Спосіб і пристрій для переміщення і перемішування суспензії біомаси в гідролізаторі і ферментаторі

Реферат: Винахід стосується способу, що полягає в подрібненні біомаси, змішуванні її з частиною зворотного потоку, частиною переробленого фільтрату і з підживлювальною водою. Отриману суспензію біомаси піддають гідролізу і зональним перемішуванням в гідролізаторі. Гідролізована біомаса подається у ферментатор і випускається у вигляді ферментованої суспензії із кінцевої зони ферментатора. Горизонтальне переміщення уздовж ферментатора і перемішування суспензії біомаси здійснюють за допомогою потоків суспензії біомаси, що випускаються струминними форсунками, починаючи з першої зони до передостанньої зони. В останній зоні біомаса перемішується в безперервному режимі за допомогою потоку біомаси у вигляді розширюваного потоку. І частина ферментованої суспензії з кінцевої зони подається в розподільник збродженої маси, а решту повертають у вигляді зворотного потоку. Винахід також стосується пристрою для переміщення і перемішування суспензії біомаси, що включає підготовчий блок (1), гідролізатор (2) та ферментатор (3), сполучений з розподільником збродженої маси (16). Гідролізатор (2) і в ферментатор (3) оснащені перемішувальною установкою в окремих зонах перемішування. Дана група винаходів забезпечує отримання високоякісного біогазу із високим вмістом метану. UA 114390 C2 (12) UA 114390 C2 UA 114390 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Об'єктами даного винаходу є спосіб і пристрій для переміщення і перемішування суспензії біомаси в гідролізаторі і ферментаторі. Польський Патент № 197595 описує винахід "Спосіб і пристрій для виробництва метану та електроенергії і тепла", спосіб отримання метану, особливо із сировини рослинного походження, отриманої з зернових культур, призначених для цієї мети. Спосіб описує повторне використання викидів, що відбуваються в кожному циклі процесу для повторного використання в цьому циклі. В монографії "Анаеробна стабілізація мулу" Збігнева Хейдріха, Агнешки Ніесіор, опублікованій в журналі "Водопостачання і санітарія" № 4, Видавничої ради Польської асоціації санітарних інженерів і техніків № 759, Варшава 1999 p., описано спосіб перемішування вод у вертикальному ферментаторі з використанням зовнішніх насосів. Перемішування мулу в ферментаторі з використанням зовнішніх насосів полягає в заборі мулу з дна камери і відкачуванні його назад у верхню частину камери, нижче поверхні мулу, що полегшує видалення накипу, утвореного на поверхні камери з ферментативним осадом". В статті, опублікованій Інститутом Енергетики та Навколишнього середовища ГмбХ "Виробництво та використання біогазу", в навчальних матеріалах відновлюваної енергетики Інституту EC BREC/IBMER, Варшава 2009 р., описано спосіб механічного перемішування з використанням лопатей в горизонтальному ферментаторі. Всі ці способи перемішування біомаси вивільняють біогаз з суспензії біомаси, гідролізуючи і ферментуючи біомасу, що містить метан, діоксид вуглецю, водень, сірководень і невелику кількість інших газів. У процесі метаногенезу беруть участь наступні реагенти: оцтова кислота, водень і вуглекислий газ. Для відомих і використовуваних в даний час способів перемішування суспензії біомаси, особливо у вертикальному ферментаторі, отриманий біогаз має вміст метану від 45 % до 60 %, переважно 54 %. Згідно з цим винаходом, спосіб переміщення та перемішування суспензії біомаси у воді, зазначається як "суспензія біомаси", в гідролізаторі і ферментаторі із застосуванням гідролізу біомаси у вигляді подрібнених рослин, отриманих переважно з культур і/або органічних відходів, в гідролізаторі і анаеробного процесу обробки гідролізованої біомаси в біогаз в ферментаторі, який відрізняється тим, що біомасу подрібнюють подрібнювачем та змішують в резервуарі подрібнювача в зворотному потоці, що містить відповідні бактеріальні культури, фільтрат направляється з ферментатора до подрібнюючого резервуара з розподільником збродженої маси фільтрату і свіжою водою, отримана таким чином суспензія біомаси пропускається повторно через подрібнювач. Далі, подрібнена суспензія циклічно перекачується в гідролізатор, доки він не заповнюється на 50-70%, після чого суспензію біомаси перемішують в одній з кількох відповідних зон гідролізатора, використовуючи потік суспензії, що утворюється і прискорюється