RU147932U1

RU147932U1 - BIOREACTOR

Info

Publication number: RU147932U1
Application number: RU2014119321/10U
Authority: RU
Inventors: Владимир Васильевич Старших; Евгений Александрович Максимов
Priority date: 2014-05-13
Filing date: 2014-05-13
Publication date: 2014-11-20

Abstract

Биореактор для производства биогаза, включающий цилиндрический корпус из нержавеющей стали, разделенный внутренними перегородками на четыре камеры, загрузочный и сливной стояки, мешалку с приводом, газосборник с газопроводом, теплообменник с теплоизоляционным слоем, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен устройством для стабилизации температуры биомассы, которое содержит центробежный и циркуляционный насосы, дозатор реагента, буферную ёмкость, распределительное устройство, соединительный трубопровод для реагента с задвижками и форсунками, причем всасывающий патрубок центробежного насоса размещен в верхней части четвертой камеры биореактора, напорный патрубок центробежного насоса соединен с первым входным патрубком буферной емкости, второй входной патрубок которой соединен с дозатором реагента, выход буферной емкости соединен через соединительный трубопровод и циркуляционный насос с распределительным устройством, которое посредством труб и задвижек соединено с форсунками, размещенными в нижней части первой, второй и третьей камер.A bioreactor for biogas production, including a cylindrical stainless steel casing, divided by internal partitions into four chambers, a loading and a drain riser, an agitator with a drive, a gas collector with a gas pipeline, a heat exchanger with a heat-insulating layer, characterized in that it is additionally equipped with a device for stabilizing the biomass temperature, which contains centrifugal and circulation pumps, reagent dispenser, buffer tank, switchgear, connecting pipe for reagent with valves and nozzles, moreover, the suction nozzle of the centrifugal pump is located in the upper part of the fourth chamber of the bioreactor, the discharge nozzle of the centrifugal pump is connected to the first inlet of the buffer tank, the second inlet of which is connected to the reagent dispenser, the outlet of the buffer tank is connected through a connecting pipe and a circulation pump to the distribution pump a device that is connected by means of pipes and valves to nozzles located in the lower part of the first, second and third chambers.

Description

Полезная модель используется для производства биогаза - альтернативного источника энергии - путем переработки отходов предприятий пищевой промышленности, городского хозяйства, сельскохозяйственных комплексов.The utility model is used for the production of biogas - an alternative source of energy - by processing waste from the food industry, municipal services, and agricultural complexes.

Известна установка для производства биогаза, содержащая две камеры, пеногаситель, крышку, мешалку, люк выгрузки биомассы, дренажную трубу, патрубки загрузки исходной и выгрузки сброженной биомассы, патрубок отбора биогаза (RU 2082682 C1, C02F 3/28, опубл. 27.06.1997 г).A known installation for the production of biogas, containing two chambers, defoamer, lid, mixer, hatch for unloading biomass, drain pipe, nozzles for loading the initial and unloading of fermented biomass, nozzle for biogas extraction (RU 2082682 C1, C02F 3/28, publ. 06/27/1997 g )

Известна установка для производства биогаза, содержащая внешнюю и внутреннюю камеры, воздуходувку, механическую мешалку, патрубки загрузки исходной и слива сброженной биомассы, патрубок отбора биогаза, люк выгрузки биомассы (RU 2066304 C1, C02F 3\28, опубл. 10.09.1996 г).A known installation for the production of biogas, containing the outer and inner chambers, a blower, a mechanical mixer, nozzles for loading the source and discharge of fermented biomass, nozzles for biogas extraction, manhole for unloading biomass (RU 2066304 C1, C02F 3 \ 28, publ. 10.09.1996 g).

Недостатком вышеуказанных аналогов является недостаточная эффективность производства биогаза из-за неравномерного нагрева биомассы по длине установок.The disadvantage of the above analogues is the insufficient efficiency of biogas production due to uneven heating of biomass along the length of the plants.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является метатенк для биогазовых установок, включающий корпус, загрузочный стояк, мешалку, газосборник с газопроводом, задвижку, двойную перегородку с теплоизоляционным материалом, перегородки, основной газосборник, сливной стояк, приводной механизм мешалки, теплоизоляционный слой, теплообменники, защитный слой, камеры (RU 2073650 C1, МПК C02F 3/28, опубл. 20.02.1997 г.).The closest in technical essence to the claimed utility model is a meta-tank for biogas plants, including a housing, a loading riser, an agitator, a gas collector with a gas pipeline, a gate valve, a double partition with heat-insulating material, partitions, a main gas collector, a drain riser, a stirrer drive mechanism, a heat-insulating layer, heat exchangers, protective layer, chambers (RU 2073650 C1, IPC C02F 3/28, publ. 02.20.1997).

