FI20175547A1 - Biokaasureaktori - Google Patents

Abstract

Biokaasureaktorissa on lattia (12) ja seinä (10), jotka muodostavat olennaisesti nestetiiviin altaan. Allas toimii biokaasureaktoriin johdettavan biomassan mädätystilana. Biokaasureaktorissa on lisäksi altaan olennaisesti kokonaan peittävä kaasua läpäisevä välipohja (16) ja välipohjan yläpuolella oleva kattorakenne. Välipohja käsittää tukipalkkeja (18), jotka ovat materiaaliltaan puuta. Välipohja voi lisäksi käsittää huokoisen lämmöneristekerroksen. Edullisesti lämmöneristekerros on ainakin osittain puukuitumateriaalia, kuten kutterinpurua. Vaihtoehtoisesti tai lisäksi lämmöneristekerros voi olla ainakin osittain raemaista polyuretaania.

Description

Biokaasureaktori

Keksinnön kohteena on biokaasureaktori, jossa on lattia ja seinät, jotka lattia ja seinät muodostavat olennaisesti nestetiiviin altaan, altaan olennaisesti kokonaan peittävä kaasua läpäisevä välipohja ja välipohjan yläpuolella oleva kattorakenne.

Biokaasua voidaan tuottaa mädättämällä orgaanista biomassaa, kuten separoitua lietelantaa, hapettomissa olosuhteissa. Biokaasun tuotantolaitoksissa mädätys tehdään tätä tarkoitusta varten valmistetussa ilmatiiviissä biokaasureaktorissa. Tavanomaisessa biokaasureaktorissa on vedenpitävä betoninen lattialaatta, jonka päälle on rakennettu betoniset seinät siten, että betonilaatta ja seinät muodostavat yhdessä nestetiiviin altaan. Seinien yläreunaan on kiinnitetty kaasutiivis kaasu-huppu, joka muodostaa bioreaktorin katon. Biomassa johdetaan altaaseen, jossa tapahtuvassa mädätysprosessissa syntyy mm. metaania sisältävää biokaasua. Tyypillisesti biokaasureaktorissa mädätettävä biomassa on nestemäisessä muodossa olevaa, pumppaamalla siirrettävää lietettä. Syntyvä biokaasu täyttää altaassa olevan biomassan yläpinnan ja kaasuhupun välisen tilan, jolloin kaasuhuppu nousee kaasun paineesta kupumaiseen muotoon. Biokaasun paineen laskiessa esim. kaasun poiston yhteydessä huppu laskee alaspäin. Jotta kaasuhuppu ei laskeutuisi kiinni altaassa olevaan biomassalietteeseen, seinien yläreunan tasoon on viritetty koko altaan peittävä verkko. Verkon kannattelemista varten altaan keskellä on tukipilari, josta lähtee säteittäin hihnoja, jotka kiinnittyvät toisesta päästään seinien yläreunaan. Eräs tällainen biokaasureaktori on esitetty julkaisussa EP 1867712 A1.

Tunnettuihin biokaasureaktoreihin liittyy useita ongelmia. Biokaasun tuotantoprosessissa syntyy palavien kaasujen, kuten metaanin, lisäksi mm. myrkyllistä rikkivetyä. Rikkivety syövyttää biokaasureaktorin rakenteita, minkä vuoksi teräksisten tukipilareiden ja betonirakenteiden raudoitteiden tulee olla kalliimpaa haponkestä-vää tai ruostumatonta terästä. Biokaasun sisältämän rikkivedyn vuoksi biokaasu-laitosten sähkögeneraattoreita pyörittävinä moottoreina joudutaan käyttämää tavanomaisia moottoreita huomattavasti kalliimpia, syövyttävää polttoainetta sietäviä kaasumoottoreita. Biokaasureaktorin ohuesta kalvosta rakentuva kaasuhuppu eristää huonosti lämpöä, mikä lisää biomassan lämmityksen tarvetta.

Keksinnön tavoitteena on tuoda esiin biokaasureaktori, jolla voidaan vähentää tunnettuihin biokaasureaktoreihin liittyviä ongelmia. Keksinnön mukaiset tavoitteet saavutetaan biokaasureaktorilla, jolle on tunnusomaista, mitä on esitetty itsenäi- sissä patenttivaatimuksissa. Keksinnön eräitä edullisia suoritusmuotoja on esitetty epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa.

Keksinnön kohteena on biokaasureaktori, jossa on lattia ja seinä, jotka muodostavat olennaisesti nestetiiviin altaan. Allas toimii biokaasureaktoriin johdettavan biomassan mädätystilana. Biokaasureaktorissa on lisäksi altaan olennaisesti kokonaan peittävä kaasua läpäisevä välipohja ja välipohjan yläpuolella oleva kattorakenne. Mainittu välipohja käsittää tukipalkkeja, jotka ovat materiaaliltaan puuta. Välipohja sijaitsee biomassan ja kattorakenteen välisessä tilassa, johon muodostuu syövyttävää rikkivetyä. Massiivipuuta olevissa tukipalkeissa ei ole liimasaumo-ja ja/tai jatkoksia, jotka voisivat pettää haastavissa olosuhteissa.

