RU2561461C2 - Способ производства биогаза и устройство для его осуществления - Google Patents

Способ производства биогаза и устройство для его осуществления Download PDF

Info

Publication number
RU2561461C2
RU2561461C2 RU2012143178/10A RU2012143178A RU2561461C2 RU 2561461 C2 RU2561461 C2 RU 2561461C2 RU 2012143178/10 A RU2012143178/10 A RU 2012143178/10A RU 2012143178 A RU2012143178 A RU 2012143178A RU 2561461 C2 RU2561461 C2 RU 2561461C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
container
control unit
substrate
value
mixing
Prior art date
Application number
RU2012143178/10A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2012143178A (ru
Inventor
Кай РОШТАЛЬСКИ
Пеер ШПРИНГЕР
Original Assignee
КСБ Акциенгезельшафт
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 КСБ Акциенгезельшафт filed Critical КСБ Акциенгезельшафт
Publication of RU2012143178A publication Critical patent/RU2012143178A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2561461C2 publication Critical patent/RU2561461C2/ru

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M27/00Means for mixing, agitating or circulating fluids in the vessel
    • C12M27/02Stirrer or mobile mixing elements
    • C12M27/06Stirrer or mobile mixing elements with horizontal or inclined stirrer shaft or axis
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M21/00Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/04Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses for producing gas, e.g. biogas
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/42Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of agitation speed
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/582Recycling of unreacted starting or intermediate materials

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Treatment Of Sludge (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

