CZ2011492A3 - Zpusob úpravy rostlinné biomasy pro bioplynové stanice a zarízení k provádení tohoto zpusobu - Google Patents

Abstract

Zpusob úpravy rostlinné biomasy pro bioplynové stanice, jehoz soucástí je její rozdruzení a extruze, spocívá v tom, ze se biomasa pod hladinou vody o teplote 20 az 60 .degree.C maceruje na cástice mensí nez 3 mm, vzniklá kase se po scezení dopraví dávkovacím cerpadlem (8) do hydrolyzního reaktoru (9), ve kterém je za tlaku 1,2 az 1,5 MPa posouvána k jeho výstupu po dobu 5 az 30 min. za soucasného nástriku syté páry o teplote 150 az 200 .degree.C a následne je skokove expandována na atmosférický tlak nebo do podtlaku pri tvorbe brýdových par a poté o teplote 80 az 90 .degree.C a o obsahu susiny 17 az 23 % hmotn. odvádena k naredení a fermentaci. Zarízení k provádení tohoto zpusobu je tvoreno príjmovým zlabem (1) s dopravníkem (2) k prívodu biomasy do maceracního mlýna (3) s navazujícím scezovacím snekem (4) ústícím do násypky dávkovacího cerpadla (8) zaústeného do hydrolyzního reaktoru (9) napojeného na zdroj syté páry a pres expanzní ústrojí (11) ústícího do expanzní nádoby (6), pricemz odvod brýdových par z expanzní nádoby (6) je napojen na kondenzátor (7) brýdových par propojený s mlýnem (3).

Description

Způsob úpravy rostlinné biomasy pro bioplynové stanice a zařízení k prováděni tohoto způsobu

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu úpravy rostlinné biomasy pro bioplynové stanice, jehož součástí je její rozdružení a extruze, a zařízení k provádění tohoto způsobu.

Dosavadní stav techniky

Naakumulovaná energie se u rostlin ukládá i do energeticky náročných vazeb při syntézách biopolymerů vysoké molekulové hmotnosti. Jedná se zejména o celulózu, hemicelulózu a škrob. Zpřístupnění energie v dílčích glukózových jednotkách výše uvedených polymerů za přijatelných nákladů a minimálních negativních ekologických dopadů, je klíčovou otázkou nejen pro segment rostlinných biotechnologií a chemický průmysl.

Ke zpracováni rostlinné hmoty pevné lignocelulózové struktury, která je jinak téměř nezpracovatelná se využívá extruze či hydrolýza. V případě extruze je cílem technologie narušit pevnou lignocelulózovou strukturu za užití tlakové změny a zpřístupnit jí následnému zpracování. Technologie hydrolýzy štěpí za různých procesních parametrů a užitím kyselin, zásad, či enzymů krystal celulózy na kratší řetězce cukrů, až bazické molekuly glukózy.

Je známo množství technologií zpracování lignocelulózových a škrobových materiálů hydrolýzou, např. způsob popsaný v CZ 300865, jehož podstata spočívá v tom, že se při dvoustupňové hydrolýze nastřikuje ve druhém stupni do hydrolyzátu Kyselina fosforečná, chlorovodíková nebo jiná vhodná kyselina.

Patent CZ 301956 se týká způsobu zpracováni biomasy trav, zejména víceletých pícnin, na cukernou surovinu pro výrobu bioetanolu a/nebo krmiv, a na další produkty, zařízení k provádění tohoto způsobu, a použtí biomasy jetele lučního k tomuto zpracování.

Pro efektivitu anaerobní fermentace je klíčová hloubka mikrobiálního rozkladu organické hmoty. Uvedené způsoby zpracování biomasy směřují k přípravě biomasy pro anaerobní fermentaci vedoucí ke vzniku bioetanolu; jejich cílem je tedy štěpením celulózy a škrobů získat cukry. Tyto postupy v případě, $ má anaerobní fermentace

- 2 smě ovát k výroběbioplynu, kladou neopodstatněné nároky na technologii a spotř ebu energie.

Vynález si klade za úkol navrhnout relativně jednoduchý způsob úpravy rostlinné biomasy vhodný právě pro bioplynové stanice a investičně nenáročné zařízení k provádění tohoto způsobu.

