FI72956C

FI72956C - VAERMEAPPARAT FOER MATNINGSSUSPENSIONEN I EN BIOGASREAKTOR.

Info

Publication number: FI72956C
Application number: FI853954A
Authority: FI
Inventors: Santeri Muhonen
Original assignee: Dn Bioprocessing Oy
Priority date: 1985-10-10
Filing date: 1985-10-10
Publication date: 1987-08-10
Also published as: FI72956B; FI853954A0; WO1987002349A1

Description

72956 1 Biokaasureaktorin syöttölietteen lämmitin Värmeapparat för matningssuspensionen i en biogasreaktor 572956 1 Biogas reactor feed sludge heater Värmeapparat för matningssuspensionen i en biogasreaktor 5

Keksinnön kohteena on biokaasureaktorin syöttölietteen lämmitin, johon kuuluu säiliötila, tuloyhde lietteen johtamiseksi säiliötilaan, ilman tuloyhde ilman johtamiseksi säiliötilaan sijoitettuun ilmastimeen, lietteen poistoyhde lietteen johtamiseksi säiliötilasta biokaasureaktoriin 10 ja kaasunpoistoyhde säiliötilassa muodostuvien kaasujen poistamista varten.The invention relates to a biogas reactor feed sludge heater comprising a tank space, an inlet for directing the sludge to the tank space, an air inlet for supplying air to the aerator located in the tank space, a sludge outlet for directing the sludge from the tank to the biogas reactor 10 and a degassing

Biokaasun tuotannossa suurin yksittäinen energiaa kuluttava kohde on sisäänsyötettävän materiaalin lämmittäminen prosessilämpötilaan. Tämä 15 ja reaktorin lämpöhäviöt aiheuttavat sen, että kylmimpinä kausina saattaa biokaasun koko energiasisältö kulua reaktorin omiin energiatarpeisiin. Usein liete syötetään reaktoriin raakalietesäiliön kautta, jossa se ehtii jäähtyä huomattavasti alle mädätyslämpötilan, joka on meso-fiilisella alueella sama lämpötila kuin lannalla oli eläimestä pois-20 tuessaan. Raakalietesäiliössä tapahtuvaa lietteen jäähtymistä voidaan vähentää eristämällä säiliö tehokkaasti, mutta se ei poista koko ongelmaa. Jos lietettä sitävastoin ilmastetaan tehokkaasti ennen biokaasureaktoriin syöttämistä, sen lämpötila alkaa kohota mikrobitoiminnan tuloksena ja ilmastimen aiheuttaman sekoitusvaikutuksen ansiosta se 25 myös sekoittuu homogeeniseksi. Kun lietteen lämpötilan annetaan kohota sopivasti yli biokaasureaktorin lämpötilan voidaan sen sisältämällä ylimääräisellä lämpöenergialla korvata reaktorista vaipan kautta tapahtuvat lämpöhäviöt. Sitä paitsi paksuhkojen lietteiden aerobinen esikäsittely parantaa myös kaasuntuotosta.In biogas production, the largest single energy consuming object is the heating of the input material to the process temperature. This 15 and the heat losses of the reactor cause that during the coldest periods the entire energy content of the biogas may be consumed by the reactor's own energy needs. Often, the slurry is fed to the reactor through a raw slurry tank, where it has time to cool well below the digestion temperature, which is in the mesophilic region the same temperature as the manure was when away from the animal. Cooling of the sludge in the raw sludge tank can be reduced by effectively isolating the tank, but it does not eliminate the whole problem. If, on the other hand, the sludge is effectively aerated before being fed to the biogas reactor, its temperature will start to rise as a result of microbial activity and, thanks to the agitation effect of the aerator, it will also mix homogeneously. When the temperature of the slurry is allowed to rise appropriately above the temperature of the biogas reactor, the additional thermal energy it contains can compensate for the heat losses from the reactor through the jacket. In addition, aerobic pretreatment of thick sludges also improves gas production.

