Непрерывнодействующий подземный генератор биогаза


 


Владельцы патента RU 2549236:

Стоянов Николай Михайлович (RU)

Изобретение относится к области устройств, предназначенных для получения биогаза из сточных вод от животноводческих хозяйств и жизнедеятельности людей. Задача изобретения - превращение работоспособной периодически действующей с ручной загрузкой-выгрузкой биогенераторной установки для получения биогаза низкого давления в промышленную непрерывно действующую установку по производству биогаза высокого давления (5-6 МПа) путем размещения биореактора в Землю на глубину порядка 1200 м, что обеспечит оптимальные температурные условия реакций анаэробного преобразования биомассы, создаст условия для самотечной загрузки биореактора жидкой биомассой и эрлифтной выгрузки биогаза и остаточной биопульпы. Для устройства непрерывно действующих подземных генераторов биогаза может быть использовано штатное буровое оборудование и материалы. Предлагаемое изобретение является идеально энергосберегающим и экологически безопасным.

 

Изобретение относится к области устройств, которые предназначены для получения биогаза из сточных вод животноводческих хозяйств и жизнедеятельности людей.

Близкими по технической сути изобретениями, по сравнению к предлагаемому, являются американские патенты US 4845034 и US 6962561.

Установка по патенту US 5845034 предназначена для переноса биореактора под землю для проведения биохимических реакций, в том числе и для получения биогаза.

Основными недостатками этой установки являются:

1) необходимость наличия на определенной глубине под землей слоя каменной соли для создания в нем полости для биореактора;

2) выбор в качестве исходного сырья для получения биомассы раздробленного каменного угля, бурого угля или торфа, которые требуют сложной энергоёмкой предварительной термохимической обработки;

3) необходимость выращивания штаммов специальных солестойких метаногенных микроорганизмов и обязательного введения их (засев) в биомассу;

4) малое значение давления биогаза на выходе из установки, о чем свидетельствует наличие вентилятора на выходе из нее;

5) для обеспечения работы проточных биореакторов необходима сложная система каналов в полости биореактора. Установка энергоёмкая, сложная в строительстве и эксплуатации.

Патент US 6962561, как биореактор, предлагает использовать прослойку горных пород, типа песчаников, толщиной не менее 100 м, которые находятся на глубинах от 500 до 3000 м от поверхности Земли, где температуры пород наиболее благоприятны для анаэробной переработки биомассы метаногенными организмами.

Главными недостатками указанного патента являются:

1) необходимость наличия дырчатой горной породы в необходимом нам месте, эта порода должна быть размещена на необходимой нам глубине;

2) прослойка этой породы должна иметь горизонтальное или слегка наклонное размещение в Земле;

3) покров этой прослойки должен быть непроницаем для газа и иметь куполоподобную форму;

4) так как результатом биохимического превращения биомассы будет биогаз, биоил и биовода, биоил при фильтрации в породе быстро заилит каналы, вследствие чего работа биореактора достаточно быстро прекратится;

5) указанный метод переработки биомассы экологически опасен, особенно при проникновении биомассы или промежуточных веществ переработки биомассы в водоносные слои;

6) указанная установка энергоёмка, особенно на стадии закачивания биомассы в глубокоразмещенные слои горных пород, где давление 10...50 МПа;

7) процесс переработки биомассы должен быть контролированным, чаще всег о, регулируемым по ряду параметров.

Наиболее близкой по технической сути к предлагаемому изобретению" является установка по патенту US 4388186. Описание к патенту содержит описание схем включения различных аппаратов для переработки осадка и пульпы в установке для получения биогаза со сточных вод и систем, которые обслуживают установку, а также принципы построения и работы биореактора.

