RO125718B1 - Instalație de producere a biogazului din deșeuri municipale biodegradabile - Google Patents

Description

Invenția se referă la o instalație de producere a biogazului prin fermentație metanogenă, prin utilizarea deșeurilor municipale biodegradabile, pentru producerea de biogaz prin fermentație metanogenă. Sunt cunoscute procedee pentru obținerea de biogaz prin utilizarea diferitelor tipuri de deșeuri, care folosesc sisteme de agitare mecanică, pentru omogenizarea termică și a compoziției materialului de fermentație din reactoare. Aceste instalații presupun un consum ridicat de energie electrică și costuri mari pentru echipamente.

în brevetul US 7563371 B2 - “Digestor anaerob tubular”, este prezentat un sistem de digestie cu pat dinamic asamblat din mai multe elemente componente ce includ un rezervor ce depozitare/încălzire, conectat la un colector ce alimentează în paralel una sau mai multe pompe de injectare. Acestea forțează pătrunderea materialului prin supape de control și apoi în carcasa unuia sau a mai multor digestoare în paralel. Aceste digestoare sunt realizate din părți manufacturate ce includ orificii de evacuare de formă alungită și părți din carcasă ce pot fi asamblate la fața locului într-o configurație cât mai potrivită pentru desfășurarea operațiunilor.

Biogazul produs de aceste digestoare este presurizat datorită unei coloane de lichid creată de o evacuare a efluentului poziționată la un nivel mai ridicat. Materialul utilizat este inoculat cu microorganisme ce ajută la obținerea unui biogaz cu conținut ridicat de metan. Punctele de inoculare sunt poziționate în interiorul carcaselor digestoarelor. Biogazul este colectat într-un rezervor colector, controlat de o supapă sau un regulator.

în brevetul US 6730223 B1, intitulat “Dispozitiv, sistem și metodă pentru tratarea materialului rezidual”, este prezentat un dispozitiv, o metodă și un sistem pentru procesarea deșeurilor municipale, și are ca punct de început tratarea biomasei ce a fost introdusă într-un cuptor cu abur, iar apoi are loc diluarea biomasei rămase într-un rezervor, în timp ce are loc agitația amestecului rezultat la o astfel de temperatură și o durată de timp suficient de mare, astfel încât să permită fibrelor celulozice să se relaxeze și să se întindă.

Amestecurile de biomasă sunt apoi introduse într-un digestor anaerob hibrid, ce are zone separate, pentru digerarea părților solide și lichide ale biomasei. Digestorul hibrid este un rezervor ce are o zonă interioară dedicată digerării părții solide a biomasei și o zonă concentrică exterioară ce are atașate medii de creștere ce rețin organismele ce produc biogazul din partea lichidă a biomasei. în brevetul US 5773526 - “Metodă și dispozitiv de fermentare anaerobă a substanțelor solide din deșeurile organice”, invenția se referă la o metodă pentru fermentarea anaerobă a substanțelor organice solide într-un tanc reactor în care există un amestec de substanțe organice solide și un fluid anaerob, în care un strat de material plutitor generator de gaz metan este mutat de la un capăt de aprovizionare la un capăt de descărcare a reactorului, unde este indusă o reacție de formare a metanului în fluidul generator de metan de sub stratul plutitor, în care lichidul este pulverizat.

RO 122047 B1 descrie un procedeu și o instalație pentru obținerea biogazului din biomasă. Etapele de procedeu sunt: a. mărunțirea biomasei; b. prepararea suspensiei de biomasă; c. fermentația biomasei la o temperatură de 55-60°C (metanogeneza poate avea loc în trei regimuri termice: criofil, mezofil sau termofil), timp de 30-120 de zile, la un pH cuprins între 7,2 și 8,2; masa de fermentație este omogenizată prin recircularea ocazională a suspensiei între reactoarele sistemului; degajarea de biogaz și obținerea unei suprapresiuni sunt folosite pentru agitarea secvențială a masei de fermentație; d. reținerea hidrogenului sulfurat, produs în timpul fermentației metanice, prin trecere printr-un filtru cilindric, vertical, umplut cu șpan de oțel; e. reținerea unei părți din dioxidul de carbon produs din fermentație, prin trecere printr-un filtru cilindric, vertical, umplut cu inele Rashig, prin spălare cu un lichid adsorbant; f. stocarea biogazului purificat. Prin acest procedeu, se obține biogaz cu o concentrație metan de circa 90%.

