ITUD20110173A1 - ANAEROBIC DIGESTION SYSTEM FOR THE PRODUCTION OF AGRICULTURAL BIOMASS BIOGAS, LETAME, ZOOTECHNIC WASTE AND SOLID ORGANIC WASTE - Google Patents
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Description
"SISTEMA DI DIGESTIONE ANAEROBICA PER LA PRODUZIONE DI BIOGAS DA BIOMASSE AGRICOLE, LETAME, REFLUI ZOOTECNICI E RIFIUTI SOLIDI ORGANICI" "ANAEROBIC DIGESTION SYSTEM FOR THE PRODUCTION OF BIOGAS FROM AGRICULTURAL BIOMASS, MANURE, ZOOTECHNICAL WASTE AND ORGANIC SOLID WASTE"
Settore di applicazione Application sector
Questa invenzione si riferisce ad un sistema di digestione anaerobica per la produzione di biogas da svariate sostanze organiche, quali ad esempio biomasse agricole, fanghi e rifiuti solidi. This invention refers to an anaerobic digestion system for the production of biogas from various organic substances, such as agricultural biomass, sludge and solid waste.
I1 trattamento anaerobico di biomasse e rifiuti à ̈ recentemente divenuto molto importante, perché consente di produrre energia senza creare un impatto negativo sull'ambiente. I1 biogas à ̈ una forma di energia molto pregiata, perché contiene metano, un gas combustibile la cui combustione produce due composti chimici assolutamente innocui per l'ambiente: acqua ed anidride carbonica da fonte rinnovabile. The anaerobic treatment of biomass and waste has recently become very important, because it allows to produce energy without creating a negative impact on the environment. Biogas is a very valuable form of energy, because it contains methane, a combustible gas whose combustion produces two chemical compounds that are absolutely harmless for the environment: water and carbon dioxide from renewable sources.
E' quindi comprensibile come la produzione di biogas in impianti specializzati sia oggi un valido strumento nella lotta contro il surriscaldamento terrestre dovuto all'accumulo nell'attnosfera di anidride carbonica derivante dall'uso di combustibili fossili ed alla<fermentazione incontrollata dei rifiuti organici.>It is therefore understandable how the production of biogas in specialized plants is today a valid tool in the fight against terrestrial overheating due to the accumulation in the atmosphere of carbon dioxide deriving from the use of fossil fuels and to the <uncontrolled fermentation of organic waste.>
11 biogas inoltre risulta di utilizzo estremamente pratico e versatile, infatti può essere usato direttamente in motori a combustione interna ed in turbine a gas per la cogenerazione di energia elettrica e calore, oppure, dopo un opportuno trattamento di raffinazione, può essere irnrnesso nelle reti di distribuzione del metano fossile. Il metano può essere compresso e stoccato in bombole ed utilizzato per alimentare veicoli a gas. 11 biogas is also extremely practical and versatile, in fact it can be used directly in internal combustion engines and gas turbines for the cogeneration of electricity and heat, or, after an appropriate refining treatment, it can be introduced into the networks of distribution of fossil methane. Methane can be compressed and stored in cylinders and used to fuel gas vehicles.
Quest'ultima applicazione appare particolarmente interessante per il biogas derivato dal trattamento di rifiuti solidi urbani, in quanto la disponibilità della sostanza organica si verifica nell'area urbana, proprio dove l'esigenza di utilizzare un combustile non inquinante à ̈ particolarmente sentita. The latter application appears particularly interesting for biogas derived from the treatment of solid urban waste, as the availability of organic matter occurs in the urban area, precisely where the need to use a non-polluting fuel is particularly felt.
Un ulteriore vantaggio degli impianti di produzione di biogas à ̈ la possibilità di trattare il materiale in uscita dalla digestione anaerobica mediante un processo di compostaggio aerobico, che consente di produrre un ammendante organico (compost) utilizzabile in agricoltura. Naturalmente, per l'utilizzo del compost nella catena alimentare, non devono essere presenti sostanze tossiche nel materiale in ingresso al sistema di digestione anaerobica. A further advantage of biogas production plants is the possibility of treating the material coming out of anaerobic digestion by means of an aerobic composting process, which makes it possible to produce an organic fertilizer (compost) that can be used in agriculture. Of course, for the use of compost in the food chain, no toxic substances must be present in the material entering the anaerobic digestion system.
Lo stato della tecnica The state of the art
Allo stato attuale della tecnica, l'uso di digestori cilindrici orizzontali per la produzione di biogas, con processo "batch" o continuo à ̈ noto. Ad esempio il brevetto EP O 476 217 descrive un digestore orizzontale cilindrico riscaldato mediante circolazione forzata di acqua calda all'interno di intercapedini integrate nel mantello. Questa soluzione richiede uno standard di costruzione molto più complesso e pesante rispetto al sistema oggetto della presente invenzione, dove il peso del materiale all'interno del digestore à ̈ uniformemente sopportato dal liquido della vasca e la spinta di galleggiamento, presente soprattutto durante le fasi di carico / scarico, à ̈ bilanciata da tiranti fissati al fondo della vasca, o da altri semplici sistemi di fissaggio. inoltre, il citato brevetto europeo ha evidenziato altri svantaggi in quanto à ̈ dotato di un sistema di agitazione del materiale in trattamento che, oltre ad essere molto impegnativo dal punto di vista costruttivo, presenta un elevato consumo di energia elettrica e richiede una manutenzione onerosa. In the current state of the art, the use of horizontal cylindrical digesters for the production of biogas, with "batch" or continuous process is known. For example, the patent EP 0 476 217 describes a cylindrical horizontal digester heated by forced circulation of hot water inside cavities integrated in the shell. This solution requires a much more complex and heavier construction standard than the system object of the present invention, where the weight of the material inside the digester is uniformly supported by the tank liquid and the buoyancy thrust, present above all during the phases of loading / unloading, it is balanced by tie rods fixed to the bottom of the tank, or by other simple fixing systems. moreover, the aforementioned European patent has highlighted other disadvantages as it is equipped with a stirring system for the material being treated which, in addition to being very demanding from the construction point of view, has a high consumption of electricity and requires expensive maintenance.