Основными элементами установки являются: система подготовки биомассы (осадка), которая включает в себя осадочную ёмкость первой ступени, аэротенк. осадочную ёмкость второй ступени, центробежный уплотнитель осадка, промежуточную ёмкость для завершения процесса расщепления биомассы (вариант установки, трубопроводы, не указанные на схемах рис. 1 и 2, но необходимые для работы установки, насосы, воздушный процессор для аэротенка, обогревающие устройства для нагревания биомассы (осадка) до необходимой температуры (+35°С); система обработки биопульпы, которая включает в себя смесительный резервуар с мешалкой, обезвоживающую машин) (отжимной пресс), сушилку, гранулятор, обжигную печь и трубопроводы, систему отвода биогаза, которая включает в себя газосборник, компрессор (не изображенный на рис. 1 и 2), трубопроводы, в том числе отвода биогаза потребителям, подвода к сушарке биопульпы и к обжигательной печи; биореактор многократноциркуляционного типа, который состоит (в вариантах рис. 3 и 4) с цилиндрического стаканной формы корпуса (внешняя труба) с внешней теплоизоляцией, установленного в Земле в колодце диаметром 5 м и глубиной 10 м, внутренней трубы, размещенной соосно с корпусом биореактора и предлазначенного для нисходящего движения биомассы, насоса и винтового насоса для обеспечения циркуляции биомассы в биореакторе, труб подвода биомассы в биореактор, отвода биогаза из верхней части биореактора и отвода биопульпы.

Главные недостатки по патенту US 4388186:

1) использование как биомассы не самой органики сточных вод, а "активного биоила" (осадка), что значительно снижает коэффициент полезного ' использовании биомассы;

2) установка очень энергоёмка, поскольку даже в биореакторе для обеспечения циркуляции биомассы используется насос (см. рис. 3), или насос и винтовой насос (см. рис. 4);

3) корпус биореактора рекомендуется разместить в кольце не для использования внутреннего тепла Земли, а для уменьшения тепловых потерь биореактора (см. тепловые расчеты и таблицу в столбике 8 описания);

4) строительство колодцев в Земле диаметром 5 м и глубиной 10 м, а тем более на глубину 100 м, дело достаточно сложное, трудоемкое и энергозатратное, буровых установок с таким диаметром долота пока нет;

5) биореактор в установке многократно-циркуляционный, в таком варианте работа биогенераторной установки должна быть периодической (пропорциональной), иначе полная переработка биомассы невозможна, давление биогаза на выходе биогенератора мало, о чем свидетельствует указание о необходимости установки компрессора на выходе из биореактора (см. столбик 6, рядок 51 описания);

6) самопроизвольная система циркуляции биомассы в биореакторе, которая задекларирована в патенте, тем более во всей биогенераторной установке, физически невозможна (см. рис. 3 и 4).

В целом, биореакторная установка, что рассматривается, неработоспособна, энергоёмкая, малотехнологична, сложна в строительстве и в эксплуатации.

В основу предлагаемого изобретения поставлена задача создания высокотехнологичного, непрерывно действующего, достаточно простого в изготовлении и эксплуатации генератора биогаза, пригодного для полной утилизации городских бытовых сточных вод, сточных вод больших животноводческих комплексов с получением биогаза (аналога природного газа), биоила (органического удобрения для сельского хозяйства) и технической воды.

Эта задача решается путем размещения активной зоны биореактора в Земле, где температура горных пород, за счет внутреннего тепла Земли, равняется оптимальной для жизнедеятельности анаэробных мезофильных метаногенных микроорганизмов (+30...35°С), использования биореактора самопроточного типа, использования самопроточной системы загрузки и выгрузки биореактора за счет разности удельного веса и гидростатического давления биомассы и биопульпы (смеси пузырьков биогаза, биомассы, биоила и воды).

На рисунке приведена схема предлагаемого генератора биогаза, который включает в себя: ёмкость с биомассой (сточными водами жизнедеятельности животных или людей) 1, трубу подвода биомассы в биореактор 2, корпус биореактора 3, межтрубное пространство 4, конечный башмак 5 корпуса биореактора 3, активную зону биореактора (высотой Н3) 6, тепловой поток 7 от горных пород к активной зоне б корпуса биореактора 3, кондуктор 8, трубопровода отвода остаточной биопульпы 9, грубы отвода биогаза 10. гидростатический напор биомассы H1, гидростатический напор биопульпы H2.