Известно, что в процессе сбраживания биомассы по длине реактора наблюдается различие (градиент) температур: наибольшая температура характерна на выходе реактора, где расположен сливной стояк, наименьшая - на входе, где расположен загрузочный стояк. Через этот стояк в реактор из загрузочной емкости, расположенной вне реактора, поступает исходная биомасса, имеющая температуру меньшую, чем температура биомассы, сбраживаемой при ферментации в реакторе.It is known that in the process of fermenting biomass along the length of the reactor, a difference (gradient) of temperatures is observed: the highest temperature is characteristic at the outlet of the reactor, where the drain riser is located, and the lowest - at the entrance, where the loading riser is located. Through this riser, an initial biomass having a temperature lower than the temperature of the biomass fermented during fermentation in the reactor enters the reactor from a loading vessel located outside the reactor.

Недостатком прототипа является недостаточная эффективность производства биогаза из-за неравномерного нагрева, т.е. наличия градиента температур сбраживаемой биомассы в биореакторе.The disadvantage of the prototype is the lack of efficiency in the production of biogas due to uneven heating, i.e. the presence of a temperature gradient of fermentable biomass in the bioreactor.

Известно, что поддержка оптимальной температуры является одним из важнейших факторов процесса сбраживания. В природных условиях образование биогаза происходит при температурах от 0°C до 97°C, но с учетом оптимизации процесса переработки органических отходов для получения биогаза и биоудобрений выделяют 3 температурных режима:It is known that maintaining optimal temperature is one of the most important factors in the fermentation process. Under natural conditions, the formation of biogas occurs at temperatures from 0 ° C to 97 ° C, but taking into account the optimization of the processing of organic waste to produce biogas and bio-fertilizers, 3 temperature regimes are distinguished:

- психофильный температурный режим определяется температурами до 20-25°C,- psychophilic temperature conditions are determined by temperatures up to 20-25 ° C,

- мезофильный температурный режим определяется температурами от 25°C до 40°C и- the mesophilic temperature regime is determined by temperatures from 25 ° C to 40 ° C and

- термофильный температурный режим определяется температурами свыше 40°C.- thermophilic temperature conditions are determined by temperatures above 40 ° C.

Сведения относительно оптимального температурного режима различны для разных видов сырья, но на основании эмпирических данных установок ОФ «Флюид», работающих на смешанном навозе КРС, свиней и птиц, оптимальной температурой для мезофильного температурного режима является 36-38°C, а для термофильного 52-55°C. (http://www.rosbiogas.ru/literatura/rukovodstvo-po-biogazovim-texnologiyam/soblyudenie-temperaturnogo-rezhima-pri-proizvodstve-biogaza.html)The information on the optimal temperature regime is different for different types of raw materials, but based on empirical data from Fluid plants operating on mixed manure of cattle, pigs and birds, the optimal temperature for the mesophilic temperature regime is 36-38 ° C, and for the thermophilic 52- 55 ° C. (http://www.rosbiogas.ru/literatura/rukovodstvo-po-biogazovim-texnologiyam/soblyudenie-temperaturnogo-rezhima-pri-proizvodstve-biogaza.html)

По технологии переработки биомассы в предлагаемом биореакторе градиент температур не должен превышать (+, -)1°C. Однако, на практике без применения охлаждения, он может достигать до (+, -)5°C.According to the biomass processing technology in the proposed bioreactor, the temperature gradient should not exceed (+, -) 1 ° C. However, in practice, without the use of cooling, it can reach up to (+, -) 5 ° C.

Задача заявляемого устройства заключается в стабилизации температуры сбраживаемой биомассы в реакторе в заданных технологических пределах и, соответственно, повышении эффективности производства биогаза.The objective of the claimed device is to stabilize the temperature of fermentable biomass in the reactor within the specified technological limits and, accordingly, increase the efficiency of biogas production.