In un altro sistema conosciuto e chiamato "a garage", come quello descritto dal brevetto W 0 02131104, il calore à ̈ trasmesso dal liquido di percolazione (riscaldato in appositi scambiatori) e dalla superficie del pavimento riscaldato. E' evidente che il riscaldamento attraverso le pareti del "garage" non à ̈ molto efficiente a causa della discontinuità di contatto. Per questi motivi, i sistemi "a garage" lavorano tutti con processo mesofilo alla temperatura di circa 35 - 40" C, mentre i sistemi termofili, che utilizzano batteri che si sviluppano attorno ai 55"C, hanno delle rese di produzione di biogas superiori ed assicurano inoltre un'igienizzazione più efficiente. Altro svantaggio di questo sistema risulta essere quello di non poter trattare del materiale con limitata porosità : infatti occorre trattare il materiale miscelandolo con materiali strutturali quali ad esempio legno triturato, in modo da aumentare la porosità della massa. In another system known and called "a garage", such as the one described in patent W 0 02131104, the heat is transmitted by the percolation liquid (heated in special exchangers) and by the surface of the heated floor. It is evident that the heating through the walls of the "garage" is not very efficient due to the discontinuity of contact. For these reasons, the "garage" systems all work with a mesophilic process at a temperature of about 35 - 40 "C, while the thermophilic systems, which use bacteria that grow around 55" C, have higher biogas production yields. and they also ensure more efficient sanitation. Another disadvantage of this system is that it cannot treat material with limited porosity: in fact it is necessary to treat the material by mixing it with structural materials such as shredded wood, in order to increase the porosity of the mass.
Il processo descritto nel brevetto US 4,735,724 riguarda un digestore verticale non agitato, previsto per favorire la concentrazione della sostanza solida nella parte superiore, mentre il digestato à ̈ rimosso dalla parte inferiore: esso presenta degli svantaggi dal punto di vista operativo e degli inconvenienti nella fase di sostituzione del materiale in trattamento. The process described in US patent 4,735,724 relates to an unstirred vertical digester, designed to favor the concentration of the solid substance in the upper part, while the digestate is removed from the lower part: it has disadvantages from an operational point of view and drawbacks in the phase to replace the material being treated.
Altro sistema conosciuto, come descritto dal brevetto US 200210192810, in cui il reattore à ̈ cilindrico, orizzontale, rotante, immerso in un liquido ed utilizzato per il compostaggio aerobico del fango già digerito anaerobicamente in un particolare digestore a forma di "U". Questo tipo di sistema non prevede la digestione anaerobica: comprende delle tubazioni per l'ingresso dell'aria richiesta dal processo di compostaggio, ed inoltre il sistema di rotazione à ̈ molto più complesso e costoso, il che incide notevolmente sui costi di produzione e di ammortamento. Another known system, as described in US patent 200210192810, in which the reactor is cylindrical, horizontal, rotating, immersed in a liquid and used for the aerobic composting of the sludge already digested anaerobically in a particular "U" -shaped digester. This type of system does not provide for anaerobic digestion: it includes pipes for the entry of the air required by the composting process, and moreover the rotation system is much more complex and expensive, which significantly affects production and production costs. depreciation.
Ancora più complesso ed oneroso dal punto di vista costruttivo e gestionale à ̈ il sistema proposto nel brevetto US 5,427,947, il quale prevede un reattore cilindrico rotante per il compostaggio. Even more complex and costly from a construction and management point of view is the system proposed in US patent 5,427,947, which provides for a rotating cylindrical reactor for composting.
Si conoscono ulteriori sistemi in cui la digestione comprende più fasi di trattamento biologico. Quello del tipo bifase indicato nel brevetto US 6,342,378, e quello di tipo trifase descritto nel brevetto US 5,269,634 che utilizza tre reattori, contenenti materiale con tempo di trattamento diverso, i quali reattori sono tra loro collegati da un sistema di condotti adatto a pompare il liquido di processo da un reattore all'altro. Further systems are known in which digestion includes several stages of biological treatment. The one of the two-phase type indicated in US patent 6,342,378, and the three-phase type described in US 5,269,634 which uses three reactors, containing material with different treatment times, which reactors are connected to each other by a system of conduits suitable for pumping the liquid process from one reactor to another.
Da queste soluzioni tecniche conosciute si parte col presente brevetto per superare gli svantaggi ed inconvenienti elencati, realizzando un nuovo sistema che punta sulla semplicità costruttiva e sul basso costo di costruzione e gestione. The present patent starts from these known technical solutions to overcome the disadvantages and drawbacks listed, creating a new system that focuses on construction simplicity and low construction and management costs.
Essenza dell'invenzione Essence of the invention
Gli obiettivi del trovato vengono raggiunti secondo le caratteristiche della rivendicazione principale e/o di qualsiasi altra rivendicazione riportata in questo testo brevettuale. The objects of the invention are achieved according to the characteristics of the main claim and / or of any other claim reported in this patent text.
Scopo principale del presente trovato à ̈ quello di realizzare un sistema di digestione anaerobica per la produzione di biogas da biomasse agricole, letame, reflui zootecnici e rifiuti solidi organici, caratterizzato sostanzialmente da uno o più digestori orizzontali, paralleli e/o affiancati tra loro, immersi in un liquido riscaldato, in genere acqua. The main purpose of the present invention is to provide an anaerobic digestion system for the production of biogas from agricultural biomass, manure, livestock waste and solid organic waste, substantially characterized by one or more horizontal digesters, parallel and / or side by side, immersed in a heated liquid, usually water.
I digestori hanno la forma di un cilindro le cui estremità sono fissate a due pareti opposte della vasca contenente liquido riscaldato. Un'altra tipologia di realizzazione prevede che i digestori, sempre di forma cilindrica orizzontale, possano galleggiare nel liquido contenuto dalla vasca. The digesters have the shape of a cylinder whose ends are fixed to two opposite walls of the tank containing heated liquid. Another type of embodiment provides that the digesters, always of horizontal cylindrical shape, can float in the liquid contained by the tank.
