BRPI0708056A2 - biorreator para metanizar biomassa com alta fração de sólidos, e, sistema de geração de biomassa - Google Patents

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Abstract

BIORREATOR PARA METANIZAR BIOMASSA COM ALTA FRAçãO DE SóLIDOS, E, SISTEMA DE GERAçãO DE BIOMASSA. é indicado um biorreator com melhor produção de gás, em que o tempo de residência necessário da biomassa no tanque de digestão (2) é reduzido. Na fermentação de biomassa seca, isto é, que não pode ser bombeada, graças à umidade presente na biomassa, sucos de percolação, que são chamados de percolado, são formados e são extraídos através de um sistema de drenagem (22) e, se apropriado, são recirculados do topo para sobre a biomassa a ser fermentada. Evidenciou-se agora que a produção de biomassa é substancialmente elevada, na faixa entre 10% e 40%, quando o percolado resultante não é imediatamente removido por meio sistema de drenagem, mas sim é acumulado no tanque de digestão até um nível especifico. Isto é atingido por meio de um dispositivo em que o tanque de digestão é configurado impermeável a liquido, isto é, também a báscula para o carregamento e descarregamento do tanque de digestão tem que ser realizada de forma impermeável a liquido e também correspondentemente configurada em uma maneira sólida a fim de resistir à resultante pressão de líquido. Por meio da combinação do sistema de drenagem de percolado existente com uma unidade de controle de percolado (30) é possível ajustar o nível de liquido do percolado na biomassa a ser fermentada e controlá-lo em uma tal maneira que a taxa de produção de biogás ou a produção de biogás é máxima.

Description

"CORREATOR PARA METANIZAR BIOMASSA COM ALTA FRAÇÃODE SÓLIDOS, E, SISTEMA DE GERAÇÃO DE BIOMASSA"
DESCRIÇÃO
A invenção refere-se a um biorreator para metanizar biomassacom alta fração de sólidos de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1.
O termo "biomassa com alta fração de sólidos" deve serentendido como significando o oposto de biomassa líquida, que pode serbombeada, como é usada em processos de fermentação a úmido. "Biomassacom uma alta fração de sólidos" deve ser entendida, por conseguinte, comobiomassa que não pode ser bombeada.
Um biorreator de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1é conhecido da EP 1 301 583 BI, cujo conteúdo total é referido aqui paraevitar repetição desnecessária e o cujo conteúdo revelado é expressamenteincorporado no presente pedido.
Este biorreator compreende um tanque de digestão de acordocom o tipo de uma garagem pré-fabricada, o qual é fechado de formaimpermeável a gás por meio de uma báscula. O carregamento com biomassanão fermentada e o descarregamento da biomassa fermentada podem serefetuados por meio de um carregador de roda. Como a biomassa se depositadurante o processo de fermentação, a biomassa pressiona contra a báscula. Abáscula tem que ser realizada, por isto, correspondentemente sólida e, poroutro lado, tem que se fechar em uma maneira precisa para suficientementevedar o tanque de digestão. Uma tal báscula que é solidamente construída e,ao mesmo tempo, capaz de se mover com precisão, é cara. Em adição, existeum risco de a báscula não mais vedar e se fechar com precisão no caso de altocarregamento com biomassa. A fim de solucionar este problema, a DE202005014176.3 propõe um sistema de retenção detrás da báscula, o qualevita que a biomassa que se deposita pressione contra a báscula.
Na DE 102 57 849 Al é descrito um fermentador do tipo degaragem, em que a biomassa é aerada com biogás a partir de baixo através deuma base de peneira. Esta base de peneira atua, portanto, também comosistema de drenagem para o percolado, o qual, como no nosso caso, é tambémcirculado por meio de uma bomba. Todavia, um controle do nível deenchimento não é mencionado.
A DE 101 29 718 Al descreve um fermentador vertical parametanizar biorresíduos doméstico com carregamento e remoção contínuosatravés de aberturas separadas por meio de um transportador de parafuso semfim. O percolado é separado através de urna base de peneira e circulado pormeio de uma bomba, cujo nível de enchimento, todavia, não é controlado.
