CZ283807B6

CZ283807B6 - Reaktor pro výrobu bioplynu

Info

Publication number: CZ283807B6
Application number: CZ942582A
Authority: CZ
Inventors: Herbert Märkl
Original assignee: Herbert Märkl
Priority date: 1992-04-21
Filing date: 1993-04-20
Publication date: 1998-06-17
Also published as: EP0640059A1; JPH0678744A; WO1993022240A3; ES2110092T3; WO1993022240A2; DE59307508D1; DE4213015C2; CZ258294A3; DE4213015A1; EP0640059B1; ATE159004T1

Abstract

Reaktor (1) pro výrobu bioplynu má skříň (5) reaktoru, která je zcela nebo částečně naplněna aktivní biohmotou a ve které je prostřednictvím jednoho nebo více ve tvaru sloupků nad sebou uspořádaných rozdružovacích elementů (12) se vždy jednou přetékací hranou (S) pro stoupající plyn v jejích reaktorových úsecích uspořádán vždy jeden sběrný prostor (7) plynu pro jímání plynů vystupujících z kvasné suspenz a na vyfukované plyny chudý sedimentační prostor pro sedimentaci aktivních částic usazenin biohmoty. Do sběrného prostoru (7) plynu je zavedeno potrubí (10) se škrtícím orgánem pro odvod plynu. Každý rozdružovací element (12) je ve skříni (5) reaktoru uspořádán tak, že ze sběrného prostoru (7) plynu, vytvářeného rozdružovacím elementem (12), proudí přes přetékací hranu (8) rozdružovacího elementu (12) objemově regulovaný bioplyn do následné reaktorové oblasti (6) tak, že v této reaktorové oblasti (6) je nastavitelné definované cirkulační proudění (16).ŕ

Description

Oblast techniky

Vynález se týká reaktoru pro výrobu bioplynu, jehož skříň je zcela nebo částečně naplněna aktivní biohmotou. Ve skříni reaktoru je prostřednictvím jednoho nebo více ve tvaru sloupků nad sebou uspořádaných rozdružovacích elementů se vždy jednou protékací hranou pro stoupající plyn v jejích reaktorových úsecích uspořádán vždy jeden sběrný prostor plynu pro jímání plynů vystupujících z kvasné suspenze a na vyfukované bubliny plynu chudý sedimentační prostor pro sedimentaci aktivních částic usazenin biohmoty, do kterého je zavedeno potrubí se škrticím orgánem pro odvod plynu, vytvořeným jako ventil.

Dosavadní stav techniky

V reaktorech pro výrobu bioplynu jsou působením mikroorganismů přeměňovány substance na oxid uhličitý CO₂ a metan jako bioplyn. Předložený vynález se speciálně týká reaktorů pro výrobu bioplynů, u kterých jsou produkční mikroorganismy volně suspendovány v kapalném prostředí, nebo jsou uloženy na malých částicích pevné hmoty. Předpokladem pro obohacení mikroorganismů uvnitř reaktoru je v obou případech ta skutečnost, že existují v podobě, která připouští sedimentaci uvnitř fermentační suspenze. V prvním případě je to dáno vytvářením více nebo méně mohutných, sedimentace schopných mikrobiologických aglomerátů, zatímco ve druhém případě se dosahuje prostřednictvím pevné látky vyšší specifické hmotnosti vzhledem k vodě, přičemž tato pevná látka slouží jako plocha pro růst a je tvořena například pískem s průměrem částic menším než 0,5 mm.

U konstrukčně vysokých reaktorů, které jsou technicky výhodnější z hlediska nároků na základní plochu, se akumuluje s narůstající výškou stoupající bioplyn. V důsledku přitom vznikajícího proudění velkého objemu plynu se flotací přenáší aktivní biohmota do horních oblastí reaktoru a je z reaktoru vynášena. Aby se zachoval výkon odlučování reaktoru, je proto nutné, aby bylo omezeno objemové proudění plynu a aby byl bioplyn odebírán již v hlubších oblastech reaktoru. Současně je třeba zajistit takové proudění, aby se v různých výškách reaktoru vytvářely sedimentační oblasti, přičemž je však třeba zajistit určité promíchávání obsahu reaktoru. Aby se dosáhlo vhodné rovnováhy mezi těmito dvěma navzájem protikladnými požadavky také v závislosti na druhu a koncentraci fermentačního substrátu, jakož i na okamžité poloze uvnitř reaktoru, bylo by žádoucí, aby bylo možné ovládat stav proudění zevnějšku, a to nejlépe odděleně pro jednotlivé úseky reaktoru.

