БИОГАЗОВАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1996 года по МПК C02F3/28 C02F11/04 

Изобретение относится к биоэнергетике, а именно к устройствам по переработке органических отходов преимущественно сельскохозяйственного производства с целью получения высококачественных органических удобрений и биогаза. Изобретение может найти широкое применение на сельскохозйственных предприятиях и частных хозяйствах.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является "Устройство для производства биогаза из навозной жижи" [1] Данное устройство содержит двухкамерный биореактор и систему отбора биогаза. Биореактор выполнен U-образной формы и снабжен соединительным трубопроводом, сообщающим камеры в нижней их части, в котором размещены винтообразные ребра для перемешивания жижи. Одна камера имеет перепускной вентиль и газопровод, соединяющий камеру с газгольдером, вторая камера тупиковая. В результате брожения и производства газа давление в камерах повышается, но из первой камеры идет постоянный отбор газа в газгльдере, а в тупиковой увеличение выхода газа приводит к увеличению давления на поверхность биомассы и перетеканию ее в первую камеру через нижний трубопровод. При достижении определенного уровня в тупиковой камере срабатывает перепускной вентиль, газ перепускается в первую камеру, давление в обеих камерах выравнивается и уровень биоамассы в тупиковой камере приходит в исходное состояние. Таким образом происходит постоянное перемешивание биомассы.

Общими недостатками как аналога так и прототипа являеются:
дополнительный расход тепловой энергии для выхода установки на расчетный режим и его поддержание, за счет повышенных тепловых потерь со стороны наружной поверхности рубашки, т.к. ее температура выше, чем температура сбраживаемой массы;
периодический режим работы, что приводит к снижению ее эксплуатационной производительности за счет простоев при загрузке, выгрузке и выхода на режим;
отсутствие устройства для измельчения исходной биомассы, что не позволяет напрямую использовать отходы растениеводства.

В основу изобретения поставлена задача повышения эксплуатационной производительности установки за счет использования непрерывного процесса эксплуатации и повышения экономичности при использовании солнечной и ветровой энергии, расширение перечня исходных компонентов.

Поставленная задача решается тем, что в биогазовой установке, содержащей реактор с вертикальной перегородкой, разделяющей реактор на две камеры, содержащей также трубопровод приема исходной биомассы трубопровод отвода готового органического удобрения, устройство перемешивания сбраживаемой биомассы и систему отбора биогаза, а реакторе в качестве вертикальной перегородки установлен теплообменник солнечной нагревательной установки, а камеры сообщены между собой в верхней их части, причем свободные концы трубопровода приема исходной биомассы и трубопровода отвода органического удобрения выведены соответственно в нижнюю часть первой камеры и в нижнюю часть второй камеры, причем верхняя часть трубопровода подачи исходной биомассы выполнена в виде загрузочного люка и установлена выше верхней части трубопровода отвода органического удобрения, выполненного в виде люка выгрузки, рабочие органы устройства перемешивания сбраживаемой массы выполнены в виде двух рядов лопаток, помещенных на вертикальном валу в каждой камере, причем верхний ряд лопаток плавающий и установлен с возможностью перемещения вдоль вала, а лопатка нижнего ряда в первой камере установлены с наклоном, обеспечивающим перемещение сбраживаемой массы вверх, во второй с наклоном, обеспечивающим перемещение биомассы вниз (в сторону отводящего трубопровода). Кроме того, в трубопроводе приема исходной биомассы установлено устройство для ее размельчения, в качестве привода устройства размельчения исходного материала и устройства для перемешивания сбраживаемой массы установлен ветродвигатель, кинематически связанный с валом каждого устройства. Разделение реакторе на две камеры и наличие двух трубопроводов, выведенных выше рабочего уровня сбраживаемой массы в реакторе позволяет обеспечить зигзагообразный путь движения сбраживаемой массы для достижения требуемого времени пребывания сбраживаемой массы в реакторе и непрерывность работы реактора во время эксплуатации.

Плоский теплообменник, размещенный в толще сбраживаемой массы позволяет с наибольшей эффективностью передать ей всю теплоту, поступающую от солечных нагревателей. Такое размещение теплообменника позволяет уменьшить тепловые потери от наружных стенок реактора в окружающую среду по сравнению с прототипом, где температура наружной поверхности греющей рубашки, являющейся наружнолй стеной реактора, выше температуры сбраживаемой биомассы.