I1 sistema con i digestori fissati alle pareti della vasca à ̈ adatto a trattare con processo "batch" (a infomata) materiali ad elevato contenuto di sostanza secca, i quali vengono caricati a spinta attraverso l'apertura di carico realizzata sulla parete della vasca. Lo scarico del materiale digerito avviene attraverso l'apertura opposta del digestore, dalla quale il digestato fuoriesce spinto dal materiale fresco che à ̈ caricato all'altro lato contrapposto. The system with the digesters fixed to the walls of the tank is suitable for treating with a "batch" process (infomata) materials with a high content of dry matter, which are loaded by pushing through the loading opening made on the wall of the tank. The digested material is discharged through the opposite opening of the digester, from which the digestate comes out pushed by the fresh material which is loaded on the other opposite side.
Nel caso di biomassa o di rifiuti agricoli raccolti in balle, preferibilmente "rotoballe" di forma cilindrica, il materiale fresco à ̈ caricato in modo molto semplice mediante un carrello elevatore od un trattore agricolo dotato di forche di sollevamento. Per consentire le operazioni di caricamento, le rotoballe hanno un diametro inferiore rispetto al diametro interno del digestore. La differenza di diametro serve anche a facilitare la circolazione interna del liquido di innesco e l'assorbimento dello stesso da parte delle rotoballe. In the case of biomass or agricultural waste collected in bales, preferably cylindrical "round bales", the fresh material is loaded in a very simple way by means of a forklift or an agricultural tractor equipped with lifting forks. To allow for loading operations, the round bales have a smaller diameter than the internal diameter of the digester. The difference in diameter also serves to facilitate the internal circulation of the priming liquid and its absorption by the round bales.
Nel caso invece di materiali sfusi, questi sono caricati mediante un apposito caricatore a spinta, che può traslare mediante un carrello per posizionarsi in corrispondenza della bocca di ciascun digestore. In the case of bulk materials, on the other hand, these are loaded by means of a special push loader, which can be moved by means of a trolley to position itself in correspondence with the mouth of each digester.
Una volta completato il caricamento del digestore con materiale fresco, ed in contemporanea lo scaricamento del digestato, materiale digerito, le due estremità del cilindro vengono richiuse mediante due coperchi ermetici a tenuta di gas e liquido. Once the digester has been loaded with fresh material, and at the same time the digestate has been unloaded, digested material, the two ends of the cylinder are closed by means of two hermetic gas and liquid-tight lids.
I1 processo biologico di digestione à ̈ innescato mediante riempimento, totale o parziale del digestore con liquido derivante da un precedente trattamento di digestione, come ad esempio quello risultante dalla pressatura del digestato, oppure con reflui zootecnici. E' possibile anche innescare il processo mediante il parziale ricircolo di materiale solido già digerito. The biological digestion process is triggered by the total or partial filling of the digester with liquid deriving from a previous digestion treatment, such as that resulting from the pressing of the digestate, or with zootechnical waste. It is also possible to trigger the process through the partial recirculation of already digested solid material.
11 biogas prodotto all'interno del digestore à ̈ raccolto da apposite prese realizzate nella parte superiore ed inviato, eventualmente con l'ausilio di una soffiante, ad un sistema di accumulo, ad esempio un gasometro, dal quale à ̈ prelevato per l'utilizzo in gruppi elettrogeni, dopo la deumidificazione e desolforazione, oppure per essere inviato ad un sistema di raffinazione in grado di assorbire l'anidride carbonica ed elevare il contenuto di metano per la successiva immissione in rete o la compressione in bombole. The biogas produced inside the digester is collected by special outlets made in the upper part and sent, possibly with the aid of a blower, to an accumulation system, such as a gasometer, from which it is taken for use. in generating sets, after dehumidification and desulphurization, or to be sent to a refining system capable of absorbing carbon dioxide and raising the methane content for subsequent introduction into the network or compression in cylinders.
Alla fine del processo di digestione, che dura orientativamente due o tre settimane, il liquido viene drenato dal digestore e raccolto nella sua vasca. Lo scarico del liquido awiene mediante una serie di aperture collocate nella parte inferiore del digestore o dei coperchi di estremità , preferibilmente sul coperchio di scarico. Dopo lo scarico del liquido il coperchio di scarico à ̈ rimosso. In corrispondenza della bocca di scarico del digestore à ̈ prevista una vasca per la raccolta del materiale solido e del liquido rimasto nel digestore. La vasca di raccolta à ̈ dotata di un sistema di drenaggio del liquido, che viene inviato in un apposito contenitore in attesa di essere riciclato nel digestore per un nuovo ciclo o recuperato in altro modo. I1 materiale palabile accumulato nella vasca di raccolta à ̈ rimosso mediante pala meccanica ed utilizzato secondo lo schema previsto, ricircolo nel digestore, pressatura, compostaggio o spargimento su terreno agricolo. At the end of the digestion process, which lasts approximately two or three weeks, the liquid is drained from the digester and collected in its tank. The liquid is discharged through a series of openings located in the lower part of the digester or end covers, preferably on the discharge cover. After draining the liquid the drain cover is removed. In correspondence with the digester discharge mouth there is a tank for collecting the solid material and the liquid left in the digester. The collection tank is equipped with a liquid drainage system, which is sent to a special container waiting to be recycled in the digester for a new cycle or recovered in another way. The shovelable material accumulated in the collection tank is removed by mechanical shovel and used according to the planned scheme, recirculation in the digester, pressing, composting or spreading on agricultural land.
Quando il liquido contenuto nel digestore à ̈ stato scaricato, à ̈ rimosso anche il coperchio di carico. When the liquid contained in the digester has been drained, the loading lid is also removed.
I1 riscaldamento e l'igienizzazione del materiale fresco caricato nel digestore avvengono mediante scambio termico tra la parete cilindrica del digestore ed il liquido contenuto nella vasca che contiene il digestore. La vasca può essere realizzata in calcestruzzo armato o con qualsiasi altro materiale impermeabile, mentre il corpo cilindrico del digestore, fissato al fondo della vasca con dei tiranti anti-galleggiamento, à ̈ realizzato con materiali resistenti alla corrosione, quali plastica, vetroresina od acciaio inossidabile. Lo scambio termico awiene con il liquido della vasca attraverso la parete del digestore, che quindi non à ̈ isolata. Invece, può essere previsto l'isolamento delle pareti della vasca e dei due coperchi di estremità dei digestori. The heating and sanitation of the fresh material loaded into the digester take place through heat exchange between the cylindrical wall of the digester and the liquid contained in the tank containing the digester. The tank can be made of reinforced concrete or any other waterproof material, while the cylindrical body of the digester, fixed to the bottom of the tank with anti-floating tie rods, is made of corrosion resistant materials, such as plastic, fiberglass or stainless steel. . The heat exchange takes place with the tank liquid through the digester wall, which is therefore not insulated. Instead, the walls of the tank and the two end covers of the digesters can be insulated.
