RU2414443C2 - Line of manure recycling to produce biogas and fertilisers - Google Patents
Line of manure recycling to produce biogas and fertilisers Download PDFInfo
- Publication number
- RU2414443C2 RU2414443C2 RU2009121304/21A RU2009121304A RU2414443C2 RU 2414443 C2 RU2414443 C2 RU 2414443C2 RU 2009121304/21 A RU2009121304/21 A RU 2009121304/21A RU 2009121304 A RU2009121304 A RU 2009121304A RU 2414443 C2 RU2414443 C2 RU 2414443C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- heat exchanger
- pump
- heat pump
- biogas
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A40/00—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
- Y02A40/10—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
- Y02A40/20—Fertilizers of biological origin, e.g. guano or fertilizers made from animal corpses
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
- Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines
Landscapes
- Fertilizers (AREA)
- Treatment Of Sludge (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к сельскохозяйственному производству и может использоваться в системах для получения органических удобрений из бесподстилочного навоза (помета) сельскохозяйственных животных (птицы).The invention relates to agricultural production and can be used in systems for producing organic fertilizers from litterless manure (litter) of farm animals (poultry).
Помимо сельского хозяйства данное изобретение может использоваться для переработки органических отходов коммунального хозяйства, например, осадков и илов сооружений биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод и других органических полисубстратов, которые могут быть подвергнуты анаэробной переработке с получением биогаза.In addition to agriculture, this invention can be used for the processing of organic municipal waste, for example, sludge and sludge from biological wastewater treatment plants and other organic polysubstrates, which can be subjected to anaerobic processing to produce biogas.
Более конкретно, предлагаемое изобретение относится к технологическим линиям, сооружениям и установкам биологической переработки концентрированных органических полисубстратов с использованием в качестве основного технологического процесса анаэробной переработки (биоконверсии) с получением обеззараженных и стабилизированных удобрений и биогаза, который используется для энергообеспечения анаэробного процесса и получения товарной энергии на основе теплогенераторов (паровых и водогрейных котлов) и двигателей внутреннего сгорания для когенерации механической (электрической) и тепловой энергии.More specifically, the present invention relates to technological lines, structures and biological processing plants of concentrated organic polysubstrates using anaerobic processing (bioconversion) as the main technological process to produce disinfected and stabilized fertilizers and biogas, which is used to power the anaerobic process and produce marketable energy basis of heat generators (steam and hot water boilers) and internal combustion engines for cogeneration of mechanical (electrical) and thermal energy.
Известно устройство такого назначения, см. кн. «Метантенки» авт. Л.И.Гюнтер, Л.Л.Гольдфарб, М.: Стройиздат, 1991, с.68. Установка-аналог содержит анаэробный биореактор (метантенк). Загрузка осадка (субстрата) осуществляется через два последовательно включенных теплообменных аппарата, причем в первом по ходу осадка аппарате в качестве теплоносителя используется вода с низким температурным потенциалом. Во втором по ходу осадка (субстрата) аппарате в качестве теплоносителя используется горячая вода, получаемая при охлаждении газового двигателя и продуктов сгорания биогаза. Полученный в процессе анаэробной биоконверсии биогаз после подготовки (очистки, осушения) используется в газовом двигателе для получения механической (электрической) энергии. Такое техническое решение позволяет существенно увеличить общий энергетический к.п.д. системы «метантенк - газовый двигатель», так как теряемая в традиционных системах генерации энергии теплота охлаждающей воды и продуктов сгорания биогаза используется для нагрева исходного субстрата, и, тем самым, достигается экономия биогаза как высокопотенциального энергоносителя.A device of this purpose is known, see book. "Metantenki" ed. L.I. Gunther, L.L. Goldfarb, M .: Stroyizdat, 1991, p. 68. The analogue installation contains an anaerobic bioreactor (digester). Sediment (substrate) is loaded through two heat exchangers connected in series, and in the first apparatus along the sediment, water with a low temperature potential is used as a heat carrier. In the second apparatus along the sediment (substrate), hot water is used as the heat carrier, obtained by cooling the gas engine and biogas combustion products. The biogas obtained in the process of anaerobic bioconversion after preparation (purification, drainage) is used in a gas engine to produce mechanical (electrical) energy. Such a technical solution can significantly increase the overall energy efficiency “methane tank-gas engine” systems, since the heat of cooling water and biogas combustion products lost in traditional energy generation systems is used to heat the initial substrate, and thereby, biogas is saved as a high-potential energy carrier.
