Установка для получения биогаза, электрической, тепловой энергии и удобрений из отходов сельского хозяйства


 


Владельцы патента RU 2460695:

Общество с ограниченной ответственностью "Межрегиональный центр биологических и химических технологий" (RU)

Изобретение относится к анаэробной конверсии отходов сельского хозяйства с получением биогаза и генерацией из него электрической и тепловой энергии, а также с получением ценного органического удобрения. Установка содержит последовательно установленное и связанное трубопроводами следующее оборудование: измельчитель растительных отходов, соединенный с приемником отходов, выход которого через трубопровод соединен со входом первого центробежного или шнекового насоса для перекачки субстрата, выход насоса через трубопровод соединен со входом реактора предварительного кислотного брожения, выход которого через трубопровод соединен со входом второго центробежного или шнекового насоса для перекачки субстрата, выход которого через трубопровод соединен со входом в основной реактор-метантенк, при этом газовый выход реактора-метантенка соединен со входом компрессора, сжимающего биогаз, выход которого соединен со входом газгольдера высокого давления, а выход газгольдера высокого давления через циклон и систему очистки биогаза соединен с каталитическим конвертором биогаза, выход которого связан со входом батареи твердооксидных топливных элементов, причем каталитический конвертор биогаза и батарея твердооксидных топливных элементов находятся в термостатируемой камере, при этом батарея твердооксидных топливных элементов электрически связана с батареей аккумуляторов и инвертором, при этом выход для разогретых газов батареи твердооксидных топливных элементов связан теплопроводом со входом в систему рекуперации тепла, выход которой соединен с погружным теплообменником, расположенным в реакторе предварительного кислотного брожения, который последовательно соединен с погружным теплообменником в основном реакторе-метантенке. Технический результат: переработка отходов сельского хозяйства, получение биогаза, генерация электрической и тепловой энергии, получение ценного биоудобрения. 1 ил.

 

Изобретение относиться к анаэробной конверсии разнообразных отходов сельского хозяйства с получением биогаза и генерации из него электрической и тепловой энергии, а также с получением ценного органического удобрения.

Известено устройство для получения метана, электрической и тепловой энергии (патент РФ №2297395, МПК C02F 11/04; опуб. 10.05.05 г.) которое состоит (см. чертеж) из установки (1) для приготовления биомассы, соединенной с гидролизером (2) и далее с последовательной системой (3) бродильных чанов и компостера, взаимодействующих с установкой (4) для возврата и обогащения флегмы. Резервуар (5) для технического биогаза соединен с установкой (6) для очистки биогаза и далее с резервуаром (7) для очищенного биогаза, связанным с установкой (8) для разложения биогаза и смесителем (11) для газов. Установка (8) имеет выходы к установке (10) для обработки СО3 и к установке (9) для обработки метана, соединенной со смесителем (11) для газов, соединенным (12) с резервуаром для стандартного газового топлива. Резервуар (12) соединен с установкой (13) для генерации электроэнергии и тепла и с установкой (14) для переработки тепла.

Недостатками аналога является достаточно сложное аппаратурное оформление получения метана, электрической и тепловой энергии из растений, специально выращенных для этой цели.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является «Биоэнергокомилекс» (Патент РФ №65044, МПК C02F 11/04; А01С 3/00 опуб. 27.07.07 г.).

Биоэнергокомплекс состоит из одного реактора - метантенка, обогреваемого водяной рубашкой, и газгольдера низкого давления. Биогаз, полученный при анаэробном превращении биомассы, используется как топливо в двигателе внутреннего сгорания, работающем в режиме двухфазного смесеобразования.

Недостатками прототипа являются: относительно низкий электрический КПД схемы, обусловленный тем, что основным генерирующим устройством является генератор на базе двигателя внутреннего сгорания. Использование одного реактора для проведения процессов как кислотного брожения, так и метаногенеза не позволяет создать оптимальные условия для каждого из процессов.

