RU2819832C1 - Biogas plant with polymer elastic reactor - Google Patents

Abstract

FIELD: processing of organic wastes.

SUBSTANCE: invention relates to anaerobic processing of organic agricultural wastes and enables to reuse agricultural wastes to obtain organic biofertilizers and biogas. Biogas plant for processing organic wastes comprises a cylindrical reactor, which has a double housing, which acts as a thermos, into which hot air is supplied, providing continuous monitoring of the process of producing biogas and fertilizers, branch pipes for supply and removal of processed substrate and removal of biogas, condensate drain, gas meter, compressor, pressure regulator. Inner housing of the reactor is made of a polymer elastic material, due to which a thermos is created inside the rigid housing of the reactor, providing a protective layer and reducing temperature losses of the fermented substrate. Inner polymer elastic housing of reactor is fixed by fasteners in upper part on rigid cylindrical housing of reactor, wherein inner housing is provided with manure and fertilizer loading and unloading openings and produced biogas discharge openings.

EFFECT: improved chemical and corrosion protection with prevention of reactor destruction and formation of slots in it with maintenance of required temperature for fermentation of organic wastes.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно анаэробной переработке органических отходов сельского хозяйства с получением энергии в качестве биогаза и высокочественного биоудобрения.The invention relates to agriculture, namely the anaerobic processing of organic agricultural waste to produce energy as biogas and high-quality biofertilizer.

Одной из проблем анаэробной переработки органических отходов в биогаз и биоудобрения является высокая коррозионная агрессивность среды по отношению к материалу, из которого изготовлен реактор и поддержание нужной температуры для сбраживания.One of the problems of anaerobic processing of organic waste into biogas and biofertilizers is the high corrosive aggressiveness of the environment towards the material from which the reactor is made and maintaining the required temperature for fermentation.

Известен способ анаэробного сбраживания разжиженных органических отходов и устройство для его осуществления для сбраживания различных органических отходов с получением из них биогаза и обеззараженных от вредной микрофлоры удобрений, который содержит емкость с коническими днищем и куполом закрепленной на куполе, не доходящей до дна резервуара концентрической перегородкой, разделяющей резервуар на внешнюю и внутреннюю камеры сбраживания, патрубки подвода разжиженных и измельченных органических отходов во внешнюю камеру, отвода сброженной массы из внутренней камеры, патрубки отвода биогаза из внешней и внутренней камер, а также разделительный элемент в виде усеченного конуса [1].There is a known method of anaerobic digestion of liquefied organic waste and a device for its implementation for the fermentation of various organic wastes to produce biogas and fertilizers disinfected from harmful microflora, which contains a container with a conical bottom and a dome fixed to the dome, not reaching the bottom of the tank with a concentric partition separating a reservoir for the external and internal fermentation chambers, pipes for supplying liquefied and crushed organic waste to the external chamber, removal of the fermented mass from the internal chamber, pipes for the removal of biogas from the external and internal chambers, as well as a separating element in the form of a truncated cone [1].

Недостатком данного устройства является то, что поступающие во внешнюю камеру в составе разжиженных и измельченных органических отходов оседающие плотные и трудносбраживаемые органические вещества, опускаясь без их распада активным симбиозом расщепляющих микроорганизмов с образованием жирных кислот в кислой среде первой фазы сбраживания по поверхности конусного разделительного элемента, оседают на днище внутренней камеры, образуя тем самым несбраживаемый в щелочной среде внутренней камеры иловый осадок органических веществ, который вынуждены затем удалять из матантенка в составе сброженной массы на иловые площадки очистных сооружений для последующего их разложения.The disadvantage of this device is that dense and difficult-to-ferment organic substances entering the external chamber as part of liquefied and crushed organic waste, falling without their disintegration by an active symbiosis of decomposing microorganisms with the formation of fatty acids in the acidic environment of the first fermentation phase, settle on the surface of the conical separating element. on the bottom of the inner chamber, thereby forming sludge sediment of organic substances that is not fermented in the alkaline environment of the inner chamber, which is then forced to be removed from the matantank as part of the fermented mass to the sludge pads of treatment facilities for their subsequent decomposition.

Известна установка, которая состоит из герметичного резервуара с куполом и днищем, внутри которого расположена камера сбраживания, патрубки и элементы технологических коммуникаций [2].A known installation consists of a sealed tank with a dome and a bottom, inside of which there is a fermentation chamber, pipes and elements of technological communications [2].