Il calore necessario al riscaldamento del liquido della vasca può essere fornito dal<gruppo di cogenerazione alimentato a biogas, oppure dall'irraggiamento solare della vasca,>che in questo caso à ̈ dotata di una copertura trasparente per ottenere l'effetto serra, e nel contempo ridurre le dispersioni di calore attraverso la superficie libera del liquido. The heat necessary for heating the liquid in the tank can be provided by the <biogas fueled cogeneration unit, or by the solar radiation of the tank,> which in this case is equipped with a transparent cover to obtain the greenhouse effect, and in the at the same time reducing heat losses through the free surface of the liquid.
I1 sistema à ̈ completato dai contenitori del liquido di innesco, reflui zootecnici e10 percolato, e del liquido di scarico e dai sistema di pompe, valvole e condutture necessarie a convogliare questo liquido nel digestore e a scaricarlo. I1 carico e lo scarico del liquido possono awenire attraverso aperture e drenaggi ricavati sulla parete del digestore, oppure sul coperchio di scarico. In ogni caso, sono presenti dispositivi a griglia per evitare l'occlusione delle aperture di scarico del liquido. The system is completed by the containers of the priming liquid, zootechnical waste and leachate, and of the waste liquid and by the system of pumps, valves and pipes necessary to convey this liquid into the digester and to discharge it. The loading and unloading of the liquid can take place through openings and drains made on the wall of the digester, or on the discharge cover. In any case, there are grid devices to avoid clogging of the liquid discharge openings.
I1 coperchio di carico à ̈ aperto solo dopo che il liquido à ̈ completamente fuoriuscito dall'apertura opposta. I1 digestore à ̈ leggermente inclinato verso il lato di scarico per favorire il drenaggio. The loading lid is only opened after the liquid has completely flowed out of the opposite opening. The digester is slightly inclined towards the discharge side to facilitate drainage.
I1 sistema, secondo il presente trovato, Ã ̈ completato dai dispositivi di riempimento della vasca contenente il liquido di riscaldamento e dai relativi sistemi di riscaldamento, quali ad esempio cogeneratorelcaldaia, scambiatore di calore, pompe, valvole, ecc.. The system, according to the present invention, is completed by the filling devices of the tank containing the heating liquid and by the relative heating systems, such as for example the boiler cogenerator, heat exchanger, pumps, valves, etc.
Nel caso di trattamento di materiali non pompabili, il processo, tipo "batch", può anche prevedere due o più fasi. In the case of treatment of non-pumpable materials, the "batch" type process can also include two or more phases.
I trattamenti eseguiti nei digestori, della presente invenzione, possono essere tutti di tipo biologico, idrolisi e biometanizzazione, oppure può essere previsto un pretrattamento chimico di idrolisi, che può risultare particolarmente utile nella digestione di rifiuti agricoli, ad esempio paglia di riso. The treatments carried out in the digesters of the present invention can all be of the biological type, hydrolysis and biomethanization, or a chemical pre-treatment of hydrolysis can be provided, which can be particularly useful in the digestion of agricultural waste, for example rice straw.
I1 sistema sopra descritto à ̈ adatto al trattamento di materiale ad elevato contenuto di sostanza secca, mentre la variante con digestore galleggiante può accettare in ingresso soltanto un materiale pompabile, quindi nel caso di rifiuti organici à ̈ richiesta la triturazione e spappolamento degli stessi. I1 digestore galleggiante può agevolmente ruotare su s6 stesso azionato da due coppie di ruote motorizzate superiori che ne contrastano il galleggiamento, oppure la rotazione può awenire mediante un sistema a nastro, o fune , avvolti sul digestore e<azionato da due tamburi rotanti di awolgimento. Nel caso del sistema di azionamento a>nastro, la rotazione à ̈ necessariamente alternata nei due sensi. A seconda delle esigenze del processo, la rotazione può essere continua oppure intermittente. The system described above is suitable for the treatment of material with a high content of dry matter, while the variant with floating digester can only accept pumpable material as input, therefore in the case of organic waste it is required to grind and pulp it. The floating digester can easily rotate on itself, driven by two pairs of upper motorized wheels which counteract its buoyancy, or the rotation can take place by means of a belt or rope system, wound on the digester and operated by two rotating winding drums. In the case of the belt drive system, the rotation is necessarily alternated in both directions. Depending on the needs of the process, the rotation can be continuous or intermittent.
I digestori galleggianti si prestano a realizzare varie configurazioni del sistema in quanto il liquido può essere trasferito da uno all'altro, secondo uno schema in serie, parallelo o combinato serielparallelo. Detto sistema comprende pompe, tubazioni e valvole necessarie per il funzionamento. Per consentire lo spostamento verticale del digestore durante le fasi di carico e scarico, sono utilizzate delle tubazioni flessibili sostenute da idonei mezzi di accompagnamento. Le medesime tubazioni possono seguire il movimento di rotazione alternata del digestore, se prevista, mentre nel caso di rotazione monodirezionale sono preferite delle tubazioni ad attacco rapido che sono scollegate una volta effettuate le operazioni di scarico e carico. Floating digesters lend themselves to various system configurations as the liquid can be transferred from one to another, according to a series, parallel or combined series and parallel scheme. This system includes pumps, piping and valves necessary for operation. To allow vertical displacement of the digester during the loading and unloading phases, flexible pipes supported by suitable accompanying means are used. The same pipes can follow the alternating rotation movement of the digester, if foreseen, while in the case of one-way rotation, quick coupling pipes are preferred, which are disconnected once the unloading and loading operations have been carried out.
