EA036349B1 - Biogas plant for anaerobic processing of organic waste - Google Patents

Biogas plant for anaerobic processing of organic waste Download PDF

Info

Publication number
EA036349B1
EA036349B1 EA201900103A EA201900103A EA036349B1 EA 036349 B1 EA036349 B1 EA 036349B1 EA 201900103 A EA201900103 A EA 201900103A EA 201900103 A EA201900103 A EA 201900103A EA 036349 B1 EA036349 B1 EA 036349B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
bioreactor
biogas
substrate
organic waste
biogas plant
Prior art date
Application number
EA201900103A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
EA201900103A3 (en
EA201900103A2 (en
Inventor
Валерий Анатольевич Славиковский
Денис Валерьевич Славиковский
Антон Валерьевич Славиковский
Original Assignee
Денис Валерьевич Славиковский
Антон Валерьевич Славиковский
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Денис Валерьевич Славиковский, Антон Валерьевич Славиковский filed Critical Денис Валерьевич Славиковский
Priority to EA201900103A priority Critical patent/EA036349B1/en
Publication of EA201900103A2 publication Critical patent/EA201900103A2/en
Publication of EA201900103A3 publication Critical patent/EA201900103A3/en
Publication of EA036349B1 publication Critical patent/EA036349B1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/107Apparatus for enzymology or microbiology with means for collecting fermentation gases, e.g. methane
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/02Apparatus for enzymology or microbiology with agitation means; with heat exchange means
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/02Biological treatment
    • C02F11/04Anaerobic treatment; Production of methane by such processes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C05FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05FORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C, e.g. FERTILISERS FROM WASTE OR REFUSE
    • C05F3/00Fertilisers from human or animal excrements, e.g. manure
    • C05F3/06Apparatus for the manufacture
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/04Apparatus for enzymology or microbiology with gas introduction means
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/107Apparatus for enzymology or microbiology with means for collecting fermentation gases, e.g. methane
    • C12M1/113Apparatus for enzymology or microbiology with means for collecting fermentation gases, e.g. methane with transport of the substrate during the fermentation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/16Apparatus for enzymology or microbiology containing, or adapted to contain, solid media
    • C12M1/18Multiple fields or compartments
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/36Apparatus for enzymology or microbiology including condition or time responsive control, e.g. automatically controlled fermentors
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M21/00Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/04Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses for producing gas, e.g. biogas
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M47/00Means for after-treatment of the produced biomass or of the fermentation or metabolic products, e.g. storage of biomass
    • C12M47/10Separation or concentration of fermentation products
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M47/00Means for after-treatment of the produced biomass or of the fermentation or metabolic products, e.g. storage of biomass
    • C12M47/20Heating or cooling
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A40/00Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
    • Y02A40/10Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
    • Y02A40/20Fertilizers of biological origin, e.g. guano or fertilizers made from animal corpses
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10Process efficiency
    • Y02P20/129Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Fertilizers (AREA)

Abstract

The proposed device relates to the field of agriculture and food industry, namely to equipment for processing waste such as vegetable remnants, beetroot pulp and molasses, livestock breeding waste, on a commercial scale for their utilization and obtaining fertilizers and biogas, for creation of a closed biological cycle in agricultural industry. A biogas plant for anaerobic processing of organic waste comprises a receiving chopper (1), a feeding device (2), a homogenizer, a heat exchanger (5), a substrate collector (6), a bioreactor (10) with a rotary separator, dosing units (16, 23), a reducer-distributor (14), a gas reciprocating engine GRE (41), a separator (40), a biofertilizer cooler (28), a heat pump plant (30), a thermal unit (34), a gas boiler (35). The technical results consist in increasing the plant operating efficiency, minimizing the plant dimensions, increasing the substrate processing degree, reducing heat losses and primary energy consumption for operating needs, increasing the specific yield of biogas and increasing the content of methane in it, reducing crust formation, increasing the plant operation reliability.

Description

Предлагаемое устройство относится к области сельского хозяйства и пищевых производств, а именно к оборудованию для переработки отходов в виде остатков растений, свекловичного жома и патоки, отходов животноводства в промышленных масштабах с целью их утилизации и получения удобрений и биогаза, создания замкнутого биологического цикла в сельскохозяйственном производстве.The proposed device relates to the field of agriculture and food production, namely, equipment for processing waste in the form of plant residues, beet pulp and molasses, animal waste on an industrial scale for the purpose of their utilization and obtaining fertilizers and biogas, creating a closed biological cycle in agricultural production ...

Известно устройство биореактора (1), которое состоит из теплоизолированного корпуса с куполом для сбора биогаза, внутренняя часть емкости биореактора разделена перегородками, которые установлены вертикально и соединены со стенками корпуса, в каждой секции между перегородками, кроме первой и последней, выполнены окна перетекания биомассы из секции в секцию. Каждая секция снабжена коллектором для подачи подпиток, теплообменником, перемешивающим устройством, датчиками рН, еН, температуры и уровня биомассы.A bioreactor device (1) is known, which consists of a thermally insulated housing with a dome for collecting biogas, the inner part of the bioreactor tank is divided by partitions that are installed vertically and connected to the walls of the housing, in each section between the partitions, except for the first and the last, there are biomass flow windows from section to section. Each section is equipped with a manifold for feeding make-up, a heat exchanger, a stirring device, pH, eH, temperature and biomass level sensors.

Основные недостатки данного технического решения:The main disadvantages of this technical solution:

высокая вероятность образования корки и отсутствие устройства для ее удаления, что снижает выделение биогаза;high probability of crust formation and the absence of a device for its removal, which reduces the release of biogas;

снижение теплообмена теплообменников из-за отложения на поверхности теплообменников ила ввиду низкой скорости движения субстрата вдоль их поверхности, что приведет к необходимости дополнительного повышения температуры в теплообменнике и увеличению расхода тепла.a decrease in the heat exchange of heat exchangers due to the deposition of sludge on the surface of the heat exchangers due to the low velocity of the substrate along their surface, which will lead to the need for an additional increase in the temperature in the heat exchanger and an increase in heat consumption.

В изобретении минимизируется, но не полностью устраняется смешивание субстрата из соседних сегментов с разными фазами, что приводит к не полной переработке субстрата и его обеззараживанию.The invention minimizes, but does not completely eliminate the mixing of the substrate from adjacent segments with different phases, which leads to incomplete processing of the substrate and its disinfection.

Нужна эффективная термоизоляция между перегородками из-за различной температуры субстрата, а также, согласно заявленному поэтапному наполнению биореактора, перегородки должны обладать достаточной прочностью, что повышает материалоемкость.We need effective thermal insulation between the partitions due to the different substrate temperatures, and also, according to the declared stage-by-stage filling of the bioreactor, the partitions must have sufficient strength, which increases the material consumption.

Переток субстрата из одного сегмента в другой с разными температурами будет вносить температурный градиент величиной 10°С, что негативно скажется на работе бактерий и приведет к снижению выработки биогаза.The overflow of the substrate from one segment to another with different temperatures will introduce a temperature gradient of 10 ° C, which will negatively affect the work of bacteria and lead to a decrease in biogas production.

Известна установка для анаэробной переработки органических отходов (2), содержащая анаэробный биореактор с основным нагревателем биомассы, выполненный в виде герметично закрытой емкости, разделенной с помощью вертикальных перегородок на секции, патрубки загрузки сырья и выгрузки жидкого органического удобрения, систему подачи исходного сырья, систему отвода биогаза с компрессором, систему управления технологическим процессом, выполненную в виде программируемого компьютера.Known installation for anaerobic processing of organic waste (2), containing an anaerobic bioreactor with a main biomass heater, made in the form of a hermetically sealed container, divided by vertical partitions into sections, branch pipes for loading raw materials and unloading liquid organic fertilizer, feed system for raw materials, drainage system biogas with a compressor, a process control system made in the form of a programmable computer.

Основные недостатки данного технического решения:The main disadvantages of this technical solution:

биореактор разделен на три секции под углом 120°, что образует три емкости равного объема, гидролизную, кослотоацидогенную и метаногенную, а в силу того, что скорость протекания реакций различная и соотносится ориентировочно как 1-0,3:5-1:3-1,5 и зависит от состава исходного сырья, то в установке эти значения времени брожения будут равными, что приведет либо не к полному завершению реакции на одной из стадий, не полной переработке субстрата и недополучению биогаза, либо к излишней продолжительности времени реакции в отдельной секции и снижению общей производительности установки;the bioreactor is divided into three sections at an angle of 120 °, which forms three containers of equal volume, hydrolysis, acidogenic and methanogenic, and due to the fact that the reaction rate is different and is roughly related as 1-0.3: 5-1: 3-1 , 5 and depends on the composition of the feedstock, then in the installation these values of the fermentation time will be equal, which will either lead to incomplete completion of the reaction at one of the stages, incomplete processing of the substrate and less biogas, or to an excessive duration of the reaction time in a separate section and decrease in overall plant productivity;

перемешивание реализовано только в метаногенной секции с помощью шнека, что по сравнению с другими методами (винтом, гидравлический и др.) требует высоких затрат энергии и не обеспечивает высокой скорости движения теплоносителя вдоль теплопередающей поверхности, что со временем вызовет обрастание ее отложениями и потерей теплопроводности с увеличением расхода тепла на подогрев субстрата;mixing is realized only in the methanogenic section using a screw, which, in comparison with other methods (screw, hydraulic, etc.), requires high energy costs and does not provide a high speed of movement of the coolant along the heat transfer surface, which will eventually cause fouling of its deposits and loss of thermal conductivity with an increase in heat consumption for heating the substrate;

перемешивание в гидролизной и кослотоацидогенной секциях отсутствует, что вызовет в силу слабой конвекции плохое перемешивание субстрата и его неравномерное прогревание, что, в свою очередь, снизит скорость протекания реакций и образование на теплонесущих поверхностях отложений, которые снизят теплопроводность, и со временем увеличится расход биогаза на собственные нужды, также в кослотоацидогенной секции может образовываться корка, которая будет блокировать протекание реакции, также будет образовываться отложение ила в нижней части реактора, что вызовет необходимость его периодической чистки;there is no mixing in the hydrolysis and acidogenic sections, which, due to weak convection, will cause poor mixing of the substrate and its uneven heating, which, in turn, will reduce the rate of reactions and the formation of deposits on the heat-carrying surfaces, which will reduce thermal conductivity, and over time, the consumption of biogas will increase. own needs, a crust may also form in the acidogenic section, which will block the reaction, and sludge will also form in the lower part of the reactor, which will cause the need for periodic cleaning;

применение электродвигателя неэффективно в силу того, что электроэнергия из сети имеет высокую стоимость и при этом используется порядка 20% энергии исходного топлива;the use of an electric motor is inefficient due to the fact that electricity from the network has a high cost and at the same time about 20% of the energy of the initial fuel is used;

внешний подогрев в установке имеет высокую степень излучения тепловой энергии во внешнюю среду, что приводит к большим тепловые потерям;external heating in the installation has a high degree of radiation of thermal energy into the external environment, which leads to large heat losses;

в изобретении присутствуют большие тепловые потери с уходящим биогазом и переработанным субстратом;in the invention there are large heat losses with leaving biogas and processed substrate;

отсутствует подогрев субстрата до необходимой температуры в системе подачи исходного сырья, что будет вызывать температурный градиент при загрузке реактора и падение скорости реакции гидролиза.there is no heating of the substrate to the required temperature in the feed system, which will cause a temperature gradient when loading the reactor and a drop in the rate of the hydrolysis reaction.