Недостаток указанного технического решения заключается в отсутствии защиты материала резервуара от коррозионного воздействия органического осадка сточных вод или навоза. Это приводит к нарушению герметичности резервуара из-за образующихся трещин и свищей.The disadvantage of this technical solution is the lack of protection of the tank material from the corrosive effects of organic sewage sludge or manure. This leads to a violation of the tightness of the tank due to the formation of cracks and fistulas.

Наиболее близким к заявленной биогазовой установке с полимерным эластичным реактором, выбранного в качестве прототипа, является мобильная биогазовая установка для переработки отходов животноводства [3].The closest to the claimed biogas plant with a polymer elastic reactor, chosen as a prototype, is a mobile biogas plant for processing livestock waste [3].

Мобильная биогазовая установка состоит из цилиндрического жесткого реактора, который имеет двойной корпус, выполняющая роль термоса. В термос можно подавать горячий пар или воздух, и тем самым поддерживается необходимый температурный режим перерабатываемых отходов. Достоинством установки является то, что она работает в различных режимах, включая мезофильный и термофильный, более того, ее работа полностью автоматизирована, тем самым обеспечивается непрерывный контроль процесса получения биогаза и удобрений.The mobile biogas plant consists of a cylindrical rigid reactor, which has a double body that acts as a thermos. Hot steam or air can be supplied to the thermos, and thus the required temperature regime of the processed waste is maintained. The advantage of the installation is that it operates in various modes, including mesophilic and thermophilic; moreover, its operation is fully automated, thereby ensuring continuous control of the process of obtaining biogas and fertilizers.

Недостатком технического решения, выбранного в качестве прототипа, является то, что конструкция реактора не оснащена защитой от разрушительного воздействия агрессивной среды органического осадка навоза или сточных вод. Это приводит к образованию в реакторе коррозии, а в дальнейшем и трещин. Другим недостатком является сложность конструкции для больших реакторов, которые выполняют роль термоса и приводят к удорожанию конструкции.The disadvantage of the technical solution chosen as a prototype is that the reactor design is not equipped with protection from the destructive effects of the aggressive environment of organic manure sludge or wastewater. This leads to the formation of corrosion in the reactor, and subsequently cracks. Another disadvantage is the complexity of the design for large reactors, which act as a thermos and lead to higher construction costs.

Технический результат изобретения - повышение химической и коррозионной защиты с предотвращением разрушения реактора, и образования в нем щелей с поддержанием нужной температуры для сбраживания органических отходов.The technical result of the invention is to increase chemical and corrosion protection while preventing the destruction of the reactor and the formation of cracks in it while maintaining the required temperature for the fermentation of organic waste.

Указанный технический результат биогазовой установки с полимерным эластичным реактором для переработки органических отходов сельского хозяйства достигается тем, что в ней заменен внутренний корпус на полимерный эластичный реактор, изготовленный из гибкого мягкого материала, устойчивого к химическому и коррозионному воздействию органических отходов, выполненный как одно целое, закрепленный с наружным корпусом между собой в верхней части с крепежными элементами, при этом выполненным с загрузочными-выгрузочными отверстиями навоза и удобрения, и отверстиями для выкачки получаемого биогаза, присоединенные к нему герметичными швами по контуру.The specified technical result of a biogas plant with a polymer elastic reactor for processing organic agricultural waste is achieved by that it has replaced the internal casing with a polymer elastic reactor, made of flexible soft material, resistant to the chemical and corrosive effects of organic waste, made as one piece, secured with the outer casing to each other in the upper part with fasteners, and made with loading and unloading openings for manure and fertilizer, and openings for pumping out the resulting biogas, connected to it with sealed seams along the contour.

Технический результат достигается тем, что применение полимерного эластичного реактора создает термос, так как в него загружается перерабатываемый материал меньше объемом, чем объем наружного жесткого реактора, тем самым обеспечивает поддержание температуры внутри реактора.The technical result is achieved by the fact that the use of a polymer elastic reactor creates a thermos, since the processed material is loaded into it with a volume smaller than the volume of the external rigid reactor, thereby maintaining the temperature inside the reactor.

Заявляемая биогазовая установка с полимерным эластичным реактором поясняется чертежом:The inventive biogas plant with a polymer elastic reactor is illustrated in the drawing:

Фиг. - Общий вид установки.Fig. - General view of the installation.

