RU157533U1

RU157533U1 - METANTENK

Info

Publication number: RU157533U1
Application number: RU2015109689/10U
Authority: RU
Inventors: Николай Сергеевич Кобелев; Татьяна Владимировна Поливанова; Константин Алексеевич Фролов; Владимир Валентинович Можайкин; Екатерина Владимировна Григорьева
Priority date: 2015-03-20
Filing date: 2015-03-20
Publication date: 2015-12-10

Abstract

Метантенк, содержащий цилиндрической формы резервуар, имеющий двойную стенку с утепляющим внутри материалом, где резервуар разделен на три независимых камеры сбраживания осадка и газосборниками, каждая камера снабжена разноуровневой мешалкой, патрубками для загрузки осадка и выгрузки сброженного осадка, всасывающим газопроводом, насосом, установленным на газопроводе для отбора биогаза, при этом днище каждой камеры сбраживания выполнено в виде полусферы, а резервуар выполнен с возможностью подогревания камер сбраживания с помощью горячей воды, поступающей в него по трубопроводу.A methane tank containing a cylindrical-shaped tank, having a double wall with a material insulating inside, where the tank is divided into three independent sludge digestion chambers and gas collectors, each chamber is equipped with a multi-level mixer, pipes for sludge loading and unloading of the fermented sludge, a suction gas pipeline, a pump installed on the gas pipeline for biogas selection, while the bottom of each digestion chamber is made in the form of a hemisphere, and the tank is made with the possibility of heating the digestion chambers using th meshes water flowing into it through the pipeline.

Description

Полезная модель относится к коммунальному и сельскому хозяйствам и обработке сточных вод пищевой промышленности, а преимущественно может быть использована при сбраживании осадка транспортерно-моечных и жомопрессовых вод сахарных заводов.The utility model relates to utilities and agriculture and wastewater treatment of the food industry, and can mainly be used for fermentation of sediment of conveyor-washing and pulp presses of sugar factories.

Известна Установка для производства биогаза (см. а.с. СССР №1198026 МКП C02F 3/00, C02F 11/00 опубликованный 15.12.85 г.) содержащая утепленный и обогреваемый горизонтальный цилиндрической формы резервуар, разделенный внутри пятью поперечными перегородками, попеременно не доходящими до верха и низа резервуара, на шесть проточных камер сбраживания с образованием трех газовых секций по одной над каждой парой камер сбраживания с газосборниками над обособленными тремя газовыми секционными пространствами поочередно последовательно сбраживаемой в камерах массой, загрузочный и разгрузочный патрубки, теплообменник, люки очистки камер, газопровод к газгольдеру, что обеспечивает последовательное пофазное анаэробное сбраживание разжиженных и измельченных различных сбраживаемых органических отходов с выработкой из них горючего биогаза и обеззараженных частично минерализованных органических удобрений.A well-known installation for the production of biogas (see USSR AS No. 1198026 MKP C02F 3/00, C02F 11/00 published December 15, 85) containing a heated and heated horizontal cylindrical tank divided inside by five transverse partitions, alternately not reaching to the top and bottom of the tank, into six flow-through fermentation chambers with the formation of three gas sections, one above each pair of fermentation chambers with gas collectors above the separate three gas section spaces, alternately sequentially fermented in the chambers bulk, loading and unloading pipes, a heat exchanger, chamber cleaning hatches, a gas pipeline to the gas tank, which provides sequential phase-by-phase anaerobic digestion of liquefied and ground various fermented organic waste with the production of combustible biogas and disinfected partially mineralized organic fertilizers.

