УСТАНОВКА ДЛЯ АНАЭРОБНОГО СБРАЖИВАНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ С ПОЛУЧЕНИЕМ БИОГАЗА
APPARATUS FOR ANAEROBIC FERMENTATION OF ORGANIC WASTES TO OBTAIN BIOGAS

Изобретение относятся к анаэробному сбраживанию органической массы, например растительных и хозяйственных отходов, навоза, сточных вод и т.п., с получением экологически чистого органического удобрения и выработкой биогаза и могут быть использованы в жилищно-коммунальном хозяйстве, химической промышленности, энергетике, сельском хозяйстве.
Известен биоэнергокомплекс по патенту РФ №94025091, кл. C02F 11/04, который содержит резервуар-реактор, узлы измельчения, загрузки, подогрева, перемешивания, выгрузки биомассы, устройство для хранения и накопления биогаза. Резервуар-реактор размещается над поверхностью земли и имеет теплоизоляцию наружных поверхностей. Узел подогрева размещен в верхней части резервуара-реактора и соединен с донной частью полости реактора загрузочным трубопроводом с клапаном, выгрузной узел выполнен в виде U-образного затвора. Реактор и узел подогрева снабжены трубчатыми теплообменниками, расположенными в зонах заполнения биомассой горизонтально по окружности. Внутри реактора установлены иммобилизаторы.
Такой биоэнергокомплекс имеет много сложных узлов, что требует больших капитальных и трудовых затрат на его производство. Размещение резервуара-реактора над поверхностью земли приводит к большим теплопотерям в окружающую среду, что, в свою очередь, снижает энергоэффективность комплекса. Кроме того, сложная конструкция резервуара-реактора затрудняет процесс его периодической очистки.
Наиболее близкой к заявляемому изобретению является установка для обеззараживания органических удобрений по патенту РФ №2292702, кл. A01C 3/02, кл. C05F 3/06, которая содержит емкость для анаэробного сбраживания исходного сырья, узел его загрузки с измельчителем, систему отвода биогаза с фильтром, компрессор, клапан для вывода углекислого газа, узел ввода катализатора, емкость для приема и хранения биогаза и узел выгрузки полученного удобрения. Емкость для анаэробного сбраживания исходного сырья заглубляется в грунт и имеет крышку, систему обогрева, сетку для удержания вспененной массы и предотвращения образования "корки".
Основными недостатками прототипа является трудность периодической очистки емкости для анаэробного сбраживания, малоэффективная защита от образования "корки" и отсутствие интенсивного перемещения биомассы вдоль нагревательного элемента, что приводит к образованию "застойных" зон.
Изобретение направлено на создание установки для анаэробного сбраживания органических отходов с получением биогаза, простой по конструкции, не требующей высоких капитальных затрат на ее производство, надежной и простой в эксплуатации, а также обеспечивающей высокоэффективный и стабильный процесс разложения биомассы круглый год.
Технический результат достигается тем, что реактор установки для анаэробного сбраживания органических отходов с получением биогаза выполнен в виде заглубленной в грунт изогнутой полиэтиленовой трубы, на концах которой установлены приемники газа, внутри реактора имеется спирально изогнутый нагревательный элемент, а процесс дробления "корки", выгрузки, перемешивания и перемещения органической массы вдоль нагревательного элемента реактора выполняется избыточным давлением сжатого газа, в качестве которого используются метан из газовых баллонов и биогаз, полученный в результате анаэробного сбраживания.
На чертеже представлена установка для анаэробного сбраживания органических отходов с получением биогаза.