Группа изобретений относится к области биохимии. Предложен способ и устройство для производства биогаза из органических веществ. Способ включает подачу субстрата в контейнер с перемешивающим механизмом, регистрирование реологических свойств субстрата ферментации в области вблизи крыльчатки перемешивающего механизма. Результат измерения сравнивают с заданным значением, которым является желаемое значение для конкретной установки. Устройство для производства биогаза из органических веществ содержит контейнер, систему подачи, перемешивающий механизм, датчик для регистрации реологического свойства субстрата ферментации, блок регулирования. Изобретения обеспечивают увеличение количества преобразованного субстрата ферментации и сгенерированного количества газообразного метана. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к способу и устройству для производства биогаза из органических веществ, причем субстрат подают в контейнер посредством системы подачи, и в контейнере расположен по меньшей мере один перемешивающий механизм.
Способ служит для генерации биогаза из органических веществ. Сырье, используемое в таких установках для генерации биогаза, именуют субстратом. Субстрат состоит из биомассы, способной к биологическому разложению, такой как, например, навозная жижа, силос или биологические отходы. Контейнеры, используемые для производства биогаза, также именуют биореакторами или ферментерами. Если установки для производства биогаза работают непрерывно, то субстрат непрерывно подают в контейнер и извлекают биогаз, а также остаток, получаемый при ферментации. Субстрат, расположенный в контейнере, преобразовывают посредством микроорганизмов различных типов. Эту биомассу, подлежащую преобразованию, именуют субстратом ферментации. Разложение субстрата ферментации микробами вызывает образование метана и диоксида углерода в качестве основных компонентов биогаза.
Подаваемый субстрат смешивают с содержимым контейнера.
Субстрат подают, в основном, путем точечной подачи при помощи систем подачи питательных веществ. Время выдержки биомассы, необходимое для выработки как можно большего количества биогаза, критически зависит от смешивания субстрата с субстратом ферментации. В случае тех сред, которые характеризуются, в первую очередь, повышенными значениями вязкости, необходима циркуляция содержимого контейнера для смешивания и/или перемешивания, которое, как правило, производят посредством перемешивающих механизмов.
В области технологии анаэробных биореакций во многих областях применения используются ферментеры с отношением высоты к диаметру свыше 0,5. В этом случае смешивание выполняют обычно посредством вертикальных перемешивающих механизмов. В этом случае крыльчатки перемешивающего механизма расположены на центральном валу, приводимом в движение снаружи. Вал привода расположен вертикально и заходит в контейнер сверху, при этом он обычно проходит параллельно стенкам контейнера. Такой ферментер известен, например, из DE 199 47 339 А1.
Вместо этого в способе производства биогаза согласно изобретению использует формы контейнеров, в которых отношение высоты к диаметру является меньшим чем 0,5. Диаметр контейнеров предпочтительно составляет от 16 до 40 м. При таких размерах контейнера использование центрального вертикального перемешивающего механизма, приводимого в действие снаружи, больше не является экономически эффективным. Для перемешивания содержимого контейнера используют перемешивающие механизмы, которые в контейнере расположены преимущественно в периферийной зоне контейнера и которые генерируют, в основном, горизонтальный поток среды в контейнере. Такое устройство известно, например, из W0 2008/104320 А2.
Из DE 10056338 А1 известны устройство и способ для получения биогаза из органических веществ. Этот способ включает подачу субстрата в контейнер, содержащий по меньшей мере один перемешивающий механизм, посредством системы подачи, регистрацию фактического значения по меньшей мере одной измеряемой количественной величины и передачу его в блок регулирования, где хранится заданное значение.
В полезной модели DE 20 2007 002 835 U1 раскрыто несколько перемешивающих механизмов для перемешивания содержимого контейнера, при этом два перемешивающих механизма расположены один над другим, будучи расположенными противоположно отдельному перемешивающему механизму. Для обеспечения высокой эффективности процесса ферментации необходимым считают максимально однородное распределение биомассы в жидкости ферментера. Кроме того, предусмотрено наличие устройства измерения уровня наполнения, посредством которого регистрируют высоту наполнения в контейнере и генерируют соответствующий сигнал измерения уровня наполнения в качестве сигнала, характеризующего фактическое значение высоты. Сигнал измерения уровня наполнения подают в управляющее устройство, которое, когда зарегистрировано нижнее значение высоты наполнения, приводит в действие серводвигатель регулировки высоты перемешивающего механизма, выполненного как перемешивающее устройство с погружным электродвигателем, опуская последний и, таким образом, полностью погружая его перемешивающие лопасти еще глубже.
Также из ЕР 1762607 А1 известен процесс регулирования биогазовых установок. Так в раскрытой в этой заявке установке предусмотрены по меньшей мере один датчик для регистрации фактического значения по меньшей мере одной измеряемой количественной величины, в частности реологического свойства субстрата ферментации, блок регулирования, в который передается данная величина, причем в блоке регулирования хранится заданное значение. Блок регулирования выполнен с возможностью вычисления отклонения фактического значения от заданного значения, а также с возможностью изменения регулируемых количественных величин в зависимости от упомянутого отклонения для изменения введения мощности от перемешивающего механизма, и/или состава содержимого контейнера, и/или реологических свойств содержимого контейнера.
