FI130581B - Reaktori biokaasun valmistamiseksi anaerobisella hajotuksella bioraaka-aineesta - Google Patents

Abstract

Keksintö koskee reaktoria (10) biokaasun valmistamiseksi anaerobisella hajotuksella bioraaka-aineesta, johon reaktoriin (10) kuuluu putkimainen reaktiokammio (12) muodostettuna pohjasta (14), seinistä (16) ja katosta (18) raaka-aineen käsittelemiseksi lopputuotteiksi, ja sekoitusja siirtovälineet (28) sovitettuna reaktiokammioon (12). Reaktoriin (10) kuuluu ulkoinen tukikehikkorakenne (24) sovitettuna reaktiokammioon (12) kuuluvaan ulkopintaan (22) reaktiokammion (12) jäykistämiseksi ja tukemiseksi ulkoa päin raaka-aineen aiheuttamia voimia vastaan. Reaktorikammion (12) vaipan muodostavat tukikehikkorakenteen (24) rajaaman tilan sisäpuolelle matkan päähän toisistaan sijoitetut ulommat vaippaelementit (16a) ja sisemmät vaippaelementit (16b), jotka muodostavat yhdessä vaipan kotelorakenteen ja joiden välinen täyttötila tai kotelo (17) on betonoitu (17a).

Description

REAKTORI BIOKAASUN VALMISTAMISEKSI ANAEROBISELLA HAJOTUK-

SELLA BIORAAKA-AINEESTA

Keksinnön kohteena on reaktori biokaasun valmistamiseksi anaerobisella hajotuk- sella bioraaka-aineesta, johon reaktoriin kuuluu putkimainen reaktiokammio muo- dostettuna pohjasta, seinistä ja katosta raaka-aineen käsittelemiseksi lopputuot- teiksi, ja sekoitus- ja siirtovalineet sovitettuna reaktiokammioon.

Tekniikan tasosta tunnetaan julkaisu WO/075298 A1, jossa on esitetty reaktori bio- — kaasun valmistamiseksi biojätteestä. Reaktorin reaktiokammio on putkimainen ra- kenne, joka koostuu seinistä, lattiasta ja katosta.

Pienissä reaktoreissa hydrostaattinen paine jää kohtuullisen pieneksi ja reaktiokam- mio voidaan valmistaa kohtuullisen ohuena teräsrakenteena, seinien paksuuden ol- —lessa 100-150 mm.

Ongelmana edellä mainitun julkaisun mukaisessa rakenteessa on kuitenkin se, että reaktorin koon kasvaessa myös reaktiokammiossa olevan raaka-ainepatjan korkeus kasvaa ja sitä kautta reaktiokammion seiniin kohdistuva hydrostaattinen paine kas- — vaa. Jotta reaktiokammiosta saadaan riittävän luja kestämään siihen kohdistuvat ra- situkset, on reaktiokammion seinien paksuutta kasvatettava suhteessa reaktorin kor- keuden kasvuun. Tekniikan tason mukaisten reaktoreiden leveyttä ei ole järkevä kasvattaa, koska tällöin niiden tarvitsema lattiapinta-ala tuotantolaitoksissa kasvaisi nostaen tuotantolaitoksen katetun tilan tarvetta ja sitä kautta investointikustannuk- n 25 sia. Reaktiokammioiden seinien paksuuden kasvattaminen puolestaan lisää raaka-

S ainekustannuksia, vaikeuttaa reaktiokammion käsittelyä ja aiheuttaa suuret kustan- 2 nukset kuljetettaessa reaktiokammiota kokonaisena valmistuspaikalta käyttökohtee- 10 seen. Vastaavia ongelmia on viitejulkaisuissa WO 2019102074 Al ja

I WO 2009002112 A2 esitetyissä ratkaisuissa. + 30

S Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada tekniikan tason reaktoreita valmistus- ja = kuljetuskustannuksiltaan edullisempi reaktori biokaasun valmistamiseksi anaerobi-

S sella hajotuksella bioraaka-aineesta. Tämän keksinnön tunnusomaiset piirteet ilme- nevät oheisesta patenttivaatimuksesta 1.

Vaippaelementeistä kootun kotelorakenteen ja sen vahvistaminen betonoimalla saa- vutetaan rakenteellisesti optimoitu, kustannustehokas ja asennuspaikalle helposti kuljetettava rakenne, joka asennuksen jälkeen betonoidaan lopullisen, lujan raken- teen saavuttamiseksi. Reaktiokammio rakennetaan erikseen tarkoitusta varten val- — mistetuista vaippaelementeistä, jotka muodostavat kotelorakenteen. Vaippaelement- tien asennuksen jälkeen kotelo täytetään betonilla, jolloin reaktiokammio kestää sii- hen sisältäpäin kohdistuvan hydrostaattisen paineen, jonka suuressa nestepitoisuu- dessa oleva biojäte hitaan anaerobisen hajoamisen reaktion aikana muodostaa. UI- koinen tukikehikkorakenne sovitettuna reaktiokammioon kuuluvaan ulkopintaan jäy- — kistää ja tukee suurenkin reaktorin reaktiokammion vaippaelementtirakenteen ulkoa päin asennuksen ja betonoinnin aikana, sekä raaka-aineen aiheuttamien voimia vas- taan reaktoria käytettäessä. Tällä rakenteella saavutetaan siis uudella ja keksinnölli- sellä tavalla edellä mainitut edut, esimerkiksi mahdollistetaan erikokoisten reaktori- kammioiden valmistus mahdollisimman samankokoisilla vaippaelementeillä ja tukike- — hikkorakenteeseen käytettävillä elementeillä.

Keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisessa reaktorissa ulkoisen tukike- hikkorakenteen avulla tuettu reaktiokammion seinät muodostavat sandwich-elemen- tit voi olla valmistettu varsin kevytrakenteisena ja jopa alle 4 mm vahvuisesta teräk- — sestä. Tämä pienentää reaktorin reaktiokammion materiaalikustannuksia ja siirtoku- luja. Lisäksi ulkoinen tukikehikkorakenne voidaan tehdä esimerkiksi putkipalkeista kokoamalla erittäin jäykäksi, mutta silti varsin kevyeksi rakenteeksi, joka tukee vaip- paelementtejä asennuksen ja betonoinnin aikana, sekä reaktiokammiota ulkoa päin käytön aikana. Keksinnön mukaisen reaktorikammion asennus aloitetaan kasaamalla n 25 — ulkopuolinen tukikehikko tukemaan kotelorakenteen ulommaisia vaippaelementtejä.

S Ulommaisten vaippaelementtien asennuksen jälkeen asennetaan mahdolliset loput 2 betoniraudoitteet ja sen jälkeen sisemmät vaippaelementit. Ulkopuolinen tukikehik- 10 korakenne mahdollistaa keksinndllisella tavalla varsin kevytrakenteisien vaippaele-

I menttien käyttämisen ja lisäksi reaktiokammion sisällä vaikuttava hydrostaattisen > 30 — paineen aikaansaamalle voimalle muodostetaan ulkoisen tukikehikkorakenteen

S avulla vastavoima. On mahdollista, että betonin sijasta tai lisäksi voidaan käyttää jo- 5 tain muuta täyteainetta jäykistämään ja vahvistamaan vaipparakennetta.

N

Edullisesti reaktori on tulppareaktori. Tällöin prosessi voi olla jatkuvatoiminen.

Edullisesti sekoitus- ja siirtovälineet on tuettu ulkoiseen tukikehikkorakenteeseen.

Sekoitus- ja siirtovalineiden avulla raaka-ainetta saadaan sekoitettua biologisen toi- minnan optimoimiseksi, sekä siirrettyä reaktiokammiossa eteenpäin anaerobisen ha- joamisen edistämiseksi. Sekoitus- ja siirtovälineiden tuenta ulkoiseen tukikehikkora- — kenteeseen mahdollistaa osaltaan reaktiokammion kevyen rakenteen, kun sekoitus- ja siirtovélineiden kuormat eivät kohdistu reaktiokammion seiniin, vaan ulkoiseen tu- kikehikkorakenteeseen.

Reaktoriin kuuluu edullisesti myös tekniikan tasosta tunnetun kaltaiset lämmitys-, — rejektin kierrätys, automaatio- ja kaasun talteenottovälineet. Lämmitysvälineiden avulla reaktiokammion lämpötila pidetään riittävän korkealla anaerobisen mädätyk- sen kannalta. Mädätettä puolestaan kierrätetään edullisesti aina edelliseen sekoitus- vyöhykkeeseen mikrobikannan siirtämiseksi. Automaation avulla hallitaan sekoitus- ja siirtovälineitä, lämmitysvälineitä ja rejektin kierrätysvälineitä anaerobisen mädä- — tyksen ylläpitämiseksi edullisesti jatkuvatoimisessa prosessissa. Tällaisia tai vasta- vanlaisia välineitä tunnetaan esimerkiksi julkaisusta WO 2015/075298 A1

Edullisesti ainakin reaktiokammion seinät ja osaltaan myös katto muodostuvat mo- duulimittaisista vaippaelementeistä. Tällöin kooltaan suuri reaktiokammio on helppo — kuljettaa huomattavasti pienempinä elementteinä valmistuspaikalta käyttökohtee- seen. Elementtien käyttö on erityisen edullista ulkoisen kehikkorakenteen kanssa, koska kehikko toimii seinäelementtien tukena asennuksen ja betonoinnin aikana, eikä muita tukia tarvita. n 25 — Reaktorin korkeus voi olla 3-15 m, edullisesti 8-10 m. Reaktiokammiossa olevan

S nestemäisen materiaalin aikaansaama hydrostaattinen paine saa aikaan erityisen 2 suuria voimia reaktorin korkeuden kasvaessa suurempaa kapasiteettia tavoitelta- 10 essa. = > 30 — Moduulimittaiset vaippaelementit reaktiokammion seinissä voivat olla korkeudeltaan

S 0,5—3,6 m, edullisesti 0,5—2,4 m. Tällöin elementtien käsittely on helpompaa kuin = suurien elementtien ja niitä voidaan pakata tavallisiin merikontteihin tiiviisti minimoi-

N den merikonttiin jäävä tyhjä tila.

