RU2549236C1 - Continuous underground generator of biogas - Google Patents

Continuous underground generator of biogas Download PDF

Info

Publication number
RU2549236C1
RU2549236C1 RU2014150647/93A RU2014150647A RU2549236C1 RU 2549236 C1 RU2549236 C1 RU 2549236C1 RU 2014150647/93 A RU2014150647/93 A RU 2014150647/93A RU 2014150647 A RU2014150647 A RU 2014150647A RU 2549236 C1 RU2549236 C1 RU 2549236C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
bioreactor
biomass
biogas
pipe
biopulp
Prior art date
Application number
RU2014150647/93A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Михайлович Стоянов
Надежда Николаевна Криковцова
Original Assignee
Николай Михайлович Стоянов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Николай Михайлович Стоянов filed Critical Николай Михайлович Стоянов
Priority to RU2014150647/93A priority Critical patent/RU2549236C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2549236C1 publication Critical patent/RU2549236C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Treatment Of Sludge (AREA)

Abstract

FIELD: power engineering.
SUBSTANCE: objective of the invention is to convert an operable periodical biogenerator plant with manual charging-discharging for production of low-pressure biogas into an industrial continuous plant for production of biogas of high pressure (5-6 MPa) by installation of a bioreactor in the ground at the depth of around 1200 m, which will provide for optimal temperature conditions of reactions of anaerobic conversion of biomass, will develop conditions for self-flowing charging of a bioreactor with biomass and gaslift discharging of biogas and residual biopulp. Standard drilling equipment and materials may be used for arrangement of continuous underground generators of biogas.
EFFECT: invention is ideally energy-saving and environmentally safe.

Description

Изобретение относится к области устройств, которые предназначены для получения биогаза из сточных вод животноводческих хозяйств и жизнедеятельности людей.The invention relates to the field of devices that are designed to produce biogas from wastewater of livestock farms and human life.

Близкими по технической сути изобретениями, по сравнению к предлагаемому, являются американские патенты US 4845034 и US 6962561.Similar technical inventions, in comparison with the proposed, are US patents US 4845034 and US 6962561.

Установка по патенту US 5845034 предназначена для переноса биореактора под землю для проведения биохимических реакций, в том числе и для получения биогаза.Installation according to patent US 5845034 is designed to transfer the bioreactor underground for biochemical reactions, including for the production of biogas.

Основными недостатками этой установки являются:The main disadvantages of this installation are:

1) необходимость наличия на определенной глубине под землей слоя каменной соли для создания в нем полости для биореактора;1) the need for the presence of a layer of rock salt at a certain depth underground to create a cavity for the bioreactor in it;

2) выбор в качестве исходного сырья для получения биомассы раздробленного каменного угля, бурого угля или торфа, которые требуют сложной энергоёмкой предварительной термохимической обработки;2) the choice of raw materials for the production of biomass of crushed coal, brown coal or peat, which require complex energy-intensive preliminary thermochemical treatment;

3) необходимость выращивания штаммов специальных солестойких метаногенных микроорганизмов и обязательного введения их (засев) в биомассу;3) the need to grow strains of special salt-resistant methanogenic microorganisms and their mandatory introduction (seeding) into the biomass;

4) малое значение давления биогаза на выходе из установки, о чем свидетельствует наличие вентилятора на выходе из нее;4) a small value of biogas pressure at the outlet of the installation, as evidenced by the presence of a fan at the outlet of it;

5) для обеспечения работы проточных биореакторов необходима сложная система каналов в полости биореактора. Установка энергоёмкая, сложная в строительстве и эксплуатации.5) to ensure the operation of flow bioreactors requires a complex system of channels in the cavity of the bioreactor. The installation is energy-intensive, complicated in construction and operation.

Патент US 6962561, как биореактор, предлагает использовать прослойку горных пород, типа песчаников, толщиной не менее 100 м, которые находятся на глубинах от 500 до 3000 м от поверхности Земли, где температуры пород наиболее благоприятны для анаэробной переработки биомассы метаногенными организмами.US 6962561, as a bioreactor, proposes to use a layer of rocks, such as sandstones, with a thickness of at least 100 m, which are located at depths of 500 to 3000 m from the Earth’s surface, where rock temperatures are most favorable for anaerobic processing of biomass by methanogenic organisms.

