CS259487B1

CS259487B1 - Equipment for biogas intake and storage from dung-water or liquid excrements

Info

Publication number: CS259487B1
Application number: CS865014A
Authority: CS
Inventors: Milos Fiala
Original assignee: Milos Fiala
Priority date: 1986-07-02
Filing date: 1986-07-02
Publication date: 1988-10-14
Also published as: CS501486A1

Abstract

Cílem navrženého zařízení je možnost získáváni a skladování bioplynu z rozkládající se organické hmoty, především z exkrementů hospodářských zvířat. Na hladině nádrže je umístěn prstenec obepínající jednoduchou nebo dvojitou plynovou membránu. Vnější membrána je opatřena vnitřní membránou, přitom na vnější membránu je připojen plnicím potrubím ventilátor vzduchu a přepadové potrubí vzduchu, zároveň je nádrž opatřena tepelnou izolací stěn, přičemž čerpadlo je spojeno s výměníkem tepla a potrubím topného média, z něhož je kromě dekantačního potrubí vedeno prohřívací potrubí do spodní části nádrže. Zařízení se využije především v zemědělské velkovýrobě.The goal of the proposed device is the possibility obtaining and storing biogas from decomposing with organic matter, above all excrements of farm animals. On the surface there is a ring around it single or double gas membrane. The outer membrane is provided internally membrane, while on the outer membrane is air duct connected by filling pipe and an air overflow line, at the same time the tank is provided with thermal insulation of the walls wherein the pump is connected to the exchanger of the heating medium and the heating medium pipe from which it is led in addition to the decanter pipe piping to the bottom of the tank. The equipment is mainly used in agricultural production.

Description

Vynález se týká zařízení na jímáni a skladování bioplynu, který se uvolňuje z močůvky nebo tekutých exkrementů hospodářských zvířat.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a biogas collection and storage device which is released from slurry or liquid excrement of farm animals.

Bioplyn se z tekutých exkrementů získává v ocelových nebo betonových nádržích (fermentorech) s pevnou střechou utěsněných proti unikání vyvíjeného bioplynu. Obsah fermentoru se promíchává a ohřívá, aby se urychlil rozklad organické hmoty a vývin bioplynu. Asi 1/3 získaného bioplynu se spotřebuje na ohřátí obsahu fermentoru. Po skončeni procesu a odseparování pevné organické hmoty nastává problém s dočištěním zbylé tekuté látky, tj. fugátu, který obsahuje čpavek, draslík a zbytky organických látek. Fugát se musí před vypuštěním do vodoteče těchto látek zbavit. Dočištování se provádí bud v systému usazovacích rybníků, kde dochází k postupnému dohnlvání a uvolňování těchto látek přirozenou cestou, nebo se v poslední době vyvíjejí chemická zařízení, kde dochází k řízenému rozkladu těchto látek a jejich využití jako kvalitních hnojiv. Fermentory a zařízení na dočištování fugátu jsou velmi drahá a lze je budovat jen u velkých kapacit dobytka, navíc jsou tato zařízení energeticky náročná a spotřebují k svému provozu značnou část vyrobeného bioplynu. Další nevýhodou je nutnost budování zásobníků bioplynu a dalších doplňujících zařízení.Biogas is obtained from liquid excrement in steel or concrete tanks (fermenters) with a fixed roof, sealed against leakage of biogas. The fermenter contents are mixed and heated to accelerate the decomposition of organic matter and the generation of biogas. About 1/3 of the biogas recovered is consumed to heat the fermenter content. After completion of the process and separation of the solid organic matter, there is a problem with the purification of the remaining liquid substance, ie a fugate containing ammonia, potassium and residues of organic substances. The fugate must be discarded before being discharged into the watercourse. Post-purification is carried out either in the system of settling ponds, where these substances gradually catch up and release naturally, or in recent years, chemical facilities have been developed where these substances are controlled to be decomposed and used as quality fertilizers. Fermenters and fugitive refining plants are very expensive and can only be built with large cattle capacities; moreover, they are energy-intensive and consume a significant part of the biogas produced. Another disadvantage is the need to build biogas storage tanks and other supplementary facilities.