3030

Nykyisin tunnetuissa ratkaisuissa, joissa liete syötetään aerobisesta säiliötilasta biokaasureaktoriin esiintyy lukuisia epäkohtia ja nykyisin tunnetuilla ratkaisuilla ei pystytä aikaansaamaan tasaista kaasunmuodostusta.Currently known solutions in which the sludge is fed from the aerobic tank space to the biogas reactor have numerous drawbacks and the currently known solutions are not able to achieve uniform gas formation.

Keksinnön päämääränä on aikaansaada parannus nykyisin tunnettuihin ratkaisuihin. Keksinnön muut tavoitteet ja sillä saavutettavat edut 35 2 72956 1 käyvät keksinnön selityksestä.The object of the invention is to provide an improvement on the currently known solutions. Other objects and advantages of the invention will be apparent from the description of the invention.

Keksinnön päämäärät saavutetaan biokaasureaktorin syöttolietteen lämmit-timellä, jolle on pääasiallisesti tunnusomaista se, että säiliötilan 5 olennaisesti keskialueelle on sovitettu nousutila, jota myöten säiliö-tilassa ilmastettu liete on sovitettu nousemaan ylöspäin, jolloin nousu-tilassa ylöspäin virtaava liete on sovitettu viipymään nousutilassa riittävän pitkän viipymäajan, jotta lietteessä oleva happi kuluu olennaisesti loppuun, ja että olennaisesti happivapaa liete on sovitettu virtaamaan 10 nousutilasta ylijuoksuvirtauksena laskutilaa myöten alaspäin lietteen poistoyhteeseen.The objects of the invention are achieved by a biogas reactor feed sludge heater, which is mainly characterized in that a rising space is arranged in the substantially central region of the tank space 5, by means of which the tank-aerated sludge is arranged to rise upwards. , so that the oxygen in the slurry is substantially depleted, and that the substantially oxygen-free slurry is adapted to flow from the ascent state 10 as an overflow flow down the descent state down to the sludge discharge connection.

Keksinnön mukaisen biokaasureaktorin syöttolietteen lammittimen muut tärkeät tunnuspiirteet on esitetty patenttivaatimuksissa 2-11.Other important features of the feed slurry heater of the biogas reactor according to the invention are set out in claims 2-11.

1515

Keksinnön mukaista biokaasureaktorin syöttolietteen lämmitintä voidaan käyttää maatalous- ja turkistarhauslietteisiin, jäteveden puhdistuksen yhteydessä syntyviin lietteisiin, kuten esim. metsäteollisuuden, elintarviketeollisuuden ja yhdyskunnissa syntyviin lietteisiin ynnä muihin 20 vastaaviin lietteisiin.The biogas reactor feed sludge heater according to the invention can be used for agricultural and fur farming sludges, sludges generated in connection with wastewater treatment, such as sludges generated in the forest industry, food industry and communities, and the like.

Keksinnön mukaisella biokaasureaktorin syöttolietteen lämmittimellä saavutetaan lukuisia merkittäviä etuja. Keksinnön mukainen lämmitin mahdollistaa lietteen syöttämisen aerobisesta säiliötilasta anaerobiseen 25 biokaasureaktoriin siten, että aikaansaadaan mahdollisimman tasainen kaasunmuodostus. Tämä ominaisuus johtuu siitä, että keksinnön mukaisessa ratkaisussa biokaasureaktoriin syötettävän lietteen happipitoisuus on mahdollisimman pieni. Lisäksi keksinnön mukaisella ratkaisulla lietteen sisältämä kiintoaine saadaan siirretyksi biokaasureaktoriin mahdolli-30 simman tehokkaasti ja tasaisesti. Kolmanneksi keksinnön mukaisessa ratkaisussa aerobisessa säiliötilassa syntyvän vaahdon pääsy biokaasureaktoriin on tehokkaasti estetty. Lisäksi keksinnön mukaisella ratkaisulla liete saadaan mahdollisimman lämpimänä lietteen poistoyhteeseen tarvitsematta käyttää kustannuksia lisääviä eristyksiä tms.Numerous significant advantages are achieved with the feed slurry heater of the biogas reactor according to the invention. The heater according to the invention makes it possible to feed the sludge from the aerobic tank space to the anaerobic biogas reactor so as to achieve as uniform a gas formation as possible. This property is due to the fact that in the solution according to the invention the oxygen content of the slurry fed to the biogas reactor is as low as possible. In addition, with the solution according to the invention, the solid contained in the slurry can be transferred to the biogas reactor as efficiently and evenly as possible. Thirdly, in the solution according to the invention, the entry of the foam generated in the aerobic tank space into the biogas reactor is effectively prevented. In addition, with the solution according to the invention, the sludge can be made as warm as possible to the sludge discharge connection without having to use cost-increasing insulation or the like.

