Установка для производства биогаза

 

Изобретение относится к переработке в анаэробных условиях органических отходов сельскохозяйственного производства, например животноводческих и птицеводческих ферм, и может быть использовано при очистке стоков с высококонцентрированными органическими включениями промышИсходная масса ленных предприятий и в коммунальном хозяйстве , Целью изобретения является снижение энергоемкости установки для производства биогаза путем утилизации тепла сброженной массы. Установка для производства биогаза содержит реактор - метантенк 1 и противоточный теплообменник 2 для нагрева исходной массы сброженной биомассой с подводящим и выходными устройствами. На выходах из теплообменника ,.2 сброженной биомассы и исходной массы установлены соответственно теплообменные испарительный и конденсационный блоки 7 и 8 теплового насоса 9, соединенные теплообменным кольцевым контуром 10. В этом контуре в направлении от испарительного блока к конденсационному установлены тепловой насос 9 и бак - аккумулятор 12, а в направлении от конденсационного блока к испарительному - дроссельный вентиль 11.1 ил. со с йуягяз

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з С 02 F 3/28, 11/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4758835/26 (22) 14.11.89 (46) 23.11.91, Бюл, М 43 (71) Центральный научно-исследовательский и проектно-технологический институт механизации и электрификации животноводства (72) Г.Е.Мовсевов и Л.М.Ягудин (53) 628.336 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1198026, кл, С 02 F 11/04, 1982. (54) УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА

БИО ГАЗА (57) Изобретение относится к переработке в анаэробных условиях органических отходов сельскохозяйственного производства, например животноводческих и птицеводческих ферм, и может быть использовано при очистке стоков с высококонцентрированными органическими включениями промышФсяа Фаз ласса Ы, » 1692951 Аl ленных предприятий и в коммунальном хозяйстве. Целью изобретения является снижение энергоемкости установки для производства биогаза путем утилизации тепла сброженной массы, Установка для производства биогаза содержит реактор— метантенк 1 и противоточный теплообменник 2 для нагрева исходной массы сброженной биомассой с подводящим и выходными устройствами. На выходах из теплообменника .,2 сброженной биомассы и исходной массы установлены соответственно теплообменные испарительный и конденсационный блоки 7 и 8 теплового насоса 9, соединенные теплообменным кольцевым контуром 10, В этом контуре в направлении от испарительного блока к конденсационному установлены тепловой насос 9 и бак— аккумулятор 12, а в направлении от конденсационного блока к испарительному — дроссельный вентиль 11. t ил, 16-12Г)5 1) Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к установкам по микробиологической переработке в аиаэробных условиях органических отхоцов, например навоза и помета животноводческих и птицевадческих ферм, с получением биогаза, высококачественных удобрений и обеспечением требован)лй охраны окружающей среды, !

Известна установка для производства биогаза, содержащая реактор-метантенк с камерами брожения, теплаобменники, подводящее и выходное устройства, теплообменный кольцевой контур, в котором установлены тепловой насос, дроссельный вентлль понижения давления, бак-аккумулятор.

Однако известная установка имеет слецуюьцие недостатки. Перепад температур сбрасываемой сброженной и исходной масс

) весьма высок, достигая нескольких десятков градусов. Это обуславливает как невысокий коэффициент преобразования эне)>гии (зиергетическук) эффективность) теплового насоса из-за значительных энергозатрат на работу его компрессора, так и достаточно высокую энергоемкость всего процесса аиаэробного сбраживания из-за потребления дополнительной энергии на подогрев исходной массы и термостатиравание. Отсутствует отдельный теплаобмеиник типа навоз-навоз, обеспечивающий как непосредственный подогрев исходной массы сбросным теплом сброжениой массы, .) ак и снижение температурно) о подогрева исходной массы после теплообмеииика перед подачей В реактор-ма(антенк.

Цель изобретения — снижение энергоемкости процесса путем утилизации тепла сброжеиной массы.

Указанная цель достигается тем, что предлагаемая установка для производства блогаза снабжена теплоабмеиииком типа исходная масса — сбро>кенная биомасса, на выходах сброженнай и исходной масс которого установлены соответственно теплаобменные испарительиый и каидеисациониый блоки теплового насоса, связанные теплообменным кольцевым контуром, в котором между тепловым насосом и выходом исходчой массы из теплообмен чика расг)олажеи

5ак-аккумулятор, а в направлении выхода

=брожеииой массь) — драссельиый вентиль

Предлагаемая установка для г)роизвадTBà биогаза отличается наличием новых конструктивных решений установкYi и связей. она сиаб>кена теплоабмеины.:ам типа исходная масса — сбражеииая масса, иа выход которого по линиям сбра;кениай и исходной масс уставов .еиы соответственно