Keksinnön mukaisen bioreaktorin eräässä edullisessa suoritusmuodossa mainittu välipohja käsittää lisäksi huokoisen lämmöneristekerroksen. Lämmöneristekerros hidastaa lämmön poistumista bioreaktorista, jolloin biomassan lämpötila pysyy biokaasun tuotannon kannalta optimaalisella tasolla hyvin pienellä ulkopuolisella lämmityksellä.

Keksinnön mukaisen bioreaktorin eräässä toisessa edullisessa suoritusmuodossa mainittu lämmöneristekerros on ainakin osittain puukuitumateriaalia. Edullisesti lämmöneristekerros on ainakin osittain kutterinpurua. Vaihtoehtoisesti tai lisäksi lämmöneristekerros voi olla ainakin osittain raemaista polyuretaania. On havaittu, että huokoinen lämmöneristekerros, erityisesti kutterinpurukerros, vähentää biokaasureaktoriin muodostuvan rikkivedyn määrää. Oletettavasti tämä johtuu ainakin osittain siitä, että huokoinen lämmöneristekerros tarjoaa kasvualustan rikkivetyä ravintonaan käyttäville bakteereille. Lämmöneristekerroksen ja biomassan väliseen tilaan voidaan syöttää ilmaputkistolla pieniä määriä ilmaa, jolloin ilmassa oleva happi ja biokaasuprosessissa syntyvä rikkivety reagoivat keskenään ja rikkivedyn rikki saostuu rikiksi lämmöneristekerroksen huokoisille pinnoille. Saostunut rikki voi pudota biomassaan ja poistua reaktorista käytetyn biomassan poistamisen yhteydessä. Kutterinpurusta muodostettu lämmöneristekerros tarjoaa erittäin suuren pinta-alan em. reaktioiden tapahtumiselle, jolloin lämmöneristekerrokseen syötetty pieni ilmamäärä ei häiritse hapettomia olosuhteita vaativaa biokaasun tuotantoa.

Keksinnön mukaisen bioreaktorin eräässä kolmannessa edullisessa suoritusmuodossa altaassa on tukipilari, jossa on ensimmäinen pää, joka on tuettu lattiaan. Tukipalkeissa on ensimmäinen pää, josta tukipalkki on tuettu seinään ja toinen pää, josta tukipalkkion tuettu tukipilariin.

Keksinnön mukaisen bioreaktorin vielä eräs edullinen suoritusmuoto käsittää kaa-sutiiviin kaasuhupun, joka on tuettu tukipilarin toiseen päähän.

Keksinnön mukaisen bioreaktorin vielä eräässä edullisessa suoritusmuodossa mainitussa seinässä on sisäpinta, yläreuna ja alareuna ja seinien sisäpinnassa on yläreunasta alareunaan ulottuva kaasutiivis suojakalvo.

Keksinnön mukaisen bioreaktorin vielä eräässä edullisessa suoritusmuodossa kaasuhupussa on reuna ja suojakalvossa on yläreuna ja suojakalvon yläreunan ja kaasuhupun reuna on liitetty toisiinsa kaasutiiviisti. Edullisesti suojakalvossa on alareuna, joka on liitetty nestetiiviisti lattiaan.

Keksinnön etuna on, että biokaasureaktorin sisäosien rakenteiden kestävyys paranee ja käyttöikä pitenee.

Keksinnön erään suoritusmuodon etuna on, että se parantaa biokaasua tuottavien mikrobien toimintaolosuhteita ja lisää näin syntyvän biokaasun määrää.

Lisäksi keksinnön erään suoritusmuodon etuna on, että rikkivedyn määrä biokaa-sussa pienenee, mikä helpottaa biokaasun käyttöä kaasumoottoreiden polttoaineena.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti. Selostuksessa viitataan oheisiin piirustuksiin, joissa kuva 1 esittää esimerkinomaisesti erästä keksinnön mukaista biokaasureaktoria osittain halkileikattuna ja kuva 2 esittää kuvassa 1 esitetyn biokaasureaktorin seinää poikkileikkauskuvana.

