RU2567649C1 - Biogas unit - Google Patents

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: biogas unit is suggested. The unit includes a sealed vertical cylindrical reservoir with tubes to feed the processed biomass, to drain the processed substrate and to outlet biogas. In the reservoir there is air-lift mixer shaped as vertical helical perforated pipe. The helical pipe is placed along walls and bottom of the reservoir, pipe turns repeat shape of the reservoir and its bottom; moreover openings in the pipe have nozzles shaped as pipe angle piece. In the reservoir centre there is vertical perforated pipe with diameter more than diameter of the helical pipe, openings in the vertical and helical pipes are made in staggered arrangement. Lower ends of vertical and helical pipes are fixed rigidly to steel angle piece.

EFFECT: improved capacity of the unit and increased biogas output.

3 cl, 4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к сельскому хозяйству, предназначено для анаэробного сбраживания органических отходов сельскохозяйственного производства с целью получения биогаза и органического экологически чистого удобрения.The present invention relates to agriculture, is intended for anaerobic digestion of organic agricultural waste in order to obtain biogas and organic organic fertilizer.

Известен биореактор, содержащий герметичный вертикальный цилиндрический резервуар, установленный на опорах. Резервуар имеет сферический купол и конусное днище, обтянутое нагревательной лентой. Резервуар снабжен загрузочным и выгрузочным патрубками, патрубком для отвода биогаза (см. RU 124261 U1, C05F 3/00, опубл. 20.01.2013 г.).Known bioreactor containing a sealed vertical cylindrical tank mounted on supports. The tank has a spherical dome and a conical bottom, covered with a heating tape. The tank is equipped with loading and unloading nozzles, a nozzle for biogas removal (see RU 124261 U1, C05F 3/00, publ. 20.01.2013).

Однако известный биореактор имеет недостаточно высокую производительность из-за длительности протекания в нем процессов брожения, а также невысокий выход биогаза. Кроме того, в резервуаре возможно образование плавающей корки, затрудняющей выход биогаза.However, the known bioreactor has a low productivity due to the duration of the fermentation processes in it, as well as a low biogas yield. In addition, the formation of a floating crust is possible in the tank, which impedes the biogas output.

Известен биореактор (RU 144534, B09B 3/00, опубл. 27.08.2014), состоящий из корпуса, представляющего собой стальную металлическую трубчатую емкость, которая разделена перегородками-сегментами на несколько секций. Емкость имеет барботажную систему для перемешивания в виде комплектов труб, причем биореактор снабжен средствами для обогащения биогаза, установленными вертикально внутри.Known bioreactor (RU 144534, B09B 3/00, publ. 08.27.2014), consisting of a housing, which is a steel metal tubular container, which is divided by partitions-segments into several sections. The tank has a bubbler system for mixing in the form of sets of pipes, and the bioreactor is equipped with biogas enrichment facilities installed vertically inside.

Недостатком данного устройства является сложность конструкции резервуара за счет нескольких отсеков брожения и отдельной емкости в виде тепловой рубашки. Кроме того, невысока степень эффективности перемешивания сбраживаемой массы из-за расположения перемешивающего устройства только в центральной части резервуара, что снижает выход продукта, поскольку в резервуаре появляются застойные зоны.The disadvantage of this device is the complexity of the design of the tank due to several compartments of fermentation and a separate tank in the form of a thermal jacket. In addition, the degree of mixing efficiency of the fermented mass is low due to the location of the mixing device only in the central part of the tank, which reduces the yield of the product, since stagnant zones appear in the tank.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является биореактор (RU 2430153, C12M 1/04, опубл. 27.09.2011), состоящий из цилиндрического вертикального корпуса, размещенной в центре корпуса циркуляционной трубы для подогрева и расположенной под ней перфорированной трубы, выполненной в виде вертикальной спирали для барботажного перемешивания субстрата. Витки перфорированной трубы образуют форму конуса, обращенного основанием вверх. Установка снабжена патрубком для подачи перерабатываемой биомассы (исходного субстрата), патрубком для слива готового удобрения и патрубком для отвода биогаза.The closest in technical essence to the claimed device is a bioreactor (RU 2430153, C12M 1/04, publ. 09/27/2011), consisting of a cylindrical vertical housing located in the center of the housing of the circulation pipe for heating and located below it perforated pipe made in the form vertical spiral for bubbling mixing of the substrate. The turns of the perforated pipe form the shape of a cone facing upward. The installation is equipped with a pipe for feeding the processed biomass (source substrate), a pipe for draining the finished fertilizer and a pipe for removing biogas.