Tyto nedostatky odstraňuje zařízení na jímání a skladování bioplynu z močůvky nebo tekutých exkrementů podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že na hladině nádrže je umístěn prstenec obepínající jednoduchou plynovou membránu. Vnější membrána je opatřena vnitřní membránou, přitom na vnější membránu je připojen ventilátor vzduchu plnicím potrubím a přepadové potrubí vzduchu. Zároveň je nádrž opatřena tepelnou izolací stěn, přičemž čerpadlo je spojeno s výměníkem tepla a potrubím topného média, z něhož je kromě dekantačního potrubí vedeno prohřívací potrubí do spodní části nádrže.These drawbacks are overcome by the biogas collection and storage device according to the invention, which is based on the fact that a ring encircling a single gas membrane is placed on the surface of the tank. The outer diaphragm is provided with an inner diaphragm, while the outer diaphragm is connected to an air fan via a feed line and an overflow air line. At the same time, the tank is provided with thermal insulation of the walls, the pump being connected to the heat exchanger and to the heating medium piping, from which, in addition to the decanter pipe, a heating line is led to the bottom of the tank.

Výhodou navrhovaného zařízeni je nízká cena a možnost použití na všechny dosud používané typy nádrží, ve kterých se skladuje močůvka nebo tekuté exkrementy, případně jiné tekuté látky obsahující organické látky. Zařízení plave na hladině a obsah nádrže lze průběžně doplňovat nebo odebírat, stejně tak i bioplyn, aniž by se narušil proces fermentace. Zařízení je velmi· lehké a lze ho snadno přemistovat. V případě poškození je lehce opravitelné. Rozklad organické hmoty a tím i vývin bioplynu lze regulovat zvýšením teploty obsahu nádrže. Navrhované zařízení je vhodné na všechny velikosti a typy nádrží, zejména je však vhodné na malé jednotky, kde nelze z ekonomických důvodů instalovat finančně náročné fermentory a čištění kalových vod po metanové fermentaci. ,The advantage of the proposed device is the low cost and the possibility to be used for all types of tanks used in which liquid manure, liquid or other liquid substances containing organic substances are stored. The equipment floats on the surface and the tank contents can be continuously replenished or withdrawn as well as biogas without disturbing the fermentation process. The device is very light and easy to move. In case of damage it is easily repairable. The decomposition of organic matter and thus the development of biogas can be controlled by increasing the temperature of the tank contents. The proposed equipment is suitable for all sizes and types of tanks, but especially suitable for small units, where it is not economical to install expensive fermenters and to treat sludge water after methane fermentation. ,

Zařízení na jímání bioplynu z močůvky nebo tekutých exkrementů je v podstatě plovoucí membrána položená na hladinu tekutých exkrementů uskladněných v nádrži při dlouhodobém skladování. Okraje membrány jsou vyztuženy a ponořeny pod hladinu tak, aby zabraňovaly úniku bioplynu z prostoru pod membránou, který je současně zásobníkem plynu. Membrána je vyztužena nafukovacími pružnými žebry, která vytvářejí určitou pevnost membrány a/nebo je provedena dvojitá, přičemž se do meziprostoru vhání tlakový vzduch, aby vnější membrána byla trvale vypnuta a lépe odolávala povětrnostním vlivům. Také z důvodu tepelných ztrát je lépe provést membránu dvojitou. Zařízení lze doplnit o výměník tepla, kterým lze ohřívat obsah nádrže bud odpadním teplem, nebo sluneční energií. Recirkulací močůvky nebo tekutých exkrementů se současně obsah nádrže promíchává a ohřívá. Promíchávání a ohřev obsahu nádrže lze docílit i odsáváním a cirkulací plynu nasávaného z prostoru pod membránou a jeho vháněním do spodní části nádrže tak, že probublává celým obsahem nádrže.The biogas collector from slurry or liquid manure is essentially a floating membrane laid on the level of liquid manure stored in the tank during long-term storage. The edges of the diaphragm are reinforced and submerged below the surface to prevent the leakage of biogas from the space below the diaphragm, which is also a gas reservoir. The diaphragm is reinforced by inflatable elastic ribs which create a certain strength of the diaphragm and / or is made double, with compressed air being forced into the interspace to permanently turn off the outer diaphragm and to better withstand weathering. Also because of the heat loss it is better to make the membrane double. The equipment can be supplemented with a heat exchanger, which can heat the tank contents either by waste heat or by solar energy. Recirculation of slurry or liquid excrements simultaneously mixes and heats the tank contents. Mixing and heating the tank contents can also be achieved by aspirating and circulating gas sucked from under the membrane and blowing it into the bottom of the tank so that it bubbles through the entire tank contents.

