FI129019B - Biokaasureaktori ja menetelmät biokaasun tuottamiseksi ja biokaasureaktorin valmistamiseksi - Google Patents

Biokaasureaktori ja menetelmät biokaasun tuottamiseksi ja biokaasureaktorin valmistamiseksi Download PDF

Info

Publication number
FI129019B
FI129019B FI20195946A FI20195946A FI129019B FI 129019 B FI129019 B FI 129019B FI 20195946 A FI20195946 A FI 20195946A FI 20195946 A FI20195946 A FI 20195946A FI 129019 B FI129019 B FI 129019B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
biogas
reactor
space
profile
reactor space
Prior art date
Application number
FI20195946A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI20195946A1 (fi
Inventor
Henri Viiru
Pasi Kolehmainen
Original Assignee
Lepikon Oy
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 Lepikon Oy filed Critical Lepikon Oy
Priority to FI20195946A priority Critical patent/FI129019B/fi
Priority to US17/774,283 priority patent/US12606781B2/en
Priority to EP20829618.6A priority patent/EP4055138A1/en
Priority to PCT/FI2020/050727 priority patent/WO2021089918A1/en
Publication of FI20195946A1 publication Critical patent/FI20195946A1/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI129019B publication Critical patent/FI129019B/fi

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS 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
    • C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/04—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses for producing gas, e.g. biogas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J7/00—Apparatus for generating gases
    • B01J7/02—Apparatus for generating gases by wet methods
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/02—Biological treatment
    • C02F11/04—Anaerobic treatment; Production of methane by such processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS 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
    • C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/02—Apparatus for enzymology or microbiology with agitation means; with heat exchange means
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS 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
    • C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/107—Apparatus for enzymology or microbiology with means for collecting fermentation gases, e.g. methane
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS 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
    • C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/107—Apparatus for enzymology or microbiology with means for collecting fermentation gases, e.g. methane
    • C12M1/113—Apparatus for enzymology or microbiology with means for collecting fermentation gases, e.g. methane with transport of the substrate during the fermentation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS 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
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/12—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of temperature
    • C12M41/18—Heat exchange systems, e.g. heat jackets or outer envelopes
    • C12M41/22—Heat exchange systems, e.g. heat jackets or outer envelopes in contact with the bioreactor walls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L9/00—Rigid pipes
    • F16L9/18—Double-walled pipes; Multi-channel pipes or pipe assemblies
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/04—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being spirally coiled
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS 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
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/02—Form or structure of the vessel
    • C12M23/06—Tubular
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS 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
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/34—Internal compartments or partitions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS 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
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/44—Multiple separable units; Modules
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Landscapes

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

Abstract

Keksintö koskee biokaasureaktoria (10), jossa eloperäisestä aineksesta (11) on sovitettu muodostettavaksi biokaasua (12). Biokaasureaktoriin kuuluu säiliörakenne (13), säiliörakenteeseen sovitettu putkimainen reaktoritila (14), johon on sovitettavissa eloperäistä ainesta biokaasun muodostamiseksi, lämmönsäätelyvälineet (16) reaktoritilaan sovitettavissa olevan eloperäisen aineksen lämpötilaan vaikuttamiseksi, yhteet (17,18) eloperäisen aineksen syöttämiseksi reaktoritilaan ja poistamiseksi reaktoritilasta ja yksi tai useampi yhde (19.1 – 19.3) biokaasun poistamiseksi reaktoritilasta. Lämmönsäätelyvälineillä on sovitettu muodostettavaksi säiliörakenteesta kaksikerrosrakenne, joka on sovitettu muodostamaan pääosan säiliörakenteen kantavasta rakenteesta ja jossa on ontelotila (39) lämmönsiirtoväliainetta varten. Lisäksi keksintö koskee myös menetelmiä biokaasun tuottamiseksi ja biokaasureaktorin valmistamiseksi.