Биогазовая установка с полимерным эластичным реактором включает в себя загрузочного - выгрузочного патрубка 1, полимерного эластичного реактора 2, термометра 3, отверстия для подачи горячего воздуха 4, термоса 5, манометра 6, клапана сброса избыточного давления 7, герметичного вертикального цилиндрического жесткого реактора 8, установленную на раме 18, гидрозатвора 9, патрубка для отвода биогаза 10, конденсатоотвода 11, устройство для очистки биогаза 12, компрессора 13, газгольдера 14, газового счетчика 15, регулятора давления 16, крана для слива собранного конденсата 17, крана для подачи биогаза к потребителю 19, болтов 20, и крепежных элементов 21, крышка наружного реактора 22.A biogas plant with a polymer elastic reactor includes a loading and unloading pipe 1, a polymer elastic reactor 2, a thermometer 3, a hole for supplying hot air 4, a thermos 5, a pressure gauge 6, an excess pressure relief valve 7, a sealed vertical cylindrical rigid reactor 8, an installed on frame 18, water seal 9, branch pipe for biogas discharge 10, condensate drain 11, biogas purification device 12, compressor 13, gas tank 14, gas meter 15, pressure regulator 16, tap for draining collected condensate 17, tap for supplying biogas to the consumer 19 , bolts 20, and fasteners 21, cover of the external reactor 22.

Биогазовая установка с полимерным эластичным реактором работает следующим образом:A biogas plant with a polymer elastic reactor works as follows:

Перед началом переработки органических отходов сельского хозяйства подготавливается субстрат (отходы сельского хозяйства, помет, навоз, солома и другие органические отходы) и через загрузочный - выгрузочный патрубок 1 подается в полимерный эластичный реактор 2, где происходит естественное метановое брожение исходного субстрата с образованием биогаза и высококачественного органического биоудобрения. Полимерный эластичный реактор закреплен с крепежными элементами 21 в верхней части на жесткий цилиндрический реактор 8 и его легко заменить за счет удобного доступа через крышки 22 наружного реактора, который закрыт герметично при помощи болтов 20. Биогазовая установка с полимерным эластичным реактором работает от электрической сети 220 В. Сбраживание можно произвести в психофильном (3-25 °C), мезофильном (25-40 °C) и термофильном (45-60 °C) температурном режимах. Температура в реакторе определяется с помощью термометра 3 и поддерживается в требуемых пределах при помощью подачи горячого воздуха через отверстие 4 в воздушную прослойку (термос) 5. Давление поданного поздуха в термосе определяется по манометру 6, а избыточное давление сбрасывается через клапан 7. Термос создается за счет размещения полимерного эластичного реактора 2 внутри жесткого вертикального цилиндрического реактора 8, установленный на раме 18. В биогазовой установке одновременно происходит перемешивание субстрата внутри полимерного эластичного реактора за счет подачи воздуха в термос под давлением. Накопление биогаза сначала проводится в эластичном реакторе 2. Образующийся биогаз транспортируется из эластичного реактора через гидрозатвор 9 по патрубку 10, и конденсатоотвод 11 поступает в устройство для очистки биогаза 12, где очищается от вредных примесей, далее по патрубку на компрессор 13. Компрессор нагнетает биогаз в газгольдер 14, где он накапливается. Количество образуемого биогаза фиксирует газовый счетчик 15. На газгольдере имеется регулятор давления 16 для обеспечения безопасной работы. Кондансатоотвод имеет кран 17 для слива собранного конденсата. Процесс образования биогаза в реакторе прослеживается по движению пузырьков газа в гидрозатворе. Вода в гидрозатворе препятствует обратному проникновению газа в эластичный реактор. Переработанный субстрат выгружается через через загрузочный - выгрузочный патрубок 1.Before processing organic agricultural waste, a substrate is prepared (agricultural waste, manure, manure, straw and other organic waste) and fed through the loading and unloading pipe 1 into a polymer elastic reactor 2, where natural methane fermentation of the original substrate occurs with the formation of biogas and high-quality organic biofertilizer. The polymer elastic reactor is fixed with fasteners 21 in the upper part to a rigid cylindrical reactor 8 and is easy to replace due to convenient access through the covers 22 of the external reactor, which is hermetically sealed with bolts 20. The biogas plant with a polymer elastic reactor operates from a 220 V electrical network. Fermentation can be carried out in psychophilic (3-25 °C), mesophilic (25-40 °C) and thermophilic (45-60 °C) temperature conditions. The temperature in the reactor is determined using thermometer 3 and is maintained within the required limits by supplying hot air through hole 4 into the air gap (thermos) 5. The pressure of the supplied air in the thermos is determined using pressure gauge 6, and excess pressure is released through valve 7. The thermos is created in by placing a polymer elastic reactor 2 inside a rigid vertical cylindrical reactor 8, mounted on a frame 18. In a biogas plant, the substrate is simultaneously mixed inside the polymer elastic reactor by supplying air into a thermos under pressure. The accumulation of biogas is first carried out in the elastic reactor 2. The resulting biogas is transported from the elastic reactor through the water seal 9 through the pipe 10, and the condensate drain 11 enters the biogas purification device 12, where it is cleaned of harmful impurities, then through the pipe to the compressor 13. The compressor pumps the biogas into gas tank 14, where it accumulates. The amount of biogas produced is recorded by a gas meter 15. The gas holder has a pressure regulator 16 to ensure safe operation. The condensate drain has a valve 17 for draining the collected condensate. The process of biogas formation in the reactor can be traced by the movement of gas bubbles in the water seal. The water in the hydraulic seal prevents the gas from penetrating back into the elastic reactor. The processed substrate is unloaded through the loading and unloading pipe 1.