Известно устройство (3), наиболее близкое по технической сущности и достигаемому результату, которое состоит из навозоприемника, анаэробного биореактора, насоса, теплообменника - конденсатора, связанных в единый циркуляционный контур, отстойника-накопителя удобрений с теплообменником - 1 036349 испарителем теплового насоса. Теплообменники связаны друг с другом посредством компрессора с газомоторным приводом на биогазе с образованием термодинамического контура теплового насоса. Теплообменник-конденсатор теплового насоса выполнен в виде вертикальной трубы с полыми стенками и размещен коаксиально внутри анаэробного биореактора, теплообменник-испаритель теплового насоса выполнен в виде погружного змеевика и размещен в нижней части отстойника-накопителя удобрений. Предусмотрен как минимум один дополнительный биореактор с насосом и теплообменником, выполненный аналогично теплообменнику-конденсатору, в котором используется тепловая энергия охлаждающей жидкости и выхлопных газов газомоторного привода теплового насоса.Known device (3), the closest in technical essence and the achieved result, which consists of a manure receiver, an anaerobic bioreactor, a pump, a heat exchanger - condenser, connected into a single circulation loop, a fertilizer storage tank with a heat exchanger - 1 036349 heat pump evaporator. The heat exchangers are connected to each other by means of a compressor with a gas engine driven biogas to form a thermodynamic circuit of the heat pump. The heat exchanger-condenser of the heat pump is made in the form of a vertical pipe with hollow walls and is placed coaxially inside the anaerobic bioreactor, the heat exchanger-evaporator of the heat pump is made in the form of a submersible coil and is located in the lower part of the sump-storage of fertilizers. At least one additional bioreactor with a pump and a heat exchanger is provided, made similar to a heat exchanger-condenser, which uses the heat energy of the cooling liquid and exhaust gases of the gas engine drive of the heat pump.

Основные недостатки данного технического решения:The main disadvantages of this technical solution:

при больших размерах биореактора использование в качестве конденсатора трубы с полыми стенками не обеспечит равномерной температуры по ее периметру и соответственно одинаковую температуру в каждой точке биореактора, что негативно скажется на процессе биохимической реакции и уменьшении выделения биогаза;with large dimensions of the bioreactor, the use of a pipe with hollow walls as a condenser will not provide a uniform temperature around its perimeter and, accordingly, the same temperature at each point of the bioreactor, which will negatively affect the biochemical reaction process and reduce the release of biogas;

поскольку теплообменник-конденсатор в биореакторе имеет большую площадь, то гидравлическое перемешивание не обеспечит высокую скорость течения субстрата вдоль стенок теплообменника, а соответственно со временем они будут покрываться налетом и ухудшится теплообмен, что приведет к увеличению потерь тепла на подогрев;since the heat exchanger-condenser in the bioreactor has a large area, hydraulic stirring will not provide a high flow rate of the substrate along the walls of the heat exchanger, and accordingly, over time, they will be covered with deposits and heat transfer will deteriorate, which will lead to an increase in heat loss for heating;

теплосъем теплообменником-испарителем будет иметь низкую эффективность, так как он помещен в твердую фракцию, где не предусмотрено хорошего теплообмена, что приведет к слабому отбору тепла с уходящей твердой фракции, в то же время жидкая фракция будет уносить основное количество тепла и воды, что негативно скажется на эффективности установки;heat removal by the heat exchanger-evaporator will have low efficiency, since it is placed in the solid fraction, where good heat exchange is not provided, which will lead to poor heat removal from the leaving solid fraction, at the same time, the liquid fraction will carry away the main amount of heat and water, which is negative will affect the efficiency of the installation;

в предложенной конструкции очевидна проблема поддержания стабильных параметров температуры субстрата, так как исходный навоз может имеет в зависимости от сезона температуру от -20 до +30°С и более в зависимости от климатической зоны использования, что соответственно изменит нагрузку на тепловой насос, эффективность его работы и приведет к разбалансу температур в первом и втором биореакторе относительно оптимальной, затруднительно будет поддержание номинальной температуры, что приведет к замедлению реакции и уменьшению выхода биогаза;in the proposed design, the problem of maintaining stable parameters of the substrate temperature is obvious, since the original manure, depending on the season, can have a temperature from -20 to + 30 ° C or more, depending on the climatic zone of use, which will accordingly change the load on the heat pump, its efficiency and will lead to an imbalance of temperatures in the first and second bioreactors relative to the optimal one, it will be difficult to maintain the nominal temperature, which will slow down the reaction and reduce the biogas yield;

в конструкции не учтен факт того, что при двухфазном брожении соотношение времени первой и второй фазы соотносятся как 1:6-4 в зависимости от используемого сырья, также в первой фазе брожения проходят преимущественно процессы гидролиза и кислотообразования, при которых в основном выделяются газы H2, CO2 и H2S, которые в установке подаются в газохранилище, ухудшая тем самым параметры биогаза по проценту содержания метана;the design does not take into account the fact that during two-phase fermentation, the ratio of the time of the first and second phases are related as 1: 6-4, depending on the raw material used, also in the first phase of fermentation, mainly hydrolysis and acidification processes take place, in which H 2 gases are mainly released , CO 2 and H 2 S, which are supplied to the gas storage in the installation, thereby worsening the parameters of biogas in terms of the percentage of methane;

при непрерывном цикле работы установки, особенно при интенсивном перемешивании, со второго биореактора будет поступать в отстойник не перебродивший субстрат, что вызывает проблему с неполной дегельминтизацией, а также будет неполная переработка биомассы, что снижает эффективность установки, и для использования удобрения потребуется дополнительная ее стерилизация;with a continuous cycle of operation of the installation, especially with intensive mixing, from the second bioreactor the non-fermented substrate will enter the settler, which causes a problem with incomplete deworming, and there will also be incomplete processing of the biomass, which reduces the efficiency of the installation, and additional sterilization will be required to use the fertilizer;

высокая вероятность образования корки и отсутствие устройства для ее удаления, что снизит выделение биогаза;a high probability of crust formation and the absence of a device for its removal, which will reduce the release of biogas;

наличие отстойника и двух биореакторов, один из которых работает в мезофильном режиме, определяет большие потери тепловой энергии субстрата через большую ограждающую поверхность в окружающую среду.the presence of a settling tank and two bioreactors, one of which operates in a mesophilic mode, determines large losses of thermal energy of the substrate through a large enclosing surface into the environment.

При анализе открытых источников заявителем не выявлены технические решения, тождественные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого изобретения критерию новизна.When analyzing open sources, the applicant did not identify technical solutions identical to the claimed one, which allows us to conclude that the proposed invention meets the criterion of novelty.

Задачей настоящего изобретения является создание биогазовой установки с высокой эффективностью процесса производства биогаза и органического удобрения, обеспечение улучшенных потребительских свойств получаемых продуктов и их качества, снижение удельной себестоимости и сроков окупаемости биогазовой установки.The objective of the present invention is to create a biogas plant with high efficiency of the biogas and organic fertilizer production process, to provide improved consumer properties of the resulting products and their quality, to reduce the specific cost and payback period of the biogas plant.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Технические результаты предлагаемой в изобретении биогазовой установки заключаются в увеличении производительности ее работы, уменьшении габаритов установки, увеличении степени переработки субстрата, уменьшении потерь тепла и расходов первичной энергии на собственные нужды, увеличении удельного выхода биогаза и увеличении содержания в нем метана, снижении образования корки, повышении надежности работы установки, которые обеспечиваются следующей совокупностью существенных признаков:The technical results of the biogas plant proposed in the invention are to increase the productivity of its operation, reduce the size of the plant, increase the degree of substrate processing, reduce heat losses and primary energy consumption for auxiliary needs, increase the specific yield of biogas and increase the content of methane in it, reduce the formation of a crust, increase reliability of the installation, which are provided by the following set of essential features:

навозоприемник имеет измельчитель поступающих субстратов и соединен с подающим устройством, предпочтительно шнекового типа, выход которого соединен с гомогенизатором, гомогенизатор расположен в едином теплоизолированном корпусе с теплообменником и накопителем готового субстрата, температура готового субстрата в накопителе, независимо от температуры исходного субстрата, поступающего в навозоприемник, задается программно контроллером и поддерживается теплообменником стабильной на уровне ±52°С, соответствующем термофильному режиму, объем накопителя входного субстрата определяется какthe manure receiver has a shredder for incoming substrates and is connected to a feeding device, preferably of a screw type, the outlet of which is connected to a homogenizer, the homogenizer is located in a single heat-insulated housing with a heat exchanger and a ready-made substrate accumulator, the temperature of the finished substrate in the accumulator, regardless of the temperature of the initial substrate entering the manure receiver, is set by the software controller and is maintained by the heat exchanger stable at a level of ± 52 ° C, corresponding to the thermophilic regime, the storage volume of the input substrate is determined as

- 2 036349- 2 036349

VH=V6p/n, гдеVH = V6p / n, where

VH - объем накопителя,VH - drive volume,

V6p - объем биореактора, n - количество секций биореактора;V 6p is the volume of the bioreactor, n is the number of sections of the bioreactor;

