (один раз в сутки) удалять

20 сброженную биомассу(10 — 12 jo общего объема) и загружать то же количество свежих отходов, пропуская их через теплообменную часть трубопровода, где биомасса подогревается от начальной температуры

25 15-18 С до требуемой (50-55 С) температуры эа счет горячего теплоносителя, движущегося противотоком по нагревательной системе, имея температуру при выходе иэ котла 65 — 70 С, а в обратнике — 40 — 45 С. При

30 возникновении рассогласования температур в какой-либо из зон; расположенных на разных уровнях по высоте метантенка, осуществляется циркуляция и перемешивание биомассы в этой зоне, практически не затра35 гивая других, так как излишнее перемешивание (как и недостаточное) ухудшает процесс сбраживания. При этом биомасса нагревается до необходимой температуры за время пропускания выходящей из эоны

40 биомассы через нагревательную систему.

При отсутствии рассогласования заданной и действительной температуры перемешивание осуществляется без подогрева (последовательно по зонам сверху — вниз), При

45 этом время перемешивания в каждой зоне уменьшается от 10-15 мин в верхней и до

2 — 5 мин в нижней. Такой способ перемешивания исключает возможность образования корки на поверхности брожения, наличие

50 которой приводит к ухудшению выделения биогаза и, как следствие, снижению эффек- . тивности всего процесса, позволяет поддерживать изотермичность температурного поля и равномерность состава биомассы по

55 всему объему метантенка, а также улучшить выгрузку сброженной биомассы иэ-за отсут- ствия застойных зон в нижней части метантенка. Одновременно с процессом сбраживания периодически осуществляется промывка теплообменных поверхностей

1742228 подводящего трубопровода, условием необходимости проведения которой является недостижение биомассой при подаче в метантенк необходимой температуры 50-55 С после пропускэния ее через нагревательную систему. Этот факт свидетельствует, что налипшие частицы в местах теплоконтакта. резко ухудшают теплообмен, создавая искусственную теплоизоляцию.

Устройство для производства сброженной биомассы и биогаза состоит из метантенка 1 с газоотводом 2, резервуаров 3 и 4 свежих отходов и сброженной биомассы, нагнетающего насоса 5 и насоса 6 для осуществления циркуляции теплоносителя, газового водонагревателя 7 с котлом.8, теплообменник 9, подводящего биомассу трубопровода 10, соединенного с метантенком 1 через патрубки 11 с кранами 12 и имеющего в верхней части сливной патрубок 13 с краном 14. Нижняя часть подводящего патрубка 10 выполнена в виде те пл ообмен ного контура, объединенного с теплообменником 9 в систему труба в трубе.

Первый вход подводя щего трубопровода через обратный клапан 15 соединен с нагне- тающим насосом 5, а второй вход через кран

16 и.циркуляционный насос 6 с выходом .горячего теплоносителя из котла 8, Выход горячего теплоносителя также соединен через кран 17 с входом теплообменника 9, выход которого. соединен с котлом 8. Входами отводящего трубопровода 18 являются патрубки 19-с кранами 20„соединенные с метантенком, а выход его через обратный клапан 21. соединен с входом нагнетающего насоса 5, второй вход которого через кран

22 соединен с резервуаром свежих отходов

3. Отводящий трубопровод 18, нагнетающий насос 6, подводящий трубопровод 10 с теплообменным контуром и метантенк:образуют замкнутую систему, причем патрубки 19 и 11 отводящего и подводящего трубопроводов расположены под углом друг к другу на различныхпо высоте уровнях метантенкэ, в местах установки датчиков температуры 23.

Устройство работает следующим образом

Начальная загрузка метантенка 1 вместимостью 120 м осуществляется нагнетающим насосом мощностью 22 кВт и производительностью 0.002 м /с при открытых кранах 22 и 12 через подающий трубопровод, обогревэемый за счет циркуляции горячего теплоносителя по теплообменнику 9. Температура попадающей в метантенк биомассы, определяемая по датчикам 23, находится в пределах 50 — 55 С.

Так как метэнтенк находится внутри животноводческого или рэстениеводческого комплекса, то вокруг него поддерживается тем пература, наиболее благоприятная для жизнедеятельности растений и животных, 5 .т.е. 15-25 С, à с течением времени температура внутри метантенка падает. При температуре ниже 50 оператором или автоматически открываются краны 12 и 19 подводящего и отводящего трубопроводов

10. в тех зонах, где температура упала ниже допустимой, а в образованную замкнутую через метантенк систему из трубопроводов

10 и 11 насосом 5 подается биомасса, нагретая до температуры 550, пропускаемая по

15 подводящему трубопроводу через теплообменник 9 и выходящая из.зоны через отводящий трубопровод 18. Такое движение биомассы одновременно с подогревом обеспечивает перемешивание в указанной

20 зоне; После достижения заданной температуры биомассы в метантенке, краны 12 и 19 в этих зонах закрываются и открываются в тех зонах, где температура ниже заданной, и процесс циркуляционного гидрэвличаско25 . го термоперемешивания повторяется. Если же температура внутри метантенка держится в заданном интервале длительное время, то перемешивание осуществляется 4 — 5 раз . в сутки (через 4 — 5 ч) без дополнительного