Moduulimittaiset vaippaelementit reaktiokammion seinissä voivat olla pituudeltaan 6-13 m, edullisesti 10-12 m. Tällöin vaippaelementtien käsittely on helpompaa kuin suurien elementtien ja niitä voidaan pakata tavallisiin merikontteihin tiiviisti minimoi- den merikonttiin jäävä tyhjä tila. Ulkokulmissa on korkeat kulmaelementit.

Reaktiokammioon kuuluu edullisesti tiivistetyt sekoitus- ja siirtovälineiden läpiviennit nestemäisen raaka-aineen tai lopputuotteiden pitämiseksi reaktiotilavuudessa. Tämä mahdollistaa reaktiokammion riittävän korkean täyttöasteen, jotta saavutetaan hyvä tehokkuus.

Edullisesti vaippaelementtien laipat toimivat osana raudoitusteräksien kanssa jäykis- tävänä rakenteena.

Edullisesti vaippaelementtien laipoissa on valmiina reiät raudoitusteräksiä varten.

Edullisesti kuhunkin vaippaelementtiin kuuluu tiivisteet elementtien välisien saumo- jen tiivistämiseksi. Näin vaippaelementit saadaan tiiviiksi, jolloin reaktiokammion si- sällä vaikuttava hydrostaattinen paine ei pääse purkautumaan vaippaelementtien välistä.

Reaktiokammion seinien (vaipan) paksuus voi olla 200-500 mm, edullisesti 250-350 mm. Vaippaelementtien paksuus on edullisesti 80-140 mm, jolloin reaktiokammion tehdasvalmisteisien vaippaelementtien paino pysyy maltillisena pienentäen kuljetus- kustannuksia ja vähentäen materiaalikustannuksia reaktorin valmistuksessa. Tämä n 25 — myös määrittelee täyttötilan tai kotelon maksimileveyden.

N

& 2 Edullisesti vaippaelementit, ainakin niiden kuori, voivat olla hiiliterästä. Vaippaele- 10 mentit voivat olla myös ruostumatonta terästä. Teräksen sijaan vaippaelementit voi-

I vat olla myös esimerkiksi komposiittia, muovia tai vastaavaa riittävän jäykkyyden

N 30 — omaavaa materiaalia. ©

LO

N Edullisesti vaippaelementtien väliin jäävään täyttötilaan tai koteloon valetaan beto-

N nia (sekä lisätään tarvittaessa vahvikkeet, kuten raudoitus), mutta toisaalta betonin sijaan voidaan käyttää muuta riittävän lujuuden omaavaa materiaalia.

Edullisesti ulkoinen tukikehikkorakenne on muodostettu toisiinsa hitsatuista kulma- raudoista tai putkipalkeista. Kulmaraudat ja putkipalkit ovat riittävän jäykkiä kappa- leita tarjoamaan tarvittavan jäykkyyden, mutta toisaalta huomattavan kevyitä pai- 5 non ja materiaalin säästämiseksi. Teräksen sijaan ulkoinen tukikehikkorakenne voi olla valmistettu esimerkiksi komposiitista tai muusta vastaavasta riittävän jäykkyy- den omaavasta materiaalista.

Edullisesti ulkoiseen tukikehikkorakenteeseen kuuluu pystypylväitä sovitettuna välin — päähän toisistaan reaktorin pituussuunnassa molemmin puolin reaktoria, poikkituet pystypylväiden yhdistämiseksi reaktorin poikittaissuunnassa ja pitkittäistuet pysty- pylväiden yhdistämiseksi toisiinsa reaktorin pituussuunnassa kullakin reaktorin puo- lella. Tällainen ulkoinen tukikehikkorakenne on huomattavan kevyt ja voidaan siten kuljettaa myös valmistuspaikalta käyttöpaikalle pienin kuljetuskustannuksin.

Edullisesti kuhunkin vaippaelementtiin kuuluu kantattu vahvike sovitettuna kiertä- mään elementtiä elementin vahvistamiseksi. Vahvikkeiden avulla saadaan lisättyä vaippaelementtien jäykkyyttä ja kuormankantokykyä. — Edullisesti kantatussa vahvikkeessa (laipassa) on aukot raudoitusteräksiä varten.

Edullisesti ulkoiseen tukikehikkorakenteeseen kuuluu reaktiokammion ulkopintaa vasten kiinnitetyt levyjäykisteet. Levyjäykisteiden ansiosta ulkoinen tukikehikkora- kenne jäykistää reaktiokammiota siten, että se voidaan tukea ainoastaan valituista n 25 — kohdista ja ulkoinen tukikehikkorakenne voi olla pystypylväidensä osalta varsin

S harva.

S

10 Edullisesti levyjaykisteet ovat kiinnitetty kussakin vaippaelementissa kantattujen

I vahvikkeiden välille. Näin kukin vaippaelementti on riittävän jäykkä vastaanotta- : 30 — maan siihen vaikuttavia voimia. ©

LO

N Edullisesti levyjäykisteissä on aukot raudoitusteräksiä varten.