Keksintöä selitetään yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisien piirustuksien kuvioissa esitettyihin keksinnön eräisiin edullisiin suoritus- 35 3 72956 1 muotoihin, joihin keksintöä ei ole tarkoitus yksinomaan rajoittaa.The invention will be explained in detail with reference to some preferred embodiments of the invention shown in the figures of the accompanying drawings, to which the invention is not intended to be exclusively limited.

Kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen biokaasureaktorin syöttölietteen läm-mittimen erästä edullista suoritusmuotoa sivukuvana.Figure 1 shows a side view of a preferred embodiment of the feed slurry heater of a biogas reactor according to the invention.

55

Kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaista lämmitintä päältäpäin nähtynä.Figure 2 shows a top view of the heater according to Figure 1.

Kuvio 3 esittää keksinnön mukaisen biokaasureaktorin syöttölietteen läm-mittimen erästä toista edullista suoritusmuotoa sivukuvana.Figure 3 shows a side view of another preferred embodiment of the feed slurry heater of a biogas reactor according to the invention.

1010

Kuvioiden 1 ja 2 mukaisessa suoritusmuodossa keksinnön mukaista biokaasureaktorin syöttölietteen lämmitintä on merkitty yleisesti viitenumerolla 10. Tässä suoritusmuodossa lämmittimeen kuuluu säiliötila 11, jonne lietettä johdetaan tuloyhteen 12 kautta. Ilma on sovitettu virtaamaan ilman- 15 tuloyhteen 13 kautta säiliötilaan 11 sijoitettuun ilmastimeen 14. Tässä suoritusmuodossa liete ilmastetaan säiliötilassa 11 sellaisella ilmasti-mella, joka panee lietteen kiertävään liikkeeseen olennaisesti sylinterinmuotoisessa säiliötilassa 11, kuten kuviossa 2 nuolilla A on osoitettu. Tällaisena ilmastimena 14 voidaan käyttää esim. ejektorilla varustettua 20 uppoilmastinta. Säiliötilasta 11 johtaa lietteen poistoyhde 18 biokaasu-reaktoriin 21. Säiliötila 11 on lisäksi varustettu kaasunpoistoyhteellä 20 säiliötilassa 11 muodostuvien kaasujen johtamiseksi ulos säiliötilasta 11.In the embodiment according to Figures 1 and 2, the feed slurry heater of the biogas reactor according to the invention is generally indicated by the reference number 10. In this embodiment, the heater comprises a tank space 11 to which the slurry is led through the inlet connection 12. The air is adapted to flow through the air inlet connection 13 to an aerator 14 located in the tank space 11. In this embodiment, the slurry is aerated in the tank space 11 by an aerator which circulates the slurry in a substantially cylindrical tank space 11, as indicated by arrows A in Fig. 2. As such an aerator 14, a submersible aerator 20 with an ejector, for example, can be used. From the tank space 11, a sludge discharge connection 18 leads to the biogas reactor 21. The tank space 11 is further provided with a degassing connection 20 for discharging the gases formed in the tank space 11 out of the tank space 11.