Takový reaktor je známý z EP 0 300 348 B1. Nevýhoda tohoto známého uspořádání však spočívá v tom, že má poměrně vysoké konstrukční náklady. Jeden element modulované uspořádaných vestavných prvků reaktoru spočívá v nejjednodušším případě z nálevky, trubky a zrozptylovacích elementů, které jsou upraveny na stěnách, a které zabraňují vstupu plynných par do sedimentačních oblastí. Vytváří se cirkulační proudění, které je vedeno rozdružovacími elementy. Tak se nedosáhne jednoznačného oddělení proudění mezi rozdružovacími elementy. U tohoto vytvoření jsou dále do rozdružovacího elementu vnikající plynové páry částečně strhávány prouděním vedeným rozdružovacím elementem, a proto nemohou být zachycovány ve sběrných prostorech pro plyn a odváděny jako bioplyn. Proto je v mnoha případech přídavně potřebný další rozptylovací element, aby se zabránilo přímému vstupu plynových par, stoupajících z reaktorového úseku hlouběji upraveného rozdružovacího elementu do trubkového úseku nad ním upraveného rozdružovacího elementu. To je nutné zejména tehdy, když je plocha průřezu trubkového úseku ve srovnání s celkovou plochou průřezu reaktoru značně velká, tedy například tehdy, když plocha průřezu trubkového úseku má hodnotu 50 % plochy průřezu celého reaktoru. V takovém případě je z hlediska cirkulačního proudění vznikajícího kolem rozdru

-1 CZ 283807 B6 žovacího elementu průřez proudění směřujícího vzhůru a dolů zhruba shodný. Odpor v proudění je celkově nepatrný. U rozdružovacích elementů s takovými rozměry, které jsou v některých případech žádoucí z hlediska snadno ovladatelného promíchávání, se však vytváří nebezpečí, že se navzdory přímému uzavření dráhy plynů ve směru zdola k hornímu rozdružovacímu elementu dostanou bublinky plynu působením sacího účinku cirkulačního proudění přímo do horního trubkového úseku a tím se zmenší odlučovací výkon rozdružovacích elementů. Tento nepříznivý stav nastává v případech vysoké místní produkce bioplynu a při současném nízkém odběru plynu na rozdružovacím elementu, a to s následkem silného cirkulačního proudění. V takovém případě je ovladatelnost cirkulačního proudění omezena, protože odběr plynu se týká jen toho podílu plynu, který je zadržován rozdružovacím elementem.

V DE-A-37 23 851 je dále také popsáno vytvoření reaktoru pro výrobu bioplynu s nálevkovitými rozdružovacími elementy pro zpracování aktivní biohmoty. U těchto rozdružovacích elementů směřuje špička nálevky směrem dolů a má průchod v oblasti špičky nálevky. Nálevka je obklopena válcovým pláštěm tak, že mezi tímto pláštěm a mezi stěnou reaktoru se vytváří prstencový kanál a mezi pláštěm a mezi nálevkou se vytváří sběrný prostor plynu, ze kterého je plyn odváděn prostřednictvím potrubí pro odvod plynu. U tohoto rozdružovacího elementu je také nevýhodné, že působením sacího účinku cirkulačního proudění na dráze od špičky nálevky k vně upravenému prstencovému kanálu jsou vzhůru stoupající plynové bubliny zachycovány a jsou odváděny přímo do vnějšího prstencového kanálu. Tím se také u tohoto rozdružovacího elementu v případě většího cirkulačního proudění sníží odlučovací výkon a omezí se ovladatelnost cirkulačního proudění. Značné seškrcení cirkulačního proudění, například prostřednictvím odpovídajícího malého rozměru průchodu na špičce, by sice zajistilo odlučovací výkon rozdružovacího elementu, avšak zamezilo by se také požadovanému promíchávání obsahu reaktoru, kterého se dosahuje cirkulačním prouděním. Uvedené známé reaktory mají tedy nedostatky z hlediska jejich možnosti ovládání, a to zejména v případech vysokých výkonů výroby plynu, které jsou však z technického hlediska zvláště žádoucí.

Z WO 86/03 691 je dále známý reaktor ve tvaru věže, který je vhodný pro výrobu bioplynu a který má více buněk, kterými prochází proudění, které jsou uspořádány stupňovitě nad sebou a ve směru proudění za sebou. Jednotlivé proudící buňky jsou navzájem odděleny vodícími ústrojími proudu, které směřují šikmo směrem vzhůru a jejichž prostřednictvím nelze vytvořit sběrný prostor plynu. Tento známý reaktor splňuje dané požadavky z hlediska dobrého promíchávání obsahu reaktoru, které je způsobeno výrobou bioplynu. Toto uspořádání však neumožňuje žádné vytvoření sedimentačního prostoru, ve kterém by bylo málo bublinek plynu a ve kterém by docházelo k sedimentaci aktivních částic biohmoty, což je však předpoklad pro dobrou funkci vysokovýkonného reaktoru pro výrobu bioplynu. U tohoto známého uspořádání také není možný odběr plynu v hlubších oblastech reaktoru a požadované ovládání cirkulačního proudění, uskutečňujícího se v jednotlivých úsecích. Na této skutečnosti nic nezmění ani alternativně předpokládané vestavby rozváděčích trubek nebo rozváděčích plechů. Tyto rozváděči trubky nebo rozváděči plechy mají ostatně ještě další úkol, to znamená, že mají sloužit jako topná nebo chladicí ústrojí nebo že mají zavádět do reaktoru substrát.

