WO2014092602A2 - Биоэнергетический комплекс - Google Patents

Биоэнергетический комплекс Download PDF

Info

Publication number
WO2014092602A2
WO2014092602A2 PCT/RU2013/000963 RU2013000963W WO2014092602A2 WO 2014092602 A2 WO2014092602 A2 WO 2014092602A2 RU 2013000963 W RU2013000963 W RU 2013000963W WO 2014092602 A2 WO2014092602 A2 WO 2014092602A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
module
biomass
biopond
biogas
complex according
Prior art date
Application number
PCT/RU2013/000963
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2014092602A3 (ru
Inventor
Сергей Львович КОЛОВАНОВ
Original Assignee
Kolovanov Sergey L Vovich
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 Kolovanov Sergey L Vovich filed Critical Kolovanov Sergey L Vovich
Priority to EA201500477A priority Critical patent/EA201500477A1/ru
Publication of WO2014092602A2 publication Critical patent/WO2014092602A2/ru
Publication of WO2014092602A3 publication Critical patent/WO2014092602A3/ru

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS 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
    • C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/04—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses for producing gas, e.g. biogas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS 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
    • C12M43/00—Combinations of bioreactors or fermenters with other apparatus
    • C12M43/08—Bioreactors or fermenters combined with devices or plants for production of electricity
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS 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
    • C12M47/00—Means for after-treatment of the produced biomass or of the fermentation or metabolic products, e.g. storage of biomass

