БИОГАЗОВАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2023 года по МПК C05F3/06 C02F11/04 

Изобретение относится к анаэробной переработке органических отходов сельскохозяйственного производства, в частности к установкам перерабатывающим отходы животноводства и птицеводства и может быть использована в агропромышленных предприятиях для получения энергии и качественного биоудобрения.

Известен метантенк, который содержит герметичную вертикальную цилиндрическую емкость, установленную на опорах. Метантенк имеет сферический купол и конусное днище, обтянутое нагревательной лентой. Он снабжен загрузочным и выгрузочным патрубками, патрубком для отвода биогаза (см. RU 124261 U1, C05F 3/00, опубл. 20.01.2013 г.).

Недостатком данного метантенка является недостаточно высокая производительность из-за отсутствия полноценного подогрева субстрата внутри реактора. Также отсутствие перемешивающего устройства приводит скоплению осадочного материала на дне, а также образование плавающей корки в верхней части, а значит не способствует интенсификации перемешивания сбраживаемого материала.

Известен метантенк (RU 144534, В09В 3/00, опубл. 27.08.2014), выполненный из стального металлического корпуса в виде трубчатой емкости, которая разделена перегородками-сегментами на несколько секций. В метантенке установлена барботажная система для перемешивания в виде комплектов труб, причем он снабжен средствами для обогащения биогаза, установленными вертикально внутри.

Недостатком данного метантенка является сложность конструкции за счет нескольких отсеков брожения и отдельной емкости в виде тепловой рубашки. Кроме того, низкая степень эффективности перемешивания сбраживаемой массы из-за расположения перемешивающего устройства только в центральной части метантенка, что снижает выход продукта, поскольку в нем появляются застойные зоны.

Наиболее близким к заявленной биогазовой установке, выбранного в качестве прототипа, является метантенк барботажного типа (патент РФ № RU 208815 U1, кл. МПК 7: C05F 17/00, C05F 3/06 опубл. 14.01.2022).

Метантенк включает в себя: герметичный вертикальный цилиндрический резервуар с технологическими патрубками, патрубок для подачи перерабатываемого субстрата, патрубок слива переработанного субстрата, патрубок для отвода биогаза. Установленное в метантенке барботажное перемешивающее устройство, представляющее собой перфорированную трубу в виде вертикальной спирали с несколькими эжекторными смесителями, которые имеют всасывающие окна, и расположены до камеры смешения, имеющие насадки в виде активного сопла, концы которых направлены вверх, нижние концы эжекторных смесителей жестко закреплены к стальному цилиндрическому уголку, соединенному с шаровым краном подачи биогаза.

Недостатком технического решения, выбранного в качестве прототипа, является не полный и неравномерный подогрев перерабатываемого субстрата. Другим недостатком является образование застойных зон и недостаточно высокая интенсивность массо- и теплообмена в нижней части пространства спиральной трубы, что обусловлено расположением эжжекторов внутри метантенка жестко закрепляя в определенных только направлениях.

Технический результат изобретения - повышение интенсивности получения биогаза и биоудобрения за счет снижения неравномерности нагрева перерабатываемого субстрата, достигая полноту биохимических процессов, обеспечив оптимальной температурой, интенсификации массообмена, более качественного процесса перемешивания по всему объему, а также устранение застойных зон у стенок метантенка.

Указанный технический результат биогазовой установки для анаэробного сбраживания органических отходов сельскохозяйственного производства достигается тем, что в ней установлена вихревая труба для подогрева перерабатываемого субстрата, а для перемешивания к днище прикреплены сужающиеся сопла с возможностью вращения вокруг своей оси, в которых имеются боковые окна для подсасывания субстрата.

Подача полученного биогаза обратно на метантенк, пропуская ее через вихревой трубы, позволяет одновременно подогревать субстрат и создавать барботажное перемешивание, тем самым обеспечивает оптимальное равномерное распределение температуры внутри метантенка, а также равномерное качественное перемешивание, способствуя увеличению выхода биогаза.

Заявляемый биогазовая установка поясняется чертежом, где изображен общий вид биогазовой установки.

Биогазовая установка включает в себя герметичный вертикальный цилиндрический резервуар 1 с усеченным конусным дном, установленным на раме 2, технологический патрубок для подачи и слива перерабатываемого субстрата 3, патрубок для отвода биогаза 4, установленным в резервуаре барботажного перемешивающего устройства 5, диффузоры 6, биметаллический датчик 7, электроконтактный манометр 8, шаровый кран 9, 10, 21, компрессор 11, вихревую трубу 12, конденсатоотвод 12, устройство для очистки биогаза 13, газгольдер 14.