Description

BIOKAASUREAKTORI JA MENETELMÄT BIOKAASUN TUOTTAMISEKSI JA BIO-
KAASUREAKTORIN VALMISTAMISEKSI Keksintö koskee biokaasureaktoria, jossa eloperäisestä ainek- sesta on sovitettu muodostettavaksi biokaasua ja johon biokaa- sureaktoriin kuuluu - kaksikerrosrakenteinen säiliörakenne, - säiliörakenteeseen sovitettu putkimainen reaktoritila, johon on sovitettavissa eloperäistä ainesta biokaasun muo- dostamiseksi, - lämmönsäätelyvälineet reaktoritilaan sovitettavissa olevan eloperäisen aineksen lämpötilaan vaikuttamiseksi, joilla on sovitettu muodostettavaksi säiliörakenteesta kantava kaksikerrosrakenne, jossa on ontelotila lämmön- siirtoväliainetta varten, - yhteet eloperäisen aineksen syöttämiseksi reaktoritilaan ja poistamiseksi reaktoritilasta, - yksi tai useampi yhde biokaasun poistamiseksi reaktori- tilasta. Lisäksi keksintö koskee myös menetelmiä biokaasun tuottamiseksi ja biokaasureaktorin valmistamiseksi. o Biokaasu on hapettomissa olosuhteissa syntynyttä kaasua, jonka S mikrobit ovat muodostaneet orgaanisista aineksista. Biokaasu = 25 sisältää runsaasti metaania, jonkin verran hiilidioksidia ja N pieniä määriä rikkiyhdisteitä. x a © Biokaasuprosessi voidaan käsitellä joko psykrofiilisessä (0 - 3 15 °C), mesofiilisessä (15 - 45 °C) tai termofiilisessa (50 - 2 30 75 °C) lämpötilassa. Näissä kaikissa on erilaiset bakteerikan- © nat. Prosessi on sitä kiivaampi, mitä lämpimämpi prosessi on. Yleisin lämpötila on mesofiilinen, koska sillä on hyvä kaasuntuotanto ja helppo hallittavuus. Kaasu on uusiutuva bio- polttoaine, jota tavallisimman hyödynnetään sähkön- ja lämmön- tuotannossa. Biokaasua voidaan verrata ominaisuuksiltaan maa- kaasuun.
Biokaasua voidaan tuottaa biokaasureaktoreilla, johon on kehi- tetty monenlaisia teknisiä ratkaisuja. Reaktorit voidaan jakaa karkeasti kahteen perustyyppiin, joita ovat täyssekoitus- ja tulppavirtausreaktori. Täyssekoitusreaktorit voivat olla esi- merkiksi jatkuvatoimisia ja -sekoitteisia. Tällöin materiaalia pumpataan reaktoriin ja samalla sitä otetaan saman verran myös sieltä pois, jolloin massan määrä pysyy vakaana. Sen etuja on syötteiden lisäämisen automatisointi ja suhteellisen vakaa kaa- suntuotto.
Tulppavirtausreaktori on erityisesti kuiville materiaaleille soveltuva reaktorityyppi. Siinä eloperäinen aines järjestetään vaakasuuntaisesti järjestettyyn pitkänomaiseen reaktoritilaan, jossa käsiteltävä massa kulkee syötetyssä järjestyksessä tulp- pavirtauksena läpi prosessin samalla kaasua muodostaen. Näin saavutetaan lähes vakio massan viipymäaika. Tulppavirtaus saa- daan aikaiseksi putkimaisessa reaktorissa, jossa toisesta o päästä syötetään ja toisesta päästä puretaan massaa. Uusi massa S ei pääse sekoittumaan vanhan kanssa, joten prosessista kerättyä = 25 bakteeripitoista nestettä syötetään massan sekaan prosessin no- N peuttamiseksi. Kaasu poistetaan esimerkiksi reaktorin ylä- E osasta. Reaktoritilan muodostaa poikkileikkausprofiililtaan o esimerkiksi pyörähdyskappaleen muotoinen vaippa, joka on sovi- > tettu reaktorin yleensä esimerkiksi metallia oleviin runkora- 2 30 kenteisiin.
N
Vielä eräs reaktorityyppi on panosreaktori. Sitä täytetään ja tyhjennetään tasaisin väliajoin. Sen etuina on helppohoitoisuus prosessin aikana ja haittana suhteellisen hidas kaasuntuoton käynnistäminen ja se on työläs tyhjentää.
Suomessa biokaasua tuotetaan usein kaatopaikoilla ja maati- loilla, isoissa biokaasulaitoksissa. Usein raaka-aineena ovat orgaaniset jätteet, kuten esimerkiksi elintarviketeollisuu- desta peräisin oleva jäte, kotitalouksien biojäte tai lanta. Kehittyvissä maissa reaktorit ovat sen sijaan tyypillisesti pienikokoisia, muutaman kuution kokoisia säiliöitä maan alla. Biokaasureaktoreiden rakennetoteutus tekee niistä hyvin ras- kastekoisen. Lisäksi niiden skaalautuvuus on huono. Raskaste- koisuutensa takia hbiokaasureaktorit joudutaan kuljettamaan käyttökohteeseensa useissa osissa, josta seuraa myös niiden kokoamistyö käyttökohteessaan. Nämä kaikki lisäävät biokaasu- reaktorin valmistukseen ja hankintaan liittyviä kustannuksia ja lisäävät siten investoinnin takaisinmaksuaikaa.
Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan biokaasureaktori, joka on rakenteensa ansiosta prosessiteknisesti tarkasti hal- o littavissa ja säädettävissä. Lisäksi keksinnön tarkoituksena S on saada aikaan menetelmät biokaasun tuottamiseksi ja biokaa- = 25 sureaktorin valmistamiseksi, joiden myötä biokaasua voidaan N tuottaa kevyin rakennetoteutuksin ja lisäksi parannetulla 10- E gistiikalla koskien esimerkiksi hbiokaasureaktorin järjestä- o mistä biokaasun tuotantopaikalle. Keksinnön mukaisen biokaasu- > reaktorin ja menetelmien tunnusomaiset piirteet on esitetty = 30 oheisissa patenttivaatimuksissa 1, 12 ja 13.
Keksinnön mukaisessa biokaasureaktorissa lämmönsäätelyvälineet on sovitettu muodostamaan pääosan säiliörakenteen kantavasta rakenteesta.
Tätä varten lämmönsäätelyvälineillä on sovitettu muodostettavaksi säiliörakenteesta kaksikerrosrakenne.
Lisäksi kaksikerrosrakenteessa on ontelotila lämmönsiirtoväliainetta varten.
Erityisemmin, lämmönsäätelyvälineet on sovitettu muo- dostumaan ontosta putkiprofiilista järjestettynä spiraalimai- seen asetelmaan kierrekäämimällä säiliörakenteen muodosta- miseksi putkiprofiilista.
Säiliörakenteen on sovitettu muodos- tamaan putkiprofiilista hitsausmenetelmällä sen kierrekäämin- nän yhteydessä muodostettu putki.
Säiliörakenteen myötä paranee reaktorin prosessitekninen hallittavuus.
Eräs merkittävä spiraalirakenteen etu on se, että säiliöraken- teen muodostavaan kaksikerrosrakenteeseen muodostuu keksinnön myötä selkeä määritelty virtauskanava.
Virtauskanavassa kier- tävä lämmönsiirtoväliaine pakotetaan siten keksinnön myötä kul- kemaan läpi koko kaksikerrosrakenteen ja vielä erityisemmin spiraalimaisesti järjestetyn putkiprofiilin muodostaman läm- mönsiirtorakenteen.
Tällöin lämmönsiirtoväliaine ei pääse esi- merkiksi kerrostumaan mihinkään päin kaksikerrosrakennetta, vaan se on pakotettu kiertämään läpi koko kaksikerrosrakenteen o muodostaman säiliörakenteen ja sitä kautta vaikuttamaan säi- S liörakenteeseen kauttaaltaan joka puolelta koko sen suurella = 25 lämmönsiirtopinta-alalla, joka keksinnön mukaisesti esimer- N kiksi suorakulmion muotoisella putkiprofiililla siihen muodos- T tetaan. a o 2 Eräs toinen merkittävä etu on se, että keksinnön myötä lämmön- 2 30 siirtoväliaineen syöttö ja/tai virtaussuunta suhteessa reakto- © ritilaan ja sinne sijoitettavissa olevaan eloperäiseen ainek- seen ja prosessin etenemiseen nähden saadaan keksinnön myötä hyvin huomioitua. Toisin sanoen, keksinnön myötä tulee mahdol- liseksi kohdistaa ja ohjata lämpötilavaikutusta reaktorin ja siten prosessivaiheeseen kannalta oikeaan kohtaan. Lämpövaiku- tuksen voidaan tällöin sanoa olevan reaktorirakenteen ja siten 5 myös prosessivaiheen osalta paikkariippuva, koska lämmönsiir- toväliaine tiettyyn kohtaan säiliörakennetta syötettynä vai- kuttaa kohdasta alkaen tiettyyn profiiliputken muodostaman vir- tauskanavan määrittämään suuntaan reaktorirakenteessa. Tämä on oleellinen etu prosessin säädön ja sen hallittavuuden kannalta.