Основным недостатком данного технического решения является потеря тепловой энергии с выгружаемым из метантенка обработанным субстратом-биошламом.The main disadvantage of this technical solution is the loss of thermal energy with the processed bio-sludge substrate discharged from the digester.
Другим недостатком является низкая интенсивность теплопередачи в теплообменных аппаратах из-за образования отложений с малой теплопроводимостью на трубном пучке со стороны осадка (субстрата).Another disadvantage is the low intensity of heat transfer in heat exchangers due to the formation of deposits with low heat conductivity in the tube bundle from the side of the precipitate (substrate).
Основной недостаток рассмотренного выше устройства-аналога в известной степени устранен в техническом решении, приведенном в кн. авт. Баадера В., Дон Е. Биогаз. Теория и практика. - М.: Колос, 1982, с.44, принятом в качестве прототипа.The main disadvantage of the analog device discussed above is to a certain extent eliminated in the technical solution given in the book. author Baadera V., Don E. Biogas. Theory and practice. - M .: Kolos, 1982, p.44, adopted as a prototype.
Обработанный в анаэробном биореакторе навоз (биошлам) направляется в накопитель биошлама и в непрерывном режиме прокачивается через теплообменник-испаритель теплового насоса. Тепловая энергия от биошлама через легкокипящий теплоноситель после повышения температурного потенциала в компрессоре передается через теплообменник-конденсатор исходному навозу, циркулирующему по схеме «биореактор-насос-теплообменник-конденсатор-биореактор». Таким образом, тепловая энергия нагретого биошлама, отводимого из биореактора, полезно используется для нагрева исходного навоза. При коэффициенте преобразования теплового насоса на уровне 4-5 на каждые 3-4 кВт тепловой мощности, отводимой из биореактора с биошламом, может быть получено 4-5 кВт подводимой к исходному навозу тепловой мощности. При этом расходуется ~1 кВт механической (электрической) мощности на приводе компрессора.Manure processed in the anaerobic bioreactor (bio-sludge) is sent to the bio-sludge collector and is continuously pumped through the heat exchanger-evaporator of the heat pump. Thermal energy from bio-sludge through a low-boiling coolant after increasing the temperature potential in the compressor is transferred through a heat exchanger-condenser to the original manure circulating according to the "bioreactor-pump-heat exchanger-condenser-bioreactor" scheme. Thus, the thermal energy of the heated bio-sludge removed from the bioreactor is useful for heating the original manure. With a conversion coefficient of the heat pump of 4-5 for every 3-4 kW of heat output from the bioreactor with bio-sludge, 4-5 kW of heat output supplied to the original manure can be obtained. This consumes ~ 1 kW of mechanical (electrical) power on the compressor drive.
Основным недостатком данного технического решения является образование отложений на теплообменных поверхностях со стороны навоза, что приводит к существенным потерям тепловой мощности или к необходимости существенного увеличения дорогостоящих поверхностей теплообмена.The main disadvantage of this technical solution is the formation of deposits on the heat exchange surfaces from the side of manure, which leads to significant losses of thermal power or to the need for a significant increase in expensive heat exchange surfaces.
Другим недостатком является низкая интенсивность основных процессов, определяющих производительность технологической линии «навозоприемник-биореактор-накопитель биошлама (отстойник)».Another disadvantage is the low intensity of the main processes that determine the productivity of the technological line "manure collector-bioreactor-accumulator bio-sludge (sump)".
Из-за отсутствия предварительной микробиологической обработки исходного навоза с целью повышения степени растворения органического вещества и получения исходного субстрата с повышенным содержанием компонентов, способствующих интенсивному метаногенезу, снижается удельная производительность линии по биогазу и биошламу. В накопителе биошлама (отстойнике) из-за остаточного газовыделения существенно снижается интенсивность процесса разделения биошлама на твердую и жидкую фракции, что в итоге приводит к увеличению массогабаритных характеристик накопителя (отстойника).Due to the lack of preliminary microbiological treatment of the initial manure in order to increase the degree of dissolution of the organic matter and to obtain the initial substrate with a high content of components contributing to intensive methanogenesis, the specific productivity of the biogas and bio-sludge line decreases. Due to the residual gas evolution, the intensity of the process of separation of bio-sludge into solid and liquid fractions in the bio-sludge accumulator (sump) significantly decreases, which ultimately leads to an increase in the mass-dimensional characteristics of the accumulator (sump).