25 Keksinnön perusoivalluksen mukaisesti säiliötilan 11 olennaisesti keskialueelle on sijoitettu nousutila 16, jota myöten liete on sovitettu nousemaan ylöspäin, kuten kuviossa 1 nuolilla C on merkitty. Liete on sovitettu viipymään nousutilassa 16 riittävän pitkän viipymäajan, jotta lietteessä oleva happi kuluu olennaisesti loppuun lietteen virratessa 30 nousutilassa 16 ylöspäin. Olennaisesti happivapaa liete on sovitettu virtaamaan ylijuoksuvirtauksena laskutilaa 17 myöten alaspäin lietteen poistoyhteeseen 18. Kuviossa 1 olennaisesti happivapaan lietteen yli-juoksuvirtausta on merkitty nuolilla D ja virtausta alaspäin lasku-tilassa 17 nuolella E. Olennaisesti happivapaan lietteen virratessa 35 laskutilassa 17 alaspäin mahdollinen jäännöshappi kuluu loppuun, jonka johdosta lietteen poistoyhteessä 18 virtaavassa lietteessä ei yleensä ole laisinkaan happea.According to the basic idea of the invention, a rising space 16 is arranged in the substantially central region of the tank space 11, along which the slurry is adapted to rise upwards, as indicated by arrows C in Fig. 1. The slurry is adapted to remain in the riser 16 for a time long enough for the oxygen in the slurry to be substantially depleted as the slurry 30 flows upward in the riser 16. The substantially oxygen-free sludge is adapted to flow as an overflow flow down the downcomer 17 down to the sludge discharge connection 18. In Figure 1, the substantially oxygen-free sludge overflow flow is indicated by arrows D and the downward flow in downcomer 17 is indicated by arrow E. Substantially oxygen-free sludge flows down as a result of which the sludge flowing in the sludge discharge connection 18 is generally free of oxygen.

7295672956

Kuvioiden 1 ja 2 mukaisessa suoritusmuodossa keksinnön mukainen nousu-tila 16, ylijuoksuvirtaus D ja laskutila 17 on muodostettu rakenteella, jota on merkitty kuviossa 1 yleisesti viitenumerolla 15. Rakenteen 15 5 muodostaa tässä suoritusmuodossa olennaisesti pinnaltaan sylinterimäi-nen ulkoputki 22, jonka sisälle on sovitettu sisäputki 24. Nousutila 16 muodostuu tällöin ulkoputken 22 ja sisäputken 24 väliseen rengasmaiseen tilaan. Laskutilan 17 muodostaa sisäputki 24. Ulkoputken 22 alaosaan on järjestetty kehämäisiä virtausaukkoja 23, joita myöten säiliö-Ί0 tilassa 11 kiertävässä liikkeessä A oleva liete on sovitettu virtaamaan nousuillaan 16. Tämä ilmiö johtuu siitä, että lietteen ollessa kiertävässä liikkeessä siinä oleva kiintoaine pyrkii kerääntymään nesteen sisäisen kitkan ansiosta rakenteen 15 ympärille ja edelleen virtauksena, jota kuvioissa 1 ja 2 on merkitty nuolilla B ulkoputkessa 22 olevien kehä-15 mäisien aukkojen 23 kautta nousutilaan 16, kun uutta lietettä johdetaan tuloyhteen 12 kautta säiliötilaan 11.In the embodiment according to Figures 1 and 2, the riser 16, the overflow D and the descent 17 according to the invention are formed by a structure indicated generally at 15. In this embodiment, the structure 15 is formed by a substantially cylindrical outer tube 22 with an inner tube 24. The riser 16 is then formed in the annular space between the outer tube 22 and the inner tube 24. The lowering space 17 is formed by an inner tube 24. At the bottom of the outer tube 22, circumferential flow openings 23 are arranged, along which the slurry in the circulating movement A in the tank Ί0 11 is adapted to flow at its rises 16. This phenomenon is due to the fact that the slurry is in circulating motion. due to friction around the structure 15 and further as a flow indicated by arrows B in Figures 1 and 2 through circumferential openings 23 in the outer tube 22 to the riser 16 when new sludge is led through the inlet connection 12 to the tank space 11.

