PL239719B1 - Sposób wytwarzania biogazu i zespół urządzeń do realizacji tego sposobu - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania biogazu i zespół urządzeń do realizacji tego sposobu, znajdujący zastosowanie głównie w gospodarstwach rolnych, umożliwiający wytwarzanie gazu z obornika dla zaspokojenia własnych potrzeb inwentarskich.

Z opisu polskiego wynalazku, chronionego patentem nr PL224455, znane jest urządzenie do wytwarzania biogazu z odchodów zwierząt hodowanych na ściółce. Urządzenie to jest wyposażone w komorę fermentacyjną mającą śmigłowe mieszadło oraz wymiennik ciepła, połączony z ślimakowym dozownikiem, a także z perforowanymi, rurowymi pojemnikami. Wypłukująco-fermentacyjna komora zawiera zewnętrzny pojemnik w postaci prostopadłościanu, w którym jest umiejscowiony wewnętrzny pojemnik. Ma on postać ściętego ostrosłupa i jest połączony przewodem z międzykomorowym zbiornikiem. Jest on wyposażony w pompę, której rurowy przewód tłoczny jest połączony z fermentacyjna komorą. Górna część tej komory jest połączona za pomocą syfonu z recyrkulującym zbiornikiem, zaopatrzonym w pompę doprowadzającą ciecz izolowanym rurociągiem do zraszacza, zainstalowanego w górnej części wypłukująco-fermentacyjnej komory. Na izolowanym rurociągu jest trójdrożny zawór, odprowadzający nadmiar cieczy do zraszaczowego zbiornika.

Z opisu polskiego wynalazku, chronionego patentem nr PL232200, znane jest stanowisko badawcze do produkcji biogazu.

Stanowisko to jest wyposażone w zbiornik fermentacji substratu, który stanowi mieszaninę obornika, odpadów organicznych i masy roślinnej. Jest on połączony ze zbiornikiem wstępnej fermentacji masy organicznej, wypłukanej ze zbiornika fermentacji substratu, łączącym się z przelewowym zbiornikiem. Zbiornik fermentacji substratu, zbiornik fermentacji wstępnej i zbiornik fermentacji końcowej są zaopatrzone u góry w izolowane termicznie pokrywy z króćcami oraz w grzejny płaszcz z izolacyjną warstwą ochronną.

Z chińskiego opisu patentowego nr CN105861306A, znane jest urządzenie do fermentacji beztlenowej dwufazowej fazy stałej i płynnej.

Urządzenie jest wyposażone w reaktor fermentacji kwasowej odpadów, dokonującej się przy udziale mikroorganizmów typu grzyby białej zgnilizny, rot fungs TF1 i rot fungs JG1.

Z wydawnictwa Wyższej Szkoły Agrobiznesu z siedzibą w Łomży z 2015 r, znana jest monografia pt „Analiza potrzeb techniczno-technologicznych oraz propozycje rozwiązań w produkcji biogazu w gospodarstwach rodzinnych i farmerskich”. Opisuje ona szczegóły działania instalacji biogazowej jednak bez kompleksowego powiązania z cyklem produkcji obornika i jego zagospodarowania na potrzeby ekologicznej produkcji roślinnej i zwierzęcej.

Celem rozwiązania, zgodnie z wynalazkiem, jest opracowanie sposobu wytwarzania biogazu z obornika i konstrukcja zespołu urządzeń do realizacji tego sposobu, z uwzględnieniem takiego procesu przetwarzania obornika, aby po obróbce oprócz gazu uzyskiwać substrat stały, nadający się do ponownego użytkowania jako ściółka lub jako surowic na kompost oraz substrat płynny do stosowania jako naturalny nawóz płynny do zasilania upraw roślinnych.

W realizacji wynalazku chodzi o zagospodarowanie naturalnego nawozu w postaci obornika z zachowaniem zasad pozytywnego oddziaływania na środowisko naturalne, bez zanieczyszczania wód gruntowych, co dotychczas często miało miejsce. Jednocześnie chodzi o zaspakajanie potrzeb na energię w produkcji inwentarskiej we własnym zakresie.