Podstata vynálezu

Vynález si klade za úkol vytvořit konstrukčně vysoký reaktor pro výrobu bioplynu v úvodu uvedeného druhu tak, aby zejména také při vysokých dávkách výroby plynu v jednotlivých segmentech reaktoru bylo možné nastavit proudění tak, aby se umožnila dostatečná retence aktivní biohmoty při současném uspokojivém promíchávání.

Podstatu vynálezu tvoří reaktor pro výrobu bioplynu, jehož skříň reaktoru je zcela nebo částečně naplněna aktivní biohmotou a ve které je prostřednictvím jednóho nebo více ve tvaru sloupků nad sebou uspořádaných rozdružovacích elementů se vždy jednou protékací hranou pro

-2CZ 283807 B6 stoupající plyn v jejích reaktorových úsecích uspořádán vždy jeden sběrný prostor plynu pro jímání plynů vystupujících z kvasné suspenze a na vyfukované bubliny plynu chudý sedimentační prostor pro sedimentaci aktivních částic usazenin biohmoty, do kterého je zavedeno potrubí se škrticím orgánem pro odvod plynu, vytvořeným jako ventil. Každý rozdružovací element je vytvořen jako kvasnou kapalinou neprůtočný, směrem vzhůru uzavřený sběmý prostor plynu, rozdružovací elementy jsou v horizontální rozdružovací rovině uspořádány ve svislé ose vždy navzájem bočně přesazené vzhledem k rozdružovacím elementům upraveným v bezprostředně nad nimi a pod nimi vytvořené horizontální rozdružovací rovině, a reaktorové oblasti, vytvořené mezi tímto rozdružovacím elementem a mezi bezprostředně nad ním uspořádaným nejméně jedním dalším rozdružovacím elementem, jsou propojeny pouze otvorem, vytvořeným pro proudění bioplynu na přetékací hraně odpovídajícího sběrného prostoru plynu příslušného rozdružovacího elementu.

Jedno z možných provedení spočívá v tom, že rozdružovací element je vytvořen jako na jedné straně na stěně reaktoru pro výrobu bioplynu uspořádaná a vzhledem k ní kosoúhle dolů skloněná deska. Podle dalšího provedení je rozdružovací element vytvořen jako nálevkovité těleso se směrem vzhůru směřující uzavřenou špičkou. Jedno z výhodných provedení spočívá v tom, že rozdružovací element je vytvořen jako na jedné straně na stěně reaktoru pro výrobu bioplynu uspořádaný a vzhledem k ní kosoúhle dolů skloněný kruhový prstenec. Další výhodné provedení spočívá v tom, že rozdružovací element je vytvořen jako kruhové prstencové těleso s nálevkovitým průřezem, jehož uzavřená špička je upravena směrem vzhůru. Podle dalšího výhodného provedení rozdružovací element sestává z vodorovné desky, na jejímž okraji je vytvarována po obvodu upravená a dolů směřující boční příčka, nebo rozdružovací element sestává z nálevkovitého základního tělesa s dolů směřující špičkou, na jehož okraji je vytvarována po obvodu upravená a dolů směřující boční příčka a v jehož špičce je upraven průchod. Ještě další výhodné provedení je v tom, že na okraji kosoúhle dolů skloněné desky je vytvarována po obvodu upravená a dolů směřující boční příčka, na jejímž nejhlubším místě na stěně reaktoru pro výrobu bioplynu je vytvořen průchod.

Prostřednictvím reaktoru pro výrobu bioplynu podle vynálezu je možné ve všech provozních stavech, to znamená i při takových dávkách výroby plynu, které jsou větší než osm krychlových metrů bioplynu na krychlový metr objemu reaktoru a den, odvádět plyn z hlouběji upravených reaktorových oblastí. Vždy působí společně sada dvou rozdružovacích elementů, které jsou uspořádány nad sebou a které jsou ve svislé ose bočně navzájem přesazeny. Tím vytváří na přetékacích hranách rozdružovacích elementů přetékající bioplyn nad odpovídajícím rozdružovacím elementem cirkulační proudění, které nemůže vniknout do oblasti sběrných prostorů plynu. Tím neprochází rovinami rozdružovacích elementů proudění fermentační kapaliny. Tím se vytváří možnost ovládání příslušných stavů proudění v jednotlivých reaktorových oblastech a tak v nich lze dosáhnout optimálního provozu také tehdy, když se mění množství a kvalita přívodů odpadních vod.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je v dalším podrobněji vysvětlen na příkladech provedení reaktorů pro výrobu bioplynu ve spojení s výkresovou částí.

Na obr. 1 je schematicky znázorněn reaktor pro výrobu bioplynu v bokorysu. Na obr. 2 a obr. 3 je znázorněn reaktor pro výrobu bioplynu podle obr. 1 se svislými vodícími plochami v bokorysu a ve výřezu.