Kuvassa 1 on esitetty esimerkinomaisesti eräs keksinnön mukainen biokaasureak-tori ulkopuolelta kuvattuna. Biokaasureaktorissa on kattorakenne, seinä 10 ja lattia 12. Kuvassa 1 osa kattorakenteesta, seinästä ja lattiasta on poistettu biokaasureaktorin sisäosan rakenteen tuomiseksi paremmin esille. Biokaasureaktorin lattia on muodoltaan pyöreä kuitubetonilaatta. Biokaasureaktorin seinät on rakennettu sei-näelementeistä, jotka on pystytetty tasatun maakerroksen päälle muodostetun lämmöneristekerroksen 11 päälle siten, että ne muodostavat yhtenäisen, olennaisesti lieriön muotoisen ulkoseinän. Seinät ja lattia muodostavat altaan, jonka sisään biokaasun tuotannon raaka-aineena käytettävä nestemäisessä tai tahnamai-sessa muodossa oleva biomassa, tyypillisesti lietelanta, johdetaan. Seinien sisä- pinnalla on lämmitysputkisto 15, jonka avulla biokaasureaktorissa olevaa biomassa lämmitetään kaasuntuotannon kannalta optimaaliseen lämpötilaan.

Seinien rajaaman tilan keskellä on tukipilari 14, joka tukeutuu ensimmäisestä päästää lattiaan. Tukipilari on materiaaliltaan kuumasinkittyä terästä. Seinien yläreunan tasossa on välipohja 16, jonka kantava rakenne on muodostettu massiivi-puisista tukipalkeista 18. Tukipalkit tukeutuvat ensimmäisestä päästään seinän yläreunaan ja toisesta päästää tukipilariin. Tukipalkkien alareunaan on kiinnitetty puinen harvalaudoitus 17. Harvalaudoituksen lautojen välisen raon leveys voi olla 5-20 mm. Harvalaudoituksen päällä on n. 30 cm paksuinen kerros kutterinpurua, joka muodostaa välipohjaan kaasua läpäisevän lämmöneristekerroksen (läm-möneristekerrosta ei ole esitetty kuvissa). Seinän ulkopinnalla on valvontahuone 28, jonka sisällä on biokaasureaktorin toimintaa ohjaavat ja valvovat koneet ja laitteet.

Biokaasureaktorin kattorakenne käsittää säältä suojaavan katepressun 20 ja kate-pressun alapuolelle olevan kaasutiiviin kaasuhupun 22. Kaasuhuppu ja katepressu on tuettu reunoistaan kaasutiiviisti seinän 10 yläreunaan. Kaasuhuppu on kalvo, joka nousee sen alle muodostuvan kaasun paineesta kupumaiseen muotoon. Tukipilarin toinen pää tukee kaasuhuppua sen keskiosasta siten, että kaasun paineen laskiessa kaasuhuppu ei pääse laskeutumaan välipohjan päälle. Kaasuhupun ja välipohjan välisestä tilaa nimeltään kaasutilaksi 24. Biokaasureaktorissa syntyvä biokaasu kertyy kaasuillaan, josta se johdetaan keräysputkea pitkin jatko-käsiteltäväksi. Katepressun ja kaasuhupun välissä on ilmatila 26, joka parantaa kattorakenteen lämmöneristyskykyä. Ilmatilan ilmanpainetta ylläpidetään valvonta-huoneessa 28 olevalla kompressorilla siten, että katepressu säilyttää jatkuvasti kupumaisen muodon kaasutilassa vaikuttavan paineen suuruudesta riippumatta.

Biokaasureaktoriin kuuluu lisäksi syöttövälineet biomassan sisään syöttämistä varten, purkuvälineet käytetyn biomassan, ns. rejektin, poistamista varten sekä sekoi-tusvälineen reaktorissa olevan biomassan sekoittamista varten. Nämä eivät kuitenkaan kuulu tämän keksinnön piiriin, joten niitä ei selosteta tässä yhteydessä tarkemmin.

Biokaasureaktorin koko voidaan valita käsiteltävän biomassan määrän ja laadun sekä biokaasun tuotantotavoitteiden mukaan. Biokaasureaktorin halkaisija voi olla 12-16 metriä ja seinän korkeus 3-5 metriä. Bioreaktorin korkeus, ts. etäisyys maan pinnan tasosta katepressun korkeimpaan kohtaa voi olla 8-15 metriä. Edul- lisesti biokaasureaktorin halkaisija on n. 15,6 metriä, seinän korkeus n. 4,4 metriä ja kokonaiskorkeus n. 9,2 metriä.