Генератор биогаза, который предлагается, работает следующим образом: биомасса из ёмкости 1 через трубу подвода биомассы 2 самотёком, за счет перепада давления Δрдв=g (ρБМ·H1 - ρБП·Н2) биомасса направляется в активную зону трубной полости 4, где анаэробные метаногенные микроорганизмы, которые находятся в достаточном количестве в биомассе, при оптимальной температуре (+30...+35°С), превращают биомассу в биогаз, биоил и воду, смесь пузырьков биогаза с остаточной биопукльпой поднимается в верхнюю часть корпуса биореактора, разделяется на биогаз и остаточную биопульпу, по трубе отвода 9 остаточная биопульпа поступает на дальнейшую переработку, по трубе отвода 10 биогаз поступает на очистку и дальнейшее использование.

Изобретение, которое предлагается малоэнергоёмкое, экологически безопасное, способное стать неисчерпаемым источником горючего газа высокого (5-6 MПа) давления.

Непрерывнодействующий подземный генератор биогаза, состоящий из корпуса, приспособленного для заполнения его до определенного уровня биомассой, системы загрузки биореактора, которая включает в себя трубу подвода биомассы в биореактор, системы выгрузки биореактора, которая включает в себя трубу отвода остаточной биопульпы и трубу отвода биогаза, отличающийся тем, что корпус биореактора выполнен в виде цилиндрической трубы с конечным башмаком на ее нижнем конце, которая в основном расположена в скважине и заглублена в землю таким образом, что ее нижняя часть, в которой размещена активная зона биореактора с тепловым контактом в слое горной породы, который имеет повышенную температуру в пределах 30-35°С, которая благоприятна превращению биомассы в биогаз, система загрузки биореактора имеет на входе емкость для биомассы, которая соединена с верхним концом трубы подвода биомассы в биореактор, которая проходит внутри корпуса биореактора так, что ее нижний конец размещен в зоне указанного конечного башмака, труба отвода остаточной биопульпы присоединена к верхней части корпуса биореактора ниже уровня биопульпы, а труба отвода биогаза присоединена к верхней части корпуса биогенератора выше уровня биопульпы, причем системы загрузки и выгрузки биореактора и его корпус образуют проточную систему, обеспечивающую непрерывное самотечное движение биомассы и биопульпы под действием перепада давления, который создается силами земной гравитации и газлифта в межтрубном пространстве биогенератора.



 

Похожие патенты:

Изобретения могут быть использованы в области очистки сточных вод. Способ очистки сточных вод анаэробной обработкой первичного осадка (PS) в емкости для отходов (5) и отдельной обработкой пастообразного избыточного шлама (ÜS).

Изобретение относится к области производства биогаза методом анаэробного метанового сбраживания. Предложен биоэнергетический комплекс получения биогаза и гранулированного биотоплива.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, пищевой перерабатывающей промышленности, а также к коммунальному городскому хозяйству. Изобретение предназначено для обеззараживания и последовательного фазного, анаэробного разложения измельченных биологических отходов жизнедеятельности сельскохозяйственных животных, птицы, человека и отходов производства пищевой перерабатывающей промышленности с получением биогаза и обеззараженных (от патогенной микрофлоры, гельминтов, их яиц и семян растений) минерализованных органических удобрений, а также биокормовых добавок.

Изобретения могут быть использованы в области переработки органических субстратов с относительной влажностью 90-98%, в том числе хозяйственных и близких к ним по составу производственных сточных вод, навоза домашних животных, помета птицы, осадков и илов.

Изобретение предназначено для анаэробного сбраживания органических отходов сельскохозяйственного производства и может быть использовано для получения биогаза, органических удобрений и кормовой биологической добавки.

Изобретение относится к области переработки и утилизации органических отходов путем сбраживания биомассы для получения биогаза и удобрения, в том числе в зонах с холодным климатом.

Изобретение относится к биоэнергетике и может быть использовано качестве универсального метантенка для переработки навоза животных, птиц, бытовых и сельскохозяйственных отходов в метан и в органическое удобрение.

Изобретение относится к способам переработки органических отходов с использованием биотехнологических процессов с получением при этом биогаза. Способ получения биогаза включает предварительную обработку органического субстрата путем доведения до влажности 92% с последующим измельчением, введение катализатора, сбраживание в анаэробной среде, сбор биогаза.

