FI109708B - Fermentointilaitos - Google Patents

Description

109708

Fermentointilaitos

Esillä olevan keksinnön kohteena on fermentointilaitos orgaanisen materiaalin biologista hajottamista ja 5 tämän hajottamisen yhteydessä syntyvän biokaasun keräämistä varten käyttäen suljettua säiliötä, joka on varustettu täyttöaukolla tuoretta ja kierrätettyä tai ympättyä materiaalia varten ja poistoaukoilla hajoamistuotteita varten sekä sekoituslaitteella fermentointimateriaalin sekoittami-10 seksi.

Tätä selostusta varten käsitettä fermentointi käytetään yleisessä mielessä, sen käsittäessä aerobiset ja anaerobiset sekä valvotut ja valvomattomat biomuunnosproses-sit, kuten käymisprosessin.

15 Tämän selostuksen yhteydessä käsitettä fermentoin- timateriaali käytetään materiaalista, joka on käytössä fer-mentointiprosessin aikana.

Käsitettä tuore materiaali käytetään merkitsemään hajotettavaa orgaanista materiaalia, käsitteen ympätty ma-20 teriaali tarkoittaessa orgaanista materiaalia, joka on poistettu fermentointiprosessista ja joka käsittää fermen-tointia varten tarkoitettuja mikro-organismeja ja entsyyme- * 9 ..ί i jä ja jota lisätään tuoreeseen materiaaliin epäjatkuvien 9 prosessien yhteydessä fermentoinnin suorittamiseksi.

.V: 25 Tyypiltään edellä selostetun kaltaiset fermentoin- • 9 .***. tilaitokset tunnetaan muun muassa biokaasulaitoksina. Täi- • · · laisissa laitoksissa fermentointilaitteeseen tuoreena mate- 9 riaalina lisätyt aineet yhdessä osittain sekoitetun ympätyn » » t ’·’ 1 materiaalin kanssa kuumennetaan ennakolta tai fermentointi- 30 laitteessa ja sekoitetaan sekoitusjärjestelmän avulla pro- • 9 sessin aikana. Tulokseksi saadut kaasut voidaan esimerkiksi *”1; syöttää energiansyöttölaitokseen tai myös käyttää laitteen *99 oman prosessienergian tarpeen tyydyttämiseksi.

: ” Tunnettujen biokaasulaitosten haittana on se, että

Mt 35 kiertävien sekoitusmekanismien valmistus on teknisesti, so.

,·1·. ennen kaikkea mekaanisesti, hyvin vaikeaa, ja ne kuluttavat • · · · 2 109708 paljon energiaa eivätkä kuitenkaan takaa prosessin kannalta katsoen parasta mahdollista homogeenista sekoittumista ja lämpötilan jakautumista fermentointimateriaalissa.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on poistaa 5 nämä haitat tarjoamalla käyttöön fermentointilaitos, joka on mekaanisesti yksinkertaisempi ja siten valmistukseltaan ja toiminnaltaan halvempi ja joka myös takaa parhaan mahdollisen sekoittamisen ja lämmönjakautumisen.

Tämä tarkoitus saavutetaan keksinnön mukaisesti si-10 ten, että sekoituslaite sisältää ympyrän muotoisesti liikkuvat sekoitussiivet. Nämä sekoitussiivet ovat yksilöllisesti käytettyjä, so. toisistaan riippumattomia.

Sekoitussiivet käsittävät edullisesti lavat, jotka on kiinnitetty pitimien ja poikkitankojen välityksellä säi-15 lion pystysuoran keskitason suhteen pääasiassa poikittaisille akseleille.

Keksinnön erään suositeltavan sovellutusmuodon mukaisesti väliaineen kuumentamista varten tarkoitettu virtaus j ärj estelmä on muodostettu sivuseiniin, jotka voidaan 20 jakaa useisiin kuumennuspiireihin lämpötilan vaihtelemisek-si kuumennuspinnan eri sektoreilla. Tämä virtausjärjestelmä on asetettu sopivimmin säiliön seinien ulkopuolelle.

t ,,· j Keksinnön erään toisen suositeltavan sovellutusmuo- • don mukaisesti säiliön lattialle on asetettu kaapimet, joi- V. 25 den avulla säiliön lattialle kerrostuneet raskaat saostumat • · t···, siirretään erinä poistolaitteeseen. Nämä kaapimet voivat • · “1 joko olla liitettyjä sekoitussiipien käyttölaitteeseen tai i t i ···· myös varustettuja erillisillä käyttölaitteilla, jolloin • * · *.* · niiden siirtokapasiteettia voidaan joustavasti säätää.