Definitions

  • the invention relates to the field of bioenergy, and in particular to devices and complexes for the production of biogas by anaerobic methane digestion of organic plant materials with the subsequent use of biogas - methane to generate energy (heat, electricity), where the plant uses eichhornia as the main raw material.
  • the bioenergy installation contains a digester with a water jacket, thermal insulation, a stirrer, loading and unloading pipes, biogas supply pipelines and a gas holder.
  • the installation is equipped with a solar collector, an electric water heater and a Stirling engine in the form of a thermomechanical generator with a biogas burner located on the bottom of the engine, which is connected to the pipeline for supplying biogas from the gas tank.
  • the thermal energy of the biogas burned in the biogas burner is converted into electric energy and used to heat digester biomass to the required temperature and ensuring continuous operation of the system during periods of lack of solar radiation.
  • the invention provides autonomous power supply to local consumers in rural areas with the combined use of solar radiation energy and biomass energy.
  • This patent provides for the combustion of gas to convert thermal energy into electrical energy, which is used to heat the coolant in a digester.
  • biogas is burned to work / heat the working fluid of the Stirling engine, thermal energy is converted into mechanical energy at the shaft torque, which, in turn, spins the rotor of the electric generator that generates electricity.
  • This chain of transformations leads to a loss of efficiency.
  • the Stirling engines produced do not have high power, since they do not have an effective technical solution, in addition, the effective use of the solar collector is possible only in areas with sufficient solar activity.
  • the installation includes a reactor containing three concentric cylindrical sections: external for carrying out the mesophilic stage of anaerobic digestion of biomass, middle for the intermediate stage and central for the thermophilic stage of anaerobic digestion, a pipeline for supplying the initial biomass to the outer section, a pipe for removing the obtained fertilizer from the lower part of the central section and biogas selection system from sections.
  • the outer and middle sections communicate at the bottom, and the middle and central sections at the top.
  • the central section is equipped with a heat exchanger for heating the fermented mass.
  • the outer section contains a mixing device in the form of an impeller.
  • the disadvantages of the known solutions are.
  • the absence of a heating system in the outer section which will not allow to keep the fermentation process in the mesophilic stage, i.e. to achieve a stable temperature of + 39 * ⁇ - + 42 * ⁇ , with the functionally unjustified role of the middle section, because the process has no intermediate stages.
  • the installation of a mixing device in only one (external) of the three sections will lead to delamination of the substrate in the central section due to heating to + 55 * C (thermophilic mode) and intense crust formation on the surface of the substrate, which will lead to a sharp decrease in the biogas yield and lower flow rate methane fermentation process.
  • the known design is metal-intensive and not suitable for processing large daily (from 10 tons a day or more) volumes of organic raw materials.
  • bioreactor for the enzymatic processing of waste from plant and animal origin, plant stems, animal and bird manure, sewage to produce biogas and obtain organic environmentally friendly fertilizer.
  • the bioreactor contains a housing with nozzles for feeding the processed biomass (source substrate), draining the finished fertilizer, biogas removal, a circulation pipe located in the center of the body and a uniformly perforated pipe located under it in the form of a vertical spiral, the turns of which form a cone with its base facing up.
  • the diameter of the upper coil of the spiral is equal to the inner diameter of the circulation pipe and is located at the level of the lower cut of this pipe.
  • the circulation pipe is made in the form of a cylindrical tank, consisting of two pipes of different diameters, the space between which is filled with heated water to heat the biomass.
  • Pipes for supplying biomass and draining the finished fertilizer are located on opposite sides of the housing, with the feed pipe located in the upper part of the housing, and the drain pipe in the lower.
  • the invention improves the intensity, stability and completeness of biochemical processes in a bioreactor due to uniform mixing of biomass and temperature distribution throughout the volume of the bioreactor.
  • the well-known complex includes a module for the preparation of waste (treatment facilities for hydro-botanical processing of waste by aquatic vegetation, including sewage and / or sludge deposits), a module for producing gaseous biofuel (biogas) with which a compressor, a gas holder and a power unit are connected in series.
  • the treatment plant module contains at least one sedimentation tank and at least one biological pond, the surface of which is populated by freely floating non-rooting higher aquatic plants - macrophytes (WWR), for example, water hyacinth (Eichornia).
  • WWR freely floating non-rooting higher aquatic plants - macrophytes
  • Eichornia water hyacinth
  • waste preparation module in particular, bioponds, housed indoors with digester biogas unit, which are heated in the process of methane to a temperature of 78-80 C oo, which is enough to heat the room and create the right temperature.
  • the collected biomass of eichornia is fed to the grinder, then to the homogenizer, where activated sludge from the sumps also flows.
  • the mixture After mixing the sludge and other waste in the homogenizer with the crushed Eichornia biomass, preferably in a 1: 1 mass ratio, the mixture enters the digesters of the biogas-methane production module. Due to the unique properties of eichhornium as a symbiont of methane forming bacteria, methane tanks have an intensive process of methane formation and accumulation, which is accompanied by spontaneous self-heating of the waste mixture and the crushed mass of eichhornia to a temperature of 70 to 90 ° ⁇ . The methane produced is pumped to a gas tank by means of a compressor, where it is accumulated, followed by a gas turbine power plant entering the inlet.
  • the generated electricity provides both internal power consumption of the complex, including the operation of the grinder, homogenizer, lighting and ventilation system, etc., and is also sufficient to supply external electrical installations.
  • a methane stove is used as the main heat source for creating greenhouse conditions in the complex, as a backup heat supply, for example, with a significant decrease in ambient temperature or in high latitudes with harsh climates, heat energy from the outlet of a gas turbine power plant can also be used .
  • the bioenergy complex “BIOCHEK”, in particular, provides for the use as a feedstock of a 1: 1 mixture of sludge from treatment plants and / or manure and / or fecal water with eichhoria, but this combination is not rational, and in some cases it will not and workers.
  • Each organics has its own time period of fermentation (for example, cow manure 25 days, and silage corn 40 days). Using such combinations does not allow rational use of biostation.
  • Certain types of organics (bird droppings, pig manure, etc.) for use in the process of anaerobic methane digestion require pre-treatment, otherwise the concentration and presence of individual components (e.g. ammonia) in the initial state make the activity of methane-forming bacteria impossible.
  • oil inclusions and elements of household chemicals which also negatively affects the process of methane formation.
  • the claimed solution does not provide for the simultaneous treatment of effluents, but allows the use of a mixture only with "related" organics. For example, the combination of eichhornia with the green mass of greenhouse complexes (cucumbers, tomatoes, etc.)
  • the Biocek complex is capable of operating at a temperature in the reactor of 78-80 ° C, because it uses methanobacteria that are able to live and work in this temperature regime (extreme thermophiles), and at the same time use the released heat for external heating theory and practice of the methane formation process, since it is known that any “classical” mode of methane fermentation: mesophilic (+ 39 ° - + 42 ° C), thermophilic (+ 53 ° - + 55 ° C), other modes have strict temperature limits for process flow etanoobrazovaniya. Non-compliance with thermal stabilization within the given framework leads to disruption of the process of methane formation and death of methane-forming bacteria of this species.
  • the claimed technical solution is aimed at achieving, is a deeper degassing of organic matter, which increases the biogas yield, helping to increase the profitability of biogas plants in the production of electricity in the low power range from 10 kW / h to 500 kW / h, as well as expanding the functionality complex as a result of obtaining granulated biofuel and commercial products from spent biomass, while ensuring mobility and guaranteed performance and complex in all climatic conditions.
  • a bioenergy complex including a biopond and a module for producing gaseous biofuel, in which a chopper, a homogenizer, and a bioreactor consisting of at least one digester, the gas outlet through a gas holder and a compressor, are connected in series with the biomass supply pipes connected to the power unit, the output of the spent biomass of the bioreactor is equipped with a receiving tank, while the complex is supplemented by a module for the manufacture of pellets, with the possibility of its work in p the press-making process for making pellets from green mass grown in a biological pond, for example, eichhornium, or the mode for producing pellets from biomass spent in a reactor, consisting of a pressing unit, with the possibility of an adjustable alternative input connection to the chopper output or the output capacity of the spent biomass, while the liquid outlet the extraction unit is connected with the possibility of adjusting the fluid supply to the homogenizer of the module for producing gaseous biofuel or biopond, and the output of the solid
  • pre-shredded tickets can be used both as a necessary raw material additive to plant green mass, and as the main raw material, for example, in the winter, when it is impossible growing green plant matter in an open or indoor biopond. That allows you to use the biocomplex in any climatic conditions, and the ease of transportation of the pellets allows you to use them as biofuels in bioenergy plants of other manufacturers.