с выхода сепаратора биоустановки на вход гомогенизатора подается сепарационная вода, содержащая остатки бактерий брожения и температурой ±52°С, также на вход гомогенизатора через дозатор подаются вода и добавки в виде бактерий, микроэлементов и нормализаторы pH (мел, известь), управляемый контроллером по информации датчиков pH, еН, температуры и анализатора СВ (не показано на схеме), что обеспечивает качественную исходную подготовку сырья, первую и частично вторую фазу (гидролиз, кислотогенез) при термофильном режиме и оптимальных значениях pH, еН и температуры, что позволяет уменьшить время протекания реакции, в зависимости от сырья до 8-48 ч, при минимальном энергопотреблении, выход готового субстрата поступает в биореактор по трубопроводу для метаногенеза;Separation water containing residues of fermentation bacteria and a temperature of ± 52 ° C is supplied from the outlet of the separator of the biological installation to the inlet of the homogenizer; water and additives in the form of bacteria, microelements and pH normalizers (chalk, lime) are also supplied to the inlet of the homogenizer through the dispenser sensors pH, eH, temperature and analyzer CB (not shown in the diagram), which provides a high-quality initial preparation of raw materials, the first and partially the second phase (hydrolysis, acidogenesis) at thermophilic mode and optimal values of pH, eH and temperature, which allows to reduce the flow time reactions, depending on the raw material, up to 8-48 hours, with minimal energy consumption, the output of the finished substrate enters the bioreactor through a pipeline for methanogenesis;

биореактор выполнен из теплоизолированного корпуса, в центре которого установлен карусельный сепаратор с возможностью вращения, разделяющий биореактор предпочтительно на пять секторов для многоступенчатого сбраживания, на стенки биореактора в каждом секторе, кроме первого, нанесено пористое или пленочное покрытие на всю высоту и по ширине на 40-80% от ширины сектора с возможностью задерживать бактерии, соответствующие стадии брожения, магистрали для подачи и удаления субстрата, подающая магистраль находится выше ватерлинии субстрата, магистраль удаления субстрата на уровне дна биореактора и обе магистрали находятся на одной вертикальной линии в первом секторе, дно биореактора имеет уклон от центра к стенкам биореактора, магистрали удаления биогаза и подачи газа в барботатор, карусельный сепаратор содержит циркуляционную колонну, вертикальные сепараторы герметично прикреплены внутренней стороной к циркуляционной колонне, а внешняя и нижняя сторона имеют эластичное окончание, плотно прилегающее к внутренней стенке и дну биореактора, создавая герметичность между секциями с возможностью свободного перемещения относительно корпуса биореактора, горизонтальные сепараторы закреплены на направляющих в каждой секции с возможностью перемещения от низа до верха, и их перемещение согласовано с наполнением/опорожнением биореактора, горизонтальные сепараторы имеют дренажные люки с возможностью их автоматического открывания, количество вертикальных и соответствующих им горизонтальных сепараторов может быть 3-8 штук, что позволяет разделить пространственно биореактор, предпочтительно на пять секций, где брожение субстрата в каждой секции происходит в оптимальном режиме, дозирующее устройство-2 с возможностью подачи корректирующих добавок в субстрат каждой секции под управлением контроллера, датчики pH, еН, температуры, что в совокупности обеспечивает минимальное время брожения, которое в зависимости от используемого сырья может составлять от 3 до 10 суток, высокую степень переработки субстрата с получением максимального выхода биогаза с высоким содержанием метана при минимальном потреблении энергии на собственные нужды;the bioreactor is made of a heat-insulated casing, in the center of which there is a rotatable rotary separator separating the bioreactor, preferably into five sectors for multi-stage fermentation, on the walls of the bioreactor in each sector, except for the first one, a porous or film coating is applied to the entire height and width by 40 80% of the width of the sector with the ability to retain bacteria corresponding to the stage of fermentation, the lines for supplying and removing the substrate, the supply line is above the waterline of the substrate, the line for removing the substrate is at the level of the bottom of the bioreactor and both lines are on the same vertical line in the first sector, the bottom of the bioreactor has the slope from the center to the walls of the bioreactor, the biogas removal line and gas supply to the bubbler, the rotary separator contains a circulation column, the vertical separators are hermetically attached by the inner side to the circulation column, and the outer and lower sides have elastic ends, tightly attached running to the inner wall and bottom of the bioreactor, creating tightness between the sections with the possibility of free movement relative to the bioreactor body, horizontal separators are fixed on guides in each section with the ability to move from bottom to top, and their movement is coordinated with filling / emptying the bioreactor, horizontal separators have drainage hatches with the possibility of their automatic opening, the number of vertical and corresponding horizontal separators can be 3-8 pieces, which makes it possible to spatially divide the bioreactor, preferably into five sections, where the fermentation of the substrate in each section occurs in the optimal mode, the dosing device-2 with the possibility of feeding corrective additives to the substrate of each section under the control of a controller, pH, eH, temperature sensors, which together provide a minimum fermentation time, which, depending on the raw material used, can be from 3 to 10 days, a high degree of processing and a substrate to obtain the maximum yield of biogas with a high methane content with minimum energy consumption for own needs;

циркуляционная колонна содержит теплообменник, в каждой ее секции содержится проточный теплообменник подогрева субстрата, как минимум один насос для гидравлического перемешивания и измельчения корки субстрата, входные и выходные окна в каждой секции, уровень ватерлинии субстрата расположен на середине входных окон, внешний кожух, секторы выполнены герметичными по отношению друг к другу, карусельные сепараторы закреплены к циркуляционной колонне, вращение циркуляционной колонны и привод насосов осуществляется через редуктор от ГПД что в совокупности позволяет поддерживать заданную температуру в биореакторе, проводить эффективное гидравлическое перемешивание субстрата, разрушать образующуюся корку, с помощью контроллера управлять оптимальным ходом реакции брожения и проводить загрузку/выгрузку биореактора;the circulation column contains a heat exchanger, each of its sections contains a flow-through heat exchanger for heating the substrate, at least one pump for hydraulic mixing and crushing of the substrate crust, inlet and outlet windows in each section, the level of the substrate waterline is located in the middle of the inlet windows, the outer casing, the sectors are made sealed in relation to each other, rotary separators are fixed to the circulation column, the rotation of the circulation column and the drive of the pumps are carried out through a gearbox from the GPE, which together allows maintaining the set temperature in the bioreactor, carrying out effective hydraulic mixing of the substrate, breaking the formed crust, using the controller to control the optimal stroke fermentation reactions and carry out loading / unloading of the bioreactor;

теплонасосная установка (ТНУ) с приводом от ГПД, первый испаритель которой вмонтирован в охладитель-сепаратор биогаза, второй испаритель вмонтирован в охладитель биоудобрения, конденсатор, подключенный к тепловому узлу, контур охлаждения ГПД привода, ГПД ТНУ, ГПД когенерационной установки (не показан), газовый котел подключены на вход теплового узла, к выходу которого подключен теплообменник гомогенизатора и теплообменник циркуляционной колонны с возможностью независимой регулировки температуры в накопителе и биореакторе.a heat pump unit (HPU) driven by a GPE, the first evaporator of which is built into the biogas cooler-separator, the second evaporator is built into a biofertilizer cooler, a condenser connected to a heating unit, a cooling circuit of the GPE drive, GPE HPU, GPE of a cogeneration plant (not shown), the gas boiler is connected to the input of the heating unit, to the output of which the heat exchanger of the homogenizer and the heat exchanger of the circulation column are connected with the possibility of independent temperature control in the storage and bioreactor.

Применение ГПД для привода механизмов биоустановки с утилизацией выделяемого тепла, утилизация остаточного тепла биоудобрения и биогаза при помощи ТНУ и суммирование его в тепловом пункте с последующей раздельной передачей для подогрева субстрата в накопителе и биореакторе для поддержания строго заданного температурного режима позволяет снизить до минимума потребление биогаза на собственные нужды биоустановки, а также значительно улучшить условия протекания реакции, что увеличивает удельный выход товарного газа и содержание в нем метана.The use of the GPE to drive the mechanisms of a biological plant with the utilization of the generated heat, the utilization of the residual heat of biofertilizer and biogas with the help of HPU and its summation in the heating station with subsequent separate transmission for heating the substrate in the storage tank and the bioreactor to maintain a strictly specified temperature regime allows to reduce to a minimum the consumption of biogas by own needs of the biological plant, as well as significantly improve the conditions for the reaction, which increases the specific yield of commercial gas and the content of methane in it.

Применение термофильного режима в сочетании с предложенными в изобретении техническими решениями позволяет уменьшить габариты биореактора и накопителя и при этом увеличить производительность установки при высокой степени переработки сырья.The use of a thermophilic mode in combination with the technical solutions proposed in the invention makes it possible to reduce the dimensions of the bioreactor and accumulator and, at the same time, to increase the productivity of the installation with a high degree of raw material processing.

Заявителем не обнаружены какие-либо источники информации, содержащие сведения о влиянии совокупно заявленных отличительных признаков на досягаемый вследствие их реализации техническийThe applicant did not find any sources of information containing information about the influence of the aggregate declared distinctive features on the technical

- 3 036349 результат. Это, по мнению заявителя, свидетельствует о соответствии данного технического решения критерию изобретательский уровень.- 3 036349 result. This, according to the applicant, indicates the compliance of this technical solution with the inventive step criterion.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено:The essence of the invention is illustrated by drawings, which shows:

на фиг. 1 - биогазовая установка для анаэробной переработки органических отходов;in fig. 1 - biogas plant for anaerobic processing of organic waste;

на фиг. 2 - биореактор;in fig. 2 - bioreactor;

на фиг. 3 - дно биореактора (вид сверху);in fig. 3 - the bottom of the bioreactor (top view);

на фиг. 4 - разрез дна биореактора;in fig. 4 - section of the bottom of the bioreactor;

на фиг. 5 - циркуляционная колонна биореактора;in fig. 5 - bioreactor circulation column;

на фиг. 6 - разрез циркуляционной колонны биореактора;in fig. 6 - section of the circulation column of the bioreactor;

на фиг. 7 - редуктор биореактора;in fig. 7 - bioreactor reducer;

на фиг. 8 - выключатель насоса биореактора;in fig. 8 - bioreactor pump switch;

на фиг. 9 - теплообменник циркуляционной колонны.in fig. 9 - heat exchanger of the circulation column.

На фиг. 1-9 отображены только принципиально важные функциональные элементы, касающиеся сути изобретения.FIG. 1-9 only the fundamentally important functional elements related to the essence of the invention are shown.