30 Keksinnön suositeltavia sovellutusmuotoja seloste- j\* taan seuraavassa oheisin piirustuksiin viitaten, joissa: • ·

Kuvio 1 esittää sivukuvantoa fermentointilaittees- « * ta säiliön sivuseinän ollessa leikattuna pois; • ’*· Kuvio 2 esittää päälliskuvantoa fermentointilait- • · · : : 35 teestä säiliön katon ollessa leikattuna pois; i · f » ·

• I

t a * • i » » · · t · 3 109708

Kuvio 3 esittää etukuvantoa fermentointilaitteesta säiliön etuseinän ollessa leikattuna pois;

Kuvio 4 esittää yksityiskohtia sekoituslaitteesta;

Kuvio 5 esittää erästä sekoituslaitteen lisäyksi-5 tyiskohtaa;

Kuvio 6 esittää useiden yhteen liitettyjen laitteiden muodostamaa järjestelyä esikompostointia, fermentointia ja jälkikompostointia varten.

Kuvioiden 1 ja 2 mukainen laite käsittää suorakul-10 maisen suljetun säiliön 1 varustettuna sisäkammiolla 1.1, jossa on tasaiset seinät fermentointimateriaalin 4.1 vastaanottamiseksi. Säiliö sisältää täyttöaukon tuoretta ja kierrätettyä tai ympättyä materiaalia varten ja poistoaukot 4 ja 7 hajaantumistuotteita varten. Säiliö on varustettu 15 myös sivuseinissään olevilla näytteenpoistoaukoilla 8 ja katossaan olevilla kaasunpoistoaukoilla 9.

Säiliöön on asetettu sekoituslaite 3 fermentointimateriaalin sekoittamista varten ja lattiakaavinlaite 12 lattiaan kerrostuneiden raskaiden saostumien, kuten hiekan, 20 kivien, metalliosien jne. poistamiseksi. Nämä kaksi toimintoa suoritetaan sekoituslaitteen 3 eri osissa.

Sekoitus suoritetaan sekoitussiipijärjestelmän tij j avulla, joka on esitetty yksityiskohtaisesti kuvioissa 3 ja # · · Λ « · * * · » V. 25 Kuten kuviosta 3 selvimmin näkyy, laakerit 13 on » » » • * asetettu pareittain noin puoleen väliin säiliön 1 sivusei- * · ") nien sisäsivuja. Yksi laakeripari 13 kannattaa yhtä akselia t I 4 ··· 14. Yhteensä neljä akselia 14 on asetettu tällä tavoin si-

Ml V * vuseinien väliin ja jaettu tasaisesti säiliön 1 pituudelle.

30 Akseleiden keskiosaan on asetettu hammastettu pyörä 15, joka tässä tapauksessa käsittää noin 180 asteen suurui- • · ,···, sen sektorin. Tämä hammaspyörä on tartuntakosketuksessa V vastaavalla tavalla hammastetun lineaarisesti käytetyn ham- t i • '** maskiskon 16 kanssa. Hammaskisko 16 on liitetty liitostan- 35 koon 10 tuen 17 välityksellä, joka ulottuu säiliön 1 koko ,1, pituudelle ja jota siirretään edestakaisin säiliön ulkopuo- i · * I · » • »iti « » 4 109708 lelle asetetun käyttölaitteen avulla. On tietenkin selvää, että myös tyypiltään muunlaisia käyttölaitteita, esimerkiksi yksittäisiä hydraulisia käyttölaitteita kutakin akselia varten jne., voitaisiin vaihtoehtoisesti käyttää.

5 Sekoitussiivet 18 on asetettu kussakin tapauksessa käyttöhammaspyörän ja laakerien keskiväliin. Nämä siivet käsittävät akselin 14 suhteen pystysuoran ja siihen kiinnitetyn tangon 19, jonka molempiin päihin on kiinnitetty akselin suuntaisesti yksi poikkitanko 20 ja lapa 21. Tangot 10 19 ja poikkitanko 20 on esillä olevassa sovellutusmuodossa tehty H-profiileista, lapojen 21 ollessa tehtyinä metalli-levystä. Akselin ja tankojen välinen liitäntä sekä akselin ja hammaspyöräsektorin välinen etäisyys on sopivimmin vahvistettu metallilevystä tehdyillä kulmaraudoilla 22.