RO 125718 Β1

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă în realizarea unei instalații de 1 producere biogaz din deșeuri municipale biodegradabile, în care bazinul de fermentație este prevăzut cu un unghi a față de orizontală, pentru a permite alunecarea materialului fermentat 3 spre zona de evacuare, în care se recirculă lichidul de fermentație din proces pentru corecția pH-ului și omogenizarea/încălzirea masei de fermentație periodic. 5

Problema este rezolvată cu o instalație de obținere a biogazului din deșeuri municipale biodegradabile, formată dintr-un containerde deșeuri municipale, o moarăîn care 7 se mărunțește materialul ce se trimite în sistemul de fermentație, un sistem de purificare a biogazului, format dintr-un filtru pentru reținerea hidrogenului sulfurat, un filtru pentru 9 reținerea dioxidului de carbon, un sistem de captare a biogazului purificat, rezultat și un sistem de recirculare, în care sistemul de fermentație este format dintr-un bazin de fermen- 11 tație 4, a cărui bază are o înclinație a față de planul orizontal ce permite alunecarea masei de fermentație, iar sistemul de recirculare este alcătuit dintr-un filtru mecanic 13, pentru 13 separarea lichidului de fermentație de materialul solid, care este depozitat într-un container pentru material solid 14, lichidul de fermentație este transportat printr-o conductă în care are 15 loc corecția pH-ului cu un agent de corecție introdus cu ajutorul unei pompe dintr-un rezervor 12, un schimbător de căldură 11, în care are loc încălzirea lichidului de fermentație introdus 17 din conductă cu ajutorul unei pompe pe la partea inferioară a schimbătorului de căldură 11 și un sistem de pulverizare 5 prin care lichidul de fermentație încălzit în schimbătorul de 19 căldură 11, se pulverizează pe la partea superioară a bazinului de fermentație 4.

Procedeul conform invenției înlătură dezavantajele altor procedee, prin aceea că se 21 reduce consumul intern al instalației și se obține biogaz cu o concentrație mare de metan (peste 80%) față de alte procedee (50...60%). 23

Instalația în care se utilizează deșeuri municipale biodegradabile pentru producerea de biogaz prin fermentație metanogenă rezolvă problema reducerii/eliminării consumurilor 25 energetice tehnologice și a poluării, și prezintă următoarele avantaje:

- poate fi utilizată pentru orice mărime de instalație de producere biogaz din deșeuri 27 municipale biodegradabile, cu condiția dimensionării corecte, pentru a se asigura timpii optimi de contact și rezidență, în scopul obținerii performanțelor preconizate: concentrație 29 în metan de peste 80% și de epurare a gazelor de peste 95% (reținerea hidrogenului sulfurat); 31

- pierderea de presiune în instalație este redusă, iar suprafața de contact a biogazului cu mediul de adsorbție-absorbție la reținerea/eliminarea dioxidului de carbon este mare, în 33 volume relativ reduse;

- consumul energetic este redus; 35

- se elimină sistemele de agitare/amestecare/omogenizare a masei de fermentație, utilizându-se doar recircularea lichidului de fermentație; 37

- consumul de reactivi pentru neutralizare poluanți chimici este redus, iar reziduul rezultat poate fi reciclat, prin utilizarea în alte domenii. 39

Fluxul tehnologic de producere a biogazului din deșeuri municipale biodegradabile conform figurii cuprinde: 41 depozitul de deșeuri municipale biodegradabile 1, sistemul de tocare/mărunțire a deșeurilor 2, sistemul de alimentare deșeuri 3 în bazinul de fermentație 4 unde are loc 43 fermentația și simultan corecția de pH prin ajustarea prin adăugarea de reactiv din sistemul

12, format dintr-o pompă și un bazin de reactiv, a lichidului de fermentație drenat de la baza 45 bazinului 4 și reintrodus în bazin după încălzire în schimbătorul de căldură 11. Biogazul produs este acumulat în treimea superioară a bazinului/bazinelor de fermentație metanică, 47