Недостатком данного биореактора является недостаточно высокая производительность из-за сложности подогрева биомассы циркуляционной трубой, расположенной внутри реактора. Также имеющееся перемешивающее устройство не полностью охватывает объем биореактора, что обуславливает не полное перемешивание и скопление осадочного материала на дне, а также образование плавающей корки в верхней части.The disadvantage of this bioreactor is not high enough productivity due to the difficulty of heating the biomass with a circulation pipe located inside the reactor. Also, the existing mixing device does not completely cover the volume of the bioreactor, which leads to incomplete mixing and accumulation of sediment at the bottom, as well as the formation of a floating crust in the upper part.

Известно, что при оптимальном подборе устройства для перемешивания рабочего сырья выход биогаза может повыситься до 50%, поскольку перемешивание сбраживаемой массы в биореакторе обеспечивает высвобождение образующего биогаза, равномерное распределение популяции бактерий, предотвращение формирования корки и осадка, появление участков разной температуры внутри резервуара, предотвращение формирования пустот и скоплений, которые уменьшают рабочую площадь реактора (ГОСТ Р 53790-2010 Нетрадиционные технологии. Энергетика биоотходов. Общие технические требования к биогазовым установкам. Введ. 2010-05-31. - М.: Стандартинформ, 2010).It is known that, with the optimal selection of a device for mixing the working feed, the biogas yield can increase up to 50%, since mixing the fermented mass in the bioreactor ensures the release of the biogas forming, uniform distribution of the bacterial population, preventing the formation of crust and sediment, the appearance of areas of different temperatures inside the tank, preventing voids and accumulations that reduce the working area of the reactor (GOST R 53790-2010 Non-traditional technologies. Energy biowaste. General those technical requirements for biogas plants.Introduction. 2010-05-31. - M .: Standartinform, 2010).

Технический результат изобретения - повышение производительности установки и увеличение выхода биогаза.The technical result of the invention is to increase the productivity of the installation and increase the output of biogas.

Указанный технический результат достигается тем, что в биогазовой установке, включающей герметичный вертикальный цилиндрический резервуар с технологическими патрубками, включающими патрубок для подачи перерабатываемой биомассы, патрубок слива переработанного субстрата, патрубок для отвода биогаза, установленное в резервуаре барботажное перемешивающее устройство, представляющее собой перфорированную трубу в виде вертикальной спирали, согласно изобретению спиралевидная перфорированная труба расположена вдоль стен резервуара и днища, витки которой повторяют форму резервуара и днища, при этом отверстия трубы, расположенные напротив стен резервуара, имеют насадки в виде уголка трубы, конец которой направлен вверх, по центру резервуара установлена вертикальная перфорированная труба диаметром больше, чем диаметр спиралевидной трубы, отверстия вертикальной и спиралевидной труб выполнены в шахматном порядке, нижние концы вертикальной и спиралевидной труб жестко закреплены к стальному цилиндрическому уголку, соединенному с краном подачи биогаза.The specified technical result is achieved in that in a biogas plant including a sealed vertical cylindrical tank with technological pipes, including a pipe for feeding the processed biomass, a drain pipe for the processed substrate, a pipe for biogas removal, a bubbler mixing device installed in the tank, which is a perforated pipe in the form of a perforated pipe vertical spiral, according to the invention, a spiral perforated pipe is located along the walls of the tank and searching, the turns of which repeat the shape of the tank and the bottom, while the holes of the pipe located opposite the walls of the tank have nozzles in the form of a corner of the pipe, the end of which is directed upwards, a vertical perforated pipe with a diameter larger than the diameter of the spiral pipe, the holes of the vertical and spiral pipes are staggered, the lower ends of the vertical and spiral pipes are rigidly fixed to a steel cylindrical corner connected to the biogas supply tap.

Отличительным признаком заявляемого устройства является новое выполнение и расположение барботажного перемешивающего устройства, а именно в виде спиралевидной перфорированной трубы, повторяющей форму резервуара и днища, а также в виде вертикальной перфорированной трубы, расположенной по центру резервуара. Кроме того, отличительной особенностью по сравнению с прототипом является обмотка внешней части резервуара и днища нагревательной лентой.A distinctive feature of the claimed device is the new design and location of the bubbler mixing device, namely in the form of a spiral perforated pipe that repeats the shape of the tank and the bottom, as well as in the form of a vertical perforated pipe located in the center of the tank. In addition, a distinctive feature in comparison with the prototype is the winding of the outer part of the tank and the bottom of the heating tape.