Keksinnön mukainen biokaasureaktori ja erityisemmin, sen säi- liörakenne voi olla materiaaliltaan pääosin muovia. Siten sen materiaali voi olla kierrätettyä ja kierrätettävää. Lisäksi se on kevyt, kestävä ja sillä on edullisemmat valmistuskustannuk- set. Se on korroosiovapaa eli se ei ruostu eikä syövy kemial- lisen reaktion seurauksena. Reaktorille ominainen liukas pinta estää myös kerrostumien tarttumista reaktorin pintaan. Reakto- rilla on myös erittäin pitkä elinkaari.
Lisäksi reaktori on keveytensä ansiosta helppo kuljettaa käyt- tökohteeseensa ja lisäksi nopea ja helppo myös asentaa. Kevyt- ja jäykkä rakenne mahdollistaa reaktorin valmistamisen val- o miiksi tuotantotiloissa ja tarvittaessa myös jälkikäteen teh- S tävän siirtämisen toiseen käyttökohteeseen.
= 25 N Keksinnön myötä paranee myös biokaasureaktorin skaalautuvuus.
z Keksinnön myötä saavutetaan kustannustehokas tapa niin biokaa- c sureaktorin valmistamisessa kuin sen käytönaikaisissa kuluissa > (esimerkiksi omakäyttö). Keksinnön mukaisella biokaasureakto- 2 30 rilla ja menetelmällä saavutetaan kannattava kaasuntuotanto N suhteessa investointikuluihin. Muut keksinnölle ominaiset piir- teet käyvät ilmi oheisista patenttivaatimuksista ja lisää saa- vutettavia etuja on lueteltu selitysosassa.
Seuraavassa keksintöä, jota ei ole rajoitettu seuraavassa esi- tettäviin suoritusmuotoihin, selostetaan tarkemmin viittaa- malla oheisiin kuviin, joissa Kuva 1 esittää periaatekuvana erästä esimerkkiä biokaasure- aktorista sivultapäin nähtynä ja halkileikattuna, Kuva 2 esittää kuvassa 1 esitettyä biokaasureaktoria viis- tosti sivulta päin nähtynä, Kuva 3 esittää yksinkertaistettua periaatekuvaa biokaasure- aktorin säiliörakenteesta sivulta päin ja osittaisena halkileikkauksena, Kuva 4 esittää esimerkkiä säiliörakenteen seinämäraken- teesta osaleikkauksena, Kuva 5 esittää esimerkkiä säiliörakenteen valmistusperiaat- teesta, Kuva 6 esittää esimerkkiä säiliörakenteeseen kaksikerrosra- kenteen muodostavan profiiliputken liittymisestä toisiinsa, Kuva 7 esittää periaatteellista esimerkkiä kuvissa 1 ja 2 esitetystä bickaasureaktorista sen reaktoritilan ol- lessa nyt varusteltuna sekoituksella ja o Kuva 8 esittää karkeana kaaviokuvana esimerkkiä biokaasure- S aktorin lämmönhallintapiiristä.
= 25 N Kuvassa 1 esitetään periaatekuvana eräs esimerkki biokaasure- E aktorista 10 sivultapäin nähtynä ja halkileikattuna. Kuva 2 o puolestaan esittää kuvan 1 biokaasureaktoria 10 viistosti si- > vulta päin nähtynä säiliörakenne 13 läpinäkyvänä. Biokaasure- 2 30 aktori 10 on tarkoitettuna biokaasun 12 muodostamiseksi elope- N räisestä aineksesta 11. Eloperäisestä aineksesta 11 puhua myös biomassana. Esimerkkeinä näistä voidaan mainita kaikenlaiset orgaaniset jätteet, kuten esimerkiksi lanta, jätevedet ja te- ollisuuden rejektijakeet. Biokaasun 12 muodostamista varten biokaasureaktoriin 10 kuuluu reaktoritila 14, johon eloperäinen aines 11 on sovitettavissa biokaasun 12 muodostamiseksi. Reaktoritila 14 on sovitettu muo- dostumaan säiliörakenteeseen 13. Reaktoritila 14 on nyt vaaka- suuntainen pitkänomainen putkimaiseksi muodostettu lieriötila. Reaktoritilaan 14 eloperäistä ainetta 11 syötetään syötteenä sisään (In) ja vastaavasti, josta sitä myös poistetaan (Out). Siten eloperäinen aines 11 samalla myös etenee reaktoritilassa 14, kun siitä muodostetaan siellä biokaasua 12 sinällään tun- netuin prosessein. Biokaasureaktoriin 10 kuuluu siten myös yh- teet 17, 18 eloperäisen aineksen 11 syöttämiseksi reaktoriti- laan 14 ja eloperäisen aineksen 11 poistamiseksi reaktoriti- lasta 14. Yksi tai useampi yhteistä, kuten esimerkiksi poisto- yhde 18 voidaan toteuttaa myös esimerkiksi pumpun muodossa. Biokaasureaktori 10 on toimintaperiaatteeltaan tulppavirtaus- reaktori. Syöttö / poisto pyritään toteuttamaan mahdollisimman tasaisena virtana, jotta prosessiolosuhteet pysyvät mahdolli- simman tasaisena. o Edelleen, biokaasureaktoriin 10, erityisemmin, sen säiliöra- S kenteeseen 13 kuuluu yksi tai useampia yhteitä 19.1 - 19.3 = 25 reaktoritilassa 14 muodostuneen biokaasun 12 poistamiseksi re- N aktoritilasta 14 ja siten, biokaasureaktorista 10. Yhteiden E 19.1 - 19.3 kautta otetaan talteen eloperäisen aineksen 11 o anaerobisen hajoamisen tuloksena syntyvä biokaasu 12. Yhteisiin 3 19.1 - 19.3 on liitetty biokaasun 12 talteenottovälineet (ei 2 30 esitetty).
N
Anaerobista hajoamista voidaan kutsua myös eloperäisen aineksen 11 mädätykseksi. Se on orgaanisen aineksen hapettomissa olo- suhteissa tapahtuvaa hajoamista. Hajotuksesta vastaavat anae- robiset mikro-organismit. Mädätyksen tuotteena syntyy pääasi- assa humusta vastaavaa kiintoainetta, vettä, hiilidioksidia ja metaanikaasua, joka voidaan hyödyntää esimerkiksi energiantuo- tannossa. Mädätysprosessissa syntyvän biokaasun metaanipitoi- suus on 65 - 70 %. Typpiyhdisteet pelkistyvät mädätyksessä ammoniakiksi ja rikkiyhdisteet rikkivedyksi. Mädätysprosessi voi käsittää neljä sinällään tunnettua päävaihetta: hydrolysaa- tio, happokäyminen, asetogeneesi ja metanogeneesi. Biokaasureaktoriin 10 kuuluu myös lämmönsäätelyvälineet 16 re- aktoritilan 14 ja vielä erityisemmin, reaktoritilaan 14 sovi- tettavissa olevan eloperäisen aineksen 11 lämpötilaan vaikut- tamiseksi. Voidaan puhua myös reaktoritilan 14 järjestämisestä lämpötilasäädellyksi eli reaktorilämmityksestä. Lämmönsäätely- välineet 16 on sovitettu lämmönsiirrollisesti reaktoritilan 14 yhteyteen siten, että niillä voidaan joko lämmittää reaktori- tilassa 14 olevaa materiaalia ja/tai jäähdyttää sitä. Siten lämmönsäätelyvälineisiin 16 kohdistettu tilamuutos vaikuttaa myös reaktoritilaan 14 ja sinne sovitettuun eloperäiseen ai- o nekseen 11, joko sitä lämmittävästi tai jäähdyttävästi. Yleensä a lämmityksellä tai jäähdytyksellä, yleisemmin, lämmönsäätelyvä- = 25 lineillä 16 on tarkoitus ylläpitää reaktoritilan 14 ja siten N myös eloperäisen aineksen 11 lämpötila tietyissä kaasunmuodos- E tuksen kannalta optimaalisissa rajoissa. Siten itse mädätys- o prosessin aikana tapahtuva lämpötilaan vaikuttaminen voidaan > ymmärtää lämpötilan ylläpitona. 2 30
N Lämmönsäätelyvälineillä 16, yleisemmin, reaktorilämmityksellä on sovitettu muodostettavaksi biokaasureaktorin 10 säiliörakenteesta 13 kuvassa 1 ja erityisesti kuvassa 3 näkyvä kaksikerrosrakenne.
Tällöin lämmönsäätelyvälineillä 16 muodos- tettu kaksikerrosrakenne on sovitettu muodostamaan pääosan säi- liörakenteen 13 kantavasta rakenteesta.
Toisin sanoen, lämmön- säätelyvälineet 16 ovat tällöin integroituina eli sisäänraken- nettuina biokaasureaktorin 10 säiliörakenteeseen 13. Siten bio- kaasureaktorin reaktoritila 14 on vapaa lämmönsäätelyväli- neistä.
Vielä erityisemmin, lämmönsäätelyvälineillä 16 on nyt sovitettu muodostettavaksi säiliörakenteesta 13 pääasiallisen itsekantava.
Säiliörakenteeseen 13 kuuluvat lämmönsäätelyvälineet 16 on so- vitettu muodostamaan oleellisen osan biokaasureaktorin 10 run- gosta sen jäykistämiseksi ja siten myös muodostamiseksi itse- kantavaksi.
Tällöin biokaasureaktori 10 ei välttämättä tarvitse lainkaan reaktoritilaa 14 määrittävän ja siten sitä rajaavan säiliörakenteen 13 ympärillä erityistä varta vasten biokaasu- reaktoria 10 jäykistävää runkorakennetta, vaan kyseinen omi- naisuus saadaan aikaan lämmönsäätelyvälineet 16 muodostavalla säiliörakenneratkaisulla.
Säiliörakenteeseen 13 integroidut lämmönsäätelyvälineet 16 kantavat suuren osan kuormasta.
Kek- sinnön myötä biokaasureaktorin 10 säiliörakenne 13 itsessään o toimii lämmönsiirtimenä.