Технический результат достигается благодаря тому, что биореактор для производства биогаза, включает цилиндрический корпус из нержавеющей стали, разделенный внутренними перегородками на четыре камеры, загрузочный и сливной стояки, мешалку с приводом, газосборник с газопроводом, теплообменник с теплоизоляционным слоем, но, в отличие от прототипа, он дополнительно снабжен устройством для стабилизации температуры биомассы, которое содержит центробежный и циркуляционный насосы, дозатор реагента, буферную емкость, распределительное устройство, соединительный трубопровод для реагента с задвижками и форсунками, причем всасывающий патрубок центробежного насоса размещен в верхней части четвертой камеры биореактора, напорный патрубок центробежного насоса соединен с первым входным патрубком буферной емкости, второй входной патрубок которой соединен с дозатором реагента, выход буферной емкости соединен через соединительный трубопровод и циркуляционный насос с распределительным устройством, которое посредством труб и задвижек соединено с форсунками, размещенными в нижней части первой, второй и третьей камер.The technical result is achieved due to the fact that the bioreactor for biogas production includes a cylindrical stainless steel casing, divided by four internal chambers, a loading and a drain riser, a stirrer with a drive, a gas collector with a gas pipeline, a heat exchanger with a heat-insulating layer, but, unlike the prototype , it is additionally equipped with a device for stabilizing the temperature of the biomass, which contains centrifugal and circulation pumps, a reagent dispenser, a buffer tank, a distribution device a connecting pipe for the reagent with valves and nozzles, the suction nozzle of the centrifugal pump located in the upper part of the fourth chamber of the bioreactor, the discharge nozzle of the centrifugal pump is connected to the first inlet of the buffer tank, the second inlet of which is connected to the reagent dispenser, the output of the buffer tank is connected through connecting pipe and circulation pump with a switchgear, which is connected via pipes and valves to nozzles located in the lower th part of the first, second and third chambers.

Сущность заявляемого устройства поясняется чертежом (фиг.)The essence of the claimed device is illustrated by the drawing (Fig.)

Биореактор включает горизонтальный цилиндрический корпус 1 из нержавеющей стали, загрузочный 2 и сливной 3 стояки, мешалку 4 с приводом, газосборник 5 с газопроводом, теплообменник с теплоизоляционным слоем 6, внутренние поперечные перегородки 7, разделяющие внутреннюю емкость на четыре камеры для сбраживания биомассы. В верхней части четвертой камеры на поплавке 8 размещен всасывающий патрубок 9 центробежного насоса 10. Напорный патрубок насоса 11 трубопроводом 12 соединен с первым входным патрубком 13 буферной емкости 14, второй входной патрубок 15, которой через трубопровод 16 соединен с дозатором реагента 17, выход емкости посредством циркуляционного насоса 18, трубопровода 19, распределительного устройства 20 и задвижки 21, 22, 23 соединен с форсунками 24, размещенными в первой, второй, третьей камерах по ходу перемещения биомассы в реакторе.The bioreactor includes a horizontal cylindrical stainless steel housing 1, loading 2 and drain 3 risers, an agitator 4 with a drive, a gas collector 5 with a gas pipeline, a heat exchanger with a heat-insulating layer 6, internal transverse partitions 7, dividing the inner tank into four chambers for fermenting biomass. In the upper part of the fourth chamber, on the float 8, a suction pipe 9 of the centrifugal pump 10 is placed. The pressure pipe of the pump 11 is connected by a pipe 12 to the first inlet pipe 13 of the buffer tank 14, the second inlet pipe 15, which is connected through the pipe 16 to the reagent dispenser 17, the tank output through the circulation pump 18, the pipe 19, the switchgear 20 and the valve 21, 22, 23 is connected to the nozzles 24 located in the first, second, third chambers along the biomass in the reactor.

Биореатор работает следующим образом.Bioreator works as follows.

В первую камеру производят закачку исходной биомассы с температурой +30°C через загрузочный стояк 2, происходит ее продавливание по длине корпуса 1 через поперечные перегородки 7 к сливному стояку 3.The initial biomass is injected into the first chamber with a temperature of + 30 ° C through the loading riser 2, it is pressed through the length of the housing 1 through the transverse partitions 7 to the drain riser 3.

В второй и третьей камерах корпуса, проходит основной этап брожения (ферментации) биомассы при температуре +35°C.In the second and third chamber chambers, the main stage of biomass fermentation (fermentation) takes place at a temperature of + 35 ° C.

Включают привод мешалки 4 и производят перемешивание сбраживаемой биомассы в камерах реактора. При этом начинается сбраживание массы и выделение биогаза, который скапливается в газосборнике 5 и через трубопровод направляется потребителям.The drive of the mixer 4 is turned on and the fermented biomass is mixed in the reactor chambers. This starts the fermentation of the mass and the release of biogas, which accumulates in the gas collector 5 and is sent through the pipeline to consumers.