15 Sekoitustoiminto näkyy selvimmin kuviossa 4b. Käyt- töhammaspyöräsektoria 15 ja siten myös akselia 14 ja sekoi-tussiipiä 18 kierretään vastapäivään nuolen 24 suunnassa siirtämällä liitostankoa 10 lineaarisesti oikealle ja siten tukea 17 ja hammaskiskoa 16 nuolen 23 suunnassa. Tämä kier-20 toliike vetää ylemmän lavan alaspäin fermentointimateriaa-lin läpi siirtäen siten ylemmissä kerroksissa sijaitsevaa materiaalia alaspäin. Samanaikaisesti alunperin pohjassa .’· olevaa lapaa ja siten myös materiaalia vedetään alhaalta • · · · ylöspäin. Tämä kierrätys saa aikaan fermentointimateriaalin • * · i” 25 erinomaisen sekoittumisen. Tämä prosessi toistetaan vaadit- • · ’*’·* taessa tietyn aikavälein esimerkiksi aina silloin, kun fer- • · mentointiprosessia seuraava kaasunmuodostus vähenee tai lakkaa kokonaan.

• · « ·

Kerrostuneet raskaat saostumat 11 poistetaan kaapi- 30 mien 12 avulla, jotka näkyvät selvimmin kuviossa 5. Kaapi- . met 12 on liitetty liitostangon 10 välityksellä liukuvasti • · · säiliön 1 lattiaan. Niillä on kiilamainen poikkileikkaus ja • · ···’ ramppimainen takaosa ja jyrkkä etuosa. Taaksepäin tapahtu- ·*·,, van liikkeen aikana (vasemmalle kuviossa 5) kerrostuneet • .···, 35 raskaat aineet tulevat kaapimen etusivulle ramppipinnan • · • · · 109708 5 kautta. Tätä seuraavan eteenpäin liikkeen aikana tapahtuu siirto poistokierän 7 suunnassa jyrkällä etusivulla.

Kaapimet 12 voivat vaihtoehtoisesti olla läppien muotoisia, jotka nousevat ylös sekoituslaitteen liikkuessa 5 lineaarisesti taaksepäin liukuen siten kerrostuneen materiaalin yli, niiden taas laskeutuessa alas sekoituslaitteen eteenpäin siirron aikana (oikealle kuviossa 5), jolloin ne työntävät kerrostumia 11 poistokierän 7 läheisyydessä.

Kuten kuviosta 3 parhaiten näkyy, kuumennusväliaine 10 on asetettu kulkemaan syöttöjohdon 5 ja palautusjohdon 6 välityksellä ala-alueen sivuseiniä pitkin. Lämpö siirtyy suoraan lämpövirtausjärjestelmästä fermentointimateriaa-liin. Dynaaminen lämmönsiirto on seurauksena sekoituslaitteen ympyränmuotoisesta liikkeestä. Tällöin fermentointima-15 teriaali kuumennetaan haluttuun prosessilämpötilaan ja säi-liövaipan kautta tapahtuneet säteilyhäviöt kompensoidaan.

Kuumennusväliainetta varten tarkoitettu virtausjär-jestelmä voidaan jakaa useisiin kuumennuspiireihin, jotka voidaan varustaa erilaisilla kuumennuskapasiteeteilla läm-20 pötilan muuttamiseksi kuumennuspinnan eri sektoreilla. Tämä takaa suuremman joustavuuden lämpötilavalvonnassa sallien myös parhaan sovellutuksen prosessivaatimuksien suhteen.

.·. Säiliön sisälle asetetun kuumennusjärjestelyn si jasta voidaan kuumennusväliainejohdot asettaa myös säiliö- "* 25 seinien ulkopuolelle. Tämän järjestelyn etuna on se, että • · *·’·’ sisäseinät ovat tasaisia ja saostumien kerrostuminen vähe- • · · nee.

[j* Koska juuri täytetty fermentointimateriaali on kuu- :*·*; mennettava prosessin alussa ja koska kuumennus olisi suori- 30 tettava vain pienten lämpötilaerojen esiintyessä bakteerien . . suojelemiseksi, erityisen laajaa kuumennuspintaa voidaan • t t |t>* käyttää ensimmäisen sekoitussiiven alueella, joka myös si- ···' sältää pääteseinän. Koska fermentointiprosessin jatkuessa |*·^ vain lämpöhäviö on kompensoitava, ulkopuolelta kohdistettua .*··, 35 lämpömäärää voidaan vähentää asteittain sillä seurauksella, t * 6 109708 että ulkoiset kuumennuselementit voidaan tehdä asteittaisesta yhä pienemmiksi.

Kuumennuselementit tehdään sopivimmin kaksiseinäi-sinä virtausjärjestelminä.

5 Fermentointimateriaali sekoitetaan sekoitussiipien 18 liikkeen avulla ja jaetaan syntyneiden leikkausvoimien välityksellä. Se tosiasia, että sekoituslaite ulottuu selvästi koko fermentointimateriaalilla täytetyn sisäkammion 1.1 yläpuolelle, varmistaa koko fermentointimateriaalin 10 parhaan mahdollisen sekoittumisen, mikä johtaa prosessin hyvään vakavuuteen ja tehokkaaseen kaasunpoistoon fermen-tointimateriaalista yhdessä edellä mainitun parantuneen kuumennuksen kanssa.