Задачей предлагаемого изобретения является повышение интенсивности теплопередачи в теплообменных аппаратах для нагревания (конденсатор теплового насоса) и охлаждения (испаритель теплового насоса) исходного и анаэробного обработанного потоков и процессов анаэробной биоконверсии исходного субстрата в биогаз и биошлам (удобрение), а также разделения биошлама на жидкую и твердую фракции.The objective of the invention is to increase the intensity of heat transfer in heat exchangers for heating (heat pump condenser) and cooling (heat pump evaporator) of the treated and anaerobic treated streams and processes of anaerobic bioconversion of the starting substrate into biogas and bio-sludge (fertilizer), as well as the separation of bio-sludge into liquid and solid fraction.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является улучшение массогабаритных характеристик, повышение производительности основного технологического оборудования линии по биогазу и биошламу.The technical result of the invention is to improve the overall dimensions, increase the productivity of the main technological equipment of the biogas and bio-sludge line.
Технический результат достигается тем, что предлагаемая линия утилизации навоза с получением биогаза и удобрений, состоящая из навозоприемника, анаэробного биореактора, насоса, теплообменника-конденсатора теплового насоса, связанных в единый циркуляционный контур, отстойника-накопителя удобрений с теплообменником-испарителем теплового насоса, причем теплообменники связаны друг с другом посредством компрессора с газомоторным приводом на биогазе с образованием термодинамического контура теплового насоса. Теплообменник-конденсатор теплового насоса выполнен в виде вертикальной трубы с полыми стенками и размещен коаксиально внутри анаэробного биореактора, теплообменник-испаритель теплового насоса выполнен в виде погружного змеевика и размещен в нижней части отстойника-накопителя удобрений, а между анаэробным биореактором и отстойником-накопителем удобрений предусмотрен, по крайней мере, один дополнительный биореактор с насосом и теплообменником, выполненным аналогично теплообменнику-конденсатору, в котором используется тепловая энергия охлаждающей жидкости и выхлопных газов газомоторного привода компрессора теплового насоса.The technical result is achieved by the fact that the proposed line for the utilization of manure with the production of biogas and fertilizers, consisting of a manure receiver, anaerobic bioreactor, pump, heat exchanger-condenser of a heat pump connected to a single circulation circuit, a fertilizer settler-accumulator with a heat exchanger-evaporator of a heat pump, and heat exchangers are connected to each other by means of a gas-driven biogas-driven compressor with the formation of a thermodynamic circuit of the heat pump. The heat pump-heat exchanger-condenser is made in the form of a vertical pipe with hollow walls and is placed coaxially inside the anaerobic bioreactor, the heat pump-heat exchanger-evaporator is made in the form of a submersible coil and is placed in the lower part of the fertilizer storage tank, and between the anaerobic bioreactor and the fertilizer storage tank at least one additional bioreactor with a pump and a heat exchanger, similar to a heat exchanger-condenser, which uses thermal energy Coolant and exhaust gas engine heat pump compressor drive.
Сущность предполагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлена принципиальная технологическая схема линии.The essence of the alleged invention is illustrated by the drawing, which shows a schematic process diagram of the line.
Линия утилизации навоза с получением биогаза и удобрений содержит навозоприемник 1 с погружным насосом 2, который связан с анаэробным биореактором 3 посредством трубопровода. Анаэробный биореактор 3 состоит из корпуса 4 с патрубками подведения исходного навоза 5, отведения субстрата 6 и биогаза 7, встроенного теплообменного аппарата-конденсатора теплового насоса 8 и циркуляционного насоса 9. Теплообменный аппарат-конденсатор теплового насоса 8 представляет собой вертикальную трубу с полой стенкой, оснащенной патрубками 10 и 11 для подведения и отведения рабочего тела теплового насоса. Анаэробный биореактор 3 постредством трубопровода 12 связан с дополнительным анаэробным биореактором 13, который конструктивно выполнен аналогично биореактору 3 и оснащен теплообменным аппаратом 14 для компенсации теплопотерь в окружающую среду с патрубками 15 и 16 для подведения и отведения теплоносителя - горячей воды.The line for the utilization of manure with the production of biogas and fertilizers contains a manure collector 1 with a submersible pump 2, which is connected to the anaerobic bioreactor 3 through a pipeline. Anaerobic bioreactor 3 consists of a housing 4 with nozzles for supplying the initial manure 5, removal of the substrate 6 and biogas 7, an integrated heat exchanger-condenser of the heat pump 8 and a circulation pump 9. The heat exchanger-condenser of the heat pump 8 is a vertical pipe with a hollow wall equipped with nozzles 10 and 11 for summing and abducting the working fluid of the heat pump. Anaerobic bioreactor 3 through a pipe 12 is connected with an additional anaerobic bioreactor 13, which is structurally similar to the bioreactor 3 and equipped with a heat exchanger 14 for compensating for heat loss into the environment with pipes 15 and 16 for supplying and discharging heat carrier - hot water.