Kuvassa 2 on esitetty kuvassa 1 esitetyn biokaasureaktorin seinä poikkileikkaus-kuvana. Biokaasureaktorin lattia 12 käsittää kuormitusta kestävän eristekerroksen 11 päälle valetun kantavan kuitubetonisen pohjalaatan 13. Bioreaktorin seinä 10 on rakennettu eristekerroksen päälle siten, että seinän alareuna asettuu eristekerroksen yläpintaa vasten. Seinä käsittää elementtirakenteisen kantavan teräksisen sisävaipan 30, lämmöneristeen 32 ja ulkokuoren 31. Lämmöneriste on kiinnitetty kamparakenteella sisävaipan teräselementteihin. Ulkokuori on profiilipeltiä, joka on kiinnitetty eristettä sitovaan kamparakenteeseen. Seinän yläreunan sisäpinnassa on koko seinän yläreunan pituinen kulmatuki 36, johon on kiinnitetty palkkikenkiä 38 tukipalkkien 18 päiden kannattelemista varten. Seinän yläreunan ympäri kiertää sadevesihelma 46, jonka tukeutuu toisesta reunastaan vesitiiviisti katepressun 20 pintaan.

Seinän sisäpinnassa on suojakalvo 34, joka ulottuu seinän yläreunasta seinän alareunaan koko seinän pituuden matkalla. Suojakalvon yläreuna on taitettu seinän yläreunan päälle ja asetettu päällekkäin katepressun 20 reunan ja kaasuhupun 22 reunan kanssa. Limittyvät reunat on puristettu tiukasti seinän yläreunaa vasten seinän yläreunan ympäri kiertävän kiinnitysvanteen 40 avulla. Kiinnitysvanne on kiinnitetty paikoilleen seinän yläreunaan C-muotoisilla kiinnityselimillä 42. Kiinnitysvanne, kiinnityselimet ja sekä katepressun 20, kaasuhupun 22 ja suojakalvon 34 limittyvät reunat jäävät piiloon sadevesihelman 46 alle. Suojakalvon alareuna ulottuu seinän alareunassa eristekerroksen yläpintaan ja sen reunat on taitettu eristekerroksen yläpinnalle. Suojakalvon alareuna jää näin puristuksiin seinien asentamisen jälkeen eristekerroksen 11 päälle valettavan pohjalaatan 13 ja eriste-kerroksen yläpinnan väliin. Suojakalvon alareunan ja lattian välisestä liitoksen tulee näin kaasutiivis. Suojakalvon sisäpuolella on välimatkan päässä toisistaan pystysuuntaisia listamaisia kannakkeita 44, joihin on kiinnitetty biomassan lämmitys-putkisto 15.

Edellä on selostettu eräitä keksinnön mukaisen biokaasureaktorin edullisia suoritusmuotoja. Keksintö ei rajoitu edellä selostettuihin ratkaisuihin, vaan keksinnöllistä ajatusta voidaan soveltaa eri tavoin patenttivaatimusten asettamissa rajoissa.

Claims (10)

1. Biokaasureaktori, jossa on jossa on lattia (12) ja seinä (10), jotka lattia (12) ja seinä (10) muodostavat olennaisesti nestetiiviin altaan, altaan olennaisesti kokonaan peittävä kaasua läpäisevä välipohja (16) ja välipohjan (16) yläpuolella oleva kattorakenne, tunnettu siitä, että mainittu välipohja (16) käsittää tukipalkkeja (18), jotka ovat materiaaliltaan puuta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen biokaasureaktori, tunnettu sitä, että mainittu välipohja (16) käsittää lisäksi huokoisen lämmöneristekerroksen.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen biokaasureaktori, tunnettu siitä, että mainittu lämmöneristekerros on ainakin osittain puukuitumateriaalia.

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen biokaasureaktori, tunnettu siitä, että lämmöneristekerros on ainakin osittain kutterinpurua.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 2-4 mukainen biokaasureaktori, tunnettu siitä, että lämmöneristekerros on ainakin osittain raemaista polyuretaania.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen biokaasureaktori, tunnettu siitä, että altaassa on tukipilari (14), jossa on ensimmäinen pää, joka on tuettu lattiaan (12) ja mainituissa tukipalkeissa (18) on ensimmäinen pää, josta tukipalkki (18) on tuettu seinään (10) ja toinen pää, josta tukipalkki (18) on tuettu tukipilariin (14).

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen biokaasureaktori, tunnettu siitä, että mainittu kattorakenne käsittää kaasutiiviin kaasuhupun (22), joka kaasuhuppu (22) on tuettu tukipilarin (14) toiseen päähän.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen biokaasureaktori, tunnettu siitä, että mainitussa seinässä (10) on sisäpinta, yläreuna ja alareuna ja seinien sisäpinnassa on yläreunasta alareunaan ulottuva kaasutiivis suojakalvo (34).

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen biokaasureaktori, tunnettu siitä, että kaa-suhupussa (22) on reuna ja suojakalvossa (34) on yläreuna ja suojakalvon (34) yläreunan ja kaasuhupun (22) reuna on liitetty toisiinsa kaasutiiviisti.

10. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen biokaasureaktori, tunnettu siitä, että suojakalvossa (34) on alareuna, joka on liitetty nestetiiviisti lattiaan (12).