Недостатком известной по авторскому свидетельству СССР №1198026 установки для производства биогаза является то, что газообразные продукты расщепления /гидролизации/ органических веществ /водород, углекислота и сероводород/, образуемые симбиозом микроорганизмов в первой фазе сбраживания в кислой среде при pH менее 7,0 в первых двух камерах, не могут быть подведены для их использования во второй фазе сбраживания в нейтральной и в щелочной среде, осуществляемой при pH более 7,2 в последующих камерах, тогда как соединение всех трех газосборников с газопроводом к газгольдеру устанавливает неизбежность смешивания разносоставных и разнокалорийных биогазов, вырабатываемых в разных фазах сбраживания в различных камерах, что снижает качество и калорийность поступающего в газгольдер биогаза, а так же очистка первой камеры от минеральных осадков возможна только при ее полном опорожнении от сбраживаемой в ней массы.A disadvantage of the installation for the production of biogas, which is known from the USSR author's certificate No. 1198026, is that the gaseous products of cleavage / hydrolysis / organic matter / hydrogen, carbon dioxide and hydrogen sulfide /, formed by the symbiosis of microorganisms in the first phase of fermentation in an acidic environment at a pH of less than 7.0 in the first two chambers cannot be brought up for their use in the second phase of fermentation in a neutral and alkaline environment, carried out at a pH of more than 7.2 in subsequent chambers, whereas the connection of all three gas collectors with the gas pipeline to the gas holder establishes the inevitability of mixing mixed and multi-calorie biogas produced in different phases of digestion in different chambers, which reduces the quality and calorific value of the biogas entering the gas tank, as well as cleaning the first chamber of mineral deposits is possible only when it is completely emptied from the mass fermented in it .

Известен метантенк (см. патент РФ №2234468 МКП C02F 3/00, C02F 11/00 опубликованный 20.08.2004 г.) содержащий горизонтальный преимущественно цилиндрической формы резервуар, разделенный внутри поперечными попеременно не доходящими до верха и низа резервуара перегородками на проточные камеры сбраживания с образованием над каждой их парой обособленных газовых секций с газосборниками, загрузочный и разгрузочный патрубки, нагреватели сбраживаемой массы, люки очистки камер от осадков и присоединенный к газосборникам газовых секций газопровод к газгольдеру, кроме того у камер сбраживания выполнены инжекторы, соединенные с насосами забора всасывающими трубопроводами сбраживаемой в этих камерах массы с вводом ее в инжекторы, каждый из которых соединен всасывающим газопроводом с газосборником газовых секций над предыдущими камерами сбраживания и напорным трубопроводом с рассредоточителями потоков газожидкостной смеси из инжекторов, выполненных в этих же камерах сбраживания, при этом газосборники первой и второй газовых секций или только первой газовой секции соединены с газопроводом к газгольдеру парой обособленных газопроводов, в один из которых встроен редукционный клапан сброса избыточного давления биогаза в газовых секциях в газопровод к газгольдеру, а во второй встроен редукционный клапан ввода биогаза из газопровода к газгольдеру в газовые секции при образовании в них повышенного вакуума, причем в люк очистки первой камеры сбраживания встроен шнек удаления из нее минеральных осадков с затвором-выгружателем.Known digester (see RF patent No. 2234468 MKP C02F 3/00, C02F 11/00 published 08/20/2004) containing a horizontal mainly cylindrical tank, divided inside by transverse partitions alternately not reaching the top and bottom of the tank into flowing fermentation chambers with the formation of separate gas sections with gas collectors over each pair of them, loading and unloading pipes, fermented mass heaters, manholes for cleaning the chambers from precipitation and a gas pipeline connected to the gas sections of the gas sections In addition, injectors are connected to the digestion chambers and are connected to the intake pumps by the suction pipelines of the mass to be fermented in these chambers and injected into the injectors, each of which is connected by a suction gas line to the gas section of the gas sections above the previous digestion chambers and a pressure pipe with gas-liquid mixture flow distributors from the injectors made in the same digestion chambers, while the gas collectors of the first and second gas sections or only the first gas section are connected to the gas pipeline to to the gas tank by a pair of separate gas pipelines, in one of which a pressure reducing valve for biogas overpressure in the gas sections is integrated into the gas pipe to the gas tank, and in the second there is a gas pressure reducing valve for introducing biogas from the gas pipe to the gas tank into the gas sections when an increased vacuum is formed in them, and into the cleaning hatch the first digestion chamber has a built-in screw for removing mineral deposits from it with a gate-unloader.

