БИОГАЗОВАЯ УСТАНОВКА
BIOGAS UNIT

Предлагаемое изобретение относится к сельскому хозяйству, предназначено для анаэробного сбраживания органических отходов сельскохозяйственного производства с целью получения биогаза и органического экологически чистого удобрения.
Известен биореактор, содержащий герметичный вертикальный цилиндрический резервуар, установленный на опорах. Резервуар имеет сферический купол и конусное днище, обтянутое нагревательной лентой. Резервуар снабжен загрузочным и выгрузочным патрубками, патрубком для отвода биогаза (см. RU 124261 U1, C05F 3/00, опубл. 20.01.2013 г.).
Однако известный биореактор имеет недостаточно высокую производительность из-за длительности протекания в нем процессов брожения, а также невысокий выход биогаза. Кроме того, в резервуаре возможно образование плавающей корки, затрудняющей выход биогаза.
Известен биореактор (RU 144534, B09B 3/00, опубл. 27.08.2014), состоящий из корпуса, представляющего собой стальную металлическую трубчатую емкость, которая разделена перегородками-сегментами на несколько секций. Емкость имеет барботажную систему для перемешивания в виде комплектов труб, причем биореактор снабжен средствами для обогащения биогаза, установленными вертикально внутри.
Недостатком данного устройства является сложность конструкции резервуара за счет нескольких отсеков брожения и отдельной емкости в виде тепловой рубашки. Кроме того, невысока степень эффективности перемешивания сбраживаемой массы из-за расположения перемешивающего устройства только в центральной части резервуара, что снижает выход продукта, поскольку в резервуаре появляются застойные зоны.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является биореактор (RU 2430153, C12M 1/04, опубл. 27.09.2011), состоящий из цилиндрического вертикального корпуса, размещенной в центре корпуса циркуляционной трубы для подогрева и расположенной под ней перфорированной трубы, выполненной в виде вертикальной спирали для барботажного перемешивания субстрата. Витки перфорированной трубы образуют форму конуса, обращенного основанием вверх. Установка снабжена патрубком для подачи перерабатываемой биомассы (исходного субстрата), патрубком для слива готового удобрения и патрубком для отвода биогаза.
Недостатком данного биореактора является недостаточно высокая производительность из-за сложности подогрева биомассы циркуляционной трубой, расположенной внутри реактора. Также имеющееся перемешивающее устройство не полностью охватывает объем биореактора, что обуславливает не полное перемешивание и скопление осадочного материала на дне, а также образование плавающей корки в верхней части.
Известно, что при оптимальном подборе устройства для перемешивания рабочего сырья выход биогаза может повыситься до 50%, поскольку перемешивание сбраживаемой массы в биореакторе обеспечивает высвобождение образующего биогаза, равномерное распределение популяции бактерий, предотвращение формирования корки и осадка, появление участков разной температуры внутри резервуара, предотвращение формирования пустот и скоплений, которые уменьшают рабочую площадь реактора (ГОСТ Р 53790-2010 Нетрадиционные технологии. Энергетика биоотходов. Общие технические требования к биогазовым установкам. Введ. 2010-05-31. - М.: Стандартинформ, 2010).
Технический результат изобретения - повышение производительности установки и увеличение выхода биогаза.
Указанный технический результат достигается тем, что в биогазовой установке, включающей герметичный вертикальный цилиндрический резервуар с технологическими патрубками, включающими патрубок для подачи перерабатываемой биомассы, патрубок слива переработанного субстрата, патрубок для отвода биогаза, установленное в резервуаре барботажное перемешивающее устройство, представляющее собой перфорированную трубу в виде вертикальной спирали, согласно изобретению спиралевидная перфорированная труба расположена вдоль стен резервуара и днища, витки которой повторяют форму резервуара и днища, при этом отверстия трубы, расположенные напротив стен резервуара, имеют насадки в виде уголка трубы, конец которой направлен вверх, по центру резервуара установлена вертикальная перфорированная труба диаметром больше, чем диаметр спиралевидной трубы, отверстия вертикальной и спиралевидной труб выполнены в шахматном порядке, нижние концы вертикальной и спиралевидной труб жестко закреплены к стальному цилиндрическому уголку, соединенному с краном подачи биогаза.
Отличительным признаком заявляемого устройства является новое выполнение и расположение барботажного перемешивающего устройства, а именно в виде спиралевидной перфорированной трубы, повторяющей форму резервуара и днища, а также в виде вертикальной перфорированной трубы, расположенной по центру резервуара. Кроме того, отличительной особенностью по сравнению с прототипом является обмотка внешней части резервуара и днища нагревательной лентой.
Барботажное устройство, расположенное вдоль стен резервуара в виде вертикальной спирали и вертикально расположенной трубы по центру, обеспечивает оптимальное равномерное распределение температуры внутри резервуара, а также качественное и интенсивное перемешивание субстрата, что способствует увеличению выхода биогаза. Отверстия, расположенные напротив стен резервуара, имеют насадки в виде уголка стальной трубы, конец которой направлен вверх. Это предотвращает выпадение осадков и налипание загрязнений на стенки резервуара, благодаря чему улучшается теплообмен, ускоряются процессы брожения в резервуаре. Все это способствует повышению производительности биогазовой установки.