N

Ulkoinen tukikehikkorakenne on edullisesti muodostettu toisiinsa kiinnitetyistä on- toista putkista. Tällöin myös ulkoisen tukikehikkorakenteen paino säilyy maltillisena verrattuna umpiraudasta valmistettuun rakenteeseen, mutta toisaalta putket tarjoa- vat riittävän rakenteellisen jäykkyyden reaktiokammion tukemiseksi. Vastaavasti —myösulkoinen tukikehikkorakenne voi olla valmistettu myös esimerkiksi komposii- tista tai vastaavasta materiaalista.

Edullisesti reaktiokammion eristeen tai kuoren tai molemmat muodostavat vaippa- elementit ovat sandwich-elementtejä, joissa on jäykistävä kuorirakenne ja eriste.

Tällaiset ovat erittäin kevyitä rakenteita.

Keksinnön mukaisen reaktorin reaktiokammion toteuttaminen edullisesti vaippaele- menttien avulla mahdollistaa reaktorin kuljettamisen merikonteissa tai maateitse kuljetettavissa konteissa ja aiempaa suurempien reaktoreiden toimittamisen asiak- — kaille myös vaikeiden kulkuyhteyksien päähän. Ulkoisella tukikehikkorakenteella taas saavutetaan se etu, että reaktiokammion seinämien (vaipan) vahvuutta ei tarvitse kasvattaa, vaikka reaktorin kokoa kasvatetaan, eikä vaippaelementtien asennuksen ja betonoinnin aikaisia muita tukia tarvita. Tämä ei kuitenkaan sulje pois sitä, että tarvittaessa voidaan määritellä asennuspaikalla täyttötilan tai kotelon leveys (eli be- — tonoinnin leveys) riittävän kestävyyden saavuttamiseksi.

Keksintöä kuvataan seuraavassa yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisiin eräitä kek- sinnön sovelluksia kuvaaviin piirroksiin, joissa n 25 Kuvai esittää keksinnön mukaisen reaktorin aksonometrisesti kuvattuna,

N

& 2 Kuva 2 esittää keksinnön mukaisen reaktorin päädystä päin kuvattuna,

O

I Kuva 3 esittää kuvan 1 suurennoksen, + 30

S Kuva 4 esittää päältä päin keksinnön mukaisen reaktorin leikattuna rungon pi- 5 tuussuuntaisesti vaakatasossa,

N

Kuva 5 esittää päädystä päin kuvattuna keksinnön mukaisen reaktorin leikat- tuna rungon poikkisuuntaisesti pystytasossa, ja

Kuva 6 esittää keksinnön mukaisen reaktorin reaktiokammion päällekkäisten vaippaelementtien liitoskohdan poikkileikattuna.

Keksinnön mukainen reaktori 10 käsittää kaikissa sovellusmuodoissaan kuvassa 1 esitetyt putkimaisen reaktiokammion 12, ulkoisen tukikehikkorakenteen 24. Reaktio- kammio 12 on muodostettu pohjasta 14, tähän liitetyistä seinistä 16 ja seiniin 16 lii- —tetystä katosta 18. Seinien 16 vaippaelementeistä 16a ja 16b muodostettua raken- netta selostetaan tarkemmin jäljempänä. Termit pohja, seinät ja katto eivät rajoita niiden sijoitusta reaktorissa, vaan ne ovat nimetty ymmärtämään reaktorin raken- netta bioraaka-aineen kulkusuunnan suhteen reaktorissa Reaktiokammioon kuuluu luonnollisesti myös syöttö- ja poistoaukot 62, joiden kautta raaka-ainetta syötetään — reaktiokammioon 12 edullisesti reaktoriin kuuluvien syöttövälineiden avulla. Ulkoinen tukikehikkorakenne 24 on sovitettu reaktiokammioon 12 kuuluvaan ulkopintaan 22 reaktiokammion 12 jäykistämiseksi. Edullisesti ulkoiseen tukikehikkorakenteeseen 24 kuuluu levyjäykisteet 20, jotka ovat vastakkain olevien vaippaelementtien sisäpin- noissa vaippaelementtien jäykistämiseksi. Edullisesti ulkoinen tukikehikkorakenne 24 — myös lukitsee siihen kiinnittyvät vaippaelementit toisiinsa tukevasti. Vaippaelement- tien 16a ja 16b lukitus ulkoiseen tukikehikkorakenteeseen voidaan toteuttaa ruuvaa- malla vaippaelementit 16a ja 16b ulkoiseen tukikehikkorakenteeseen 24 kuvan 2 mukaisesti. Vaihtoehtoisesti elementit voidaan kiinnittää ulkoiseen tukikehikkoraken- teeseen erillisten elementtien pintaan kuuluvien tartuntojen avulla, joihin ulkoinen n 25 —tukikehikkorakenne pultataan. Ulkoinen tukikehikkorakenne 24 on sovitettu reak-

S tiokammion 12 tukemiseksi vaippaelementtien asennuksen ja betonoinnin aikana, 2 sekä ulkoa päin raaka-aineen aiheuttamien voimia vastaan.