Субстраты ферментации, которые используют для генерации биогаза, обычно имеют структурно вязкие реологические свойства. Термин "структурно вязкий" означает, что динамическая вязкость субстрата ферментации уменьшается с увеличением скорости сдвига. Следовательно, вязкость является не величиной, а функцией. Для каждой индуцированной скорости сдвига получают соответствующую вязкость. Следовательно, вязкость в контейнере является локально различной. Она зависит от скоростей сдвига, существующих локально. Причиной этого являются локальные скорости, которые влияют на поток в контейнере.
Скорости сдвига создаются за счет движения крыльчатки перемешивающего механизма. В случае структурно вязких субстратов ферментации локальная вязкость уменьшается в окрестностях крыльчатки. С увеличением расстояния от крыльчатки скорость сдвига уменьшается, и вязкость соответственно повышается. Результатом этого является то, что крыльчатка преимущественно всасывает субстрат ферментации из тех областей вблизи крыльчатки, где субстрат ферментации имеет низкую вязкость. Это вызывает то, что области вблизи крыльчатки, в которых субстрат перемещают с высокими скоростями, расположены в небольшом объеме только вокруг самой крыльчатки. Эти области вблизи крыльчатки именуют кавернами. Если перемешивающие механизмы работают только лишь локально в каверне, оптимальное перемешивание содержимого контейнера не происходит, поскольку генерация потока ограничена этим областям. Следовательно, это приводит к снижению полезного объема реактора относительно фактической емкости биореактора. В результате, в меньшем полезном объеме реактора создается меньше биогаза и, следовательно, также меньше полезного метана. Доля метана или количество метана влияет на экономически эффективную работу биореактора.
Задачей изобретения является максимальное увеличение количества преобразованного субстрата ферментации и сгенерированного количества газообразного метана. Также предпринята попытка уменьшения времени выдерживания, необходимого для производства биогаза, и требуемой для этого энергии.
Согласно изобретению упомянутая задача решена посредством регистрации фактического значения по меньшей мере одной измеряемой количественной величины, а именно реологических свойств субстрата ферментации в области вблизи крыльчатки, передачи этого фактического значения в блок регулирования и сравнения с сохраненным в блоке регулирования заданным значением, которым является желаемое значение для конкретной установки, зависящее от размера контейнера, и/или от типа перемешивающих механизмов, и/или от расположения перемешивающих механизмов относительно друг друга, причем блок регулирования вычисляет отклонение действительного значения от заданного значения и в зависимости от упомянутого отклонения изменяет управляемые количественные величины, которые изменяют введение мощности от перемешивающего механизма, и/или состав содержимого контейнера, и/или реологические свойства содержимого контейнера.
Рентабельность установки для производства биогаза в значительной степени зависит от энергопотребления перемешивающих механизмов. В способе согласно изобретению минимизирована гидравлическая мощность, необходимая для оптимального режима работы установки. В блоке регулирования регистрируют данные от различных датчиков контроля за ходом технологического процесса. В качестве блока регулирования может использоваться, например, программируемый логический контроллер. В зависимости от программирования блока регулирования может учитываться одна или более измеряемых количественных величин в качестве контрольных величин для регулирования перемешивающего механизма.
Блок регулирования сравнивает измеренные значения с желательными значениями для конкретной установки. Желательные значения для конкретного режима работы зависят, например, от размера контейнера, от типа перемешивающих механизмов и от расположения перемешивающих механизмов относительно друг друга. Они являются неизменными для каждого применения.
В зависимости от регулируемого отклонения блок регулирования изменяет регулируемые количественные величины, которые изменяют введение мощности перемешивающим механизмом, и/или состав содержимого контейнера, и/или реологические свойства содержимого контейнера. Согласно изобретению блок регулирования может регулировать различные агрегаты, влияющие на технологический процесс. Предпочтительно ими являются, в том числе, перемешивающие механизмы, нагреватель ферментера, система подачи и блок рециркуляции.
В установке для производства биогаза основной целью является генерация метана. В особо предпочтительном варианте изобретения в качестве измеряемой количественной величины регистрируют сгенерированный массовый расход газа измерения и используют его в качестве контрольной величины для регулирования агрегатов, влияющих на технологический процесс. Для этого может использоваться газовый массметр. Если количество газа падает ниже определенного уровня, то блок регулирования изменяет, например, введение мощности от перемешивающего механизма.
При производстве биогаза создается не только метан, но также и другие газы, такие как, например, диоксид углерода. Целью является максимальное увеличение доли метана в сгенерированном потоке газа. Поэтому в одном особо предпочтительном варианте осуществления изобретения в качестве данных измерений регистрируют долю газообразного метана и используют ее в качестве контрольной величины для регулирования агрегатов, влияющих на технологический процесс. Доля газообразного метана в потоке газа может быть определена посредством блоков анализа. Для этого предпочтительно используют блоки анализа, работающие на основе поглощения инфракрасного излучения.
