БИОГАЗОВАЯ УСТАНОВКА АНАЭРОБНОГО СБРАЖИВАНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ

Полезная модель относится к технике утилизации биомассы и может найти применение как для изучения технологии переработки отходов животноводческих производств в лабораторных условиях, так и для переработки отходов животноводческих производств, конкретно для микробиологической анаэробной конверсии навоза в биогаз в условиях небольших индивидуальных хозяйств.
Известен «Биореактор», описанный в патенте №2228583, опубликованный 20.05.2004 г. Биореактор состоит из мокрого газгольдера переменной емкости и метантенка для последовательного пофазного анаэробного сбраживания измельченных и разжиженных органических отходов. Корпус газгольдера имеет днище и подъемный газовый колокол. Резервуар метантенка имеет конический купол, расположенный над ним газосборник и коаксиально присоединенную снизу к куполу концентрическую разделительную перегородку, например, в виде усеченного конуса с направленным вниз основанием, которая делит метантенк на внешнюю и внутреннюю камеры сбраживания. Биореактор содержит патрубок ввода в метантенк измельченных и разжиженных органических отходов с тройником сверху и патрубки вывода из метантенка осадка сброженной массы и биогаза. Патрубки метантенка встроены в корпус газгольдера, причем патрубок вывода из метантенка осадка сброженной массы снабжен отводом, а патрубок вывода биогаза выполнен в виде коаксиально установленной и закрепленной центрирующими держателями трубы. Резервуар метантенка без его днища с боковой стенкой, коническим куполом и газосборником над ним и с коаксиально присоединенной снизу к куполу концентрической разделительной перегородкой закреплен своим газосборником на коаксиально установленной в корпусе газгольдера трубе патрубка вывода биогаза.
Недостатком данного биореактора является сложность конструктивного исполнения сказывающаяся на стоимости данной установки, при том, что установка не имеет подогревателя, что дополнительно уменьшает эффективность работы установки.
Известен «Реактор для анаэробного сбраживания жидких органических отходов», описанный в патенте №2226047, опубликованный 27.03.2004 г.
Реактор содержит вертикальную теплоизолированную ферментационную емкость с коническим днищем и выполненной в виде купола крышей, в центральную часть которой вмонтирован газосборный колпак, вертикальную центральную трубу, коаксиально установленную внутри ферментационной емкости под газосборным колпаком,
сообщенную с последним и не доходящую до днища ферментационной емкости, устройство для выравнивания давления газа в центральной трубе и подкупольной зоне ферментационной емкости, подсоединенный сверху к газосборному колпаку газопровод, связанный с газовым насосом и газонакопительной емкостью, приспособление для подогрева ферментационной емкости и сообщенные с ней напорный загрузочный трубопровод, выгрузной трубопровод и переливную трубу, блок управления, запорный кран с приводом и пневмогидравлический клапан. В центре конического днища ферментационной емкости выполнено выпускное отверстие, к которому подключен выгрузной трубопровод с вмонтированным в него запорным краном. Пневмогидравлический клапан состоит из полого поплавка, открытого снизу и установленного внутри центральной трубы с возможностью вертикального возвратно-поступательного вдоль нее перемещения, ограниченного в верхнем положении поплавка упорами, прикрепленными к внутренней поверхности центральной трубы, жесткого осевого продольного элемента, закрепленного внутри полого поплавка, запорного клапана, прикрепленного снизу к названному элементу с возможностью перекрытия выпускного отверстия в днище ферментационной емкости в нижнем положении поплавка, дополнительного газопровода, подсоединенного сверху к полому поплавку и имеющего переключатель для его поочередного соединения с всасывающим патрубком газового насоса или через газонакопительную емкость с нагнетательным патрубком газового насоса. Устройство для выравнивания давления газа в центральной трубе и подкупольной зоне ферментационной емкости выполнено в виде сифона, восходящая ветвь которого через гидравлический затвор сообщена с ферментационной емкостью, а нисходящая ветвь - введена сверху в центральную трубу. Газосборный колпак заглублен в ферментационную емкость так, что его нижняя кромка расположена ниже входного отверстия восходящей ветви сифона. Переключатель дополнительного газопровода и привод запорного крана выгрузного трубопровода связаны с блоком управления.
Недостатком данного реактора для анаэробного сбраживания жидких органических отходов является сложность конструктивного исполнения, сказывающаяся на стоимости данной установки, притом, что установка выполнена с одной ферментационной емкостью, что сказывается на увеличении времени технологического процесса, а значит на снижении его эффективности.
Известен «Бытовой мини-биореактор», описанный в патенте №2096348, опубликованный 20.11.1997 г. Бытовой минибиореактор содержит корпус, разделенный перегородками в виде горизонтально расположенных перфорированных дисков, между которыми расположены лопасти мешалки, на камеры нейтрального, щелочного и
метанового брожения и камеру кислого брожения, образованную цилиндрической перегородкой, в которой размещены абразивная засыпка и перемешивающее устройство.