Istotę wynalazku stanowi sposób wytwarzania biogazu. Sposób ten polega na tym, że zmagazynowany w gnojowni obornik ładuje się za pomocą ładowarki do kontenera, po czym wypełniony obornikiem kontener umieszcza się w wypłukująco-silosowej, zamykanej hermetycznie komorze, a odciekającą z obornika gnojową ciecz, zwaną organiczną frakcją, gromadzi się w zbiorniku odciekania tej frakcji. Płynną fakcję organiczną przepompowuje się do fermentacyjnej komory i podgrzewa się, okresowo mieszając i uzupełniając tak, aby zachować stały poziom frakcji organicznej. Proces fermentacji pobudza się i intensyfikuje poprzez zmagazynowanie w fermentacyjnej komorze bakterii metanowych oraz poprzez dodawanie substratu roślinnego z roślin energetycznych za pomocą ślimakowego przenośnika. Jest to na ogół rozdrobniona masa zielona kukurydzy bądź traw. Wytworzony w wyniku fermentacji biogaz poddaje się odwodnieniu i odsiarczeniu, po czym przesyła się do kogeneracyjnego agregatu, przetwarzającego ten biogaz na energię cieplną i elektryczną.

Zespół do realizacji sposobu wytwarzania biogazu, zgodnie z wynalazkiem, stanowi wypłukującosilosowa komora, podzielona na hermetycznie zamykane sektory, w których są umieszczane, uprzednio

PL 239 719 B1 załadowane obornikiem kontenery z ażurowymi podłogami. W każdym z sektorów wypłukująco-silosowej komory jest wykonany odpływ, połączony z odprowadzającym przewodem, którym odprowadza się organiczną frakcję, spływającą z obornika w wyniku jego naturalnego odsączania jak również w wyniku wypłukiwania obornika cieczą dozowaną dyszami zraszacza do kontenera. Dysze zraszacza są zamontowane u góry każdego sektora wypłukująco-silosowej komory. Wypłukiwana z obornika gnojowa ciecz wraz z elementami stałymi stanowi organiczną frakcję, kierowaną do zbiornika organicznej frakcji. Odprowadzenia z wypłukująco-silosowej komory odprowadzającym przewodem są połączone ze zbiornikiem organicznej frakcji, w którym jest zamontowana pompa z przewodem, łączącym komorę organicznej frakcji z fermentacyjną komorą. W fermentacyjnej komorze osiowo jest zamocowane mieszadło, ponadto grzałki zasilane kolektorem słonecznym oraz rurowe pojemniki z bakteriami przyśpieszającymi proces fermentacji.

Uzupełnienie wyposażenia fermentacyjnej komory stanowi ślimakowy przenośnik, za pomocą którego do fermentacyjnej komory dozuje się substrat z roślin energetycznych.

W bocznej ściance fermentacyjnej komory jest osadzony przewód do grawitacyjnego odprowadzania z tej komory przefermentowanego substratu i do utrzymania stałego poziomu substratu w komorze. Przewód ten łączy fermentacyjną komorę z przelewowym zbiornikiem, w którym jest zainstalowana pompa współpracująca z przewodem przefermentowanego substratu, podawanego tym przewodem do separatora, gdzie następuje oddzielenie frakcji stałych od frakcji płynnych. Stała frakcja z separatora jest odprowadzana na kompostową płytę i przeznaczana do ponownego użytkowania jako surowiec do nawożenia, na kompost lub na podściółkę. Natomiast płynna frakcja z separatora jest odprowadzana grawitacyjnie do połączonego z separatorem końcowego zbiornika, w którym jest zainstalowana końcowa pompa. Końcowa pompa tłoczy ciekły substrat w postaci gnojowej cieczy przewodem do dysz zraszacza zainstalowanych u góry sektorów silosowo-wypłukującej komory, wykorzystując ten substrat do płukania obornika, znajdującego się w kontenerach. Na przewodzie łączącym końcowy zbiornik płynnego substratu z dyszami zraszacza jest zamontowany sterujący zawór, umożliwiający przełączenie strumienia gnojowej cieczy do właściwego sektora.