Na obr. 4 je znázorněn reaktor pro výrobu bioplynu s kruhově souměrně vytvořenými rozdružovacími elementy v bokorysu a ve výřezu.

-3CZ 283807 B6

Na obr. 5 je znázorněn v bokorysu a ve výřezu reaktor pro výrobu bioplynu, který má ve srovnání s reaktorem pro výrobu bioplynu podle obr. 4 zvětšený průměr.

Na obr. 6 je znázorněn rotačně souměrný reaktor pro výrobu bioplynu s vodícími plochami ve tvaru válce, a to v bokorysu a v řezu.

Na obr. 7a, 7b a 7c je znázorněn rozdružovací element s možnými vytvořeními přetékacích hran.

Na obr. 8, 9 a obr. 10 jsou znázorněna ve schematických bokorysech další vytvoření rozdružovacího elementu.

Na obr. 11 je znázorněno odběrové ústrojí plynu rozdružovacího elementu ve schematickém bokorysu.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je znázorněn reaktor 1 pro výrobu bioplynu, ve kterém jsou v různých výškách reaktoru 1 vytvořeny prostřednictvím rozdružovacích elementů 12 reaktorové oblasti 6. Rozdružovací elementy 12 jsou vytvořeny jako směrem dolů skloněné ploché desky 9, které společně s reaktorovou stěnou skříně 5 reaktoru vytvářejí vždy jeden sběrný prostor 7 plynu. Ve sběrných prostorech 7 plynu je shromažďován bioplyn, který stoupá z níže upravené reaktorové oblasti 6. Pokud se odebírá prostřednictvím potrubí 10 s ventilem 11 ze sběrného prostoru 7 plynu všechen zachycený bioplyn, vytváří se nad tímto rozdružovacím elementem 12 oblast chudá na plyn, která podporuje sedimentaci bioplynu. Pokud je ventil 11 uzavřen, proudí bioplyn po vnější přetékací hraně 8 rozdružovacího elementu 12 do nad ní upraveného prostoru následné reaktorové oblasti 6. Protože přetékající bioplyn stoupá jen na jedné straně v jedné prostorové polovině, vytváří se cirkulační proudění 16, které podporuje promíchávání. Rychlost cirkulačního proudění 16 se zvyšuje s narůstajícím objemovým prouděním plynu. Odběrem různých proudových objemů plynu prostřednictvím nastavení ventilů 11 lze nastavit cirkulační proudění 16 tak, aby se jednak dosahovalo ještě dostatečného promíchávání a jednak se zabránilo spolehlivě vynášení aktivní biohmoty. Toho se dosahuje tím, že se v odpovídající reaktorové oblasti 6 definovaně nastaví požadované cirkulační proudění 16 fermentační kapaliny tak, že cirkulační proudění 16 neproniká žádnou z horizontálních rozdružovacích rovin 53, omezujících reaktorové oblasti 6. Jak prokázaly experimenty v technické oblasti, mění se optimální odebíraný objemový proud plynu v různých výškách reaktoru 1 pro výrobu bioplynu. Ukázalo se, že v hlubších oblastech reaktoru 1 pro výrobu bioplynu je třeba podporovat promíchávání, zatímco v horních oblastech má přednost zadržování biohmoty.

Rozdružovací elementy 12 jsou uspořádány střídavě vždy na protilehlých stranách reaktorové stěny. Tím se dosáhne toho, že bioplyn, který stoupá z níže upraveného rozdružovacího elementu 12 je optimálně zachycován ve sběrném prostoru 7 plynu následujícího rozdružovacího elementu

12. Přídavná vychylovací ústrojí nejsou nutná. Přitom je zajištěno uspokojivé odlučování plynu i při extrémně vysokých hodnotách výroby plynu, jakož i při srovnatelně vysoké rychlosti cirkulačního proudění 16.

Mezní plochy mezi bioplynem a fermentační suspenzí, které jsou tvořeny rozdružovacími elementy 12, mají dále ten přídavný účinek, že aglomeráty bakterií, které ulpívají na těchto vytvářených plynových bublinách, stoupají až k této ploše. Tyto malé plynové bubliny jsou nyní zachycovány velkým objemem plynu, který se tam nachází, a od bioplynu uvolněné bakteriální aglomeráty se mohou opět usazovat v hlubších oblastech. Průřez reaktoru 1 pro výrobu bioplynu může mít například kruhový nebo pravoúhlý tvar.