In una ulteriore variante al presente trovato, per evitare l'introduzione di ossigeno nel digestore, lo svuotamento del liquido digerito può essere effettuato inviando nel digestore biogas compresso, o gas inerte, in modo da ottenere la completa fuoriuscita del fluido da una o più aperture ricavate nella parte inferiore del digestore o nei suoi coperchi di estremità . In a further variant of the present invention, in order to avoid the introduction of oxygen into the digester, the emptying of the digested liquid can be carried out by sending compressed biogas, or inert gas, into the digester, so as to obtain the complete escape of the fluid from one or more openings obtained in the lower part of the digester or in its end covers.
Inoltre il digestore à ̈ facilmente ispezionabile ed il suo interno può essere agevolmente pulito dopo aver smontato i due coperchi di estremità . Furthermore, the digester can be easily inspected and its interior can be easily cleaned after having removed the two end covers.
Infine, secondo un'altra caratteristica del trovato, la vasca contenente il liquido di riscaldamento contiene dei corpi galleggianti, quali sfere di plastica cave o elementi di polistirolo espanso, allo scopo di limitare le dispersioni di calore attraverso la superficie libera del liquido. Finally, according to another characteristic of the invention, the tank containing the heating liquid contains floating bodies, such as hollow plastic spheres or expanded polystyrene elements, in order to limit heat dispersion across the free surface of the liquid.
Il presente trovato risulta particolarmente vantaggioso anche nel caso dove la capacità di produzione non à ̈ elevata e non risultano economicamente interessanti l'uso di altri sistemi conosciuti, come nel caso di piccole aziende agricole, oppure quando si intende produrre biogas con i rifiuti organici prodotti da piccole comunità . The present invention is particularly advantageous even in the case where the production capacity is not high and the use of other known systems is not economically interesting, as in the case of small farms, or when it is intended to produce biogas with the organic waste produced. from small communities.
Illustrazioni dei disegni Drawings illustrations
Queste ed altre caratteristiche del presente trovato appariranno evidenti dalla seguente descrizione a titolo esemplificativo preferenziale di realizzazione, peraltro non limitativo, e nelle otto tavole di disegno allegate, ove: These and other characteristics of the present invention will appear evident from the following description by way of preferential example of construction, however not limiting, and in the eight attached drawing tables, where:
<' ->la Fig. 1 mostra, in vista di sezione longitudinale, un digestore cilindrico bloccato nella struttura della vasca, immerso nel liquido riscaldato; Fig. 1 shows, in longitudinal section view, a cylindrical digester blocked in the structure of the tank, immersed in the heated liquid;
<->la Fig.2 mostra, in vista di pianta, un sistema comprendente quattro digestori paralleli immersi nella medesima vasca contenente liquido riscaldato; Fig.2 shows, in plan view, a system comprising four parallel digesters immersed in the same tank containing heated liquid;
<->la Fig. 3 mostra, in vista di fianco, il lato del caricamento del sistema rappresentato nella figura precedente; <-> Fig. 3 shows, in side view, the loading side of the system represented in the previous figure;
<->la Fig. 4 mostra, in vista di sezione longitudinale parziale, un digestore durante la fase di caricamento di rotoballe con apposito carrello elevatore; Fig. 4 shows, in partial longitudinal section view, a digester during the loading phase of round bales with a suitable forklift truck;
<->la Fig. 5 mostra, in vista di sezione longitudinale parziale, un digestore fisso alla vasca con un sistema di carico 1 scarico a spinta per materiali sfùsi; <-> Fig. 5 shows, in partial longitudinal section view, a digester fixed to the tank with a push loading 1 unloading system for loose materials;
<->la Fig. 6 mostra, in vista di sezione longitudinale parziale, la figura precedente in fase successiva di spinta del materiale sfuso all'interno del digestore; Fig. 6 shows, in partial longitudinal section view, the previous figure in the subsequent phase of pushing the bulk material inside the digester;
<->la Fig. 7 mostra, in vista di fronte del digestore cilindrico, il carrello carica materiale sfusi con dispositivo di spinta; Fig. 7 shows, in front view of the cylindrical digester, the trolley loads bulk material with a pusher;
<->la Fig. 8 mostra, in vista di fronte, la vasca con i quattro digestori cilindrici mettendo in evidenza le coperture superiori trasparenti utilizzate per ottenere l'effetto serra; <-> Fig. 8 shows, in front view, the tank with the four cylindrical digesters highlighting the upper transparent covers used to obtain the greenhouse effect;
<->la Fig. 9 mostra, in vista di sezione longitudinale, un digestore cilindrico di tipo galleggiante per il trattamento dei fluidi, Ã ̈ rappresentato scarico per cui galleggia e sporge superiormente alla vasca; <-> Fig. 9 shows, in longitudinal section, a cylindrical digester of the floating type for the treatment of fluids, it is represented as a discharge for which it floats and protrudes above the tank;
<->la Fig. 10 mostra, in vista di fronte, la figura precedente; <-> Fig. 10 shows, in front view, the previous figure;
<->la Fig. 11 mostra, in vista di sezione longitudinale, un digestore cilindrico parzialmente immerso in quanto parzialmente riempito di fluido da trattare; Fig. 11 shows, in longitudinal section view, a cylindrical digester partially immersed since it is partially filled with the fluid to be treated;
<->la Fig. 12 mostra, in vista di fronte, la figura precedente; <-> Fig. 12 shows, in front view, the previous figure;
<->la Fig. 13 mostra, in vista di sezione longitudinale, lo stesso digestore delle quattro figure precedenti, completamente immerso nel liquido della vasca in quanto riempito totalmente del fluido da trattare; Fig. 13 shows, in longitudinal section view, the same digester of the four previous figures, completely immersed in the liquid of the tank as it is completely filled with the fluid to be treated;
<->la Fig. 14 mostra, in vista di fronte, la figura precedente; Fig. 14 shows, in front view, the previous figure;
<->la Fig. 15 mostra, in vista di sezione longitudinale, un digestore cilindrico di tipo galleggiante accessoriato di un dispositivo a nastro che awolge parzialmente la superficie laterale esterna che ha lo scopo di far rotolare su se stesso il digestore nel liquido della vasca. Qui à ̈ rappresentato vuoto, per cui galleggia sui liquido; <-> Fig. 15 shows, in longitudinal section view, a cylindrical digester of the floating type equipped with a belt device that partially wraps the external lateral surface which has the purpose of making the digester roll on itself in the liquid of the tank . Here it is represented empty, so it floats on liquid;
<->la Fig. 16 mostra, in vista di fronte, la figura precedente, mettendo in evidenza i due gruppi awolgi nastro; <-> Fig. 16 shows, in front view, the previous figure, highlighting the two tape winding units;
<->la Fig. 17 mostra, in vista di sezione longitudinale, lo stesso digestore delle due figure precedenti, parzialmente caricato del fluido di trattamento, per cui à ̈ parzialmente immerso nel liquido della vasca; Fig. 17 shows, in longitudinal section view, the same digester of the two previous figures, partially loaded with the treatment fluid, so that it is partially immersed in the tank liquid;
<->la Fig. 18 mostra, in vista di fronte, la figura precedente; <-> Fig. 18 shows, in front view, the previous figure;
<->la Fig. 19 mostra, in vista di sezione longitudinale, lo stesso digestore galleggiante delle quattro figure precedenti, però completamente caricato e immerso nel liquido riscaldato della vasca, con il dispositivo a nastro atto a far rotolare su se stesso il digestore stesso;<->la Fig.20 mostra, in vista di fronte, la figura precedente. <-> Fig. 19 shows, in longitudinal section, the same floating digester of the four previous figures, but fully loaded and immersed in the heated liquid of the tank, with the belt device suitable for making the digester roll on itself ; <-> Fig. 20 shows, in front view, the previous figure.