Недостатком является не стационарность поддержания нормированного температурного режима внутри камер сбраживания из-за поступления горячей воды через теплообменники, выполняющие функцию внутреннего теплоисточника и, соответственно, осуществляющих локальный, то есть лишь в месте расположения, подогрев сбраживающейся массы (см., например, стр. 208 «Теплопередача». В.Т. Исаченко и др. М.: Энергоиздат, 1981-416 с.). Кроме того, при перетекании осадка через первую перегородку из первой камеры во вторую камеру на ее дне может образовываться слежавшийся осадок (застоенная зона) и отсутствие перемешивания, что может привести к отделению воды от твердой фракции и приведет к движению не осадка, а только жидкой фазы.The disadvantage is the non-stationarity of maintaining the normalized temperature regime inside the digestion chambers due to the ingress of hot water through heat exchangers that perform the function of an internal heat source and, accordingly, perform local, that is, only at the location, heating the fermenting mass (see, for example, page 208 “Heat transfer.” VT Isachenko et al. M .: Energoizdat, 1981-416 p.). In addition, when sediment flows through the first partition from the first chamber to the second chamber, caked sediment (stagnant zone) and the absence of mixing may form at its bottom, which can lead to the separation of water from the solid fraction and lead to the movement of the sediment, but only the liquid phase .

Технической задачей является обеспечение, особенно при длительной эксплуатации, нормированного температурного режима в камерах сбраживания, за счет устранения внутренних источников тепла в виде теплообменников, путем заполнения горячей водой всего объема метантенка, то есть передачи тепловой энергии через боковые поверхности камер. Это обеспечивает стационарный тепломассообменный процесс сбраживания вследствие равномерного прогрева (см., например, стр. 411 «Техническая термодинамика и теплопередача». Нащокин В.В. М.: 1980-469 с.) боковых поверхностей камер. Кроме того, расположение внутри камер сбраживания разноуровневых мешалок и выполнение дна в виде полусферы, устраняет образование «застойных зон», за счет турбулизации пограничного слоя сползающего осадка к центру дна камер (см., например, Меркулов В.П. «Вихревой эффект и его применение в технике». Самара 2003 г. - 287 с.), что так же повышает эффективность работы метантенка, путем интенсификации перемешивания осадка и поддержания его во взвешенном состоянии. При этом разделение метантенкана три независимые камеры обеспечивает возможность выполнения профилактических работ без остановки эксплуатации всего сооружения, а оборудование мешалками поддерживает однородность массы сбраживаемого осадка и более полное выделение биогаза.The technical task is to ensure, especially during long-term operation, a normalized temperature regime in the digestion chambers by eliminating internal heat sources in the form of heat exchangers by filling with hot water the entire volume of the digester, that is, the transfer of thermal energy through the side surfaces of the chambers. This provides a stationary heat and mass transfer process of fermentation due to uniform heating (see, for example, p. 411 “Technical thermodynamics and heat transfer.” Nashchokin VV M: 1980-469 p.) The side surfaces of the chambers. In addition, the location inside the digestion chambers of multilevel mixers and the bottom in the form of a hemisphere eliminates the formation of “stagnant zones” due to the turbulence of the boundary layer of sliding sediment to the center of the bottom of the chambers (see, for example, V. P. Merkulov “Vortex effect and its use in technology. ”Samara 2003 - 287 pp.), which also increases the efficiency of the digester, by intensifying the mixing of the sediment and keeping it in suspension. At the same time, the separation of the methane tencan three independent chambers provides the possibility of performing preventive work without stopping the operation of the entire structure, and the equipment with agitators maintains the uniformity of the fermented sediment mass and a more complete release of biogas.