Na připojených výkresech je znázorněn v nárysu řez zařízením na jímání bioplynu plovoucího na hladině močůvky nebo tekutých exkrementů v nádrži, která je pro názornost zakreslena také v řezu, kde na obr. 1 je zařízení s jednoduchou membránou a na obr. 2 s dvojitou membránou .In the accompanying drawings, there is a cross-sectional view of a biogas collecting device floating on the slurry or liquid excrement level in a tank, which is also shown in cross-section for clarity, wherein FIG.

Na obr. 1 je zakresleno zařízení s jednoduchou membránou 2, odtahem bioplynu a čerpadlem 18 na odtah bioplynu, kde odtah bioplynu a přívod tekutých exkrementů je proveden dekantačně z prostoru zásobníku bioplynu. Na obr. 2 je znázorněn taktéž v nárysu řez zařízení na jímání bioplynu s dvojitou membránou. Navíc je v tomto obraze zakreslen ventilátor T_ vzduchu, který zajišEuje trvalý tlak v prostoru mezi membránami 2 ^a 10 · Tento tlak je však menší než tlak bioplynu v prostoru pod membránou 10. Bioplyn je z tohoto prostoru odsáván ventilátorem 23 bioplynu. Z důvodu možnosti ohřevu tekutých exkrementů je instalován výměník 28 tepla. Jednotlivé zařízení z obr. 1 lze použít i u řešení zakresleného na obr. 2 a naopak.FIG. 1 depicts a single diaphragm device 2, a biogas outlet, and a biogas outlet pump 18, wherein the biogas outlet and liquid excrement supply is decanted from the biogas storage area. FIG. 2 also shows a cross-sectional view of a biogas collecting device with a double membrane. In addition, an air blower T is provided in this figure which provides a permanent pressure in the space between membranes 2 ^and 10. However, this pressure is less than the biogas pressure in the space below the membrane 10. Biogas is extracted from this space by the biogas fan 23. A heat exchanger 28 is installed to heat the liquid excrements. The individual device of Fig. 1 can also be used in the solution shown in Fig. 2 and vice versa.

Na obr. 1 je zakresleno zařízení na jímání a skladování bioplynu z močůvky nebo tekutých exkrementů. Na hladinu močůvky je položen výztužný prstenec 2 naplněný vodou napouštěcím otvorem £. Prstenec se vahou kapaliny ponoří do tekutých exkrementů a vytvoří tak vodní uzávěr. Na prstenec je v horní části připevněna vnější plynotěsná membrána 2. Tvar prstence 2 Í^e shodný s tvarem nádrže 2· Manipulaci s prstencem a membránou usnadňují závěsná oka £. Prstenec 2 s vnější membránou 2 plave, zvedá se a klesá dle stavu hladiny v zásobní nádrži 2· Bioplyn, který se vyvíjí rozkladem organické hmoty obsažené v tekutých exkrementech, stoupá ve formě bublinek nahoru a nad hladinou je zachycen pod pružnou membránou 2, kterou svým tlakem (cca 100 až 200 Pa) zvedá.FIG. 1 depicts an apparatus for collecting and storing biogas from slurry or liquid manure. A reinforcement ring 2 filled with a water inlet hole 6 is placed on the slurry surface. The ring is immersed in liquid excrement by the weight of the liquid and creates a water seal. On the ring is attached in the upper part of the outer gastight membrane 2. The shape of the ring 2 i ^e equal to the shape of the tank 2 · The handling ring and the membrane lugs facilitate £. The ring 2 with the outer membrane 2 floats, rises and falls according to the level in the storage tank 2 · Biogas, which develops through the decomposition of organic matter contained in liquid excrements, rises in the form of bubbles upwards and is trapped above the surface under the flexible membrane 2 pressure (approx. 100 to 200 Pa).