Главными недостатками указанного патента являются:The main disadvantages of this patent are:

1) необходимость наличия дырчатой горной породы в необходимом нам месте, эта порода должна быть размещена на необходимой нам глубине;1) the need for perforated rock in the place we need, this rock should be placed at the depth we need;

2) прослойка этой породы должна иметь горизонтальное или слегка наклонное размещение в Земле;2) the layer of this rock should have a horizontal or slightly inclined placement in the Earth;

3) покров этой прослойки должен быть непроницаем для газа и иметь куполоподобную форму;3) the cover of this layer should be impervious to gas and have a dome-like shape;

4) так как результатом биохимического превращения биомассы будет биогаз, биоил и биовода, биоил при фильтрации в породе быстро заилит каналы, вследствие чего работа биореактора достаточно быстро прекратится;4) since the result of biochemical conversion of biomass will be biogas, bioil and biowater, the bioil will quickly silt the channels during filtration in the rock, as a result of which the bioreactor will stop working quite quickly;

5) указанный метод переработки биомассы экологически опасен, особенно при проникновении биомассы или промежуточных веществ переработки биомассы в водоносные слои;5) the specified method for processing biomass is environmentally hazardous, especially when penetrating biomass or intermediate substances for processing biomass into aquifers;

6) указанная установка энергоёмка, особенно на стадии закачивания биомассы в глубокоразмещенные слои горных пород, где давление 10...50 МПа;6) the specified installation is energy-intensive, especially at the stage of pumping biomass into deep-seated rock layers, where the pressure is 10 ... 50 MPa;

7) процесс переработки биомассы должен быть контролированным, чаще всег о, регулируемым по ряду параметров.7) the biomass processing process should be controlled, more often than not, regulated by a number of parameters.

Наиболее близкой по технической сути к предлагаемому изобретению" является установка по патенту US 4388186. Описание к патенту содержит описание схем включения различных аппаратов для переработки осадка и пульпы в установке для получения биогаза со сточных вод и систем, которые обслуживают установку, а также принципы построения и работы биореактора.The closest in technical essence to the proposed invention "is the installation according to the patent US 4388186. The description of the patent contains a description of the inclusion schemes of various devices for processing sludge and pulp in the installation for biogas from wastewater and systems that serve the installation, as well as the principles of construction and bioreactor work.

Основными элементами установки являются: система подготовки биомассы (осадка), которая включает в себя осадочную ёмкость первой ступени, аэротенк. осадочную ёмкость второй ступени, центробежный уплотнитель осадка, промежуточную ёмкость для завершения процесса расщепления биомассы (вариант установки, трубопроводы, не указанные на схемах рис. 1 и 2, но необходимые для работы установки, насосы, воздушный процессор для аэротенка, обогревающие устройства для нагревания биомассы (осадка) до необходимой температуры (+35°С); система обработки биопульпы, которая включает в себя смесительный резервуар с мешалкой, обезвоживающую машин) (отжимной пресс), сушилку, гранулятор, обжигную печь и трубопроводы, систему отвода биогаза, которая включает в себя газосборник, компрессор (не изображенный на рис. 1 и 2), трубопроводы, в том числе отвода биогаза потребителям, подвода к сушарке биопульпы и к обжигательной печи; биореактор многократноциркуляционного типа, который состоит (в вариантах рис. 3 и 4) с цилиндрического стаканной формы корпуса (внешняя труба) с внешней теплоизоляцией, установленного в Земле в колодце диаметром 5 м и глубиной 10 м, внутренней трубы, размещенной соосно с корпусом биореактора и предлазначенного для нисходящего движения биомассы, насоса и винтового насоса для обеспечения циркуляции биомассы в биореакторе, труб подвода биомассы в биореактор, отвода биогаза из верхней части биореактора и отвода биопульпы.The main elements of the installation are: a biomass (sediment) preparation system, which includes a sedimentary tank of the first stage, aeration tank. sedimentary tank of the second stage, centrifugal sediment compactor, intermediate tank to complete the process of biomass splitting (installation option, pipelines not shown in the diagrams of Fig. 1 and 2, but necessary for operation of the installation, pumps, air processor for aeration tank, heating devices for heating biomass (sediment) to the required temperature (+ 35 ° С); a biopulp processing system, which includes a mixing tank with a mixer, dewatering machines) (squeezing press), dryer, granulator, kiln and tube rovody, biogas drainage system which includes a gas plenum, a compressor (not shown in Figures 1 and 2.), lines, including removing biogas consumers supply to susharke biopulp and a kiln; a multiple circulation bioreactor, which consists (in the variants of Figs. 3 and 4) with a cylindrical cup-shaped body (outer pipe) with external thermal insulation installed in the Earth in a well with a diameter of 5 m and a depth of 10 m, an inner pipe placed coaxially with the bioreactor body and intended for the downward movement of the biomass, the pump and the screw pump to ensure the circulation of biomass in the bioreactor, pipes for supplying biomass to the bioreactor, drainage of biogas from the top of the bioreactor and drainage of the biopulse.