Биогазовая установка для анаэробной переработки органических отходов (фиг. 1) содержит приемник-измельчитель 1, соединенный валом приемника измельчителя 15, подключенного к редуктору распределителю 14, приемник-измельчитель 1 соединен с подающим устройством 2, преимущественно шнекового типа, выход которого подсоединен к гомогенизатору 3, который содержит перемешивающее устройство с механическим приводом 4 от ГПД 41 через редуктор распределитель 14, ко второму входу гомогенизатора, посредством трубы подачи компонентов 27 подключен дозатор-1 23, на вход которого по через загрузочные бункеры 24, 25, 26 подаются корректирующие компоненты и вода, на вход дозатора по магистрали 22 подключен выход сепарационной воды от сепаратора 21 и конденсат от охладителясепаратора 19. Гомогенезатор 3, теплообменник 5 и накопитель 6 помещены в единый теплоизолированный корпус с возможностью свободного перемещения субстрата от гомогенизатора через теплообменник в накопитель, с выхода накопителя соединен подающей трубой 9 с биореактором 10, труба отвода газов 8 соединяет крышку накопителя 7 и вход барботатора 62 (фиг. 3), дозатор-2 16 содержит входы 17 для загрузки корректирующих компонентов и соединен трубами 18 с биореактором, расположенными над соответствующими секциями циркуляционной колонны, выход биореактора 41 соединен с сепаратором 21, механический привод 40 которого подключен к редуктору-распределителю 14, с выхода сепаратора 21 соединен с охладителем биоудобрения 28, с выхода которого по магистрали 31 биоудобрение выходит для дальнейшего использования. С купола биореактора 10 соединен выходной газовой магистралью с охладителем-сепаратором 19, с выхода которого биогаз уходит для дальнейшего использования 20. Биогазовая установка содержит тепловой узел 34, на вход которого подключены источники тепла от системы утилизации тепла приводов ГПД 41, ГПД ТНУ 30, ГПД или топливной ячейки для выработки электроэнергии (не показано) по магистрали охлаждения 39 когенерационной установки и газового котла 35, к выходам теплового узла раздельно по трубам 11 и 12 подключен теплообменник 5 и по трубам 44 и 46 теплообменник 58 (фиг. 4) биореактора. Первый испаритель ТНУ 30 вмонтирован в охладительсепаратор 19, второй теплообменник-испаритель ТНУ 30 вмонтирован в охладитель биоудобрения 28, конденсатор 32 соединен с тепловым узлом, привод ТНУ 30 осуществляется ГПД ТНУ, работающего на вырабатываемом биогазе, поступающем по магистрали подачи газа 29.A biogas plant for anaerobic processing of organic waste (Fig. 1) contains a shredder receiver 1, connected by a shredder receiver shaft 15 connected to a distributor gearbox 14, a shredder receiver 1 is connected to a feed device 2, mainly of the screw type, the outlet of which is connected to a homogenizer 3 , which contains a mixing device with a mechanical drive 4 from the GPE 41 through a distributor gearbox 14, to the second inlet of the homogenizer, a meter-1 23 is connected to the second inlet of the components 27, to the inlet of which corrective components and water are supplied through the feed hoppers 24, 25, 26 , the outlet of the separator water from the separator 21 and the condensate from the cooler of the separator 19. The homogenizer 3, the heat exchanger 5 and the accumulator 6 are placed in a single heat-insulated housing with the possibility of free movement of the substrate from the homogenizer through the heat exchanger into the accumulator, from the outlet of the accumulator is connected under By means of a pipe 9 with a bioreactor 10, a gas outlet pipe 8 connects the cover of the accumulator 7 and the inlet of the bubbler 62 (Fig. 3), dispenser-2 16 contains inputs 17 for loading corrective components and is connected by pipes 18 to the bioreactor located above the corresponding sections of the circulation column, the outlet of the bioreactor 41 is connected to the separator 21, the mechanical drive 40 of which is connected to the reducer-distributor 14, from the outlet of the separator 21 is connected to the biofertilizer cooler 28, from the outlet of which the biofertilizer goes through the line 31 for further use. From the dome of the bioreactor 10 is connected by an outlet gas line with a cooler-separator 19, from the outlet of which biogas leaves for further use 20. The biogas plant contains a heating unit 34, to the inlet of which heat sources are connected from the heat recovery system of drives GPD 41, GPD TNU 30, GPD or a fuel cell for generating electricity (not shown) through the cooling line 39 of a cogeneration plant and a gas boiler 35, a heat exchanger 5 is connected to the outputs of the heating unit separately through pipes 11 and 12 and through pipes 44 and 46 a heat exchanger 58 (Fig. 4) of the bioreactor. The first evaporator TNU 30 is mounted in the cooler-separator 19, the second heat exchanger-evaporator TNU 30 is mounted in the biofertilizer cooler 28, the condenser 32 is connected to the heating unit, the TNU 30 is driven by the HPE HPU, which operates on the generated biogas supplied through the gas supply line 29.

Работой биогазовой установки управляет контроллер 36, на вход которого поступают сигналы отдатчиков pH, еН, температуры, расположенные в гомогенизаторе 3, накопителе 6, биореакторе 10, тепловом пункте, газовом котле 35, тепловом узле 34, ТНУ 30, ГПД 41, охладителе-сепараторе 19, охладителе биоудобрения 28, выходы контроллера подключены к газовому котлу 35, ТНУ 30, тепловому узлу 34, ГПД 41, редуктору-распределителю 14 с возможностью управления их параметрами.The operation of the biogas plant is controlled by the controller 36, the input of which receives signals from the pH, eH sensors, temperatures located in the homogenizer 3, storage tank 6, bioreactor 10, heat point, gas boiler 35, heating unit 34, TNU 30, GPD 41, cooler-separator 19, biofertilizer cooler 28, controller outputs are connected to gas boiler 35, TNU 30, heating unit 34, GPD 41, gearbox-distributor 14 with the ability to control their parameters.

Биореактор 10 биогазовой установки (фиг. 2) имеет цилиндрическую форму, в центре его установлена циркуляционная колонна 50 с возможностью вращения, к которой жестко и герметично прикреплены вертикальные сепараторы 42, преимущественно в количестве 5 штук, и на нижней и внешней стороне имеют эластичное окончание, плотно прилегающее ко дну и внешней стенке биореактора 10, сепараторы имеют гладкую, не проницаемую для жидкости структуру, к вертикальным сепараторам 42 в каждой секции закреплены горизонтальные сепараторы 45 с возможностью свободного перемещения вверх-вниз приводом 49 и взаимосвязанно с наполнением/опорожнением секции, каждый сепаратор содержит дренажные окна 47 с возможностью открытия их в нижнем положении, подающая труба субстрата 9 находится в верхней части биореактора, выше уровня субстрата, нижняя труба выхода субстрата 54 находится в нижней точке биореактора, обе трубы 9 и 54 находятся в 1-м секторе 51.1 (фиг. 3) на одной вертикальной линии, в верхней части биореактора установлен редуктор биореактора 52, выход биогаза осуществляется через трубу отвода газа 8. Дно биореактора (фиг. 3) условно разделено преимущественно на 5 секций, во 2-5 секциях 51.2-51.5 на вертикальной стене биореактора 10 от верха до уровня субстрата по вертикали и на 40-80% по ширине сектора нанесено пористое или пленочное покрытие 77 с возможностью задерживать бактерии, в 51.4 и 51.5 секциях в дно биореактора вмонтирован барботатор 85, дно биореактора имеет уклон от центра к стенкам биореактора (фиг. 7).The bioreactor 10 of the biogas plant (Fig. 2) has a cylindrical shape, in the center of it is installed a circulation column 50 with the possibility of rotation, to which vertical separators 42 are rigidly and hermetically attached, mainly in an amount of 5 pieces, and have an elastic end on the lower and outer side, tightly adhering to the bottom and outer wall of the bioreactor 10, the separators have a smooth, liquid-impermeable structure, to the vertical separators 42 in each section are fixed horizontal separators 45 with the possibility of free movement up and down by the drive 49 and interconnected with the filling / emptying of the section, each separator contains drainage windows 47 with the possibility of opening them in the lower position, the supply pipe of the substrate 9 is in the upper part of the bioreactor, above the level of the substrate, the lower pipe of the outlet of the substrate 54 is at the lower point of the bioreactor, both pipes 9 and 54 are in the 1st sector 51.1 ( Fig. 3) on one vertical line, in the upper part of the bioreactor at the reducer of the bioreactor 52 is installed, the biogas is released through the gas outlet pipe 8. The bottom of the bioreactor (Fig. 3) is conventionally divided mainly into 5 sections, in 2-5 sections 51.2-51.5 on the vertical wall of the bioreactor 10 from the top to the level of the substrate vertically and 40-80% along the width of the sector a porous or film coating 77 is applied with the ability to retain bacteria, in 51.4 and 51.5 sections, a bubbler 85 is mounted in the bottom of the bioreactor, the bottom of the bioreactor has a slope from the center to the walls of the bioreactor (Fig. 7).

Циркуляционная колонна 50 (фиг. 5) имеет опорную колонну 60, которая имеет герметичность вThe circulation column 50 (FIG. 5) has a support column 60, which is leakproof in