A DE 44 44 462 Al refere-se igualmente a um fermentadorvertical, em que a biomassa é cheia por cima em uma maneira descontínua eimpermeável a gás, enquanto cai durante a fermentação e é retirada naquelelocal em uma maneira descontínua e impermeável a gás. Uma controladarecirculação de água de filtragem é utilizada, para transportar os ácidosorgânicos formados no topo para a região inferior do reator, onde afermentação tem lugar. A fração de sólidos do material biogênico é indicadaque está em 30% a 55%.
Na DE 201 21 701 Ul é descrito um sistema de dois estágioscom dois reatores. No primeiro reator, em um processo a úmido, a biomassa émantida suspensa em um líquido de processamento que contém bactériasanaeróbicas e transportada assim desde uma abertura de alimentação para umaabertura de remoção. O líquido de processamento é borrifado sobre abiomassa por meio de recirculação. O líquido de processamento é transferidopara um segundo reator e fermentado no mesmo. Todavia, biogás é gerado emambos os reatores. Como uma alternativa para o processo a úmido, é tambémpossível processar biomassa com alta fração de sólidos no primeiro reator.
Neste caso, biogás é principalmente gerado no segundo reator. Um controledo nível de enchimento para o líquido de processamento não é mencionado.A EP O 803 568 Al descreve uma planta de biogás para afermentação de biomassa com uma fração de sólidos de aproximadamente25% de substância seca. A planta consiste de vários reatores que sãoconectados uns aos outros de tal maneira que material removido dos reatorespode ser suprido em uma maneira visada a outros reatores para atingir umcontrole de processo individual e ótimo em cada reator.
Embora a produção de gás a partir da biomassa e o necessáriotempo de residência da biomassa sejam suficientes em muitos casos, umamais alta produção de gás e/ou um tempo de residência reduzido da biomassano tanque de digestão seriam desejáveis.
Por conseguinte, é o objetivo da presente invenção aperfeiçoaro biorreator conhecido da EP 1 301 583 Bl em uma tal maneira que aprodução de gás é aumentada e o necessário tempo de residência da biomassano tanque de digestão é reduzido.
Este objetivo é atingido em um biorreator de acordo com opreâmbulo da reivindicação 1 por meio das características marcantes damesma.
Durante a fermentação de biomassa seca, isto é, que não podeser bombeada, biomassa, sucos de percolação, assim chamados percolados,são gerados como um resultado da umidade contida na biomassa, ditopercolado sendo removido por meio de um sistema de drenagem e, senecessário, retornado novamente a partir do topo para sobre a biomassa a serfermentada. Evidenciou-se agora que a produção de biomassa ésubstancialmente elevada - na faixa entre 10% e 40% -, quando o percoladoresultante não é imediatamente removido por meio sistema de drenagem, massim é acumulado no tanque de digestão até um nível específico. Isto éatingido por meio de um dispositivo técnico em que o tanque de digestão éconfigurado impermeável a líquido, isto é, também a báscula para ocarregamento e descarregamento do tanque de digestão tem que ser realizadade forma impermeável a líquido e também correspondentemente configuradaem uma maneira sólida a fim de resistir à resultante pressão de líquido. Pormeio da conexão do existente sistema de drenagem de percolado com umsistema de controle de percolado é possível ajustar e controlar o nível delíquido do percolado na biomassa fermentada de tal maneira que a taxa deprodução de biomassa ou a produção de biomassa seja máxima.
De acordo com uma forma de concretização preferida dainvenção, como reivindicada na reivindicação 2, o sistema de controle depercolado compreende um armazenador de percolado que e conectado com osistema de drenagem de percolado através de um conduto de descarga depercolado. Uma válvula é disposta no conduto de descarga de percolado, pormeio da qual o percolado que se forma no tanque de digestão pode seracumulado até a altura desejada. Na realização disto, a altura do nível depercolado é ajustada em uma tal maneira que a produção de gás é máxima. Adescarga do percolado dentro do armazenador de percolado é produzida porgravidade.
De acordo com uma forma de concretização vantajosa dainvenção, como reivindicada na reivindicação 3, uma bomba de percolado édisposta no conduto de descarga de percolado a fim de permitir a descargaindependente de gravidade do percolado dentro do armazenador de percolado.Neste caso, a bomba de percolado pode, ao mesmo tempo, também assumir afunção da válvula.