Еще один вариант регулирования технологического процесса для производства биогаза состоит в привлечении данных о рабочих характеристиках машины/агрегата, которые перерабатывают сгенерированный газообразный метан, в качестве измеренной количественной величины. Если газообразный метан сжигают в двигателе внутреннего сгорания, то рабочие характеристики упомянутой машины могут использоваться в качестве контрольной величины для регулировки агрегатов, влияющих на технологический процесс.
В ходе работы могут образовываться плавающие слои в результате адгезии пузырьков газа к структурным материалам субстрата ферментации. Всплывание упомянутых структурных материалов и их затвердевание на поверхности субстрата ферментации оказывают неблагоприятное влияние на процесс ферментации. В частности, может образовываться газонепроницаемый плавающий слой, который препятствует выходу биогаза или предотвращает его. Это оказывает неблагоприятное влияние на процесс преобрв субстрате ферментации.
В одном особо предпочтительном варианте осуществления изобретения в качестве измеряемой количественной величины регистрируют величину плавающего слоя, образующегося на субстрате ферментации. Величина плавающего слоя может быть определена по высоте и/или по плотности плавающего слоя. Блок регулирования регулирует агрегаты, влияющие на технологический процесс, в зависимости от плавающего слоя, образующегося на субстрате ферментации.
Была доказана целесообразность регистрации потенциальной возможности производства биогаза из остатка после ферментации в качестве измеряемой количественной величины. Превращение массы, которое имело место в субстрате ферментации, определяют посредством регулярной оценки остатка после ферментации, который извлекают непрерывно или циклически из контейнера. Если установлена потенциальная возможность производства биогаза из остатка, то блок регулирования оценивает упомянутые данные измерений. В зависимости от данных измерений, блок регулирования определяет значения времени для приведения в действие, прекращения работы или включения одного или более перемешивающих механизмов. В дополнение к этому или в альтернативном варианте блок регулирования также может изменять продолжительность работы перемешивающих механизмов.
В одном наиболее предпочтительном варианте осуществления изобретения введение мощности от перемешивающих механизмов изменяют посредством изменения скорости вращения перемешивающих механизмов. Если фактические значения измеряемых количественных величин отклоняются от их заданных значений, то блок регулирования изменяет скорость вращения перемешивающих механизмов в зависимости от отклонения при регулировании. Введение мощности от перемешивающих механизмов также может быть изменено путем включения перемешивающих механизмов. Это включение обеспечивает дополнительное введение мощности.
Блок регулирования также может изменять регулируемые количественные величины, которые изменяют состав содержимого контейнера. Для этого блок регулирования может увеличивать или уменьшать количество подаваемых субстратов. Еще одна возможность состоит в изменении расщепления субстрата ферментации посредством ферментов. Также возможно разбавление субстрата ферментации навозной жижей и/или рециркулятом и изменение реологических свойств субстрата ферментации путем добавления механизмов химического или биологического действия. В этом случае даже может иметь место просто синхронизированное включение одного или большего количества перемешивающих механизмов, например, при временном изменении состава субстрата или состава субстрата ферментации путем подачи рециркулята.
Дополнительные признаки и преимущества изобретения вытекают из описания вариантов осуществления изобретения, которые приведены в качестве примеров, со ссылкой на чертежи и непосредственно из самих чертежей.
На этих чертежах изображено следующее:
Фиг. 1 - вид в перспективе контейнера для производства биогаза, и
Фиг. 2 - схематичная иллюстрация регулирования установки для производства биогаза.
На фиг. 1 показан цилиндрический контейнер 1 для производства биогаза. Также возможны контейнеры иных форм. Отношение наибольшего диаметра к высоте контейнера составляет меньше чем 0,5. В контейнере 1 расположены два перемешивающих механизма 2, крыльчатки 3 которых создают в контейнере 1, по существу, горизонтальный поток субстрата ферментации. Перемешивающие механизмы 2 или их крыльчатки 3 расположены на различных высотах внутри контейнера 1. Дополнительный перемешивающий механизм 11 включают по мере необходимости.
На фиг. 2 схематично представлен блок 4 регулирования для способа производства биогаза. При этом речь может идти о системе управления на основе сохраненной программы (SPS) или иной системе регулирования.
Блок 4 регулирования имеет участок 5 ввода сигнала и участок 6 вывода сигнала. Сигналы с данными, которые зарегистрированы во время измерений в данном способе, подают в участок 5 ввода сигнала. В блоке 4 регулирования выполняют обработку данных от различных датчиков 7, 8, 9, 10, 15, 17 контроля за ходом технологического процесса и от перемешивающих механизмов 2. Участок 6 вывода сигнала соединен с агрегатами, влияющими на технологический процесс, с возможностью выполнения его функции. Агрегатами, влияющими на технологический процесс, являются перемешивающие механизмы 2, 11, нагревательный элемент 12 ферментера, система 13 подачи и блок 14 рециркуляции. Ими управляют таким образом, что отдельные параметры технологического процесса могут быть оптимизированы для обеспечения максимальной выработки метана.