Технический результат достигается тем, что метантенк, содержит цилиндрической формы резервуар, имеющий двойную стенку с утепляющим внутри материалом, где резервуар разделен на три независимых камеры сбраживания осадка и газосборниками, каждая камера снабжена разноуровневой мешалкой, патрубками для загрузки осадка и выгрузки сброженного осадка, всасывающим газопроводом, насосом, установленным на газопроводе для отбора биогаза, при этом днище каждой камеры сбраживания выполнено в виде полусферы, а резервуар выполнен с возможностью подогревания камер сбраживания с помощью горячей воды, поступающей в него по трубопроводу.The technical result is achieved by the fact that the digester contains a cylindrical tank having a double wall with insulating material inside, where the tank is divided into three independent sludge digestion chambers and gas collectors, each chamber is equipped with a multilevel mixer, pipes for sludge loading and discharge of the fermented sludge, and a suction gas pipeline , a pump installed on the gas pipeline for biogas extraction, while the bottom of each digestion chamber is made in the form of a hemisphere, and the tank is made with the possibility of heating the digestion chambers using hot water entering the pipeline.

На фиг. 1 чертежа схематично показан общий вид метантенка в разрезе, на фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1.In FIG. 1 of the drawing schematically shows a General view of the digester in section, in FIG. 2 is a section AA of FIG. one.

Приведенный на фиг. 1 и 2 метантенк представляет собой о цилиндрической формы резервуар 4, имеющий двойную стенку с утепляющим материалом 3 внутри, разделенный на три независимых камеры 8 сбраживания осадка, имеющие механические разноуровневые мешалки 2, приводимые в действие электродвигателями 1, патрубки для загрузки осадка 10 транспортерно-моечных и жомопрессовых вод и выгрузки сброженного осадка 11, трубопровод для отвода биогаза 5, на котором установлены насосы 13, для сбора биогаза из резервуара и задвижками 12, для независимого отключения каждого резервуара, подогрев резервуаров осуществляется с помощью горячей воды 9, которая подается по трубопроводу горячей воды 6 и отводится через трубопровод охлажденной воды 7, на трубопроводах установлены задвижки 12.Referring to FIG. 1 and 2, the digester is a cylindrical tank 4 having a double wall with insulation material 3 inside, divided into three independent sludge digestion chambers 8, having mechanical multilevel mixers 2, driven by electric motors 1, nozzles for loading sediment 10 conveyor washing and press water and discharge of the fermented sediment 11, a pipeline for biogas removal 5, on which pumps 13 are installed, for collecting biogas from the tank and valves 12, for independent shutdown of each tank , Heated tanks by means of hot water 9, which is supplied through conduit 6 and hot water is discharged through the chilled water pipe 7, the valve installed on pipelines 12.