одним або декількома струминними форсунками. Під час такого перемішування суспензія гідролізується відомим способом. Частково гідролізована суспензія подається порціями до поздовжнього ферментатора з похилого дна під кутом приблизно від 0,3° до 0,9° до виходу, в результаті чого суспензія тече горизонтально, і потім її перемішують в зонах з використанням струменів суспензії, що утворюються струминними форсунками в наступних зонах ферментатора від першої до передостанньої зони. Суспензія біомаси безперервно подається в останню зону ферментатора у вигляді розширення конічного потоку, що утворюється в зоні виходу ферментованого біогазу. Ферментована суспензія біомаси, після відкачування з дна ферментатора, ділиться на два потоки. Перший потік у формі зворотного потоку, подається в першу частину резервуара ферментатора, друга частина подається до резервуара гідролізатора і третя частина подається до подрібнюючого резервуара. Другий потік ферментованої біомаси подається в розподільник збродженої маси, який відокремлює фільтрат від концентрованої збродженої целюлози, і частина збродженої целюлози, що відокремлюється від фільтрату, повертається в подрібнючий резервуар і/або резервуар гідролізатора, а біогаз, що виходить з ферментатора піддається очищенню і подальшій обробці відомим способом. Зональне перемішування суспензії біомаси виконується в одній або декількох зонах, ці зони піддаються процесу гідролізу в гідролізаторі, де біомаса засмоктується в нижній частині гідролізатора і перекачується до струминних форсунок в одній зоні або до наступних струминних форсунок суспензії, що утворює і прискорює потоки суспензії біомаси, починаючи з першої зони на вході до кінця зони, потоки спускаються вертикально вниз до поверхні суспензії в гідролізаторі. Зональне перемішування в ферментаторі суспензії біомаси піддається анаеробній переробці в біогаз. Біомаса всмоктується в нижній частині ферментатора в першій зоні ферментатора і перекачується в наступні форсунки або перший сегмент форсунки, яка утворює потоки біомаси, починаючи з першої форсунки на вході суспензії біомаси до останньої форсунки цієї ділянки. 1 UA 114390 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Потоки, утворені струминними форсунками, спрямовані вниз вертикально до поверхні суспензії біомаси в ферментаторі. Потім суспензію перемішують, процес здійснюється в послідовних сегментах блока перемішування суспензії. Під час гідролізу і ферментації, особливо під час перекачування суспензії біомаси з гідролізатора в ферментатор, відповідний підвищений тиск газів в гідролізаторі і ферментаторі зберігається. Спосіб переміщення і перемішування біомаси переважно здійснюється як мінімум в двох гідролізаторах, розташованих паралельно, і щонайменше в двох ферментаторах, розташованих паралельно або послідовно. Велика кількість ферментаторів пов'язана з труднощами виробництва одного резервуара великого об'єму. Перевага способу зонального переміщення і перемішування суспензії біомаси в гідролізаторі і ферментаторі полягає в тому, що він очищує біогаз від СО 2 і Н2S в потоках суспензії біомаси та переробляє ці гази разом з біомасою поверхні суспензії в ферментаторі в анаеробну зону, де біомаса перетворюється в біогаз, в результаті чого також розщеплюється мул, що утворюється на поверхні суспензії. Ще однією перевагою є горизонтальне зональне переміщення суспензії біомаси, що містить шкідливі домішки, можливо принесені ззовні з біомасою в гідролізатор у вигляді бактеріофагів, сполук міді, цинку та ін., уздовж горизонтального гідролізатора, а потім у ферментатор, поки забруднена біомаса покидає ферментатор. В такий спосіб переміщення і перемішування суспензії біомаси в гідролізаторі і ферментаторі збільшується вміст метану в біогазі 65-80 %, як правило до 70-75 %, що було встановлено експериментально на піддослідній установці. В даний час відомі вертикальні ферментатори, що не мають можливості видаляти такі забруднення суспензії біомаси, а вміст метану в біогазі досягає 40-60 %, переважно 54 %. Утилізація частини зворотного потоку та частини фільтрату, що містить відповідні бактеріальні культури, в подрібнюючому резервуарі і гідролізаторі і зоні запуску ферментатора, призводить до зменшення споживання біомаси в процесі її гідролізу і в процесі анаеробної переробки біомаси в біогаз, прискорює ці процеси і знижує споживання