O

I Reaktori on tarkoitettu biokaasun tuottamiseksi anaerobisen mädätyksen kautta > 30 — bioraaka-aineesta kuten esimerkiksi kotitalous- tai maatalousjätteestä. Anaerobisen

S mädätyksen seurauksena raaka-aineen vesipitoisuus kasvaa mätänemisen edetessä = ja reaktiokammiossa olevan materiaalin vesipitoisuus on korkea, sillä edullisesti re-

S aktiokammiossa olevan materiaalin kuiva-ainepitoisuus voi olla välillä 10-40 kuiva- aineprosenttia. Tämä suuri vesipitoisuus ja reaktiokammion korkea täyttöaste saa aikaan sen, että materiaali aiheuttaa reaktiokammion seiniin hydrostaattisen pai- neen, joka pyrkii työntämään reaktiokammion seiniä ulospäin. Reaktiokammion täyt- töaste on edullisesti sellainen, että nestepinta ulottuu 0,5-1,5 m etäisyydelle reak- tiokammion katosta.

Kuvissa 1 — 6 on esitetty keksinnön mukaisen reaktorin eräs edullinen sovellus- muoto, jossa reaktiokammion 12 seinä 16 on muodostettu käyttäen modulaarisia keksinnön mukaisia vaippaelementtejä 16a ja 16b. Rakenne näkyy erityisesti kuvi- oissa 5 ja 6. Niistä nähdään, että vaipan muodostava seinä 16 muodostuu ulom- mista vaippaelementeistä 16a sekä sisemmistä vaippaelementeistä 16b. Modulaari- set vaippaelementit ovat edullisesti 8 cm paksuja, 240 cm korkeita ja jopa 1300 cm pitkiä kappaleita, jotka liitetään toisiinsa ainakin reaktiokammion seinien ja edulli- sesti myös katon muodostamiseksi. Tässä yhteydessä puhuttaessa seinistä 16 tar- koitetaan sekä sivuseiniä että päätyseiniä. Vaippaelementit voivat olla niin sanottuja —sandwich-elementtejä, joissa on esimerkiksi teräksiset kuoret ja eriste 16a’ ja 16b’ (kts. kuvio 5 ja 6) kuorien välissä. Eriste voi olla esimerkiksi mineraalivillaa tai vas- taavaa. Näin ollen ulompien vaippaelementtien 16a ulkopuolelle, tukikehikkoraken- netta 24 päin jäävä pinta muodostaa ulkopinnan 22. — Mainittakoon, että reaktorikammion 10 katto 18 voidaan muodostaa vastaavaksi ra- kenteeksi kuin keksinnön mukaiset seinät 16, mutta katon 18 rakenne voi myös poi- keta tästä. Katon rakenne (kerroksittain) voi olla esimerkiksi seuraavanlainen sisältä ulospäin: Vaippaelementti, betonointi, eriste, betonista valettu yläpinta. Yläpinnan paksuus on tällöin ohuempi kuin varsinaisen betonoinnin paksuus, ollen esimerkiksi

M 25 noin 5 cm.

S

2 Keksinnön mukaisen reaktorin etuna tällaista reaktiokammiota käytettäessä saavute- 10 taan huomattavia materiaalisäästöjä, kun reaktiokammion seinät ja katto voidaan

I valmistaa tekniikan tason ratkaisuja ohuempana ja ohuemmista materiaalivahvuuk- > 30 sista, koska betonoinnilla 17a varmistetaan riittävä jäykkyys. Samalla vaippaelemen-

S tit 16a ja 16b toimivat muottina betonoinnille.

N Kuvan 1 mukaisesti ulkoinen tukikehikkorakenne 24 voi olla koottu putkipalkeista 44, jotka muodostavat erilaisia osia ulkoiseen tukikehikkorakenteeseen 24.

Ulkoiseen tukikehikkorakenteeseen 24 kuuluu edullisesti välin päähän toisistaan ase- tettuja pystypylväitä 46 molemmin puolin reaktiokammiota 12, pystypylväät 46 re- aktiokammion 12 molemmin puolin yhdistäviä poikkitukia 48 ja pystypylväät 46 re- aktiokammion 12 pituussuunnassa toisiinsa yhdistäviä pitkittäistukia 50. Putkipalkit — voivat olla esimerkiksi terästä ja halkaisijaltaan 50 — 150 mm sekä seinämävahvuu- deltaan 2 - 6 mm. Putket ovat edullisesti kiinnitetty toisiinsa mekaanisin liitoksin, esimerkiksi pulttiliitoksin ja mutterein. Putket voivat olla myös ruostumatonta terästä tai komposiittia.

