CZ308740B6 - Způsob a zařízení k zahušťování fugátu bioplynové stanice - Google Patents

Abstract

Způsob zahušťování fugátu bioplynové stranice zbaveného hrubých pevných částic spočívá v tom, že surový fugát ohřátý na teplotu 45 °C až 70 °C se vede k alespoň jednostupňovému odplynění při tlaku v rozmezí 0,01 až 0,6 bar, přičemž odloučený amoniak se odvádí k absorpci do zahuštěného fugátu, zatím co odplyněný fugát ohřátý na 50 °C až 85 °C, jehož pH se upraví na hodnotu 3 až 7,5, se podrobí odpařování za tlaku 0,1 až 0,6 bar v alespoň dvou stupních odpařování, načež se odplyněný zahuštěný fugát vede k absorpci amoniaku odloučeného při odplynění fugátu a po ochlazení se amoniakem sycený zahuštěný fugát odvádí ke skladování. Zařízení k zahušťování fugátu je tvořeno prvním ohřívačem (HEX1) surového fugátu (1) napojeným na odplyňovač (DEG) k odloučeni amoniaku (3) ze surového fugátu (1), který je propojen jednak na straně odloučeného amoniaku (3) s absorbérem (ABS) určeným k absorpci amoniaku (3) v zahuštěném fugátu (5), jednak na straně odplyněného fugátu (4) s druhým ohřívačem (HEX2) odplyněného fugátu (4), přičemž druhý ohřívač (HEX2) je napojen na odparku (EVAP) potrubím, do nějž ústí zásobník (ACID) kyseliny a přičemž výstup zahuštěného fugátu (5) z odparky (EVAP) je napojen na vstup absorbéru (ABS) amoniaku, z jehož výstupu je veden sycený fugát (9) přes chladič (HEX3) do výstupu ze systému.

Description

Způsob a zařízení k zahušťování fugátu bioplynové stanice

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu zahušťování fugátu separovaného z digestátu bioplynové stanice a zařízení k provádění tohoto způsobu. Zahuštěný fugát je určen pro použití především jako polní hnojivo, v němž je zachován obsah živin.

Dosavadní stav techniky

S rozmachem bioplynových stanic v posledních letech je spojena zvýšená produkce digestátu. Digestát je vedlejším produktem výroby bioplynu. Jedná se o hrubou suspenzi vody a zbytků biologického materiálu, který se nerozložil během procesu anaerobní digesce. Digestát ze zemědělských bioplynových stanic je typicky vyvážen na pole a aplikován jako organické hnojivo.

Přestože je digestát kvalitním hnojivém, koncentrace hlavních hnojivých látek (N, P, K) je v něm v porovnání s minerálními hnojivý nízká, pohybuje se v řádu několika procent sušiny. Při aplikaci stejného množství živin na plošnou jednotku si digestát vyžádá několikanásobný přejezd aplikační techniky, čímž se zvyšuje časová náročnost, náklady na pohonné hmoty a údržbu strojů, nemluvě o možném poškození půdní struktury.

Problémy s využitím digestátu se objevují zejména v oblastech se zvýšenou intenzitou zemědělské výroby, které jsou typické vysokou koncentrací hnojivých látek v půdě, respektive podzemních vodách. V těchto oblastech vzniká nedostatek zemědělské půdy, na kterou by bylo možné digestát ukládat, ato zejména z legislativních důvodů. Situace je kritická zejména pro ty bioplynové stanice, jejichž provozovatelé nedisponují dostatečnou plochou vlastní zemědělské půdy. Řešením je pouze extrémně nákladné vyvážení digestátu na vzdálené pozemky.

Problematikou využití digestátu se zabývala celá řada vědeckých studií. Technická řešení problému jsou v zásadě dvojího typu. 1. Odloučení vybraných hnojivých látek (N, P), které umožní aplikaci většího množství digestátu na jednotku plochy. 2. Odloučení čisté vody, které digestát běžně obsahuje více než 90 %, a tím snížení celkového objemu suspenze, která je dále vyvážena na pole či jinak zpracovávána (např. peletizace, kompostování).

Prvním krokem při zahušťování digestátu (tj. odloučení vody a tím snížení objemu) je zpravidla mechanická separace rozměrných pevných částic. Za tímto účelem se používají dekantační odstředivky, šnekové či sítové lisy, kalolisy nebo sedimentace. Produktem mechanické separace jsou tzv. separát (pevná složka s obsahem sušiny typicky nad 18 %) a tzv. fugát (s obsahem sušiny typicky pod 8 %). Složení produktů závisí na vstupním složení digestátu a použité technologii. Fugát ovšem zaujímá většinu z původního objemu digestátu a jako tekutá složka separace představuje hlavní problém jak z pohledu transportu, tak skladování.