Niezbędnym elementem wyposażenia fermentacyjnej komory biogazowni jest kolektor słoneczny, zasilający grzałki zamontowane wewnątrz tej komory.

Nadmiar ciekłego substratu, niewykorzystany do wypłukiwania obornika, jest kierowany do magazynującego zbiornika, a następnie wykorzystywany do zasilania upraw roślinnych.

Wytworzony biogaz z fermentacyjnej komory i z silosowo-wypłukującej komory po odwodnieniu i odsiarczeniu przesyła się rurociągiem do kogeneracyjnego agregatu produkującego z tego gazu energię cieplną i elektryczną.

Wypłukany gnojową cieczą obornik, znajdujący się w kontenerach, przemieszcza się na pryzmę i zabezpiecza przed opadami. Resztki cieczy z obornika są odprowadzane do wstępnego zbiornika.

Przedmiot wynalazku został objaśniony w przykładzie wykonania na załączonym rysunku, na którym fig. 1 - przedstawia zespół do produkcji biogazu w przekroju wzdłużnym, fig. 2 - ilustruje zespół w widoku z góry, natomiast fig. 3 - pokazuje szczegół zespołu.

Zespół urządzeń do realizacji sposobu wytwarzania biogazu, zgodnie z wynalazkiem, umożliwia wytworzenie gazu dla potrzeb gospodarstw inwentarskich, wyposażonych w inwentarski budynek 1 z gnojownią 2, w której jest gromadzony obornik 3 ładowany za pomocą ładowarki 4 współpracującej z ciągnikiem w kontenery 5. W trakcie gromadzenia w gnojowni jak również podczas załadunku do kontenera 5, z obornika 3 odcieka gnojowa ciecz, która spływa grawitacyjnie do wstępnego zbiornika 6, usytuowanego poniżej powierzchni ładowania.

Zespół do produkcji biogazu, według rozwiązania, stanowi silosowo-wypłukująca komora 7, podzielona na hermetycznie zamykane sektory 8, w których są umieszczane kontenery 5 wypełnione obornikiem 3 i przetrzymywane zamknięte hermetycznie przez okres około 30 dni. Kontenery 5 mają ażurowe podłogi. W podłodze każdego z sektorów 8 silosowej komory 7 jest wykonany odpływ 9, połączony z odprowadzającym przewodem 10 skierowanym do zbiornika organicznej frakcji 11, w którym gromadzi się organiczną frakcję po wypłukaniu obornika 3 umieszczonego w kontenerach 5 w silosowowypłukującej komorze 7. U góry, w każdym sektorze 8 silosowo-wypłukującej komory 7 są zainstalowane dysze zraszaczy 12, którymi jest doprowadzana gnojowa ciecz do wypłukiwania obornika 3. Wypłukiwana z obornika 3 organiczna frakcja wraz z elementami stałych substancji jest kierowana odprowadzającym przewodem 10 do zbiornika organicznej frakcji 11.

Zbiornik organicznej frakcji 11 jest połączony z fermentacyjną komorą biogazowni 13 przewodem 14, na końcu którego, w zbiorniku organicznej frakcji 11 jest zamontowana pompa 15, tłocząca

PL 239 719 B1 organiczną frakcję do fermentacyjnej komory 13, gdzie ta frakcja jest poddawana fermentacji w następstwie czego następuje wytwarzanie biogazu, odprowadzanego do zbiornika biogazu 16 przewodem 16'. Biogaz wytwarza się także w wyniku fermentacji obornika 3 zachodzącej w silosowo-wypłukującej komorze 7. Biogaz jest odprowadzany z każdego sektora 8 przewodem 8'. Przy wykorzystaniu nadciśnienia jest tłoczony do zbiornika po uprzednim odwodnieniu i odsiarczeniu.

W bocznej ściance fermentacyjnej komory 13 są umiejscowione rurowe pojemniki 17 wypełnione keramzytem, stanowiącym źródło bakterii metanowych, pobudzających zjawisko fermentacji.