Задачей изобретения является увеличение электрического КПД схемы за счет применения твердооксидного топливного элемента в качестве основного устройства для генерации электрической энергий, а также общее упрощение технологической схемы, повышение ее производительности и экономической эффективности. Поставленная задача решается с помощью существенных признаков, указанных в формуле изобретения, таких как установка для получения биогаза, электрической, тепловой энергии и удобрений из отходов, характеризующаяся, тем, что содержит последовательно установленное и связанное трубопроводами следующее оборудование: измельчитель растительных отходов, соединенный с приемником отходов, выход которого через трубопровод соединен со входом первого центробежного или шнекового насоса для перекачки субстрата, выход насоса через трубопровод соединен со входом реактора предварительного кислотного брожения, выход которого через трубопровод соединен со входом второго центробежного или шнекового насоса для перекачки субстрата, выход которого через трубопровод соединен со входом в основной реактор-метантенк, при этом газовый выход реактора-метантенка соединен со входом компрессора, сжимающего биогаз, выход которого соединен со входом газгольдера высокого давления, а выход газгольдера высокого давления через циклон и систему очистки биогаза соединен с каталитическим конвертором биогаза, выход которого связан со входом батареи твердооксидных топливных элементов, причем каталитический конвертор биогаза и батарея твердооксидных топливных элементов находятся в термостатируемой камере, при этом батарея твердооксидных топливных элементов электрически связана с батарей аккумуляторов и инвертором, при этом выход для разогретых газов батареи твердооксидных топливных элементов связан теплопроводом со входом в систему рекуперации тепла, выход которой соединен с погружным теплообменником, расположенным в реакторе предварительного кислотного брожения, который последовательно соединен с погружным теплообменником в основном реакторе-метантенке.

Вышеперечисленная совокупность существенных признаков позволяет получить следующий технический результат - упрощение технологической схемы, повышение ее производительности и экономической эффективности. На схеме (см. чертеж) обозначены основные функциональные элементы системы для генерации электрической энергии из отходов сельского хозяйства. Установка состоит из приемника отходов 2, реактора предварительного кислотного брожения 4, основного реактора-метантенка 6, шнековых или центробежных насосов для перекачки субстрата 3 и 5, компрессорной установки 7, газгольдера высокого давления 8, циклона для отделения воды 9, сорбционной установки для очистки биогаза от сероводорода 10, конвертера 11, батареи твердооксидных топливных элементов 12, батареи аккумуляторов 13 и инвертора для преобразования постоянного тока в переменный с напряжением 220 В 14, системы рекуперации тепла 15, выход которой соединен с погружным теплообменником 16, расположенным в реакторе предварительного кислотного брожения 4, который последовательно соединен с погружным теплообменником 17 в основном реакторе-метантенке 6.

При использовании в качестве сырья отходов растениеводства применяется устройство для измельчения биомассы 1.

Представленная схема установки работает соответствующим образом: отходы сельского хозяйства, такие как навоз крупного рогатого скота, свиней, лошадей, помет домашней птицы, отходы скотобоен и мясоперерабатывающих заводов, по мере накопления направляются в приемник отходов 2, где разбавляются водой, отходы растениеводства предварительно измельчаются в устройстве для измельчения биомассы 1, после этого подготовленный субстрат с помощью циркуляционного или шнекового насоса 3 направляется в реактор предварительного кислотного брожения 4, где под действием соответствующих микроорганизмов происходят процессы гидролитического разложения биополимеров, а также кислотное брожение исходного субстрата, после этого с помощью циркуляционного или шнекового насоса 5 субстрат перекачивается в основной реактор-метантенк 6, откуда по мере поступления свежего субстрата отводится биоудобрение(по стрелке см. чертеж), а также с помощью компрессорной установки 7 откачивается образующий биогаз, давление в метантенке 6 поддерживается на уровне 10-20 кПа, биогаз собирается в ресивере 8 под давлением 2 МПа, после ресивера 8 установлена система очистки биогаза, состоящая из циклона 9 и устройства сорбции серосодержащих соединений 10. После очистки биогаз через редуктор направляется в конвертор 11, где метан, входящий в состав биогаза, под действием катализатора конвертируется в синтез-газ, состоящий из монооксида углерода и водорода, водород окисляется на аноде водородно-кислородного твердооксидного топливного элемента 12 [может быть выполнен как описано в патенте РФ №2178560 «Ячейка высокотемпературного элемента электрохимического устройства с твердым электролитом», опубл. 20.01.02 г.], конвертор метана 11, а также твердооксидный топливный элемент 12 функционируют в термостатируемой камере при температуре 900С°, первоначальный нагрев камеры осуществляется за счет электрических нагревательных элементов(не показаны), после выхода на режим твердооксидного топливного элемента 12 разогрев камеры осуществляется за счет тепла, выделяемого при окислении водорода на аноде топливного элемента. Газы, отходящие из топливного элемента 12, направляются в систему рекуперации тепла 15, где за их счет происходит нагрев воды, используемой в качестве теплоносителя в системе обогрева реактора предварительного кислотного брожения 4 и основного реактора - метантенка 6, обогрев реакторов осуществляется за счет погружных змеевиковых теплообменников 16,17. Электрическая энергия генерируется батарей топливных элементов, собранной таким образом, чтобы выходное напряжение было равным 12 или 24 вольтам, батарея топливных элементов заряжает аккумуляторную батарею 13. Постоянный электрический ток от аккумуляторной батареи 13 преобразуется в переменный с напряжением 220 В с помощью полупроводникового инвертора 14.