Для контроля за ходом технологического процесса могут использоваться следующие датчики: по меньшей мере один датчик для измерения 7 вязкости, один или большее количество датчиков для измерения 8 скорости потока, по меньшей мере один детектор 9 плавающего слоя, измеритель 10 количества газа, блок 15 для анализа остатка после ферментации и по меньшей мере один блок 17 для определения реологических свойств субстрата ферментации.
Датчик 7 служит для регистрации вязкости. Для определения вязкости также могут использоваться данные измерений, которые определены посредством перемешивающих механизмов 2. В альтернативном варианте или в дополнение к этому может использоваться отдельный блок 17 определения реологических свойств. В этом случае определение реологических свойств может производиться по отдельности или одновременно во множестве мест. Определение реологических свойств необходимо для предотвращения слишком критичных реологических свойств в контейнере 1 с точки зрения соответствующих параметров технологического процесса, а также повреждения всех перемешивающих механизмов 2, 11, используемых в технологическом процессе, и для оптимизации их удельного энергопотребления. Скорость, создаваемая в субстрате ферментации, имеет важное значение для оптимизации между выработкой газа и удельным энергопотреблением.
Датчик 8 используется для измерения скорости в контейнере 1. В этом случае измерение скорости может производиться в различных местах посредством одного или большего количества определений скорости.
Образование плавающего слоя контролируют посредством датчика 9. Поскольку верхняя часть плавающего слоя оказывает неблагоприятный эффект на выделение биогаза из субстрата ферментации, то необходимо предотвращать ее возникновение, или ее необходимо разрушать как можно скорее после ее возникновения. Для этого, например, может быть включен дополнительный перемешивающий механизм 11 и/или может быть изменена скорость вращения одного или большего количества основных перемешивающих механизмов 2. Это вызывает турбулентность потока, которая разрушает плавающий слой.
Массовый расход сгенерированного газа регистрируют посредством газового массметра 10. Если масса газа падает ниже конкретного уровня, то блок 4 регулирования адаптирует введение мощности от перемешивающих механизмов 2, 11. Цель ферментации состоит в использовании потенциальных возможностей получения как можно большего количества биогаза из субстрата.
Остатки после ферментации собирают в хранилище 16 остатков после ферментации. Определение потенциальной возможности производства биогаза из остатка после ферментации выполняют посредством блока 15, и эта величина является еще одной количественной величиной для блока 4 регулирования и для регулирования перемешивающих механизмов 2, 11. Определение потенциальной возможности производства биогаза из остатка может производиться в различных местах в установке. Если конкретная потенциальная возможность производства биогаза из остатка является слишком высокой в остатке после ферментации, то блок 4 регулирования адаптирует агрегаты 2, 11, 12, 13, 14, влияющие на технологический процесс, к этому технологическому режиму.
По существу, в блоке 4 регулирования производится обработка всех данных из участка 5 ввода сигнала. Обработка данных производится на основании алгоритма, хранящегося в памяти. Этот алгоритм предполагает задачу определения по входным количественным величинам значений регулируемых количественных величин, определенных из них. Определенные регулируемые количественные величины используют для управления агрегатами 2, 11, 12, 13, 14, влияющими на технологический процесс, из участка 6 вывода сигнала.
Из участка 6 вывода сигнала исходят сигналы для регулирования различных регулируемых количественных величин. Следовательно, например, приводят в действие перемешивающие механизмы 2, и может быть отрегулирована скорость их вращения.
При отсутствии движения на поверхности субстрата ферментации может образовываться плавающий слой. Кроме того, отсутствие движения может вызывать такую подачу субстрата или субстрата ферментации, которая приводит просто к неудовлетворительному его распределению в контейнере 1.
Когда подают новый субстрат или если образовался плавающий слой, то может быть включен или отрегулирован дополнительный перемешивающий механизм 11. Нагревательный элемент 12 подает тепло в контейнер 1 при подаче нового субстрата. Субстрат подает система 13 подачи. Следовательно, количество питательных веществ может быть адаптировано к параметрам технологического процесса. Избыточная подача питательных веществ в контейнер 1 с субстратом оказывало бы неблагоприятный эффект на реологические свойства в контейнере 1 и, следовательно, на производстве метана. Если реологические свойства неблагоприятно изменяются, то уменьшают количество питательных веществ и/или изменяют другие регулируемые количественные величины, такие как, например, скорость или количество рециркулята.
Если количество питательных веществ является слишком низким, то субстрата недостаточно для образования метана. Это состояние обнаруживают при помощи газового массметра 10 и/или путем анализа потенциальной возможности производства биогаза из остатка после ферментации и вызывают подачу питательных веществ в виде субстрата. В способе используется блок 14 рециркуляции, посредством которого может быть добавлено дозированное количество рециркулята. Тем самым достигается повышение степени переработки субстрата и увеличение выхода биогаза.