Istotnym elementem wyposażenia fermentacyjnej komory 13 jest słoneczny kolektor 18, zasilający grzałki 19 zamontowane wewnątrz fermentacyjnej komory 13. Z bocznej ścianki fermentacyjnej komory 13 jest wyprowadzony odpływowy przewód 20 skierowany do przelewowego zbiornika 21, umożliwiający grawitacyjne odprowadzanie z fermentacyjnej komory 13 przefermentowanego substratu i utrzymywanie stałego poziomu tego substratu w fermentacyjnej komorze 13. Zgromadzony w przelewowym zbiorniku 21 przefermentowany substrat za pomocą zainstalowanej w nim pompy 15' jest podawany przewodem separatora 22 do separatora 23. W separatorze 23 następuje oddzielenie frakcji stałych od frakcji płynnych. Frakcja stała w postaci odseparowanej masy z separatora 23 jest odprowadzana na pryzmę w postaci kompostowej płyty 24, a następnie wykorzystywana na podściółkę dla zwierząt lub na kompost, natomiast frakcja płynna z separatora 23, w postaci gnojowej cieczy jest odprowadzana grawitacyjnie do połączonego z separatorem 23 końcowego zbiornika 25, w którym jest zainstalowana pompa 26 odseparowanej gnojowej cieczy, tłocząca gnojową ciecz przewodem 27 do dysz zraszaczy 12 zainstalowanych w górnych ściankach silosowo-wypłukującej komory 7, do wypłukania obornika 3 zgromadzonego w kontenerach 5. Na przewodzie gnojowej cieczy 27 jest zamontowany sterujący zawór 28, umożliwiający przełączenie strumienia gnojowej cieczy do właściwego sektora 8.

Nadmiar gnojowej cieczy przewodem 29 jest kierowany do magazynującego zbiornika 30.

W fermentacyjnej komorze 13 jest zamontowane osiowo mieszadło 31 zapewniające równomierną fermentację.

Elementem wyposażenia zespołu urządzeń, według wynalazku jest ślimakowy przenośnik 32, za pomocą którego do fermentacyjnej komory 13 jest dodawany substrat z roślin energetycznych. Na ogół jest to rozdrobniona kukurydza w postaci surowej lub kiszonki, bądź trawa.

Opisany powyżej zespół umożliwia realizację sposobu wytwarzania biogazu, polegającego na tym, że zmagazynowany w gnojowni 2 obornik 3 ładuje się za pomocą ładowarki 4 do kontenera 5, po czym wypełniony obornikiem 3 kontener 5 umieszcza się w sil osowo-wypłukującej komorze 7, a wypłukaną z obornika 3 gnojową ciecz gromadzi się w zbiorniku organicznej frakcji 11, skąd przy użyciu pompy 15 przepompowuje się do fermentacyjnej komory 13, miesza okresowo mieszadłem 31 i podgrzewa grzałkami 19 zasilanymi przez słoneczny kolektor 18 oraz uzupełnia dopływ przewodem 14 dla zachowania stałego poziomu organicznej frakcji w komorze fermentacyjnej 13, przy czym dla pobudzenia i zintensyfikowania procesu fermentacji, do organicznej frakcji, zmagazynowanej w fermentacyjnej komorze 13 dodaje się bakterie metanowe zgromadzone na keramzycie w rurowych pojemnikach 17. Wytworzony w wyniku fermentacji, w fermentacyjnej komorze 13 biogaz poddaje się odwodnieniu i odsiarczaniu, a następnie tłoczy się do zbiornika biogazu 16, po czym przesyła się rurociągiem 33 do agregatu kogeneracyjnego 34 gdzie następuje przetworzenie biogazu na energię cieplną i elektryczną.