Биогазовая установка работает следующим образом:

Исходный субстрат - отходы сельского хозяйства, помет, навоз, солома и другие органические отходы через загрузочный патрубок 3 подается в метантенк 1 до верхнего уровня цилиндра, где происходит сбраживание исходного субстрата с образованием биогаза и высококачественного биоудобрения. После заполнения метантенка субстратом начинается естественное метановое брожение. Изменение температуры показывает биметаллический датчик температуры 7. Сбраживание можно произвести в психофильном (3-25°С), мезофильном (25-40°С) и термофильном (45-60°С) температурном режиме подогревая перерабатываемого субстрата подачей биогаза через вихревую трубу 12. Форма купола 15 биогазовой установки образует мягкий газгольдер для скапливания образующегося биогаза. Давление в метантенке 1 отслеживают при помощи электроконтактного манометра 8. Получаемый в метантенке биогаз через патрубок 4 и конденсатоотвод 16 поступает в устройство для очистки биогаза 13, где очищается от вредных примесей, часть его через трубопровод поступает в компрессор 11. Кондансатоотвод имеет кран 17 для слива собранного конденсата. Для обеспечения равномерной температуры внутри метантенка, обеспечения питательными веществами метанообразующих бактерий, предотвращения осадочного материала, и корки под куполом 15, которая препятствует выходу биогаза, каждые четыре часа в течение двух минут запускают компрессор. Для этого открывают кран 10, после чего находящийся в компрессоре биогаз по трубопроводу под давлением поступает на вихревую трубу 12. Проходящий газ через вихревую трубу имеет существенный перепад температур, т.к. холодный биогаз из полости истекает в газгольдер 14 с более низкой температурой окружающей среды, и затем к потребителям. Горячий биогаз через трубу-распределитель 18 на активные сопла 19, одновременно подсасывая субстрат через всасывающие окна 20 и выходит через диффузор 6 эжекторного смесителя, и тем самым одновременно перемешивая и подогревая субстрат, ускоряя процесс поднятия образованным метановым брожением пузырьков биогаза. Диффузоры 6 направлены вверх под углом 45° направляют поток газожидкостного субстрата вверх. Перемешивающее устройство осуществляет пузырковое движение субстрата вверх и вниз, тем самым способствуют интенсификации процесса сбраживания. Выгрузку полученного биоудобрения осуществляют периодически через патрубок 3. При этом объем выгружаемого биоудобрения должен соответствовать следующей дозе загрузки свежей порции субстрата, что исключает переполнение резервуара и забивание отверстия патрубка 4 для выхода биогаза.

Изобретение обеспечивает увеличение выработки биогаза и получения качественного биоудобрения за счет обеспечения оптимальной температуры и равномерного перемешивания по всему объему метантенка.

Список использованной литературы

1. Патент на полезную модель РФ RU 124261 U1, 20.01.2013. Заявка №2012101300/13 Метантенк / Друзьянова В.П., Владимиров Л.Н. // (Россия) - от 13.01.2012.

2. Патент на полезную модель RU 144534, В09В 3/00, опубл. 27.08.2014. Прямоточная биогазовая установка / Чернин Сергей Яковлевич.

3. Патент на полезную модель №208815 U1 Российская Федерация, МПК C05F 17/00, C05F 3/06. Метантенк барботажного типа: №2021128039: заявл. 23.09.2021: опубл. 14.01.2022 / Б.Г. Зиганшин, И.X. Гайфуллин, И.Р. Нафиков [и др.].

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к переработке отходов сельскохозяйственного производства с целью получения высококачественных органических биоудобрений и биогаза. Биогазовая установка для переработки сельскохозяйственного субстрата содержит герметичный цилиндрический резервуар, снабженный куполом и днищем в виде усеченного конуса, в котором установлены патрубки для подачи и удаления перерабатываемого субстрата и отвода биогаза, а также барботажное перемешивающее устройство. Барботажное перемешивающее устройство представляет собой сужающиеся сопла с диффузорами, при этом сужающиеся сопла имеют боковые окна для подсасывания субстрата, прикреплены к днищу и имеют возможность вращения вокруг своей оси. Установка также содержит компрессор для сбора биогаза и последующей его подачи на вихревую трубу, установленную на входе в резервуар, проходя через которую полученный горячий биогаз подается на упомянутые сопла для перемешивания и подогрева перерабатываемого субстрата, а охлажденный биогаз поступает в хранилище газа. Изобретение обеспечивает увеличение выработки биогаза и получения качественного биоудобрения за счет обеспечения оптимальной температуры и равномерного перемешивания по всему объему резервуара. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Биогазовая установка для переработки сельскохозяйственного субстрата, содержащая герметичный цилиндрический резервуар, снабженный куполом и днищем в виде усеченного конуса, в котором установлены патрубки для подачи и удаления перерабатываемого субстрата и отвода биогаза, а также барботажное перемешивающее устройство, отличающаяся тем, что барботажное перемешивающее устройство представляет собой сужающиеся сопла с диффузорами, при этом сужающиеся сопла имеют боковые окна для подсасывания субстрата, прикреплены к днищу и имеют возможность вращения вокруг своей оси, установка содержит компрессор для сбора биогаза и последующей его подачи на вихревую трубу, установленную на входе в резервуар, проходя через которую полученный горячий биогаз подается на упомянутые сопла для перемешивания и подогрева перерабатываемого субстрата, а охлажденный биогаз поступает в хранилище газа.

2. Биогазовая установка по п. 1, отличающаяся тем, что резервуар выполнен в виде вертикального цилиндра, верхний купол которого имеет мягкий газгольдер.

3. Биогазовая установка по п. 1, отличающаяся тем, что между резервуаром и хранилищем газа предусмотрены последовательно размещенные конденсатоотвод и устройство для очистки биогаза.

4. Биогазовая установка по п. 1, отличающаяся тем, что вихревая труба обеспечивает возможность получения охлажденного биогаза для подачи его к потребителю.