<Come si rileva dalle figure allegate, trattasi d.i un nuovo sistema modulare di>digestione anaerobica caratterizzato sostanzialmente da essere formato da uno o più digestori orizzontali immersi in un liquido riscaldato; nell'esempio sono rappresentati quattro digestori affiancati paralleli. l1 digestore consiste sostanzialmente in un contenitore cilindrico 1 le cui due estremità sono chiuse da coperchi asportabili 2, i quali sono fissati alle due pareti opposte della vasca 3 contenente il liquido riscaldato 4. I1 digestore à ̈ realizzato a tenuta di liquido e gas, ed à ̈ dotato di opportune tenute 5 previste nella fase di costruzione per evitare la fuoriuscita del liquido dalla vasca. Inoltre, questi digestori essendo immersi nel liquido subiscono una spinta di galleggiamento in particolar modo quando sono scarichi o durante la fase di caricamento, per cui sono previsti diversi tiranti 6 ancorati al pavimento della vasca che awolgono parzialmente la superficie laterale, e10 altri mezzi equivalenti, <As can be seen from the attached figures, this is a new modular system of> anaerobic digestion essentially characterized by being formed by one or more horizontal digesters immersed in a heated liquid; the example shows four parallel digesters side by side. The digester substantially consists of a cylindrical container 1 whose two ends are closed by removable lids 2, which are fixed to the two opposite walls of the tank 3 containing the heated liquid 4. The digester is made of liquid and gas tightness, and It is equipped with suitable seals 5 provided during the construction phase to prevent the liquid from escaping from the tank. Furthermore, these digesters being immersed in the liquid undergo a buoyancy thrust especially when they are unloaded or during the loading phase, for which there are several tie rods 6 anchored to the floor of the tank that partially envelop the lateral surface, and 10 other equivalent means,
I1 presente digestore può essere usato per trattare anaerobicamente sia materiali pompabili (digestione ad umido) che materiali palabili (digestione a secco). I materiali pompabili sono introdotti nel digestore attraverso uno o più aperture realizzate sul mantello o sui coperchi e vengono scaricati attraverso aperture realizzate nella parte inferiore del digestore. Nel caso di trattà mento di materiali pompabili, à ̈ anche possibile scaricare il digestore mediante immissione di gas in pressione, preferibilmente biogas, ed apertura di una o più aperture di scarico. Quando invece si trattano materiali non pompabili, il sistema di carico/scarico del digestore 1 awiene a spinta. In un primo caso in cui si impiega materiale solido in rotoballe 7, semplicemente si può impiegare un carrello elevatore 8 dotato di forche 9 che solleva e indirizza il cilindro e lo spinge verso l'interno del digestore. Owiamente dall'altro lato la copertura 2 deve essere aperta per lasciar fuoriuscire il contenuto del digestore altrimenti non à ̈ possibile il caricamento con nuovo materiale. I1 materiale in rotoballe viene fatto scorrere su un dente 19, sulla parte inferiore dell'ingresso, in modo che l'ultima balla caricata non possa indietreggiare durante lo sfilamento delle forche. I1 materiale trattato all'interno del digestore viene spinto fuori, dalla fase di caricamento, e fatto cadere in una vasca esterna di raccolta poco profonda 15 da dove il materiale viene rimosso. This digester can be used to anaerobically treat both pumpable materials (wet digestion) and shovelable materials (dry digestion). The pumpable materials are introduced into the digester through one or more openings made on the shell or on the lids and are discharged through openings made in the lower part of the digester. In the case of treating pumpable materials, it is also possible to discharge the digester by introducing pressurized gas, preferably biogas, and opening one or more discharge openings. On the other hand, when handling non-pumpable materials, the loading / unloading system of the digester 1 is pushed. In a first case in which solid material in round bales 7 is used, it is simply possible to use a lift truck 8 equipped with forks 9 which lifts and directs the cylinder and pushes it towards the inside of the digester. Obviously, on the other hand, the cover 2 must be open to allow the contents of the digester to escape, otherwise it is not possible to load with new material. The material in round bales is made to slide on a tooth 19, on the lower part of the inlet, so that the last loaded bale cannot move backwards during the extraction of the forks. The material treated inside the digester is pushed out, from the loading step, and dropped into an external shallow collection tank 15 from where the material is removed.