Jednou z technologií používaných pro separaci vody z fugátu je odpařování. Výhodou odparek je schopnost upotřebit odpadní teplo, kterého je v bioplynových stanicích zpravidla přebytek. Samotný proces odpařování fugátu, tj. odstraňování rozpouštědla (vody) v podobě páry ze suspenze, není dostatečný pro dosažení potřebné čistoty separované vody. Důvodem je především přítomnost amoniaku, jehož plynná, v suspenzi nerozpuštěná složka (NH3), se při odpařování uvolňuje spolu s vodní parou a znečišťuje výsledný produkt - kondenzát.

Dostupná technická řešení založená na odpařování využívají k odstranění amoniaku kombinace odpařování a reverzní osmózy, či jiných membránových technologií, kombinace odpařování a kyselé vypírky par (tzv. scrubber) před jejich kondenzací, nebo kombinace odpařování a stripování amoniaku. Snižování úniku amoniaku do kondenzátu v průběhu odpařování lze dosáhnout

- 1 CZ 308740 B6 snížením pH fugátu pomocí vhodné kyseliny (např. kyselina sírová, kyselina dusičná). Tímto způsobem lze rovněž snížit nároky na navazující operace (membránová filtrace, vypírka par, stripování), jejichž cílem je dosažení potřebné kvality produktů.

Hlavními nedostatky současných řešení jsou vysoká spotřeba elektrické energie a pomocných chemikálií (zejména kyseliny) a vysoké pořizovací náklady, které zpravidla vylučují rozumnou návratnost investice. Dalšími negativy jsou požadavky na skladování a následné nakládání s vedlejšími produkty zahušťování fugátu (amonné soli, čpavková voda) a produkce ochuzeného koncentrátu fugátu, který ztrácí část svých hnojivých vlastností. V některých případech by úbytek dusíku musel být kompenzován komerčními minerálními hnojivý.

Jsou známy technologie, které umožňují převedení dusíkatých látek ze surového fugátu do konečného produktu, a to jejich převedením do netěkavé podoby před zahuštěním fúgátu.

Z CZ 307725 B6 je znám způsob zpracování kapalné frakce fermentačního zbytku z bioplynové stanice spočívající v okyselení kapalné frakce biochemickou oxidací v ní obsaženého amoniakálního dusíku na dusičnany a/nebo dusitany pomocí nitrifikačních mikroorganismů a následným odstraněním 20 až 80 % vody z této kapalné frakce tepelným zahuštěním destilací nebo volným odparem. Přitom zdrojem nitrifikačních mikroorganismů je aktivovaný kal z městských čistíren odpadních vod. Vzhledem k tomu, že mezi bioplynovými stanicemi a čistírnami odpadních vod jsou zpravidla velké vzdálenosti, jeví se jako největší nevýhoda tohoto způsobu jeho logistická náročnost.

Vynález si klade za úkol navrhnout způsob efektivního zahuštění fúgátu při současném zadržení dusíku (amoniaku) ve výsledném koncentrátu a produkcí čisté vody (kondenzátu), která může být vypuštěna do povrchových vod či jinak využívána, například pro zavlažování a zároveň navrhnout kompaktní zařízení k provádění tohoto způsobu.

Podstata vynálezu

Uvedený úkol splňuje způsob zahušťování fúgátu bioplynové stanice zbaveného hrubých pevných částic, který spočívá v tom, že surový fugát ohřátý na teplotu 45 °C až 70 °C se vede k alespoň jednostupňovému odplynění při tlaku v rozmezí 0,01 až 0,6 bar. Přitom se odloučený amoniak odvádí k absorpci do zahuštěného fúgátu, zatím co odplyněný fúgát ohřátý na 50 °C až 85 °C, jehož pH se upraví na hodnotu 3 až 7,5, se podrobí odpařování za tlaku 0,1 až 0,6 bar v alespoň dvou stupních odpařování. Nato se odplyněný zahuštěný fúgát vede k absorpci amoniaku odloučeného při odplynění fúgátu a po ochlazení se amoniakem sycený zahuštěný fúgát odvádí ke skladování.