Теплообменный аппарат 14 размещен внутри корпуса 17, снабженного патрубками для подведения исходного субстрата 18, отведения конечного продукта - биошлама 19 и биогаза 20.The heat exchanger 14 is placed inside the housing 17, equipped with nozzles for supplying the original substrate 18, removal of the final product - bio-sludge 19 and biogas 20.
Предусмотрен также циркуляционный насос 21.A circulation pump 21 is also provided.
Дополнительный анаэробный биореактор 13 посредством трубопровода 22 связан с отстойником-накопителем биошлама (удобрений) 23, в нижней части которого размещен теплообменник-испаритель теплового насоса 24, выполненный в виде погружного змеевика. Нижняя часть отстойника-накопителя биошлама 23 оснащена патрубком для выгрузки твердой (сгущенной) фракции биошлама. В верхней части отсойника-накопителя биошлама 23 предусмотрен патрубок для слива жидкой фракции биошлама 25.An additional anaerobic bioreactor 13 is connected via a pipe 22 to a sludge collector for bio-sludge (fertilizers) 23, in the lower part of which there is a heat exchanger-evaporator of the heat pump 24, made in the form of a submersible coil. The lower part of the sludge storage tank bio-sludge 23 is equipped with a pipe for unloading a solid (thickened) fraction of bio-sludge. In the upper part of the bio-sludge storage tank 23 there is a pipe for draining the liquid fraction of bio-sludge 25.
Посредством трубопровода отведения биогаза 26 анаэробный биореактор 3 и дополнительный анаэробный биореактор 13 связаны с газохранилищем 27, из которого биогаз отбирается в газомоторный привод 28 компрессора 29 теплового насоса через трубопровод 30. Охлаждающая жидкость и выхлопные газы из газомоторного привода 28 поступают в теплоутилизационный блок 31 через трубопровод 32 и 33, соответственно. Охлаждающая жидкость по обратному трубопроводу 34 возвращается в газомоторный привод 28, а охлажденные выхлопные газы отводятся в атмосферу через выпускной тракт 35. Теплоутилизационный блок 31 посредством подводящего 36 и отводящего 37 трубопроводов связан с патрубками 15 и 16 теплообменного аппарата 14 дополнительного биореактора 13, соответственно с образованием замкнутого циркуляционного контура.By means of a biogas removal pipeline 26, an anaerobic bioreactor 3 and an additional anaerobic bioreactor 13 are connected to a gas storage 27, from which biogas is taken to the gas-motor drive 28 of the compressor 29 of the heat pump through the pipe 30. Coolant and exhaust gases from the gas-motor drive 28 enter the heat recovery unit 31 through the pipeline 32 and 33, respectively. The cooling liquid is returned via a return line 34 to the gas-motor drive 28, and the cooled exhaust gases are discharged into the atmosphere through the exhaust tract 35. The heat recovery unit 31 is connected through the supply 36 and the discharge pipe 37 to the pipes 15 and 16 of the heat exchanger 14 of the additional bioreactor 13, respectively, with the formation closed circulation loop.
Компрессор 29 теплового насоса нагнетательным трубопроводом 38 связан с патрубком 10 теплообменного аппарата-конденсатора теплового насоса 8, а всасывающим трубопроводом 39 - с теплообменным аппаратом-испарителем теплового насоса 24.The compressor 29 of the heat pump discharge pipe 38 is connected to the pipe 10 of the heat exchanger-condenser of the heat pump 8, and the suction pipe 39 to the heat exchanger-evaporator of the heat pump 24.
Между теплообменным аппаратом-конденсатором теплового насоса 8 и теплообменным аппаратом-испарителем теплового насоса 24 предусмотрен терморегулирующий вентиль 40.Between the heat exchanger-condenser of the heat pump 8 and the heat exchanger-evaporator of the heat pump 24, a thermostatic valve 40 is provided.
