Биогазовая установка анаэробного сбраживания органических отходов

 

Использование: в технике утилизации биомассы для переработки отходов животноводческих производств. Сущность изобретения заключается в том, что, с целью повышения эффективности процесса сбраживания, биогазовую установку выполняют в виде расположенного под землей реактора 1, разделенного на секции 2 и узлов загрузки и выгрузки 3 и 4. Секции реактора 1 снабжены мешалками 10, связанными между собой и приводом 7 загрузочного транспортера 5 цепной передачей. Загрузочный 5 и разгрузочный 6 транспортеры введены в донную часть крайних секций 2 реактора 1. Реактор 1 выполнен в виде емкости. 1 ил.

Изобретение относится к технике утилизации биомассы и может найти применение для переработки отходов животноводческих производств.

Преимущественно изобретение предназначено для микробиологической анаэробной конверсии навоза в биогаз в условиях животноводческих комплексов, а также индивидуальных и фермерских хозяйств.

Известна анаэробная установка, работающая по методу Дюшелье-Исмана и состоящая из емкости для предварительной анаэробной обработки навоза, наземных реакторов циклического действия, теплообменника для нагрева биомассы, насоса для перекачивания навоза и газгольдеров низкого давления (см. например, книгу Калюжного С.В. Пузанкова А.Г. Варфоломеева С.Д. Биогаз: Проблемы и решения. Биотехнология. (Итоги науки и техники: ВИНИТИ АН СССР. М. 1988. Т. 21. С. 73-75).

Эксплуатация этих установок связана со значительными затратами труда на загрузку и выгрузку реакторов. Для загрузки установки с циклическими реакторами требуется трехмесячный запас навоза на ферме. Предварительная анаэробная обработка и хранение приводят к значительным потерям органического вещества. Низкая скорость сбраживания не позволяет реализовать этот метод в промышленных масштабах.

Известна также непрерывно действующая установка системы Шмидта-Эгерглюса, включающая цилиндрическую камеру брожения, по центру которой установлена телескопическая труба с гидронасадкой, насос для перекачивания навоза, смеситель, газгольдер низкого давления, навозохранилище и автоклав (см. книгу Калюжного С.В. Пузанкова А.Г. Варфоломеева С.Д. Биогаз: Проблемы и решения. Биотехнология. (Итоги науки и техники: ВИНИТИ АН СССР.-М. 1988, Т. 21. С. 75-77).

К конструктивным недостаткам известной установки относится то, что выполнение устройства для перемешивания и нагрева биомассы может привести к нарушению герметичности газового колпачка и утечке метана, а в случае проскакивания искры к взрыву самого устройства).

Отсутствие измельчающего устройства неизбежно приводит к частому забиванию гидронасадки, а разветвленная сеть трубопроводов с запорной арматурой усложняет эксплуатацию установки.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является биогазовая установка системы "Дармштадт", содержащая расположенный под землей реактор с узлами загрузки и выгрузки, горизонтальную мешалку с приводом и сборник газа (см. книгу Калюжного С.В. Пузанкова А.Г. Варфоломеева С.Д. Биогаз: Проблемы и решения. Биотехнология. (Итоги науки и техники: ВИНИТИ АН СССР.-М. 1988. Т. 21. С.74-75).

При сбраживании необходимо поддерживать уровень биомассы в реакторе постоянным. В противном случае работа реактора будет малоэффективной: при повышении уровня свежий навоз, обладающий меньшим удельным весом, в процессе загрузки не поступит в реакционную зону, а при понижении уровня выделяющийся биогаз будет прорываться через узел загрузки в атмосферу.

Процесс сбраживания осуществляется во всем объеме реактора. В момент разгрузки за счет усреднения биомассы по длине бродильной емкости из реактора удаляется вместе со сброженной массой свежий и частично переработанный навоз. Потеря даже незначительного количестваисходного сырья приводит к снижению скорости биометаногенеза.

Кроме того, конструкция мешалки не предотвращает образования застойных зон, приводящих к коркообразованию, увеличению затрат энергии на ее разрушение и снижению интенсивности образования газа.

Цель изобретения повышение эффективности процесса сбраживания.

Указанная цель достигается тем, что в известной биогазовой установке анаэробного сбраживания органических отходов, преимущественно навоза, включающей реактор, выполненный в виде емкости с лопастной мешалкой, установленной на оси вращения, узлы загрузки и выгрузки отходов и сборник биогаза, реактор установки выполнен многосекционным с соотношением длин секций, определяемых по зависимости l_n=a^(n-1) где а 1,5·В высота первой секции реактора; В ширина; n порядковый номер секции (n=1,2,3.), при этом дно емкости выполнено с уклоном в сторону узла выгрузки, величина которого α=30-35° и сообщено с узлами загрузки и выгрузки при помощи снабженных приводами пластинчатых транспортеров, мешалки установлены в каждой секции и кинематически связаны с приводом узла загрузки, а оси вращения мешалок расположены на прямой линии, составляющей с линией горизонта угол β=0,5·α, кроме того, длины лопастей мешалок в каждой секции определяются длиной последних.