Kuvassa 2 on esitetty keksinnön mukainen reaktori 10 päädystä päin kuvattuna. Ku- vasta 2 nähdään kuinka osa ulkoisesti tukikehikkorakenteesta 24 voi muodostua pysty- ja poikkisuuntaisista levyjäykisteistä 20, jotka ovat kiinnitetty toisiinsa ja re- aktiokammion 12 seiniin 16. Edullisesti levyjäykisteet ovat levyrakenteita tai kulma- rautoja 42, jotka ovat valmistettu 6-15 mm paksuisesta teräksestä tai ruostumatto- — masta teräksestä. Ulkoisen tukikehikkorakenne 24 tukeutuu edullisesti pystypyl- väidensä 46 osalta ulompiin vaippaelementteihin 16a välikappaleiden 52 avulla. Ku- van 2 mukaisesti ulkoinen tukikehikkorakenteeseen 24 kuuluu edullisesti myös pul- pettikaton muodostava kattorakenne 54, joka voidaan päällystää esimerkiksi pellillä.

Ulkoinen tukikehikkorakenne 24 on edullisesti kiinnitetty kiinteästi reaktiokammion 12 pohjaan 14, joka voi olla esimerkiksi paikalla valettu betonilaatta. Kiinnitys voi ta- pahtua esimerkiksi pohjaan tehtyjen tartuntojen avulla tai pulttaamalla ulkoinen tu- kikehikkorakenne pohjaan.

Erikseen voidaan mainita, että edellä esitetyssä reaktorissa oleva bioraaka-aine siir- n 25 — tyy olennaisesti reaktorin pituussuunnassa vaakasuuntaisesti. Reaktori voidaan jär-

S jestää myös pystysuuntaisesti, jolloin edellä esitetyn suoritusmuodon lattia 14 (sekä 2 katto) on pystysuuntainen seinä (muiden seinien tavoin) ja bioraaka-aine liikkuu 10 pystysuuntaan tai olennaisesti pystysuuntaan. Termi ”lattia” ei siis rajoita sen sijoi-

I tusta. Lattia voi olla tällöin rakenteeltaan vastaavanlainen seinien 16 kanssa. + 30

S Kuvissa 1-3 on esitetty keksinnön mukaisen reaktorin ulommista ja sisemmistä vaip- = paelementeistä 16a ja 16b koottu reaktiokammio 12. Tässä sovellusmuodossa kolme

S vaippaelementtiä on pinottu päällekkäin reaktiokammion 12 seinässä 16. Yksittäisen vaippaelementin korkeuden ollessa 240 cm reaktiokammion 12 korkeudeksi tulee

720 cm. Vastaavasti vaippaelementtejä 16a ja 16b on reaktiokammion 12 seinässä 16 neljä peräkkäin, jolloin yksittäisen vaippaelementin pituuden ollessa 8,25 m koko reaktiokammion 12 pituudeksi tulee 33 m. Vastaavia saman pituisia tai eri pituisia vaippaelementtejä 16a ja 16b voidaan käyttää myös poikittain asetettuina reak- —tiokammion 12 katossa 18, jolloin reaktiokammion leveys voi olla 8,25 m tai esimer- kiksi 11 m. Tarvittaessa katossa (ja päätyseinissä) voidaan käyttää siis pituudeltaan eri mittaisia vaippaelementtejä, jolloin reaktorikammion 12 leveys ei määrity sivusei- nissä käytettävien vaippaelementtien pituuden perusteella. — Kuvissa 1 ja 3 näkyy viitenumerolla 40 merkittynä reaktoriin edullisesti kuuluvien se- koitus- ja siirtovälineiden läpiviennit, joiden läpi sekoitus- ja siirtovälineiden 28 pyö- rintäakseli 30 viedään kuvien 4 ja 5 mukaisesti. Reaktiokammion 12 kattoon 18 voi kuulua läpinäkyvät tarkistusluukut 56, joiden läpi reaktiokammion täyttöastetta ja sekoitus- ja siirtovälineiden toimintaa voidaan tarkkailla.

Kuvissa 1 ja 3 nähdään myös, että ulkoinen tukikehikkorakenne 24 ei peitä koko re- aktiokammion seinien pinta-alaa, vaan tukee reaktiokammion seiniä seinien ulkopin- nassa olevien levyjäykisteiden ja kantattujen vahvikkeiden avulla ainoastaan vali- tuista kohdista. Ulkoisessa tukikehikkorakenteessa 24 olevat pystypylväät 46 on ja- — oteltu tasaisesti välin tai poikkeavien välien päähän toisistaan reaktiokammion mi- talla, mutta molempiin päihin voi kuulua ylimääräiset pystypylväät 46 ja poikkituet 48 kattorakenteiden jatkamiseksi hiukan reaktiokammion ylitse. Edullisesti ainakin toiselle puolelle ulkoista tukikehikkorakennetta kuuluu huoltotason tukiraudat 51 (kuvio 3), joiden päälle huoltotaso muodostuu. Pystypylväitä 46 on edullisesti kuvien n 25 1-6 sovellusmuodossa 3—6 metrin välein. Keksinnön mukaisen reaktorin ulkoinen tu-

S kikehikkorakenne voidaan koota osittain jo valmistuspaikalla esimerkiksi pystypylväi- 2 den ja poikkitukien osalta tai vaihtoehtoisesti rakenteen on myös helppo koota ra- 10 kennuspaikalla, koska pulttiliitosten ansiosta ulkoisen tukikehikkorakenteen pystytta-

I minen ei vaadi hitsaamista. Kantatut vahvikkeet ja levyjäykisteet ovat edullisesti hit-