Do surového fugátu se před jeho odplyněním s výhodou přidá rostlinný protipěnivý přípravek v množství 0,1 až 1,5 1 na 1 m³ fugátu.

Tlak v jednotlivých stupních odplynění se s výhodou nastaví tak, aby teplota varu v 1. stupni byla minimálně o 2 °C nižší než teplota fúgátu na vstupu do odplynění a teplota v n-tém stupni odplynění byla minimálně o 2 °C nižší než rovnovážná teplota v předchozím stupni.

Ke zvýšení účinnosti odplynění muže fugát při odplynění stékat ve vrstvě.

Odplyněný fugát se před úpravou pH mísí s výhodou s recirkulovanou částí zahuštěného fúgátu v poměru 1:10 až 1:28.

Zahuštěný fúgát před smísením s odplyněným fúgátem může odebírat teplo parám odpařujícího se fúgátu.

Ke zvýšení účinnosti absorpce část ochlazeného amoniakem syceného zahuštěného fúgátu

- 2 CZ 308740 B6 recirkuluje před vstup do absorbéru.

Zařízení k zahušťování fugátu je tvořeno prvním ohřívačem surového fúgátu napojeným na odplyňovač k odloučení amoniaku ze surového fugátu, který je propojen jednak na straně odloučeného amoniaku s absorbérem určeným k adsorpci amoniaku v zahuštěném fugátu, jednak na straně odplyněného fugátu s druhým ohřívačem odplyněného fugátu. Přitom druhý ohřívač je napojen na odparku potrubím, do nějž ústí zásobník kyseliny. Výstup zahuštěného fugátu z odparky je přitom napojen na absorbér amoniaku, z jehož výstupu je veden sycený fugát přes chladič do výstupu systému.

Ke snížení pěnivosti zpracovávaného fugátu do potrubí mezi prvním ohřívačem a odplyňovačem a/nebo mezi druhým ohřívačem a odparkou ústí zásobník rostlinného oleje.

Do potrubí odplyněného fugátu před druhým ohřívačem může ústit recirkulovaná část zahuštěného fugátu po průchodu chladicím potrubím odparky.

Objasnění výkresů

Vynález bude dále objasněn pomocí výkresu, na němž obr. 1 představuje schéma zapojení zařízení podle vynálezu k zahušťování fugátu bioplynové stanice.

Příklady uskutečnění vynálezu

Na poloprovozním dále popsaném zařízení byl proveden test způsobu zahušťování fugátu bioplynové stanice. Přitom odsazené odstavce v následujícím textu uvádějí konkrétní příklad testované technologie, zatímco neodsazené odstavce se týkají popsané technologie a zařízení obecně.

Surový fugát 1 z bioplynové stanice po mechanické separaci, s obsahem sušiny 3 %, pH 8,6, teplotou 21 °C a celkovým obsahem amoniakálního dusíku 4500 mg/1 byl v prvním ohřívači HEX1 ohřát na teplotu 65 °C.

V rámci popsané technologie může mít vstupní proud surového fugátu 1 teplotu mezi 10 a 40 °C v závislosti na předchozím skladování a roční době. Obsah sušiny v surovém fugátu 1 se pohybuje mezi 1 a 8 % v závislosti na předchozím způsobu mechanické separace pevných částic. Rozměry pevných částic v surovém fúgátu 1 nepřekračují 3 mm ve všech směrech. pH surového fugátu 1 se pohybuje v rozmezí 7,5 a 9,5 v závislosti na složení substrátu v bioplynové stanici a technologickém postupu anaerobní fermentace. Obsah amoniaku vyjádřeného jako NEL-N je v rozmezí 10 a 100 g na kg sušiny.

Surový fugát 1 j e následně v ohřívači HEX1 ohříván na teplotu 45 až 70 °C. Jako ohřívač lze použít deskový výměník s minimální velikostí štěrbin 3 mm nebo vícechodý výměník typu trubka v trubce s fúgátem v trubkovém prostoru. Maximální teplotní rozdíl mezi horkou a studenou stranou výměníku nesmí dlouhodobě překročit 20 °C, čímž je minimalizováno zapékání organických látek na teplosměnné ploše. Teplota stěny na studené straně by neměla v žádném bodě výměníku dlouhodobě překročit 85 °C. Jako ohřevné médium pro výměník lze využít horkou vodu z chlazení kogenerační jednotky o teplotě mezi 75 a 89 °C. Minimální teplota horké vody na výstupu z ohřívače HEX1 je 70 °C.