Kaksikerrosrakenteella saadaan tasai- a nen ja hyvin hallittava reaktorin 10 lämmitys.
Tällöin biokaa- = 25 sureaktori 10 on prosessiteknisesti tarkasti hallittavissa ja N säädettävissä (lämmitys / reaktorin kuormitus). Tämä on oleel- E lista, koska pienetkin heilahtelut reaktoritilan 14 lämpöti- o lassa voivat aiheuttaa tunnetulla tavalla epäsuotuisaa vaiku- 3 tusta kaasunmuodostukseen.
Rakenteen ansiosta lämpötila on ta- 2 30 saisempi.
Reaktoriin 10 ei muodostu kylmiä / ylikuumia kohtia.
Kuvissa 3 ja 4 esitetään esimerkkiä biokaasureaktorin 10 säi- liörakenteesta 13, johon on keksinnön mukaisesti integroitu myös lämmönsäätelyvälineet 16 pääosan säiliön 13 kantavasta rakenteesta muodostamiseksi.
Säiliörakenne 13 omaa ontelovaipan ja siten myös kaksikerrosrakenteen.
Toisin sanoen, lämmönsää- telyvälineiden 16 säiliörakenteeseen 13 muodostamassa kaksi- kerrosrakenteessa on ontelotila 39 lämmönsiirtoväliainetta 27 varten.
Sen sisälle muodostuneessa ontelossa 39 kierrätetään esimerkiksi nestemäistä lämmönsiirtoväliainetta 27 reaktoriti- lan 14 ja siten sinne sovitettavissa olevan eloperäisen aineen 11 lämpötilaan vaikuttamiseksi.
Lämmönsäätelyvälineet 16 on sovitettu muodostumaan ontosta put- kiprofiilista 20. Tämä putkiprofiili 20 on järjestetty spiraa- limaiseen asetelmaan kierrekäämimällä putkiprofiilista 20 pit- känomaista putkea 28 säiliörakenteen 13 muodostamiseksi putki- profiilista, jonka säiliörakenteen 13 sisällä putkimainen re- aktoritila 14 on.
Kuvassa 5 esitetään putken 28 eli säiliörakenteen 13 valmis- tusta ja kuvassa 6 puolestaan putkiprofiilien 20 liitosta toi- siinsa.
Kierrekääminnän yhteydessä onttoa putkiprofiilia 20” o liitetään sen sivupinnoiltaan 49.1, 49.2 hitsausmenetelmällä S jo aiemmin muodostuneeseen putkirakenteeseen 28 ja vastaavalla = 25 tavalla liitetyn jatkuvan putkiprofiilin 20 sivupintaan 49.2 N itsekantavan säiliörakenteen 13 ja lämmönsiirtoväliainekanavan E muodostamiseksi putkiprofiilista 20 biokaasureaktorille 10. Si- o ten putkiprofiilista 20 on muodostettu hitsausmenetelmällä > putki 28 sen kierrekääminnän yhteydessä.
Valmistusprosessin 2 30 lopputuote on putkimainen jatkuva pitkänomainen ja tiivis ra- N kenneseinämä pyörähdyskappaleen muodossa, jossa putkiprofiilia 20 on kierrekäämitty ja siten liitetty nousullisesti eli spiraalimaisesti toisiinsa niiden sivuseinämiltään 49.1, 49.2 muodostaen säiliörakenteelle 13 kaksikerros-spiraalirakenteen. Putkiprofiili 20 kestää yksin koko eloperäisestä aineksesta 11 biokaasureaktorille 10 aiheutuvan kuormituksen, eikä erilli- selle varsinaiselle rungolle ole tarvetta. Putkiprofiilia 20' käämitään kuvassa 5 esitetyn mukaisesti ruu- viviivamaisesti hitsausrummulle 43 samanaikaisesti, kun yhteen- hitsattavat profiilipinnat 49.1, 49.2 kuumennetaan esimerkiksi kuumalla ilmalla haluttuun lämpötilaan. Tämän jälkeen hitsaus- massaa 41 suulakepuristetaan kuumennetuille profiilipinnoille
49.1, 49.2 kahdessa säikeessä 47.1, 47.2 esimerkiksi profiili- pinnan 49.1, 49.2 kutakin reunaa pitkin ja hitsausmassalla päällystetyt putkiprofiiliosat 20’, 20 puristetaan yhteen ai- nakin yhden puristusrullan 42 avulla. Puristusrullan 42 akseli on suunnattu säteittäin hitsausrummun 43 suhteen niin, että muodostuu kaksoishitsisauma 48 vierekkäisten putkiprofiili- kierroksien väliin. Hitsaus suoritetaan hitsauspäällä 40, joka on kahden yhteenhitsattavan profiilipinnan 49.1, 49.2 välissä. Alan ammattilainen ymmärtää, että tämä oli vain eräs esimerkki hitsausmenetelmästä putken 28 valmistamiseksi. o Erään sovellusmuodon mukaan ontto putkiprofiili 20 on kuvien a 3, 4 ja 6 mukaisesti poikkileikkaukseltaan pääasiallisen suo- = 25 rakulmion muotoista. Suorakulmion muotoisena putkiprofiilia 20 N on helppoa liittää sivuseinämiltään 49.1, 49.2 toisiinsa, se E on profiililtaan riittävän jäykkää ja lisäksi siitä muodostuu o tasainen sisäpinta reaktoritilan 14 puolelle. Lisäksi suora- > kulmion muotoiseen putkiprofiiliin 20 on helposti tehtävissä 2 30 aukkoja eri yhteitä varten, joita ovat esimerkiksi yhteet 19.1 N - 19.3 biokaasun 12 poistamiseksi reaktoritilasta 14 ja/tai yhteet 26.1 - 26.4 lämmönsiirtoväliaineen 27 sisään ja ulos johtamiseksi putkiprofiilin 20 muodostamaan ja biokaasureakto- rin 10 pituussunnassa L ruuvimaisesti etenevään ontelotilaan
39. Koska mikrobit ovat herkkiä nopeille lämmönvaihteluille, muovimateriaalin hyvä eristävyys / huono lämmönjohtavuus saa aikaan tasaisen lämmönsiirron eloperäiseen ainekseen 11 nyt isolla pinta-alalla. Tällöin mikrobikannat pysyvät mahdolli- simman tasaisessa lämpötilassa ja suotuisissa olosuhteissa. Tämä on oleellista prosessin toimivuuden ja katkottomuuden kan- nalta.
Putkiprofiili 20 voidaan käsittää myös reikäprofiilina. Siten se on vaipaltaan suljettu. Toisin sanoen, sitä ei ole esimer- kiksi vaipaltaan pituussuunnassaan halkaistu, kuten esimerkiksi on puoliputkiprofiililla. Tällöin putkiprofiilien 20 liittämi- nen toisiinsa tapahtuu niiden sivupinnoiltaan 49.1, 49.2. Ontosta putkiprofiilista 20 muodostetun putken 28 ulkosivulla
22.2 olevaan profiiliseinämään 25 kuuluu yhteitä 26.1 - 26.4 sovitettuna lämmönsiirtoväliaineen 27 johtamiseksi onttoon put- kiprofiiliin 20 ja/tai poistamiseksi ontosta putkiprofiilista
20. Koska biokaasureaktorin 10 kokoa voidaan skaalata sen pi- tuussuunnassa L, myös lämmitysyhteiden 26.1 - 26.4 määrä voi o vaihdella sen mukaan. Lämmitysyhteet 26.1 — 26.4 ovat sovitet- S tuina putkiprofiilista 20 muodostetun putken 28 ulkosivulla = 25 22.2 olevan profiiliseinämän 25 keskelle.
N E Kaasuyhteet 19.1 - 19.3 on voitu sovittaa kuvassa 3 esitetyn o mukaisesti putkiprofiilien 20 väliin. Lisäksi ne ulottuvat put- 3 kiprofiilin 20 muodostaman kaksoisseinämän läpi reaktoritilaan 2 30 14. Ollessaan profiiliputkien 20 välissä kaasuyhteet 19.1 - © 19.3 eivät estä lämmönsiirtoväliaineen 27 kiertoa putkiprofii- lien 20 ontelotiloissa 39 eli putkiprofiilin 20 säiliörakenteen
13 vaipalle muodostamassa spiraalimaisessa lämmitysväliaineka- navassa.
Vielä erään sovellusmuodon mukaan kaasuyhde voidaan tarpeen mukaan sijoittaa myös putkiprofiilin 20 keskelle ja lämmitys- kierron yhde kaasuyhteen molemmille puolille.
Tällöin putki- profiili 20 tukitaan tarkoituksella ja lämmönsiirtoväliaineena 27 toimiva neste virtaa eri suuntiin.
Tällä tavoin biokaasure- aktorin 10 lämmitystä tulee mahdolliseksi hallita vieläkin tar- kemmin ja optimoida lämpötila oikeaksi esimerkiksi kuhunkin mädätyksen vaiheeseen sopivaksi.
Eräs kaupallisesti saatavilla oleva esimerkki tällaisesta on- tosta putkiprofiilista 20 valmistetusta putkituotteesta on Uponor Oyj:n Weholite -kauppanimellä markkinoima putki.
Eräs toinen kaupallisesti saatavilla oleva esimerkki tällaisesta on- tosta putkiprofiilista 20 valmistetusta putkituotteesta on Par- kanon Muovituote Oy:n Kennorol -kauppanimellä markkinoima putki.
Niiden käyttö on tunnettua esimerkiksi maanrakennuksesta erilaisten vesien johtamiseksi.
Eräänä esimerkkinä tällaisen putkiprofiilin 20 materiaalista voidaan mainita kestomuovi, ku- ten esimerkiksi PE-muovi.
Se on hyvin helposti ja nopeasti o työstettävää, joka on valmistustekninen etu.
Eräs toinen esi- < merkki on antistaattinen muovi. = 25 N Tällaisella menetelmällä valmistetun putken 28 käytön ansiosta E mahdollistuu biokaasureaktorille 10 hyvä skaalautuvuus.