  • this module implements an additional function of the complex, ensuring utilization of the plant mass spent in the bioreactor. Since spent green organics retains the properties of high-quality organic fertilizer or feed additives, waste organic tickets can be used in agriculture, animal husbandry and poultry farming. In addition, such tickets can also be used as fuel cells for solid fuel boilers.
  • EFFECT deep degassing of organic matter is achieved by using a bioreactor in the complex of the claimed design, where the digester is connected by nozzles to a hydro-mixing system, with the possibility of circulating the organic mass provided by a mixing pump, while the hydro-mixing system has a gas outlet connected through a gas separator to a gas holder, soft tanks with a tube heating system are used as hermetic tanks of digesters, which allows izit building installation costs biocomplex increases transport mobility delivery, reduces commissioning dates.
  • the proposed solution provides an intensive forced release of biogas from the organic mass, since along with the exit of the gas from the upper bubble accumulated in the gas digester, when passing the gas separator from the organic mass, the gas component, which also enters the gas tank, is also intensely “knocked out”.
  • the output pipe of the bioreactor is connected to the receiving capacity of the spent biomass, which, as it accumulates, is fed to the extraction unit of the pellet manufacturing module, utilizing the biocomplex waste, for example, into fertilizers, feed additives, etc.
  • the essence of the proposed solution is illustrated by the functional diagram of the device shown in FIG. 1., where the different lines show the movement paths of different products.
  • 1 is an indoor pond (greenhouse) or 2 is an open biopond for growing biomass, which is fed for processing to the biogas fuel production module - 20.
  • the additional module for producing pellets - 21 contains an extraction unit - 3, a granulator - 4, a packaging line - 5 and packaged pilots warehouse - 6.
  • the module for producing gaseous biofuel 20 includes a receiving hopper for energy pellets - 7, a chopper / cavitator - 8, a homogenizer - 9, a bioreactor - 10 with a receiving capacity of spent biomass 1 1 and a hydraulic mixing system 12, including a gas separator 13, and also a gas holder 14, equipped gas ignition system 15. Further, the gas can be supplied either to the gas boiler 16 of the consumer, or through the compressor 17 to the power generating device 18 (power unit).
  • FIG. 2 shows a diagram of a bioreactor 10 with a hydraulic mixing system 12, including a gas separator 13, with a gas outlet to the gas holder 14 and a pipe heating system 22.
  • water hyacinth (Eichornia), as one of the most effective of non-rooting macrophyte aquatic plants, is grown in a greenhouse (1) or in an open reservoir (2). Pools are shallow containers with a depth of up to 0.5 m. Outdoor pools (2) are used seasonally, greenhouse (1) are designed for year-round, if climate permits, operation, and are equipped with water heating, artificial lighting, climate control; feeding a nutrient solution. Bioponds 1 and 2 are also equipped with a system for collecting and transporting green biomass.
  • the amount of green biomass per day is determined by the production capacity of a particular complex. For intensive plant growth, certain conditions are necessary: water temperature + 24-28 * C, air temperature + 24-28 * C, humidity from 90%, intense lighting, balanced nutrition and a number of other parameters. When these conditions are created, an increase of 10 -12 kg of green mass per day can be obtained from one square meter of the water surface planted with water hyacinth. In open water bodies, the amount of biomass produced depends on climatic conditions and the nutrient medium. In the middle and southern strip from one hectare of water surface per season (four months), you can get 2.0 - 3.0 thousand tons of fresh green mass. These data allow us to calculate the useful surface for greenhouses.
  • Water hyacinth is perfectly stored and does not lose its nutritional qualities in a dry form, as well as in a fresh state in the form of dense rolls wrapped in plastic wrap. This allows you to grow, store and store surpluses of grown green biomass, compensating for the decrease in growth intensity in the winter, and also to grow water hyacinth in artificial and natural reservoirs in the spring-summer-autumn period, in an amount sufficient to ensure year-round operation of biogas complexes.
  • the water hyacinth collected in a greenhouse (1) or an open reservoir (2) is fed to a grinding device / cavitator (8), which is an electromechanical device that provides grinding of green mass to a predetermined fraction.
  • a grinding device / cavitator (8) which is an electromechanical device that provides grinding of green mass to a predetermined fraction.
  • the amount of biomass necessary for loading the bioreactor is collected, crushed and pumped (19) to the homogenizer (9).
  • the proposed solution of the complex creates opportunities for planning the smooth operation of the complex, taking into account the production capacity of each particular complex, climatic and other conditions for growing green mass, the properties of eichhornia, when excessively grown plant mass can be stored with the possibility of its use at any time if necessary.
  • the claimed complex provides for the possibility of supplying the green mass after its grinding to the extraction unit, for example, a press or centrifuge (3) of the pellet manufacturing module (21), where moisture is intensively removed from the plant.
  • the aqueous solution obtained at this stage is sent to the homogenizer (9) to bring the homogenized medium to the required humidity, and excess moisture is sent to the pools for growing plants (1, 2).
  • the solid fraction is fed to a granulator (4), with which tickets of a given size and density are made.
  • Tickets are either served on the packaging line for packing the pilots (5), which are stored in the warehouse (b), or are supplied to the receiving hopper (7), equipped with an automatic feeding system to the grinder / cavitator (8) for further use during anaerobic digestion in module (20).
  • the pellet manufacturing module (21) is also used for processing and spent biomass.
  • the feed line from the chopper (8) is closed and the feed from the receiving tank (1 1) is opened.
  • the further process of manufacturing pellets proceeds similarly to those described above, with the only difference that all products received go to the warehouse and are not reused in the biogas production process.
  • the choice of processing modes - either fresh ground mass, or spent biomass, the sequence and duration of each of the processes is determined by the regulations of the biocomplex.
  • Shredded live biomass or pellets (depending on the setting of this complex for a specific raw material) from the grinder (8) is fed to a homogenizer (E), which is an open container equipped with water (liquid) supply, heating and intensive mixing systems.
  • E a homogenizer
  • the moisture content of the feed to the reactor should be 85-95%.
  • water is dosed into the homogenizer.
  • the mixers When the desired humidity is reached, the mixers are turned on, intensively whipping the aquatic mass, bringing it to a homogeneous state.
  • the homogenized mass is heated to a working temperature and periodically, in small portions, is fed into the bioreactor (10).
  • the bioreactor digester (10) is made in the form of a soft reservoir, which is a sealed pillow shell made of composite elastomers with a polyurethane or polyvinyl chloride double-sided coating. These materials are characterized by high operational reliability, high barrier properties for vapors and gases, resistance to solar radiation and chemical reagents.
  • the soft reservoir is equipped with a pipe heating system 22 to maintain a predetermined temperature of the organic matter in the reactor.
  • the tank can be insulated, as well as have an additional external protective shell, as an option from the same material as the reactor, but other materials corresponding to the protective function are possible.
  • the prepared biomass in an oxygen-free environment, in the selected temperature regime, the prepared biomass is fermented. Methanobacteria are formed which in the process of life emit biogas.
  • a hydro-mixing system is used (12). Using a pump, biomass is taken in one part of the reactor and fed into the other, providing uniform and intense mixing.
  • mixing devices (12) depending on the volume of the bioreactor, to ensure high-quality mixing of the entire mass of organics. Periodic mixing of organics also contributes to the intensive release of biogas from the organic medium.
  • a gas separation device (13) is included in the hydraulic mixing system 12, which is a mechanical device through which organic mass is whipped, what leads to forced gas separation.
  • gas enters the gas tank (14) both from the upper part of the reactor (10) and from the gas separation device (13). It is possible to use a soft type gas holder used in the gas industry
  • the gas holder can be equipped with an automatic ignition torch burning system (15), which prevents the release of methane into the atmosphere.
  • biogas is possible as a gas in gas burners and boilers (16), for generating thermal energy for own needs and for third-party consumers, and also, as a raw material for electricity production, when biogas is supplied through a compressor (17), which creates the necessary work pressure on power generating devices ⁇ 8) (microturbines, electric gas generators, etc.).
  • This complex provides for periodic operation.
  • the periodic action is the daily loading of the bioreactor with a fresh portion of organic matter and the daily unloading of spent organic matter in an amount equal to the load.
  • Waste green organics can be realized as a high-quality organic fertilizer, as a feed additive in the diet in animal husbandry and poultry farming, or as a fuel saw for solid fuel boilers. Depending on the volume of products manufactured, the complex is equipped with filling and packaging equipment of appropriate capacity.
  • the pellet manufacturing module included in the biocomplex (21) has dual use in different phases of production, while the bioreactor can be operated with both fresh raw materials and pellets / granules from aqueous hyacinth.
  • the biogas complex is equipped with a control system (not shown in Fig.) For the operation of devices and actuators, as well as for the state of the media: organics and biogas.
  • the complex is equipped with a single process control panel, but has the ability to manually program and control actuators.
  • the gas part of the complex is also It provides for the installation of a gas dehydration system, a fire protection system and other devices that ensure safe operation.
  • one module (21) can serve several biogas complexes.
  • Water hyacinth tickets are convenient and compact in transportation, which makes it possible to economically grow water hyacinth in areas with the most favorable climatic conditions, reducing production costs.