Natomiast przefermentowany substrat z fermentacyjnej komory 13 spływa grawitacyjnie przewodem 20 do przelewowego zbiornika 21, skąd za pomocą pompy 15' jest tłoczony do separatora 23, w którym następuje oddzielenie frakcji stałej od frakcji płynnej substratu. Frakcja stała substratu z separatora 23 jest kierowana na pryzmę 24 z przeznaczeniem do dalszej obróbki. Natomiast frakcja płynna substratu w postaci gnojowej cieczy z separatora 23 jest zrzucana do końcowego zbiornika 25, skąd przy użyciu pompy 26 przewodem 27 jest kierowana do dysz zraszaczy 12 zamontowanych u góry silosowo-wypłukującej komory 7, dozujących gnojową ciecz do wypłukiwania obornika 3 zgromadzonego w kontenerach 5, umieszczonych w hermetycznie zamkniętych sektorach 8 silosowowypłukującej komory 7, Nadmiar przefermentowanej płynnej frakcji w postaci gnojowej cieczy jest odprowadzany z końcowego zbiornika 25 przewodem 35 do zbiornika frakcji płynnej po fermentacji 36. Wypłukany obornik 3 po opróżnieniu z kontenera 5 składuje się na płycie 37, a odciek z tego substratu jest gromadzony w zbiorniku odcieku 38.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania biogazu, znamienny tym, że zmagazynowany w gnojowni (2) obornik (3) ładuje się do kontenera (5), po czym naładowany obornikiem (3) kontener (5) umieszcza się w silosowo-wypłukującej komorze (7), a odciekającą z obornika (3) gnojową ciecz gromadzi się w zbiorniku organicznej frakcji (11), skąd przepompowuje się do fermentacyjnej komory (13), podgrzewa i okresowo miesza, dodając bakterie metanowe oraz substrat z roślin energetycznych, a po fermentacji wytworzony biogaz poddaje się odwodnieniu i odsiarczaniu, po czym tłoczy się do zbiornika biogazu (16), a następnie rurociągiem (33) do kogeneracyjnego agregatora (34) i przetwarza na energię cieplną oraz elektryczną, natomiast przefermentowany substrat z fermentacyjnej komory (13) kieruje się grawitacyjnie przewodem (20) do przelewowego zbiornika (21) skąd za pomocą pompy (15') tłoczy się do separatora (23), w którym oddziela się frakcje stałe od frakcji płynnej, stałą frakcję kierując na pryzmę (24), natomiast frakcję płynną do końcowego zbiornika (25) skąd przy użyciu pompy (26) przewodem (27) kieruje się do dysz zraszaczy(12).
2. 2. Zespół urządzeń do wytwarzania biogazu, wyposażony w komory fermentacji, w tym w fermentacyjną komorę z mieszadłem i umieszczonymi wewnątrz tej komory perforowanymi, rurowymi pojemnikami wypełnionymi keramzytem z bakteriami oraz grzałkami, zasilanymi kolektorem słonecznym, znamienny tym, że posiada silosowo-wypłukującą komorę (7) z zamontowanymi od góry dyszami zraszaczy (12). podzieloną na hermetycznie zamykane sektory (8) z umieszczonymi w nich kontenerami (5), wypełnionymi obornikiem (3), przy czym w podłodze każdego z sektorów (8) jest wykonany odpływ (9), połączony z odprowadzającym przewodem (10) skierowanym do zbiornika organicznej frakcji (11), połączonego z fermentacyjną komorą (13) przewodem (14) z pompą (15), przy czym z bocznej ścianki fermentacyjnej komory (13) jest wyprowadzony odpływowy przewód (20) skierowany do przepływowego zbiornika (21), wewnątrz którego jest zainstalowana pompa (15') połączona przewodem separatora (22) z separatorem (23), ten zaś z końcowym zbiornikiem (25), w którym jest zainstalowana pompa (26), połączona z przewodem gnojowej cieczy (27), ten zaś z dyszami zraszaczy (12), zainstalowanymi w górnych ściankach silosowo-wypłukującej komory (7).
3. 3. Zespół, według zastrz. 1, znamienny tym, że na przewodzie gnojowej cieczy (27) jest zainstalowany sterujący zawór (28).
4. 4. Zespół, według zastrz. 1, znamienny tym, że z przewodem gnojowej cieczy (27) jest połączony przewód (35) skierowany do zbiornika frakcji płynnej po fermentacji (36).
5. 5. Zespół, według zastrz. 1, znamienny tym, że kontenery (5) mają ażurowe podłogi.