Claims (18)

1. Способ производства биогаза из органических веществ, при котором субстрат подают в контейнер (1) посредством системы (13) подачи, причем в контейнере (1) расположен по меньшей мере один перемешивающий механизм (2), причем регистрируют фактическое значение по меньшей мере одной измеряемой количественной величины и передают его в блок (4) регулирования, а в блоке (4) регулирования хранится заданное значение, при этом блок (4) регулирования вычисляет отклонение фактического значения от заданного значения и в зависимости от упомянутого отклонения изменяет регулируемые количественные величины, которые изменяют введение мощности перемешивающими механизмами (2), и/или состав содержимого контейнера, и/или реологические свойства содержимого контейнера, отличающийся тем, что в качестве по меньшей мере одной измеряемой количественной величины с помощью по меньшей мере одного датчика регистрируют реологические свойства субстрата ферментации в области вблизи крыльчатки перемешивающего механизма, и результат измерения сравнивают с заданным значением, которым является желаемое значение для конкретной установки, зависящее от размера контейнера (1), и/или от типа перемешивающих механизмов, и/или от расположения перемешивающих механизмов относительно друг друга.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве еще одной измеряемой количественной величины регистрируют сгенерированный массовый расход газа.
3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в качестве еще одной измеряемой количественной величины регистрируют долю газообразного метана.
4. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в качестве еще одной измеряемой количественной величины регистрируют данные о рабочих характеристиках машины/агрегата, которая (который) перерабатывает биогаз.
5. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в качестве еще одной измеряемой количественной величины регистрируют величину образующегося плавающего слоя.
6. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в качестве еще одной измеряемой количественной величины регистрируют потенциальную возможность производства биогаза из остатка в остатке после ферментации.
7. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что блок (4) регулирования изменяет скорость вращения перемешивающего механизма (2).
8. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что блок (4) регулирования включает по меньшей мере один дополнительный перемешивающий механизм (11).
9. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что блок (4) регулирования изменяет количество и/или состав подаваемого субстрата и/или рециркулята и/или изменяет реологическое свойство субстрата ферментации путем добавления механизмов химического или биологического действия, или путем синхронизированного включения одного или более перемешивающих механизмов, в частности при временном изменении состава субстрата или состава субстрата ферментации путем подачи рециркулята.
10. Устройство для производства биогаза из органических веществ способом по любому из пп. 1-9, содержащее контейнер (1), а также систему (13) подачи для ввода субстрата в контейнер (1), в котором установлен по меньшей мере один перемешивающий механизм (2), отличающееся тем, что в устройстве предусмотрен по меньшей мере один датчик (7, 8, 9, 10, 15, 17) для регистрации фактического значения по меньшей мере одной измеряемой количественной величины, характеризующей реологические свойства субстрата ферментации в области вблизи крыльчатки перемешивающего механизма, и передачи его в блок (4) регулирования, причем в блоке (4) регулирования хранится заданное значение, в частности желаемое значение для конкретной установки, которое зависит от размера контейнера (1), и/или от типа перемешивающих механизмов (2), и/или от расположения перемешивающих механизмов (2) относительно друг друга, при этом блок (4) регулирования выполнен с возможностью вычисления отклонения фактического значения от заданного значения, а также с возможностью изменения регулируемых количественных величин в зависимости от упомянутого отклонения для изменения введения мощности от перемешивающего механизма (2), и/или состава содержимого контейнера, и/или реологических свойств содержимого контейнера, в частности для предотвращения образования каверн в областях вблизи крыльчатки.
11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что еще одной измеряемой количественной величиной является сгенерированный массовый расход газа.
12. Устройство по п. 10 или 11, отличающееся тем, что еще одной измеряемой количественной величиной является доля газообразного метана.
13. Устройство по п. 10 или 11, отличающееся тем, что еще одной измеряемой количественной величиной являются данные о рабочих характеристиках машины/агрегата, которые перерабатывают биогаз.
14. Устройство по п. 10 или 11, отличающееся тем, что еще одной измеряемой количественной величиной является величина образующегося плавающего слоя.
15. Устройство по п. 10 или 11, отличающееся тем, что еще одной измеряемой количественной величиной является потенциальная возможность производства биогаза из остатка после ферментации.
16. Устройство по п. 10 или 11, отличающееся тем, что блок (4) регулирования выполнен с возможностью изменения скорости вращения перемешивающего механизма (2).
17. Устройство по п. 10 или 11, отличающееся тем, что блок (4) регулирования включает по меньшей мере один дополнительный перемешивающий механизм (11).
18. Устройство по п. 10 или 11, отличающееся тем, что блок (4) регулирования выполнен с возможностью изменения количества и/или состава подаваемого субстрата и/или рециркулята и/или изменения реологического свойства субстрата ферментации путем добавления механизмов химического или биологического действия или путем синхронизированного включения одного или более перемешивающих механизмов, в частности при временном изменении состава субстрата или состава субстрата ферментации путем подачи рециркулята.
RU2012143178/10A 2010-04-01 2011-03-30 Способ производства биогаза и устройство для его осуществления RU2561461C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010014240.9 2010-04-01
DE102010014240A DE102010014240A1 (de) 2010-04-01 2010-04-01 Regelung von Biogasanlagen
PCT/EP2011/054909 WO2011121022A1 (de) 2010-04-01 2011-03-30 Regelung von biogasanlagen