Главные недостатки по патенту US 4388186:The main disadvantages of the patent US 4388186:

1) использование как биомассы не самой органики сточных вод, а "активного биоила" (осадка), что значительно снижает коэффициент полезного ' использовании биомассы;1) the use of wastewater organics as biomass, but of “active bioil” (sludge), which significantly reduces the coefficient of beneficial use of biomass;

2) установка очень энергоёмка, поскольку даже в биореакторе для обеспечения циркуляции биомассы используется насос (см. рис. 3), или насос и винтовой насос (см. рис. 4);2) the installation is very energy-intensive, because even in a bioreactor a pump is used to ensure biomass circulation (see Fig. 3), or a pump and a screw pump (see Fig. 4);

3) корпус биореактора рекомендуется разместить в кольце не для использования внутреннего тепла Земли, а для уменьшения тепловых потерь биореактора (см. тепловые расчеты и таблицу в столбике 8 описания);3) it is recommended to place the bioreactor body in the ring not for using the internal heat of the Earth, but to reduce the heat loss of the bioreactor (see thermal calculations and the table in column 8 of the description);

4) строительство колодцев в Земле диаметром 5 м и глубиной 10 м, а тем более на глубину 100 м, дело достаточно сложное, трудоемкое и энергозатратное, буровых установок с таким диаметром долота пока нет;4) the construction of wells in the Earth with a diameter of 5 m and a depth of 10 m, and even more so at a depth of 100 m, is a rather complicated, time-consuming and energy-consuming business; there are no drilling rigs with such a bit diameter yet;

5) биореактор в установке многократно-циркуляционный, в таком варианте работа биогенераторной установки должна быть периодической (пропорциональной), иначе полная переработка биомассы невозможна, давление биогаза на выходе биогенератора мало, о чем свидетельствует указание о необходимости установки компрессора на выходе из биореактора (см. столбик 6, рядок 51 описания);5) the bioreactor in the installation is multiple-circulation, in this embodiment, the operation of the biogenerator installation should be periodic (proportional), otherwise complete biomass processing is not possible, the biogas pressure at the output of the biogenerator is small, as evidenced by the need to install a compressor at the exit of the bioreactor (see column 6, row 51 of the description);

6) самопроизвольная система циркуляции биомассы в биореакторе, которая задекларирована в патенте, тем более во всей биогенераторной установке, физически невозможна (см. рис. 3 и 4).6) the spontaneous biomass circulation system in the bioreactor, which is declared in the patent, especially in the entire biogenerator installation, is physically impossible (see Figs. 3 and 4).

В целом, биореакторная установка, что рассматривается, неработоспособна, энергоёмкая, малотехнологична, сложна в строительстве и в эксплуатации.In general, the bioreactor installation, which is considered to be inoperative, energy-intensive, low-tech, difficult in construction and operation.

В основу предлагаемого изобретения поставлена задача создания высокотехнологичного, непрерывно действующего, достаточно простого в изготовлении и эксплуатации генератора биогаза, пригодного для полной утилизации городских бытовых сточных вод, сточных вод больших животноводческих комплексов с получением биогаза (аналога природного газа), биоила (органического удобрения для сельского хозяйства) и технической воды.The basis of the invention is the task of creating a high-tech, continuously operating, fairly simple to manufacture and operate a biogas generator, suitable for the complete utilization of municipal wastewater, wastewater of large livestock complexes with biogas (analogue of natural gas), bioil (organic fertilizer for rural household) and industrial water.