S ohledem na složení a pH fúgátu byl do proudu ohřátého surového fúgátu 1 nasáván z nádrže AFA protipěnivý přípravek 2 - řepkový olej, který byl dávkován v poměru 1 litr na tunu fúgátu.

- 3 CZ 308740 B6

V rámci popsané technologie lze jako protipěnivý přípravek použít rostlinný olej (slunečnicový, řepkový), který ne znehodnocuje hnojivé vlastnosti fugátu. Dávkování protipěnivého přípravku 2 se pohybuje mezi 0,1 a 1,5 litry na tunu fugátu. Nasávání protipěnivého přípravku 2 do proudu ohřátého surového fugátu 1 zajišťuje podtlak v potrubním systému. Napojení protipěnivého přípravku 2 musí být v dostatečné blízkosti před odplyňovačem DEG tak, aby byl dostatečný nasávací podtlak v potrubí zajištěn.

Následně byl ohřátý surový fugát 1 přiváděn do pětistupňového odplyňovače DEG, ve kterém byl udržován absolutní tlak v rozmezí 0,2 bar (první komora) až 0,074 bar (poslední komora). Odpovídající teplota varu v jednotlivých stupních odplyňovače je vždy o 4 °C nižší, než je teplota fugátu na výstupu z předchozí komory, respektive na vstupu do odplyňovače DEG v případě komory první. Odplynění ohřátého surového fugátu 1 probíhá ve filmu kapaliny, která stéká po kuželové vestavbě. Úhel mezi osou kuželů a jejich pláštěm je 40°. Odloučené plyny 3 (NH3, CO2, H2O g.) procházejí odplyňovačem DEG ve směru proudu roztoku a odcházejí do absorbéru ABS. Na výstupu z odplyňovače DEG měl odplyněný fugát 4 teplotu 40 °C a koncentraci amoniakálního dusíku 520 mg/1.

V rámci popsané technologie ohřátý surový fugát 1 obohacený o protipěnivý přípravek 2 vstupuje do jedno nebo více stupňového odplyňovače DEG, ve kterém je udržovaný absolutní tlak v rozmezí 0,01 až 0,6 bar. Tlak v jedné nebo více komorách odplyňovače DEG je nastaven s ohledem na teplotu proudu ohřátého surového fůgátu 1 tak, aby platilo, že teplota varu roztoku při daném tlaku v komoře odplyňovače DEG ie minimálně o 2 °C nižší, než je teplota proudu na vstupu do první komory odplyňovače nebo rovnovážná teplota v předcházející komoře odplyňovače. Vlivem teplotního rozdílu mezi vstupujícím fůgátem a rovnovážnou teplotou varu v komoře odplyňovače DEG dojde k mžikovému odpaření části rozpouštědla (vody) a uvolnění velké části ve fůgátu rozpuštěných plynů (NH3, CO2). Vznikající mikrobubliny vodní páry vytvářejí koncentrační spád mezi plynnou a kapalnou fází, čímž zintenzivňují přestup hmoty (NH3, CO2). Odloučené plyny (NH3, CO2, H2O g.), zejména amoniak 3, procházejí odplyňovačem DEG ve směru proudu fůgátu obtokovým potrubím a odcházejí z odplyňovače DEG do absorbéru ABS. Absolutní tlak klesá napříč odplyňovačem DEG ve směru proudění odplyňovaného fůgátu. Platí, že v komoře d.l je tlak nejvyšší a v komoře d.n nejnižší. Pro komory d.l až d.n-1 odplyňovače DEG platí, že z nich odplyňovaný fugát pokračuje do sousední komory ve směru klesajícího tlaku.

Účinnost odplynění může být zvýšena přisáváním vzduchu nebo jiného plynu do komory jednostupňového nebo do první komory d.l vícestupňového odplyňovače DEG prostřednictvím obtokového potrubí. Pro stanovení počtu stupňů odplyňovače platí vztah N,deg = C,am/1000, kde C,am je koncentrace NH4-N v mg na litr ohřátého surového fugátu 1 a N,deg je výsledný počet stupňů zaokrouhlený na nejbližší vyšší celé číslo.