Линия утилизации навоза с получением биогаза и удобрений работает следующим образом.The line for the utilization of manure with the production of biogas and fertilizers works as follows.
Исходный навоз с фермы поступает в навозоприемник 1 и далее погружным насосом 2 подается в анаэробный биореактор 3. Погружной насос 2 может одновременно выполнять функции измельчителя. Загрузка навоза в анаэробный биореактор 30 осуществляется через патрубок 5. Одновременно с загрузкой навоза через патрубок 6 выгружается эквивалентное количество субстрата. Анаэробная переработка навоза осуществляется внутри корпуса 4 сообществом анаэробных микроорганизмов; при этом сложные исходные органические соединения - белки, жиры, безазотистые экстрактивные вещества - преобразуются в более простые: жирные кислоты, высшие спирты и другие соединения, в наилучшей степени пригодные для дальнейшей анаэробной переработки. В анаэробном биореакторе 3 может также осуществляться начальная стадия метаногенеза с выделением биогаза, отводимого из верхней части корпуса 4 через патрубок 7.The original manure from the farm enters the manure collector 1 and then is fed into the anaerobic bioreactor 3 by a submersible pump 2. The submersible pump 2 can simultaneously act as a chopper. The loading of manure into the anaerobic bioreactor 30 is carried out through the nozzle 5. Simultaneously with the loading of manure, an equivalent amount of substrate is unloaded through the nozzle 6. Anaerobic processing of manure is carried out inside building 4 by a community of anaerobic microorganisms; at the same time, the complex initial organic compounds — proteins, fats, nitrogen-free extractive substances — are converted into simpler ones: fatty acids, higher alcohols, and other compounds that are best suited for further anaerobic processing. In the anaerobic bioreactor 3, the initial stage of methanogenesis can also be carried out with the release of biogas removed from the upper part of the housing 4 through the pipe 7.
Нагрев исходного навоза осуществляется путем непрерывной прокачки биомассы циркуляционным насосом 9 вдоль внутренней поверхности теплообменного аппарата-конденсатора теплового насоса 8. В полой стенке теплообменного аппарата-конденсатора теплового насоса 8 конденсируется рабочее тело теплового насоса - хладагент с передачей скрытой и явной теплоты процесса конденсации биомассе. В результате внутри корпуса 4 достигается оптимальный для проведения процесса уровень температуры (33 или 53°C). Размещение теплообменного аппарата 8 внутри корпуса 4 и его конструктивное исполнение в виде коаксиальной трубы диаметром не менее 150 мм позволяет существенно повысить компактность установки в целом и избежать интенсивного образования отложений на теплообменных поверхностях, что свойственно теплообменным аппаратам традиционного типа. Дополнительно снижается гидравлическое сопротивление тракта и теплообменный аппарат 8 - циркуляционный насос 9. Выполнение пространства для конденсации хладагента теплового насоса в виде вертикально ориентированной полости внутри трубной стенки позволяет создать наилучшие условия для теплоотдачи со стороны конденсирующихся паров хладагента за счет организации пленочного режима.The initial manure is heated by continuously pumping biomass with a circulation pump 9 along the inner surface of the heat exchanger-condenser of the heat pump 8. In the hollow wall of the heat exchanger-condenser of the heat pump 8, the working fluid of the heat pump is condensed - the refrigerant with the transfer of the latent and explicit heat of the biomass condensation process. As a result, the temperature level (33 or 53 ° C) optimal for the process is achieved inside the housing 4. Placing the heat exchanger 8 inside the housing 4 and its design in the form of a coaxial pipe with a diameter of at least 150 mm can significantly increase the compactness of the installation as a whole and avoid the intensive formation of deposits on the heat exchange surfaces, which is typical of traditional heat exchangers. The hydraulic resistance of the duct and the heat exchanger 8 — the circulation pump 9 are additionally reduced. The creation of the space for condensation of the heat pump refrigerant in the form of a vertically oriented cavity inside the tube wall allows creating the best conditions for heat transfer from the condensing refrigerant vapors due to the organization of the film mode.