Эта задача решается путем размещения активной зоны биореактора в Земле, где температура горных пород, за счет внутреннего тепла Земли, равняется оптимальной для жизнедеятельности анаэробных мезофильных метаногенных микроорганизмов (+30...35°С), использования биореактора самопроточного типа, использования самопроточной системы загрузки и выгрузки биореактора за счет разности удельного веса и гидростатического давления биомассы и биопульпы (смеси пузырьков биогаза, биомассы, биоила и воды).This problem is solved by placing the active zone of the bioreactor in the Earth, where the temperature of the rocks, due to the internal heat of the Earth, is optimal for the life of anaerobic mesophilic methanogenic microorganisms (+30 ... 35 ° C), using a self-flowing bioreactor, using a self-flowing loading system and unloading of the bioreactor due to the difference in the specific gravity and hydrostatic pressure of the biomass and biopulp (a mixture of biogas, biomass, bioil and water bubbles).

На рисунке приведена схема предлагаемого генератора биогаза, который включает в себя: ёмкость с биомассой (сточными водами жизнедеятельности животных или людей) 1, трубу подвода биомассы в биореактор 2, корпус биореактора 3, межтрубное пространство 4, конечный башмак 5 корпуса биореактора 3, активную зону биореактора (высотой Н3) 6, тепловой поток 7 от горных пород к активной зоне б корпуса биореактора 3, кондуктор 8, трубопровода отвода остаточной биопульпы 9, грубы отвода биогаза 10. гидростатический напор биомассы H1, гидростатический напор биопульпы H2.The figure shows a diagram of the proposed biogas generator, which includes: a tank with biomass (sewage of animal or human life) 1, a biomass supply pipe to bioreactor 2, a bioreactor body 3, an annulus 4, an end shoe 5 of a bioreactor body 3, an active zone bioreactor (height H 3 ) 6, heat flow 7 from the rocks to the active zone b of the bioreactor body 3, conductor 8, residual biopulse discharge pipes 9, coarse biogas discharge 10. hydrostatic pressure of biomass H 1 , hydrostatic pressure of bi pulp H 2 .

Генератор биогаза, который предлагается, работает следующим образом: биомасса из ёмкости 1 через трубу подвода биомассы 2 самотёком, за счет перепада давления Δрдв=g (ρБМ·H1 - ρБП·Н2) биомасса направляется в активную зону трубной полости 4, где анаэробные метаногенные микроорганизмы, которые находятся в достаточном количестве в биомассе, при оптимальной температуре (+30...+35°С), превращают биомассу в биогаз, биоил и воду, смесь пузырьков биогаза с остаточной биопукльпой поднимается в верхнюю часть корпуса биореактора, разделяется на биогаз и остаточную биопульпу, по трубе отвода 9 остаточная биопульпа поступает на дальнейшую переработку, по трубе отвода 10 биогаз поступает на очистку и дальнейшее использование.The biogas generator, which is proposed, works as follows: biomass from tank 1 through the biomass supply pipe 2 by gravity, due to the pressure drop Δp dv = g (ρ BM · H 1 - ρ BP · N 2 ), the biomass is sent to the active zone of the pipe cavity 4 where anaerobic methanogenic microorganisms, which are in sufficient quantity in the biomass, at the optimum temperature (+30 ... + 35 ° С) turn the biomass into biogas, bioil and water, a mixture of biogas bubbles with the residual biopulse rises to the upper part of the bioreactor body divided into biogas and the residual biopulp, through the pipe 9, the residual biopulse goes for further processing, through the pipe 10, the biogas goes for cleaning and further use.

Изобретение, которое предлагается малоэнергоёмкое, экологически безопасное, способное стать неисчерпаемым источником горючего газа высокого (5-6 MПа) давления.The invention, which is proposed low-energy, environmentally friendly, capable of becoming an inexhaustible source of high-pressure flammable gas (5-6 MPa).

Claims (1)