Reak- o torin 10 koko on helposti skaalattavissa halkaisijasta 0.5 m - > > 6 metriin asti, halkaisijan lisäksi reaktorin 10 pituus on 2 30 helppo muokata kunkin asiakkaan syötteen viipymäajan mu- N kaiseksi.
Siten, keksinnön myötä tulee mahdolliseksi mitoittaa ja valmistaa reaktoritiloja 14 niiden koon (halkaisija/pituus)
osalta vastaamaan kunkin loppuasiakkaan tarpeita. Kaupallisesti on tarjolla useita eri putkikokoja, joka mahdollistaa tämän. Reaktoritilaa 14 määrittävä säiliörakenteen 13 muodostavan put- ken 28 sisäseinämä 23 on pääasiallisen sileä, vaikka putkipro- fiilin 20 spiraalimaisuus siinä silti näkyy enemmän tai vähem- män hitsaussauman 48 muodossa. Erään sovellusmuodon mukaan si- säseinämä 23 voidaan vielä myös pinnoittaa. Tällöin saavutetaan sileämpi pinta ja isompi materiaalivahvuus. Tällöin säiliöra- kenteeseen 13 voi kuulua pinnoitus 21 sovitettuna reaktoritilan 14 puolelle. Voidaan puhua myös vuorauksesta sovitettuna säi- liörakenteen 13 muodostavan putken 28 ja putkimaista reaktori- tilaa 14 määrittämään sovitetulle sisäseinämälle 23. Tällöin reaktoritilaa 14 määrittämään sovitettu pinnoitus 21 on jär- jestetty ontosta putkiprofiilista 20 muodostetun putken 28 si- säseinämää 23 olevaa profiiliseinämää 22.1 vasten. Pinnoituksen 21 materiaalivahvuus voi olla 1 — 20 mm. Pinnoitus 21 voi myös olla materiaaliltaan muovia. Pinnoituksella 21 reaktoritila 14 saadaan seinämiltään täysin sileäksi. Toisin sanoen, tällöin siinä ei näy lainkaan reaktoritilan 14 suuntaan profiiliputket 20 ja niiden välissä olevat hitsaussaumat 48. Pinnoitus 21 ei ole kuitenkaan mitenkään välttämätön. Varsinkin, jos itse pro- o fiiliputkien 20 välinen hitsaussauma 48 saadaan hyvin ta- S saiseksi, jolloin putken 28 sisäseinämälle 23 ei muodostu hit- = 25 saussaumoista 48 johtuvia oleellisia epäjatkuvuuskohtia.
N E Vuorauksen tai pinnoituksen 21 materiaalivahvuus ja vaikutus o on kuitenkin olematon esimerkiksi itse profiiliputken 20 hal- > kaisijaan ja etenkin sen säiliörakennetta 13 jäykistävään ja 2 30 siten kantavaan luonteeseen, joten sillä ei ole oleellista ko- N konaisrakennetta jäykistävää vaikutusta eikä siten merkitystä biokaasureaktorille 10 itsekantavan säiliörakenteen 13 muodostamisen kannalta, vaan pääosa siitä muodostetaan nimen- omaan kierrekäämityllä profiiliputkella 20, jota biokaasureak- torissa 10 käytetään myös reaktoritilan 14 ja siten sinne si- joitettavissa olevan eloperäisen aineksen 11 lämpötilasääte- lyyn.
Biokaasureaktori 10 on eristetty hyvin säiliörakenteen 13 ulkopuolelta.
Kuvassa 7 esitetään periaatteellista esimerkkiä eräästä kek- sinnön mukaisesta biokaasureaktorista 10 sen reaktoritilan 14 ollessa varusteltuna nyt myös sekoituksella ja sen lisäksi vielä nyt myös osastoinnilla.
Biokaasureaktoriin 10 kuuluu täl- löin reaktoritilaan 14 vaikuttamaan sovitetut sekoitusvälineet eloperäisen aineksen 11 sekoittamiseksi reaktoritilassa 14. Sekoitusvälineisiin 15 kuuluu esitetyssä sovellusmuodossa re- 15 aktoritilaan 14 sovitettu reaktoritilan 14 pituussuuntainen L pyöritysakseli 30. Pyöritysakseliin 30 on sovitettu reaktori- tilan 14 säteissuuntaisia R lapoja 31, siipiä tai vastaavia elimiä.
Sekoitusvälineillä 15 sekoitetaan reaktoritilassa 14 olevaa eloperäistä ainesta 11 asetetulla tavalla esimerkiksi kaasunmuodostusprosessin ylläpitämiseksi.
Tällöin sekoitusvä- lineet 15 esimerkiksi hajottavat mekaanisesti eloperäistä ai- nesta 11, jotta siitä ei pääse muodostumaan suurempia raken- 2 neyksiköitä esimerkiksi reaktoritilan 14 pohjalle.
Lisäksi la- a vat myös upottavat eloperäisen aineksen 11 pinnassa kelluvaa = 25 2-kerrosainetta.
Toisin sanoen, sekoitusvälineitä 15 käytetään N myös aineksen 11 homogenisointiin.
Biokaasureaktori 10 voidaan E toteuttaa jopa ilman sekoitusvälineitä 15. Näin varsinkin pit- © kien reaktoreiden 10 tapauksessa. 3 Oo 30 Erään sovellusmuodon mukaan sekoitusvälineet 15 ovat sekoitta- N misen lisäksi sovitettu vielä myös siirtämään reaktoritilaan 14 sovitettua eloperäistä ainesta 11 eteenpäin reaktoritilan
14 pituussuunnassa L. Tämän toteuttamiseksi lavoissa 31 voi olla hieman kiertoa esimerkiksi lentokoneiden propellien ta- paan. Tällöin ne myös toimivat reaktoritilassa 14 eloperäiselle ainekselle 11 virtausta aikaan saavana ja siten työntävät sitä kohti reaktorin 14 jättöpuolen päätä, jossa on ulosmenoaukko. Erään sovellusmuodon mukaan sekoitus voidaan saada aikaan myös pumppaamalla. Pumppaamisen yhteydessä voidaan esimerkiksi kier- rättää eloperäistä ainesta 11.
Kuten esimerkiksi kuvista 1, 2 ja 7 nähdään, putkimainen reak- toritila 14 on voitu myös osastoida kahteen tai useampaan kaa- sukammioon 24.1 — 24.3. Tätä varten putkimainen reaktoritila 14 voi olla esimerkiksi laipioitu osastoinnin ja siten kammi- oiden toisistaan erottamisen aikaan saamiseksi. Laipioinnin ai- kaan saavat kaasulaipiot 29.1 - 29.3 on sovitettu reaktoritilan 14 eli myös kammioiden 24.1 - 24.3 yläosaan. Kammioiden 24.1 -
24.3 avulla saadaan mitattua kaasunmuodostuminen prosessin eri vaiheissa ja mitatun datan avulla optimoidaan syötteen läpime- noaika. Tavoitteena on tällöin maksimoida reaktorin 10 kuormi- tettavuus ja näin pienentää reaktorin fyysistä kokoa. Tutki- malla kaasunmuodostusnopeutta ja kaasun 12 metaanipitoisuutta prosessin edetessä on mahdollista optimoida syötteen eli elo- o peräisen aineksen 11 läpimenoaika ja optimoida sen perustella < mahdollisten lisäaineiden syöttömäärät.
= 25 N On huomattava, että biokaasureaktori 10 voidaan toteuttaa yhtä E lailla myös ilman osastointia. Laipioiden 29.1 - 29.3 tarkoi- o tuksena voi olla osastoinnin lisäksi tai sen sijasta myös vah- > vistaa itse säiliön 13 rakennetta. Näin varsinkin pitkien re- 2 30 aktoreiden kohdalla. Toisaalta, tässä hakemuksessa esitetyn mu- N kainen kaasun 12 muodostuksen ja sen poiston osastointi esi- merkiksi laipioin 29.1 - 29.n on mahdollista toteuttaa säiliön
13 rakenneperiaatteeltaan myös muunlaisissa reaktoreissa. Se siis toimii itsenäisenä ratkaisuna mihinkään erityiseen säi- liörakenteeseen sitomatta. Tällöinkin osastoinnin ansiosta on mahdollista tutkia kaasunmuodostumisen nopeutta ja kaasunpi- toisuutta. Keksinnön mukaisen säiliörakenteen 13 yhteydessä esitetyllä osastoinnilla esimerkiksi laipioin 29.1 - 29.3 saa- vutetaan kuitenkin etua siinä mielessä, että reaktoritilan 14 lämpötilaa voidaan säätää keksinnön mukaisen säiliörakenteen ansiosta kammioittain 24.1 - 24.n ja sen ansiosta biocokaasun- muodostus voidaan suorittaa samassa yhdessä reaktorirakenteessa yhtenä ainoana prosessivaiheena tarkasti osastoittain halli- tusti. Toisin sanoen, osastointi yhdistettynä kierrekäämitysti muodostettuun säiliörakenteeseen 13 sen sovittamiseksi toimi- maan reaktoritilan 14 lämpötilaa ylläpitäen halutusti saavute- taan yhdessä erityistä etua kaasunmuodostuksen hallinnan osalta. Lämpötilat eri osastoilla voivat keksinnön myötä vaih- della ja sellaisen aikaansaava rakenne niiden säätämiseksi on helppo toteuttaa kierrekäämityllä spiraaliputkella.
