БИОГАЗОВАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2025 года по МПК C05F3/06 C02F11/04 

Настоящее изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для выработки биогаза и получения биоудобрения с переработкой органических отходов сельского хозяйства.

Одной из проблем переработки органических отходов сельского хозяйства в биогазовых установках это создание и поддержание оптимальной температуры для процесса анаэробного сбраживания, чтобы микроорганизмы, участвующие в сбраживании, могли оптимально функционировать.

Известна биоэнергетическая установка [1], которая состоит из биореактора с водяной рубашкой, солнечного коллектора, мешалки, загрузочных и выгрузочных патрубков и газгольдера. Установка снабжена электроводонагревателем и двигателем Стирлинга, в котором тепловая энергия сжигаемого собственного биогаза преобразовывается в электрическую энергию и используется для обогрева сбраживаемой в биореакторе биомассы до необходимой температуры.

Недостатком данного технического решения является необходимость сжигания выработанного собственного биогаза для обогрева сбраживаемой в реакторе биомассы до необходимой температуры и обеспечения непрерывной работы системы в периоды отсутствия поступления солнечного излучения, в результате чего снижается эффективность биогазовой установки.

Известен метантенк [2], который состоит из герметичной вертикальной цилиндрической емкости, установленной на опорах. Верхняя часть метантенка представляет собой сферический купол, а нижняя часть – конусное днище, которое обтянуто нагревательной лентой. Метантенк оснащен загрузочным и выгрузочным патрубками, которые используются для наполнения и опустошения емкости. Также имеется патрубок для отвода биогаза, который обеспечивает его использование в нужных целях.

Недостатком данного технического решения является применение ленточного подогрева, которая снижает эффективность обогрева в области распределения тепла. Кроме того, лента нагревается неравномерно, это представляет опасность и может привести к возникновению пожара.

Наиболее близким к заявленной биогазовой установке, выбранного в качестве прототипа, является гелиобиогазовая установка [3], содержащая биореактор с резервуаром жидкости, который является одновременно и теплоемкостным тепловым аккумулятором, заряжаемым солнечными коллекторами. Установка также имеет системы загрузки исходной биомассы и отвода готового органического продукта с люком выгрузки, перемешивающее устройство и солнечные коллекторы.

Недостатками данного технического решения является невозможность поддержания в биореакторе желательного строго изотермического режима в периоды отсутствия солнечного излучения.

Техническим результатом изобретения является поддержание оптимального температурного режима в биореакторе круглосуточно, независимо от погодных условий, путем подогрева биомассы в биореакторе горячим паром или воздухом, для эффективного сбраживания органических отходов.

Указанный технический результат биогазовой установки для переработки органических отходов сельского хозяйства достигается благодаря использованию вихревой трубы, которая осуществляет подогрев биомассы путем подачи горячего пара или воздуха в теплоноситель биореактора под давлением от компрессора.

Заявляемая биогазовая установка поясняется чертежом:

Фиг. 1 - Общий вид установки.

Биогазовая установка включает в себя биореактор 1, резервуар 2 с теплоизоляционным слоем 3, теплоноситель 4, компрессор 5, загрузочный люк 6 со свободным концом люка 7, перемешивающее устройство 8 со специальными ножами 9 для среза органической биомассы, купол биореактора 10, газгольдер 11, сливной патрубок конденсата 12, сливной патрубок биоудобрения 13, вихревую трубу 14, манометры избыточного давления 15 и 16, обратный клапан 17, водяной затвор 18, емкость для воды 19.

Биогазовая установка работает следующим образом:

Перед началом анаэробной переработки органических отходов сельского хозяйства подготавливается биомасса (птичий помет, навоз, солома и другие органические отходы) и через загрузочный люк 6 подается в биореактор 1, где происходит анаэробное метановое брожение исходной биомассы с выделением биогаза и образованием биоудобрения. Свободный конец 7 загрузочного люка 6 введен в нижнюю часть сбраживаемой биомассы. Биогазовая установка работает от электрической сети 220 V. Анаэробное сбраживание можно проводить при психофильном (3-25 ^oC), мезофильном (25-45 ^oC) и термофильном (45-65 ^oC) температурных режимах. Температура в биореакторе 1 поддерживается в требуемых пределах при нагнетании воды или воздуха из емкости 19 принудительно компрессором 5 через вихревую трубу 14 в резервуар 2 в виде горячего пара (воздуха). Резервуар 2 с теплоносителем 4 оборудован сливным патрубком конденсата 12, чтобы удалять конденсат, образующийся во время работы. Он позволяет сливать накопленную воду в специальную емкость для воды, которая затем может быть использована для дальнейшей циркуляции или выведена из системы. Наружная поверхность резервуара 2 с теплоносителем 4 покрыта слоем теплоизоляции 3. Внутри вихревой трубы 14 происходит энергообмен, за счет которого один поток пара (воздуха) охлаждается, другой - нагревается. Охлажденный поток сбрасывается в открытую воздушную среду. Компрессор 5 включается по мере надобности повышения нужной температуры. Давление поданного пара (воздуха) в воздушную прослойку определяется по манометру 16, а избыточное давление сбрасывается через его клапан. Обратный клапан 17 обеспечивает одностороннее движение горячего пара (воздуха), гарантируя нормальное функционирование системы. Образующийся биогаз из купола 10 биореактора 1 поступает в газгольдер 11. На газгольдере имеется водяной затвор 18, который препятствует обратному проникновению биогаза в биореактор. Установленный манометр избыточного давления 15 на куполе 10 предназначен для обеспечения безопасной работы системы. Он контролирует и ограничивает давление биогаза в куполе, чтобы предотвратить возможность его повышения до опасных значений. Перемешивающее устройство 8, со специальными ножами 9 для среза биомассы, равномерно перемешивает биомассу и распределяет микроорганизмы в биореакторе 1, улучшая процесс ферментации и повышая выход биогаза, тем самым способствует интенсификации процесса сбраживания. Выгрузку полученного биоудобрения осуществляют периодически через сливной патрубок биоудобрения 13. Специальные ножи перемещивающего устройства предотвращают засорение крупными частицами органического биоудобрения при выгрузке через сливной патрубок.

Список использованной литературы:

1. Патент № 2284967 C1 Российская Федерация, МПК C02F 11/04, A01C 3/00. биоэнергетическая установка: № 2005117017/12: заявл. 03.06.2005: опубл. 10.10.2006 / О. М. Осмонов, Д. А. Ковалев; заявитель Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ).

2. Патент на полезную модель № 124261 U1 Российская Федерация, МПК C05F 3/00. метантек: № 2012101300/13: заявл. 13.01.2012: опубл. 20.01.2013 / В. П. Друзьянова, Л. Н. Владимиров; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Якутская государственная сельскохозяйственная академия".

3. Патент на полезную модель № 166736 U1 Российская Федерация, МПК C02F 11/04, A01C 3/00, C02F 101/30. Гелиобиогазовая установка: № 2015157055/05: заявл. 29.12.2015: опубл. 10.12.2016 / Я. А. Дибиров, М. Г. Дибиров, Э. Г. Искендеров, М. Ш. Зейналов; заявитель Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем геотермии Дагестанского научного центра Российской Академии наук (ИПГ ДНЦ РАН) г. Махачкала.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для выработки биогаза и получения биоудобрения с переработкой органических отходов сельского хозяйства. Биогазовая установка содержит биореактор, который помещен в резервуар с теплоносителем, оборудованный сливным патрубком конденсата, загрузочный люк, сливной патрубок биоудобрений, газгольдер, перемешивающее устройство, а также вихревую трубу, через которую в резервуар принудительно компрессором подается горячий воздух или пар для подогрева теплоносителя. Температура теплоносителя регулируется величиной давления, создаваемого компрессором. В нижней части перемешивающего устройства биореактора установлены ножи, предназначенные для среза крупных частиц органического биоудобрения. Техническим результатом является поддержание оптимального температурного режима в биореакторе круглосуточно, независимо от погодных условий, путем подогрева биомассы в биореакторе горячим паром или воздухом для эффективного сбраживания органических отходов. 1 ил.

Биогазовая установка, характеризующаяся тем, что содержит биореактор, который помещен в резервуар с теплоносителем, оборудованный сливным патрубком конденсата, загрузочный люк, сливной патрубок биоудобрений, газгольдер, перемешивающее устройство, а также вихревую трубу, через которую в резервуар принудительно компрессором подается горячий воздух или пар для подогрева теплоносителя, при этом температура теплоносителя регулируется величиной давления, создаваемого компрессором, а в нижней части перемешивающего устройства биореактора установлены ножи, предназначенные для среза крупных частиц органического биоудобрения.