Rakenteen 15 yläosa 19 estää yhteyden säiliötilasta 11 nousutilaan 16, jonka johdosta liete ja mahdollisesti muodostunut vaahto ei pääse vir-20 taamaan säiliötilassa 11 yläkautta nousutilaan 16. Tässä suoritusmuodossa rakenteen 15 yläosa on kartiomainen kavennus, jonka olennaisesti suora yläpää 19a on viety säiliötilan 11 yläpinnan läpi, jolloin samalla muodostuu kaasunpoistoyhde 20. Luonnollisesti voidaan käyttää myös erillistä kaasunpoistoyhdettä 20a.The upper part 19 of the structure 15 prevents communication from the tank space 11 to the rising space 16, as a result of which the slurry and any foam formed in the tank space 11 cannot flow from the tank space 11 to the rising space 16. In this embodiment the upper part of the structure 15 is a conical constriction with a substantially straight upper end 19a , at the same time a degassing connection 20 is formed. Of course, a separate degassing connection 20a can also be used.

2525

Kuviossa 3 esitetty suoritusmuoto on muutoin sama kuin kuvioissa 1 ja 2 esitetty suoritusmuoto, mutta kuvion 3 mukaisessa suoritusmuodossa rakenne, jota on merkitty yleisesti viitenumerolla 15a on tuettu ylhäältä laakerilla 25 ja sähkömoottori 26 on sovitettu hihnakäytön 27 avulla pyörit-30 tämään rakennetta 15a. Tällöin ulkoputkessa 22 ei tarvita kehämäisiä virtausaukkoja 23, koska ulkoputki 22 roikkuu koholla säiliötilan 11 pohjasta, jolloin liete virtaa ulkoputken 22 ja säiliötilan 11 pohjan välisestä raosta. Nostospiraali 28 on sovitettu nostamaan lietteen ylöspäin nousutilassa 16. Ulkoputki 22 voidaan varustaa ulkopinnaltaan lavoilla 35 29, jolloin voidaan käyttää myös sellaista ilmastinta 14, joka ei aikaan saa lietettä nuolilla A merkittyyn pyörimisliikkeeseen, koska pyörivä rakenne 15a ja lavat 29 aikaansaavat vastaavanlaisen lietteen pyörimis- 5 72956 1 liikkeen. Tarvittaessa ulkoputki 22 voidaan yläosastaan varustaa lavoilla 30, jotka poistavat vaahdon lietepinnassa. Tässä suoritusmuodossa käytetään erillistä kaasunpoistoyhdettä 20a. Kuvion 3 mukaisella vaihtoehtoisella suoritusmuodolla saadaan varmasti nousemaan myös raskas liete, 5 koska nostospiraali 28 kykenee nostamaan luotettavasti myös raskaamman lietteen.The embodiment shown in Fig. 3 is otherwise the same as the embodiment shown in Figs. 1 and 2, but in the embodiment according to Fig. 3 the structure indicated generally by reference numeral 15a is supported from above by a bearing 25 and an electric motor 26 In this case, circumferential flow openings 23 are not required in the outer tube 22, because the outer tube 22 hangs elevated from the bottom of the tank space 11, whereby the slurry flows from the gap between the outer tube 22 and the bottom of the tank space 11. The lifting spiral 28 is adapted to lift the slurry upwards in the rising space 16. The outer tube 22 can be provided on its outer surface with pallets 35 29, in which case an aerator 14 can be used which does not cause the slurry to rotate. 72956 1 movement. If necessary, the outer tube 22 can be provided at its top with pallets 30 which remove foam from the sludge surface. In this embodiment, a separate degassing connection 20a is used. The alternative embodiment according to Figure 3 certainly causes the heavy sludge to rise as well, since the lifting spiral 28 is able to reliably lift even the heavier sludge.