- 4 036349 нижней части и заполнена до верху теплоносителем и в которую помещен теплообменник 58 смесительного типа с возможностью вращения относительно опорной колонны, к которой жестко соединены теплопроводящие ребра 59, перегородки и внешний кожух 50, вверху каждой секции расположены окна для забора субстрата, внизу окна для выхода субстрата 56, ниже окон забора субстрата установлены насосы 57, как минимум по одному в секцию, над каждой секцией установлен выход 18 дозатора 16 (фиг. 1). На фиг. 6 изображен разрез циркуляционной колонны А-А. Привод для вращения циркуляционной колонны и насосов осуществляется от редуктора циркуляционной колонны (фиг. 7), на опоре колонны 60 жестко закреплена шестерня червячной передачи 63, которая находится в зацеплении с червяком 64, косая шестерня 62 привода насосов посажена через подшипники 65 на опоре колонны 60 с возможностью свободного вращения, к ней жестко соединена шестерня червячной передачи 67, с которой в зацеплении находится червяк 66, с косой шестерней 62 в зацеплении находится шестерня привода насоса 68, которая передает при помощи преимущественно цепной передачи 72 вращательное движение на вал привода насоса 73, с которого через редуктор 75 вращение передается на винт насоса 76, привод червяков 64 и 66 осуществляется от редуктора-распределителя 14 (фиг. 1). Опорная колонна через герметичные подшипники 69 закреплена к перекрытию 70 биореактора 10, сверху редуктор закрыт защитным кожухом 71, в верхнюю открытую часть опорной колонны вставляется теплообменник 58, каждая шестерня привода насоса 68 (фиг. 8) содержит муфту 81 и толкатель муфты 78, который упирается в упор 79 для разъединения привода насоса. Теплообменник биореактора (фиг. 9) содержит разделитель тепловых потоков 58, сопла подачи горячего теплоносителя 82 и сопла забора охлажденного теплоносителя 83.- 4 036349 lower part and filled up to the top with a heat carrier and into which a mixing-type heat exchanger 58 is placed with the possibility of rotation relative to the support column, to which heat-conducting fins 59, partitions and an outer casing 50 are rigidly connected, at the top of each section there are windows for the intake of the substrate, at the bottom of the window for the outlet of the substrate 56, below the windows of the intake of the substrate, pumps 57 are installed, at least one per section, above each section there is an outlet 18 of the dispenser 16 (Fig. 1). FIG. 6 shows a sectional view of the circulation column AA. The drive for rotation of the circulating column and the pumps is carried out from the circulating column reducer (Fig. 7), the gear of the worm gear 63 is rigidly fixed on the support of the column 60, which is in mesh with the worm 64, the oblique gear 62 of the pump drive is seated through bearings 65 on the support of the column 60 with the possibility of free rotation, the gear of the worm gear 67 is rigidly connected to it, with which the worm 66 is in engagement, with the oblique gear 62 in engagement is the pump drive gear 68, which, using mainly the chain drive 72, transmits the rotational movement to the pump drive shaft 73, from which through the gearbox 75 rotation is transmitted to the pump screw 76, the drive of the worms 64 and 66 is carried out from the gearbox-distributor 14 (Fig. 1). The support column through sealed bearings 69 is fixed to the overlap 70 of the bioreactor 10, the reducer is closed from above by a protective casing 71, a heat exchanger 58 is inserted into the upper open part of the support column, each pump drive gear 68 (Fig. 8) contains a clutch 81 and a clutch pusher 78, which abuts at stop 79 to disconnect the pump drive. The heat exchanger of the bioreactor (Fig. 9) contains a heat flow separator 58, nozzles for supplying a hot coolant 82 and a nozzle for intake of a cooled coolant 83.

Работа биогазовой установкиBiogas plant operation

На вход приемника-измельчителя 1 загружаются исходный субстрат в виде смеси отходов, в которой наиболее оптимально сочетаются соотношения C:N:P и влажностью от 50 до 90%, в приемникеизмельчителе 1 субстрат измельчается, что позволяет наиболее быстро проводить реакцию гидролиза, привод измельчителя 15 подключен к редуктору-распределителю 14, с выхода приемника-измельчителя субстрат подается на подающее устройство 2, преимущественно шнекового типа, где субстрат сжимается, освобождаясь от пустот, где содержится воздух и подается под давлением в гомогенизатор 3, в гомогенизатор 3 также через дозатор-1 подается сепарационная и конденсационная вода по трубопроводу 22 и через бункеры загрузки 24, 25, 26 компоненты для коррекции pH, еН и при необходимости дополнительная вода. В гомогенизаторе под управлением контроллера по показаниям датчиков pH, еН, температуры и влажности при помощи дозатора субстрат доводится до технологических параметров и тщательно перемешивается, под воздействием новой порции субстрат поднимается по трубкам теплообменника 5, где нагревается до заданной температуры ±52°С, соответствующей термофильному режиму, и поступает в накопитель 6, где происходит первая фаза - гидролиз субстрата, а также там частично проходит вторая фаза кислотообразования, с выхода накопителя 6 гидролиз субстрата поступает по трубопроводу 9 в биореактор 10, в процессе реакции гидролиза и кислотогенеза в накопителе преимущественно образуются газы, содержащие H2, CO2 и H2S, которые подают на барботатор 85.The initial substrate in the form of a waste mixture is loaded at the input of the receiver-grinder 1, in which the C: N: P ratios and humidity from 50 to 90% are most optimally combined, in the receiver of the grinder 1 the substrate is crushed, which allows the most rapid hydrolysis reaction, the drive of the grinder 15 connected to a gearbox-distributor 14, from the outlet of the receiver-grinder, the substrate is fed to the feeder 2, mainly of the screw type, where the substrate is compressed, freeing from voids, where air is contained and supplied under pressure to the homogenizer 3, to the homogenizer 3 also through the batcher-1 Separation and condensation water is supplied through the pipeline 22 and through the feed hoppers 24, 25, 26 components for correcting pH, eH and, if necessary, additional water. In the homogenizer under the control of the controller according to the readings of the pH, eH, temperature and humidity sensors, the substrate is brought to the technological parameters and thoroughly mixed with the help of the dispenser, under the influence of a new portion, the substrate rises through the tubes of the heat exchanger 5, where it is heated to a predetermined temperature of ± 52 ° C, corresponding to the thermophilic mode, and enters the storage tank 6, where the first phase occurs - the hydrolysis of the substrate, and also there the second phase of acid formation partially takes place, from the outlet of the storage tank 6 the hydrolysis of the substrate enters through the pipeline 9 into the bioreactor 10, in the process of hydrolysis and acidogenesis in the storage tank, gases are predominantly formed containing H 2 , CO2 and H2S, which are fed to the bubbler 85.

После первоначальной загрузки биореактора и стабилизации параметров биогазовая установка работает следующим образом: гидролизованный субстрат под управлением контроллера по трубопроводу 9 начинает добавляться в первую секцию фиг. 2, в это же время с выходной магистрали перебродивший субстрат выкачивается в сепаратор 21, причем горизонтальный сепаратор 45, изначально находившийся вверху, начинает синхронно, при помощи привода 49 и тросов 48 опускаться вниз со скоростью, равной заполнению/опустошению секции биореактора, при этом вертикальные сепараторы вращаются и, не доходя до трубы 54, перегородкой 42 перекачка субстрата прекращается, таким образом, в секции происходит замена перебродившего субстрата на свежий, при этом карусельный сепаратор, состоящий из вертикальных сепараторов 42 и циркуляционной колонны 50, производит вращение со скоростью один оборот в 3-10 суток, в зависимости от используемого входного сырья, после замены субстрата в первой секции подходит замена субстрата во второй секции, и процесс замены субстрата повторяется последовательно во всех секциях, вновь замененный субстрат находится в одной секции, постепенно проходит расстояние 4 секций, где по времени последовательно протекают реакции кислотогенеза, ацетогенеза и метаногенеза, реакции проходят без смешивания, на каждой фазе при помощи дозатора-2, по показаниям встроенных в стенку биореактора датчиков pH, еН, температуры можно корректировать условия протекания реакции. Вертикальные сепараторы 42 внутренней стороной жестко и герметично прикреплены к циркуляционной колонне 50, а нижняя и внешняя кромка сепаратора имеет эластичное окончание, что позволяет обеспечить достаточно плотное прилегание к внутренней стенке и дну биореактора 10 и при одинаковом уровне субстрата в секторах обеспечивает достаточную гидравлическую изоляцию каждой из секций, что исключает перетекание субстрата из одной секции в другую.After the initial loading of the bioreactor and the stabilization of the parameters, the biogas plant operates as follows: the hydrolyzed substrate under the control of the controller begins to be added to the first section of FIG. 2, at the same time, from the outlet line, the fermented substrate is pumped out into the separator 21, and the horizontal separator 45, which was initially located at the top, starts synchronously, with the help of the drive 49 and the cables 48, to go down at a speed equal to the filling / emptying of the bioreactor section, while the vertical the separators rotate and, before reaching the pipe 54, the baffle 42 stops the pumping of the substrate, thus in the section the fermented substrate is replaced with a fresh one, while the rotary separator, consisting of vertical separators 42 and a circulation column 50, rotates at a speed of one revolution per 3-10 days, depending on the input raw material used, after replacing the substrate in the first section, replacing the substrate in the second section is suitable, and the process of replacing the substrate is repeated sequentially in all sections, the newly replaced substrate is in one section, gradually passes the distance of 4 sections, where in time, acid reactions proceed sequentially otogenesis, acetogenesis and methanogenesis, reactions take place without mixing, at each phase using a dispenser-2, according to the readings of pH, eH, temperature sensors built into the bioreactor wall, the reaction conditions can be adjusted. Vertical separators 42 are rigidly and hermetically attached to the circulation column 50 with their inner side, and the lower and outer edges of the separator have an elastic end, which makes it possible to ensure a sufficiently tight fit to the inner wall and the bottom of the bioreactor 10 and, with the same substrate level in the sectors, provides sufficient hydraulic isolation of each of sections, which excludes the overflow of the substrate from one section to another.

В 51.4 и 51.5 секции биореактора в донную часть вмонтированы трубки барбататора 85, в которые по трубе отвода газа 8 подается гидролизный газ, содержащий H2, CO2 и H2S, что позволяет благодаря биореакцииIn the 51.4 and 51.5 sections of the bioreactor, the tubes of the bubbator 85 are mounted in the bottom part, into which the hydrolysis gas containing H 2 , CO2 and H2S is supplied through the gas outlet pipe 8, which allows due to bioreaction

CO2+H2=CH4+H2O получить обогащение биогаза метаном, также прикрепленный в секторах 51.2-51.5 на внутренней стенке биореактора пористый или пленочный материал 77, расположенный по всей высоте биореактораCO2 + H2 = CH4 + H2O to obtain biogas enrichment with methane, also porous or film material 77 attached in sectors 51.2-51.5 on the inner wall of the bioreactor, located along the entire height of the bioreactor

- 5 036349 от дна до ватерлинии и по ширине от 40 до 80% по периметру сегмента (фиг. 3), позволяет в процессе эксплуатации впитывать бактерии в поры и при подходе нового субстрата служить источником их интенсивного размножения, что сокращает время прохождения реакций. Дно биореактора выполнено с уклоном от центра к стенкам биореактора (фиг. 4), что обеспечивает стекание осадка и вымывание его через выходную магистраль 54 в сепаратор, также благодаря эластичному окончанию вертикального сепаратора, который проходит по дну и стенкам, последний их постоянно очищает как скребок от возможных отложений, горизонтальные сепараторы 45 имеют дренажные люки, которые в нижнем положении открыты, что обеспечивает выход газов в купол биореактора, а остальное время закрыты, остаток субстрата после замены, находящийся ниже горизонтального сепаратора 45 (фиг. 4), содержит необходимые для реакции бактерии и при включении насоса разносится по объему секции, что быстро запускает процесс биореакции.- 5 036349 from the bottom to the waterline and in width from 40 to 80% along the perimeter of the segment (Fig. 3), allows bacteria to be absorbed into the pores during operation and, when a new substrate approaches, serve as a source of their intensive reproduction, which reduces the reaction time. The bottom of the bioreactor is made with a slope from the center to the walls of the bioreactor (Fig. 4), which ensures the drainage of the sediment and its washing out through the outlet line 54 into the separator, also thanks to the elastic end of the vertical separator, which runs along the bottom and walls, the latter constantly cleans them like a scraper from possible deposits, horizontal separators 45 have drainage hatches, which are open in the lower position, which allows gases to escape into the bioreactor dome, and the rest of the time are closed, the remainder of the substrate after replacement, located below the horizontal separator 45 (Fig. 4), contains the necessary for the reaction bacteria and, when the pump is turned on, is spread throughout the volume of the section, which quickly starts the bioreaction process.