Данное описание и схема установки рассматриваются как материал, иллюстрирующий изобретение, сущность которого и объем патентных притязаний определены в нижеследующей формуле изобретения совокупностью существенных признаков и их эквивалентами.

Установка для получения биогаза, электрической, тепловой энергии и удобрений из отходов, характеризующаяся тем, что содержит последовательно установленное и связанное трубопроводами следующее оборудование: измельчитель растительных отходов, соединенный с приемником отходов, выход которого через трубопровод соединен со входом первого центробежного или шнекового насоса для перекачки субстрата, выход насоса через трубопровод соединен со входом реактора предварительного кислотного брожения, выход которого через трубопровод соединен со входом второго центробежного или шнекового насоса для перекачки субстрата, выход которого через трубопровод соединен со входом в основной реактор-метантенк, при этом газовый выход реактора-метантенка соединен со входом компрессора, сжимающего биогаз, выход которого соединен со входом газгольдера высокого давления, а выход газгольдера высокого давления через циклон и систему очистки биогаза соединен с каталитическим конвертором биогаза, выход которого связан со входом батареи твердооксидных топливных элементов, причем каталитический конвертор биогаза и батарея твердооксидных топливных элементов находятся в термостатируемой камере, при этом батарея твердооксидных топливных элементов электрически связана с батареей аккумуляторов и инвертором, при этом выход для разогретых газов батареи твердооксидных топливных элементов связан теплопроводом со входом в систему рекуперации тепла, выход которой соединен с погружным теплообменником, расположенным в реакторе предварительного кислотного брожения, который последовательно соединен с погружным теплообменником в основном реакторе-метантенке.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к методам переработки отходов, в частности к методам получения биогаза из органосодержащих отходов. .

Метантенк // 2456247
Изобретение относится к области природоохранной и энергогенерирующей техники и предназначено для переработки органических субстратов относительной влажностью 90-98%: бесподстилочного навоза, помета сельскохозяйственных животных, осадков и илов как отходов процессов механо-биологической очистки хозяйственно-бытовых и близких к ним по составу производственных сточных вод АПК.

Изобретение относится к автономным источникам энергии, работающим на возобновляемых видах топлива. .

Изобретение относится к сельскому хозяйству и жилищно-коммунальному хозяйству. .

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для производства биогаза. .

Изобретение относится к сельскому хозяйству и предназначено для производства биогаза из естественных отходов животноводства и птицеводства малых и средних фермерских предприятий.

Изобретение относится к техническим средствам для обезвреживания и утилизации высококонцентрированных органических отходов (осадков, илов), возникающих при биологической очистке хозяйственно-бытовых и близких к ним по составу сточных вод.

Изобретение относится к анаэробному сбраживанию органической массы, например растительных и хозяйственных отходов, навоза, сточных вод, с получением экологически чистого органического удобрения и выработкой биогаза и может быть использовано в жилищно-коммунальном хозяйстве, химической промышленности, энергетике, сельском хозяйстве.
Изобретение относится к области переработки жидкого сырья с использованием биотехнологических процессов, а именно к области утилизации смыва отходов жизнедеятельности животных и птиц с получением в качестве одного из целевых продуктов биогаза, и может быть использовано в животноводческих фермах и птицеводческих хозяйствах, использующих, предпочтительно, бесподстилочное содержание и гидросмыв отходов жизнедеятельности животных и птиц.

Изобретение относится к области природоохранной техники с преимущественным использованием в сельском хозяйстве. .