RO 125718 Β1 până la atingerea unei presiuni impuse. Pe calotele flexibile din folie de polietilenă cu inserție textilă, sunt montate electroventile (la margini) pentru evacuare biogaz. Biogazul evacuat din bazinul de fermentație metanică 4 este trecut printr-un filtru 6 cilindric vertical, umplut cu șpan de oțel, pentru reținerea hidrogenului sulfurat, produs în timpul fermentației metanice, biogazul intrând pe la bază și ieșind pe la partea superioară a filtrului, și intrând apoi într-un filtru 7, cilindric, vertical, umplut cu inele Raschig ceramice, pentru reținerea unei părți din dioxidul de carbon produs din fermentație, prin spălare, cu un lichid adsorbant alimentat cu o pompă adiacentă. După desorbția termică a dioxidului de carbon în vasul 9, prevăzut cu încălzire cu abur, are loc răcirea în vasul cilindric vertical 10, iar răcirea lichidului se face în schimbătorul de căldură 11, în contracurent cu lichidul de fermentație recirculat cu o pompă. Biogazul purificat și îmbogățit în metan este trimis în rezervorul de stocare 8 și apoi distribuit la utilizatori 15. Rezervorul de stocare biogaz 8 este prevăzut cu supapă de siguranță și senzor de presiune/manometru (pe capac), robinet/ventil de evacuare condens la bază 16. Periodic, se evacuează din bazin material uzat și este trecut printr-un filtru 13, pentru separarea lichidului, care este reintrodus în sistem, iar partea solidă este depozitată 14, în vederea valorificării ca fertilizant pentru sol.

Invenția va fi prezentată în continuare, în legătură și cu figura care reprezintă schema de principiu a instalației de producere biogaz din deșeuri municipale biodegradabile și de epurare a biogazului și îmbogățire în metan.

Parametrii procesului vor fi măsurați și controlați permanent, în timpul funcționării instalației. în principal, aceștia sunt:

- temperaturi măsurate și reglate cu termostate;

- presiuni măsurate cu senzori de presiune în bazinul de fermentație anaerobă a instalației;

- concentrații de hidrogen sulfurat și dioxid de carbon, înainte și după purificare/concentrare biogaz;

- debite de lichid recirculat la încălzire masa de fermentație din bazin, debite lichid spălare biogaz în filtrul de reținere dioxid de carbon, capacitate biogaz produs în instalație.

A fost realizată o instalație demonstrativă, cu o capacitate de material de fermentație de 25 m³.

S-au efectuat teste de fermentație a deșeurilor municipale biodegradabile și s-au obținut performanțele preconizate, realizându-se o fermentație metanogenă acceptabilă și purificarea/concentrarea eficientă a biogazului rezultat. Procesul de metanogeneză poate avea loc în trei regimuri termice:

- criofil (1O...2O°C), durata 90...120 zile;

- mezofil (25...35°C), durata 25...30 zile;

- termofil (4O...55°C), durata aproximativ 10 zile.

Acest proces este cu atât mai rapid, cu cât temperatura din bazinul de fermentație este mai mare (dar fără a depăși 55...60°C când bacteriile metanogene mor). Materialul de fermentație poate fi introdus în proces (în bazin), obținându-se regimul termic dorit, fără a mai fi necesară o preîncălzire anterioară. Dioxidul de carbon format este consumat parțial, conform reacției:

CO₂ + 4H₂ -> CH₄ + 2H₂O.

Din toate reacțiile rezultă metan (CH₄). în timp, concentrația de dioxid de carbon (CO₂) crește între anumite limite, deoarece hidrogenul produs în proces este insuficient pentru reducerea totală a CO₂ la CH₄.

Claims (1)

1. Revendicare 1

   Instalație de obținere a biogazului din deșeuri municipale biodegradabile, formată 3 dintr-un container de deșeuri municipale, o moară în care se mărunțește materialul ce se trimite în sistemul de fermentație, un sistem de purificare a biogazului, format dintr-un filtru 5 pentru reținerea hidrogenului sulfurat, un filtru pentru reținerea dioxidului de carbon, un sistem de captare a biogazului purificat, rezultat, și un sistem de recirculare, caracterizată 7 prin aceea că sistemul de fermentație este format dintr-un bazin de fermentație (4), a cărui bază are o înclinație a față de planul orizontal ce permite alunecarea masei de fermentație, 9 iar sistemul de recirculare este alcătuit dintr-un filtru mecanic (13) pentru separarea lichidului de fermentație de materialul solid, care este depozitat într-un container pentru material solid 11 (14), lichidul de fermentație este transportat printr-o conductă în care are loc corecția pH-ului cu un agent de corecție introdus cu ajutorul unei pompe dintr-un rezervor (12), un schimbător 13 de căldură (11) în care are loc încălzirea lichidului de fermentație introdus din conductă, cu ajutorul unei pompe, pe la partea inferioară a schimbătorului de căldură (11) și un sistem de 15 pulverizare (5) prin care lichidul de fermentație încălzit în schimbătorul de căldură (11) se pulverizează pe la partea superioară a bazinului de fermentație (4). 17