Барботажное устройство, расположенное вдоль стен резервуара в виде вертикальной спирали и вертикально расположенной трубы по центру, обеспечивает оптимальное равномерное распределение температуры внутри резервуара, а также качественное и интенсивное перемешивание субстрата, что способствует увеличению выхода биогаза. Отверстия, расположенные напротив стен резервуара, имеют насадки в виде уголка стальной трубы, конец которой направлен вверх. Это предотвращает выпадение осадков и налипание загрязнений на стенки резервуара, благодаря чему улучшается теплообмен, ускоряются процессы брожения в резервуаре. Все это способствует повышению производительности биогазовой установки.A bubbling device located along the walls of the tank in the form of a vertical spiral and a vertically located pipe in the center ensures an optimal uniform temperature distribution inside the tank, as well as high-quality and intensive mixing of the substrate, which contributes to an increase in biogas yield. Holes located opposite the walls of the tank have nozzles in the form of a corner of a steel pipe, the end of which is directed upwards. This prevents precipitation and the accumulation of contaminants on the walls of the tank, which improves heat transfer and accelerates the fermentation processes in the tank. All this helps to increase the productivity of a biogas plant.

Таким образом, интенсификация процесса перемешивания путем нового выполнения барботажного перемешивающего устройства в виде спиралевидной трубы, повторяющей форму резервуара и днища и вертикальной трубы, расположенной по центру, позволяет поддерживать равномерную температуру по всему объему и равномерно без застойных зон перемешивать субстрат внутри резервуара. Все это позволяет повысить интенсивность, стабильность и полноту биохимических процессов в установке, увеличить выход биогаза.Thus, the intensification of the mixing process by the new implementation of the bubbler mixing device in the form of a spiral pipe, repeating the shape of the tank and the bottom and a vertical pipe located in the center, allows you to maintain a uniform temperature throughout the volume and mix the substrate inside the tank uniformly without stagnant zones. All this allows to increase the intensity, stability and completeness of biochemical processes in the installation, to increase the biogas yield.

Заявляемая биогазовая установка поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана схема предлагаемой установки, на фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1, на фиг. 3 - перфорированная труба, а на фиг. 4 - разрез В-В перфорированной спиралевидной трубы.The inventive biogas plant is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a diagram of the proposed installation, FIG. 2 is a section AA of FIG. 1, in FIG. 3 - perforated pipe, and in FIG. 4 - section bb perforated spiral pipe.

Биогазовая установка включает вертикальный герметичный цилиндрический резервуар 1, внешняя часть которого обмотана нагревательной лентой 2, соединенной с терморегулятором 3. Резервуар 1 установлен на опорах 4 и снабжен куполом 5 и днищем 6, имеющими форму усеченного конуса. Днище 6 обращено меньшим основанием вниз, а купол 5 наоборот - вверх (см. фиг. 1). В резервуаре 1 находится барботажное перемешивающее устройство, включающее спиралевидную перфорированную трубу 7, расположенную вдоль стен резервуара и днища, витки которой повторяют форму резервуара 1 и днища 6 (см. фиг. 2). Барботажное перемешивающее устройство также включает установленную по центру резервуара 1 вертикальную перфорированную трубу 8 диаметром больше, чем диаметр спиралевидной трубы 7 (см. фиг. 2). Отверстия 9 вертикальной 8 и спиралевидной 7 труб расположены в шахматном порядке (см. фиг. 3). Отверстия 9 спиралевидной трубы 7, расположенные напротив стен резервуара 1, имеют насадки 10 в виде уголка трубы, конец которой направлен вверх (см. фиг. 4). Нижние концы вертикальной 8 и спиралевидной 7 труб жестко закреплены к стальному цилиндрическому уголку 11, соединенному с шаровым краном 12 подачи биогаза (см. фиг. 1 и 2).The biogas plant includes a vertical sealed cylindrical tank 1, the outer part of which is wrapped with a heating tape 2 connected to a temperature controller 3. The tank 1 is mounted on supports 4 and is equipped with a dome 5 and a bottom 6 having the shape of a truncated cone. The bottom 6 is facing down with a smaller base, and the dome 5, on the contrary, is facing up (see Fig. 1). In the tank 1 there is a bubbler mixing device comprising a spiral perforated pipe 7 located along the walls of the tank and the bottom, the turns of which repeat the shape of the tank 1 and the bottom 6 (see Fig. 2). The bubbler mixing device also includes a vertical perforated pipe 8 with a diameter greater than the diameter of the spiral pipe 7 installed in the center of the tank 1 (see Fig. 2). The openings 9 of the vertical 8 and spiral 7 pipes are staggered (see Fig. 3). The holes 9 of the spiral pipe 7, located opposite the walls of the tank 1, have nozzles 10 in the form of a corner of the pipe, the end of which is directed upwards (see Fig. 4). The lower ends of the vertical 8 and spiral 7 pipes are rigidly fixed to a steel cylindrical corner 11 connected to a ball valve 12 for supplying biogas (see Fig. 1 and 2).