Субстрат из анаэробного биореактора 3 через трубопровод 12 и патрубок 18 поступает в дополнительный анаэробный биореактор 13, в котором осуществляется основная часть процесса метаногенеза. Метаногенез осуществляется в условиях строгого анаэробиоза в герметичном корпусе 17. Перемешивание биомассы производится циркуляционным насосом 21, компенсация теплопотерь в окружающую среду производится путем подогрева биомассы горячей водой из теплоутилизационного блока 31, подводимой по трубопроводу 36 к патрубку 15 теплообменного аппарата 14; охлажденная вода через патрубок 16 и отводящий трубопровод 37 отводится обратно в теплоутилизационный блок 31. Конструктивно теплообменник 14 выполнен аналогично теплообменному аппарату-конденсатору теплового насоса 8 и обладает соответствующими преимуществами в сравнении с традиционными аппаратами аналогичного назначения. Перемешивание биомассы осуществляется циркуляционным насосом 21. Образовавшийся в процессе метаногенеза биогаз отводится через патрубок 20 в верхней части корпуса 17 в трубопровод 26 и далее в газохранилище 27. Образовавшийся в процессе анаэробной переработки биошлам через патрубок 19 и трубопровод 22 отводится в отстойник-накопитель биошлама 23 для последующего разделения на твердую и жидкую фракции.The substrate from the anaerobic bioreactor 3 through the pipe 12 and the pipe 18 enters an additional anaerobic bioreactor 13, in which the main part of the process of methanogenesis. Methanogenesis is carried out under conditions of strict anaerobiosis in a sealed housing 17. The biomass is mixed by means of a circulation pump 21, the heat loss is compensated for in the environment by heating the biomass with hot water from the heat recovery unit 31, supplied via pipe 36 to the pipe 15 of the heat exchanger 14; chilled water through the pipe 16 and the discharge pipe 37 is discharged back to the heat recovery unit 31. Structurally, the heat exchanger 14 is made similar to the heat exchanger-condenser of the heat pump 8 and has corresponding advantages in comparison with traditional devices of a similar purpose. Mixing of the biomass is carried out by the circulation pump 21. The biogas formed during methanogenesis is discharged through the pipe 20 in the upper part of the housing 17 into the pipeline 26 and then to the gas storage 27. The bio-sludge formed during anaerobic processing through the pipe 19 and pipe 22 is discharged into the bio-sludge storage tank 23 for subsequent separation into solid and liquid fractions.
Применение дополнительного анаэробного биореактора 13 позволяет существенно повысить интенсивность процесса анаэробной переработки навоза и сократить в среднем в 1,5 раза объемы биореакторов.The use of an additional anaerobic bioreactor 13 can significantly increase the intensity of the process of anaerobic processing of manure and reduce the average volume of bioreactors by 1.5 times.
Нагрев исходного навоза до рабочей температуры в анаэробном биореакторе 3 при условии, что консорциум анаэробных микроорганизмов в первой фазе обработки навоза слабо чувствителен к проектному темпу изменения температуры, позволяет на второй фазе обработки в дополнительном анаэробном биореакторе 13 отказаться от нагрева биомассы до рабочей температуры и осуществлять обогрев рабочего пространства только с целью компенсации теплопотерь в окружающую среду. При этом возникает возможность рационализации теплового баланса всей системы в целом за счет использования в качестве теплоносителя горячей воды из теплоутилизационного блока 31.Heating the initial manure to operating temperature in the anaerobic bioreactor 3, provided that the consortium of anaerobic microorganisms in the first phase of processing manure is weakly sensitive to the design rate of temperature change, allows the second phase of processing in the additional anaerobic bioreactor 13 to refuse to heat the biomass to operating temperature and to heat work space only to compensate for heat loss to the environment. In this case, it becomes possible to rationalize the heat balance of the entire system as a whole due to the use of hot water from the heat recovery unit 31 as a heat carrier.
В процессе расслоения биошлама в отстойнике-накопителе 23 сгущенная фракция биошлама скапливается в нижней (осадочной) части аппарата. Из-за значительной концентрации анаэробных метаногенных микроорганизмов и наличия остаточного органического вещества субстрата в осадочной части развивается анаэробный процесс с выделением биогаза. Всплывающие пузырьки биогаза являются причиной резкого падения интенсивности процесса седиментации биошлама, так как развивается процесс встречного переноса твердой фазы за счет биофлотации.In the process of stratification of the bio-sludge in the settling tank 23, the condensed fraction of the bio-sludge accumulates in the lower (sedimentary) part of the apparatus. Due to the significant concentration of anaerobic methanogenic microorganisms and the presence of residual organic matter of the substrate in the sedimentary part, an anaerobic process develops with the release of biogas. Pop-up biogas bubbles cause a sharp drop in the intensity of the process of sedimentation of bio-sludge, as the process of counter-transfer of the solid phase due to bioflotation develops.