-4CZ 283807 B6

Pro vedení cirkulačního proudění 16 v reaktorových oblastech 6 mohou být v reaktorových oblastech 6 upraveny svislé vodicí plochy Γ7. Vodicí plochy 17 mohou být v reaktorových oblastech 6 uspořádány centrálně, jak je to znázorněno na obr. 2. Je však také možné uspořádat vodicí plochy 17 tak, aby průřez 18 proudění směrem vzhůru směřujícího proudu byl větší nebo 5 menší než průřez 19 proudění směrem dolů směřujícího proudu. Pokud je průřez směrem vzhůru směřujícího proudu menší, zvýší se z důvodů kontinuity rychlost proudu v tomto úseku. Tak se dosáhne zvýšeného přenášení biohmoty směrem vzhůru, jak je to znázorněno na obr. 3. Při zvětšení tohoto průřezu 18 proudění vznikne opačný účinek.

io Na obr. 4 je znázorněn reaktor 2 pro výrobu bioplynu, který je vytvořen kruhově symetricky, přičemž každá reaktorová oblast 6 je definována prostřednictvím dvou rozdružovacích elementů 13, 14. Rozdružovací elementy 13 jsou vytvořeny ve tvaru kužele a jsou uspořádány uprostřed skříně 5 reaktoru, čímž vytvářejí centrální sběrný prostor 7 plynu. Rozdružovací elementy 14 jsou uspořádány se směrem dolů skloněnou deskovou rovinou na reaktorové stěně skříně 5 15 reaktoru, takže jejich přetékací hrany 8 jsou nasměrovány ke středu skříně 5 reaktoru.

Rozdružovací elementy 14 jsou vytvořeny kruhově symetricky. Sběrné prostory 7 plynu rozdružovacích elementů 13, 14 jsou připojeny prostřednictvím vždy jednoho potrubí 10 s ventilem 11 na centrální plynové potrubí 20. V reaktorových oblastech 6 se vytváří koaxiálně vzhledem ke střední ose 52 rotující cirkulační proudění 16 ve tvaru anuloidu.

Využitelný průměr reaktoru 3 pro výrobu plynu lze zvětšit přeskupením rozdružovacích elementů 13, 14. přičemž tvary průřezů rozdružovacích elementů 13, 14 zůstanou zachovány. Na obr. 5 je k tomu účelu schematicky znázorněn reaktor 3 pro výrobu bioplynu, který je stejně jako reaktor 2 pro výrobu bioplynu vytvořen kruhově symetricky. Poloměr Rj je zvětšen jen 25 o hodnotu AR na velikost R2, přičemž hodnota AR odpovídá průměru reaktoru 1 pro výrobu bioplynu. Tento reaktor 3 pro výrobu bioplynu má tři rozdílné rozdružovací elementy 13, 14, 15. Rozdružovací element 15 je vytvořen jako těleso ve tvaru kruhového prstence, které má tvar průřezu rozdružovacího elementu 13. V reaktorových oblastech mezi horizontálními rovinami rozdružovacích elementů 13, 14 a 15 se vytvářejí dvě navzájem soustředná cirkulační proudění 30 16 ve tvaru anuloidu, která mají navzájem opačný směr proudu. Obvodové rozdružovací elementy 14, jakož i rozdružovací elementy 13, 15 vytvářejí v případě velkých rozměrů reaktoru pro výrobu bioplynu velký výtlak. Tím vznikající síly musejí být zachycovány reaktorovou stěnou. Tyto síly případně mohou být také zachycovány dnem nebo víkem.

Na obr. 6 je znázorněn další rotačně symetrický reaktor 4 pro výrobu bioplynu s rozdružovacími elementy 13, 14 jako u reaktoru 2 pro výrobu plynu podle obr. 4, přičemž je však v každé reaktorové oblasti 6 vytvořena vodicí plocha 17 ve tvaru válce. Spodní úsek 34 rotačně symetrického reaktoru 4 pro výrobu bioplynu je vytvořen jako sedimentační prostor 23. Biologicky neaktivní pevné hmoty, které se sem usazují, mohou být odváděny prostřednictvím 40 odtokového potrubí 24. Přípojné potrubí 25 na spodním úseku 34 rotačně symetrického reaktoru pro výrobu bioplynu je určeno pro přívod substrátu. Na hlavu 27 reaktoru je připojeno odtokové potrubí 26 pro vyčištěnou odpadní vodu a plynové potrubí 32, které je spojeno s centrálním plynovým potrubím 20, kterým se odvádí vzniklý bioplyn pro další zpracování nebo zhodnocení.

Aby se při rozběhu rotačně symetrického reaktoru 4 pro výrobu bioplynu, kdy je koncentrace aktivní biohmoty ještě nízká a tím je vyráběné množství malé, zajistilo dostatečné promíchávání, lze prostřednictvím kompresoru 33 přídavně přivádět plyn do spodní oblasti rotačně symetrického reaktoru 4 pro výrobu bioplynu. Může se buď jednat o cizí plyn prostý kyslíku, 50 jako například dusík, nebo již o vyrobený bioplyn, který se tak přivádí do obvodu.