N 30 — sattu elementteihin jo elementtejä valmistettaessa tehtaalla. ©

LO

N Kuvassa 3 on esitetty suurennus kuvan 1 reaktorista. Kuvan 3 mukaisesti sekoitus-

N ja siirtovélineiden käyttömoottorit 58 voidaan tukea ulkoiseen tukikehikkorakentee- seen 24 jolloin reaktiokammion 12 vaippaelementtien 16a ja 16b ei tarvitse kantaa sekoitus- ja siirtovalineiden 28 kuormaa ainakaan merkittävästi. Tämä osaltaan mahdollistaa reaktiokammion seinien valmistuksen varsin ohuina rakenteina. Sekoi- tus- ja siirtovälineitä on reaktorissa yhtä monta kuin on sekoitusvyöhykkeitä, sillä re- aktiokammiossa olevaa materiaalia sekoitetaan edullisesti tarpeen mukaan kussakin — sekoitusvyöhykkeessä.

Kuvasta 4 näkyy leikattuna vaakatasossa kuinka sekoitus- ja siirtovälineiden 28 pyö- rimisakseli 30 on tuettu laakereiden 74 avulla ulkoisen tukikehikkorakenteen 24 le- vyjäykisteisiin 20. Kuvassa 4 näkyy myös sekoitus- ja siirtovälineisiin 28 kuuluvat la- vat 60. Kuvan 4 mukaisesti reaktiokammion 12 seinät 16 muodostavat vaippaele- mentit 16a ja 16b (esitetty myös kuviossa 5 rakenteen osittaisessa leikkauksessa) voivat olla varsin ohuita, kun niitä vasten tukeutuu välittömästi levyjäykisteet 20, jotka puolestaan tukeutuvat ulkoisen tukikehikkorakenteen 24 pystypylväisiin 46. — Kuvasta 5 nähdään selkeästi, kuinka ulkoisen tukikehikkorakenteen pystypylväät 46 tukevat reaktiokammion 12 ulkopinnan vaippaelementtejä 16a välikappaleen 52 väli- tyksellä. Välikappale voi olla myös yhtenäinen osa, esimerkiksi HEA-palkki, perustuk- sesta elementin yläreunaan asti. Ulkoinen tukikehikkorakenne 24 voi olla puolestaan kiinnitetty pohjaan 14 valettuihin tartuntoihin.

Kuvassa 6 näkyy osittaisen poikkileikkauksena päällekkäin kasattujen vaippaele- menttien 16a ja 16b välillä olevat tiivisteet 36, joiden avulla estetään reaktiokammi- ossa olevan materiaalin pääsy ulospäin vaippaelementtien 16a ja 16b, etenkin si- sempien vaippaelementtien 16b välisestä saumasta 38 ja toisaalta ulkona olevan n 25 — kosteuden pääsy vaippaelementtien 16a ja 16b, etenkin ulompien vaippaelementtien

S 16a, sisään eristeeseen 16b’. Sisäpuolelta saumat voidaan myös tiivistää esimerkiksi 2 liimamassalla ja tai hitsaamalla. Tässä nähdään myös keksinnön mukaisen reaktori- 10 kammion vaipan rakenne, jossa ulomman ja sisemman vaippaelementin 16a ja 16b

I väliin jää täyttötila tai kotelo 17, joka on betonoitu 17a. On myös edullista, että ku- > 30 — hunkin vaippaelementtiin 16a, 16b kuuluu kantattu vahvike 23 sovitettuna kierta-

S mään elementtiä 16a, 16b sekä vaippaelementin 16a, 16b sisäpinnassa pystysuun- 5 nassa vaippaelementin 16a, 16b vahvistamiseksi.

N

Vaipan osaa, jossa keksinnön mukaista rakennetta sovelletaan, tarkoitetaan tässä ainakin reaktorin 10 sivu- ja päätyseiniä” 16, ja mahdollisesti myös kattoa 18. Voi- daan myös ajatella, että reaktorin ollessa järjestetty pystyyn, myös lattiassa voidaan soveltaa betonin sijasta keksinnön mukaista rakennetta.

Keksinnön mukaista ohuen reaktiokammion ja ulkoisen tukikehikkorakenteen avulla toteutettua reaktorin rakennetta voidaan käyttää myös muissa käyttötarkoituksissa, joissa reaktorin sisällä on suuri määrä korkean nestepitoisuuden materiaalia, joka ai- heuttaa korkeaan reaktiokammioon suuren hydrostaattisen paineen.