Odplynění surového fůgátu 1 v odplyňovači DEG probíhá ve filmu kapaliny, čímž se minimalizuje pěnění fůgátu. Vytvoření filmu kapaliny je zajištěno použitím kuželové vestavby, která se skládá z jednoho vertikálně uloženého kuželu nebo ze série minimálně dvou vertikálně uložených kuželů, jejichž osy leží na jedné přímce. V případě sériového uložení vždy platí, že dva sousedící kužely mají různou orientaci. Série minimálně dvou kuželů je tvořena opakující se kombinací kolmého kruhového kuželu a komolého kruhového kuželu, přičemž průměr podstavy kolmého kruhového kuželu je vždy menší než průměr dolní podstavy komolého kruhového kuželu. V sérii minimálně dvou vertikálně uložených kuželů vždy platí, že na podstavu kolmého kruhového kuželu navazuje dolní podstava komolého kruhového kuželu a na horní podstavu komolého kruhového kuželu navazuje vrchol kolmého kruhového kuželu. Dále pro oba kužele platí, že úhel mezi osou kuželu a pláštěm je 30 až 45°.

V případě vícestupňového uspořádání odplyňovače je tlakový rozdíl mezi komorami zajištěn pomocí hydraulického zámku, který je vymezen sousedícími podstavami lichých a sudých kuželů, počítáno od vstupu proudu fůgátu do odplyňovače.

- 4 CZ 308740 B6

Odplyněný fugát 4 je z odplyňovače DEG odváděn pomocí odstředivého čerpadla PÍ s dvojitou mechanickou ucpávkou. Vertikálně uložené potrubí mezi dnem odplyňovače DEG a čerpadlem PÍ musí být minimálně 1 m dlouhé pro zajištění dostatečného tlaku na sání čerpadla. Pro dosažení potřebné úrovně odplynění lze za čerpadlo PÍ zařadit recirkulaci části fugátu zpět na vstup do odplyňovače DEG.

Za odplyňovačem DEG se odplyněný fugát 4 mísil s recirkulující částí zahuštěného fugátu 5 v poměru 1 ku 18. Teplota směsi je 63 °C, obsah sušiny 11,5 %, pH 6,5, koncentrace amoniakálního dusíku je 1960 mg/1.

V rámci popsané technologie se za čerpadlem PÍ odplyněný fugát 4 může mísit s recirkulující částí zahuštěného fúgátu 5 v poměru 1:10 až 1:28. Napojení odplyněného fugátu 4 na recirkulující část zahuštěného fúgátu 5 může být před i za rekuperační částí odparky EVAP.a.

Směs 6 odplyněného fúgátu 4 a recirkulovaného zahuštěného fúgátu 5 byla ohřátá na teplotu 70 °C.

V rámci popsané technologie může být směs 6 odplyněného a recirkulovaného zahuštěného fugátu 5 o teplotě mezi 40 a 80 °C v tepelném výměníku HEX ohřívána na teplotu 50 až 85 °C. Jako tepelný výměník HEX lze použít deskový výměník s minimální velikostí štěrbin 3 mm nebo vícechodý výměník typu trubka v trubce s fúgátem v trubkovém prostoru. Maximální teplotní rozdíl mezi horkou a studenou stranou výměníku nesmí dlouhodobě překročit 20 °C, čímž je minimalizováno zapékání organických látek na teplosměnné ploše. Teplota stěny na studené straně by neměla v žádném bodě výměníku dlouhodobě překročit 85 °C.

Následně bylo redukováno pH směsi 6 pomocí kyseliny sírové nasávané ze zásobní nádrže ACID na hodnotu 6,4.

V rámci popsané technologie lze použít kyselinu sírovou nebo dusičnou, přičemž pH suspenze směsi 6 je redukováno na hodnotu 3 až 7,5 v závislosti na složení surového fugátu 1 a koncentraci amoniaku. Nasávání kyseliny do proudu směsi 6 zajišťuje podtlak v potrubním systému. Napojení větve kyseliny na proud směsi 6 musí být v dostatečné blízkosti před částí EVAP a odparky tak, aby byl dostatečný nasávací podtlak v potrubí zajištěn.

S ohledem na složení a pH fugátu se do proudu okyselené směsi 6 nasával protipěnivý přípravek 2 z nádrže AFA, a to řepkový olej při dávce 0,1 litru na tunu směsi.

V rámci popsané technologie jako protipěnivý přípravek lze použít rostlinný olej (slunečnicový, řepkový), který neznehodnocuje hnojivé vlastnosti fugátu. Dávkování protipěnivého přípravku se pohybuje mezi 0,05 a 1 litr na tunu fugátu. Nasávání protipěnivého přípravku 2 do proudu směsi 6 zajišťuje podtlak v potrubním systému. Napojení protipěnivého přípravku 2 musí být v dostatečné blízkosti před odparkou EVAP.a tak, aby byl dostatečný nasávací podtlak v potrubí zajištěn.