Je výhodné přivádět plyn tak, aby stoupající plynové bubliny uskutečňovaly zamíchávání přiváděním čerstvého substrátu. Aby se to usnadnilo, je spodní úsek spodní válcové vodicí

-5CZ 283807 B6 plochy 17 vytvořen jako kuželovité se rozšiřují vtokové hrdlo 22. Hlava 27 reaktoru má ve své horní oblasti prstencovou komoru 28, která slouží jako přídavná sedimentační oblast pro přídavné konečné odlučování biohmoty. Nejhořejší nálevkovitý rozdružovací element 13 je přitom odsáváním bioplynu prostřednictvím příslušného potrubí 10 s ventilem 11 provozován tak, že do nad ním ležící oblasti rotačně symetrického reaktoru 4 pro výrobu bioplynu není již předáván žádný bioplyn. Sedimentační prostor prstencové komory 28 je spojen s vnitřním prostorem 35 hlavy 27 reaktoru prostřednictvím horních otvorů 29 a spodních otvorů 30 ve vnitřní stěně 31 prstencové komory 28. Protože ve vnitřním prostoru 35 hlavy 27 reaktoru je třeba počítat s podílem plynu ve fermentační suspenzi, který je sice nižší, avšak ve srovnání s prstencovou komorou 28 je mírně větší, vytváří se prostřednictvím otvorů 29, 30 pomalé cirkulační proudění, které v prstencové komoře 28 směřuje dolů a tak podporuje sedimentaci a zabezpečuje zpětné vedení usazené biohmoty prostřednictvím otvoru 30 do vnitřního prostoru rotačně symetrického reaktoru 4 pro výrobu bioplynu. Pokud je otvor 30 uspořádán v místě, ve kterém také ve vnitřním prostoru rotačně symetrického reaktoru 4 pro výrobu bioplynu vzniká dolů směřující proudění, vytváří se optimální zpětná přeprava biohmoty do hlubších reaktorových oblastí 6.

Příkladné vytvoření přetékací hrany 8 u rozdružovacího elementu 12 je znázorněno na obr. 7b a obr. 7c jako pohled A-A podle obr. 7a. Na obr. 7a je znázorněn bokorys přetékací hrany 8 rozdružovacího elementu 12 podle obr. 1. Aby se zabránilo vlnovitému přetékání nahromaděného plynu, může mít přetékací hrana 8 zářezy 36, jak je to znázorněno na obr. 7b. Pokud je zářezy 36 opatřená jen část přetékací hrany 8, jak je to znázorněno na obr. 7c, zůstane výstup plynu na této části přetékací hrany 8 rozdružovacího elementu 12 omezen. V důsledku toho se vytváří ve svislé rovině, která je rovnoběžná s přetékací hranou 8, cirkulační proudění 37, které podporuje výměnu materiálu mezi prostory upravenými nad a pod rozdružovacím elementem 12. Tak se zdokonalí rovnoměrné rozdělování substrátu uvnitř rotačně symetrického reaktoru 4 pro výrobu bioplynu.

Na obr. 8 a obr. 9 jsou znázorněna další vytvoření rozdružovacích elementů 38, 39. Rozdružovací element 38 sestává z vodorovné desky 40, která je uspořádána soustředně ve skříni 5 reaktoru, a pod kterou vytváří na okrajích směrem dolů zhraněná boční příčka 41 definovaný sběrný prostor 7 plynu. V něm se shromažďující bioplyn je již popsaným způsobem odváděn prostřednictvím potrubí 10 s ventilem JJ.· Bioplyn, který stoupá prstencovou štěrbinou 42 mezi boční příčkou 41 a reaktorovou stěnou, vytváří v reaktorové oblasti 6 nad rozdružovacím elementem 38 cirkulační proudění, které vyplachuje mikroorganismy usazující se na vodorovné desce 40 rozdružovacího elementu 38. Při přerušovaném provozu se na rozdíl od toho mohou organismy usazovat jako aktivní usazeniny. Při použití tohoto rozdružovacího elementu 38 se vytváří menší výtlak, takže na rotačně symetrický reaktor 4 pro výrobu bioplynu působí menší síly a tím se také snižují potřebné konstrukční náklady. Tyto rozdružovací elementy 38, 39 jsou proto zvláště vhodné pro rotačně symetrické reaktory 4 pro výrobu bioplynu o velkých rozměrech.

Rozdružovací element 39 je také soustředně uspořádán ve skříni 5 reaktoru a sestává z nálevkovitého základního tělesa 43, které směřuje svojí špičkou dolů a které je na okraji opatřeno také dolů směřující boční příčkou 41. Prostřednictvím této boční příčky 41 se vytváří obvodový sběrný prostor 7 plynu. Ve špičce nálevkovitého základního tělesa 43 je vytvořen průchod 44, který je vytvořen tak, že nad rozdružovacím elementem 39 usazená usazenina může průchodem 44 procházet do reaktorové oblasti 6, upravené pod rozdružovacím elementem 39. Průchod 44 má přitom pokud možno malé rozměry, avšak naproti tomu je dostatečně velký k tomu, aby jeho průřez nemohl být ucpán protékající usazeninou. Cirkulační proudění 16, které se již uzavírá nad rozdružovacím elementem 39, není rozměrem průchodu 44 nijak ovlivněno. Před průchodem 44 je upraven rozptylovač 45 ve tvaru kužele. Prostřednictvím tohoto rozptylovače 45 se zabrání tomu, aby vzhůru stoupající plynové bubliny pronikaly průchodem 44 do vnitřního prostoru nálevky a tak v ní způsobovaly narušování sedimentace usazeniny. Rozdružovací elementy 38

-6CZ 283807 B6 a 39 mohou být obdobně vytvořeny jako rozdružovací element 15 ve tvaru kruhového tělesa, které má tvar průřezu rozdružovací elementů 38 nebo 39.