Циркуляционная колонна 50 (фиг. 5) предназначена для вращения сепараторов внутри биореактора, гидравлического перемешивания субстрата и его подогрева, субстрат через середину верхнего окна 56, попадает в область забора насоса 57, который всасывает субстрат и выдавливает его через нижнее окно 56, если в процессе биореакции будет образовываться корка, то она засосется в насос 57 и перемелется лопастями насоса 57, субстрат, проходя вдоль теплообменника, будет подогреваться, и подогретый субстрат при выходе из нижнего окна 56 будет перемешивать субстрат в секции, что обеспечивает равномерную температуру по всему объему, что обеспечит равномерность протекания биореакции, скорость вращения винта насоса находится в диапазоне 150-300 об/мин, достаточно высокая скорость движения субстрата вдоль поверхности теплообменника 59 не позволяет создавать отложения на поверхности теплообменника 59, теплообменники 59 получают тепло через стенки опорной колонны от теплоносителя, заполняющего внутреннее пространство опорной колонны 60, внутрь которой вставлен смесительный теплообменник (фиг. 9), содержащий разделитель потоков 58, между стенкой которого и стенкой опорной колонны подается горячая вода соплами 82, которая, проходя между стенками, отдает тепло теплообменникам 59, охлаждается и возвращается через обратную трубу 11, теплообменник 58 жестко закреплен к корпусу биореактора и не имеет жесткого соединения с опорной колонной 60, что позволяет ей свободно вращаться относительно теплообменника, сверху циркуляционной колонны над каждой секцией установлены выходы 18 дозатора 16, по которым при необходимости автоматически по команде контроллера на основании показаний датчиков pH и еН в каждой секции (не показаны) подаются необходимые компоненты, которые корректируют субстрат для оптимального протекания биореакции, компоненты попадают в область захода субстрата, и они перемешиваются насосом 57, через выходное окно 56 смешанные с субстратом компоненты распространяются по всему объему субстрата в секции, что обеспечивает быструю корректировку параметров биореакции в каждой фазе.The circulation column 50 (Fig. 5) is designed to rotate the separators inside the bioreactor, hydraulic stirring of the substrate and heating it, the substrate through the middle of the upper window 56 enters the intake area of the pump 57, which sucks in the substrate and squeezes it out through the lower window 56, if in the process bioreaction, a crust will form, then it will be sucked into the pump 57 and grinded by the blades of the pump 57, the substrate, passing along the heat exchanger, will be heated, and the heated substrate when leaving the lower window 56 will mix the substrate in the sections, which ensures a uniform temperature throughout the volume, which will ensure the uniformity of the bioreaction, the rotation speed of the pump screw is in the range of 150-300 rpm, a sufficiently high speed of the substrate movement along the surface of the heat exchanger 59 does not allow the formation of deposits on the surface of the heat exchanger 59, the heat exchangers 59 receive heat through the walls of the support column from the coolant filling the internal etc The space of the support column 60, inside which the mixing heat exchanger is inserted (Fig. 9), containing a flow separator 58, between the wall of which and the wall of the support column hot water is supplied by nozzles 82, which, passing between the walls, gives off heat to heat exchangers 59, cools and returns through the return pipe 11, the heat exchanger 58 is rigidly fixed to the bioreactor body and does not have rigid connection with the support column 60, which allows it to rotate freely relative to the heat exchanger, on top of the circulation column above each section, there are outlets 18 of the dispenser 16, through which, if necessary, automatically at the command of the controller based on the readings of the pH and eH sensors in each section (not shown) the necessary components that adjust the substrate for the optimal course of bioreaction, the components enter the region of the substrate entry, and they are mixed by the pump 57, through the outlet window 56 the components mixed with the substrate are distributed throughout the volume of the substrate in the section, which provides a quick adjustment of the bioreaction parameters in each phase aze.

Привод вращения колонны и насосов выполнен от ГПД 41, через редуктор 14 вращается вал с посаженным на него червяком 64 (фиг. 7), который приводит в движение шестерню червячной передачи 63, жестко соединенную с опорной колонной 60, коэффициент передачи выбран таким образом, что циркуляционная колонна вращается со скоростью один оборот в 3-10 суток и может регулироваться коэффициентом передачи в зависимости от используемого сырья, скорость вращения циркуляционной колонны определяет продолжительность времени цикла полного сбраживания субстрата в биореакторе, для привода насоса используется вторая червячная пара, червяк 66 соединен с редуктором-распределителем 14, червяк 66 приводит в движение червячную шестерню 67, которая жестко соединена с цилиндрической, косой шестерней 62, которая закреплена через подшипники 65 на корпусе опорной колонны 60, с косой шестерни 65 вращающий момент передается на шестерню привода насоса 68, которая предпочтительно через цепную передачу 72 приводит во вращение вал привода насоса 73, который через редуктор привода насоса 75 вращает винт насоса 76, коэффициент передачи всех редукторов выбран таким, что винт насоса вращается в диапазоне 150-300 об/мин и определяется технологическим режимом, сверху редуктор закрыт защитным кожухом 71, опорная колонна закреплена к корпусу биореактора 70 через подшипник 69.The drive for rotation of the column and pumps is made from the GPE 41, through the gearbox 14 rotates the shaft with the worm 64 mounted on it (Fig. 7), which drives the gear of the worm gear 63, rigidly connected to the support column 60, the transmission ratio is selected in such a way that the circulation column rotates at a speed of one revolution in 3-10 days and can be adjusted by the transfer ratio depending on the raw material used, the rotation speed of the circulation column determines the duration of the cycle of complete fermentation of the substrate in the bioreactor, a second worm pair is used to drive the pump, the worm 66 is connected to a gearbox -distributor 14, the worm 66 drives the worm gear 67, which is rigidly connected to the cylindrical, oblique gear 62, which is fixed through bearings 65 on the housing of the support column 60, from the oblique gear 65, the torque is transmitted to the pump drive gear 68, which is preferably through chain drive 72 drives in rotation the pump drive shaft 73, which rotates the pump screw 76 through the pump drive gear reducer 75, the transmission ratio of all gearboxes is chosen such that the pump screw rotates in the range of 150-300 rpm and is determined by the technological mode, the gearbox is covered with a protective casing 71 on top, the support column fixed to the housing of the bioreactor 70 through the bearing 69.

При опорожнении/наполнении секции работа насоса 57 останавливается путем отключения муфты 77 толкателем 78, который нажимается при входе в секцию опорожнения/наполнения об упор 79 (фиг. 8), сектор, в котором отключается работа насоса 80, больше сектора 51 разделенного сепараторами с тем, чтобы была возможность затухнуть движению субстрата.When emptying / filling the section, the operation of the pump 57 is stopped by disabling the clutch 77 by the pusher 78, which is pressed when entering the emptying / filling section against the stop 79 (Fig. 8), the sector in which the pump 80 is turned off is larger than the sector 51 separated by separators so that the movement of the substrate can be damped.

В тепловой схеме биогазовой установки используется тепловой узел, который суммирует тепловую мощность, получаемую от системы утилизации тепла ГПД 41, ГПД ТНУ 30, по магистрали 39 от когенерационной установки (при ее наличии), от газового котла 35 и от конденсатора ТНУ 32, который охлаждает выходящий биогаз в охладителе-сепараторе, субстрат в охладителе биоудобрения, с выхода теплового узла тепловая мощность используется для подогрева входящего субстрата до технологической температуры ±52°С, соответствующей термофильному режиму, и субстрата в биореакторе до такой же температуры, в зависимости от режима работы, наружной температуры, степени теплоизоляции биореактора и накопителя контроллером регулируется выходная температура с теплового узла, при недостаточности тепловой мощности автоматически включается газовый котел 35, а при излишке тепловая мощность может отдаваться потребителям или сбрасываться в драйкуллере (не показан). Такая реализация тепловой схемы позволяет свести до минимума потери энергии в биогазовой установке и увеличить выход товар- 6 036349 ного биогаза, применение ГПД в приводе биогазовой установки и ТНУ позволяет до 90% использовать энергию биогаза, что в целом снижает удельные расходы биогаза на собственные нужды.In the thermal circuit of a biogas plant, a heating unit is used, which sums up the thermal power received from the heat recovery system GPE 41, GPE TNU 30, along line 39 from the cogeneration unit (if any), from the gas boiler 35 and from the condenser TNU 32, which cools the outgoing biogas in the cooler-separator, the substrate in the biofertilizer cooler, from the outlet of the heating unit, the thermal power is used to heat the incoming substrate to a process temperature of ± 52 ° C, corresponding to the thermophilic mode, and the substrate in the bioreactor to the same temperature, depending on the operating mode, the outside temperature, the degree of thermal insulation of the bioreactor and the storage, the controller regulates the outlet temperature from the heating unit, if the heat power is insufficient, the gas boiler 35 is automatically turned on, and in case of excess heat power can be supplied to consumers or discharged in a dry cooler (not shown). Such implementation of the thermal scheme allows minimizing energy losses in the biogas plant and increasing the output of commercial biogas, the use of GPE in the drive of the biogas plant and HPU allows up to 90% use of biogas energy, which in general reduces the specific consumption of biogas for own needs.

Контроллер биогазовой установки 36 (фиг. 1) позволяет в автоматическом режиме управлять всеми технологическими режимами.The controller of the biogas plant 36 (Fig. 1) allows automatic control of all technological modes.

Промышленная применимостьIndustrial applicability

Таким образом, в предложенной биогазовой установке органические отходы поэтапно проходят все фазы анаэробного сбраживания (гидролиз, кислотогенез, ацетогенез и метаногенез) в оптимальных режимах, с их гидравлическим разделением.Thus, in the proposed biogas plant, organic waste gradually passes through all phases of anaerobic digestion (hydrolysis, acidogenesis, acetogenesis and methanogenesis) in optimal modes, with their hydraulic separation.

Использование предлагаемого изобретения позволит следующее.Using the proposed invention will allow the following.

