Способ производства сброженной биомассы и биогаза из отходов животноводства и растениеводства и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК C02F11/04 

Изобретение относится к сельскохозяйственному производству, в частности к применению безотходных технологий при работе агропромышленных комплексов.

Известен способ производства сброженной биомассы и биогаза, включающий загрузку свежих отходов в метантенк, подогрев их и перемешивание за счет разности

температур верхних и нижних слоев суб- стракта. отвод биогаза и выгрузку биомассы. Недостатком такого способа является то, что такое перемешивание явно недостаточно, так как практически не затрагиваются верхние слои субстрата, что. в свою очередь, приводит к образованию корки на его поверхности. Кроме трго, отсутствие постоянного температурного поля по всему метантенку снижает эффективность сбраживания всего объема субстрата. Указанные недостатки не позволяют добиться высокой интенсивности процесса.

Известна установка для анаэробного сбраживания твердых и жидких отходов с образованием метана, содержащая мета- нтенк с газоотводом, вертикально установленные подводящий и отводящий трубопроводы с патрубками, резервуары свежих отходов и сброженной биомассы, теплообменник, нагнетающий и рециркуляционный насосы. Недостатком известной установки является сложность конструкции, так как оно снабжено специальным узлами загрузки и разгрузки субстрата, кроме того, подогрев загруженной биомассы осуществляют от внешнего источника, что приводит к высокой ее энергоемкости. Вследствие указанных недостатков, установка имеет низкую производительность и требует длительного времени технологического обслуживания.

Цель изобретения - интенсификация процесса за счет обеспечения его изотер- мичности в объеме сбраживаемой биомассы и в.о времени непрерывности процесса производства, а также повышение производительности и сокращения времени технологического обслуживания.

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом способе производства сброженной биомассы и биогаза, включающим загрузку свежих отходов в метантенк, подогрев их и перемешивание, отвод биогаза и выгрузку биомассы, перемешивание осуще- ствляют послойно путем впуска и выпуска сбраживаемой биомассы, нагретой до 50- 55°С, в горизонтальные слои ее объема в метантенке, начиная с верхних слоев и переходя к нижним, при этом время перемешивания уменьшаются с 10-15 мин в верхних слоях до 2-5 мин в нижних слоях, а очистку теплообменных поверхностей производят горячим теплоносителем без остановки процесса сбраживания. Указанная цель достигается также тем. что установка Для анаэробного сбраживания твердых и жидких отходов с образованием метана - биогазовая установка (БГУ), содержащая метантенке газоотводом, вертикально установленные подводящий и отводящий трубопровод с патрубками, резервуары свежих отходы и сброженной биомассы, теплообменник, нагнетающий и рециркуляционный насос, причем патрубки подводящего и отводящего трубопроводов присоединены к корпусу ментантенка под углом друг к другу

и снабжены сливными патрубками, а также датчиками температуры и регулируемой арматурой. Конструктивные особенности установки обеспечивают изотермичность

температурного поля во всем обьеме сбраживаемой биомассы и во времени, исключают образование корки на поверхности сбраживаемого объема и застойные зоны, обеспечивают равномерность состава суб0 страта и непрерывность процесса производства, что приводит-к достижению поставленной цели. Непрерывный процесс термофильного сбраживания отходов животноводства и растениеводства, осуществля5 ется в биогазовой установке при 50-55°С. Согласно изобретению через 7-8 сут после начальной загрузки метангенка биомассой, нагретой до этой температуры, начинают периодически (один раз в сутки) удалять

0 сброженнуюбиомассу(10-12% общего объема) и загружать то же количество свежих отходов, пропуская их через теплообмен- ную часть трубопровода, где биомасса подогревается от начальной температуры

5 15-18°С до требуемой (50-55°С) температуры за счет горячего теплоносителя, движущегося противотоком по нагревательной системе, имея температуру при выходе из котла 65-70°С, а в обратнике - 40-45°С. При

0 возникновении рассогласования температур в какой-либо из зон, расположенных на разных уровнях по высоте метантенка, осуществляется циркуляция и перемешивание биомассы в этой зоне, практически не затра5 гивая других, так как излишнее перемешивание (как и недостаточное) ухудшает процесс сбраживания. При этом биомасса нагревается до необходимой температуры за время пропускания выходящей из зоны

0 биомассы через нагревательную систему. При отсутствии рассогласования заданной и действительной температуры перемешивание осуществляется без подогрева (последовательно по зонам сверху - вниз). При

5 этом время перемешивания в каждой зоне уменьшается от 10-15 мин-в верхней и до 2-5 мин в нижней. Такой способ перемешивания исключает возможность образования корки на поверхности брожения, наличие

0 которой приводит к ухудшению выделения биогаза и, как следствие, снижению эффективности всего процесса, позволяет поддерживать изотермичность температурного поля и равномерность состава биомассы по

5 всему объему метантенка, а также улучшить выгрузку сброженной биомассы из-за отсутствия застойных зон в нижней части метантенка. Одновременно с процессом сбраживания периодически осуществляет- ся промывка теплообменных поверхностей

подводящего трубопровода, условием необходимости проведения которой Является недостижение биомассой при подаче в ме- тантенк необходимой температуры после пропускания ее через нагревательную систему. Этот факт свидетельствует, что налипшие частицы в местах теплокон- такта резко ухудшают теплообмен, создавая искусственную теплоизоляцию.

Устройство для производства сброженной биомассы и биогаза состоит из мета- нтенка 1 с газоотводом 2, резервуаров 3 и-4 свежих отходов и сброженной биомассы, нагнетающего насоса 5 и насоса 6 для осуществления циркуляции теплоносителя, газового водонагревателя 7 с котлом 8, теплообменник 9, подводящего биомассу трубопровода 10, соединенного с метантен- ком 1 через патрубки 11 с кранами 12 и имеющего в верхней части сливной патрубок 13 с краном 14. Нижняя часть подводящего патрубка 10 выполнена в виде теплообменного контура, объединенного с теплообменником 9 в систему труба в трубе. Первый вход подводящего трубопровода через обратный клапан 15 соединен с нагне- тэющим насосом 5, а второй вход через кран 16 и циркуляционный насос 6 с выходом горячего теплоносителя из котла 8. Выход горячего теплоносителя также соединен через кран 17 с входом теплообменника 9, выход которого соединен с котлом 8. Входами отводящего трубопровода 18 являются патрубки 19с кранами 20V соединенные с метантенком, а выход его через обратный клапан 21 соединен с входом нагнетающего насоса 5. второй вход которого через кран 22 соединен с резервуаром свежих отходов 3. Отводящий трубопровод 18, нагнетающий насос 6, подводящий трубопровод 10 с теплообменным контуром и метантенк образуют замкнутую систему, причем патрубки 19 и 11 отводящего и подводящего трубопроводов расположены под углом друг к другу на различных по высоте уровнях метантенка, в местах установки датчиков температуры 23.

Устройство работает следующим образом.

Начальная загрузка метантенка 1 вместимостью 120 м осуществляется нагнетающим насосом мощностью 22 кВт и производительностью 0,002 м3/с при открытых кранах 22 и 12 через подающий трубопровод, обогреваемый за счет циркуляции горячего теплоносителя по теплообменнику 9. Температура попадающей в метантенк биомассы, определяемая по датчикам 23, находится в пределах 50-55°С. Так как метантенк находится внутри животноводческого или растениеводческого комплекса, то вокруг него поддерживается температура, наиболее благоприятная для жизнедеятельности растений и животных, 5 т.е. 15-25°С, а с течением времени температура внутри метантенка падает. При температуре ниже 50° оператором или автоматически открываются краны 12 и 19 подводящего и отводящего трубопроводов

0 в тех зонах, где температура упала ниже допустимой, а в образованную замкнутую через метантенк систему из трубопроводов 10 и 11 насосом 5 подается биомасса, нагретая до температуры 55°, пропускаемая по

5 подводящему трубопроводу через теплообменник 9 и выходящая из зоны через отводящий трубопровод 18. Такое движение биомассы одновременно с подогревом обеспечивает перемешивание в указанной

0 зоне. После достижения заданной температуры биомассы в метантенке, краны 12 и 19 в этих зонах закрываются и открываются в тех зонах, где температура ниже заданной, и процесс циркуляционного гидравлическо5 го термоперемешивания повторяется. Если же температура внутри метантенка держится в заданном интервале длительное время, то перемешивание осуществляется 4-5 раз в сутки (через 4-5 ч) без дополнительного

0 нагрева, при этом закрыт кран 17, отключен циркуляционный насос б и циркуляция теплоносителя не происходит. Открытием кранов 11 и 19 в верхней зоне, пропуском по замкнутой системе: подводящий трубопро5 вод, метантенк, отводящий трубопровод, нагнетающий насос, с последующем (через 10-15 мин) закрытием их и открытием в нижеследующей зоне осуществляется после- довательное перемешивание по зонам

0 сверху - вниз. Это позволяет исключить образование как корки на поверхности брожения, так и застойных областей в нижней части метантенка, а уменьшение времени перемешивания от 10-15 мин в верхней ча5 сти до 2-5 мин в нижней части позволяет не нарушать градиент готовности сброженной биомассы, так как при поточном производстве верхние слои загружаются, а нижние разгружаются, и к определенному моменту времени верхние слои загружаются, а ниж0 ние разгружаются, и к определенному моменту времени верхние слой имеют меньший срок брожения, чем нижние, а приближение сбраживаемой биомассы к готовности, тем меньше требует уменьшения

5 интенсивности перемешивания. Одновременно с процессом сбраживания устройство по изобретению позволяет проводить очистку теплообменных поверхностей подающего трубопровода от налипших частиц

биомассы в местах теплоконтакта, без остановки процесса производства сброженной биомассы и выхода биогаза. Для этой цели закрывается кран 17, отключается нагнетательный насос 5, открывается кран 16 и го- рячий теплоноситель циркуляционным насосом 6 подается в контур трубопроводов 10 и 18. После пропускания через трубопроводы 10 и 18 при открытых кранах 14 и 24 и закрытых кранах 12 и 20 удаляется из систе- мы через сливные патрубки 13 и 25. Процесс очистки производится периодически, как только будет устанозлено. что в процессе зонного термоперемешивания температура нагретой биомассы после пропускания че- рез теплообменный контур подводящего трубопровода не достигает заданной (50- 55°С), при входе в метантенк. что указывает на образование излишнего теплоизоляционного слоя из налипших частиц биомассы в теплообменном контуре и необходимость проведения очистки. В процессе сбраживания с поверхности брожения выделяется би- огаз (метан), часть которого по газоотводу 2 подается в газовую магистраль на различ- чые технические нужды (в основном биогаз используется в качестве топлива), а часть подается в газовый водонагреватель 7. Использование предлагаемого способа позволяет создать в метантенке постоянное по времени и объему изотермичное поле и исключить возможность образования корок на поверхности сбраживания и застойных зон в нижней части метантенка, тем самым увеличив его производительность и обеспечив очистку теплообменных поверхностей без остановки процесса производства, а также одновременно с процессом сбраживания сократить время технологического обслуживания агрегата. Наряду с этим, повышается эффективность газоотвода с поверхности брожения, что в свою очередь интенсифицирует процесс производства. Кроме того, в комплексе с поддержанием температуры брожения 50-55°С по всему объему мета-

нтенка повышается обеззараженность получаемой сброженной биомассы. Формула изобретения 1. Способ производства сброженной биомассы и биогаза из отходов животноводства и растениеводства, включающий загрузку свежих отходов в метантенк. подогрев и перемешивание, отвод биогаза и выгрузку биомассы, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса за счет обеспечения его изотермичности в объеме сбраживаемой биомассы и во времени, а также непрерывности процесса производства, перемешивание осуществляют послойно путем впуска и выпуска сбраживаемой биомассы в горизонтальные слои ее объема, начиная с верхних слоев и переходя к нижним, при этом время перемешивания уменьшают с 10-15 мин в верхних слоях до 2-5 мин - в нижних слоях.

2.Способ по п. 1,отличающийся тем, что перемешивание осуществляют нагретой до 50-55°С биомассой.

3.Способ поп. 1,отличающийся тем, что в процессе ораживэния без его остановки производят очистку теплообменных поверхностей путем промывки горячим теплоносителем.

4.Устройство для производства сброженной биомассы и биогзза из отходов животноводства и растениеводства, содержащее метантенк с газоотводом, вертикально установленные подводящий и отводящий трубопроводы с патрубками, резервуары свежих отходов и сброженной биомассы, теплообменник, нагнетающий и рециркуляционный насрсы, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности и сокращения времени технологического обслуживания, патрубки подводящего и отводящего трубопроводов присоединены к корпусу метантенка под углом друг к другу и снабжены сливными патрубками, а также датчиками температуры и регулируемой арматурой.

23

Изобретение относится к сельскохозяйственному производству, в частности к применению безотходных технологий, используемых при работе агропромышленных комплексов. Цель изобретения - интенсификация процесса термофильного сбраживания за счет обеспечения его изо- термичности в объеме сбраживаемой биомассы и во времени, непрерывности процесса, а также повышение производительности и сокращение времени технологического обслуживания. Способ включает начальную загрузку свежих отходов, подогретых до 50-55°С, подогрев в процессе брожения, гидравлическое перемешивание, выгрузку биомассы, отвод биогаза и очистку теппообменных поверхностей. Новым в способе является осуществление зонного перемешивания с одновременным подогревом, а при изотермическом процессе (без падения температуры) перемешивание по зонам последовательно сверху - вниз с уменьшением времени перемешивания, а также воз- можностьпроводить очистку теплообменных поверхностей без остановки процесса сбраживания с помощью горячего теплоносителя при. 65-70°С. Биогазовая установка содержит метантенк с газоотводом, резервуары свежих отходов и сброженной биомассы, нагнетающий и циркуляционный насосы, газовый водонагреватель с котлом, теплообменник и систему трубопроводов с кранами. Новым в конструкции устройства является выполнение входов отводящего и выходов подводящего трубопроводов на разных по высоте уровнях метантенка в местах установки датчиков температуры, при этом на каждом уровне входы и выходы трубопроводов расположены под углом друг к другу. 1 ил. 4W е а ю ю ю 00