Группа изобретений может быть использована для переработки осадков, образующихся при очистке городских и промышленных сточных вод, с получением негниющего осадка и электрической энергии.

Изобретение относится к переработке органических отходов с использованием биотехнологических процессов и получению биогаза. Способ получения биогаза из экскрементов животных включает предварительную обработку органического субстрата путем доведения его до влажности 90% с последующим измельчением субстрата до размера частиц от 0,5 до 0,7 см.

Двухступенчатый беспрерывнодействующий подземный генератор биоводорода включает биогенератор, установленный в земле, заполненный до определенного уровня биомассой, газоотводную трубу и трубу отвода остаточной биопульпы. Биогенератор состоит из двух биореакторов, расположенных в земле на глубине до 2000 м, включенных последовательно по рабочей среде. В заявленном устройстве предусмотрены системы самотекущей загрузки и разгрузки биореакторов под действием сил тяготения столба входной биомассы и газлифтного эффекта метановой и водородной биопульп, система подкисления метановой биопульпы, система подачи посевной микрофауны и система подачи биостимулятора на начальном участке активной зоны биореактора 2-й ступени. Данное техническое решение обеспечивает оптимальные температурные условия реакций анаэробного преобразования биомассы, позволяет получить на выходе из установки биоводород высокого давления, создает условия для самотекущей загрузки биореактора биомассой, газлифтной выгрузки биоводорода и остаточной биопульпы.

Изобретение относится к области переработки органического сырья. Предложен способ получения биометана. Способ включает анаэробное сбраживание органических веществ в метантенке с электрической активацией среды постоянным напряжением от 0,2 до 36 В при перемешивании и барботировании массы выделяющимся биогазом. Органические вещества в метантенк подают с влажностью 40-95%, производят контроль с помощью регистрации текущего значения силы тока в электрической цепи, производя расчет проводимости системы, регистрации объемного расхода образующегося биогаза и определение текущего значения содержания углекислого газа в биогазе в верхней части метантенка. Управление процессом электрической активации метаногенеза осуществляют за счет регулирования силы тока, путем установки нового значения тока на уровне суммы текущего и рассчитанного максимального тока. Изобретение обеспечивает повышение содержания метана в биогазе, интенсификацию процесса получения биогаза, повышение стабильности протекания процесса и получение целевого продукта с точно заданными параметрами. 4 ил., 1 пр.

Изобретение может быть использовано для устранения отходов и шламов, образующихся при очистке сточных вод. Для осуществления способа проводят кислотный окислительный гидролиз поступающих отходов при pH от 0,1 до 5,0 и при температуре от 35°C до 100°C путем введения в массу молекулярного кислорода и/или органического или неорганического пероксидного окисляющего агента (загрузки); проводят щелочной окислительный гидролиз полученной массы, выходящей из кислотного окислительного гидролиза, при pH от 8,0 до 12,0 и при температуре от 40°C до 100°C путем введения молекулярного кислорода и/или органического или неорганического пероксидного окисляющего агента; затем проводят химическое кондиционирование массы, выходящей из щелочного окислительного гидролиза, путем добавления кислотного реагента. В предпочтительных условиях проведения способа проводят предварительную стадию механического измельчения поступающих отходов и после стадии щелочного окислительного гидролиза осуществляют стадию отделения нерастворимого остатка с последующим его обезвоживанием. Способ обеспечивает повышение эффективности снижения массы отходов, полное отсутствие экологических, гигиенических и санитарных проблем, а также при его осуществлении повышается ценность агротехнического применения любого отработанного остатка, который может присутствовать в конце обработки. 10 з.п. ф-лы, 6 табл., 7 пр., 5 ил.