Верхний ряд лопаток предназначен для разрушения твердой корки, образующейся на поверхности сбраживаемой биомассы.

Загрузочный люк трубопровода приема исходной биомассы размещен выше уровня сбраживаемой биомассы в реакторе и выше уровня люка выгрузки готового органического удобрения. Это обеспечивает гидростатический подпор при загрузке свежей партии исходного материала и выдавливание партии готового органического удобрения. Дополнительный эффект выдавливания обеспечивает и устройство размельчения исходного продукта, размещенного в верхней части трубопровода приема исходного продукта.

В данной конструкции реактора тепловые потери в районе патрубков также меньше, за счет того, что температура органической массы в них меньше, чем в реакторе. Кроме того, в трубопроводе приема исходной биомассы обеспечивает ее предварительный разогрев за счет начала брожения.

Таким образом, биогазовая установка работает автономно, используя энергию от нетрадиционных источников энергии (солнечную и ветровую). Дополнительное количество теплоты передается сбраживающей массе за счет перехода механической энергии в тепловую при вращении лопаток устройства перемешивания от веродвигателя.

Изобретение поясняется чертежом, где показан продольный разрез биогазовой установки.

Биогазовая установка представляет собой реактор 1, внутри которого размещен теплообменник 2, разделяющий реактор 1 на две камеры 3 и 4, сообщающиеся между собой в верхней их части. В нижнюю часть первой камеры 3 выведен свободный конец трубопровода 5 приема исходной биомассы, а в нижнюю часть второй камеры 4 выведен свободный конец трубопровода 6 отвода органического удобререния. При этом загрузочный люк 7 трубопровода 5 приема исходной биоамассы установлен выше люка 8 трубопровода 6 отвода органического удобрения гидростатического подпора выхода готовой продукции. Этот эффект усиливает устройство 9 для измельчения исходной биомассы, которое установлен в трубопроводе 5. В камерах 3 и 4 установлены перемешивающие устройства. Каждое перемешивающее устройство выполнено в виде вертикального вала, на котором установлены верхний ряд лопаток и нижний ряд лопаток. В камере 3 на валу 10 верхний ряд лопаток 11 установлен плавающим с возможностью перемещения вдоль вала 10 для разрушения плотной корки на поверхности сбраживаемой биомассы. Лопаток 12 нижнего ряда установлены с наклоном для обеспечения подъемного движения сбраживаемой массы вверх. Во второй камере 4 на алу 13 верхний ряд лопаток 14 установлен аналогично лопаткам 11. А лопатки 15 нижнего ряда установлены с наклоном для перемещения сбраживаемой массы вниз и в сторону свободного конца трубопровода 6 отвода готового органического удобрения. Устройства для перемешивания и устройство 9 для размельчения исходной биомассы соединены при помощи муфт 16 с передачей 17 и приводят в действие с помощью ветродвигателя 18. Образующийся при сбраживании органической массы биогаз поступает в газгольдер 19, откуда распределяется по потребителям 20. Вне реактора 1 установлен солнечный нагреватель 21 и расширительный бачок 22, соединенные трубопроводами 23, 24 с теплообменником 2. Реактор покрыт слоем изоляции 25.

Работает биогазовая установка следующим образом.

Исходная биомасса (отходы домашнего хозяйства, стебли растений, сорняки после прополки, навоз домашних животных, солома и другие органические отходы) через загрузочный люк 7 подается в трубопровод 5, где устройство 9 измельчает биомассу. Затем она попадает в камеру 3 реактора 1, где происхолдит сбраживание исходной биомассы с образованием биогаза и высококачественных удобрений. Сбраживание происходит в мезофильном режиме при температуре органической массы 35-40^oC при помощи дополнительного обогрева теплообменником 2. Теплообменник 2 обогревает от солнечного нагревателя 21. Заливка системы теплоносителя осуществляется через расширительный бачок 22. Привод устройства для перемешивания сбраживаемой массы и размельчения исходной биомассы осуществляется от ветродвигателя 18. Усилия от ветродвигателя 18 через передачи 17, при помощи муфт 16 передаются на устройство 9 для размельчения исходного продукта и на валы 10, 13 с лопатками верхнего 11, 14 и нижнего 12, 15. Перемешивающие устройства осуществляют зигзагообразное движение биомассы вверх и вниз, тем самым способствуют интенсификации процесса сбраживания. Образующийся в результате сбраживания биогаз поступает в газгольдер 19 и затем потребителям 20. Расположенные на разной высоте разгрузочный люк 7 и люк выгрузки 8 позволяют создать гидростатический подпор для выдавливания готовой продукции.