De acordo com uma forma de concretização vantajosa dainvenção, como reivindicada na reivindicação 4, o sensor de nível deenchimento é um simples sensor de pressão, o qual é disposto no conduto dedescarga de percolado na região da base do tanque de digestão. Tais sensoresde pressão são muito baratos e resistentes contra o percolado quimicamenteagressivo.
De acordo com uma outra forma de concretização preferida dainvenção, como reivindicada na reivindicação 5, o sistema de controle depercolado também compreende uma linha de retorno de percolado pararetornar percolado desde o armazenador de percolado de volta para dentro dotanque de digestão, em uma maneira conhecida por si.
De acordo com uma outra forma de concretização preferida dainvenção, como reivindicada na reivindicação 8, corpos de enchimento sãocolocados no armazenador de percolado, nos quais microorganismos quegeram biogás podem se acumular de forma particularmente boa. De acordocom a reivindicacao 9, isto e atingido de uma maneira simples por meio daintrodução de um leito fixo de biomassa com uma alta fração de sólidos noarmazenador de percolado. Desta maneira, também o armazenador depercolado propriamente dito serve como biorreator e biogás pode serremovido do armazenador e percolado.
De acordo com uma outra forma de concretização preferida -reivindicação 10 -, múltiplos biorreatores de acordo com a invenção podemser interconectados a fim de prover um sistema de geração de biogás. Amultiplicidade de biorreatores então compreende um armazenador depercolado em comum.
De acordo com uma forma de concretização preferida dainvenção, como reivindicada na reivindicação 11, neste caso os biorreatoresindividuais são conectados uns com os outros adicionalmente por meio delinhas de conexão de percolado. Desta maneira, é possível, por exemplo,ajustar o mesmo nível de líquido nos biorreatores individuais.
Outros detalhes, características e vantagens da invençãoresultam da seguinte descrição de formas de concretização de exemplo dainvenção, com referência aos desenhos.
Nas figuras,
a figura 1 mostra esquematicamente uma vista em perspectivado biorreator de acordo com a invenção;a figura 2 mostra uma vista e seção transversal do biorreator deacordo com a figura 1, perpendicular à direção de carregamento edescarregamento;
a figura 3 mostra uma vista esquemática da placa de base dobiorreator das figuras 1 e 2, respectivamente,
a figura 4 mostra uma vista esquemática em seção transversaldo biorreator de acordo com as figuras 1 e 3; e
a figura 5 mostra uma vista esquemática de uma forma deconcretização de exemplo de um sistema de geração de biogáscompreendendo uma multiplicidade de biorreatores de acordo com ainvenção.
As figuras 1 a 4 mostram uma forma de concretização deexemplo de um biorreator ou reator de biogás 1, como pode ser o caso, deacordo com a presente invenção. O biorreator compreende um tanque dedigestão em forma de cubo 2, o qual é cheio com biomassa 4. O tanque dedigestão 2 é feito de concreto na forma de uma garagem pré-fabricada ecompreende seis elementos de parede planos, em particular uma placa de base6, duas paredes laterais 8 e 9, uma placa de cobertura 10, uma parede traseira12 e um lado frontal aberto 13 que pode ser fechado por meio de uma básculaimpermeável a gás 14.
A báscula 14 pode ser atuada por meio de um mecanismohidráulico 16. No caso de que a báscula 14 esteja aberta, é possível de umamaneira simples encher o tanque de digestão 2 ou remover a biomassaresidual a partir do mesmo, como pode ser o caso. O biogás gerado no tanquede digestão 2 é removido por meio de um conduto de descarga de biogás 18.
Na placa de base 6 do tanque de digestão 2 e, até certa extensão, também nasparedes laterais 8 e 9, um sistema de aquecimento 20 - ver a figura 3 - naforma de um sistema de aquecimento debaixo do piso pode ser provido, pormeio do qual a biomassa 4 presente no tanque de digestão 2 pode sercorrespondentemente ter sua temperatura condicionada. Como aos detalhes,referência é aqui feita às descrições no documento de patente EP 1 301 583 B1.