На куполе 5 резервуара 1 установлены загрузочный патрубок 13 для подачи перерабатываемой биомассы, датчик давления 14, патрубок 15 для отвода биогаза, соединенный с трубопроводом 16 выхода биогаза. Последний соединен с газгольдером 17 (см. фиг. 1). В днище резервуара 1 установлен патрубок 18 для выгрузки переработанного субстрата.On the dome 5 of the tank 1, a loading pipe 13 for supplying the processed biomass, a pressure sensor 14, a pipe 15 for biogas removal connected to the biogas outlet pipe 16 are installed. The latter is connected to the gas holder 17 (see Fig. 1). In the bottom of the tank 1, a pipe 18 is installed for unloading the processed substrate.

Трубы 7 и 8 через стальной уголок 11 и кран 12 соединены с трубопроводом 19 подачи биогаза и компрессором 20. Газгольдер 17 через трубопровод 21 соединен с компрессором 20.Pipes 7 and 8 through a steel corner 11 and a valve 12 are connected to the biogas supply pipe 19 and the compressor 20. The gas tank 17 is connected through the pipe 21 to the compressor 20.

Биогазовая установка работает следующим образом.Biogas plant works as follows.

Для создания анаэробности сбраживания в резервуар 1 через загрузочный патрубок 13 заливают воду до верхнего уровня купола 5. Далее часть воды сливают из резервуара 1, так чтобы патрубок 13 оставался частично загруженным в воде. Затем в резервуар 1 через патрубок 13 загружают разжиженный свежий навоз (помет) с влажностью 92-93% до верхнего уровня купола 5. Форма купола 5 биогазовой установки образует емкость для скапливания образующегося биогаза. Давление в резервуаре 1 отслеживают при помощи датчика давления 14.To create anaerobic fermentation, water is poured into the tank 1 through the loading pipe 13 to the upper level of the dome 5. Then, part of the water is drained from the tank 1, so that the pipe 13 remains partially loaded in the water. Then, liquefied fresh manure (litter) with a moisture content of 92-93% is loaded into the tank 1 through the pipe 13 to the upper level of the dome 5. The shape of the dome 5 of the biogas plant forms a container for accumulating the biogas formed. The pressure in the tank 1 is monitored using a pressure sensor 14.