Непрерывнодействующий подземный генератор биогаза, состоящий из корпуса, приспособленного для заполнения его до определенного уровня биомассой, системы загрузки биореактора, которая включает в себя трубу подвода биомассы в биореактор, системы выгрузки биореактора, которая включает в себя трубу отвода остаточной биопульпы и трубу отвода биогаза, отличающийся тем, что корпус биореактора выполнен в виде цилиндрической трубы с конечным башмаком на ее нижнем конце, которая в основном расположена в скважине и заглублена в землю таким образом, что ее нижняя часть, в которой размещена активная зона биореактора с тепловым контактом в слое горной породы, который имеет повышенную температуру в пределах 30-35°С, которая благоприятна превращению биомассы в биогаз, система загрузки биореактора имеет на входе емкость для биомассы, которая соединена с верхним концом трубы подвода биомассы в биореактор, которая проходит внутри корпуса биореактора так, что ее нижний конец размещен в зоне указанного конечного башмака, труба отвода остаточной биопульпы присоединена к верхней части корпуса биореактора ниже уровня биопульпы, а труба отвода биогаза присоединена к верхней части корпуса биогенератора выше уровня биопульпы, причем системы загрузки и выгрузки биореактора и его корпус образуют проточную систему, обеспечивающую непрерывное самотечное движение биомассы и биопульпы под действием перепада давления, который создается силами земной гравитации и газлифта в межтрубном пространстве биогенератора. A continuous underground biogas generator, consisting of a housing adapted to fill it to a certain level with biomass, a bioreactor loading system, which includes a biomass supply pipe to the bioreactor, a bioreactor discharge system, which includes a residual biopulse discharge pipe and a biogas removal pipe, characterized the fact that the bioreactor body is made in the form of a cylindrical pipe with an end shoe at its lower end, which is mainly located in the well and buried in the ground in such an way m, that its lower part, which houses the active zone of the bioreactor with thermal contact in the rock layer, which has an elevated temperature in the range of 30-35 ° C, which is favorable for the conversion of biomass into biogas, the bioreactor loading system has a biomass tank at the inlet, which is connected to the upper end of the biomass supply pipe to the bioreactor, which extends inside the bioreactor body so that its lower end is placed in the area of the indicated final shoe, the residual biopulse removal pipe is connected to the upper part of the body and the bioreactor is below the biopulp level, and the biogas drain pipe is connected to the upper part of the biogenerator body above the biopulp level, and the bioreactor loading and unloading systems and its body form a flow system that provides continuous gravity-free movement of biomass and biopulp under the action of pressure drop created by the forces of Earth's gravity and gas lift in the annular space of the biogenerator.
RU2014150647/93A 2014-11-24 2014-11-24 Continuous underground generator of biogas RU2549236C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014150647/93A RU2549236C1 (en) 2014-11-24 2014-11-24 Continuous underground generator of biogas

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014150647/93A RU2549236C1 (en) 2014-11-24 2014-11-24 Continuous underground generator of biogas

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2549236C1 true RU2549236C1 (en) 2015-04-20

Family

ID=53289619

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014150647/93A RU2549236C1 (en) 2014-11-24 2014-11-24 Continuous underground generator of biogas

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2549236C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101507125B1 (en) Fermenter for generating biogas from pumpable organic material
CN104649530A (en) Method of treating feces in breeding industry
US10189734B2 (en) Floating methanation system
CN103351092B (en) Method and equipment for harmlessly treating and utilizing livestock feces on large-scale livestock farm
CN204550559U (en) A kind of changing food waste is from stirring anaerobic digestion biogas production equipment
RU2549236C1 (en) Continuous underground generator of biogas
RU2404240C2 (en) Biogas plant
CN105950446A (en) Device for treating dewatered algae ooze and straw mixture by utilizing high-temperature dry-type anaerobic digestion treatment
WO2014092602A2 (en) Bioenergy complex
CN104944722A (en) Modernized glass fiber reinforced plastic septic tank and septic system thereof
CN202022828U (en) Sludge washing system and biological treatment system thereof
EP1931602B1 (en) System for treating residual water
KR101087035B1 (en) a high temperature apparatus for disposing excretion by anaerobic mineralization
CN203976787U (en) A kind of fecal sewage treatment methane-generating pit
CN202527457U (en) Domestic garbage totally-enclosed water-gas linked intermittent internal rotation constant-temperature anaerobic digestion device
CN2616533Y (en) Grow-culture joint ecological methane-generating pit
RU2549237C1 (en) Continuous underground generator of biohydrogen
CN202785801U (en) Automatic siphon pulse water distributor
CN204981337U (en) Annular formula sewage treatment plant
Akkoli et al. Design and construction of food waste biogas plant for hostel mess
KR102092200B1 (en) Apparatus for generation of methane
CN102452731A (en) Water treatment equipment with backflushing function
CN102452716A (en) Water treatment equipment with sludge lifting function
CN203782156U (en) Device for efficient production of biogas from organic garbage and human and animal feces and sewage
RU2549238C1 (en) Double-stage continuous underground generator of biohydrogen

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170117