Nel caso invece di impiego di materiali solidi sfusi, nelle Figure 5, 6 e 7, viene rappresentata una possibile soluzione con l'utilizzo di un'appropriata macchina 11, di raccolta con caricamento dall'alto del materiale sfuso 13, e spinta orizzontale e longitudinale all'interno del digestore 1 con una pressa 12. Detta macchina, quando sono presenti più digestori affiancati, può traslare per mezzo di un carrello 10 per posizionarsi in corrispondenza della bocca di carico di ciascun digestore. La parte anteriore e superiore della macchina 11, ove si raccoglie il materiale sfuso 13, prevede due semi-coperchi ad arco di circonferenza 14 che si chiudono in modo da formare un canale circolare durante la fase di spinta del materiale all'interno del digestore. Una volta effettuata la spinta, il pistone torna nella posizione arretrata ed i due coperchi vengono aperti per consentire il caricamento della camera di compressione. I movimenti del carrello del caricatore e le fasi di funzionamento della macchina sono ottenuti con mezzi tecnici conosciuti. On the other hand, in the case of use of solid bulk materials, in Figures 5, 6 and 7, a possible solution is represented with the use of an appropriate machine 11, for the collection with top loading of the bulk material 13, and horizontal thrust and longitudinal inside the digester 1 with a press 12. When there are several digesters side by side, this machine can move by means of a trolley 10 to position itself in correspondence with the loading mouth of each digester. The front and upper part of the machine 11, where the loose material 13 is collected, provides two semi-lids with an arc of circumference 14 which close in such a way as to form a circular channel during the phase of pushing the material inside the digester. Once the thrust has been carried out, the piston returns to the retracted position and the two covers are opened to allow the compression chamber to be loaded. The movements of the loader carriage and the operating phases of the machine are obtained with known technical means.
Una volta completati il caricamento del digestore con materiale fresco ed il contemporaneo scarico del digestato, le due estremità del digestore vengono richiuse mediante i due coperchi a tenuta di gas e liquido. I1 processo biologico di digestione à ̈ quindi innescato mediante riempimento, totale o parziale, del digestore con liquido derivante da un precedente trattamento di digestione, oppure con reflui zootecnici da sfruttare per la produzione di biogas. L'introduzione del liquido awiene attraverso delle aperture realizzate nel mantello o nei coperchi con idonei sistemi conosciuti nel settore. Durante l'inserimento del liquido, l'aria presente nel digestore fuoriesce attraverso una valvola che à ̈ aperta durante questa fase. E' possibile anche innescare il processo mediante ricircolo di materiale già digerito che viene miscelato al materiale organico fresco prima del suo carico nel digestore. Once the digester has been loaded with fresh material and the digestate has been discharged at the same time, the two ends of the digester are closed by means of the two gas and liquid-tight lids. The biological digestion process is therefore triggered by filling the digester, totally or partially, with liquid deriving from a previous digestion treatment, or with zootechnical wastewater to be exploited for the production of biogas. The introduction of the liquid takes place through openings made in the shell or in the lids with suitable systems known in the sector. During the insertion of the liquid, the air present in the digester escapes through a valve which is open during this phase. It is also possible to trigger the process by recirculating already digested material which is mixed with the fresh organic material before being loaded into the digester.
<Una volta completato il processo di digestione, il liquido viene drenato dal digestore e raccolto nella sua vasca. Lo scarico del liquido avviene mediante una serie di aperture con>valvola che sono collocate nella parte inferiore del digestore oppure sul coperchio di scarico, che à ̈ successivamente rimosso per lo scarico del materiale nella apposita vasca esterna 15. <Once the digestion process is complete, the liquid is drained from the digester and collected in its tank. The liquid is discharged through a series of openings with> valves which are located in the lower part of the digester or on the discharge cover, which is subsequently removed for discharging the material into the appropriate external tank 15.
I1 riscaldamento e l'igienizzazione del materiale fresco awengono mediante scambio termico tra le pareti del digestore ed il liquido 4 contenuto nella vasca 3 che ospita il digestore. Entrambe le vasche 3 e 15 possono essere realizzate in calcestruzzo armato o con qualsiasi altro materiale impermeabile, mentre il corpo cilindrico del digestore, fissato al fondo della vasca con dei tiranti anti-galleggiamento, à ̈ realizzato con materiali resistenti alla corrosione, quali plastica, vetroresina o acciaio inossidabile. Lo scambio termico tra materiale trattato ed il liquido caldo della vasca awiene attraverso la parete del digestore, che quindi non à ̈ isolata. Può essere previsto l'isolamento delle pareti della vasca e dei coperchi dei digestori che non sono a contatto con il liquido di riscaldamento. I1 calore necessario al riscaldamento del liquido della vasca può convenientemente essere fornito dal gruppo di cogenerazione alimentato a biogas. The heating and sanitation of the fresh material take place by means of heat exchange between the walls of the digester and the liquid 4 contained in the tank 3 which houses the digester. Both tanks 3 and 15 can be made of reinforced concrete or any other waterproof material, while the cylindrical body of the digester, fixed to the bottom of the tank with anti-floating tie rods, is made of corrosion resistant materials, such as plastic, fiberglass or stainless steel. The heat exchange between the treated material and the hot liquid of the tank takes place through the digester wall, which is therefore not insulated. The walls of the tank and the covers of the digesters which are not in contact with the heating liquid can be insulated. The heat needed to heat the tank liquid can conveniently be supplied by the cogeneration unit fueled by biogas.
Come illustrato nella Fig.8, per favorire l'irraggiamento solare della vasca questa può essere dotata di una copertura trasparente in modo da ottenere l'effetto serra. I1 sistema à ̈ completato dalla vasca del liquido di innesto (reflui zootecnici e10 percolato) e dal sistema di vasche, pompe, valvole e condotti necessari a convogliare questo liquido nel digestore e a scaricarlo. I1 pre-riscaldamento del liquido di innesco non à ̈ generalmente necessario grazie all'elevata capacità di riscaldamento del digestore da parte del liquido della vasca. As shown in Fig.8, to favor solar radiation the tank can be equipped with a transparent cover in order to obtain the greenhouse effect. The system is completed by the graft liquid tank (zootechnical waste and leachate) and by the system of tanks, pumps, valves and ducts necessary to convey this liquid into the digester and to discharge it. The pre-heating of the priming liquid is generally not necessary due to the high heating capacity of the digester by the tank liquid.
I1 digestore 1 per operare con efficienza ha bisogno di essere riscaldato e ciò awiene tramite il liquido in cui à ̈ immerso. Tale liquido 4 può essere riscaldato per mezzo di svariati mezzi conosciuti, come caldaie e bruciatori, anche impiegando lo stesso biogas prodotto dal sistema di digestione anaerobica. Per mantenere in temperatura tale liquido si prevedono delle coperture superiori 20 alla vasca di contenimento 3, preferibilmente trasparenti al fine anche di ricavare calore per effetto serra. Digester 1 needs to be heated to operate efficiently and this happens through the liquid in which it is immersed. This liquid 4 can be heated by means of various known means, such as boilers and burners, also using the same biogas produced by the anaerobic digestion system. To maintain this liquid at the temperature, upper covers 20 are provided for the containment tank 3, preferably transparent in order also to obtain heat due to the greenhouse effect.