Biokaasureaktorissa 10 prosessoitavan eloperäisen aineksen 11 kuiva-ainepitoisuus on esimerkiksi sellainen, että se on juok- sevassa muodossa. Tällöin voidaan puhua myös sakeasta juokse- o vasta lietteestä tai juoksevasta sakeamassasta. Eloperäinen ai- S nes 11 on esikäsitelty mahdollisimman hienojakoiseksi. Sen pa- = 25 lakoko voi olla esimerkiksi maksimissaan 5 cm. Esimerkkinä elo- N peräisen aineksen 11 kuiva-ainepitoisuudesta on alle 35 %. Täl- E löin biokaasureaktoria 10 ei ole tarvetta varustaa välinein o eloperäisen aineksen 11 siirtämiseksi reaktoritilassa 14 eteen- > päin, vaan sen siirtyminen ja myös reaktoritilasta 14 poistu- 2 30 minen tapahtuu luonnostaan.
Erään sovellusmuodon mukaan edellä viitattu laipiointi on voitu sovittaa reaktoritilan 14 yläosaan siten, että kammiot 24.1 -
24.3 on sovitettu erotettavaksi toisistaan laipioilla 29.1 -
29.3. Laipioiden 29.1 - 29.3 lisäksi myös reaktoritilaan 14 sovitettavissa olevaa eloperäistä ainesta 11 voidaan käyttää kammioiden 24.1 — 24.3 erottamiseen toisistaan. Tällöin elope- räisen aineksella 11 on sovitettu tiivistettäväksi laipiot 29.1 = 29.3 niiden alaosistaan. Tätä varten eloperäisen aineksen 11 pinnankorkeus eli pinta 11’ reaktorikammiossa 14 on sovitetta- vissa siten, että eloperäinen aines 11 tiivistyy laipioiden
29.1 — 29.3 muodostavia pintoja vasten. Tämän ansiosta biokaa- sulle 12 järjestetyt kammiot 24.1 - 24.3 erotetaan toisistaan vesilukkoperiaatteella. Siten kammioiden 24.1 - 24.3 kaasutii- vistys tapahtuu laipioiden 29.1 - 29.3 alareunan ylittävällä eloperäisellä aineksella 11, joka siis aikaan saa kyseisen kaa- sutiivistyksen. Pinnankorkeuden mittaamista varten reaktoriti- lassa 14 on anturointi, jolle on säiliörakenteessa 13 ainakin yksi yhde 33.
Erään sovellusmuodon mukaan sekoitusvälineisiin 15 kuuluvia la- poja 31 on sovitettu pyöritysakseliin 30 reaktoritilan 14 ai- nakin osastoinnin aikaan saavien laipioiden 29.1 - 29.3 koh- o dalle. Tällöin niiden tarkoitus on aineksen 11 sekoittamisen S lisäksi myös laipioiden 29.1 — 29.3 pintojen pitäminen puhtaana = 25 kaavariperiaatteella. Lavat 31 viistävät laipioita 29.1 — 29.3 N ja siten puhdistavat ne mekaanisesti hankaamalla. Akseli 30 E ja/tai lapojen 31 pituus voi olla puolestaan sovitettuna siten, o että lavat 31 ulottuvat myös reaktoritilan 14 pohjalle tai 3 ainakin lähelle sitä. = 30
N Erään sovellusmuodon mukaan biokaasureaktorin 10 syöttö, se- koitus ja kerrostumien ehkäisy voidaan tehdä jopa samalla akselilla 30. Tällöin akselin 30 alkupäässä eli biokaasureak- torin 10 syöttöpäässä voi olla kuvassa 7 esitetyn mukaisesti syöttöruuvi 32. Sillä eloperäistä ainesta 11 siirretään reak- toritilaan 14. Tällaisella rakenneratkaisulla on mahdollista esimerkiksi minimoida biokaasureaktorin 10 omakäyttöenergia. Lisäksi vikaherkkyys pienenee ja saavutetaan parempi käyttö- varmuus.
Säiliörakenteessa 13 voi olla lisäksi vielä yksi tai useampi yhde 34.1 — 34.3 eloperäisen aineksen 11 kierrätykselle. Kier- rätyksen eräänä tarkoituksena voi olla stabiloida prosessia. Näistä yhteistä 34.1 — 34.3 voidaan tehdä myös näytteenotto ja mahdollinen lisäaineistus.
Kuva 8 esittää karkeana kaaviokuvana erästä esimerkkiä biokaa- sureaktorin 10 lämmönhallintapiiristä. Biokaasureaktorin 10 ul- kopuolella voi olla esimerkiksi sähkö(kaasu)boileri 45, joka on lämmitystukkiin 46 liitettyjen putkilinjojen välityksellä liitetty yhteisiin 26.1 - 26.4. Kuvassa 8 näkyy myös nesteiden virtaussuunnat. Piiri on muodostettu siten, että se on sovi- tettu ohjaamaan suurin määrä lämmitysenergiaa biokaasureaktorin 10 alkupäähän eli syötteen lisäyspäähän (In). Säätö tehdään o puolestaan muuttamalla lämmönsiirtoväliaineen 27 kiertono- S peutta. Loppuosa reaktorista 10 pyritään pitämään mahdollisim- = 25 man tasalämpöisenä.
N E Erään toisen sovellusmuodon mukaan lämmönsiirtopiiri voi olla o sisäänmeno / ulostuloyhteidensä osalta myös esimerkiksi kuvassa > 1 esitetynlainen. Sisäänmeno on yhteistä 26.2 ja 26.4 ja ulos- 2 30 tulo puolestaan 26.1 ja 26.3. Tällöin siis esimerkiksi 26.2 © sisäänviety lämmönsiirtoneste 27 jakaantuu reaktorin 10 tulo ja jättöpuolelle ja yhteen 26.3 kautta ulosjohdettu neste on molemmista suunnista reaktorin 10 pituussuunnassa. Tulppaamalla kahden vierekkäisen yhteen väli esimerkiksi kaasunpoistoyh- teellä voidaan lämmönsiirtoväliaineen tulo-/menoyhteet järjes- tää lähes vierekkäin.
Esitetyssä sovellusmuodossa säätö on seuraavanlainen. Yhteestä
26.2 johdetaan kaikki lämmitysneste sisään. Yhteestä 26.1 joh- detaan 50% lämmitysnesteestä ulos ja yhteistä 26.3 ja 26.4 puolestaan molemmista 25% lämmitysnesteestä ulos.
Biokaasureaktorin 10 lämpötila-anturointi voidaan toteuttaa esimerkiksi seuraavasti. Lämpötila-anturit 51, 52 sovitettuna mittaamaan lämpötilaa on järjestetty lämmityskiertoon sen me- nopuolelle lämmitystukkiin 46 ja erikseen paluupuolelle kokoo- jatukkiin 50. Tällöin kaikille menoyhteille 26.2 voi olla yh- teinen lämpötilamittaus ja paluupuolelle vastaavasti yhteinen mittaus kokoojatukissa 50. Myös sekoitusakselin 30 sisällä on oma lämpötilamittaus 55 ainakin yhdessä kohtaa. Skaalattaessa reaktoria 10 pituussuunnassa L pidemmäksi myös akselin 30 si- sällä olevia lämmönmittauspisteitä voi olla useampia. Lämmi- tysnesteen 27 kiertonopeus on silloin sopiva, kun paluulämpö ja akselin 30 sisältä mitattu lämpötila ovat samat. Siten läm- o pötiloja vertaillaan. Kierto pidetään niin isolla, että meno- a lämpötila on vain hieman isompi, maksimissaan 4 °C. Kuvan 8 = 25 piirissä on piirin oheisvarusteluna esitetty myös sekoitusvent- N tiili 53 ja lämmitysnesteen 27 kiertopumppu 54. x a © Biokaasureaktorin 10 lisäksi keksintö koskee myös menetelmää 3 biokaasun 12 tuottamiseksi. Menetelmässä biokaasua 12 tuotetaan 2 30 eloperäisestä aineksesta 11 biokaasureaktorilla 10 lämpöti- © lasäädellysti. Biokaasureaktori 10 on edellä esitetty biokaa- sureaktori.
Vielä lisäksi keksintö koskee myös menetelmää biokaasureaktorin 10 valmistamiseksi. Biokaasureaktori 10 on tarkoitettu biokaa- sun 12 tuottamiseksi eloperäisestä aineksesta 11 säiliön 13 muodostamassa putkimaisessa reaktoritilassa 14 lämpötilasää- dellysti. Biokaasureaktorin 10 säiliö 13 muodostetaan hitsaus- menetelmällä valmistetusta putkesta 28, jossa onttoa putkipro- fiilia 20 on kierrekäämimällä järjestetty spiraalimaiseen ase- telmaan seinämän muodostamiseksi muodostuvalle putkelle 28. To- della pitkien reaktorirakenteiden osalta ne voidaan toimittaa käyttökohteeseen osissa ja liittää osat toisiinsa esimerkiksi kuumahitsaamalla tai putkien 28 päihin sovitetuin kierrelii- toksin. Tällöin putkiprofiilin kierteisyys eri osien välillä voi jopa vaihtua.
Keksintö koskee myös ontosta putkiprofiilista 20 hitsausmene- telmällä ja spiraalimaiseen asetelmaan kierrekäämimällä val- mistetun putken 28 käyttöä biokaasureaktorina 10. Eräänä esimerkkinä säiliörakenteen 13 mitoista voidaan esittää halkaisija 1 m ja pituus 5 m. Eräs esimerkki putkiprofiilista 20 on sen mitoiltaan 70 mm x 40 mm. Putkiprofiilin seinämävah- o vuus voi olla esimerkiksi 4 - 8 mm. & = 25 On ymmärrettävä, että edellä oleva selitys ja siihen liittyvät N kuvat on tarkoitettu ainoastaan havainnollistamaan esillä ole- E vaa keksintöä. Keksintöä ei siten ole rajattu pelkästään edellä o esitettyihin tai patenttivaatimuksissa määriteltyihin sovel- > lusmuotoihin, vaan alan ammattimiehelle tulevat olemaan ilmei- 2 30 siä monet erilaiset keksinnön variaatiot ja muunnokset, jotka N ovat mahdollisia oheisten patenttivaatimusten määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