Работа предлагаемой полезной модели метантенка осуществляется с периодической загрузкой осадка с температурой сбраживания 50-55 С. Анаэробное сбраживание осадка транспортерно-моечных и жомопрессовых вод в предложенном полезной модели - метантенке выполняется следующим образом. В камеры анаэробного сбраживания 8 загружается осадок транспортерно-моечных вод и жомопрессовых вод из первичных и вторичных отстойниках очистных сооружений предприятия. Нагревание смеси происходит за счет горячей воды 9, в которую помещены камеры анаэробного сбраживания 8. Внешняя оболочка резервуара 4, в состав которой входит современный изоляционный материал 3 (например базальтовое волокно), уменьшает теплоотдачу в окружающую среду и дольше сохраняет тепло в зимнее время. Охлажденная вода 7 поступает на подогрев и возвращается обратно в резервуар 4. Мешалки 2, приводимые в действие электродвигателями 1, поддерживают осадок во взвешенном состоянии и не дает жидкой фазе отделиться от твердой. Сбраживаемый осадок расщепляется с разрушением сложных соединений в более простые при образовании жидких и газообразных продуктов распада в виде биогаза. Выделившийся в процессе анаэробного сбраживания биогаз собирается в верхней части камеры анаэробного сбраживания, с помощью газового насоса 13, расположенного в верхней части сооружения для снижения нагрузки на насосный агрегат и, как следствие, снижает энергозатраты, откачивается и подается в газголдер для удаления примесей и выделения чистого метана, откуда поступает на когенерационную установку. Когенерационная установка, используя очищенный метан в качестве топлива, вырабатывает электрическую и тепловую энергию для работы мешалок, газовых насосов и подогрева осадка. Когенерационная установка, потребляя 70 м³/час метана, выделяет до 338 кВт тепловой энергии и до 232 кВт электрической энергии, что при выработке 9560 м³/час метана (из-за высокого содержания органики выход биогаза на среднем сахарном заводе составляет 270000 м³/сут, содержание метана в нем - 85%) покроет расходы на подогрев воды и работы мешалок и насосов. Сброженный осадок выгружается через патрубок 11.The work of the proposed utility model digesters is carried out with periodic loading of sediment with a fermentation temperature of 50-55 C. Anaerobic digestion of sediment conveyor washing and pulp pressures in the proposed utility model - digester is as follows. In the chambers of anaerobic digestion 8, sediment of conveyor-washing waters and pulp presses from the primary and secondary settling tanks of the treatment facilities of the enterprise are loaded. The mixture is heated by hot water 9, in which an anaerobic digestion chamber is placed 8. The outer shell of the tank 4, which includes modern insulating material 3 (for example, basalt fiber), reduces heat transfer to the environment and retains heat longer in winter. Chilled water 7 is supplied for heating and returned back to the tank 4. Agitators 2, driven by electric motors 1, maintain the sediment in suspension and do not allow the liquid phase to separate from the solid. The fermentable sediment breaks down with the destruction of complex compounds into simpler ones during the formation of liquid and gaseous decomposition products in the form of biogas. Biogas released during anaerobic digestion is collected in the upper part of the anaerobic digestion chamber, using a gas pump 13 located in the upper part of the structure to reduce the load on the pump unit and, as a result, reduces energy consumption, is pumped out and fed to the gas holder to remove impurities and separate clean methane, from where it enters the cogeneration unit. The cogeneration plant, using purified methane as a fuel, generates electric and thermal energy for the operation of mixers, gas pumps and heating the sludge. The cogeneration unit, consuming 70 m ³ / h of methane, emits up to 338 kW of thermal energy and up to 232 kW of electric energy, which when producing 9,560 m ³ / h of methane (due to the high organic content, the biogas output in the average sugar factory is 270,000 m ³ / day, the methane content in it is 85%) will cover the costs of heating water and the operation of mixers and pumps. Fermented sludge is discharged through pipe 11.

Оригинальность предлагаемой полезной модели заключается в том, что разделение метантенка на три независимых камеры сбраживания с поддержанием стационарного температурного нормированного режима, за счет передачи тепловой энергии от горячей воды через боковые поверхности камер и выполнением днища в виде полусферы с внутренним расположением разноуровневых мешалок, обеспечивает эффективную работу при длительной эксплуатации с более широкой областью использования, в том числе и в сахарном производстве.The originality of the proposed utility model lies in the fact that the separation of the digesters into three independent digestion chambers with the maintenance of a stationary temperature normalized mode, due to the transfer of thermal energy from hot water through the side surfaces of the chambers and the execution of the bottom in the form of a hemisphere with the internal arrangement of multilevel mixers, ensures efficient operation during long-term operation with a wider field of use, including in sugar production.

Claims

A methane tank containing a cylindrical-shaped tank, having a double wall with a material insulating inside, where the tank is divided into three independent sludge digestion chambers and gas collectors, each chamber is equipped with a multilevel mixer, pipes for loading sludge and unloading the fermented sludge, a suction gas pipeline, a pump installed on the gas pipeline for biogas selection, while the bottom of each digestion chamber is made in the form of a hemisphere, and the tank is made with the possibility of heating the digestion chambers using th meshes water flowing into it through the pipeline.