Landscapes

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

Abstract

Изобретение относится к области биоэнергетики, а именно к устройствам и комплексам для производства биогаза методом анаэробного метанового сбраживания органического растительного сырья с дальнейшим использованием биогаза - метана для выработки энергии (тепла, электроэнергии), где в качестве основного сырья преимущественно используют водный гиацинт - эйхорнию. Биоэнергетический комплекс, включающий биопруд и модуль получения газообразного биотоплива, состоящий из измельчителя, гомогенизатора и биореактора, дополнен модулем изготовления пилет, с возможностью его работы в режиме изготовления пилет из выращенной в биопруду зеленой массы, или режиме изготовления пилет из отработанной в реакторе биомассы, который состоит из блока отжима, с возможностью регулируемого альтернативного входного соединения с выходом измельчителя или выходом приемной емкости отработанной биомассы, с патрубом отвода жидкости в гомогенизатор модуля получения газообразного биотоплива или биопруд, с выходом твердой фракции через гранулятор на линию упаковки двух видов пилет, предназначенных для складирования. В режиме работы изготовления пилет из выращенной в биопруду зеленой массы, выход гранулятора также может быть соединен с приемным бункером измельчителя модуля получения газообразного биотоплива. Метантенк биоректора выполнен в виде мягкого резервуара с трубной системой нагрева и соединен патрубками с системой гидроперемешивания, с возможностью циркуляции органической массы, обеспечиваемой перемешивающим насосом. Такое решение обеспечивает более глубокую дегазацию органической массы, увеличивающую выход биогаза, что повышает рентабельность биогазовых установок при производстве электроэнергии в диапазоне малой мощности от 10 кВт/час до 500 кВт/час, а также расширяет функциональные возможности комплекса, поскольку дополнительно обеспечивает получение гранулированного биотоплива и товарной продукции из отработанной биомассы, что определяет мобильность и гарантированную работоспособность комплекса в любых климатических условиях.