Podstata vynálezu

Způsob úpravy rostlinné biomasy pro bioplynové stanice, jehož součástí je její rozdruženi a extruze, spočívá v tom, že se biomasa pod hladinou vody o teplotě 20 až 60°C maceruje na částice menší než 3 mm, vzniklá kaše se po scezení dopraví dávkovacím čerpadlem do hydrolyzního reaktoru, ve kterém je za tlaku 1,2 až 1,5 MPa posouvána k jeho výstupu po dobu 5 až 30 min. za současného nástřiku syté páry o teplotě 150 až 200°C a následně je skokově expandována na atmosférický tlak nebo do podtlaku při tvorbě brýdových par a poté o teplotě 80 až 90°C a o obsahu sušiny 17 až 23 % hmotn. odváděna k naředění a fermentaci.

Ve výhodném provedení tohoto způsobu jsou brýdové páry kondenzovány a jejich kondenzát je přiváděn do vody v maceračním zařízení.

Po maceraci se kaše s výhodou předehřeje brýdovými parami na teplotu 40 až 90°C.

Zařízení k provádění uvedeného způsobu, které zahrnuje rozdružovací a extruzní zařízení, je tvořeno příjmovým žlabem s dopravníkem k přívodu biomasy do maceračního mlýna s navazujícím scezovacím šnekem ústícím do násypky dávkovacího čerpadla zaústěného do hydrolyzního reaktoru napojeného na zdroj syté páry a přes expanzní ústrojí ústícího do expanzní nádoby, přičemž odvod brýdových par z expanzní nádoby je napojen na kondenzátor brýdových par propojený s mlýnem.

Mezi scezovací šnek a dávkovači čerpadlo může být vložen předehřívač napojený na odvod brýdových par z expanzní nádoby a na vstup kondenzátoru brýdových par.

Zdrojem syté páry je ve výhodném provedení výměník tepla mezi spalinami kogenerační jednotky a vodou vstupující do procesu.

- 3 Objasnění výkresu

Vynález bude dále objasněn pomocí výkresu, na kterém obr. 1 představuje schéma zapojení výhodného provedení zařízení pro úpravu biomasy pro bioplynové stanice a obr. 2 je schéma jiného provedení, které na rozdíl od provedení podle obr. 1 postrádá předehřívač.

Příklady uskutečněni vynálezu

V zařízení podle schématu na obr. 1 je biomasa, konkrétně kukuřičná siláž, travní senáž, sláma nebo seno, případně jiná biomasa, navážena do příjmového Hábu 1, který je vybaven posuvnou podlahou nebo šneky zajišťujícími plynulé kontinuální dávkování do dopravníku 2. Dopravník 2, je šnekový nebo pásový, dopravuje dávkované množství biomasy do maceračního mlýna 3, kde se rozemele pod hladinou teplé vody - brýdového kondenzátu o teplotě 40°C - na částice menší než 3 mm. Macerační mlýn 3 je zařízení speciální konstrukce. Vzniklá kaše se následně vede scezovacím šnekem 4 do předehřívače 5. Do předehřívače 5 je v protiproudu, tedy proti posunu biomasy, přiváděna brýdová pára z expanzní nádoby 6. Předehřívač 5 je nádoba s nuceným vnitřním posunem a mícháním. Nezkondenzovaná pára odchází z předehřívače 5 do kondenzátoru 7, kde je zkondenzována, a brýdový kondenzát se odtud vede do maceračního mlýna 3, kde plní funkci mlecí vody. Přebytek mlecí vody je odváděn a využíván jako procesní kapalina v bioplynové stanici.

Mokrá biomasa, předehřátá v předehřívači 5 na teplotu 60°C, se vede do násypky dávkovaciho čerpadla 8, které mokrou biomasu kontinuálně dávkuje do hydrolýzního reaktoru 9 a zároveň zajišťuje tlak v jeho tlakovém prostoru. Hydrolýzní reaktor 9 je speciální tlaková nádoba s nuceným vnitřním posunem a mícháním. Do hydrolýzního reaktoru 9 je vedena sytá pára ze spalinového výměníku 10 na spalinovém výstupu kogenerační stanice. V hydrolýzním reaktoru 9 je biomasa za současného nástřiku syté páry o teplotě 180°C zdržena vnitřním posunem po dobu 5 až 30 minut. Výstup z hydrolýzního reaktoru 9 je osazen expanzním ústrojím 1£, které suspenzi biomasy kontinuálně skokově expanduje do expanzní nádoby 6, ve které je atmosférický tlak, případně podtlak. Expanzní ústrojí 11 tak odděluje tlakový

- 4 prostor v hydrolýzním reaktoru 9.

Z expanzní nádoby 6 odcházejí brýdové páry do předehřívače 5, suspenze biomasy o teplotě 80 až 90°C a sušině 17 až 23 % je odváděna do vstupních směšovacích jímek bioplynové stanice, kde je naředěna procesní kapalinou podle požadavku procesu mokré anaerobní fermentace a ochlazena. Odtud je suspenze dávkována do fermentorů.