Bioplyn se v tomto prostoru také akumuluje (zásoba cca 200 m¹ při 0 membrány 15 m). Při stoupnutí tlaku plynu nad dovolenou hranici se zvýšeným tlakem plynu nadzvedne výztužný prstenec 3 z hladiny a plyn uniká do atmosféry. Jakmile tlak plynu poklesne, prstenec se opět ponoří a utěsní prostor plynojemu. Odvod plynu z prostoru plynojemu je zajištěn dekantačním potrubím odvodu plynu, které je nad hladinou drženo plovákem 21» připevněným na plynovém potrubí odvodu plynu. Čerpadlo 18 na močůvku nebo tekuté exkrementy zajišEuje přívod tekutiny do prostoru nádrže 2 potrubím 13 přívodu močůvky, které je opět provedeno dekantačně a nad hladinou je drženo plovákem 14.· Přívod tekutiny nad hladinu je zaveden proto, aby se narukoval povlak sušiny, který se na hladině tvoří z lehkých částí sušiny. Při cirkulaci tekutiny čerpadlo 18 čerpá z prostoru zásobní nádrže cirkulačním potrubím 15 močůvky.Biogas also accumulates in this space (supply approx. 200 m ¹ at 0 membrane 15 m). As the gas pressure rises above the permissible limit with increased gas pressure, the reinforcing ring 3 lifts from the surface and the gas escapes into the atmosphere. As soon as the gas pressure drops, the ring is immersed again and seals the gas tank space. Gas evacuation from the gasholder compartment is provided by a decanting gas evacuation line which is held above the surface by a float 21 mounted on the gas evacuation gas line. A slurry pump 18 or liquid excrement provides fluid supply to the tank 2 via a slurry inlet conduit 13 which is again decanted and is held above the surface by a float 14. A fluid supply above the surface is introduced to reduce the solids coating that the surface is formed from light parts of dry matter. When the fluid is circulated, the pump 18 draws from the storage tank space through the circulation duct 15 the slurry.

V případě nutnosti odčerpávat obsah zásobní nádrže, se otevře neoznačená uzavírací armatura na potrubí 16 odtahu močůvky. Exkrementy a močůvka se do zásobní nádrže 2 čerpají taktéž čerpadlem 18 z jímky 20 na močůvku, kam přitékají z kanalizace 19 Čerpadlo 18 na močůvku čerpá tekutinu z jímky 20 sacím potrubím 17 močůvky. Maximální hladina v zásobní nádrži 2 je jištěna otevřeným přepadovým potrubím 22» ^a zásobní nádrž lze vypustit vypouštěcím potrubím 22 močůvky, po otevření neoznačené uzavírací armatury na tomto potrubí. Na obr. 2 je zakresleno složitější zařízení na jímání bioplynu. Na výztužný prstenec je opět připevněna vnější membrána 2 a navíc je zde vnitřní membrána 10.If it is necessary to drain the contents of the storage tank, an unlabeled shut-off fitting on the slurry exhaust pipe 16 is opened. The excrement and slurry are also pumped into the storage tank 2 by a pump 18 from the slurry sump 20 where they flow from the sewer 19 The slurry pump 18 pumps fluid from the sump 20 through the suction line 17 of the slurry. The maximum level in the storage tank 2 is secured by an open overflow pipe 22, ^{and the} storage tank can be drained through the slurry discharge pipe 22 after opening an unmarked shut-off valve on this pipe. Fig. 2 shows a more complex biogas collection device. The outer diaphragm 2 is again attached to the reinforcement ring, and in addition there is an inner diaphragm 10.

Prostor plynojemu je vymezen vodní hladinoíu, výztužným prstencem 2 ^a vnitřní membránou 10. Prostor mezi vnitřní membránou 10 a vnější membránou 2 je naplněn tlakovým vzduchem z ventilátoru 2 vzduchu. Vzduch do prostoru mezi obě membrány proudí plnicím potrubím Požadovaný tlak vzduchu, nižší než tlak vzduchu v plynojemu, je zajištován unikáním vzduchu z přepadového potrubí £ vzduchu. Ventilátor vzduchu je usazen ná výztužném prstenci 2 ^a plave společně s ním a oběma membránami na kaplině v zásobní nádrži 2· ^Na potrubí 12 odvodu plynu je zakreslen ventilátor 23 plynu, který odsává bioplyn z prostoru plynojemu zpod vnitřní membrány 22 a tlačí ho potrubím 24 odvodu plynu o požadovaném tlaku ke spotřebičům. Zásobní nádrž 2 j^ez důvodu snížení tepelných ztrát opatřena tepelnou izolací 25 stěn nádrže.The space of the gas tank is defined by the water level, the reinforcement ring 2 ^{and the} inner membrane 10. The space between the inner membrane 10 and the outer membrane 2 is filled with compressed air from the air fan 2. Air into the space between the two membranes flows through the feed line. The required air pressure, lower than the air pressure in the gas tank, is ensured by escaping air from the air overflow line. The air blower is seated on the reinforcement ring 2 ^and floats with it and both membranes on the cap in storage tank 2. ^The gas exhaust duct 12 has a gas blower 23 drawing the biogas from the gas tank space from the inner diaphragm 22 and pushing it through the exhaust duct 24 gas at the required pressure to the appliances. The storage tank 2 ^e j in order to reduce heat loss with thermal insulation 25 of the tank walls.