Список использованной литературыList of used literature

1. Патент № 2073401 C1 Российская Федерация, МПК C02F 11/04, A01C 3/00, C02F 3/00. Способ анаэробного сбраживания разжиженных органических отходов и устройство для его осуществления: № 92009236/15: заявл. 01.12.1992: опубл. 20.02.1997 / Т.Я. Андрюхин.1. Patent No. 2073401 C1 Russian Federation, IPC C02F 11/04, A01C 3/00, C02F 3/00. Method for anaerobic digestion of liquefied organic waste and a device for its implementation: No. 92009236/15: application. 12/01/1992: publ. 02/20/1997 / T.Ya. Andryukhin.

2. Патент № 2462509 C1 Российская Федерация, МПК C12M 1/00, A01C 3/00, C02F 11/04. Метантенк : № 2011129524/10 : заявл. 15.07.2011: опубл. 27.09.2012 / В.Ю. Соколов, С.А. Наумов, А.В. Садчиков [и др.]; заявитель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный университет".2. Patent No. 2462509 C1 Russian Federation, IPC C12M 1/00, A01C 3/00, C02F 11/04. Digester: No. 2011129524/10: application. 07/15/2011: publ. 09.27.2012 / V.Yu. Sokolov, S.A. Naumov, A.V. Sadchikov [and others]; applicant State educational institution of higher professional education "Orenburg State University".

3. Мобильная биогазовая установка для переработки отходов животноводства / Ю.Ф. Лачуга, Ю.Х. Шогенов, Б.Г. Зиганшин [и др.] // Вестник аграрной науки. - 2023. - № 3(102). - С. 18-26.3. Mobile biogas plant for processing livestock waste / Yu.F. Shack, Y.H. Shogenov, B.G. Ziganshin [etc.] // Bulletin of Agrarian Science. - 2023. - No. 3(102). - P. 18-26.

Claims (1)

Биогазовая установка для переработки органических отходов, содержащая цилиндрический реактор, который имеет двойной корпус, выполняющий роль термоса, в который подают горячий воздух, обеспечивая непрерывный контроль процесса получения биогаза и удобрений, патрубки для подачи и удаления перерабатываемого субстрата и отвода биогаза, конденсатоотвод, газовый счетчик, компрессор, регулятор давления, отличающаяся тем, что внутренний корпус реактора выполнен из полимерного эластичного материала, за счет которого создается термос внутри жесткого корпуса реактора, обеспечивая создание защитного слоя и снижение потерь температуры сбраживаемого субстрата, при этом внутренний полимерный эластичный корпус реактора закреплен крепежными элементами в верхней части на жесткий цилиндрический корпус реактора, причем внутренний корпус выполнен с загрузочными-выгрузочными отверстиями навоза и удобрения и отверстиями для выкачки получаемого биогаза.A biogas plant for processing organic waste, containing a cylindrical reactor, which has a double body that acts as a thermos, into which hot air is supplied, providing continuous control of the process of obtaining biogas and fertilizers, pipes for supplying and removing the processed substrate and removing biogas, a condensate drain, a gas meter , compressor, pressure regulator, characterized in that the internal reactor body is made of a polymer elastic material, due to which a thermos is created inside a rigid reactor body, ensuring the creation of a protective layer and reducing temperature losses of the fermented substrate, while the internal polymer elastic reactor body is secured with fasteners in the upper part onto a rigid cylindrical reactor body, the inner body being made with loading and unloading openings for manure and fertilizer and openings for pumping out the resulting biogas.