Spalinový výměník 10 je středotlaký výměník, využívající k výrobě syté páry o teplotě 190 až 200°C spaliny kogenerační jednotky. Množství vyráběné páry odpovídá tepelnému výkonu spalin kogenerační jednotky. Množství vyrobené páry pak určuje množství biomasy, kterou lze v technologii zpracovat.

Zařízení podle obr. 2 s liší od zařízení podle obr. 1 tím, že macerovaná biomasa ani brýdové páry neprocházejí předehřívačem 5, který v tomto provedení chybí. Brýdové páry z expanzní nádoby 6 se zde přivádějí přímo do kondenzátoru 7, iakže teplota brýdového kondenzátu je zde vyšší než v provedení podle obr. 1. Biomasa rozemletá v maceračním mlýně 3 za teploty 60°C postupuje přímo do násypky dávkovacího čerpadla 8. Další postup je shodný jako v předchozím příkladu.

Při zpracováni kukuřičné siláže na zkušebním zařízení podle vynálezu bylo spojením technologie maceračního mlýna 3 a následné extruze dosaženo při užití vhodného inokula a optimálních podmínek ve vsádkovém testu zvýšení produkce bioplynu oproti slepému vzorku i o více než 30%, při současném zvýšení obsahu metanu v bioplynu až o 20 %.

Technologie podle vynálezu umožňuje zkrátit dobu zdržení ve fermnetorech bioplynové stanice, zmenšit objem fermentorů, neboť potřebný objem plynu dá menší množství upravené biomasy. Dochází ke stabilizaci celého procesu vzhledem ke stabilní formě dávkované biomasy. Výhodou jsou dále lepší kontrola a korekce biochemického procesu, vyšší koncentrace metanu v bioplynu, a dávkování biomasy do fermentorů v procesní teplotě (není nutno ji ohřívat uvnitř fermentorů). Technologie umožňuje snadné čerpání biomasy a její jednodušší míchání ve fermentorech. Výhodná je možnost stabilního provozu v termofilním režimu, možnost využít odpady zemědělské prvovýroby (zejména slámu), možnost zpracovat a lépe využít slamnatné hnoje. Technologie využívá pro přípravu biomasy odpadního tepla,

- 5 snižuje spotřebu biomasy nebo zvyšuje elektrický výkon bioplynové stanice.

Převedením biomasy do suspenze, zvyšuje podíl odbouratelné organické sušiny.

Claims (6)

1. Patentové nároky

   1. Způsob úpravy rostlinné biomasy pro bioplynové stanice, jehož součásti je její rozdružení a extruze, vyznačující se tím, že se biomasa pod hladinou vody o teplotě 20 až 60°C maceruje na částice menší než 3 mm, vzniklá kaše se po scezení dopraví dávkovacím čerpadlem (8) do hydrolyzního reaktoru (9), ve kterém je za tlaku 1,2 až 1,5 MPa posouvána k jeho výstupu po dobu 5 až 30 min. za současného nástřiku syté páry o teplotě 150 až 200°C a následně je skokově expandována na atmosférický tlak nebo do podtlaku při tvorbě brýdových par a poté o teplotě 80 až 90°C a o obsahu sušiny 17 až 23 % hmotn. odváděna k naředění a fermentaci.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že brýdové páry jsou kondenzovány a jejich kondenzát je přiváděn do vody v maceračním zařízení.
3. 3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že po maceraci se kaše předehřeje brýdovými parami na teplotu 40 až 90°C.
4. 4. Zařízení k provádění způsobu podle nároku 2 zahrnující rozdružovací a extruzní zařízení, vyznačující se tím, že je tvořeno příjmovým žlabem (1) s dopravníkem (2) k přívodu biomasy do maceračního mlýna (3) s navazujícím scezovacim šnekem (4) ústícím do násypky dávkovacího čerpadla (8) zaústěného do hydrolyzního reaktoru (9) napojeného na zdroj syté páry a přes expanzní ústrojí (11) ústícího do expanzní nádoby (6), přičemž odvod brýdových par z expanzní nádoby (6) je napojen na kondenzátor (7) brýdových par propojený s mlýnem (3).
5. 5. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že mezi scezovací šnek (4) a dávkovači čerpadlo (8) je vložen předehřívač (5) napojený na odvod brýdových par z expanzní nádoby (6) a na vstup kondenzátoru (7) brýdových par.
6. 6. Zařízení podle nároku 4 nebo 5, vyznačující se tím, že zdrojem syté páry je výměník tepla (10) mezi spalinami kogenerační jednotky a vodou vstupující do procesu.