Pro případ požadovaného zvýšení teploty obsahu zásobní nádrže 2 je instalován výměník 28 tepla, ve kterém se cirkulující kapalina ohřívá bud odpadním teplem nebo sluneční energií.In the event of a desired increase in the temperature of the contents of the storage tank 2, a heat exchanger 28 is installed in which the circulating liquid is heated either by waste heat or by solar energy.

Při ohřívání obsahu nádrže se kapalina ze zásobní nádrže 2 nasává cirkulačním potrubím 15 močůvky a čerpadlem 18 se přes výměník 28 cirkuluje zpět do zásobní nádrže 2 bud; nahoru a to dekantačním potrubím 13 přívodu močůvky, nebo do spodní části nádrže prohřívacím potrubím 26, které je položeno u dna nádrže a víří usazeniny proudící kapalinou. Teplo proudí odspodu nádrže nahoru a prohřívá a promícháviá i horní vrstvy nádrže. Nátok kapaliny do spodní nebo horní části nádrže 2 lze nastavit otevřením nebo zavřením neoznačených armatur na'potrubích 13 a 26. Ke snížení tepelných ztrát značně přispívá i dvojitá membrána.When the contents of the tank are heated, the liquid from the storage tank 2 is sucked through the slurry circulation line 15 and circulated by pump 18 through the exchanger 28 to the storage tank 2 either; upwards through the decanting pipe 13 of the slurry supply, or into the lower part of the tank by a heating pipe 26 which is laid at the bottom of the tank and swirls the sediment flowing through the liquid. Heat flows from the bottom of the tank upwards and heats and mixes the top layers of the tank. The liquid inlet to the lower or upper part of the tank 2 can be adjusted by opening or closing the unlabeled fittings on the pipes 13 and 26. A double diaphragm also contributes greatly to reducing heat loss.

Velké možnosti využiti tohoto zařízení jsou v zemědělské velkovýrobě, ale i v menších lokalitách, kde se skladují tekuté exkrementy od krav, prasat nebo drůbeže. V poslední době se budují nádrže na skladování močůvky, ze kterých lze získat také bioplyn. Další možnosti využití zařízehí na jímání a skladováni bioplynu se nabízejí v papírenském průmyslu, dřevozpra cujících a lesních závodech a všude tam, kde se skladuje voda s obsahem organických látek v tekutém stavu. Zařízení lze vyrobit v různých tvarech, takže ho lze použit i na nádrže, v terénu (rybníky, jezírka), ve kterých dochází k vyhnívání organických látek, přičemž:se vyvíjí a uniká bioplyn. Zařízení je velmi jednoduché a laciné a umožňuje získávat a využívat bioplyn i v menších zemědělských závodech ze zásobovacích nádrží, které byly již dříve instalovány, zařízení lze použít- na všechny druhy skladovacích nádrží (ocelové, betonové, plastové nebo zbudované v zemi) při dlouhodobém skladováni organických látek v tekutém stavu.Great possibilities of using this equipment are in large-scale agricultural production, but also in smaller locations, where liquid excrements from cows, pigs or poultry are stored. Recently, slurry storage tanks have been built, from which biogas can also be obtained. Further applications for biogas collection and storage facilities are available in the paper industry, wood processing and forestry plants and wherever liquid organic water is stored. The equipment can be produced in different shapes so that it can also be used on field tanks (ponds, ponds) in which organic substances are digested, where: biogas is developed and escaped. The equipment is very simple and inexpensive and allows biogas to be recovered and used even in smaller farms from supply tanks that have been installed before, the equipment can be used for all types of storage tanks (steel, concrete, plastic or built in the ground) for long-term storage of organic substances in the liquid state.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

An apparatus for collecting and storing biogas from slurry or liquid excrement comprising a tank, characterized in that a ring (3) surrounding the gas membrane is located on the surface of the tank (1). ¹ '

Device for collecting and storing biogas from slurry or liquid excrements according to claim 1, characterized in that the gas membrane is double and is formed by an outer membrane (2) by an inner membrane (10), with a filling pipe connected to the outer membrane (2). (8) with air fan (7) and overflow pipe (9).

3. Biogas collection and storage facility according to claim 1, characterized in that the tank (1) is provided with thermal insulation (25) and a pump (18) connected to a heat exchanger (28) and provided with a conduit (27). heating medium from which the decanting pipe (13) and the heating pipe (26) leading to the bottom of the tank (1) are led out.