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012143178A RU2012143178A (ru) 2014-05-10
RU2561461C2 true RU2561461C2 (ru) 2015-08-27

Family

ID=44147921

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012143178/10A RU2561461C2 (ru) 2010-04-01 2011-03-30 Способ производства биогаза и устройство для его осуществления

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9783772B2 (ru)
EP (1) EP2553083B1 (ru)
CN (1) CN102947437B (ru)
DE (1) DE102010014240A1 (ru)
RU (1) RU2561461C2 (ru)
WO (1) WO2011121022A1 (ru)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013018695A1 (de) 2013-11-08 2015-05-13 Senzyme Gmbh Verfahren zur Erzeugung von Biogas
CN103969154B (zh) * 2014-01-13 2017-04-19 云南师范大学 一种厌氧污泥产沼气活性的测定方法及测定装置
DE102014006501A1 (de) 2014-05-06 2015-11-12 E.S.C.H. Engineering Service Center Und Handel Gmbh Verfahren zur Erzeugung von Biogas
SE538527C2 (sv) 2014-06-17 2016-09-06 Xylem Ip Man S À R L Anläggning för behandling av vätska samt metod för styrning av en dylik anläggning
DE102014016297A1 (de) * 2014-11-06 2016-05-12 Xylem Ip Management S.À.R.L. Temperiervorrichtung
DE102014116239A1 (de) 2014-11-07 2016-05-12 Uts Biogastechnik Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Rühreinrichtung und eines Fermenters
DK3450536T3 (da) * 2017-08-29 2020-06-29 Hitachi Zosen Inova Ag Fremgangsmåde til optimering af funktionen af en plug-flow-fermenter til anaerob forgæring af organisk affald
DE102018001929A1 (de) 2018-03-09 2019-09-12 Kurt-Schwabe-Institut für Mess- und Sensortechnik e.V. Meinsberg Vorrichtung zur Bestimmung der Viskosität von Biogasmedien
CN112213267B (zh) * 2020-09-29 2021-11-16 湖北鑫英泰系统技术股份有限公司 一种油浸式设备的顶空脱气方法及装置
CN115274004B (zh) * 2022-07-26 2023-06-09 江南大学 一种基于知识复用的发酵过程菌体浓度预测方法及系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10056338A1 (de) * 1999-11-25 2001-06-07 Fritzmeier Georg Gmbh & Co Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung eines Mediums mit Mikroorganismen
EP1762607A1 (de) * 2005-09-07 2007-03-14 U.T.S. Umwelt-Technik-Süd GmbH Biogasanlagen-Regelungsverfahren
RU2365080C2 (ru) * 2007-04-18 2009-08-27 Государственное научное учреждение Северо-Кавказский научно-исследовательский институт животноводства Россельхозакадемии (ГНУСКНИИЖ Россельхозакадемии) Биогазовая установка для переработки навоза

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4028037A1 (de) * 1990-08-31 1992-03-05 Herbert Lindner Maschinenbau U Verfahren und vorrichtung zur anaeroben biologischen reinigung von mit organischen inhaltsstoffen belasteten waessern
EP0516895A1 (en) * 1991-06-04 1992-12-09 Unilever N.V. A method for the adaptive stochastic control of a process
DE19947339B4 (de) 1999-10-01 2005-02-24 Tentscher, Wolfgang, Dr. Verfahren und Anlage zur Erzeugung und Aufbereitung von Biogas
EP1394246A1 (de) * 2002-06-20 2004-03-03 U.T.S. Umwelt-Technik-Süd GmbH Rühreinrichtung für einen Fermenter einer Biogasanlage sowie Verfahren zur Verteilung von Biomasse in einer Fermenterflüssigkeit mit einer Rühreinrichtung
US20050237852A1 (en) * 2004-04-23 2005-10-27 Fmc Technologies, Inc. Mixing apparatus
US7426852B1 (en) * 2004-04-26 2008-09-23 Expro Meters, Inc. Submersible meter for measuring a parameter of gas hold-up of a fluid
DE102005057979A1 (de) * 2005-12-05 2007-06-06 Linde-Kca-Dresden Gmbh Fermentationseinrichtung und Verfahren zur Gewinnung von Biogas
DE102007009451B4 (de) * 2007-02-27 2010-04-01 Uts Biogastechnik Gmbh Biogasanlagen-Fermenter mit einem motorisch höhenverstellbaren Tauchmotorrührgerät
DE202007002835U1 (de) 2007-02-27 2007-07-05 U.T.S. Umwelt-Technik-Süd GmbH Biogasanlagen-Fermenter mit einer Rühreinrichtung
CN201056566Y (zh) * 2007-06-20 2008-05-07 易伟新 农村户用沼气池半自动搅拌出渣装置
CN101392222A (zh) * 2007-09-18 2009-03-25 镇江市丰泽生物工程设备制造厂 生物反应器溶氧线性控制方法
US7575365B2 (en) * 2007-10-26 2009-08-18 Uop Llc Viscosity control of particle formation by adjusting agitation speed
DE102007063091A1 (de) * 2007-12-28 2009-07-02 Right-Way-Technologies Gmbh & Co. Kg Hybridfermenter zur Erzeugung von methanreichem Biogas
US20090311378A1 (en) * 2008-06-13 2009-12-17 General Mills, Inc. Method for continuous production of fermented dairy products
DE202008010638U1 (de) * 2008-08-05 2008-11-20 Streisal Gmbh Rührwerk mit Einbringsystem für Feststoffe
CN101671712B (zh) * 2008-09-11 2013-09-18 华东理工大学 阿维菌素发酵过程优化与放大的方法与装置
US8404121B2 (en) * 2009-08-11 2013-03-26 Anaergia Inc. Method for separating suspended solids from a waste fluid