O)

IN

O

N o <Q

LO

N

I jami a 0)

O

LO

N

O

N

Claims (14)

Patenttivaatimukset

1. Reaktori (10) biokaasun valmistamiseksi anaerobisella hajotuksella bioraaka-ai- neesta, johon reaktoriin (10) kuuluu putkimainen reaktiokammio (12) muodostet- tuna pohjasta (14), seinistä (16) ja katosta (18) raaka-aineen käsittelemiseksi lop- putuotteiksi, ja sekoitus- ja siirtovälineet (28) sovitettuna reaktiokammioon (12), tunnettu siitä, että reaktoriin (10) kuuluu edelleen ulkoinen tukikehikkorakenne (24) sovitettuna reaktiokammioon (12) kuuluvaan ulkopintaan (22) reaktiokammion (12) jäykistämiseksi ja tukemiseksi ulkoa päin raaka-aineen aiheuttamia voimia vas- taan, ja että reaktorin (10) reaktorikammion (12) vaipan muodostavat tukikehikko- rakenteen (24) rajaaman tilan sisäpuolelle matkan päähän toisistaan sijoitetut ulom- mat vaippaelementit (16a) ja sisemmät vaippaelementit (16b), jotka muodostavat yhdessä vaipan kotelorakenteen ja joiden välinen täyttötila tai kotelo (17) on beto- noitu (17a), että sanotut vaippaelementit (16a, 16b) ovat sandwich-elementtejä, — joissa on teräksiset kuoret ja eriste (16a’, 16b”), ja että vastakkain olevien vaippa- elementtien (16a, 16b) sisäpinnoissa on levyjäykisteet jäykistävän kuorirakenteen muodostamiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen reaktori, tunnettu siitä, että sanotut sekoitus- — ja siirtovälineet (28) on tuettu sanottuun ulkoiseen tukikehikkorakenteeseen (24).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen reaktori, tunnettu siitä, että reaktorin (10) korkeus on 6—15 m, edullisesti 8-10 m. n 25 —

4. Jonkin edellä mainitun patenttivaatimuksen 1-3 mukainen reaktori, tunnettu S siitä, että vaippaelementit (16a, 16b) ainakin reaktiokammion (12) seinissä (16) 2 ovat korkeudeltaan 0,5-3,6 m, edullisesti 0,5-2,4 m. O

I

5. Jonkin edellä mainitun patenttivaatimuksen 1-4 mukainen reaktori, tunnettu > 30 — siitä, että vaippaelementit (16a, 16b) reaktiokammion (12) seinissä (16) ovat pituu- 3 deltaan 6—13 m, edullisesti 10-11 m. S

6. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen reaktori, tunnettu siitä, että vaippaele- mentit (16a, 16b) reaktiokammion (12) seinissä (16) ovat korkeudeltaan ja/tai pi- tuudeltaan moduulimittaisia.

—7. Jonkin edellä mainitun patenttivaatimuksen 1-6 mukainen reaktori, tunnettu siitä, että reaktorin (10) kulmissa on erillinen kulma liitos kappale, jolloin ainakin sei- nän (16) pituussuuntaiset vaippaelementit (16a, 16b) ovat vakiorakenteisia.

8. Jonkin edellä mainitun patenttivaatimuksen 1-7 mukainen reaktori, tunnettu — siitä, että levyjäykisteissä on aukot raudoitusteräksiä varten.

9. Jonkin edellä mainitun patenttivaatimuksen 1-8 mukainen reaktori, tunnettu siitä, että kuhunkin vaippaelementtiin (16a, 16b) kuuluu kantattu vahvike (23) sovi- tettuna kiertämään elementtiä (16a, 16b) sekä vaippaelementin (16a, 16b) sisäpin- — nassa pystysuunnassa vaippaelementin (16a, 16b) vahvistamiseksi.

10. Jonkin edellä mainitun patenttivaatimuksen 1-9 mukainen reaktori, tunnettu siitä, että ulkoiseen tukikehikkorakenteeseen (24) kuuluu reaktiokammion (12) ulko- pintaa (22) vasten kiinnitetyt levyjäykisteet (20).

11. Jonkin edellä mainitun patenttivaatimuksien 1-10 mukainen reaktori, tunnettu siitä, että reaktiokammion (12) seinien (16) paksuus on 200-500 mm, edullisesti 250-350 mm. n 25

12. Jonkin edellä mainitun patenttivaatimuksen 1-11 mukainen reaktori, tunnettu S siitä, että sanottuun reaktiokammioon (12) kuuluu tiivistetyt sekoitus- ja siirtoväli- 2 neiden (28) läpiviennit (40) nestemäisen raaka-aineen tai lopputuotteiden pitä- 10 miseksi reaktiokammiossa (12). T E 30

13. Jonkin edellä mainitun patenttivaatimuksen 1-12 mukainen reaktori, tunnettu S siitä, että sanottu ulkoinen tukikehikkorakenne (24) on muodostettu toisiinsa hitsa- 5 tuista putkipalkeista (42). N

14. Jonkin edellä mainitun patenttivaatimuksen 1-13 mukainen reaktori, tunnettu siitä, että sanottuun ulkoiseen tukikehikkorakenteeseen (24) kuuluu - pystypylväitä (46) sovitettuna välin päähän toisistaan reaktorin (10) pituussuunnassa molemmin puolin reaktoria (10), - poikkituet (48) pystypylväiden (46) yhdistämiseksi reaktorin (10) poi- kittaissuunnassa ja - pitkittäistuet (50) pystypylväiden (46) yhdistämiseksi toisiinsa reakto- rin (10) pituussuunnassa kullakin reaktorin (10) puolella.

O) IN O N o <Q LO N I jami a 0) O LO N O N