Claims (14)

PATENTTIVAATIMUKSET
1. Biokaasureaktori, jossa eloperäisestä aineksesta (11) on sovitettu muodostettavaksi biokaasua (12) ja johon biokaasure- aktoriin (10) kuuluu - kaksikerrosrakenteinen säiliörakenne (13), - säiliörakenteeseen (13) sovitettu putkimainen reaktori- tila (14), johon on sovitettavissa eloperäistä ainesta (11) biokaasun (12) muodostamiseksi, - lämmönsäätelyvälineet (16) reaktoritilaan (14) sovitet- tavissa olevan eloperäisen aineksen (11) lämpötilaan vai- kuttamiseksi, joilla on sovitettu muodostettavaksi säi- liörakenteesta (13) kantava kaksikerrosrakenne, jossa on ontelotila (39) lämmönsiirtoväliainetta (27) varten, - yhteet (17, 18) eloperäisen aineksen (11) syöttämiseksi reaktoritilaan (14) ja poistamiseksi reaktoritilasta (14), - yksi tai useampi yhde (19.1 - 19.3) biokaasun (12) pois- tamiseksi reaktoritilasta (14), tunnettu siitä, että lämmönsäätelyvälineet (16) on sovitettu muodostumaan ontosta putkiprofiilista (20) järjestettynä spi- raalimaiseen asetelmaan kierrekäämimällä sanotun säiliöraken- teen (13) muodostamiseksi putkiprofiilista (20).
S <
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen biokaasureaktori, tunnettu = 25 siitä, että säiliörakenteen (13) on sovitettu muodostamaan put- N kiprofiilista (20) hitsausmenetelmällä sen kierrekääminnän yh- E teydessä muodostettu putki (28). o 2
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen biokaasureaktori, tun- 2 30 nettu siitä, että ontto putkiprofiili (20) on poikkileikkauk- N seltaan pääasiallisen suorakulmion muotoista.
4. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 3 mukainen biokaasureaktori, tunnettu siitä, että säiliöön (13) kuuluu pinnoitus (21) sovi- tettuna reaktoritilan (14) puolelle, jonka vahvuus on 1 - 20 mm ja joka on materiaaliltaan muovia.
5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen hbiokaasureaktori, tunnettu siitä, että pinnoitus (21) on järjestetty ontosta putkiprofii- lista (20) muodostetun putken (28) sisäseinämää (23) olevaa profiiliseinämää (22.1) vasten.
6. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 5 mukainen biokaasureaktori, tunnettu siitä, että putkimainen reaktoritila (14) on laipi- oitu.
7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen biokaasureaktori, tunnettu siitä, että putkimainen reaktoritila (14) on sanotulla laipi- oinnilla osastoitu kahteen tai useampaan kammioon (24.1 -
24.3).
8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen biokaasureaktori, tunnettu siitä, että laipiointi on sovitettu reaktoritilan (14) yläosaan siten, että sanotut kammiot (24.1 - 24.3) on sovitettu erotet- o tavaksi toisistaan laipioilla (29.1 — 29.3), joihin eloperäinen a aines (11) on sovitettu tiivistettäväksi.
= 25 N 9. Jonkin patenttivaatimuksen 2 - 8 mukainen biokaasureaktori, E tunnettu siitä, että ontosta putkiprofiilista (20) muodostetun o putken (28) ulkosivulla (22.2) olevaan profiiliseinämään (25) > kuuluu yhteitä (26.1 - 26.4) sovitettuna lämmönsiirtoväliaineen 2 30 (27) johtamiseksi onttoon putkiprofiiliin (20) ja/tai poista- N miseksi ontosta putkiprofiilista (20).
10. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 9 mukainen biokaasureaktori, tunnettu siitä, että reaktoritilaan (14) on sovitettu sekoi- tusvälineet (15), joihin kuuluu - reaktoritilaan (14) sovitettu pituussuuntainen (L) pyö- ritysakseli (30), - pyöritysakseliin (30) sovitettuja reaktoritilan (14) sä- teissuuntaisia (R) lapoja (31), jotka ovat sanotun sekoit- tamisen lisäksi sovitettu siirtämään reaktoritilaan (14) sovitettua eloperäistä ainesta (11) eteenpäin reaktoriti- lan (14) pituussuunnassa (L).
11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen biokaasureaktori, tunnettu siitä, että lapoja (31) on sovitettu pyöritysakseliin (30) ai- nakin laipioiden (29.1 - 29.3) kohdalle, joilla on sovitettu aikaan saatavaksi reaktoritilan (14) osastointi, laipioiden (29.1 — 29.3) pitämiseksi puhtaana kaavariperiaatteella.
12. Menetelmä biokaasun tuottamiseksi, jossa biokaasua (12) tuotetaan eloperäisestä aineksesta (11) hbiokaasureaktorilla (10) lämpötilasäädellysti, tunnettu siitä, että biokaasureak- tori (10) on yhden tai useamman patenttivaatimuksen 1 - 11 mukainen biokaasureaktori.
S < 13. Menetelmä biokaasureaktorin valmistamiseksi, joka biokaa- = 25 sureaktori (10) on tarkoitettu biokaasun (12) tuottamiseksi N eloperäisestä aineksesta (11) säiliörakenteen (13) muodosta- E massa putkimaisessa reaktoritilassa (14) lämpötilasäädellysti, © tunnettu siitä, että muodostetaan sanottu säiliörakenne (13) > hitsausmenetelmällä valmistetusta putkesta (28), jossa onttoa 2 30 putkiprofiilia (20) on kierrekäämimällä järjestetty spiraali- © maiseen asetelmaan.
14. Ontosta putkiprofiilista (20) hitsausmenetelmällä ja spi- raalimaiseen asetelmaan kierrekäämimällä valmistetun putken (28) käyttö biokaasureaktorina (10).
oO
N
O
N
PP
N
I jami a
O +
O 0
O
O
N
FI20195946A 2019-11-04 2019-11-04 Biokaasureaktori ja menetelmät biokaasun tuottamiseksi ja biokaasureaktorin valmistamiseksi FI129019B (fi)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20195946A FI129019B (fi) 2019-11-04 2019-11-04 Biokaasureaktori ja menetelmät biokaasun tuottamiseksi ja biokaasureaktorin valmistamiseksi
US17/774,283 US12606781B2 (en) 2019-11-04 2020-11-04 Biogas reactor and methods for producing biogas
EP20829618.6A EP4055138A1 (en) 2019-11-04 2020-11-04 Biogas reactor and methods for producing biogas and manufacturing biogas reactor
PCT/FI2020/050727 WO2021089918A1 (en) 2019-11-04 2020-11-04 Biogas reactor and methods for producing biogas and manufacturing biogas reactor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20195946A FI129019B (fi) 2019-11-04 2019-11-04 Biokaasureaktori ja menetelmät biokaasun tuottamiseksi ja biokaasureaktorin valmistamiseksi