води. Ферментатор з нахиленим виходом сприяє видаленню піску та інших твердих домішок з ферментатора. Ці результати були отримані шляхом подрібнення біомаси і змішуванням її з переробленим зворотним потоком і фільтратом, що містить відповідні бактеріальні культури, так само як з водою, а потім спричинює горизонтальне переміщення суспензії в гідролізаторі і в ферментаторі, шляхом переробки зворотного потоку і фільтрату для повторного використання, а також перемішування суспензії біомаси в ділянках в гідролізаторі і ферментаторі з використанням потоків суспензії, відповідно спрямованих форсунками вертикально до поверхні суспензії в гідролізаторі і вертикально до поверхні ферментованої біомаси в ферментаторі, а також з використанням потоку суспензії для очищення біогазу від СО 2 і Н2S в кінцевій ділянці ферментера. Об'єктом даного винаходу є також пристрій для переміщення і перемішування суспензії біомаси в гідролізаторі і ферментаторі. Пристрій для переміщення і перемішування суспензії біомаси в гідролізаторі і ферментаторі включає підготовчий блок, гідролізатор, ферментатор і розподільник збродженої маси. Підготовчий блок складається з резервуара, що містить шнековий транспортер і вихід, транспортер підключений через подрібнювач, насос для суспензії і клапан до резервуара на його виході. До резервуара підключений трубопровід, що подає зворотний потік, і транспортер фільтрату із клапаном, а також водопровід. Насос для подання суспензії з'єднаний через другий клапан з резервуаром гідролізатора. Гідролізатор оснащений змішувальним блоком в кінцевій зоні гідролізатора, на дні гідролізатора містяться всмоктувальні форсунки, розташовані поперечно відносно осі гідролізатора, всмоктувальні форсунки з'єднані через насос і трубопровід сифона з резервуаром ферментатора. Перемішувальний блок гідролізатора містить перемішувальний насос з подрібнюючим пристроєм, один насос з'єднаний з всмоктувальними форсунками, що розташовані на дні гідролізатора поперечно відносно осі резервуара гідролізатора, і інший кінець насоса з'єднаний з клапаном управління або безліччю клапанів управління, кожен клапан управління з'єднаний з струминною форсункою або великою кількістю струминних форсунок, що розташовані у верхній частині гідролізатора. Резервуар ферментатора похилений під кутом від 0,3° до 0,9° у бік виходу з нього ферментованої біомаси. Ферментатор оснащений щонайменше одним перемішувальним блоком і має всмоктувальні сопла на кінці дна зон, всмоктувальні сопла розташовані поперечно відносно осі резервуара ферментатора і з'єднані з насосом, який випускає ферментовані біомаси через два відводи трубопроводу. Перший відвід трубопроводу із ферментатора з'єднаний з розподільником збродженої маси, а другий відвід трубопроводу з'єднаний з вхідною 2 UA 114390 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 стороною резервуара ферментатора і вхідною стороною резервуара гідролізатора, а також з резервуаром подрібнювача. Змішувальна зона ферментатора містить щонайменше дві струминні форсунки, що розташовані поперечно і/або поздовжньо відносно осі резервуара ферментатора, струминні форсунки розташовані у верхній частині ферментатора і підключені до насоса для подання суспензії, який оснащений подрібнюючим пристроєм, всмоктувальні форсунки розташовують в нижній частині резервуара в межах відповідної зони. Резервуар ферментатора містить в кінцевій частині вихід біогазу. Головка газопромивного пристрою встановлена на виході біогазу, підключена через насос до численної кількості всмоктувальних форсунок, що розташовані в кінцевій частині ферментатора і розташовані поперек осі резервуара. Розподільник збродженої маси містить вихід концентраційної маси і з'єднаний з трубопроводом фільтрату, клапаном і іншим трубопроводом, і далі з першим відводом трубопроводу і клапаном в резервуарі подрібнювача. Трубопровід фільтрату з'єднаний також з клапаном та другим відводом трубопроводу з резервуаром гідролізатора, і з іншим клапаном і трубопроводом до обладнання для обробляння фільтрату. Резервуар гідролізатора з'єднаний з газопроводом і газовими клапанами з резервуаром ферментатора, який оснащений сифоном для захисту резервуарів від надлишкового тиску. Переважно, ферментатор має два насоси на виході суспензії ферментованої біомаси. Один насос підключається одним кінцем до всмоктувальних форсунок, розташованих