Okyselená směs 6 byla přiváděna do vakuové odparky EVAP. kterou tvoří tři komory rekuperační části EVAP.a a tři komory chladicí části EVAP b. Absolutní tlak v odparce byl nastaven v rozmezí 0,25 bar (1. komora) až 0,094 bar (6. komora). Odpovídající teplota varu v jednotlivých komorách odparky byla vždy o 4,2 °C nižší, než je teplota fugátu na výstupu z předchozí komory, respektive na vstupu do vakuové odparky v případě komory první. Vlivem teplotního rozdílu mezi vstupujícím fúgátem a rovnovážnou teplotou varu v odpařovacích komorách dojde k mžikovému odpaření části rozpouštědla (vody). Díky sníženému pHje minimalizováno uvolňování amoniaku, jehož koncentrace v kondenzátu je na úrovni 25 mg/1 při pH 8,1. Výstupní zahuštěný fugát 5 byl částečně recirkulován s odplyněným fúgátem 4 a částečně přečerpáván do absorbéru ABS. Zahuštěný fúgát 5 měl teplotu 45 °C, obsah sušiny 12 %, pH 6,4 a koncentraci celkového amoniaku 2036 mg/1.

- 5 CZ 308740 B6

Okyselená předehřátá směs 6 s přídavkem protipěnicího přípravku 2 vstupuje do 1. komory a.l rekuperační části EVAPa odparky. V 1. odpařovací komoře a. 1 udržován absolutní tlak v rozmezí 0,1 až 0,6 bar. Tlak v 1. odpařovací komoře a.l nastaven s ohledem na teplotu proudu směsi 6 tak, aby platilo, že teplota varu směsi 6 při daném tlaku v odpařovací komoře a. 1 minimálně o 2 °C nižší, než je teplota proudu směsi 6 na vstupu do rekuperační části EVAP a. Vlivem teplotního rozdílu mezi vstupující směsí 6 a rovnovážnou teplotou varu v odpařovací komoře a.l dojde k mžikovému odpaření části rozpouštědla (vody). Díky sníženému pHje minimalizováno uvolňování plynného amoniaku (NH3).

V rámci popsané technologie se rekuperační část EVAP a odparky skládá z min. jedné a maximálně osmi odpařovacích komor a.l až a.n Chladicí část EVAPb odparky se skládá z min. jedné a maximálně pěti odpařovacích komor b.l až b.n. Jednotlivé odpařovací komory mohou stát samostatně nebo mohou být sdruženy do modulů. V rámci modulu sdílí sousední odpařovací komory svoje stěny. Rekuperační část EVAP a a chladicí část EVAP b mohou stát samostatně nebo být sdruženy do jednoho modulu.

Absolutní tlak klesá napříč částmi vakuové odparky EVAP a. EVAP b. Platí, že v komoře a.l je tlak nejvyšší a v komoře b.n nejnižší. Vytvořený tlakový spád zajišťuje pohyb zahušťované směsi 6, kondenzátu 7 vody a inertních plynů 8 skrze odparku počínaje 1. odpařovací komorou a.l a konče poslední odpařovací komorou bm, přes níž procesní proudy opouštějí prostory odparky. Pro odpařovací komory a.l až b.n-1 platí, že z nich procesní proudy pokračují do sousední odpařovací komory ve směru klesajícího tlaku.

Pro libovolnou odpařovací komoru a.i. b.n platí, že vytvořená vodní pára a uvolněné inertní plyny stoupají odpařovací komorou skrze demistery. Vodní pára kondenzuje na povrchu chladicího potrubí. V demisterech dochází k odloučení drobných kapiček zahušťované směsi, které jsou unášeny proudem vodní páry a inertních plynů. Kolmá horizontální vzdálenost mezi provozní nezpěněnou hladinou zahušťovaného roztoku a spodní hranou demisteru je minimálně 0,5 m. Chladicí potrubí je umístěno nad demistery v horní části odpařovací komory. Pod chladicím potrubím je umístěn záchytný žlab kondenzátu. Jako chladicí médium v rekuperační části EVAP a odparky je používána recirkulující část koncentrovaného fůgátu 5. Jako chladicí médium v chladicí části EVAP b odparky je používána externí chladicí voda s maximální vstupní teplotou 30 °C a maximální výstupní teplotou 40 °C. Oba chladicí proudy procházejí odpařovacími komorami proti směru proudění zahušťované směsi.