Também integrado na placa de base 6 está um sistema dedrenagem de suco de percolação 22, o qual é realizado por meio de uma leveinclinação da placa de base 6 na direção da báscula 14 e por meio de um canal24, arranjada na região frontal do tanque de digestão atrás da báscula 14. Ocanal 24 corre perpendicularmente à direção longitudinal ou na direção decarregamneto e descarregamento do tanque de digestao 2 e coberto por meiode uma placa perfurada ou fendida 26. Somente um canal 24 é mostrado naforma de concretização de exemplo. Alternativamente, uma pluralidade detais canais pode ser provida, a qual pode ser também dispostaperpendicularmente ou na direção longitudinal.
A altura do nível de percolado 28 é regulada e/ou controladapor meio de um sistema de controle de percolado 30. O sistema de controle depercolado 30 compreende um conduto de descarga de suco de percolação oude percolado 32, por meio do qual o percolado que se acumula no canal 24 édescarregado no interior de um armazenador de percolado 34. O conduto dedescarga de percolado 32 pode ser fechado por meio de uma válvula 36, demodo que o percolado que se acumula no tanque de digestão 2 pode seracumulado até um nível desejado 28. Uma bomba de percolado 38 é dispostano conduto de descarga de percolado 32 para permitir o transporteindependente de gravidade do percolado para dentro do armazenador depercolado 34.
A altura do nível de percolado 28 no tanque de digestão 2 édeterminada através de um sensor de nível de enchimento na forma de umsensor de pressão 40. O sensor de pressão 40 é disposto no conduto dedescarga de percolado 32 antes da válvula 36. O sensor de pressão 40, aválvula 36 e a bomba de percolado 38 são conectados com uma unidade decontrole 44 através de linhas de controle. Por meio de linhas de controleadicionais 46, outros parâmetros de processo, tais como, por exemplo, a taxade produção de gás, a pressão de gás no interior do tanque de digestão etc.,podem ser supridos para a unidade de controle 44. Desta maneira, o nível depercolado 28 pode ser ajustado por meio da unidade de controle 44 em umatal maneira que a taxa de produção de gás é mantida em um valor constante.
Na figura 1, a qual somente mostra uma vista esquemática deuma forma de concretização da invenção, o armazenador de percolado 34 édisposta abaixo do tanque de digestão. Porque uma bomba de percolado 38 éprovida no conduto de descarga de percolado 32, o armazenador de percolado34 pode também ser disposta na mesma altura que o tanque de digestão 2.
Na figura 4, a válvula 36 é disposta na direção de descargaantes da bomba de percolado 38. Alternativamente, a válvula 36 pode tambémser disposta depois da bomba de percolado 38. Neste caso, também o sensorde pressão 40 pode ser disposto no coletor de bomba da bomba de percolado38. Na correspondente forma de concretização da bomba de percolado 38,esta bomba pode também assumir a função da válvula 36, isto é, durante aparalisação, a bomba de percolado 36 fecha o conduto de descarga depercolado 32, para permitir que o percolado seja acumulado no tanque dedigestão.
A figura 5 mostra esquematicamente um sistema de geração debiogás compreendendo cinco biorreatores e tanques de digestão tanque dedigestão 2-1 a tanque de digestão 2-5, respectivamente, de acordo com asfiguras 1 a 4. Os cinco tanques de digestão 2-1 até 2-5 são conectados pormeio de cinco condutos de descarga de percolado 32-laté 32-5 com umarmazenador de percolado em comum 34. Em cada conduto de descarga depercolado 32-i é disposta uma bomba de percolado 38-i, a qual tambémassume a função da válvula 36 na forma de concretização de acordo com asfiguras 1 a 4. Um sensor de pressão 40-i para determinar o nível de percoladono respectivo tanque de digestão 2-i é disposto no suma de bomba de cada dasbombas de percolado individuais 38-i. Percolado a partir do armazenador depercolado em comum 34 pode ser retornado para dentro dos respectivostanques de digestão 2-i por meio de uma linha de retorno de percolado 48compreendendo uma bomba de recirculação de percolado 50. O nível depercolado 28 pode ser controlado e regulado através de uma unidade decontrole 44. A unidade de controle 44 é conectada com os sensores de pressão40-1 até 40-5 e atua as bombas de percolado 38-1 até 38-5 e a bomba derecirculacao de percolado 50. As linhas de controleassociadas correm deacordo com a figura 4, mas não são mostradas na figura 5 por razões declareza.
Adicionalmente, os tanques de digestão 2-i podem ser ligadosuns com os outros através de linhas de percolado (não representadas).