Na obr. 10 je znázorněno další vytvoření rozdružovacího elementu 49. Funkčně je u tohoto ve výřezu znázorněného reaktoru pro výrobu plynu střední osa 52 reaktoru pro výrobu bioplynu podle obr. 9 nahražena reaktorovou stěnou skříně 5 reaktoru. Rozdružovací element 49 je tvořen deskou 9, která je spojena s reaktorovou stěnou a která je vzhledem k ní nasměrována směrem vzhůru, přičemž na jejím volném koncovém úseku je uspořádána směrem dolů nasměrovaná boční příčka 41. Mezi ní a mezi deskou 9 je vytvořen sběrný prostor 7 plynu, který je prostřednictvím potrubí 10 s ventilem 11 spojen s blíže neznázoměným centrálním plynovým potrubím. Mezi boční příčkou 41 a mezi reaktorovou stěnou je vytvořen přetékací kanál 51, prostřednictvím kterého může být bioplyn proudící přes přetékací hranu 8 zaváděn do následné horní reaktorové oblasti 6. V nejnižším bodě desky 9 je v ní vytvořen průchod 44. Prostřednictvím tohoto průchodu 44 může protékat nazpět tekutá usazenina z usazovacího prostoru nad deskou 9 do reaktorové oblasti 6, která je pod ní.

Na obr. 11 je znázorněno provedení odběrového ústrojí 50 plynu, které je přiřazeno krozdružovacímu elementu 12. Aby byl ventil 11 chráněn před možným zahlcením obsahem reaktoru, je odběr plynu nad stanoveným stavem kapaliny omezen prostřednictvím plovákového ventilu 46. Aby se zachovala funkce plovákového ventilu 46 a/nebo ventilu 11 pro odběr plynu při případném znečištění, lze upravit proplachování kapalinou, směřující proti směru proudění plynu. K tomu účelu je k potrubí 10, které má ventil 11, připojeno proplachovací potrubí 47. Znečištění je možno se obávat zejména při vzniku pěny ve sběrném prostoru 7 plynu. Jako proplachovací kapalinu lze použít buď čerstvou potrubní vodu, nebo nedokonale fermentovaný substrát nebo již upravenou odpadní vodu.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Reaktor pro výrobu bioplynu, jehož skříň reaktoru je zcela nebo částečně naplněna aktivní biohmotou; a ve které je prostřednictvím jednoho nebo více ve tvaru sloupků nad sebou uspořádaných rozdružovacích elementů se vždy jednou přetékací hranou pro stoupající plyn v jejích reaktorových úsecích uspořádán vždy jeden sběrný prostor plynu pro jímání plynů vystupujících z kvasné suspenze; a na vyfukované bubliny plynu chudý sedimentační prostor pro sedimentaci aktivních částic usazenin biohmoty, do kterého je zavedeno potrubí se škrticím orgánem pro odvod plynu, vytvořeným jako ventil, vyznačující se tím, že každý rozdružovací element (12, 13, 14, 15, 38, 39, 49) je vytvořen jako kvasnou kapalinou neprůtočný, směrem vzhůru uzavřený sběrný prostor (7) plynu, rozdružovací elementy (12, 13, 14, 15, 38, 39, 49) jsou v horizontální rozdružovací rovině (53) uspořádány ve svislé ose vždy navzájem bočně přesazené vzhledem k rozdružovacím elementům upraveným v bezprostředně nad nimi a pod nimi vytvořené horizontální rozdružovací rovině (53), a reaktorové oblasti (6), vytvořené mezi tímto rozdružovacím elementem (12, 13, 14, 15, 38, 39,49) a mezi bezprostředně nad ním uspořádaným nejméně jedním dalším rozdružovacím elementem (12, 13, 14, 15, 38, 39, 49), jsou propojeny pouze otvorem, vytvořeným pro proudění bioplynu na přetékací hraně (8) odpovídajícího sběrného prostoru (7) plynu příslušného rozdružovacího elementu (12, 13, 14, 15, 38, 39, 49).
2. Reaktor pro výrobu bioplynu podle nároku 1, vyznačující se tím, že rozdružovací element (12) je vytvořen jako na jedné straně na stěně reaktoru (1) pro výrobu bioplynu uspořádaná a vzhledem k ní kosoúhle dolů skloněná deska (9).