Description

БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
Изобретение относится к области биоэнергетики, а именно к устройствам и комплексам для производства биогаза методом анаэробного метанового сбраживания органического растительного сырья с дальнейшим использованием биогаза - метана для выработки энергии (тепла, электроэнергии), где в качестве основного сырья используют растение эйхорнию.
Из уровня техники известно использование органического растительного . сырья для получения биотоплива, например, отходов древесины, рапсового масла, биомассы сорго, галеги восточной, отходы другой растительной продукции. Основным недостатком этого вида сырья является необходимость использование значительных площадей с высококачественными почвами для выращивания растений и климатический фактор.
Известно использование водного гиацинта - эйхорнии в качестве основного элемента для получения биотоплива в сочетании с очисткой сточных вод от различных загрязнителей: нефтепродуктов, фенола, фосфатов, сульфатов, аминов, поверхностно-активных веществ, жиров и др. Это растение имеет чрезвычайно высокую способность к размножению. Один гектар водной поверхности, размещающий эйхорнию, экономит до 8 -10 га земли.
Известны различные устройства для получения биогаза, который может быть использован для получения электроэнергии.
Например, биоэнергетическая установка по патенту РФ N22284967 (публ.
10.10.2006), для переработки органических отходов сельскохозяйственного производства в анаэробных условиях. Биоэнергетическая установка содержит метантенк с водяной рубашкой, теплоизоляцией, мешалкой, загрузочным и выгрузочным патрубками, трубопроводы подачи биогаза и газгольдер. Установка снабжена гелиоколлектором, электроводонагревателем и двигателем Стирлинга в виде термомеханического генератора с расположенной со стороны днища двигателя биогазовой горелкой, которая соединена с трубопроводом для подачи биогаза из газгольдера В двигателе Стирлинга тепловая энергия сжигаемого в биогазовой горелке биогаза преобразовывается в электрическую энергию и используется для обогрева сбраживаемой в метантенке биомассы до необходимой температуры и обеспечения непрерывной работы системы в периоды отсутствия поступления солнечного излучения. Изобретение обеспечивает автономное энергоснабжение локальных потребителей в сельской местности с комбинированным использованием энергии солнечного излучения и энергии биомассы.
В данном патенте предусматривается сжигание газа для преобразовании тепловой энергии в электрическую, которая используется для нагрева теплоносителя в метантенке. Происходит тройное преобразование энергии: сжигание биогаза для работы/нагрева рабочего тела двигателя Стирлинга, преобразования тепловой энергии в механическую, в крутящийся момент вала, который, в свою очередь, раскручивает ротор электрогенератора, вырабатывающего электроэнергию. Данная цепочка преобразований приводит к потере кпд. На текущий момент производимые двигатели Стирлинга не имеют большой мощности, так как не имеют эффективного технического решения, кроме того, эффективное применение гелиоколлектора возможно только в районах с достаточной солнечной активностью.
Известна биогазовая установка по патенту РФ N°2404240 (публ. 20.11.2010). Установка включает реактор, содержащий три концентрично расположенные цилиндрические секции: наружную для проведения мезофильной стадии анаэробного сбраживания биомассы, среднюю для промежуточной стадии и центральную для термофильной стадии анаэробного сбраживания, трубопровод подачи исходной биомассы в наружную секцию, трубопровод отвода полученного удобрения из нижней части центральной секции и систему отбора биогаза из секций. Наружная и средняя секции сообщаются в нижней части, а средняя и центральная - в верхней части. Центральная секция снабжена теплообменником для нагревания сбраживаемой массы. Наружная секция содержит перемешивающее устройство в виде крыльчатки. Конструкция биогазовой установки обеспечивает высокую степень разложения биологических отходов и достаточно высокую производительность по биогазу.
Недостатками известного решения являются. Отсутствие нагревательной системы в наружной секции, что не позволит удержать процесс ферментации в мезофильной стадии, т.е. добиться стабильной температуры +39*С - +42*С, при функционально неоправданной роли средней секции, т.к. процесс не имеет промежуточных стадий. Установка перемешивающего устройства только в одной (наружной) из трех секций приведет к расслаиванию субстрата в центральной секции за счет нагрева до +55*С (термофильный режим) и интенсивного коркообразования на поверхности субстрата, что приведет к резкому снижению выхода биогаза и снижению скорости протекания самого процесса метанового брожения. Кроме того, известная конструкция металлоемка и не пригодна для переработки больших суточных(от 10 тонн сутки и выше) объемов органического сырья.
Известен биореактор по патенту ΡΦΝ22430153 (публ. 27.09.201 1 ) для ферментативной переработки отходов растительного и животного происхождения, стеблей растений, навоза животных и птицы, сточных вод для получения биогаза и получения органического экологически чистого удобрения. Биореактор содержит корпус с патрубками для подачи перерабатываемой биомассы (исходного субстрата), слива готового удобрения, отвода биогаза, размещенную в центре корпуса циркуляционную трубу и расположенную под ней равномерно перфорированную трубу в виде вертикальной спирали, витки которой образуют конус, обращенный основанием вверх. Диаметр верхнего витка спирали равен внутреннему диаметру циркуляционной трубы и расположен на уровне нижнего среза этой трубы. Циркуляционная труба выполнена в виде цилиндрической емкости, состоящей из двух труб различного диаметра, пространство между которыми заполнено подогреваемой водой для подогрева биомассы. Патрубки для подачи биомассы и слива готового удобрения размещены на противоположных сторонах корпуса, причем патрубок подачи расположен в верхней части корпуса, а патрубок слива - в нижней. Изобретение позволяет повысить интенсивность, стабильность и полноту биохимических процессов в биореакторе за счет равномерного перемешивания биомассы и распределения температуры по всему объему биореактора.
К недостаткам данного решения следует отнести сложную систему перемешивания и металлоемкую неэффективную конструкцию. Кроме того, принцип конструкции труба в трубе, пространство между которыми заполнено теплоносителем для подогрева биомассы, не обеспечит равномерности температуры по всей поверхности, а тем более в глубине самого реактора. В то время как температурная стабильнось процесса метанового сбраживания - один из важнейших факторов получения биогаза.
Наиболее близким, по мнению заявителя, является биоэнергетический комплекс «БИОЧЕК» по патенту РФ N°95567 (публ. 10.07.2010), который предполагает не только биологическую переработку отходов, но и одновременное получение электро- и тепловой энергии, достаточной не только для автономной работы комплекса, но и ее передачи внешнему потребителю, с использованием эйхорнии вне зависимости от климатической зоны и температуры окружающей среды. Известный комплекс включает модуль подготовки отходов (очистных сооружений для гидроботанической переработки отходов водной растительностью, в том числе сточных вод и/или иловых отложений), модуль получения газообразного биотоплива (биогаза) с которым последовательно соединены компрессор, газгольдер и энергоблок. При этом модуль очистных сооружений содержит, по крайней мере, один отстойник и, по крайней мере, один биопруд, поверхность которого заселена свободно плавающими неукореняющимися высшими водными растениями - макрофитами (ВВР), например водным гиацинтом (Эйхорнией). Для того, чтобы создать тепличные условия для интенсивного развития и роста массы эйхорнии, модуль подготовки отходов, в частности, биопруды, размещены в крытом помещении вместе с метантенками модуля получения биогаза, которые разогреваются в процессе метанообразования до температуры 78-80ооС, что вполне достаточно для отопления помещения и создания нужной температуры. Собранная биомасса эйхорнии подается в измельчитель, далее, в гомогенизатор, куда также поступает активный ил из отстойников. После перемешивания в гомогенизаторе ила и других отходов с измельченной биомассой эйхорния, предпочтительно в массовом соотношении 1 :1 , смесь поступает в метантенки модуля производства биогаза- метана. В метантенках благодаря уникальным свойствам эйхорнии как симбионта бактерий метанообразования происходит интенсивный процесс образования и накапливания метана, который сопровождается спонтанным саморазогревом смеси отходов и измельченной массы эйхорнии до температуры от 70 до 90°С. Произведенный метан посредством компрессора перекачивается в газгольдер, где накапливается с последующим поступлением на вход газотурбинной теплоэлектростанции. При этом выработанная электроэнергия обеспечивает как внутреннее электропотребление комплекса, в том числе работу измельчителя, гомогенизатора, систему освещения и вентиляции и др., а также достаточна для снабжения внешних электроустановок. При этом, не смотря на то, что как основной источник тепла для создания тепличных условий комплекса используется метантенк, в качестве резервного теплоснабжение, например, при значительном понижении температуры окружающей среды или в высоких широтах с суровым климатом также может использоваться тепловая энергия с выхода газотурбинной теплоэлектростанции.
Одним из недостатков известных решения является совмещение функций, выполняемых эйхорнией по очистке стоков и выработки биогаза. При декларируемой «всеядности» эйхорнии, существуют ограничения в концентрации отдельных химических соединений в среде обитания растения, превышение которых приводит к угнетению роста или полной гибели последнего. Применение эйхорнии в очистке промстоков от ионов тяжелых металлов, других токсичных элементов и их накоплении в растении является положительным фактором с точки зрения технологии очистки данных стоков, но использование данной зеленой массы в биогазовых установках невозможно, так как эти утилизированные элементы являются ингибиторами процесса анаэробного метанового брожения
Биоэнергетический комплекс «БИОЧЕК», в частности, предусматривает применение в качестве исходного сырья смесь в пропорции 1 :1 ила очистных сооружений и/или навозных стоков и/или фекальных вод с эйхорнией, но такое сочетание не является рациональным, а в некоторых вариантах не будет и рабочим. Каждая органика имеет свой временной период ферментации (например, коровий навоз 25 дней, а силосная кукуруза 40 дней) Использование подобных сочетаний не позволяет рационально использовать биоустановку. Отдельные виды органики (птичий помет, свиной навоз и др.) для применения в процессе анаэробного метанового сбраживания требуют предварительной обработки, иначе концентрация и наличие отдельных компонентов (например, аммиака) в исходном состоянии делают невозможным жизнедеятельность метанобразующих бактерий. Кроме того, в стоках очистных сооружений присутствуют нефтяные включения и элементы бытовой химии, что так же негативно сказывается на процессе метанообразования.