Изобретение относится к области получения биогаза. Предложена биогазовая установка. Установка включает герметичный вертикальный цилиндрический резервуар с патрубками для подачи перерабатываемой биомассы, слива переработанного субстрата и для отвода биогаза. В резервуаре установлено барботажное перемешивающее устройство в виде вертикальной спиралевидной перфорированной трубы. Спиралевидная труба расположена вдоль стен резервуара и днища, витки трубы повторяют форму резервуара и днища, при этом отверстия трубы имеют насадки в виде уголка трубы. 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 трубы жестко закреплены к стальному цилиндрическому уголку. Изобретение обеспечивает повышение производительности установки и увеличение выхода биогаза. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Метантенк // 2572417
Изобретение относится к устройствам для анаэробного сбраживания осадков сточных вод и может быть использовано на станциях очистки городских, производственных и сельскохозяйственных сточных вод. Метантенк содержит герметичный резервуар 1 с коаксиальными перегородками 11, разделяющими его на внешнюю камеру 12, камеру уплотнения осадка 13 и внутреннюю камеру сбраживания 14, сообщающиеся между собой посредством окон 15, трубопроводы подачи исходного 3 и уплотненного осадков, трубопроводы отвода осветленного 5, уплотненного 6 и сброженного осадков 7, а также патрубки для удаления газа 9. Герметичный резервуар 1 имеет внешнюю тепловую изоляцию 2. В окнах 15, расположенных в коаксиальных перегородках 11, установлены заполненные зернистым материалом пакеты сеток 16. Окна 15 с крупнозернистым материалом 18 размещены в нижней части 17 коаксиальной перегородки 11, разделяющей внешнюю камеру 12 и камеру уплотнения осадка 13. Окна 15 с мелкозернистым материалом 20 расположены в верхней части 19 коаксиальной перегородки 11, разделяющей камеру уплотнения осадка 13 и внутреннюю камеру сбраживания 14, которые дополнительно содержат пустотелые полимерные наполнители 21 и сетки 8 на входе в трубопроводы 6, 7 для отвода осадка. Трубопроводы 3, 4 подачи осадка установлены тангенциально к камерам уплотнения 13 и сбраживания 14. Изобретение позволяет повысить производительность метантенка и снизить энергозатраты на обработку осадка. 2 ил.

Изобретение относится к области химических, физических, физико-химических и биологических процессов, реализуемых в аппаратах с аэрацией и перемешиванием жидкой среды, а именно процессов синтеза различных биологических продуктов, в частности процессов микробиологического синтеза с использованием метанокисляющих микроорганизмов, и может быть использовано в микробиологической, нефтехимической промышленностях, а также для получения протеинсодержащих кормов, пищевых и медицинских препаратов. Аппарат содержит корпус, на боковых стенках которого по ширине аппарата укреплен ротор с внешним приводом. Ротор размещен над сплошной по ширине аппарата перегородкой. Под перегородкой перед ротором установлены барботеры для подачи в аппарат кислородсодержащего газа и метаносодержащего газа. На крышке аппарата расположен патрубок для вывода отходящего газа на рециркуляцию или на сжигание. В нижней левой части корпуса установлен патрубок для отбора биосуспензии из аппарата на последующие технологические стадии либо во внешний рециркуляционный контур. Изобретение позволяет повысить производительность устройства при одновременном уменьшении энергозатрат. 14 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области энергетики. Биоотходы подают в узел сортировки 10, где их разделяют в зависимости от возможности анаэробного разложения. Подготавливаемый органический субстрат направляют в установку анаэробного сбраживания 6, где происходит генерация горючего биогаза и сопутствующих продуктов, направляемых к потребителям в виде органического удобрения. Отходы, не поддающиеся анаэробному разложению, подвергают обезвоживанию и (или) сушке и гранулированию. Полученные пеллеты подают на склад 13, откуда направляют в газогенератор 8, в котором вырабатывают синтез-газ. Очищенные биогаз и синтез-газ подают в узел топливозамещения 2 для питания когенерационных установок 1, вырабатывающих из них тепловую и электрическую энергии для потребителей. Также для выработки синтез-газа непосредственно в газогенератор 8 подают сухие отходы, не требующие предварительной подготовки. В период пикового увеличения потребления тепловой энергии включают пиковый твердотопливный котел 3, в котором сжигают запасы пеллет. Изобретение позволяет повысить надежность энергообеспечения предприятий агропромышленного комплекса за счет использования автономных энергетических комплексов. 1 ил.
Наверх