Lista de Números de Referência:
1 Biorreator
2 Tanque de digestão
4 Biomassa
6 Placa de base
8 Parede lateral
9 Parede lateral
10 Placa de cobertura
12 Parede traseira
13 Lado dianteiro aberto
14 Báscula de carregamento e descarregamento
16 Hidráulica
18 Conduto de descarga de biogás
20 Sistema de aquecimento
22 Sistema de drenagem de suco de percolação ou depercolado24 Canal
26 Placa perfurada ou fendida
28 Nível do percolado no tanque de digestão
30 Sistema de controle de percolado
32 Conduto de descarga de percolado
34 Armazenador de percolado
36 Válvula
38 bomba de percolado
40 sensor de pressão
42 Linhas de controle
44 Unidade de controle
46 Linhas de controle adicionais
2-i Tanque de digestão
32-i Conduto de descarga de percolado
38-i Bomba de percolado
48 Linha de retorno de percolado
50 Bomba de recirculação de percolado

Claims (11)

1. Biorreator para metanizar biomassa (4) com alta fração desólidos, compreendendo um tanque de digestão (2) que pode ser vedadoimpermeável a gás, um conduto de descarga de biogás (18), uma abertura decarregamento e descarregamento (14) para o enchimento e esvaziamento dotanque de digestão com biomassa (4), e um sistema de drenagem de suco depercolação ou de percolado (22) na base (6) e/ou nas paredes (8, 9, 12) dotanque de digestão (2), caracterizado pelo fato de que o tanque de digestão éimpermeavel a liquido, e que o sistema de drenagem de percolado (22) econectado com um sistema de controle de percolado (30), a fim de controlar onível de líquido (28) do percolado no tanque de digestão (2).
2. Biorreator de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o sistema de controle de percolado (30) compreende:- um armazenador de percolado (34), que é conectado com osistema de drenagem de percolado (22) através de um conduto de descarga depercolado (32),- uma válvula (36) disposta no conduto de descarga depercolado (32), e- um sensor de nível de enchimento (40) para determinar onível de líquido de percolado (28) no tanque de digestão (2).
3. Biorreator de acordo com a reivindicação 2, caracterizadopelo fato de que o sistema de controle de percolado (30) compreende umabomba de percolado (38) disposta no conduto de descarga de percolado (32).
4. Biorreator de acordo com a reivindicação 2 ou 3,caracterizado pelo fato de que o sensor de nível de enchimento é um sensor depressão (40), o qual é disposto no conduto de descarga de percolado (32) ouno tanque de digestão (2).
5. Biorreator de acordo com uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que o sistema de controle de percolado(30) compreende uma linha de retorno de percolado (48), a qual conecta oarmazenador de percolado (34) com a região superior do tanque de digestão(2).
6. Biorreator de acordo com uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que a abertura de carregamento edescarregamento (14) é uma báscula que pode ser ativada preferivelmentehidraulicamente, que veda em uma maneira rente o tanque de digestão (2).
7. Biorreator de acordo com a reivindicação 6, caracterizadopelo fato de que um dispositivo de retencao, o qual e disposto em uma talmaneira no tanque de digestão (2), na direção de enchimento, atrás da báscula(14), que biomassa enchida (4) se apóia pelo menos parcialmente nodispositivo de retenção.
8. Biorreator de acordo com uma das reivindicaçõesprecedentes 2 a 7, caracterizado pelo fato de que corpos de enchimento sãointroduzidos no armazenador de percolado (34), sobre os quaismicroorganismos que geram biogás podem se depositar e que o armazenadorde percolado (34) compreende um linha de remoção de biogás.
9. Biorreator de acordo com a reivindicação 6, caracterizadopelo fato de que os corpos de enchimento no armazenador de percolado (34)são configurados como um leito fixo feito de biomassa com alta fração desólidos.
10. Sistema de geração de biomassa, caracterizado pelo fato deque compreende uma multiplicidade de biorreatores (2-i) como definido emuma das reivindicações precedentes e um armazenador de percolado (34) emcomum.
11. Sistema de geração de biomassa de acordo com areivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a multiplicidade dosbiorreatores individuais (2-i) é conectada entre si através de linhas de conexãode percolado.
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