Отличительными признаками данной установки является то, что реактор выполнен многосекционным с соотношением длин секций, определяемых по зависимости l_n=a^(n-1) где а 1,5·В высота первой секции реактора; В ширина; n порядковый номер секции (n=1, 2, 3),
при этом дно емкости выполнено с уклоном в сторону узла выгрузки, величина которого α=30-35° и сообщено с узлами загрузки и выгрузки при помощи снабженных приводами пластинчатых транспортеров, мешалки установлены в каждой секции и кинематически связаны с приводом узла загрузки, а оси вращения мешалок расположены на прямой линии, составляющей с линией горизонта угол β=0,5·α,, кроме того, длины лопастей мешалок в каждой секции определяются длиной последних.

Благодаря этому обеспечивается организация процесса в режиме идеального вытеснения. Количество выделяющихся газов поддерживается постоянным в каждой ступени реактора за счет увеличения объема секции, компенсирующего снижение активности биомассы.

Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором изображена принципиальная схема биореактора.

Установка состоит из расположенного под землей реактора 1, разделенного на секции 2, узлов загрузки 3 и выгрузки 4 с пластинчатыми транспортерами 5, 6 и приводами 7, 8.

Секции реактора снабжены колоколообразными сборниками газа 9 и мешалками 10. Секции 2 сообщаются между собой в нижней части бродильной емкости.

Вращение мешалок осуществляется от привода 7 транспортера 5 узла загрузки 3 через цепную передачу 11. Мешалки связаны между собой цепной передачей 12.

Установка работает следующим образом. Заполняют бродильную емкость навозом. В процессе сбраживания навоз периодически перемешивают и поддерживают заданный температурный режим (t=30^o C).

Органические отходы из животноводческих ферм подают в узел загрузки 3 реактора 1. Включают привод 7 пластинчатого транспортера 5 и навоз перемещают в данную часть первой секции 2 реактора 1. Поскольку удельный вес сброженной массы больше удельного веса свежего навоза, последний всплывает со дна бродильной емкости в основную массу. Одновременно с загрузкой мешалки 10 в секциях реактора 1 усредняют биомассу и разрушают образующуюся корку на ее поверхности. По мере заполнения первой секции свежим навозом часть сброженной массы удаляется в следующую секцию реактора. Различие в удельных весах основной массы секции и поступающей приводит к вытеснению части прореагировавшего навоза. Усреднение массы в следующих секциях и устранение коркообразования осуществляется также с помощью мешалок 10, связанных цепной передачей 11 с приводом 7 транспортера 5.

Степень активности биомассы снижается по мере удаления секции от узла загрузки 3. При этом за счет увеличения размеров секций объем выделяющегося газа в каждой секции остается постоянным.

Выполнение дна бродильной емкости с углом наклона α=30-35° обеспечивает перемещение сброженной массы из секций к узлу выгрузки 4. Верхний предел диапазона изменения угла наклона α=35° обусловлен возрастанием капитальных затрат, связанный с увеличением глубины погружения реактора.

Нижний предел α=30° определяется углом естественного откоса сброженной массы и обеспечивает перемещение навоза без дополнительных механических приспособлений.

Угол наклона прямой, на которой расположены оси вращения мешалок, β зависит от a и составляет 15-17,5^o. Величина угла b с одной стороны обусловлена эффективностью перемешивания массы во всем объеме секции без образования застойных зон, а с другой возможностью разрушения корки, образующейся на поверхности жидкой массы. Накапливающаяся сброженная масса удаляется транспортером 6, работающим от привода 8 в хранилище.

Газ, выделяющийся в секциях 2 реактора 1, собирается в колоколообразном сборнике 9 и отводится в газгольдер. Сборник 9 газа выполнен плавающим, предохраняя реактор 1 от повышения давления и проникновения атмосферного воздуха в биомассу.

Пример. Реактор выполнен трехсекционным. При ширине бродильной емкости B 1 м высота первой секции а 1,5, длины секций составляют l₁=1 м, l₂=1,5 м, l₃= 2,25 м. Длины лопастей мешалок в каждой секции будут определяться размерами последних: l_мп=0,9 l_n. Тогда l_м1=0,9 м; l_м2=1,35 м; l_м3=2,025 м.

Таким образом, разделение реактора на секции позволяет по сравнению с прототипом обеспечить более полное разложение биомассы, интенсифицировать процесс выделения газов с единицы объема реактора и повысить за счет этого эффективность его работы.

Формула изобретения

Биогазовая установка анаэробного сбраживания органических отходов, преимущественно навоза, включающая реактор, выполненный в виде емкости с лопастной мешалкой, установленной на горизонтальной оси вращения, узлы загрузки и выгрузки отходов и сборник биогаза, отличающаяся тем, что емкость установки снабжена дополнительными лопастными мешалками и выполнена многосекционной с длинами секций, определяемыми по зависимости
l_n а^(n-1),
где a 1,5B высота первой секции, м;
В ширина секции, м;
n порядковый номер секции, м,
при этом дно емкости расположено с наклоном в сторону узла выгрузки под углом α=30-35° к горизонтали, узлы загрузки и выгрузки снабжены ленточными транспортерами с приводами, а мешалки установлены в каждой секции емкости и имеют общий привод, выполненный в виде цепной передачи, кинематически связанной с приводом ленточного транспортера узла загрузки, причем оси вращения мешалок расположены на прямой линии, составляющей с горизонталью угол β=0,5, а мешалки выполнены с внешними диаметрами по краям их лопастей, меньшими длины соответствующей секции емкости.

РИСУНКИ

Рисунок 1