1. Получить биогаз в максимально возможном объеме и с максимальным процентным содержанием метана.1. Get biogas in the maximum possible volume and with the maximum percentage of methane.

2. Получить качественные органические удобрения, не требующие дальнейшей стерилизации.2. Get high-quality organic fertilizers that do not require further sterilization.

3. Исключить замедление или блокирование реакции брожения за счет коркообразования.3. Eliminate the slowdown or blockage of the fermentation reaction due to crust formation.

4. Получить высокую удельную производительность в расчете на объем биореактора при непрерывном процессе.4. To obtain a high specific productivity per bioreactor volume in a continuous process.

5. До минимума снизить потребление воды биогазовой установкой.5. Reduce the water consumption of the biogas plant to a minimum.

6. Снизить потребление энергии на собственные нужды (тепловая и электроэнергия) до уровня менее 10% из расчета потребления биогаза благодаря использованию ГПД и ТНУ и снизить использование воды.6. Reduce energy consumption for auxiliary needs (heat and electricity) to less than 10% based on the consumption of biogas due to the use of GPE and HPU and reduce the use of water.

7. Уменьшить время протекания биореакции, настраивать его в зависимости от используемого сырья.7. Reduce the time of the bioreaction, adjust it depending on the raw material used.

8. Обеспечить высокую надежность работы биогазовой установки8. Ensure high reliability of the biogas plant

9. Уменьшить габариты установки благодаря использованию термофильного режима и предложенной конструкции биогазовой установки, уменьшить занимаемую биогазовой установкой площадь земли.9. To reduce the size of the plant due to the use of thermophilic regime and the proposed design of the biogas plant, to reduce the land area occupied by the biogas plant.

10. Уменьшить сроки окупаемости биогазовой установки.10. Reduce the payback period of the biogas plant.

Предлагаемую биогазовую установку целесообразно строить от объема биореактора от 500 м3 на предприятиях, имеющих отходы животноводства, масложировые производства, сахарные заводы, отходы зернового производства и другие источники органического сырья.It is advisable to build the proposed biogas plant from a bioreactor volume of 500 m 3 at enterprises with animal waste, fat and oil production, sugar factories, grain waste and other sources of organic raw materials.

При умеренном и прохладном климате биореактор желательно заглублять в грунт, что позволит снизить температурные колебания и уменьшить температурную разницу, что позволит дополнительно снизить расходы энергии на собственные нужды и уменьшить занимаемую площадь. Биогазовая установка может содержать от одного и больше биореакторов, объединенных в кластер, что позволит увеличить производство и уменьшить тепловые потери. При размещении в грунт наиболее предпочтительно биореактор изготавливать из бетона, остальное применяемое оборудование известно в промышленности и не вызывает проблем с использованием в предлагаемой биогазовой установке.In temperate and cool climates, it is advisable to bury the bioreactor in the ground, which will reduce temperature fluctuations and reduce the temperature difference, which will further reduce energy consumption for own needs and reduce the occupied area. A biogas plant can contain one or more bioreactors combined in a cluster, which will increase production and reduce heat losses. When placed in the ground, it is most preferable to make the bioreactor from concrete, the rest of the equipment used is known in the industry and does not cause problems when used in the proposed biogas plant.

Список источников информации.List of sources of information.

1. Патент РФ № 2491330 C1, 09.12.2011 г.1. RF patent No. 2491330 C1, 09.12.2011

2. Патент РФ № 2370457 C1, 14.07.2008 г.2. RF patent No. 2370457 C1, 14.07.2008

3. Патент РФ № 2414443 C2, 04.06.2009 г.3. RF patent No. 2414443 C2, 04.06.2009

Claims (18)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Биогазовая установка для анаэробной переработки органических отходов, состоящая из навозоприемника, анаэробного биореактора, насоса, теплообменника-конденсатора, теплообменникаиспарителя, теплообменники связаны друг с другом посредством компрессора с газомоторным приводом на биогазе с образованием термодинамического контура теплового насоса, для подогрева биореактора используется тепловая энергия охлаждающей жидкости, выхлопных газов газомоторного привода теплового насоса и тепловая энергия переработанного субстрата, отличается тем, что навозоприемник (1) имеет измельчитель поступающих субстратов, соединен с подающим устройством предпочтительно шнекового типа, выход которого соединен с гомогенизатором (3), расположенным в едином теплоизолированном корпусе с теплообменником (5) и накопителем готового субстрата (6), который трубопроводом (9) связан с биореактором (10), труба отвода газа (8) с крышки накопителя (7) соединена со входом барбататора (85) биореактора, биореактор выполнен из теплоизолированного корпуса, в центре которого установлен карусельный сепаратор с возможностью вращения, разделяющий биореактор предпочтительно на пять секторов для многоступенчатого сбраживания, магистрали для подачи (9) и удаления субстрата (54), трубы отвода биогаза (20) и подачи газа в барботатор (85), карусельный сепаратор содержит циркуляционную колонну (50), вертикальные сепараторы (42) и горизонтальные сепараторы (45), редуктор привода (52), циркуляционная колонна (50) содержит теплообменник (58), в каждой секции содержится проточный теплообменник подогрева субстрата (59), насос (57) для гидравлического перемешивания субстрата, входные и выходные окна (56) в каждом секторе, внешний кожух (50), секторы выполнены герметичными по отношению друг к другу, содержит дозирующее устройство-1 (23) и дозирующее устройство-2 (16) с возможностью подачи корректирующих добавок в субстрат под управлением контроллера (36), содержит газопоршневой двигатель (ГПД) (41) привода биогазовой установки, механически соединенный с1. Biogas plant for the anaerobic processing of organic waste, consisting of a manure receiver, an anaerobic bioreactor, a pump, a heat exchanger-condenser, an evaporator heat exchanger, heat exchangers are connected to each other by means of a compressor with a gas motor drive on biogas to form a thermodynamic circuit of a heat pump, heat energy is used to heat the bioreactor cooling liquid, exhaust gases of the gas engine drive of the heat pump and the thermal energy of the processed substrate, characterized in that the manure receiver (1) has a grinder of incoming substrates, is connected to a feed device, preferably of a screw type, the outlet of which is connected to a homogenizer (3) located in a single heat-insulated housing with a heat exchanger (5) and a ready-made substrate accumulator (6), which is connected by a pipeline (9) to the bioreactor (10), the gas outlet pipe (8) from the accumulator cover (7) is connected to the inlet of the barbatator (85) of the bioreactor, the bioreactor is made and from a heat-insulated body, in the center of which there is a rotatable rotary separator separating the bioreactor, preferably into five sectors for multi-stage fermentation, a line for supplying (9) and removing a substrate (54), a biogas discharge pipe (20) and gas supply to a bubbling device (85 ), a rotary separator contains a circulation column (50), vertical separators (42) and horizontal separators (45), a drive reducer (52), a circulation column (50) contains a heat exchanger (58), each section contains a flow-through heat exchanger for heating the substrate (59 ), a pump (57) for hydraulic mixing of the substrate, inlet and outlet windows (56) in each sector, an outer casing (50), the sectors are sealed against each other, contains a dosing device-1 (23) and a dosing device-2 (16) with the possibility of supplying corrective additives to the substrate under the control of the controller (36), contains a gas piston engine (GPE) (41) for driving a biogas plant ki mechanically connected to - 7 036349 редуктором-распределителем (14), от которого получают привод биореактор, навозоприемник, гомогенезатор и сепаратор, содержит теплонасосную установку (ТНУ) с приводом от ГПД (30), первый испаритель которой вмонтирован в охладитель-сепаратор биогаза (19), второй испаритель вмонтирован в охладитель биоудобрения (28), конденсатор (32) подключен к тепловому узлу (34), контуры охлаждения ГПД привода (41), ГПД ТНУ (30), ГПД когенерационной установки (39), газового котла (35) подключены на вход теплового узла, к выходу подключен теплообменник (5) накопителя и теплообменник биореактора (58) с возможностью независимой регулировки теплоотдачи контроллером (36), к выходу биореактора подключен сепаратор (21), к выходу которого подключен охладитель удобрения и к нему магистраль выхода биоудобрения, к сепаратору подключена магистраль подачи сепарационной воды (22) и конденсата (43) в дозатор-1 (23), содержит контроллер управления биоустановкой (36), на входы (37) поступает информация от датчиков pH, еН, уровня, температуры (не обозначены), установленных в навозоприемнике, гомогенезаторе, накопителе, на середине стенок каждой секции биореактора, выходы контроллера соединены с тепловым узлом (34), дозаторами (23,16), ТНУ, ГПД.- 7 036349 by a reducer-distributor (14), from which a bioreactor, a manure receiver, a homogenizer and a separator are driven, contains a heat pump unit (HPU) driven by a GPE (30), the first evaporator of which is mounted in the biogas cooler-separator (19), the second the evaporator is mounted in the biofertilizer cooler (28), the condenser (32) is connected to the heating unit (34), the cooling circuits of the GPE drive (41), the GPE HPU (30), the GPE of the cogeneration unit (39), the gas boiler (35) are connected to the input the heat exchanger (5) of the storage unit and the heat exchanger of the bioreactor (58) with the possibility of independent regulation of heat transfer by the controller (36), the separator (21) is connected to the outlet of the bioreactor, to the outlet of which a fertilizer cooler is connected and to it the biofertilizer outlet line, to the separator is connected to a line for supplying separation water (22) and condensate (43) to dispenser-1 (23), contains a bioinstallation control controller (36), inputs (37) receive information from yes sensors pH, eH, level, temperature (not indicated) installed in the manure receiver, homogenizer, accumulator, in the middle of the walls of each section of the bioreactor, the controller outputs are connected to the heating unit (34), dispensers (23, 16), HPU, GPD. 2. Биогазовая установка для анаэробной переработки органических отходов по п.1, отличающаяся тем, что температура готового субстрата в накопителе (6), независимо от температуры исходного субстрата, поступающего в навозоприемник (1), задается программно контроллером (36) и поддерживается стабильной на уровне преимущественно ±52°С, соответствующем термофильному режиму.2. Biogas plant for anaerobic processing of organic waste according to claim 1, characterized in that the temperature of the finished substrate in the storage tank (6), regardless of the temperature of the original substrate entering the manure receiver (1), is set by the software controller (36) and is maintained stable at the level is mainly ± 52 ° C, corresponding to the thermophilic regime. 3. Биогазовая установка для анаэробной переработки органических отходов по п.1, отличающаяся тем, что объем накопителя входного субстрата определяется как3. Biogas plant for anaerobic processing of organic waste according to claim 1, characterized in that the volume of the storage of the input substrate is defined as гдеWhere VH - объем накопителя;VH - storage volume; V6p - объем биореактора;V 6p is the volume of the bioreactor; N - количество секций биореактора.N is the number of bioreactor sections. 4. Биогазовая установка для анаэробной переработки органических отходов по п.1, отличающаяся тем, что вертикальные сепараторы герметично прикреплены внутренней стороной к циркуляционной колонне (50), а внешняя и нижняя сторона имеют эластичное окончание, плотно прилегающее к внутренней стенке и дну биореактора, создавая герметичность между секциями с возможностью свободного перемещения относительно корпуса биореактора.4. Biogas plant for anaerobic processing of organic waste according to claim 1, characterized in that the vertical separators are hermetically attached with the inner side to the circulation column (50), and the outer and lower sides have elastic ends, tightly adhering to the inner wall and bottom of the bioreactor, creating tightness between sections with the possibility of free movement relative to the bioreactor body. 5. Биогазовая установка для анаэробной переработки органических отходов по п.1, отличающаяся тем, что горизонтальные сепараторы закреплены на направляющих в каждой секции с возможностью перемещения от низа до верха согласованно с наполнением/опорожнением биореактора и имеют по периметру эластичные уплотнения.5. Biogas plant for anaerobic processing of organic waste according to claim 1, characterized in that the horizontal separators are fixed on guides in each section with the ability to move from bottom to top in coordination with filling / emptying the bioreactor and have elastic seals around the perimeter. 6. Биогазовая установка для анаэробной переработки органических отходов по п.1, отличающаяся тем, что горизонтальные сепараторы имеют дренажные окна (47), которые автоматически закрываются в первом секторе при наполнении/опорожнении биореактора.6. Biogas plant for the anaerobic processing of organic waste according to claim 1, characterized in that the horizontal separators have drainage windows (47) that are automatically closed in the first sector when filling / emptying the bioreactor. 7. Биогазовая установка для анаэробной переработки органических отходов по п.1, отличающаяся тем, что количество вертикальных и соответствующих им горизонтальных сепараторов может быть 3-8 штук.7. Biogas plant for anaerobic processing of organic waste according to claim 1, characterized in that the number of vertical and corresponding horizontal separators can be 3-8 pieces. 8. Биогазовая установка для анаэробной переработки органических отходов по п.1, отличающаяся тем, что в каждой секции циркуляционной колонны установлен как минимум один насос.8. Biogas plant for anaerobic processing of organic waste according to claim 1, characterized in that at least one pump is installed in each section of the circulation column. 9. Биогазовая установка для анаэробной переработки органических отходов по п.1, отличающаяся тем, что середина входных окон (56) находится на уровне ватерлинии субстрата.9. Biogas plant for anaerobic processing of organic waste according to claim 1, characterized in that the middle of the entrance windows (56) is at the level of the substrate waterline. 10. Биогазовая установка для анаэробной переработки органических отходов по п.1, отличающаяся тем, что питание топливом газопоршневого двигателя привода биореактора, теплового насоса и котла (35) осуществляется от биогаза, выработанного биоустановкой по магистрали (29).10. Biogas plant for anaerobic processing of organic waste according to claim 1, characterized in that the bioreactor drive, heat pump and boiler (35) are powered by the biogas engine from the biogas produced by the bio-plant through the line (29). 11. Биогазовая установка для анаэробной переработки органических отходов по п.1, отличающаяся тем, что на стенки биореактора в каждом секторе, кроме первого (81), нанесено пористое покрытие (77) на всю высоту и по ширине 40-80% ширины сектора с возможностью задерживать бактерии.11. Biogas plant for anaerobic processing of organic waste according to claim 1, characterized in that the walls of the bioreactor in each sector, except for the first (81), are coated with a porous coating (77) over the entire height and width of 40-80% of the width of the sector with the ability to retain bacteria. 12. Биогазовая установка для анаэробной переработки органических отходов по п.1, отличающаяся тем, что дно биореактора имеет дно с уклоном от центра к стенке биореактора.12. Biogas plant for anaerobic processing of organic waste according to claim 1, characterized in that the bottom of the bioreactor has a bottom with a slope from the center to the wall of the bioreactor. 13. Биогазовая установка для анаэробной переработки органических отходов по п.1, отличающаяся тем, что в первой секции установлен выключатель насоса (57) гидравлического перемешивания.13. Biogas plant for anaerobic processing of organic waste according to claim 1, characterized in that a switch of the pump (57) for hydraulic stirring is installed in the first section. 14. Биогазовая установка для анаэробной переработки органических отходов по п.1, отличающаяся тем, что скорость вращения карусельного сепаратора составляет один оборот в 3-10 суток и задается программно.14. Biogas plant for anaerobic processing of organic waste according to claim 1, characterized in that the rotational speed of the rotary separator is one revolution in 3-10 days and is programmed. 15. Биогазовая установка для анаэробной переработки органических отходов по п.1, отличающаяся тем, что входная магистраль находится выше ватерлинии субстрата, нижняя магистраль на уровне дна биореактора и обе магистрали находятся на одной вертикальной линии в первом секторе.15. Biogas plant for anaerobic processing of organic waste according to claim 1, characterized in that the inlet line is above the substrate waterline, the lower line is at the bottom of the bioreactor and both lines are on the same vertical line in the first sector. 16. Биогазовая установка для анаэробной переработки органических отходов по п.1, отличающаяся тем, что в качестве охладителя-сепаратора биогаза может быть применен любой известный сепаратор16. Biogas plant for anaerobic processing of organic waste according to claim 1, characterized in that any known separator can be used as a biogas cooler-separator - 8 036349 газов с охлаждением, в том числе гидратный охладитель-сепаратор.- 8 036349 gases with cooling, including a hydrate cooler-separator. 17. Биогазовая установка для анаэробной переработки органических отходов по п.1, отличающаяся тем, что время протекания реакции можно регулировать при помощи контроллера управления биогазовой установкой, изменяя коэффициент передачи редуктора и/или скорость вращения привода ГПД.17. Biogas plant for anaerobic processing of organic waste according to claim 1, characterized in that the reaction time can be adjusted using the biogas plant control controller by changing the gear ratio of the reducer and / or the speed of rotation of the GPE drive. 18. Биогазовая установка для анаэробной переработки органических отходов по п.1, отличающаяся тем, что биогазовая установка может содержать более одного биореактора, объединяемых в кластер.18. Biogas plant for the anaerobic processing of organic waste according to claim 1, characterized in that the biogas plant may contain more than one bioreactor combined into a cluster.
EA201900103A 2019-02-19 2019-02-19 Biogas plant for anaerobic processing of organic waste EA036349B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA201900103A EA036349B1 (en) 2019-02-19 2019-02-19 Biogas plant for anaerobic processing of organic waste