Výstupní proud zahuštěného fugátu 5 je z poslední odpařovací komory b.n odčerpáván odstředivým čerpadlem P2 s dvojitou mechanickou ucpávkou. Vertikálně uložené potrubí mezi dnem poslední komory b.n a čerpadlem P2 musí být minimálně 1 m dlouhé pro zajištění dostatečného tlaku na sání čerpadla.

Odčerpaný zahuštěný fůgát 5 je částečně recirkulován a používán jako chladicí médium pro rekuperační část EVAP a odparky. Zbytek odčerpaného zahuštěného fůgátu 5 odchází do absorbéru ABS. Koncentrace sušiny v zahuštěném fůgátu 5 je mezi 6 a 16 % a záleží zejména na původním složení surového fugátu 1, odpařovacím výkonu odpařovací jednotky EVAP a poměru mezi hmotnostními průtoky rozděleného zahuštěného fůgátu 5 za čerpadlem P2.

Kondenzát 7 vodní páry je z poslední odpařovací komory b.n odčerpáván pomocí třetího odstředivého čerpadla P3. Vertikálně uložené potrubí mezi dnem poslední komory b.n a druhým čerpadlem P2 musí být minimálně 1 m dlouhé pro zajištění dostatečného tlaku na sání čerpadla. Koncentrace amoniaku vyjádřeného jako NH4-N v kondenzátu 7 je rovna nebo nižší než 50 mg/1 a pH je mezi 6,5 a 8,5.

Před vstupem do vakuového absorbéru ABS byl zahuštěný fugát 5 smíchán s recirkulující částí syceného fůgátu 9 vystupujícího z absorbéru ABS. přitom fugát 10 vstupující do absorbéru ABS měl teplotu 36 °C a pH 6,9.

-6CZ 308740 B6

Ve třípatrovém absorbéru ABS došlo ke kondenzaci vodní páry a reakci amoniaku se vstupujícím fúgátem 10. Absolutní tlak v absorbéru ABS byl na úrovni 0,07 bar. Odpovídající teplota varu (39 °C) je o 3 °C vyšší než teplota vstupujícího fugátu 10. Koncentrace celkového dusíku ve vystupujícím syceném fugátu 9 byla 18 240 mg/1, pří pH 7,6. Po výstupu z absorbéru byl sycený fugát 9 ochlazen na teplotu 32 °C. Ochlazený sycený fugát 9 byl částečně recirkulován přes absorbér ABS. částečně byl jako jeden z konečných produktů odveden ze systému ke skladování. Poměr mezi objemem výstupního syceného fúgátu 9 a surového fugátu 1 fugátu je 0,25.

V rámci popsané technologie může být teplota vstupujícího fúgátu 10 mezi 30 a 50 °C a pH v rozmezí 4,0 a 8,0. Směs odloučených plynů 3 odchází z odplyňovače DEG do absorbéru ABS, kde je protisměrně skrápěna vstupním fúgátem 10 s hodnotou pH pod 8,0. Absorbér ABS je konstruován jako sprchový kondenzátor, v němž se vytvoří mezi jednotlivými patry přepážek filmové clony kapaliny, jimiž prochází směs plynů z odplyňovače DEG. V přímém kontaktu se vstupujícím fúgátem 10 dochází ke kondenzaci vodní páry a k chemické reakci amoniaku s fúgátem. Patrová vestavba absorbéru ABS sestává minimálně ze 2 horizontálně uložených pater.

Aby bylo zajištěno dostatečné množství kapaliny pro správnou fúnkci absorbéru ABS, je sycený fúgátu 9 z absorbéru cirkulován čtvrtým čerpadlem P4 přes chladič HEX3. který odvádí teplo z kondenzace vodní páry. Jako chladič HEX3 lze použít deskový výměník s minimální velikostí štěrbin 3 mm nebo vícechodý výměník typu trubka v trubce s fúgátem v trubkovém prostoru. Jako chladicí médium je použita chladicí voda s maximální vstupní teplotou 30 °C a maximální výstupní teplotou 40 °C.

Do cirkulujícího syceného fúgátu 9 je před vstupem do absorbéru ABS přiveden zahuštěný fugát 5 z odparky EVAP. Přebytek objemu cirkulujícího výstupního syceného fúgátu 9 je za chladičem HEX3 odveden do skladovacího tanku. Poměr mezi objemem výstupního syceného fugátu 9 a surového fugátu i je minimálně 0,5.