После заполнения резервуара 1 субстратом включают нагревательную ленту 2, которую регулируют терморегулятором 3. Терморегулятор 3 при достижении температуры 36-38°С автоматически отключает нагревательную ленту 2 и включает при снижении температуры ниже 36-38°С. В таком состоянии в резервуаре 1 происходит метановое сбраживание. Получаемый в резервуаре 1 биогаз через патрубок 15 и трубопровод 16 поступает в газгольдер 17, где часть его через трубопровод 21 поступает в компрессор 20. Для обеспечения равномерной температуры внутри резервуара 1, обеспечения питательными веществами метанообразующих бактерий, предотвращения осадочного материала и корки под куполом 5, которая препятствует выходу биогаза, каждый день в течение 10 минут запускают барботажное перемешивающее устройство. Для этого открывают кран 12, после чего находящийся в компрессоре 20 биогаз по трубопроводу 19 под давлением поступает в спиралевидную перфорированную трубу 7 и вертикальную перфорированную трубу 8, выходит через отверстия 9, перемешивая субстрат, ускоряя процесс поднятия образованным метановым брожением пузырьков биогаза. Насадки 10 спиралевидной трубы 7 направляют поток поступающего газа вверх, тем самым предотвращая от налипаний стенку резервуара 1.After filling the tank 1 with the substrate, the heating tape 2 is turned on, which is controlled by the temperature controller 3. The temperature controller 3, when the temperature reaches 36-38 ° C, automatically turns off the heating tape 2 and turns it on when the temperature drops below 36-38 ° C. In this state, methane digestion takes place in tank 1. The biogas obtained in the tank 1 through the pipe 15 and the pipe 16 enters the gas tank 17, where part of it through the pipe 21 enters the compressor 20. To ensure a uniform temperature inside the tank 1, to provide methane-forming bacteria with nutrients, to prevent sediment and crust under the dome 5, which prevents the release of biogas, a bubbler mixing device is launched every day for 10 minutes. To do this, open the valve 12, after which the biogas in the compressor 20 passes through the pipeline 19 under pressure into a spiral-shaped perforated pipe 7 and a vertical perforated pipe 8, leaves through holes 9, mixing the substrate, accelerating the process of raising biogas bubbles formed by methane fermentation. The nozzles 10 of the spiral pipe 7 direct the flow of incoming gas upward, thereby preventing the wall of the tank 1 from sticking.

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.Recycled waste is unloaded periodically through nozzle 18. At the same time, the amount of unloaded mass should correspond to the next dose of loading a fresh portion of the substrate, which eliminates overfilling of the tank and clogging of the nozzle opening for biogas exit.

Оставшаяся часть биогаза в газгольдере 17 может применяться в бытовых нуждах, а переработанный субстрат - как концентрат органического удобрения.The rest of the biogas in the gas tank 17 can be used for domestic purposes, and the processed substrate as a concentrate of organic fertilizer.

Заявляемое устройство обеспечивает наибольший выход биогаза, а простота конструкции обеспечивает надежность и стабильность работы и использование его в животноводческих хозяйствах для получения из органических отходов биогаза и удобрений.The inventive device provides the greatest biogas output, and the simplicity of the design ensures reliability and stability and its use in livestock farms to obtain biogas and fertilizers from organic waste.

Claims (3)

1. Биогазовая установка, включающая герметичный вертикальный цилиндрический резервуар с технологическими патрубками, включающими патрубок для подачи перерабатываемой биомассы, патрубок слива переработанного субстрата, патрубок для отвода биогаза, установленное в резервуаре барботажное перемешивающее устройство, представляющее собой перфорированную трубу в виде вертикальной спирали, отличающаяся тем, что спиралевидная перфорированная труба расположена вдоль стен резервуара и днища, витки которой повторяют форму резервуара и днища, при этом отверстия трубы, расположенные напротив стен резервуара, имеют насадки в виде уголка трубы, конец которого направлен вверх, по центру резервуара установлена вертикальная перфорированная труба диаметром больше, чем диаметр спиралевидной трубы, отверстия вертикальной и спиралевидной труб выполнены в шахматном порядке, нижние концы вертикальной и спиралевидной труб жестко закреплены к стальному цилиндрическому уголку, соединенному с краном подачи биогаза.1. Biogas plant, including a sealed vertical cylindrical tank with technological pipes, including a pipe for feeding the processed biomass, a drain pipe for the processed substrate, a pipe for biogas removal, a bubbler mixing device installed in the tank, which is a perforated pipe in the form of a vertical spiral, characterized in that that the spiral-shaped perforated pipe is located along the walls of the tank and the bottom, the turns of which follow the shape of the tank and the bottom moreover, the pipe holes located opposite the walls of the tank have nozzles in the form of a pipe corner, the end of which is directed upwards, a vertical perforated pipe with a diameter larger than the diameter of the spiral pipe is installed in the center of the tank, the holes of the vertical and spiral pipes are staggered, lower ends vertical and spiral pipes are rigidly fixed to a steel cylindrical corner connected to a biogas supply tap. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что резервуар снабжен куполом и днищем, имеющими форму усеченного конуса.2. Installation according to claim 1, characterized in that the tank is equipped with a dome and a bottom having the shape of a truncated cone. 3. Установка по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что внешняя часть резервуара и днища обмотана нагревательной лентой. 3. Installation according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the outer part of the tank and the bottom is wrapped with a heating tape.

Images