Метантенк // 2462509
Изобретение относится к устройствам для двухступенчатого анаэробного сбраживания органических отходов и может быть использовано на животноводческих и птицеводческих фермах, сельских усадьбах и дачных участках

Изобретение относится к биологической очистке фекально-бытовых стоков

Изобретение относится к области утилизации биологических азот- и углеродсодержащих отходов сельскохозяйственных предприятий путем анаэробного сбраживания с выработкой высококачественного удобрения

Изобретение относится к способу очищения биогаза для извлечения метана, в котором компоненты, содержащиеся в биогазе, такие как диоксид углерода, соединения серы и аммиака, отделяются в ходе нескольких этапов процесса, и к соответствующей системе для осуществления способа. Способ осуществляют в три этапа очистки, на первом биогаз пропускают через очистную колонну (К1) в противоток подаваемой пресной воде, где диоксид углерода, сероводород, аммиак и другие органические водорастворимые вещества связываются в пресной воде, а метановый газ отбирают у головы очистной колонны (К1), на втором растворенный метан удаляют в первой испарительной колонне (К2), посредством добавления аэрирующего воздуха или аэрирующего воздуха и кислорода, и на третьем растворенный диоксид углерода удаляют во второй испарительной колонне (К3) посредством добавления аэрирующего воздуха, при этом отводят очищенный очистной раствор, подаваемый к очистной ступени (К1), и отработанный газ. Система содержит очистную колонну (К1), первую испарительную колонну (К2) и вторую испарительную колонну (К3), при этом очистная и испарительные колонны соединены последовательно, и основание второй испарительной колонны соединено с головой очистной колонны линией (04), несущей очистной раствор. Изобретение позволяет увеличить извлечение метана и снизить потребление энергии. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 пр.

Изобретение может быть использовано в животноводческих комплексах и индивидуальных и фермерских хозяйствах для переработки отходов органического, растительного и биологического происхождения в высокоэффективные органические удобрения, биогаз, тепловую и электрическую энергию. Блочно-модульная биогазовая установка включает приемную емкость 5, насосы 7, загрузочный 8 и выгрузочный 14 трубопроводы, метантенк 9, трубопровод отвода биогаза 10, компрессор 11, газгольдер 13 и газовый котел 18, расположенные непосредственно в животноводческом помещении 2, имеющие общую магистраль 20 для сбора биогаза и промежуточное хранилище эффлюента 16. При этом биогазовая установка разделена на модульные блоки, содержащие дополнительно устройство очистки биогаза от влаги 12 и имеющие общий блок управления 21. Количество модульных блоков определяется количеством животноводческих помещений 2 в хозяйстве. Изобретение позволяет обеспечить устойчивую работу при широком диапазоне изменения температур окружающей среды, снизить затраты на транспорт сырья, эксплуатацию и повысить эксплуатационную надежность, создав комфортные условия для обслуживающего персонала. 1 ил.