Для запуска процесса брожения в реакторе служит теплообменник 6 с термостойким покрытием. В ходе процесса сбраживания в биореакторе температура увеличивается до +40°C. Между загрузочным и сливным стояками субстрат из верхней части последней камеры откачивается с помощью всасывающего патрубка 9 центробежного насоса 10 и через его напорный патрубок 11, трубопровод 12 и первый входной патрубок 13 перекачивается в буферную емкость 14. Для того, чтобы всасывающий патрубок центробежного насоса не утонул, он закреплен на поплавке 8. Из дозатора реагента 17 в буферную емкость поступает реагент, который служит для разжижения биомассы.To start the fermentation process in the reactor, a heat exchanger 6 with a heat-resistant coating is used. During the digestion process in the bioreactor, the temperature rises to + 40 ° C. Between the loading and discharge risers, the substrate from the upper part of the last chamber is pumped out using the suction pipe 9 of the centrifugal pump 10 and through its discharge pipe 11, the pipe 12 and the first inlet pipe 13 is pumped into the buffer tank 14. So that the suction pipe of the centrifugal pump does not drown , it is fixed on the float 8. From the reagent dispenser 17, a reagent enters the buffer tank, which serves to liquefy the biomass.

В качестве реагента, может быть использовано, например, известковое молоко (4-5 мг/л), 20% раствор соды, сульфат железа (200 мг/л). Обработанная реагентом биомасса, которая имеет температуру 40°C, циркуляционным насосом 18 через соединительный трубопровод для реагента 19 перекачивается в распределительное устройство 20 и через задвижки 21, 22, 23 поступает в форсунки 24.As a reagent, for example, milk of lime (4-5 mg / l), 20% soda solution, iron sulfate (200 mg / l) can be used. The biomass treated with the reagent, which has a temperature of 40 ° C, is circulated through the connecting pipe for the reagent 19 to the distribution device 20 through the connecting pipe for the reagent 19 and enters the nozzles 24 through the valves 21, 22, 23.

Для выравнивания температуры между третьей и четвертой камерами открывается задвижка 21, а задвижки 22, 23 перекрываются. Если необходимо уровнять температуру между второй, третьей и четвертой камерами, то открываются задвижки 21 и 22, а задвижка 23 перекрывается. Если необходимо выровнять температуру между первой, второй, третьей и четвертой камерами, то открываются задвижки 21, 22, 23.To equalize the temperature between the third and fourth cameras, the valve 21 opens, and the valves 22, 23 are closed. If it is necessary to level the temperature between the second, third and fourth chambers, the valves 21 and 22 are opened, and the valve 23 is closed. If it is necessary to equalize the temperature between the first, second, third and fourth chambers, the valves 21, 22, 23 open.

Теплообменник с теплоизоляционным слоем 6 служит для снижения теплоотдачи субстрата, находящегося в корпусе реактора, в окружающую атмосферу.A heat exchanger with a heat-insulating layer 6 serves to reduce the heat transfer of the substrate located in the reactor vessel to the surrounding atmosphere.

При сбраживании биомассы корпус реактора, загрузочный, сливной стояки, перегородки камер подвергаются коррозии. Для предохранения их от коррозии корпус реактора, стояки, перегородки выполняются из антикоррозионных материалов, например, из нержавеющей стали.When biomass is fermented, the reactor vessel, loading, drain risers, and chamber walls undergo corrosion. To protect them from corrosion, the reactor vessel, risers, partitions are made of anticorrosive materials, for example, stainless steel.

При работе реактора выход биогаза из 500 кг навоза КРС при влажности 85% равен 220-275 м³, из 90 кг свиного навоза равен 45-81 м³, из 10 кг птичьего помета 5-9 м³. Общий объем биогаза на выходе из реактора равен 270-365 м³ в сутки.During reactor operation, biogas output from 500 kg of cattle manure at a humidity of 85% is 220-275 m ³ , out of 90 kg of pig manure is 45-81 m ³ , out of 10 kg of bird droppings 5-9 m ³ . The total volume of biogas at the outlet of the reactor is 270-365 m ³ per day.

Claims

A bioreactor for biogas production, including a cylindrical stainless steel casing, divided by internal partitions into four chambers, a loading and a drain riser, an agitator with a drive, a gas collector with a gas pipeline, a heat exchanger with a heat-insulating layer, characterized in that it is additionally equipped with a device for stabilizing the biomass temperature, which contains centrifugal and circulation pumps, reagent dispenser, buffer tank, switchgear, connecting pipe for reagent with valves and nozzles, moreover, the suction nozzle of the centrifugal pump is located in the upper part of the fourth chamber of the bioreactor, the discharge nozzle of the centrifugal pump is connected to the first inlet of the buffer tank, the second inlet of which is connected to the reagent dispenser, the outlet of the buffer tank is connected through a connecting pipe and a circulation pump to the distribution pump a device that is connected by means of pipes and valves to nozzles located in the lower part of the first, second and third chambers.