Недостатком данного бытового мини-реактора для сбраживания жидких органических отходов является отсутствие газгольдера в составе установки, что уменьшает эффективность работы установки.
Известен «Бытовой мини-биореактор», описанный в патенте №2096348, опубликованный 20.11.1997 г. Бытовой мини-биореактор содержит корпус, разделенный перегородками в виде горизонтально расположенных перфорированных дисков, между которыми расположены лопасти мешалки, на камеры нейтрального, щелочного и метанового брожения и камеру кислого брожения, образованную цилиндрической перегородкой, в которой размещены абразивная засыпка и перемешивающее устройство.
Недостатком данного бытового мини-реактора для сбраживания жидких органических отходов является отсутствие подогревателя и газгольдера в составе установки, что уменьшает эффективность работы установки, кроме того поддержания температуры брожения осуществляется за счет температуры помещения, в котором должен быть установлен бытовой мини-реактор.
Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа является «Биогазовая установка анаэробного сбраживания органических отходов», описанная в патенте №2254700, опубликованном 27.06.2005 г.
Биогазовая установка включает многосекционный реактор, дно которого имеет уклон от узла загрузки к узлу выгрузки, причем последние выполнены в виде конвейеров с приводами мешалки, длина лопастей которых превышает уровень биомассы, расположенные в каждой секции реактора и кинематически связанные с приводом узла загрузки, и газгольдер. Установка снабжена маслонасосом и водонагревательным котлом с газовыми горелками, сообщенными с газгольдером. Узлы загрузки и выгрузки выполнены в виде винтовых конвейеров, состоящих из кожуха и вала со спиралью, причем вал конвейера узла загрузки выполнен полым и перфорированным. Кожух конвейера узла выгрузки снабжен герметичной цилиндрической емкостью, установленной выше уровня биомассы и образующей с ним кольцевую полость, сообщенную с полостью вала конвейера узла загрузки через водонагревательный котел и маслонасос, при этом в месте расположения емкости кожух выполнен перфорированным.
Недостатком данной биогазовой установки анаэробного сбраживания органических отходов является сложность конструктивного исполнения, сказывающаяся на стоимости данной установки и стоимости ее работы, поскольку конструкция установки с трехсекционным реактором, двумя конвейерами загрузки и выгрузки предназначена для
утилизации биомассы при переработке отходов животноводческих производств, и при небольшой загрузке отходов установка просто неэффективна.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является устранение указанных недостатков, а именно, упрощение конструкции, уменьшение стоимости и повышение эффективности работы биогазовой установки анаэробного сбраживания органических отходов.
Технический результат заявляемой полезной модели достигается тем, что в биогазовой установке анаэробного сбраживания органических отходов содержащей связанные между собой узел загрузки органических отходов, узел выгрузки шлама, подогреватель, реактор с мешалкой с двигателем, длина лопастей, которых превышает уровень биомассы, газгольдер, согласно полезной модели, подогреватель связан с реактором заслонкой и выполнен с двигателем и мешалкой, ось вращения которой перпендикулярна оси подогревателя, узел загрузки связан с подогревателем, установка содержит измельчитель, связанный с загрузочным устройством, двигатели измельчителя, подогревателя, реактора выполнены однофазными.
За счет того что, в биогазовой установке анаэробного сбраживания органических отходов подогреватель связан с реактором заслонкой и выполнен с двигателем и мешалкой, ось вращения которой перпендикулярна оси подогревателя, узел загрузки связан с подогревателем, установка содержит измельчитель, связанный с загрузочным устройством, двигатели измельчителя, подогревателя, реактора выполнены однофазными упрощается конструктивное исполнение, снижается стоимость данной установки, повышается эффективность работы установки при небольших загрузках.
Таким образом, совокупность заявляемых признаков позволяет снизить стоимость установки, повысить эффективность работы установки при небольших загрузках.
Заявляемая биогазовая установка анаэробного сбраживания органических отходов обладает новизной, отличаясь от прототипа перечисленными выше признаками, и обеспечивает достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Заявляемая биогазовая установка анаэробного сбраживания органических отходов может найти применение для переработки отходов животноводческих производств, конкретно для микробиологической анаэробной конверсии навоза в биогаз в условиях небольших индивидуальных хозяйств, поэтому соответствует критерию «промышленная применимость».
Сущность биогазовой установки анаэробного сбраживания органических отходов поясняется чертежами, где представлены:
на фиг.1 - общий вид принципиальной схемы биогазовой установки анаэробного сбраживания органических отходов.
Биогазовая установка анаэробного сбраживания органических отходов содержит связанные между собой измельчитель 1 с двигателем 2, узел 3 загрузки и узел 4 выгрузки в виде насоса отбора шлама, подогреватель 5 с мешалкой 6 и двигателем 7, реактор 8 с мешалкой 9 с двигателем 10, газгольдер 11, компрессор 12, баллон 13 для газа, шламосборник 14.