Установка для анаэробного сбраживания органических отходов с получением биогаза содержат заглубленный в грунт, выполненный из изогнутой полиэтиленовой трубы реактор 1, емкость для исходного сырья 2 с измельчителем 3, емкость для сбора перебродившей биомассы 4, ресивер 5, компрессор 6. Реактор имеет приемник газа 7 из ресивера, приемник получаемого в процессе брожения биогаза 8, изогнутый нагревательный элемент 9 и жестко закрепленную решетку 10. Емкость для сбора исходного сырья соединена с реактором подающим трубопроводом 11, на котором установлен вентиль 12. Емкость для сбора перебродившей биомассы соединена с реактором сливным трубопроводом 13, на котором установлен вентиль 14. Для накопления и хранения газа служит газгольдер 15, соединенный газопроводом 16 с приемником полученного в процессе брожения биогаза. Для поддержания заданного избыточного давления биогаза в газгольдере служит обратный клапан 17. Забор биогаза из газгольдера к потребителю производится по газопроводу 18, на котором установлен вентиль 19. Ресивер соединен с приемником газа из ресивера газопроводом 20, имеющим вентиль 21. Компрессор соединен с ресивером и приемником газа из ресивера линией рециркуляции газа 22. Для избежания поступления газа в линию рециркуляции во время повышения давления в приемнике газа из ресивера установлен вентиль 23 и обратный клапан 24. Для пополнения газа в линии рециркуляции компрессор соединен с газгольдером газопроводом 25, на котором установлен вентиль 26. На наружную поверхность реактора нанесена теплоизоляция 27. Для контроля температуры в реакторе установлены термопары 28 и 29. Контроль за давлением в ресивере производится манометром 30, в приемнике газа из ресивера - манометром 31. Пуск установки производится подключением газовых баллонов со сжатым метаном 32 к газопроводу 33, на котором установлен вентиль 34.
Устройство работает следующим образом.
Предназначенные для сбраживания органические отходы сбрасываются в емкость для исходного сырья 2, где измельчаются измельчителем 3. Измельченная биомасса при открытом вентиле 12 по подающему трубопроводу 11 перетекает в реактор 1, где подогревается нагревательным элементом 9. При пуске установки производят заполнение ресивера 5 подключением к газопроводу 33 газовых баллонов со сжатым метаном 32 и открытием вентиля 34. При открытом вентиле 21 и закрытом вентиле 23 в реактор под избыточным давлением поступает газ из ресивера 5, биомасса сдвигается выше уровня, на котором установлена решетка 10, при этом рвется "корка", образованная из частиц, увлекаемых поднимающимися пузырьками газа. Для снижения избыточного давления в приемнике газа из ресивера 7 компрессором 6 при открытом вентиле 23, закрытых вентилях 26 и 21 производится перекачка газа в ресивер 5, что приводит к сдвигу биомассы в исходное положение. Таким образом, происходит периодическое обтекание биомассой изогнутого нагревательного элемента 9, что обеспечивает ее равномерный прогрев и перемешивание, а также интенсивное дробление "корки" решеткой 10. В качестве нагревательного элемента 9 может быть использован теплообменник, в котором используется вода, нагретая теплом горения выделившегося в процессе брожения биогаза. Выделяющийся в процессе брожения биогаз по газопроводу 16 через обратный клапан 17, обеспечивающий заданное избыточное давление, подается в газгольдер 15, откуда идет к потребителю. Очистка реактора от перебродившей биомассы производится избыточным давлением газа, поступающего из ресивера 5, при этом перебродившая биомасса, достигая уровня сливного трубопровода 13, при открытом вентиле 14 перетекает в емкость для сбора перебродившей биомассы 4. По показаниям температур, регистрируемых термопарами 28 и 29, а также по значениям давлений на манометрах 30 и 31 производят регулирование процесса брожения.
Выполнение реактора в виде заглубленной в грунт изогнутой полиэтиленовой трубы позволяет существенно упростить конструкцию реактора и снизить капитальные затраты на его изготовление. Данное конструктивное решение позволяет минимизировать теплопотери в окружающую среду, обеспечить надежное поддержание температуры в реакторе. Кроме того, имеется возможность повышения производительности установки без внесения существенных дорогостоящих конструктивных изменений путем добавления к основному реактору дополнительного.
Использование изобретения позволяет конструктивно просто решить вопрос загрузки и выгрузки биомассы, обеспечить надежную работу, осуществить высокоэффективный и стабильный процесс разложения биомассы круглый год ввиду простой конструкции узлов, осуществить автоматическое дистанционное управление всем технологическим процессом.