-7CZ 283807 B6
3. Reaktor pro výrobu bioplynu podle nároku 1, vyznačující se tím, že rozdružovací element (13) je vytvořen jako nálevkovité těleso se směrem vzhůru směřující uzavřenou špičkou.
4. Reaktor pro výrobu bioplynu podle nároku 1, vyznačující se tím, že rozdružovací element (14) je vytvořen jako na jedné straně na stěně reaktoru (1) pro výrobu bioplynu uspořádaný a vzhledem k ní kosoúhle dolů skloněný kruhový prstenec (48).
5. Reaktor pro výrobu bioplynu podle nároku 1, vyznačující se tím, že rozdružovací element (15) je vytvořen jako kruhové prstencové těleso s nálevkovitým průřezem, jehož uzavřená špička je upravena směrem vzhůru.
6. Reaktor pro výrobu bioplynu podle nároku 1, vyznačující se tím, že rozdružovací element (38) sestává z vodorovné desky (40), na jejímž okraji je vytvarována po obvodu upravená a dolů směřující boční příčka (41).
7. Reaktor pro výrobu bioplynu podle nároku 1, vyznačující se tím, že rozdružovací element (39) sestává z nálevkovitého základního tělesa (43) s dolů směřující špičkou, na jehož okraji je vytvarována po obvodu upravená a dolů směřující boční příčka (41) a v jehož špičce je upraven průchod (44).
8. Reaktor pro výrobu bioplynu podle nároků 6a 7, vyznačující se tím, že vodorovná deska (40) a nálevkovité základní těleso (43) jsou vytvořeny v horizontální rovině ve tvaru kruhového prstence.
9. Reaktor pro výrobu bioplynu podle nároku 7, vyznačující se tím, že v odstupu od špičky nálevkovitého základního tělesa (43) je uspořádán rozptylovač (45).
10. Reaktor pro výrobu bioplynu podle nároku 9, vyznačující se tím, že rozptylovač (45) má průřez ve tvaru kužele se vzhůru směřujícím vrcholem.
11. Reaktor pro výrobu bioplynu podle nároků 8ažl0, vyznačující se tím, že rozptylovač (45) je vytvořen v horizontální rovině ve tvaru kruhového prstence.
12. Reaktor pro výrobu bioplynu podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že na okraji kosoúhle dolů skloněné desky (9) je vytvarována po obvodu upravená a dolů směřující boční příčka (41) a na jejímž nejhlubším místě na stěně reaktoru pro výrobu bioplynu je vytvořen průchod (44).
13. Reaktor pro výrobu bioplynu podle nároků lažl2, vyznačující se tím, že ve skříni (5) reaktoru je pro vytvoření vertikálně nad sebou upravených reaktorových oblastí (6) uspořádána kombinace rozdružovacích elementů (12) a/nebo (13) a/nebo (14) a/nebo (15) a/nebo (38) a/nebo (39) a/nebo (49).
14. Reaktor pro výrobu bioplynu podle nároků 1 až 13, vy z n a č uj í c í se tím, že hlava (27) reaktoru je obklopena prstencovou komorou (28), tvořící sedimentační prostor, která je spojena prostřednictvím otvorů (29, 30), vytvořených nad a pod nejvyšším rozdružovacím elementem (13), s vnitřním prostorem (35) hlavy (27) reaktoru, upraveným nad nejvyšším rozdružovacím elementem (13) a spojeným s reaktorovou oblastí (6), uspořádanou pod nejvyšším rozdružovacím elementem (13).

-8CZ 283807 B6
15. Reaktor pro výrobu bioplynu podle nároků 1 až 14, vyznačující se tím, že spodnímu úseku (34) skříně (5) reaktoru, vytvořeného jako sedimentační prostor (23), je přiřazen kompresor (33) pro přívod plynu pro promíchávání biohmoty.
16. Reaktor pro výrobu bioplynu podle nároků 1 až 15, vyznačující se tím, že nejméně v jedné reaktorové oblasti (6) je uspořádána vertikální vodicí plocha (17) pro cirkulační proudění (16).
17. Reaktor pro výrobu bioplynu podle nároku 16, vyznačující se tím, že nejméně jedna vertikální vodicí plocha (17) je vytvořena ve tvaru válce.
18. Reaktor pro výrobu bioplynu podle nároku 17, vyznačující se tím, že na válcové vodicí ploše (17), uspořádané v nejspodnější reaktorové oblasti (6), je vytvořeno vtokové hrdlo (22).
19. Reaktor pro výrobu bioplynu podle nároku 1, u kterého je každý sběrný prostor plynu spojen s odběrovým ústrojím plynu s plovákovým ventilem, přiřazeným k potrubí pro odběr plynu, vyznačující se tím, žek potrubí (10) je připojeno proplachovací potrubí (47), pro přívod proplachovací kapaliny do ventilu (11) a do plovákového ventilu (46).