Ve vakuovém absorbéru ABS je udržován absolutní tlak v rozmezí 0,05 až 0,3 bar. Rovnovážná teplota varu kapaliny při daném tlaku v absorbéru ABS musí být minimálně o 2 °C vyšší než teplota vstupujícího fúgátu 10.

Směs nezkondenzovaných a nezreagovaných a inertních plynů z absorbéru ABS a odpařovací jednotky EVAP je ze systému odváděna pomocí vodokružné vývěvy nebo vodního ejektoru VP. Stabilní tlakové poměry v systému jsou zajištěny přisáváním proudu vzduchu do směsi plynů před ejektorem VP.

Popsaný vynález lze použít i pro jiné typy průmyslových či zemědělských odpadních a procesních vod s vysokou koncentrací amoniaku. Podmínkou je obsah sušiny do 8 % objemových a nízká koncentrace těkavých látek, které by mohly znehodnotit kvalitu produktů zahušťování.

Claims (10)

1. Způsob zahušťování fůgátu bioplynové stranice zbaveného hrubých pevných částic, vyznačující se tím, že surový fůgát ohřátý na teplotu 45 °C až 70 °C se vede k alespoň jednostupňovému odplynění při tlaku v rozmezí 0,01 až 0,6 bar, přičemž odloučený amoniak se odvádí k absorpci do zahuštěného fugátu, zatímco odplyněný fugát ohřátý na 50 °C až 85 °C, jehož pH se upraví na hodnotu 3 až 7,5, se podrobí odpařování za tlaku 0,1 až 0,6 bar v alespoň dvou stupních odpařování, načež se odplyněný zahuštěný fugát vede k absorpci amoniaku odloučeného při odplynění fůgátu a po ochlazení se amoniakem sycený zahuštěný fůgát odvádí ze systému.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se do surového fůgátu před jeho odplyněním přidá rostlinný protipěnivý přípravek v množství 0,1 až 1,5 1 na 1 m³ fůgátu.

3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že tlak v jednotlivých stupních odplynění se nastaví tak, aby teplota varu v 1. stupni byla minimálně o 2 °C nižší než teplota fůgátu na vstupu do odplynění a teplota v n-tém stupni odplynění byla minimálně o 2 °C nižší než rovnovážná teplota v předchozím stupni.

4. Způsob podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že fůgát při odplynění stéká ve vrstvě.

5. Způsob podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že odplyněný fugát se před úpravou pH mísí s recirkulovanou částí zahuštěného fůgátu v poměru 1:10 až 1:28.

6. Způsob podle nároku 5, vyznačující se tím, že zahuštěný fůgát před smísením s odplyněným fúgátem odebírá teplo parám odpařujícího se fůgátu.

7. Způsob podle některého z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že část ochlazeného amoniakem syceného zahuštěného fůgátu recirkuluje před vstup do absorbéru.

8. Zařízení k zahušťování fůgátu způsobem podle nároku 1, vyznačující se tím, že je tvořeno prvním ohřívačem (HEX1) surového fugátu (1) napojeným na odplyňovač (DEG) k odloučení amoniaku (3) ze surového fůgátu (1), který je propojen jednak na straně odloučeného amoniaku (3) s absorbérem (ABS) určeným k absorpci amoniaku (3) v zahuštěném fůgátu (5), jednak na straně odplyněného fugátu (4) s druhým ohřívačem (HEX2) odplyněného fugátu (4), přičemž druhý ohřívač (HEX2) je napojen na odparku (EVAP) potrubím, do nějž ústí zásobník (ACID) kyseliny a přičemž výstup zahuštěného fůgátu (5) z odparky (EVAP) je napojen na vstup absorbéru (ABS) amoniaku, z jehož výstupu je veden sycený fugát (9) přes chladič (HEX3) do výstupu ze systému.

9. Zařízení podle nároku 8, vyznačující se tím, že do potrubí mezi prvním ohřívačem (HEX1) a odplyňovačem (DEG) a/nebo mezi druhým ohřívačem (HEX2) a odparkou (EVAP) ústí zásobník (AFA) rostlinného oleje.

10. Zařízení podle některého z nároků 8 a 9, vyznačující se tím, že do potrubí odplyněného fůgátu (4) před druhým ohřívačem (HEX2) ústí recirkulovaná část zahuštěného fůgátu (5) po průchodu chladicím potrubím odparky (EVAP).