Измельчитель 1 выполнен с однофазным двигателем 2. Узел 3 загрузки выполнен с двумя загрузочными патрубками 15, 16, один из которых патрубок 15 постоянно связан с измельчителем 1, а второй патрубок 16 открыт для загрузки безподстилочным навозом.
Узел 3 загрузки через заслонку 17, открываемую и закрываемую вручную связан с подогревателем 5, где масса отходов подогревается и выдерживается. Подогреватель 5 выполнен с электрическими тенами 18. Внизу подогревателя 5 установлена мешалка 6, приводимая в движение однофазным двигателем 7, причем ось 19 мешалки 6 установлена, перпендикулярна вертикальной оси подогревателя 5. Внизу подогревателя 5 установлен отвод 20 с заслонкой 21.
Отвод 20 связывает подогреватель 5 с реактором 8, который выполнен с электрическими тенами 22, сверху закрыт крышкой 23, на которой установлен однофазный двигатель 10 с мешалкой 9 в виде трех лопастей, размещенных сверху вниз, длина которых соответствует высоте реактора 8. Внизу реактора 8 выполнено выпускное отверстие 24, связанное шлангом 25 с узлом 4 выгрузки в виде ручного насоса отбора шлама, которым перекачивают шлам по шлангу 26 в шламосборник 14. На крышке 23 выполнено отверстие (на фиг.1 не показано) перекрывающееся краном (на фиг.1 не показано), соединенное шлангом 27 с газгольдером 11 через который биогаз с помощью компрессора 12 по шлангу 28 поступает в баллон 13 для накопления. На крышке 29 газгольдера 11 установлен манометр 30 для измерения давления газа в газгольдере 11 (фиг.1).
Биогазовая установка анаэробного сбраживания органических отходов работает следующим образом. Свежий подстилочный навоз поступает в измельчитель 1, штоком направляется к измельчающему диску, затем поступает через патрубок 15 в узел 3 загрузки. Свежий навоз поступает в узел 3 загрузки через патрубок 16. С узла 3 загрузки через заслонку 17 в подогреватель 5, где подогревается до температуры 30°С и выдерживается при этой температуре двое суток. В процессе выдерживания масса перемешивается мешалкой 6, ось 19 которой расположена перпендикулярно оси подогревателя 5 и размещена в нижней части подогревателя 5, напротив отвода 20. Такое
расположение позволяет мешалке 6 играть роль выталкивателя субстрата из емкости подогревателя 5 в емкость реактора 8. Через заслонку 21 масса поступает в зону реактора 8. В реакторе 8 процесс зависит от температуры экспозиции (термофильный -50°С, 5 суток или мезофильный -35°С, 15 суток). В процессе выдерживания в реакторе 8 масса перемешивается мешалкой 9. Мешалка 9 выполнена в виде трех лопастей, размещенных сверху вниз, длина которых соответствует высоте реактора 8. Такое устройство мешалки 9 перемешивает в трех слоях - внизу осадок, на границе субстрата и газа рушит корку, способствуя лучшему выделению газа из субстрата, вверху перемешивает газ, при случае выгоняя в газгольдер 11. Заслонка 21 позволяет регулировать поступление субстрата в реактор 8, и при некоторых условиях подогреватель 5 используют как дополнительный реактор, то есть биогазовая установка может работать с двумя реакторами. На стадии процесса идет постоянное выделение газа метана, который собирается в верхней части реактора 8. После окончания процесса субстрат поступает в узел 4 выгрузки в виде насоса для удаления шлама и далее в шламосборник 14. При накоплении газа при открытом кране (на фиг.1 не показан), по шлангу 27, газгольдер 11, биогаз с помощью компрессора 12 по шлангу 28 поступает в баллон 13 для накопления газа. На крышке 29 газгольдера 11 установлен манометр 30 для измерения давления газа в газгольдере 11. Газ в баллоне 13 можно использовать по его прямому назначению. Измельчитель 3, подогреватель 5, реактор 8 работают соответственно на однофазных двигателях 2, 7, 10 с цикличностью работы - 6 мин работы, 54 мин отдыха.
Биогазовая установка анаэробного сбраживания органических отходов имеет упрощенное конструктивное исполнение, снижается стоимость данной установки, но повышается эффективность работы установки, в том числе при небольших загрузках, за счет того что, в биогазовой установке анаэробного сбраживания органических отходов подогреватель связан с реактором заслонкой и выполнен с двигателем и мешалкой, ось вращения которой перпендикулярна оси подогревателя, узел загрузки связан с подогревателем, установка содержит измельчитель, связанный с загрузочным устройством, двигатели измельчителя, подогревателя, реактопа выполнены однофазными.