Таким образом, интенсификация процесса перемешивания путем нового выполнения барботажного перемешивающего устройства в виде спиралевидной трубы, повторяющей форму резервуара и днища и вертикальной трубы, расположенной по центру, позволяет поддерживать равномерную температуру по всему объему и равномерно без застойных зон перемешивать субстрат внутри резервуара. Все это позволяет повысить интенсивность, стабильность и полноту биохимических процессов в установке, увеличить выход биогаза.
Заявляемая биогазовая установка поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана схема предлагаемой установки, на фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1, на фиг. 3 - перфорированная труба, а на фиг. 4 - разрез В-В перфорированной спиралевидной трубы.
Биогазовая установка включает вертикальный герметичный цилиндрический резервуар 1, внешняя часть которого обмотана нагревательной лентой 2, соединенной с терморегулятором 3. Резервуар 1 установлен на опорах 4 и снабжен куполом 5 и днищем 6, имеющими форму усеченного конуса. Днище 6 обращено меньшим основанием вниз, а купол 5 наоборот - вверх (см. фиг. 1). В резервуаре 1 находится барботажное перемешивающее устройство, включающее спиралевидную перфорированную трубу 7, расположенную вдоль стен резервуара и днища, витки которой повторяют форму резервуара 1 и днища 6 (см. фиг. 2). Барботажное перемешивающее устройство также включает установленную по центру резервуара 1 вертикальную перфорированную трубу 8 диаметром больше, чем диаметр спиралевидной трубы 7 (см. фиг. 2). Отверстия 9 вертикальной 8 и спиралевидной 7 труб расположены в шахматном порядке (см. фиг. 3). Отверстия 9 спиралевидной трубы 7, расположенные напротив стен резервуара 1, имеют насадки 10 в виде уголка трубы, конец которой направлен вверх (см. фиг. 4). Нижние концы вертикальной 8 и спиралевидной 7 труб жестко закреплены к стальному цилиндрическому уголку 11, соединенному с шаровым краном 12 подачи биогаза (см. фиг. 1 и 2).
На куполе 5 резервуара 1 установлены загрузочный патрубок 13 для подачи перерабатываемой биомассы, датчик давления 14, патрубок 15 для отвода биогаза, соединенный с трубопроводом 16 выхода биогаза. Последний соединен с газгольдером 17 (см. фиг. 1). В днище резервуара 1 установлен патрубок 18 для выгрузки переработанного субстрата.
Трубы 7 и 8 через стальной уголок 11 и кран 12 соединены с трубопроводом 19 подачи биогаза и компрессором 20. Газгольдер 17 через трубопровод 21 соединен с компрессором 20.
Биогазовая установка работает следующим образом.
Для создания анаэробности сбраживания в резервуар 1 через загрузочный патрубок 13 заливают воду до верхнего уровня купола 5. Далее часть воды сливают из резервуара 1, так чтобы патрубок 13 оставался частично загруженным в воде. Затем в резервуар 1 через патрубок 13 загружают разжиженный свежий навоз (помет) с влажностью 92-93% до верхнего уровня купола 5. Форма купола 5 биогазовой установки образует емкость для скапливания образующегося биогаза. Давление в резервуаре 1 отслеживают при помощи датчика давления 14.
После заполнения резервуара 1 субстратом включают нагревательную ленту 2, которую регулируют терморегулятором 3. Терморегулятор 3 при достижении температуры 36-38°С автоматически отключает нагревательную ленту 2 и включает при снижении температуры ниже 36-38°С. В таком состоянии в резервуаре 1 происходит метановое сбраживание. Получаемый в резервуаре 1 биогаз через патрубок 15 и трубопровод 16 поступает в газгольдер 17, где часть его через трубопровод 21 поступает в компрессор 20. Для обеспечения равномерной температуры внутри резервуара 1, обеспечения питательными веществами метанообразующих бактерий, предотвращения осадочного материала и корки под куполом 5, которая препятствует выходу биогаза, каждый день в течение 10 минут запускают барботажное перемешивающее устройство. Для этого открывают кран 12, после чего находящийся в компрессоре 20 биогаз по трубопроводу 19 под давлением поступает в спиралевидную перфорированную трубу 7 и вертикальную перфорированную трубу 8, выходит через отверстия 9, перемешивая субстрат, ускоряя процесс поднятия образованным метановым брожением пузырьков биогаза. Насадки 10 спиралевидной трубы 7 направляют поток поступающего газа вверх, тем самым предотвращая от налипаний стенку резервуара 1.
Выгрузку переработанных отходов осуществляют периодически через патрубок 18. При этом объем выгружаемой массы должен соответствовать следующей дозе загрузки свежей порции субстрата, что исключает переполнение резервуара и забивание отверстия патрубка для выхода биогаза.
Оставшаяся часть биогаза в газгольдере 17 может применяться в бытовых нуждах, а переработанный субстрат - как концентрат органического удобрения.
Заявляемое устройство обеспечивает наибольший выход биогаза, а простота конструкции обеспечивает надежность и стабильность работы и использование его в животноводческих хозяйствах для получения из органических отходов биогаза и удобрений.