Размещение в нижней части отстойника-накопителя 23 теплообменника-испарителя теплового насоса 24 приводит к резкому снижению температуры осажденной биомассы, и, как следствие, к соответствующему снижению остаточного газовыделения. В конечном счете достигается существенное преобладание потока массы за счет гравитационного осаждения (седиментации), сокращается продолжительность процесса разделения биошлама на фракции, снижается концентрация взвешенных веществ в жидкой фракции биошлама, отводимой для дальнейшей очистки или утилизации через патрубок 25.The placement in the lower part of the settling tank-accumulator 23 of the heat exchanger-evaporator of the heat pump 24 leads to a sharp decrease in the temperature of the deposited biomass, and, as a consequence, to a corresponding decrease in the residual gas evolution. Ultimately, a significant predominance of the mass flow is achieved due to gravitational sedimentation (sedimentation), the duration of the process of separation of bio-sludge into fractions is reduced, the concentration of suspended solids in the liquid fraction of bio-sludge, which is diverted for further cleaning or disposal through pipe 25, is reduced.
Циркулирующий в трубном пространстве теплообменника-испарителя теплового насоса 24 хладагент за счет подводимого от биошлама тепла испаряется и поступает далее в компрессор 28 теплового насоса для последующего компримирования и подачи в теплообменный аппарат-конденсатор теплового насоса 8. Поступление хладагента в теплообменник-испаритель теплового насоса 24 регулируется терморегулирующим вентилем в зависимости от тепловой нагрузки на аппарат. Образовавшаяся в нижней части отстойника-накопителя биошлама 23 твердая фракция представляет собой обеззараженное стабилизированное удобрение, по содержанию биогенных элементов не уступающее исходному навозу и пригодное как для непосредственного внесения в открытый или защищенный грунт, так и для приготовления различных компостов и удобрительных композиций,The refrigerant circulating in the tube space of the heat exchanger-evaporator of the heat pump 24 is evaporated by the heat supplied from bio-sludge and then goes to the heat pump compressor 28 for subsequent compression and supply to the heat pump condenser-heat exchanger 8. The flow of refrigerant to the heat exchanger-evaporator of the heat pump 24 is regulated thermostatic valve, depending on the heat load on the device. The solid fraction formed in the lower part of the sludge storage tank for bio-sludge 23 is a disinfected stabilized fertilizer that is not inferior to the original manure in terms of nutrient elements and suitable both for direct application to open or protected soil, and for the preparation of various composts and fertilizer compositions,
Газомоторный привод 28 компрессора теплового насоса 29 представляет собой двигатель внутреннего сгорания, в котором до 30-35% энергии сжигаемого в цилиндрах биогаза расходуется на получение механической энергии, передаваемой на вал компрессора теплового насоса 29, и до 55% отводится с охлаждающей жидкостью и продуктами сгорания биогаза. В теплоутилизационном блоке 31 охлаждающая жидкость и продукты сгорания последовательно передают тепловую энергию циркулирующей в системе «теплообменный аппарат 14 - теплоутилизационный блок 31» воде. Охлаждающая жидкость при этом циркулирует по замкнутому контуру «газомоторный привод 28 - подводящий трубопровод 32 - теплоутилизационный блок 31 - отводящий трубопровод 34 - газомоторный привод 28»; выхлопные газы (охлажденные продукты сгорания) поступают в атмосферу через выпускной тракт 35.The gas-motor drive 28 of the compressor of the heat pump 29 is an internal combustion engine in which up to 30-35% of the energy of the biogas burned in the cylinders is consumed to obtain mechanical energy transmitted to the shaft of the compressor of the heat pump 29, and up to 55% is removed with coolant and combustion products biogas. In the heat recovery unit 31, the coolant and the combustion products sequentially transfer thermal energy to the water circulating in the "heat exchanger 14 - heat recovery unit 31" system. In this case, the coolant circulates in a closed circuit "gas engine drive 28 - supply pipe 32 - heat recovery unit 31 - exhaust pipe 34 - gas engine drive 28"; exhaust gases (cooled combustion products) enter the atmosphere through the exhaust tract 35.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009121304/21A RU2414443C2 (en) | 2009-06-04 | 2009-06-04 | Line of manure recycling to produce biogas and fertilisers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009121304/21A RU2414443C2 (en) | 2009-06-04 | 2009-06-04 | Line of manure recycling to produce biogas and fertilisers |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009121304A RU2009121304A (en) | 2010-12-10 |