30 нагрева, при этом закрыт кран 17, отключен циркуляционный насос 6 и циркуляция теплоносителя не происходит. Открытием kpa- . нов 11 и 19 в верхней зоне, пропуском по замкнутой системе: подводящий трубопро35 вод, метантенк, отводящий трубопровод, нагнетающий насос, с последующем (через:

10-15 мин) закрытием их и открытием в нижеследующей зоне осуществляется после довательное перемешивание по зонам

40 сверху — вниз. Это позволяет исключить- образование как корки на поверхности брожения, так и застойных областей в нижней части метантенка, а уменьшение времени перемешивания от 10 — 15 мин в верхней ча45 сти до 2 — 5 мин в нижней части позволяет не нарушать градиент готовности сброженной биомассы, так как при поточном производстве верхние слои загружаются, а нижние разгружаются, и к определенному моменту . времени верхние слои загружаются, а ниж50 ние разгружаются, и к определенному мо.менту времени верхние слой имеют меньший срок брожения, чем нижние, а при. ближение сбраживаемай биомассы к готовности, тем меньше требует уменьшения интенсивности перемешивания. Одновременно с процессом сбраживания устройство по изобретению позволяет проводить очистку теплообменных поверхностей подающего трубопровода от налипших частиц

1742228 биомассы в местах теплоконтакта, без оста- нтенка повышается обеззараженность полновки процесса производства сброженной учаемой сброженной биомассы. биомассы и выхода биогаза, Для этой цели Формула изобретения закрывается кран 17, отключается нагнетательный насос 5, открывается кран 16 и го- 5 омассй и биогаза из отходов животноводстрячий теплоноситель циркуляционным ва и растениеводства, вклfQчающий насосом 6 подается в контур трубопроводов загрузку свежих отходов в метантенк, подо10 и 18. После пропускания через трубопро- грев и перемешивание, отвод биогаза и выводы 10 и 18 при открытых кранах 14 и 24 и груэку биомассы..о т л и ч в ю шийся тем, закрытых кранах 12 и 20 удаляется из систе- 10 что, с целью интенсификации процесса за мы через сливные патрубки 13 и 25. Процесс счет обеспечения его изотермичности в объочистки производится периодически, как еме сбраживаемой биомассы и во времени, только будет установлено; .что в процессе атакженепрерывности процесса производзонного термоперемешивания температура ства, перемешивание осуществляют понагретой биомассы после пропускания че- 15 слойно путем вп впуска и выпуска рез теплообменный контур подводящего сбраживаемой биомассы в го изонт т боп ово а ру р д не достигает заданной (50 — слои ее объема, начиная с верхних слоев и н

55 С); при входе в метантенк, что указывает переходя к нижним, при этом время перем -. а образование излишнего теплоизоляци- шивания уменьшают с 10 — 15 мин в верхних онного слоя иэ налипших частиц биомассы 20 слоях до 2 — 5 мин — в нижних слоях. в теплообменном контуре и необходимость 2. Способ по и. 1, отличающийся проведения очистки. В процессе сбражива- тем, что перемешивание осуществляют нания с поверхности брожения выделяется би- гретой до 50-55 С биомассой. огаз (метан), часть. которого по газоотводу 2 . 3. Способ по и. 1, по и.. о т л и ч а.ю щ и. и с я подается в газовую магистраль на различ- 25 тем, что в процессе 5раживания без его ные технические нужды (в основном биогаз . остановки производят очистку теллообмениспользуется в. качестве топлива), а часть ных поверхностей путем промывки горячим подается в газовый водонагреватель 7, Ис- теплоносителем. пользование предлагаемого способа пааво- 4. Устройство для производства сбро.ляет создать в метантенке постоянное по 30 женной биомассы и биогаза иэ отходов жии растениеводства, времени и объему изотермичное поле и ис- вотноводства и а ключитьоозмажностьобразования корок на . содержащее метантенк с газоотводом, вер- . л ные одводящий и отповерхности сбраживания и застойных 30Н тикально установленные ho в нижней части метантенка, тем самым уве- водящий трубопроводы с пат бками, личив его производительность и обеспечив 35 резервуары свежих отходов и сброженной очистку теплообменных поверхностей беэ биомассы, теплообменник, нагнетающий и остановки процесса производства, а также рециркуляционный насосы, о т л и ч а ю щ еодновременно с процессом сбраживания е с я тем, что. с целью повышения произвосократить время технологического обслужи- дительности и сок а ения в м р т . арядус этим, повышается 40 логического обслуживания, патрубки эффективность газоотвода с поверхности . подводящего и отводящего трубопроводов брожения, что в свою очередь интенсифици- присоединены к

ы к корпусу метантенка под угрует процесс производства. Кроме того, в лом друг к другу и снабжены сливными паткомплексе с поддержанием температуры рубками, а также датчиками температуры и брожения .50 — 55 С по,всему объему мета- 45 регулируемой, арматурой.

1742220

Составитель А,Победоносцев

Техред М.Моргентал Корректор М.Демчик

Редактор Н.Рогулич

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2257 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5