Технические решения, использованные при разработке конструкции биогазовой установки позволили создать автономную экономичную биогазовую установку, не требующую дополнительных традиционных источников энергии. Размещение теплообменника внутри реактора повышает эффективность использования тепловой энергии. Основным преимуществом этой установки является непрерывный процесс эксплуатации биогазовой установки, позволяющей повысить ее эксплуатацию производительность за счет отсутствия простоев для загрузки, выгрузки и времени выхода на режим.

Источники информации, принятые во внимание
А. С. N 165017. Устройство для производства биогаза из навозной жижи (прототип). кл. С 02F 11/04, 1991.

Использование: переработка органических отходов сельскохяйственного производства с целью получения высококачественных органических удобрений и биогаза на сельскохозяйственных предприятиях и частных хозяйствах. Сущность изобретения: биогазовая установка представляет собой реактор, внутри которого размещен теплообменник, разделяющий его на две сообщающиеся в верхней части камеры. Свободные концы трубопровода приема и трубопровода отвода выведены в нижнюю часть камер. Устройство для измельчения исходной биомассы установлено в трубопроводе приема. Загрузочный люк установлен выше люка выгрузки для обеспечения гидростатического подпора выхода готовой продукции. Каждое перемешивающее устройство выполнено в виде вертикального вала, на котором установлены верхний и нижний ряд лопаток. Верхний ряд лопаток в первой камере установлен плавающим с возможностью перемещения вдоль вала для разрушения плотной корки на поверхности сбраживаемой биомассы. Лопатки нижнего ряда установлены с наклоном для обеспечения подъемного движения сбраживаемой массы вверх. Лопатки нижнего ряда во второй камере установлены с наклоном для перемещения сбраживаемой массы вниз и в сторону свободного конца трубопровода отвода готового органического удобрения. Устройство для перемещения и устройство для размельчения исходной биомассы соединены с передачей при помощи муфт и приводятся в действие с помощью ветродвигателя. Образующийся при сбраживании органической массы биогаз поступает в газгольдер, откуда распределяется по потребителям. Вне реактора установлен солнечный нагревать и расширительный бачок, соединенные трубопроводами с теплообменником. Реактор покрыт слоем изоляции. 1 ил.

Биогазовая установка, содержащая реактор, разделенный вертикальной перегородкой на две сообщающиеся камеры, трубопровод приема исходной биомассы с загрузочным люком, трубопровод отвода готового органического удобрения с люком выгрузки, устройство перемещения сбраживаемой биомассы с приводом и систему отбора биогаза, отличающаяся тем, что в реакторе в качестве вертикальной перегородки установлен теплообменник солнечной нагревательной установки, а камеры сообщены между собой в верхней их части, свободные концы трубопровода приема исходной биомассы и трубопровода отвода органического удобрения выведены соответственно в нижнюю часть первой камеры и в нижнюю часть второй камеры, загрузочный люк трубопровода приема исходной биомассы установлен выше люка выгрузки трубопровода отвода органического удобрения, рабочие органы устройства перемешивания сбраживаемой массы установлены в каждой камере и выполнены в виде двух рядов лопаток, помещенных на вертикальном валу, причем верхний ряд лопаток выполнен плавающим и установлен с возможностью перемещения вдоль вала, лопатки нижнего ряда в первой камере установлены с наклоном для перемещения сбраживаемой массы вверх, а лопатки нижнего ряда во второй камере установлены с наклоном для перемещения сбраживаемой массы вниз и в сторону свободного конца трубопровода отвода готового органического удобрения.