Il digestore descritto à ̈ particolarmente adatto al trattamento di materiale ad elevato contenuto di sostanza secca, mentre la variante con digestore galleggiante può accettare in ingresso soltanto materiale pompabile, quindi nel caso di rifiuti organici à ̈ richiesta la triturazione e lo spappolarnento degli stessi. The digester described is particularly suitable for the treatment of material with a high content of dry matter, while the variant with floating digester can only accept pumpable material as input, therefore in the case of organic waste it is required to grind and pulp it.
Ora, come da Figure da 9 a 20, viene illustrata una seconda versione del digestore, sempre di forma cilindrica orizzontale, che però può galleggiare nel liquido riscaldato contenuto nella vasca 3, ove non à ̈ contrastata la spinta idrostatica e quindi lo spessore del mantello del digestore cilindrico può essere ancora più sottile, con conseguente risparmio nel costo di costruzione. I1 digestore galleggiante 16 richiede soltanto di essere guidato nei suoi movimenti verticali, che sono rappresentati nelle Figure 9 - 10 digestore vuoto, Figure 11 - 12 digestore in fase carico o scarico, e Figure 13 - 14 digestore pieno. Inoltre, sono previste delle tubazioni flessibili per le operazioni di carico e scarico del digestore. Now, as in Figures 9 to 20, a second version of the digester is shown, again with a horizontal cylindrical shape, which, however, can float in the heated liquid contained in the tank 3, where the hydrostatic thrust and therefore the thickness of the mantle is not opposed. of the cylindrical digester can be even thinner, resulting in savings in construction cost. The floating digester 16 only needs to be guided in its vertical movements, which are shown in Figures 9 - 10 empty digester, Figures 11 - 12 digester in the loading or unloading phase, and Figures 13 - 14 full digester. Furthermore, flexible pipes are provided for the digester loading and unloading operations.
Per agitare il liquido contenuto, il digestore galleggiante 16 di cui alla presente invenzione può ruotare su se stesso, azionato da due coppie di ruote superiori che contrastano il galleggiamento, oppure come nelle Figure 15 - 20 mediante uno o più dispositivi a nastro 17 awolto su tamburi motorizzati rotanti 18. Nel caso del sistema di rotazione a nastro o a fune, la rotazione à ̈ necessariamente alternata nei due sensi. A seconda delle esigenze del processo, la rotazione può essere continua oppure intermittente. Rispetto ai sistemi agitati noti, il digestore del presente trovato ha il vantaggio che il sistema di agitazione non à ̈ collocato all'interno del digestore, posizione che rende molto difficoltosa la sua manutenzione perché l'agitatore à ̈ accessibile soltanto dopo aver svuotato completamente il digestore. To agitate the contained liquid, the floating digester 16 according to the present invention can rotate on itself, operated by two pairs of upper wheels which oppose the buoyancy, or as in Figures 15 - 20 by means of one or more belt devices 17 wound on motorized rotating drums 18. In the case of the belt or cable rotation system, the rotation is necessarily alternated in both directions. Depending on the needs of the process, the rotation can be continuous or intermittent. Compared to known agitated systems, the digester of the present invention has the advantage that the agitation system is not located inside the digester, a position that makes its maintenance very difficult because the agitator is accessible only after having completely emptied the digester.
Anche i digestori galleggianti si prestano a realizzazioni nelle varie configurazione del sistema in quanto il liquido contenuto dai digestori pub essere trasferito da uno all'altro secondo uno schema in serie, parallelo o combinato serie/parallelo. Per consentire lo spostamento verticale del digestore durante le fasi di carico o di scarico, sono utilizzate idonee tubazioni flessibili sostenute da idonei mezzi di accompagnamento. Quando à ̈ prevista la rotazione del digestore, per contrastare eventuali spinte assiali ed evitare il movimento longitudinale nei due sensi sono previste idonei sistemi con utilizzo di ruote folli. La rotazione del digestore à ̈ finalizzata sostanzialmente a prevenire la perdita di sostanza organica attraverso lo scarico nella modalità d'uso con processo continuo, ma l'agitazione serve anche a favorire la liberazione del biogas dal bagno e a prevenire la sedimentazione di sostanze solide sul fondo del digestore. The floating digesters are also suitable for embodiments in the various configurations of the system as the liquid contained by the digesters can be transferred from one to the other according to a series, parallel or combined series / parallel scheme. To allow vertical displacement of the digester during the loading or unloading phases, suitable flexible pipes supported by suitable accompanying means are used. When the digester rotation is foreseen, suitable systems using idle wheels are provided to counteract any axial thrusts and avoid longitudinal movement in both directions. The rotation of the digester is basically aimed at preventing the loss of organic substance through the discharge in the mode of use with a continuous process, but the agitation also serves to favor the release of the biogas from the bath and to prevent the sedimentation of solid substances on the bottom. of the digester.
I1 trovato, naturalmente, non à ̈ limitato all'esempio di realizzazione sopra descritto, a partire dal quale si potranno prevedere altre forme (ad esempio digestori a sezione non circolare) ed altri modi di reali-ione, ed i particolari di esecuzione potranno comunque variare senza per questo usche dall'essenza del trovato così come enunciato e di seguito rivendicato. The invention, of course, is not limited to the example of embodiment described above, starting from which other forms (for example digesters with non-circular section) and other methods of realization can be provided, and the details of execution may in any case without thereby varying from the essence of the invention as stated and claimed hereinafter.
Claims (1)
Priority Applications (1)
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IT000173A ITUD20110173A1 (en) | 2011-10-26 | 2011-10-26 | ANAEROBIC DIGESTION SYSTEM FOR THE PRODUCTION OF AGRICULTURAL BIOMASS BIOGAS, LETAME, ZOOTECHNIC WASTE AND SOLID ORGANIC WASTE |
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2011
- 2011-10-26 IT IT000173A patent/ITUD20110173A1/en unknown
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