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA201900103A EA036349B1 (en) 2019-02-19 2019-02-19 Biogas plant for anaerobic processing of organic waste

Publications (3)

Publication Number Publication Date
EA201900103A2 EA201900103A2 (en) 2019-07-31
EA201900103A3 EA201900103A3 (en) 2019-11-29
EA036349B1 true EA036349B1 (en) 2020-10-29

Family

ID=67399659

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201900103A EA036349B1 (en) 2019-02-19 2019-02-19 Biogas plant for anaerobic processing of organic waste

Country Status (1)

Country Link
EA (1) EA036349B1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2346423C2 (en) * 2007-03-15 2009-02-20 Владимир Николаевич Кононов Bioreactor
RU2414443C2 (en) * 2009-06-04 2011-03-20 Российская академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) Line of manure recycling to produce biogas and fertilisers
RU2491330C1 (en) * 2011-12-09 2013-08-27 Владимир Николаевич Кононов Biological reactor
RU2577166C2 (en) * 2014-05-27 2016-03-10 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства" (ФГБНУ ВИЭСХ) Line of recycling manure with obtaining biogas and fertilisers

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2346423C2 (en) * 2007-03-15 2009-02-20 Владимир Николаевич Кононов Bioreactor
RU2414443C2 (en) * 2009-06-04 2011-03-20 Российская академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) Line of manure recycling to produce biogas and fertilisers
RU2491330C1 (en) * 2011-12-09 2013-08-27 Владимир Николаевич Кононов Biological reactor
RU2577166C2 (en) * 2014-05-27 2016-03-10 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства" (ФГБНУ ВИЭСХ) Line of recycling manure with obtaining biogas and fertilisers

Also Published As

Publication number Publication date
EA201900103A3 (en) 2019-11-29
EA201900103A2 (en) 2019-07-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102517200B (en) Organic waste dry anaerobic high-temperature fermentation system and fermentation process
EP2449086B1 (en) A device for the production of biogas from organic waste
CN202576427U (en) Novel dry type anaerobic-fermenting device for organic waste
US7560026B2 (en) Two-stage anaerobic digester
US4356269A (en) Plant for the production of methane
US4435188A (en) Installation for preparing combustible gases through fermentation
FR2994441A1 (en) MAINLY ANAEROBIC, CONTINUOUS, MULTI-PHASE, POLYSUBTRAT, FERMENTATION PROCESS AND PLANT IN THICK MATERIAL
CN103627621A (en) Solid-state vertical fertilization, self-circulation cooling and distillation integrated device and method
US4481293A (en) Method for the production of methane
CN201136822Y (en) High efficiency waste water treatment device by peristalsis fermentation of solar heated biological stomach
CN202322661U (en) Dry type anaerobic high-temperature fermentation system for organic waste
RU2370457C1 (en) Unit for anaerobic digestion of organic waste
CN101629139B (en) Large-scale solar energy medium-temperature solid-liquid anaerobic fermentation and gas storage device
WO2013006086A1 (en) Multi-functional biogas complex
CN105624033A (en) Organic refuse dry anaerobic digestion device
CN202157072U (en) Device for producing methane by fermentation
EA036349B1 (en) Biogas plant for anaerobic processing of organic waste
RU2404240C2 (en) Biogas plant
CN102060425B (en) Acidification device and method of high-solid content dry livestock and poultry manure
RU2399184C1 (en) Biogas complex
CN105087366A (en) Biomass waste continuous solid anaerobic digestion device
CN212581923U (en) High-efficiency anaerobic digestion reactor
RU49524U1 (en) INDUSTRIAL PLANT FOR PROCESSING ORGANIC WASTE FOR BIOGUMUS AND BIOGAS
CN210030709U (en) Semi-dry type two-phase anaerobic fermentation tank
RU110588U1 (en) UNIVERSAL BIOGAS COMPLEX

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG TJ TM RU