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FI20195946A1 FI20195946A1 (fi) 2021-05-05
FI129019B true FI129019B (fi) 2021-05-14

Family

ID=74068280

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20195946A FI129019B (fi) 2019-11-04 2019-11-04 Biokaasureaktori ja menetelmät biokaasun tuottamiseksi ja biokaasureaktorin valmistamiseksi

Country Status (4)

Country Link
US (1) US12606781B2 (fi)
EP (1) EP4055138A1 (fi)
FI (1) FI129019B (fi)
WO (1) WO2021089918A1 (fi)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL444110A1 (pl) 2023-03-17 2024-09-23 Ludomir Duda Przepływowy reaktor biometanowy

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB673075A (en) 1949-04-12 1952-06-04 Dorr Co Improvements in and relating to apparatus for the digestion or alkaline fermentation of organic material
AU4825490A (en) * 1988-12-13 1990-07-10 Josef Probst Biogas reactor
IL108321A (en) 1994-01-12 1998-10-30 Yeda Res & Dev Bioreactor and system for improved productivity of photosynthetic algae
KR100780674B1 (ko) 2006-09-29 2007-11-30 일우산업 주식회사 유리섬유 강화 합성수지 이중벽관
US20090134173A1 (en) * 2007-11-26 2009-05-28 Paul Mueller Company Baffle System for a Vessel
US9340763B2 (en) * 2008-03-25 2016-05-17 Ge Healthcare Bio-Sciences Corp. Temperature controlling surfaces and support structures
CN103881901A (zh) 2012-12-20 2014-06-25 天津市德盛源环境工程有限公司 有机固废高效干式厌氧发酵设备
CN103016858B (zh) 2013-01-04 2015-07-22 上海清远管业科技有限公司 玻纤增强中空壁聚乙烯缠绕管及其制造方法
FR3012346A1 (fr) 2013-10-25 2015-05-01 Innov Ener Cuve pour une installation de methanisation pour la production de biogaz
US20190316073A1 (en) 2016-12-09 2019-10-17 Chin-Hsing CHUO Fermentation tank
FI128098B (fi) 2017-12-13 2019-09-30 Fimuskraft Oy Vaakasuuntainen fermentori

Also Published As

Publication number Publication date
FI20195946A1 (fi) 2021-05-05
US20220389358A1 (en) 2022-12-08
WO2021089918A1 (en) 2021-05-14
US12606781B2 (en) 2026-04-21
EP4055138A1 (en) 2022-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI125284B (fi) Menetelmä biokaasun valmistamiseksi biomassasta anaerobisella hajottamisella ja vastaava reaktori
US10443030B2 (en) Solid waste digestion system
US10717684B2 (en) Biosolids digester and process for biosolids production
FI129019B (fi) Biokaasureaktori ja menetelmät biokaasun tuottamiseksi ja biokaasureaktorin valmistamiseksi
DK2449086T3 (en) Device for the production of biogas from organic waste
PT1930404E (pt) Método e dispositivo para fermentação anaeróbica de material orgânico
CN109439518B (zh) 生物干化机及其干化方法
FI60853B (fi) Anordning foer foerbaettring av metanproduktion vid anaerob roetning av organiska substanser
CZ297094B6 (cs) Zpusob a zarízení k biologické úprave tekutiny pri generování bioplynu
WO2022095029A1 (zh) 粪污处理设备全密封快速卸污系统
EA031914B1 (ru) Теплообменник для низких температур
KR101833867B1 (ko) 대용량 수평형 혐기성소화장치
FI129001B (fi) Reaktori biokaasun valmistamiseksi biomassasta anaerobisella hajotuksella
RU102617U1 (ru) Биореактор модульный
WO2021152628A1 (en) A digester, system and method thereof to produce biofuel
CN112410174A (zh) 一种层流发酵装置及其发酵方法
WO2017126614A1 (ja) 廃水処理装置及び気体式液体仕切弁
CA2894218A1 (en) Biogas production by means of multi-stage fermentation in a mono-tank
CN108571876B (zh) 一种横排轴式污泥干燥机
RU2813442C1 (ru) Биометановая установка для анаэробного сбраживания органических отходов
KR101360940B1 (ko) 내부 격벽 및 교반기 지지 장치를 구비한 혐기성 소화조 및 그 시공 방법
RU162535U1 (ru) Биогазовый реактор для анаэробного сбраживания органических отходов
CN216106967U (zh) 分区搅拌干式厌氧发酵装置
CN223127276U (zh) 一种化合物提取用蒸馏设备
CN220335317U (zh) 一种电解发泡剂添加装置

Legal Events

Date Code Title Description
PC Transfer of assignment of patent

Owner name: VIIRU

Owner name: KOLEHMAINEN

PC Transfer of assignment of patent

Owner name: BGCNORDIC OY

FG Patent granted

Ref document number: 129019

Country of ref document: FI

Kind code of ref document: B