(57) Изобретение относится к области утилизации концентрированных органических субстратов. Источниками таких субстратов могут быть предприятия агропромышленного комплекса - животноводческие и птицеводческие комплексы (бесподстилочный навоз, помет), перерабатывающие предприятия. Субстратами могут также выступать осадки локальных очистных сооружений, последрожжевая барда, избыточный активный ил, осадки городских очистных сооружений. Исходный субстрат подвергают предварительной аэробной обработке с получением гидролизованного и нагретого промежуточного субстрата и кислородосодержащих газообразных продуктов, промежуточный субстрат подвергают анаэробной обработке с получением биогаза и обработанного субстрата (эффлюента), причем эффлюент подвергают разделению на фракции. Жидкую фракцию подвергают дополнительной аэробной обработке, выделяющуюся при этом тепловую энергию используют для стабилизации температурного режима предварительной аэробной обработки, кислородосодержащие газообразные продукты вводят в аэрируемый объем жидкой фракции, а сгущенную фракцию используют для приготовления удобрений. Технический результат - повышение эффективности процесса аэробно-анаэробной обработки органических субстратов. 2 н.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение может быть использовано в сельском хозяйстве в составе животноводческих и растениеводческих комплексов, жилищно-коммунальном хозяйстве (городских и поселковых сооружений биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод), перерабатывающих производствах. Устройство содержит последовательно связанные друг с другом по потоку органического вещества первый механический сгуститель, аэробный биореактор, вход которого связан с осадочной частью первого механического сгустителя, анаэробный биореактор и второй механический сгуститель. Устройство содержит механический смеситель для приготовления органических удобрений. Анаэробный биореактор выполнен в виде анаэробного биофильтра, второй механический сгуститель размещен между аэробным и анаэробным биореакторами, причем его осадочная часть связана с механическим смесителем, а надосадочные части первого и второго механических сгустителей связаны со входом анаэробного биофильтра. Устройство содержит первый генератор электрической энергии с приводом от двигателя внутреннего сгорания, оснащенным парогенерирующим утилизационным блоком, второй генератор электрической энергии с приводом от паропоршневой машины, теплонасосную установку и теплофикационный блок, причем выход анаэробного биореактора по жидкому потоку связан с основным испарителем теплонасосной установки, выход по биогазу - с двигателем внутреннего сгорания, а конденсатор теплонасосной установки, парогенерирующий утилизационный блок, паропоршневая машина и теплофикационный блок связаны друг с другом посредством пароконденсатного контура с образованием замкнутого термодинамического цикла. Техническим результатом изобретения является повышение глубины переработки органического вещества исходного субстрата в сочетании с более полным использованием биоэнергетического потенциала. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к методам переработки различных видов твердых субстратов с содержанием органического биоразлагаемого вещества не менее 20% от общей массы отходов. Изобретение может применяться в качестве самостоятельного технологического процесса или в составе комплексных технологических линий. Исходный субстрат помещают в метантенк с возможностью постепенного перемещения внутри перфорированной трубы через жидкостную анаэробную зону метантенка с последующей переработкой растворимого, тонко- и среднедисперсного органического вещества субстратов в газообразный энергоноситель и механически обезвоженную твердую фракцию, которую подвергают термохимической газификации с получением синтез-газа и твердого остатка. Жидкую фракцию после обработки в анаэробном биореакторе с прикрепленной микрофлорой возвращают в метантенк, а твердую фракцию эффлюента метантенка используют для приготовления удобрений. Механически обезвоженную твердую фракцию перед термохимической газификацией подсушивают с использованием продуктов сгорания синтез-газа. Технический результат - повышение интенсивности процесса метаногенеза, улучшение массогабаритных показателей установки, газификация невымываемой негидролизуемой части отходов и полезное использование органического вещества эффлюента, обогащенного азотом в подвижной форме. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к биотехнологии. Предложен способ очистки фракции навозного стока и сточной воды ЖКХ с использованием метанового брожения, осуществляемого биоценозом анаэробных бактерий. Осуществляют кавитационную обработку жидкой фракции навоза или сточной воды. Отдельно приготавливают структурированную и биологически активную воду с последующим разбавлением ее в анаэробном биореакторе в 10-30 раз кавитационно обработанной жидкой фракцией навоза или сточной водой. Приготавливают раствор биологически активных веществ (БАВ). Заполняют биореактор раствором БАВ в объеме 0,1% от общего объема сбраживаемой среды. Вносят посевной материал в количестве 30% от объема сбраживаемой среды для осуществления метанового брожения, ведут метановое брожение в мезофильном режиме. Осуществляют сушку выработанного биогаза. Получают возвратную технологическую воду путем фильтрации сбраживаемой жидкости через первый биологический фильтр. Направляют первый биологический фильтр с осевшими твердыми частицами в шламосборник для освобождения от осадка. Затем направляют просочившуюся через первый биологический фильтр технологическую воду на рециркуляцию обратно в биореактор или на последующую фильтрацию через второй фильтр для получения физиологически полноценной питьевой воды. Изобретение позволяет усилить интенсивность процесса брожения, увеличить глубину брожения сбраживаемого субстрата с увеличением выхода биогаза с содержанием метана более 75%, ускорить формирование биоценоза анаэробных бактерий, уменьшить ХПК на 78% от исходной величины, получить оборотное водоснабжение с возможностью получения физиологически полноценной питьевой воды. 4 пр.

Изобретение относится к области биотехнологии, в частности к биоэнергетике. Анаэробный реактор содержит корпус с камерами гидролизного и метанового брожения, устройства загрузки и перемешивания субстрата в камерах, гидравлический затвор и колонну для обогащения биогаза, разделенную перегородками на сборник биогаза и секции, заполненные иммобилизирующей засыпкой. Корпус и колонна соединены двумя патрубками, один из которых соединен между выходом субстрата из корпуса реактора и верхней частью колонны. Другой подключен между выходом биогаза из корпуса реактора и нижней частью колонны. В реакторе установлен диафрагменный электролизер. Выход с газом водородом подключен к нижней части колонны обогащения. Выход с аналитом - к входу корпуса в гидролизную камеру. Выход электролизера с католитом соединен с камерами метанового брожения. К выходу сборника биогаза в колонне подключен гидравлический затвор. В качестве засыпки в секциях колонны обогащения газа использован волокнистый графитовый материал с большой развитой поверхностью, между гидравлическим затвором на выходе биогаза из колонны обогащения и патрубком в нижней части колонны установлен насос для повторной продувки через нее биогаза. Изобретение обеспечивает повышение эффективности и качества вырабатываемого биогаза и удобство эксплуатации. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх