ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2254700
БИОГАЗОВАЯ УСТАНОВКА АНАЭРОБНОГО СБРАЖИВАНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ
Имя изобретателя: Сафин Р.Г. (RU); Лашков В.А. (RU); Голубев Л.Г. (RU); Князева А.В. (RU); Воронин Е.К.
Имя патентообладателя: Научно-технический центр по разработке технологий и оборудования (НТЦ РТО)
Адрес для переписки: 420126, г.Казань, пр. Амирхана, 10, кв.281, А.В.Князевой
Дата начала действия патента: 2003.12.29
Изобретение относится к сельскому
хозяйству и может быть использовано для
утилизации биомассы при переработке
отходов животноводческих производств.
Биогазовая установка включает
многосекционный реактор, дно которого
имеет уклон от узла загрузки к узлу
выгрузки, причем последние выполнены в виде
конвейеров с приводами мешалки, длина
лопастей которых превышает уровень
биомассы, расположенные в каждой секции
реактора и кинематически связанные с
приводом узла загрузки, и газгольдер.
Установка снабжена массонасосом и
водонагревательным котлом с газовыми
горелками, сообщенными с газгольдером. Узлы
загрузки и выгрузки выполнены в виде
винтовых конвейеров, состоящих из кожуха и
вала со спиралью, причем вал конвейера узла
загрузки выполнен полым и перфорированным.
Кожух конвейера узла выгрузки снабжен
герметичной цилиндрической емкостью,
установленной выше уровня биомассы и
образующей с ним кольцевую полость,
сообщенную с полостью вала конвейера узла
загрузки через водонагревательный котел и
массонасос, при этом в месте расположения
емкости кожух выполнен перфорированным.
Изобретение позволяет повысить
интенсивность процесса биометаногенеза за
счет увеличения концентрации активной
массы анаэробов и однородности
поступающего в биореактор субстрата.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к технике
утилизации биомассы и может найти
применение для переработки отходов
животноводческих производств.
Преимущественно данное изобретение
предназначено для микробиологической
анаэробной конверсии навоза в биогаз в
условиях животноводческих комплексов, а
также индивидуальных и фермерских хозяйств.
Известна непрерывно действующая
анаэробная установка системы Шмидта-Эгерглюса,
включающая цилиндрическую камеру брожения,
по центру которой установлена
телескопическая труба с гидронасадкой,
насос для перекачивания навоза, смеситель,
газгольдер низкого давления,
навозохранилище и автоклав (см. книгу
Калюжного С.В., Пузанкова А.Г., Варфоломеева
С.Д. Биогаз: Проблемы и решение.
Биотехнология. //Итоги науки и техники:
ВИНИТИ АН СССР. - М.,1988, т.21, с.75-77).
К конструктивным недостаткам известной
установки относится то, что выполнение
устройства для перемешивания и нагревания
биомассы может привести к нарушению
герметичности газового колпачка и утечке
метана, а в случае проскакивания искры - к
взрыву самого устройства.
Отсутствие измельчающего устройства
неизбежно приведет к частому забиванию
гидронасадки, а разветвленная сеть
трубопроводов с запорной арматурой
усложняет эксплуатацию установки.
Известна также биогазовая установка
системы "Дармштадт", содержащая
расположенный под землей реактор с узлами
загрузки и выгрузки, горизонтальную
мешалку с приводом и сборник газа (см. книгу
Калюжного С.В., Пузанкова А.Г., Варфоломеева
С.Д. Биогаз: Проблемы и решение.
Биотехнология. //Итоги науки и техники:
ВИНИТИ АН СССР. - М, 1988, т.21, с.74-75).
При сбраживании необходимо поддерживать
уровень биомассы в реакторе постоянным. В
противном случае работа реактора будет
малоэффективной: при повышении уровня
свежий навоз, обладающий меньшим удельным
весом, в процессе загрузки не поступит в
реакционную зону, а при понижении уровня
выделяющийся биогаз будет прорываться
через узел загрузки в атмосферу.
Процесс сбраживания осуществляется во
всем объеме реактора. В момент разгрузки за
счет усреднения биомассы по длине
бродильной емкости из реактора удаляется
вместе со сброженной массой свежий и
частично переработанный навоз. Потеря даже
незначительного количества исходного
сырья приводит к снижению скорости
биометаногенеза.
Кроме того, конструкция мешалки не
предотвращает образования застойных зон,
приводящих к коркообразованию, увеличению
затрат энергии на ее разрушение и снижению
интенсивности образования газа.
Наиболее близкой по технической сущности
и достигаемому результату к изобретению
является биогазовая установка, состоящая
из многосекционной емкости, каждая секция
которой снабжена мешалкой, сборника
биогаза, узлов загрузки и выгрузки, в виде
ленточных транспортеров с приводами,
сообщенными с донной частью емкости,
которая выполнена наклоненной в сторону
узла выгрузки, при этом узел загрузки
кинематически связан с мешалками (Патент РФ
№2074600, МПК А 01 С 3/2, опубл. 10.03.97. Бюл. №7).
Недостатком известного технического
решения является нестабильность процесса
метаногенеза при изменяющихся условиях
сбраживания. Указанный недостаток
обусловлен разностью температур биомассы в
реакторе и загружаемого сырья, что приводит
к увеличению времени ферментации и
снижению интенсивности образования газа.
Целью изобретения является
интенсификация процесса биометаногенеза.
Указанная цель достигается тем, что в
известной биогазовой установке
анаэробного сбраживания органических
отходов, включающей многосекционный
реактор, дно которого имеет уклон от узла
загрузки к узлу выгрузки, последние
выполнены в виде конвейеров с приводами,
мешалки, длина лопастей которых превышает
уровень биомассы, расположенные в каждой
секции реактора и кинематически связанные
с приводом узла загрузки, а также
газгольдер, согласно изобретению она
снабжена массонасосом и
водонагревательным котлом с газовыми
горелками, сообщенными с газгольдером, узлы
загрузки и выгрузки выполнены в виде
винтовых конвейеров, состоящих из кожуха и
вала со спиралью, вал конвейера узла
загрузки выполнен полым и перфорированным,
а кожух конвейера узла выгрузки снабжен
герметичной цилиндрической емкостью,
установленной выше уровня биомассы и
образующей с ним кольцевую полость,
сообщенную с полостью вала конвейера узла
загрузки через водонагревательный котел и
массонасос, при этом кожух в месте
расположения емкости выполнен
перфорированным.
Отличительными признаками данной
установки является то, что она снабжена
массонасосом и водонагревательным котлом с
газовыми горелками, сообщенными с
газгольдером, узлы загрузки и выгрузки
выполнены в виде винтовых конвейеров,
состоящих из кожуха и вала со спиралью, вал
конвейера узла загрузки выполнен полым и
перфорированным, а кожух конвейера узла
выгрузки снабжен герметичной
цилиндрической емкостью, установленной
выше уровня биомассы и образующей с ним
кольцевую полость, сообщенную с полостью
вала конвейера узла загрузки через
водонагревательный котел и массонасос, при
этом кожух в месте расположения емкости
выполнен перфорированным.
Благодаря этому обеспечивается
одновременный подогрев и перемешивание
свежего навоза до температуры биомассы в
реакторе, что ведет к увеличению
концентрации активной биомассы анаэробов и
обеспечивает однородность поступающего
субстрата в биореактор.
Изобретение иллюстрируется чертежом, на
котором изображена принципиальная схема
биореактора.
Установка состоит из расположенного под
землей реактора 1, разделенного на секции 2,
узлов загрузки и выгрузки с винтовыми
конвейерами 3, 4 и приводами 5, 6.
Секции реактора снабжены
колоколообразными сборниками газа 7,
мешалками 8 и сообщаются между собой в
нижней части бродильной емкости.
Вращение мешалок, связаных между собой
кинематически, осуществляется от привода 5
винтового конвейера 3 узла загрузки через
цепную передачу 9.
Винтовой конвейер 3 узла загрузки состоит
из кожуха 10 и вала 11 со спиралью 12. Вал 11
выполнен полым, перфорированным и
расположен горизонтально.
Винтовой конвейер 4 узла выгрузки состоит
из кожуха 13, вала 14 со спиралью 15 и
цилиндрической емкости 16, образующей с
кожухом 13 кольцевую полость 17. В месте
расположения цилиндрической емкости 16
кожух перфорирован. Верхний срез винтового
конвейера сообщен с приемником шлама 18.
Газгольдер 19 сообщен с горелками 20
водонагревательного котла 21, а полость 17
через водонагревательный котел 21 и
массонасос 22 - с перфорированным валом 11
винтового конвейера 3 узла загрузки.
Установка работает следующим образом.
После заполнения бродильной емкости
навозом начинается процесс
биометаногенеза. В процессе сбраживания
навоз периодически перемешивают и
поддерживают заданный температурный режим
(t=35°C).
Свежие органические отходы из
животноводческих ферм подают в узел
загрузки реактора 1. Включают привод 5
винтового конвейера 3 и навоз
перемешивается с жидкостью, перекачиваемой
массонасосом 20 и попадающей в полый
перфорированный вал 11 винтового конвейера
3.
Из винтового конвейера 5 навоз самотеком
перемещается в донную часть первой секции 2
реактора 1. Поскольку удельный вес
сброженной массы больше удельного веса
свежего навоза, последний всплывает со дна
бродильной емкости в основную массу.
Одновременно с загрузкой мешалки 8 в
секциях реактора 1 усредняют биомассу и
разрушают образующуюся корку на ее
поверхности. По мере заполнения первой
секции свежим навозом часть сброженной
массы удаляется в следующую секцию
реактора. Различие в удельных весах
основной массы секции и поступающей
приводит к вытеснению части
прореагировавшего навоза. Усреднение массы
в следующих секциях и устранение
коркообразования осуществляется также с
помощью мешалок 8, связанных цепной
передачей 9 с приводом 5 винтового конвейера
3.
Степень активности биомассы снижается по
мере удаления секции от узла загрузки. При
этом за счет увеличения размеров секций
объем выделяющегося газа в каждой секции
остается постоянным. Накапливающаяся
сброженная масса удаляется винтовым
конвейером 4 узла выгрузки, работающим от
привода 6, в сборник шлама 18. По мере подъема
в винтовом конвейере 4 сброженная масса
отжимается, при этом часть жидкости,
которая через перфорации в кожухе
поступает в герметичную емкость 16, подают в
водонагревательный котел 21, где
подогревают до требуемой температуры, и
массонасосом 22 перекачивают в узел
загрузки.
Газ, выделяющийся в секциях 2 реактора 1,
собирают в колоколообразном сборнике 7 и
отводят в газгольдер 19, из него часть газа
идет потребителю, а часть попадает в
горелки 20 водонагревательного котла 21 для
подогрева циркулирующей жидкости. Сборник
газа 7 выполнен плавающим, что предохраняет
реактор 1 от повышения давления и
проникновения атмосферного воздуха в
биомассу.
В настоящее время разработаны рабочие
чертежи биогазовой установки, внедрение
которой планируется на фермерских
хозяйствах Республики Татарстан.
Таким образом, перемешивание и подогрев
навоза до температуры биомассы в реакторе
позволит по сравнению с прототипом
обеспечить однородность субстрата и
увеличить концентрацию активной биомассы
анаэробов.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Биогазовая установка
анаэробного сбраживания органических
отходов, включающая многосекционный
реактор, дно которого имеет уклон от узла
загрузки к узлу выгрузки, последние
выполнены в виде конвейеров с приводами,
мешалки, длина лопастей которых
превышает уровень биомассы,
расположенные в каждой секции реактора и
кинематически связанные с приводом узла
загрузки, газгольдер, отличающаяся тем,
что она снабжена массонасосом и
водонагревательным котлом с газовыми
горелками, сообщенными с газгольдером,
узлы загрузки и выгрузки выполнены в виде
винтовых конвейеров, состоящих из кожуха
и вала со спиралью, вал конвейера узла
загрузки выполнен полым и
перфорированным, а кожух конвейера узла
выгрузки снабжен герметичной
цилиндрической емкостью, установленной
выше уровня биомассы и образующей с ним
кольцевую полость, сообщенную с полостью
вала конвейера узла загрузки через
водонагревательный котел и массонасос,
при этом в месте расположения емкости
кожух выполнен перфорированным.
Версия для печати
Дата публикации 28.03.2007гг
вверх
|