ЗО > Г

50 у теплоабмеи,-)s!e устройства испарительного и каиденсацис иного блоков теплового насоса, câÿýàííûå геплообмеииьм кольцевым контуром, в котором между тепловым насосам и выходам исходной массы )лз теплсобменника расположен бак-аккумулятор, а в направлении выхода сброженной массы— дроссег)ьиый, понижаю().:,и .л давление венТИЛЬ, Благодаря наличию отдельного теплообмеииика типа масса-масса сброжениая масса, имеющая более высокую температуру, чем исходная, отдает последней часть тепла. Тем са)лым частична утилизируется остаточное тепло сбрасываемой из реактора биомассы. При этом зн-чительно снижается температурная разница между нагретой исходной массой, загружаемой в реактор после данного теплообменника, и режимной в реакторе-метаитенке, что, соответственно, снижает затраты дополнительной энергии иа нагрев исходной среды до требуемой температуры. Например, применив на одной из биагазавых установок противоточиый теплоабмеииик типа навоз (исходиый) — навоз (сбраженный) с входными температурами исходного навоза 10 С, а сброженио. 40 С, иа выходах этагс теплоабмениика ис;,îäíàÿ масса имела темгтературу - 29" С, а сброжениая -21 С, Перепад между темп)ера.(урай исходной среды (10 С) и требуемой режимной температурой (40 С) в случае использования Tеплообмеииика снижается. чап ример, с ЗО да 11 С, а значит, и необходимая =.иергия догоева исходной

)лассы для пода IM 3 реактор составит в три раза меньшую величину, При этом применение противатсчнага теплаабмениика перед лряматачным предпочтительнее., иба пазво я" т повысить эффективно(т Rïo0áìеиа и получить температуру выхода нагреваемол. массы вы):Ie темпера-:уры выхода нагревающей (охлаждаемай) ) )ассы равиительно с усредненной (оди IBKOBc é) температурой, д>остигаемой в пряматачиом теплаобменни;се. Для описанных условий усредненная выходная температура GQ.".èõ масс рлизка к

25ОС, Размещение иа выходах теплаобмеиниха масса-масса иа еãà линиях сброжениой и исходной б. Омасс,,:вух связанных друг с дру ом кольцевым контуром па принципу соединения хс;лада и тепла теплаабмеииых блоковых устройств теплового насоса (кондеисациаииога и испарительнаго) обеспечивает утилизаци)а и регеиера.)()>а остаточного тепла сбраженной биомас-, и уже (тасле теплаабмеиныка Сброжеииая биомасса в том случае рационально используьтся как источник иизкапо еициальногс

1602951

55 тепла. В этом теплообменном кольцевом контуре тепловой насос расположен в направлении выхода исходной массы из теплообменника. При этом на стороне выхода сброженной массы установлено теплообменное устройство испарительного блока теплового насоса, а на выходе исходной среды — теплообменное устройство конденсационного блока. Это позволяет путем отбора тепла и ри дополнительном охлаждении сброженной биомассы в испарительном блоке передавать его по замкнутому теплообменному кольцевому контуру с тепловым насосом через теплообменное устройство конденсационного блока уже частично нагретой в теплообменнике исходной среде, догревая ее до заданной режимной температуры в реакторе, Таким образом. тепло передается в направлении от сброженной биомассы с меньшей температурой к исходной с большей температурой.

По мере необходимости благодаря установленному в теплообменном кольцевом контуре баку- аккумулятору с водяным теплообменником производится также теплая или горячая вода, которая может использоваться для бытовых нужд, а также для термостатирования разлагаемой биомассы в реакторе-метантенке, В результате, сброженная масса рационально используется как источник низкопотенциального тепла, ее энергия сначала утилизируется в теплообменнике типа 9dc са (исходная) — масса (сброженная), а затем в контуре с тепловым насосом трансформируется от охлажденной массы к нагретой исходной.

На чертеже схематично изображена установка для производства биогаза.

Установка для производства биогаза содержит реактор-метантенк 1, противоточный теплообменник 2 типа исходная масса — сброженная масса с подводящими 3, 4 и выходными 5, 6 устройствами. Ка выходах теплообменника 2 по линиям сброженной биомассы 5 и исходной массы 6 установлены соответственно теплообменные испарительный 7 и конденсационный 8 блоки теплового насоса 9, связанные теплообменным кольцевым контуром 10. В контуре в направлении выхода сброженной массы 5 расположен принадлежащий к тепловому насосу 9 понижающий давление дроссельный вентиль (клапан) 11, а между тепловым насосом и выходом исходной массы б расположен бак-аккумулятор (накопитель) 12 с теплообменником 13.

Установка для производства биогаза работает следующим образом.