Edellä on esitetty ainoastaan eräitä keksinnön edullisia suoritusmuotoja ja alan ammattimiehelle on selvää, että niihin voidaan tehdä 10 lukuisia modifikaatioita oheisissa patenttivaatimuksissa esitetyn keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.Only some preferred embodiments of the invention have been described above, and it will be clear to a person skilled in the art that numerous modifications can be made to them within the scope of the inventive idea set out in the appended claims.

15 20 25 30 3515 20 25 30 35

Claims

A biogas reactor feed slurry heater (10) comprising a tank space (11), an inlet connection (12) for supplying sludge to the tank space (11), an air inlet connection (13) for supplying air to an aerator (IA) located in the tank space (11), a sludge an outlet connection (18) for conducting sludge from the tank space (11) to the biogas reactor (21) and a degassing connection (20,20a) for removing gases formed in the tank space (11), characterized in that a rising space 10 (16) is arranged substantially in the middle of the tank space (11). the aerated sludge in the tank space (11) is adapted to rise upwards, the upstream slurry in the rising space (16) being adapted to linger in the rising space (16) long enough for the oxygen in the slurry to be substantially depleted and the substantially oxygen-free sludge to be flowing from the rising space ) as an overflow flow (D) down the downspout (17) down to the sludge discharge connection (18).

1 Claims

Biogas reactor feed slurry heater according to claim 1, characterized in that the rising space (16) and the lowering space (17) are formed by a structure (15, 15a) formed by an outer tubular part 20 (22) and an inner tube part arranged inside the outer tubular part (22). a tubular portion (24), wherein the riser (16) is formed by an annular space between the outer tubular portion (22) and the inner tubular portion (24) and the landing space (17) is formed by an inner tubular portion (24), and wherein the inner tubular portion (24) the top is adapted to form an overflow (D) of more than 25.

Biogas reactor feed slurry heater according to Claim 2, characterized in that the lower part of the outer tubular part (22) has circumferential flow openings (23) through which the slurry in the tank space 30 (11), preferably in circulating motion (A), is adapted to flow on its risers (16).

Biogas reactor feed slurry heater according to Claim 2 or 3, characterized in that the upper part (19) of the structure (15, 15a) is adapted to prevent communication from the tank space (11) to the riser space (16), whereby the slurry in the tank space (11) and any foam formed is prevented from flowing in the tank space (Π) from above to the riser space (16). 7 72956

Biogas reactor feed slurry heater according to Claim 4, characterized in that the upper part (19) of the structure (15) is a substantially conical constriction, the substantially straight upper end (19a) of which is passed through the upper surface of the tank space (11). sunflower connection (20).

Biogas reactor feed slurry heater according to Claim 2, characterized in that the rising space (16) and the falling space (17) are formed by a structure (15a) supported at its top, preferably by a bearing (25), and in that the structure (15a) is adapted rotate inside the tank space (11).

Biogas reactor feed slurry heater according to Claim 6, characterized in that the actuator (26) is adapted to rotate the structure (15a) by means of a belt drive (27).

Biogas reactor feed sludge heater according to Claim 6 or 7, characterized in that the outer tubular part (22) is provided on its inner surface with a lifting spiral (28) for lifting the sludge 20 upwards in the rising space (16).

Biogas reactor feed sludge heater according to one of Claims 6 to 8, characterized in that the outer tubular part (22) is provided on its outer surface with first blades (29) adapted to provide rotational movement of the sludge in the tank space (11).

A biogas reactor feed slurry heater according to any one of claims 6 to 9, characterized in that the outer tubular part (22) is provided at its upper part with at least one second platform 30 (30) adapted to remove foam substantially from the sludge surface.

Biogas reactor feed slurry heater according to one of Claims 6 to 10, characterized in that the degassing connection (20a) is a separate degassing connection which is adapted to pass through the upper surface of the tank space 35 (11). 72956 8