Поэтому заявляемое решение не предусматривает одновременную очистку стоков, а допускает применение смеси только с «родственной» органикой. Например, сочетание эйхорнии с зеленой массой тепличных комплексов (огурцы, томаты и т.п.)
Кроме того, авторами комплекса «Биочек» утверждается, что метанообразование в реакторе сопровождается самопроизвольным разогревом смеси отходов и измельченной эйхорнии до 70-90° С, при этом тепло используется для обогрева внутреннего пространства. Действительно, большое количество легко перерабатываемого субстрата, каковым является растительная масса, приводит к необратимым реакциям окисления с соответствующим выделением тепла. Но саморазогрев субстрата способствует снижению затрат на нагрев и поддержание стабильного температурного режима непосредственно в биореакторе, но никак не может быть одновременно источником тепловой энергии для нагрева еще и других сред: воздуха и воды в теплице. Кроме того, утверждение, что комплекс «Биочек» способен работать при температуре в реакторе 78-80°С, поскольку использует метанобактерии, которые способны жить и работать в этом температурном режиме (экстремальные термофилы), и при этом использовать выделенное тепло для внешнего обогрева противоречат теории и практики процесса метанообразования, поскольку известно, что любой «классический» режим метанового сбраживания: мезофильный (+39° - +42°С), термофильный (+53° - +55°С), иные режимы, имеют строгие температурные рамки для протекания процесса метанообразования. Несоблюдения термостабилизации в заданных рамках приводит к срыву процесса метанообразования и гибели метанобразующих бактерий данного вида. Что позволяет говорить о том, что описанное в патенте решение, частности отбор теплоты с поверхности реактора и использование ее для обогрева внутреннего пространства теплицы, водоема для выращивания эйхорнии, и температурный режим не совместимы с работоспособностью биореактора и комплекса в целом.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое техническое решение является более глубокая дегазация органической массы, что повышает выход биогаза, способствуя повышению рентабельности биогазовых установок при производстве электроэнергии в диапазоне малой мощности от 10 кВт/час до 500 кВт/час, а также расширение функциональных возможностей комплекса в результате получения гранулированного биотоплива и товарной продукции из отработанной биомассы, при обеспечении мобильности и гарантированной работоспособности комплекса в любых климатических условиях.
Данный технический результат достигается тем, что в биоэнергетическом комплексе, включающем биопруд и модуль получения газообразного биотоплива, в рамках которого патрубками подачи биомассы последовательно соединены измельчитель, гомогенизатор и биореактор, состоящий из, по меньшей мере, одного метантенка, газовый выход которого через газгольдер и компрессор соединен с энергоблоком, выход отработанной биомассы биореактора снабжен приемной емкостью, при этом комплекс дополнен модулем изготовления пилет, с возможностью его работы в режиме изготовления пилет из выращенной в биопруду зеленой массы, например, эйхорнии, или режиме изготовления пилет из отработанной в реакторе биомассы, состоящий из блока отжима, с возможностью регулируемого альтернативного входного соединения с выходом измельчителя или выходом приемной емкости отработанной биомассы, при этом патрубок отвода жидкости блока отжима соединен с возможностью регулировки подачи жидкости с гомогенизатором модуля получения газообразного биотоплива или биопрудом, а выход твердой фракции соединен с гранулятором, выход которого соединен с линией упаковки двух видов пилет, предназначенных для складирования, при этом в режиме работы изготовления пилет из выращенной в биопруду зеленой массы, выход гранулятора также может быть соединен с приемным бункером измельчителя модуля получения газообразного биотоплива.
Таким образом, предварительно измельченные пилеты могут использоваться и в качестве необходимой сырьевой добавки к растительной зеленой массе, и в качестве основного сырья, например, в зимний период, когда невозможно выращивание зеленой растительной массы в открытом или крытом биопруде. Что позволяет использовать биокомплекс в любых климатических условиях, а легкость транспортировки пилет позволяет использовать их в качестве биотоплива в биоэнергетических установках других производителей.
Кроме этого данный модуль реализует дополнительную функцию комплекса, обеспечивая утилизацию отработанной в биореакторе растительной массы. Поскольку отработанная зеленая органика сохраняет свойства высококачественного органического удобрения или кормовой добавки, пилеты из отработанной органики могут быть использованы в сельском хозяйстве, в животноводстве и птицеводстве. Кроме того, такие пилеты могут использоваться и как топливные элементы для твердотопливных котлов.
Технический результат - глубокая дегазация органической массы достигается использованием в комплексе заявляемой конструкцией биореактора, где метантенк соединен патрубками с системой гидроперемешивания, с возможностью циркуляции органической массы, обеспечиваемой перемешивающим насосом, при этом система гидроперемешивания имеет газовый выход, соединенный через сепаратор газа с газгольдером, при этом в качестве герметичных емкостей метантенков используются мягкие резервуары с трубной системой нагрева, что позволяет существенно снизить строительные расходы на монтаж биокомплекса, повышает транспортную мобильность доставки, сокращает сроки ввода в эксплуатацию. Предлагаемое решение обеспечивает интенсивное принудительное выделения биогаза из органической массы, поскольку наряду с выходом газа из верхнего пузыря, скопившегося в метантенке газа, при прохождении газового сепаратора из органической массы дополнительно интенсивно «выбивается» газовая составляющая, которая также поступает в газгольдер. При этом выходной патрубок биореактора соединен с приемной емкостью отработанной биомассы, которая по мере накопления подается на блок отжима модуля изготовления пилет, утилизируя отходы биокомплекса, например, в удобрения, кормовые добавки и т.д.
Сущность предлагаемого решения поясняется функциональной схемой устройства, показанной на Фиг. 1., где различными линиями показаны пути движения разных продуктов. Где 1- крытый водоем (теплица) или 2- открытый биопруд для выращивания биомассы, которая подается на переработку в модуль получения биогазового топлива - 20. Дополнительный модуль изготовления пилет - 21 содержит блок отжима - 3, гранулятор - 4, упаковочную линия - 5 и склад упакованных пилет - 6. Модуль получения газообразного биотоплива 20 включает приемный бункер для энергетических пилет - 7, измельчитель/кавитатор - 8, гомогенизатор - 9, биореактор - 10 с приемной емкостью отработанной биомассы 1 1 и системой гидроперемешивания 12, включающую сепаратор газа 13, а также газгольдер 14, снабженный системой поджига газа 15. Далее газ может подаваться либо на газовый котел 16 потребителя, либо через компрессор 17 на электрогенерирующее устройство 18 (энергоблок).
На фиг.2 показана схема биореактора 10 с системой гидроперемешивания 12, включающей сепаратор газа 13, с газовым выходом на газгольдер 14 и трубной системой нагрева 22. Где, 23 - входной патрубок подачи биомассы из гомогенизатора - 9; 24 и 25- регулируемые заглушками вход и выход соединительных патрубков биореактора и системы гидроперемешивания, 28- перемешивающий насос, 27 - датчик давления; 26 - датчик температуры; 29 - выход отработанной биомассы из реактора в приемную емкость 1 1.
Биогазовый комплекс работает следующим образом.
Преимущественно, водный гиацинт (Эйхорния), как один из наиболее эффективных из неукореняющихся водных растений-макрофитов, выращивается в теплице(1) или в открытом водоеме(2). Бассейны представляют собой неглубокие емкости глубиной до 0.5 м. Открытые бассейны(2) применяются сезонно, тепличные(1 ) предназначены для круглогодичной, если позволяет климат, эксплуатации, и оборудованы системами подогрева воды, искусственного освещения, климатконтроля; подачи питательного раствора. Биопруды 1 и 2 также оборудованы системой сбора и транспортировки зеленой биомассы.
Количество зеленой биомассы в сутки, обеспечивающей бесперебойную работу биогазового реактора, определяется производственной мощностью конкретного комплекса. Для интенсивного роста растения необходимы определенные условия: температура воды + 24-28*С, температура воздуха + 24-28*С, влажность от 90%, интенсивное освещение, сбалансированное питание и ряд других параметров. При создании данных условий, с одного квадратного метра водной поверхности засаженного водным гиацинтом можно получать прирост 10 -12 кг зеленой массы в сутки. В открытых водоемах количество произведенной биомассы зависит от климатических условий и питательной среды. В условиях средней и южной полосы с одного гектара водной поверхности за сезон (четыре месяца) можно получить 2.0 - 3.0 тысячи тонн свежей зеленой массы. Эти данные позволяют произвести расчеты полезной поверхности для тепличных хозяйств. Водный гиацинт прекрасно хранится и не теряет своих питательных качеств в сухом виде, а также в свежем состоянии в виде плотных рулонов, обернутых в полиэтиленовую пленку. Это позволяет выращивать, хранить и складировать излишки выращенной зеленой биомассы, компенсируя спад интенсивности роста в зимний период, а также выращивать водный гиацинт в искусственных и естественных водоемах в весенне-летне-осенний период, в объеме достаточном для обеспечения круглогодичной эксплуатации биогазовых комплексов.
Собранный в теплице(1 ) или открытом водоеме (2) водный гиацинт подается на измельчительное устройство/кавитатор (8), которое представляет собой электромеханические устройство, обеспечивающие измельчение зеленой массы до заданной фракции. В известном способе получения биогаза необходимое для загрузки биореактора количество биомассы собирается, измельчается и подается насосом (19) в гомогенизатор (9). В предлагаемом решении комплекса, создаются возможности планирования бесперебойной работы комплекса, учитывающие производственную мощностью каждого конкретного комплекса, климатические и другие условия выращивания зеленой массы, свойства эйхорнии, когда избыточно выращенная масса растений может сохраняться с возможностью ее использования при необходимости в любое время. Для чего заявляемый комплекс предусматривает возможность подачи зеленой массы после ее измельчения на блок отжима, например, пресс или центрифугу (3) модуля изготовления пилет (21), где происходит интенсивное удаление влаги из растения. Водный раствор, полученный на этом этапе, направляется в гомогенизатор (9) для доведения гомогенизируемой среды до необходимой влажности, а избыток влаги направляется в бассейны для выращивания растений (1 ,2). Твердая фракция подается на гранулятор (4), с помощью которого изготавливаются пилеты заданного размера и плотности. Пилеты или подаются на упаковочную линию для упаковки пилет (5), которые поступают на хранение на склад(б), или в необходимом объеме поступают в приемный бункер (7), оборудованный автоматической системой подачи их в измельчитель/кавитатор(8) для дальнейшего использования в процессе анаэробного сбраживания в модуле (20). Модуль изготовления пилет (21 ) также используется для переработки и отработанной биомассы. Путем переключения в соответствующие положения задвижек (на фиг. не показаны), установленных на входе подачи в блок отжима, перекрывается подающая линия от измельчителя (8) и открывается подача от приемной емкости (1 1 ). Дальнейший процесс изготовления пилет протекает аналогично с выше описанным, с единственным отличием, что вся полученная продукция поступает на склад и не используется повторно в процессе биогазового производства. Выбор режимов переработки - или свежей измельченной массы, или отработанной биомассы, очередность и длительность каждого из процессов определяется регламентом работы биокомплекса.