30 л— ,;.,)

Обрабатываемая исходная биомасса с повышенным содержанием органv",÷åñêèõ веществ, например животнаводчеcêèå навозные стоки, жидкий навоз, помет и др., с температурой порядка 10 — 15 С подается на вход 3 теплообменника 2 типа навоз-навоз.

Здесь масса в противотоке предварительно нагревается сбрасываемой из реактора 1 обработанной сброженной биомассой, llpoходящей через вход 4 этого теплообменника и имеющей большую температуру, равную выбранной режимной температуре анаэробного процесса порядка 33-55 С. При этом сброженная биомасса отдает исходной только часть тепла, определяемую конструктивными особенностями теплообменника и процессами теплообмена. В противоточном аппарате эффективность теплообмена выше и на выходе теплообменника исходная среда имеет температуру, превышающую температуру выхода из аппарата сброженной массы. Ка выходе 5 в теплообменном испарительном блоке 7 теплового насоса 9 сброженная масса, охлаждаясь, отдает остаточное тепло рабочему теплоносителю. В дальнейшем эта масса направляется в хранилище и для последующего удобрительного применения. Отобранное тепло тепловым насосом 9 через кольцевой контур

10, теплообMåнный конденcационный блок

8, установленный н» выходе 6, передается исходной i àññå:, rðåâýÿ ее до режимной температуры;:÷àçðîáного процесса, Нагретая таким образо * сI,ачала B теплообменнике 2 и в блоке 8 исходная среда подается затем в реактор-метантенк 1, не вызывая температурных колебаний и обеспечивая стабильность метангенерации.

При условии первоочередного обеспе-. чения нагрева исходной массы до требуемой режимной температуры избыточная тепловая энергия может накапливаты:я в баке-аккумуляторе 12 с теплообменником

13 в виде получаемой горячей воды, идущей на потребительские нужды, например в теплосистему термостати рова ния реактора-метантенка или на бытовые цели.

Экспериментальные исследования биогазовой установки для сбраживания навоза производительностью 40 т/сут с температурой анаэробного процесса 40"С и с применением противоточного теплообменника типа навоз исходный — навоз сброженный показали, что при температурах на входе для исходного навоза 10 С, для сброженного 40 С на выходах теплообмепника исход-, о ный навоз нагревался и п.ел гемпературу

29 С, а сброженный остьi лл да 21 С, Для подачи в реактор необходи "о :..I,",o,догревать исходную массу с 29 до i . С. которое в

1692951

Составитель Г.Мовисов

Техред M.Ìîргентал Корректор З.Лончакова

Редактор Н,Тупица

Заказ 4046 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 настоящее время практически осуществляется нагревом водяным теплообменником с горячей водой (порядка 60-70 С), Введение в биогазовую установку между выходами теплообменника типа навоз-навоз и теплообменного кольцевого контура с тепловым насосом, например использованием известной теплохолодильной установки ТХУ-14, позволяет обеспечить дополнительный нагрев исходной массы с 29 до 40 С за счет трансформации тепла от дополнительно о охлаждения сброженной биомассы (ниже

21 С) с использование ее как источник ниэкопотенциального тепла. При этом снижение энергопотребления биогазовой установки в целом с предлагаемым введением и соединением теплообменника навоэнавоз и кольцевого контура с тепловым насосом достигает более 50$. Для данного примера эффективность составляет 60 с введением данной схемы соединения теплового насоса и 70-80; с учетом применения теплообмен ника навоз-навоз с экономией нефтяного горючего около 25 — 90 кг в сутки или 10-30 т горючего в год.

С учетом использования получаемой в баке-аккмуляторе горячей воды (температурой 50 — 60 С) до термостатирования биомассы в реакторе-метантенке, где температура поддерживается на одном из уровней в интервале 40 — 55 С, снижение энергоемкости имеет большую эффективность.

Формула изобретения

Установка для производства биогаза, содержащая метантенк с подводящим и отводящим устройствами. теплообменный

10 кольцевой контур, в котором установлены тепловой насос с испарительным и конденсационным блоками, дроссельный вентиль и бак-аккумулятор, отличающаяся тем, что, с целью снижения энергоемкости уста15 новки за счет утилизации тепла сброжен ной массы, она снабжена теплообменникам для нагрева исходной массы сброженной биомассой, испарительный блок установлен на выходе с охлажденной сброженной массы

20 из теплообменника, а конденсационный блок — на выходе нагретой исходной массы из теплообменника, на теплообменном кольцевом контуре в направлении от испарительного блока к конденсационному уста25 новлены соответственно тепловой насос и бак-аккумулятор, а в направлении от конденсационного блока к испарительному блоку установлен дроссельный вентиль