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10056338A1 (de) * 1999-11-25 2001-06-07 Fritzmeier Georg Gmbh & Co Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung eines Mediums mit Mikroorganismen
EP1762607A1 (de) * 2005-09-07 2007-03-14 U.T.S. Umwelt-Technik-Süd GmbH Biogasanlagen-Regelungsverfahren
RU2365080C2 (ru) * 2007-04-18 2009-08-27 Государственное научное учреждение Северо-Кавказский научно-исследовательский институт животноводства Россельхозакадемии (ГНУСКНИИЖ Россельхозакадемии) Биогазовая установка для переработки навоза

Also Published As

Publication number Publication date
CN102947437B (zh) 2015-09-30
RU2012143178A (ru) 2014-05-10
WO2011121022A1 (de) 2011-10-06
EP2553083A1 (de) 2013-02-06
EP2553083B1 (de) 2019-03-06
US20130029315A1 (en) 2013-01-31
CN102947437A (zh) 2013-02-27
US9783772B2 (en) 2017-10-10
DE102010014240A1 (de) 2011-10-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2561461C2 (ru) Способ производства биогаза и устройство для его осуществления
RU2561460C2 (ru) Способ и устройство для производства биогаза
Singh et al. State of the art on mixing in an anaerobic digester: A review
US20100120082A1 (en) Optimization of Process Variables in Oxygen Enriched Fermentors Through Process Controls
CN102533528B (zh) 基于模拟微藻扩大培养的封闭连续培养实验装置
CN103911282A (zh) 一种发酵装置
CN111499439A (zh) 一种微型智能控温堆肥反应器
EP2591088B1 (en) System for biological fermentation
Leonzio Studies of mixing systems in anaerobic digesters using CFD and the future applications of nanotechnologies
KR102050846B1 (ko) 발효 제어 장치 및 이를 이용한 발효 장치
Rezvani et al. Photobioreactors for utility-scale applications: effect of gas–liquid mass transfer coefficient and other critical parameters
FI125284B (fi) Menetelmä biokaasun valmistamiseksi biomassasta anaerobisella hajottamisella ja vastaava reaktori
KR200426029Y1 (ko) 고분자 플라스틱 물질의 생분해 시험을 위한 반응 시스템
CN209276529U (zh) 一种立式多级厌氧反应器
CN203048947U (zh) 一种发酵装置
US20220073847A1 (en) Substrate decomposition for biogas plants in a mixing and combi-hydrolysis tank
CN105016807A (zh) 一种多功能有机肥料发酵机
CN110479081B (zh) 一种约束式生物反应器原位脱硫工艺及其设备
Chu et al. Hydrodynamic properties in a hydrogen production fermenter using sugary wastewater
CN220166158U (zh) 一种精确控制生物发酵的培养装置
Kariyama et al. Simplified Modeling of High-Solids Anaerobic Digestion of Dairy Manure in a Pilot-Scale Stirred Tank Anaerobic Digester
Zemke et al. Full-scale performance comparison of an induced bed reactor and a control reactor
WO2024079163A1 (en) A control system for methanation reactor
TWI692299B (zh) 生物質的製造技術
Luniya et al. Automated SEBAC-II prototype solid waste management system for long term space mission

Legal Events

Date Code Title Description
FZ9A Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal)

Effective date: 20150122

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180331