Измельченная живая биомасса или пилеты (в зависимости от настройки данного комплекса на конкретное сырье) из измельчиталя (8) подается в гомогенизатор(Э), который представляет собой открытую емкость, оборудованную системами подачи воды (жидкости), подогрева и интенсивного перемешивания. Для процесса метанового сбраживания, влажность подаваемого в реактор сырья должна быть 85-95%. В зависимости от используемого сырья (свежая масса или пилеты), в гомогенизатор дозировано подается вода. При достижении заданной влажности, включаются миксеры, интенсивно взбивающие водно-растительную массу, доводя ее до однородного состояния. Гомогенизированная масса нагревается до рабочей температура и периодически, небольшими порциями, подается в биореактор (10). Метантенк биореактора (10) выполнен в виде мягкого резервуара, представляющего собой герметичную оболочку подушечной формы из композитных эластомеров с полиуретановым или поливинилхлоридным двусторонним покрытием. Данные материалы отличаются высокой эксплуатационной надежностью, высокими барьерными свойствами для паров и газов, стойкостью к солнечной радиации и химическим реагентам. Снаружи мягкий резервуар оборудован трубной системой нагрева 22 для поддержания заданной температуры органической массы в реакторе. Для уменьшения теплопотерь, резервуар может быть утеплен, а так же иметь дополнительную внешнюю защитную оболочку, как вариант из того же материала что и реактор, но возможны и другие материалы отвечающие защитной функции.
В биореакторе(10), в бескислородной среде, в выбранном температурном режиме происходит ферментация подготовленной биомассы. Образуются метанобактерии которые в процессе жизнедеятельности выделяют биогаз. Для интенсификации процесса ферментации и поддержания состояния однородности среды, применяется система гидроперемешивания(12). С помощью насоса, биомасса забирается в одной части реактора и подается в другую, обеспечивая равномерное и интенсивное перемешивание. Перемешивающих устройств (12) может быть несколько, в зависимости от объема биореактора, для обеспечения качественного перемешивания всей массы органики. Периодическое перемешивание органики, также способствует интенсивному выделению биогаза из органической среды. Поскольку биогаз - это продукт распада жизнедеятельности метанобактерий, для более интенсивного его удаления и обеспечения наиболее благоприятных условий для развития метанобактерий, в систему гидравлического перемешивания 12 включено устройство сепарации газа(13), представляющее собой механическое устройство, при прохождении через которое, органическая масса взбивается, что приводит к принудительному отделению газа. Таким образом, в предлагаемом решении газ поступает в газгольдер (14) как из верхней части реактора (10), так и из устройства сепарации газа (13). Возможно применение газгольдера мягкого типа, используемого в газодобывающей промышленности
В целях обеспечения безопасности, в ситуации превышения объема поступающего биогаза газгольдер может быть оборудован системой автоматического поджига сжигающего факела(15), предотвращающего выброс метана в атмосферу.
Дальнейшее использование биогаза возможно как виде газа в газовых горелках и котлах(16), для выработки тепловой энергии для собственных нужд и для сторонних потребителей, а также, к качестве сырья для производства электроэнергии, при подаче биогаза через компрессор(17), создающий необходимое для работы давление, на электрогенерирующие устройства^ 8) (микротурбины, электрогазогенераторы и т.д.).
Данный комплекс предусматривает работу в режиме периодического действия. Периодическое действие это ежесуточная загрузка биореактора свежей порцией органической массы и ежесуточная выгрузка отработанной органической массы в объеме равной загрузке.
Отработанная органика поступает в приемную емкость(1 1 ) для временного хранения. По мере наполнения приемной емкости(1 1 ) отработанной органикой, последняя насосом подается на пресс/центрифугу(3), затем на гранулятор(4), упаковочную линию(5) и на склад(б). Отработанная зеленая органика может быть реализована как высококачественное органическое удобрение, как кормовая добавка в рацион питания в животноводстве и птицеводстве или как топливная пилета для твердотопливных котлов. В зависимости от объема выпускаемой продукции, комплекс оснащается фасовочно-упаковочным оборудованием соответствующей производительности.
Т.е. включенный в состав биокомплекса модуль изготовления пилет (21) имеет двойное использование в разных фазах производства, при этом предусмотрена возможность работы биореактора как со свежим сырьем, так и с пилетами/гранулами из водного гиацинта.
Биогазовый комплекс оборудован системой контроля ( на фиг. не показана) за работой приборов и исполнительных механизмов, а также за состоянием сред: органики и биогаза. Комплекс оборудован единым пультом управления технологическим процессом, но имеет возможность ручного программирования и управления исполнительных устройств. Газовая часть комплекса также предусматривает установку системы осушки газа, системы огнезащиты и других приборов, обеспечивающих безопасную эксплуатацию.
Таким образом, заявляемый комплекс обеспечивает
• рентабельное производство с повышенным выходом биогаза, с целью получения - электро- и тепловой энергии;
• производство удобрений, кормовых добавок, топливных пилет/брикетов для твердотопливных котлов и каминов из отработанной, после анаэробного сбраживания, органики;
• при этом он не привязан технически к очистным сооружениям с позиции месторасположения и среды обитания/выращивания водного гиацинта.
• при экономической обоснованности (малые затраты на перевозку пилет или гранулята), один модуль (21 ) может обслуживать нескольких биогазовых комплексов.
• пилеты из водного гиацинта удобны и компактны в транспортировке, что позволяет экономически обоснованно выращивать водный гиацинт в районах с наиболее благоприятными климатическими условиями, снижая производственные издержки.
• полная утилизация отходов биогазового производства обеспечивает высокую экологическую безопасность биокомплекса.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Биоэнергетический комплекс, включающий биопруд и модуль получения газообразного биотоплива, с последовательно соединенными патрубками подачи биомассы, измельчителем, гомогенизатором и биореактором, состоящим из, по меньшей мере, одного метантенка, газовый выход которого через газгольдер и компрессор соединен с энергоблоком, отличающиймя тем, что измельчитель снабжен приемным бункером, а выход отработанной биомассы биореактора снабжен приемной емкостью, при этом комплекс дополнен модулем изготовления пилет, с возможностью его работы в режиме изготовления пилет из выращенной в биопруду зеленой растительной массы или в режиме изготовления пилет из биомассы, отработанной в реакторе, состоящий из блока отжима, с возможностью регулируемого альтернативного входного соединения с выходом измельчителя или выходом приемной емкости отработанной биомассы, при этом патрубок отвода жидкости блока отжима соединен с возможностью регулировки с гомогенизатором модуля получения газообразного биотоплива или биопрудом, а выход твердой фракции соединен с гранулятором, выход которого соединен с линией упаковки двух видов пилет, предназначенных для складирования.
2. Биоэнергетический комплекс по п. 1 отличающийся тем, что в режиме работы изготовления пилет из выращенной в биопруду зеленой растительной массы, выход гранулятора также может быть соединен с приемным бункером измельчителя модуля получения газообразного биотоплива.
3. Биоэнергетический комплекс по п1 , отличающийся тем, что в качестве выращиваемой в биопруду зеленой растительной массы используется эйхорния.
4. Биоэнергетический комплекс по п1 , отличающийся тем, что в качестве блока отжима используется пресс.
5. Биоэнергетический комплекс по п1 , отличающийся тем, что в качестве блока отжима используется центрифуга
6. Биоэнергетический комплекс по п. 1 , отличающийся тем, что используется газгольдер мягкого типа.
7. Биоэнергетический комплекс по п. 1 , отличающийся тем, что газгольдер оборудован системой автоматического поджига сжигающего факела.
8. Модуль получения газообразного биотоплива биоэнергетического комплекса, состоящий из последовательно соединенных измельчителя биомассы, гомогенизатора, и биореактора, включающего, один или более метантенков, газовый выход которого через газгольдер и компрессор соединен с энергоблоком, отличающийся тем, что в качестве герметичных емкостей метантенков используются мягкие резервуары, при этом метантенк соединен патрубками с системой гидроперемешивания, с возможностью циркуляции органической массы, обеспечиваемой перемешивающим насосом, при этом система гидроперемешивания имеет газовый выход, соединенный через сепаратор газа с газгольдером.
9. Модуль получения газообразного биотоплива биоэнергетического комплекса по п. 8, отличающийся тем, что мягкие резервуары оснащены трубной системой нагрева.
10. Модуль получения газообразного биотоплива биоэнергетического комплекса по п. 8, отличающийся тем, что мягкие резервуары выполнены из композитных эластомеров с полиуретановым или поливинилхлоридным двусторонним покрытием.
1 1. Модуль получения газообразного биотоплива биоэнергетического комплекса по п. 8, отличающийся тем, что мягкие резервуары для уменьшения теплопотерь, выполнены утепленными.
12. Модуль получения газообразного биотоплива биоэнергетического комплекса по п. 8, отличающийся тем, что мягкие резервуары имеют дополнительную внешнюю защитную оболочку из материала резервуара.
PCT/RU2013/000963 2012-10-29 2013-10-29 Биоэнергетический комплекс WO2014092602A2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA201500477A EA201500477A1 (ru) 2012-10-29 2013-10-29 Биоэнергетический комплекс получения биогаза и гранулированного биотоплива