| RU2414443C2 true RU2414443C2 (en) | 2011-03-20 |
Family
ID=44053871
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009121304/21A RU2414443C2 (en) | 2009-06-04 | 2009-06-04 | Line of manure recycling to produce biogas and fertilisers |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2414443C2 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2520796C2 (en) * | 2012-07-31 | 2014-06-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ярославский государственный технический университет" | Cogeneration plant |
| RU2577166C2 (en) * | 2014-05-27 | 2016-03-10 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства" (ФГБНУ ВИЭСХ) | Line of recycling manure with obtaining biogas and fertilisers |
| EA036349B1 (en) * | 2019-02-19 | 2020-10-29 | Денис Валерьевич Славиковский | Biogas plant for anaerobic processing of organic waste |
| RU2747414C1 (en) * | 2020-07-03 | 2021-05-04 | Кононов Владимир Николаевич | Modular bioreactor |
-
2009
- 2009-06-04 RU RU2009121304/21A patent/RU2414443C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2520796C2 (en) * | 2012-07-31 | 2014-06-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ярославский государственный технический университет" | Cogeneration plant |
| RU2577166C2 (en) * | 2014-05-27 | 2016-03-10 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства" (ФГБНУ ВИЭСХ) | Line of recycling manure with obtaining biogas and fertilisers |
| EA036349B1 (en) * | 2019-02-19 | 2020-10-29 | Денис Валерьевич Славиковский | Biogas plant for anaerobic processing of organic waste |
| RU2747414C1 (en) * | 2020-07-03 | 2021-05-04 | Кононов Владимир Николаевич | Modular bioreactor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2009121304A (en) | 2010-12-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Lu et al. | Integrating animal manure-based bioenergy production with invasive species control: A case study at Tongren Pig Farm in China | |
| CN103087901B (en) | Distributed biological fermentation energy supply system | |
| US20200346989A1 (en) | Biosolids digester and process for biosolids production | |
| KR101092017B1 (en) | The Working Method of Continuous Thermophilic Anaerobic Co-Phase Digestion System using Waste Activated Sludge | |
| CN1868934B (en) | Skid-mounted combined high temperature constant temperature methane comprehensive utilization system | |
| CN102241464A (en) | Urban sludge treating method and equipment | |
| Bustamante et al. | A self-sustaining high-strength wastewater treatment system using solar-bio-hybrid power generation | |
| CN102500604A (en) | Household solid garbage recycling and renewable biological carbon circulating technology | |
| JP4149766B2 (en) | Method and apparatus for converting biodegradable organic material into product gas | |
| WO2012115587A1 (en) | Method and system for the sanitization of a digestate in the production of biogas | |
| RU2414443C2 (en) | Line of manure recycling to produce biogas and fertilisers | |
| CN104774751A (en) | Efficient continuous treatment system of livestock and poultry organic wastes, and treatment method thereof | |
| RU2423323C2 (en) | Apparatus for anaerobic processing of substrates into biogas and fertiliser | |
| RU2505490C2 (en) | Device for utilisation of organic substrates with humidity 92-99% with obtaining organic manure and electric power | |
| Kovalev et al. | Heat recovery of low-grade energy sources in the system of preparation of biogas plant substrates | |
| RU2577166C2 (en) | Line of recycling manure with obtaining biogas and fertilisers | |
| RU2419594C1 (en) | Method of animal farming wastes treatment and reclamation | |
| RU2407723C2 (en) | Process line of liquid manure recycling to produce biogas and fertilisers | |
| RU49524U1 (en) | INDUSTRIAL PLANT FOR PROCESSING ORGANIC WASTE FOR BIOGUMUS AND BIOGAS | |
| Kowalska | Recruiting and using agricultural biogas | |
| RU122088U1 (en) | ANAEROBIC BIOREACTOR | |
| KR200410605Y1 (en) | Apparatus for producing energy and manufacturing fertilizer by using excretions, waste water and slurry | |
| KR100704272B1 (en) | Apparatus for producing energy and manufacturing fertilizer by using excretions, waste water and slurry, and method of the same | |
| RU2500627C2 (en) | Device for aerobic-anaerobic processing of organic substrates | |
| CN2903053Y (en) | Prizing mounting type high temp. thermostatic methane comprehensive utilizing system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120605 |