Биогазовая установка Российский патент 2025 года по МПК C02F11/04 C12M1/04 F24T10/15 

Изобретение относится к биохимии и предназначено для анаэробного сбраживания органических отходов сельскохозяйственного производства с получением биогаза и органических удобрений.

Известна биогазовая установка (RU 2567649, С12М 1/04, 1/07, C02F 11/04, 3/00, В09В 3/00, 10.11.2015 г.), включающая герметичный вертикальный цилиндрический резервуар, снабженный куполом и днищем, имеющими форму усеченного конуса. В резервуаре находится барботажное перемешивающее устройство, включающее спиралевидную перфорированную трубу, расположенную вдоль стен резервуара и днища, а также установленную по центру резервуара вертикальную перфорированную трубу. Витки спиралевидной трубы повторяют форму резервуара и днища. На куполе резервуара установлены загрузочный патрубок для подачи биомассы, датчик давления, патрубок для отвода биогаза, соединенный с трубопроводом выхода биогаза. Последний соединен с газгольдером. В днище резервуара установлен патрубок для выгрузки переработанного субстрата. Внешняя часть резервуара обмотана нагревательной лентой.

Недостатком биогазовой установки является низкая энергоэффективность, обусловленная повышенным расходом электрической энергии для питания нагревательной ленты.

Известна биогазовая установка (RU 2605312, С12М 1/04, С12М 1/107, 20.12.2016), выбранная в качестве прототипа, содержащая герметичный вертикальный цилиндрический резервуар с технологическими патрубками, снабженный куполом и днищем, установленное в резервуаре барботажное перемешивающее устройство, представляющее собой спиралевидную перфорированную трубу, расположенную вдоль стен резервуара, витки которой повторяют форму резервуара, внешняя часть которого обмотана нагревательной лентой, соединенная с терморегулятором, закрепленным на стенке резервуара, купол и днище имеют форму полусферы, в резервуаре установлена вертикальная рамная мешалка, оснащенная вертикальными и горизонтальными лопастями, закрепленными на центральном вертикальном валу, нижняя горизонтальная лопасть имеет радиус кривизны, соответствующий радиусу кривизны днища резервуара, при этом отверстия на спиралевидной трубе выполнены сквозными вертикальными на равном расстоянии друг от друга, купол резервуара выполнен съемным.

Так как нагревательная лента запитывается от источника электроэнергии, биогазовая установка характеризуется повышенным расходом электрической энергии, поэтому низкая энергоэффективность составляет ее основной недостаток.

Задача настоящего изобретения - повышение энергоэффективности биогазовой установки за счет уменьшения электрической энергии, потребляемой биогазовой установкой.

Технический результат достигается тем, что в биогазовой установке, содержащей герметичный вертикальный цилиндрический резервуар с технологическими патрубками, снабженный куполом и днищем, установленное в резервуаре барботажное перемешивающее устройство, представляющее собой спиралевидную перфорированную трубу, расположенную вдоль стен резервуара, витки которой повторяют форму резервуара, купол и днище имеют форму полусферы, в резервуаре установлена вертикальная рамная мешалка, оснащенная вертикальными и горизонтальными лопастями, закрепленными на центральном вертикальном валу, при этом отверстия на спиралевидной трубе выполнены сквозными вертикальными на равном расстоянии друг от друга, купол резервуара, на котором установлен датчик давления, выполнен съемным, на стенке герметичного вертикального цилиндрического резервуара жестко закреплен терморегулятор, выход которого соединен с входом управления теплового насоса, вход которого соединен с теплообменником, находящимся в земле, а выход трубопроводами, проходящими через отверстия в днище герметичного вертикального цилиндрического резервуара, соединен с нагревателями, расположенными внутри герметичного вертикального цилиндрического резервуара.

Биогазовая установка показана на чертеже.

Биогазовая установка содержит вертикальный герметичный цилиндрический резервуар 1, установленный на опорах 2, снабженный куполом 3 и днищем 4, имеющими форму полусферы. В резервуаре 1 находятся барботажное перемешивающее устройство, представляющее собой спиралевидную перфорированную трубу 5, и вертикальная рамная мешалка 6, оснащенная горизонтальными 7 и вертикальными 8 лопастями. Горизонтальные 7 лопасти вертикальной рамной мешалки 6 закреплены на центральном вертикальном валу 9 с приводом 10. Спиралевидная перфорированная труба 5 расположена вдоль стен резервуара 1. Витки спиралевидной перфорированной трубы 5 повторяют форму резервуара 1. Отверстия 11 на спиралевидной трубе 5 выполнены сквозными вертикальными и расположены на равном расстоянии друг от друга. Нижний конец спиралевидной перфорированной трубы 5 жестко прикреплен к стальному цилиндрическому уголку 12, соединенному с шаровым краном 13 для подачи биогаза. Купол 3 резервуара 1 выполнен съемным.

На куполе 3 резервуара 1 установлены загрузочный патрубок 14 для подачи перерабатываемой биомассы, датчик давления 15, патрубок 16 для отвода биогаза. Патрубок 16 соединен через трубопровод 17 выхода биогаза с газгольдером (на фигуре не показан). В днище 4 резервуара 1 установлен патрубок 18 для выгрузки переработанного субстрата.

Спиралевидная перфорированная труба 5 через стальной уголок 12 и кран 13 соединена с трубопроводом 19 для подачи биогаза и компрессором, соединенным с газгольдером (на чертеже не показан).

На внешней поверхности стенки резервуара 1 жестко закреплен терморегулятор 20, выход 21 которого соединен с входом управления 22 теплового насоса 23 (Баскаков А.П., Мунц В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. М.: Издательский Дом «БАСТЕТ», 2013. С. 35), вход 24 которого соединен с теплообменником 25 U-образной формы, находящимся в земле на глубине от 10 м до 50 м, а выход 26 трубопроводами 27, проходящими через отверстия в днище 4 резервуара 1, соединен с нагревателями 28, расположенными внутри резервуара 1.

Биогазовая установка работает следующим образом.

Для создания анаэробности сбраживания в резервуар 1 через загрузочный патрубок 14 заливают воду до верхнего уровня купола 3. Далее часть воды сливают из резервуара 1, так чтобы патрубок 14 оставался частично загруженным в воде. Затем в резервуар 1 через патрубок 14 загружают разжиженный свежий навоз (помет) с влажностью 92-93% до верхнего уровня купола 3. Под действием температуры не нагретого разжиженного свежего навоза терморегулятор 20 вырабатывает сигнал, который с выхода 21 поступает на вход управления 22 теплового насоса 23. В результате тепловой насос 23 начинает работать.

Природная теплота земли при температуре, приблизительно, 10°С, нагревает жидкость в теплообменнике 25 U-образной формы, что приводит к превращению жидкости в газ. Давление газа возрастает в компрессоре (не показан на чертеже) теплового насоса 23, в результате чего температура повышается до 50-60°С. Далее газ охлаждается в конденсаторе (не показан на чертеже) теплового насоса 23, отдавая тепловую энергию теплоносителю, который по трубопроводам 27 поступает в нагреватели 28. В результате теплообмена тепловая энергия идет на нагрев свежего навоза, который начинает сбраживаться с выделением биогаза.

Форма купола 3 биогазовой установки образует емкость для скапливания образующегося биогаза. Давление в резервуаре 1 отслеживают при помощи датчика давления 15. Терморегулятор 20 автоматически отключает тепловой насос 23 при достижении температуры навоза 36-38°С и включает при ее снижении.

В таком состоянии в резервуаре 1 происходит метановое сбраживание. Получаемый в резервуаре 1 биогаз через патрубок 16 и трубопровод 17 поступает в газгольдер, где часть его через трубопровод поступает в компрессор. Для обеспечения равномерной температуры внутри резервуара 1, обеспечения питательными веществами метанообразующих бактерий, предотвращения осадочного материала и корки под куполом 3, которая препятствует выходу биогаза, каждый день в течение 10 минут запускают барботажное перемешивающее устройство и рамную мешалку 6. Для этого открывают кран 13, после чего находящийся в компрессоре биогаз по трубопроводу 19 под давлением поступает в спиралевидную перфорированную трубу 5, выходит через отверстия 11, перемешивая субстрат, ускоряя процесс поднятия образованным метановым брожением пузырьков биогаза. При включении рамной мешалки 6 с барботажным устройством происходит интенсивное перемешивание всех слоев массы.

Выгрузку переработанных отходов осуществляют периодически через патрубок 18. При этом объем выгружаемой массы должен соответствовать следующей дозе загрузки свежей порции субстрата, что исключает переполнение резервуара и забивание отверстия патрубка для выхода биогаза.

Оставшаяся часть биогаза в газгольдере может применяться в бытовых нуждах, а переработанный субстрат - как концентрат органического удобрения.

Как можно заметить, по сравнению с прототипом, в котором для нагрева навоза используется электрическая энергия, потребляемая нагревательной лентой, в заявляемом же устройстве необходимость в этом отсутствует, так как тепловая энергия поступает из недр земли, и этот факт обусловливает повышение энергоэффективности биогазовой установки.

Изобретение относится к биохимии и предназначено для анаэробного сбраживания органических отходов сельскохозяйственного производства с получением биогаза и органических удобрений. Биогазовая установка содержит герметичный вертикальный цилиндрический резервуар с технологическими патрубками, снабженный куполом и днищем, установленное в резервуаре барботажное перемешивающее устройство. Перемешивающее устройство представляет собой спиралевидную перфорированную трубу, расположенную вдоль стен резервуара, витки которой повторяют форму резервуара. Купол и днище имеют форму полусферы. В резервуаре установлена вертикальная рамная мешалка, оснащенная вертикальными и горизонтальными лопастями, закрепленными на центральном вертикальном валу. Отверстия на спиралевидной трубе выполнены сквозными вертикальными на равном расстоянии друг от друга. Купол резервуара, на котором установлен датчик давления, выполнен съемным. На стенке герметичного вертикального цилиндрического резервуара жестко закреплен терморегулятор. Выход терморегулятора соединен с входом управления теплового насоса, вход которого соединен с теплообменником, находящимся в земле, а выход трубопроводами, проходящими через отверстия в днище герметичного вертикального цилиндрического резервуара, соединен с нагревателями, расположенными внутри герметичного вертикального цилиндрического резервуара. Технический результат: повышение энергоэффективности биогазовой установки за счет уменьшения электрической энергии, потребляемой биогазовой установкой. 1 ил.

Биогазовая установка, содержащая герметичный вертикальный цилиндрический резервуар с технологическими патрубками, снабженный куполом и днищем, установленное в резервуаре барботажное перемешивающее устройство, представляющее собой спиралевидную перфорированную трубу, расположенную вдоль стен резервуара, витки которой повторяют форму резервуара, купол и днище имеют форму полусферы, в резервуаре установлена вертикальная рамная мешалка, оснащенная вертикальными и горизонтальными лопастями, закрепленными на центральном вертикальном валу, при этом отверстия на спиралевидной трубе выполнены сквозными вертикальными на равном расстоянии друг от друга, купол резервуара, на котором установлен датчик давления, выполнен съемным, на стенке герметичного вертикального цилиндрического резервуара жестко закреплен терморегулятор, отличающаяся тем, что выход терморегулятора соединен с входом управления теплового насоса, вход которого соединен с теплообменником, находящимся в земле, а выход трубопроводами, проходящими через отверстия в днище герметичного вертикального цилиндрического резервуара, соединен с нагревателями, расположенными внутри герметичного вертикального цилиндрического резервуара.