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012145945/10A RU2545737C2 (ru) 2012-10-29 2012-10-29 Биоэнергетический комплекс получения биогаза и гранулированного биотоплива
RU2012145945 2012-10-29

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2014092602A2 true WO2014092602A2 (ru) 2014-06-19
WO2014092602A3 WO2014092602A3 (ru) 2014-08-07

Family

ID=50629210

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2013/000963 WO2014092602A2 (ru) 2012-10-29 2013-10-29 Биоэнергетический комплекс

Country Status (3)

Country Link
EA (1) EA201500477A1 (ru)
RU (1) RU2545737C2 (ru)
WO (1) WO2014092602A2 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107129928A (zh) * 2017-07-05 2017-09-05 陕西理工大学 一种多能源互补的冷热沼气联供系统
RU2678673C1 (ru) * 2017-09-18 2019-01-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный аграрный университет имени А.А. Ежевского" Установка для анаэробного сбраживания

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106121809A (zh) * 2016-06-24 2016-11-16 国网安徽省电力公司黄山供电公司 一种基于生物质发电的电网系统发电站
RU2647762C1 (ru) * 2017-04-20 2018-03-19 Сергей Евгеньевич Угловский Установка для выработки тепловой энергии

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2040515C1 (ru) * 1993-04-06 1995-07-25 149-й Механический завод Министерства обороны РФ Установка для обезвреживания и приготовления удобрений из органических отходов
RU2221761C1 (ru) * 2002-08-12 2004-01-20 Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия Способ получения комплексного органоминерального удобрения из отходов солодки голой и технологическая линия для его осуществления
RU49524U1 (ru) * 2005-06-14 2005-11-27 Айдын Мамед оглы Эфендиев Промышленная установка для переработки органических отходов на биогумус и биогаз
RU84844U1 (ru) * 2009-03-25 2009-07-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Азовский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства" Установка для переработки макрофитов
RU95567U1 (ru) * 2010-01-18 2010-07-10 Общество с ограниченной ответственностью "Черноморская Энергетическая Компания" Биоэнергетический комплекс "биочэк" для утилизации отходов

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
UA93788C2 (ru) * 2009-11-19 2011-03-10 Максим Дмитриевич Мельничук Установка для производства биогаза и органических удобрений при сбраживании многокомпонентного субстрата

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2040515C1 (ru) * 1993-04-06 1995-07-25 149-й Механический завод Министерства обороны РФ Установка для обезвреживания и приготовления удобрений из органических отходов
RU2221761C1 (ru) * 2002-08-12 2004-01-20 Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия Способ получения комплексного органоминерального удобрения из отходов солодки голой и технологическая линия для его осуществления
RU49524U1 (ru) * 2005-06-14 2005-11-27 Айдын Мамед оглы Эфендиев Промышленная установка для переработки органических отходов на биогумус и биогаз
RU84844U1 (ru) * 2009-03-25 2009-07-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Азовский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства" Установка для переработки макрофитов
RU95567U1 (ru) * 2010-01-18 2010-07-10 Общество с ограниченной ответственностью "Черноморская Энергетическая Компания" Биоэнергетический комплекс "биочэк" для утилизации отходов

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GORBUNOV F.K. ET AL.: 'Sozdanie kompozitov na osnove penopoliuretana i keramicheskikh chastits. Scientific research and their practical application.' MODEM STATE AND WAYS OF DEVELOPMENT 2012, *
KHOIYANGBAM R.S: 'Biogas Technology: Towards sustainable development.' THE ENERGY AND RESOURCES INSTITUTE 2011, *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107129928A (zh) * 2017-07-05 2017-09-05 陕西理工大学 一种多能源互补的冷热沼气联供系统
RU2678673C1 (ru) * 2017-09-18 2019-01-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный аграрный университет имени А.А. Ежевского" Установка для анаэробного сбраживания

Also Published As

Publication number Publication date
RU2545737C2 (ru) 2015-04-10
EA201500477A1 (ru) 2016-02-29
RU2012145945A (ru) 2014-05-10
WO2014092602A3 (ru) 2014-08-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2684594C2 (ru) Установка для переработки и использования жидких отходов животного происхождения, включая метанизацию, культивирование микроскопических водорослей и макрофитов и вермикультивирование
US20120208254A1 (en) Biorefinery system, components therefor, methods of use, and products derived therefrom
Ošlaj et al. Biogas as a renewable energy source
RU2545737C2 (ru) Биоэнергетический комплекс получения биогаза и гранулированного биотоплива
US20170354086A1 (en) System and method for anaerobic digestion of animal wastes
Ghosh et al. A review study on anaerobic digesters with an Insight to biogas production
Hidayati et al. Technical and technology aspect assessment of biogas agroindustry from cow manure: case study on cattle livestock industry in South Lampung District
Muxtoraliyevich BIOGAS IS AN ALTERNATIVE ENERGY SOURCE
Afazeli et al. Investigation yield and energy balances for biogas production from cow and poultry manure
CN201006869Y (zh) 利用生态废料产生燃气的斜坡管式装置
Bates Biogas
RU95567U1 (ru) Биоэнергетический комплекс "биочэк" для утилизации отходов
US11304358B2 (en) System and method for anaerobic digestion of animal wastes
Zhu Nutrient dynamics and bioresource recovery in novel zero-waste multi-loop aquaponic systems
RU2646873C1 (ru) Способ получения биогаза и удобрений из отходов свиноводческих стоков с вертикальной цилиндрической емкостью
CN202808792U (zh) 一种循环利用系统
Ogur et al. Design of a biogas generator
KR20110095989A (ko) 미세조류 급속배양방법 및 환경변이 지질화장치
Culhane et al. Biogas Digester
Okolotu FABRICATION OF BIOGAS DIGESTER AND PRODUCTION OF FUEL FROM ANIMAL DROPPINGS USING HIGH-DENSITY POLYETHYLENE AND POLYVINYL CHLORIDE
WO2000006693A1 (en) A digester
Deng et al. Biogas Plant
CN208167002U (zh) 一种家用节能高效的生物质能利用设备
Bukhmirov et al. Increase Methane Emission of Biogas Plant Using Combined Charging Raw Materials
Sözer et al. Methane production from tomatoes wastes via co-fermentation.

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201500477

Country of ref document: EA

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13861913

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2