Suorakulmainen tai monikulmainen säiliön poikki-15 leikkaus tasaisine seinineen on paras mahdollinen sekoitus-laitteen 3 tehokasta toimintaa varten.

Fermentointimateriaali on suhteellisen häiriinty-mättömässä tilassa viimeisten sekoitussiipien ja poistoauk-kojen 4, 4' välissä sillä seurauksella, että sangen tiivis 20 kelluva kakku voisi muodostua pintaan, jolloin tätä kakkua ei voitaisi enää poistaa vaivattomasti aukon 4 kautta. Tämän estämiseksi pääasiassa vaakasuora kuljetuskierukka on asetettu tälle alueelle suunnilleen poikittain laitoksen • · * · pituusakselin suhteen. Tämä kuljetuskierukka sisältää kaksi !” 25 vastakkaista kierteitettyä puoliskoa siten, että materiaali ·*·* tulee siirretyksi kahdelta sivualueelta keskialueelle yhte- näisessä kiertosuunnassa.

Eräs toinen suljettu kuljetuskierukka ulottuu pi-tuussuunnassa laitoksen kautta ja kuljettaa materiaalia 30 päätealueelta takaisin laitoksen alkuperäiselle alueelle.

. Tämä jo fermentoidun materiaalin uudelleen sekoittaminen ),,* tuoreeseen materiaaliin auttaa fysikaalisten ja bioteknis- ··’ ten parametrien valvonnassa. Tämä uudelleensekoituskierukka voi olla asetettuna joko lattialle tai fermentointimateri-35 aalin pinnalle, sivu- tai keskiosaan.

7 109708

Kuvio 6 esittää esillä olevan keksinnön mukaisen fermentointilaitteen F, siihen liittyvän ylävirran puoleisen kompostointilaitteen V ja myötävirran puoleisen kompos-tointilaitteen N erästä edullista järjestelyä. Kompostoin-5 tilaitteen koosta riippuen voi olla suotavaa käyttää useita esillä olevan keksinnön mukaisia fermentointilaitteita sarjaan liitettyinä. Sopivia kompostointilaitteita on selostettu esimerkiksi CH-patenttihakemuksessa nro 03106/92-8, CA-patenttihakemuksessa nro 2 107 646, EP-patenttihakemuk-10 sessa nro 93 810 694.5 ja US-patenttihakemuksessa sarja nro 08/131899.

• · · » » • · · • · · • · • « · M » » * · « • » • · · • ♦

Claims (6)

109708 8

1. Fermentointilaitos orgaanisen materiaalin biologista hajottamista ja tämän hajottamisen aikana syntyneen 5 biokaasun keräämistä varten käyttäen suljettua säiliötä, joka on varustettu täyttöaukolla tuoretta materiaalia ja kierrätettyä tai ympättyä materiaalia varten ja poistoaukoilla hajoamistuotteita varten sekä sekoi-tuslaitteella fermentointimateriaalin sekoittamiseksi, 10 tunnettu siitä, että sekoituslaite (3) on varustettu ympyrän muotoisesti liikkuvilla sekoitussiivillä (18), joita käytetään yksittäisesti.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen fermentointilaitos, tunnettu siitä, että sekoitussiivet (18) 15 muodostuvat tangoista (19), poikkitangoista (20) ja lavoista (21), jotka on kiinnitetty akseleihin (14), jotka on asetettu oleellisesti poikittain säiliön pystysuoran keskitason suhteen.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen fermen-20 tointilaitos, tunnettu siitä, että sivuseinissä on virtausjärjestelmä (5, 6) kuumennusväliainetta varten.

: 4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen fermentointi- laitos, tunnettu siitä, että kuumennusväliainetta varten tarkoitettu virtaus järjestelmä on jaettu useisiin > · · : ' 25 kuumennuspiireihin lämpötilan muuttamiseksi kuumennus- ··· pinnan eri sektoreissa. • · » ·

5. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen fermentointilaitos, tunnettu siitä, että .·, : säiliön lattialle on asetettu kaapimia (12), joiden avulla * i * 30 säiliön lattialle kerrostuneet raskaat saostumat (11) ‘y siirretään erinä poistolaitteeseen (7) .

’·· 6. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen : mukainen fermentointilaitos, tunnettu siitä, että ι·’·ι kuljetusväline on asetettu koteloon oleellisesti pituus-35 suunnassa fermentointimateriaalin siirtämiseksi pääte-alueelta täyttöalueelle. 9 109708