в кінці резервуара ферментатора, а його інша сторона через клапан із трубопроводом зворотного потоку. Другий насос з'єднаний на одному кінці із всмоктувальними форсунками, розташованими на кінці резервуара ферментатора, а на іншому кінці з клапаном і трубопроводом до розподільника збродженої маси. Це дозволяє окремо спрямувати потоки зброджених біомас в даний момент часу. Прикладом розподільника збродженої маси є відстійна центрифуга. Входи трубопроводів на резервуарах оснащені запірними клапанами, що дозволяють замінювати пошкоджені трубопроводи, клапани і насоси без необхідності видалення резервуарів. Далі винахід пояснюється в прикладах із зазначенням переміщення суспензії біомаси в гідролізаторах і ферментаторах. Приклад І Нижче описаний процес переміщення і перемішування суспензії біомаси, зображений на фіг. 3, де використовувались позначення фіг. 1 і фіг. 2. Як біомаса для анаеробного виробництва біогазу взята суміш трави і кукурудзяного силосу 1а у пропорції 1:1, і біогаз, що виробляється в резервуарах ферментаторів, досягає об'єму 3 близько 4000 м . Подрібнені частинки біомаси силосу подаються з подрібнювача 1с за допомогою шнекового транспортера 1g до подрібнювача 1b, де вони додатково зменшуються в розмірах, і подрібнена біомаса повертається назад в резервуар 1с, де зворотний потік з фільтратом і свіжою водою подається циклічно в резервуар 1с для утворення суспензії, що містить близько 10% біомаси на основі сухої ваги. Зворотний потік і фільтрат вторинної сировини з ферментатора 3 і центрифуги 16, містить відповідні культури бактерій, які беруть участь в процесі гідролізу біомаси та анаеробних процесах виробництва біомаси. Суспензія біомаси, що проходить через подрібнювач 1b накачується насосом 1d, що працює в замкнутому контурі, чим досягається необхідна якість. Рішення, представлене в даному прикладі, працює з 3 двома паралельно з'єднаними гідролізаторами 2а і 2b із загальним об’ємом близько 400 м . Перший гідролізатор 2а заповнюється на 60% від свого об'єму свіжою суспензією біомаси, і виконується зональне перемішування суспензії. Суспензія біомаси піддається гідролізу в гідролізаторі 2а, перемішується в двох зонах перемішувальним блоком 6. Перемішування ділянок суспензії біомаси в гідролізаторі 2а полягає в тому, що суспензія забирається з нижньої частини гідролізатора 2а і перекачується в блок струминних форсунок 6b, що розташовані на початку гідролізатора 2а, струминні форсунки утворюють потоки суспензії 6d над першою зоною перемішування біомаси 6е. Потоки суспензії біомаси 6d спрямовані вертикально до поверхні рідини суспензії 6е в резервуарі 4а гідролізатора 2а. Клапан управління 5с першого блока форсунки 6с відкритий, а інший клапан управління 5е закритий. Струминні форсунки 6с утворюють суспензію струменів 6d, змішуючи біомасу суспензії 6е в першій ділянці гідролізатора 2а. Час роботи першої батареї струминної форсунки 6с близько 10 хвилин. Тоді клапан управління 5с першого блока струминних форсунок 6с закривають, і другий 5е клапан другого блока струминних форсунок 6с утворює відкриту суспензію потоку 6d, процес перемішування у другій зоні 2а гідролізатора триває 10 хвилин. 3 UA 114390 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Після того обидва регулюючі клапани 5с і 5е закриті і перемішувальний насос 6а гідролізатора 2а зупиняють. Процес зонального перемішування суспензії біомаси в гідролізаторі 2а повторюється дванадцять разів на день. Після того як перший гідролізатор заповнений, другий гідролізатор 2b наповнюють свіжою біомасою та суспензією біомаси 6е, і процес перемішування проводиться аналогічно до того, як в гідролізаторі 2а. Час гідролізу біомаси в обох гідролізаторах 2а і 2b становить 31 годину. Обидва гідролізатори 2а і 2b з'єднані паралельно і працюють в почерговій послідовності. Після завершення гідролізу суспензію подають порціями кожні дві години в ферментатор 3, що становить 12 порцій суспензії на день до заповнення на 60 %. Одна частина є 1/12 від об'єму біомаси в гідролізаторі 2а. Далі частина біомаси гідролізується разом з частинами зворотного потоку та становить 20 % від гідролізованої біомаси, що циклічно подають у ферментатор 3. Час перекачування частини біомаси складає 10 хвилин, а інтервал часу транспортування наступної частини становить 110 хвилин. У той же час, ферментована суспензія біомаси перекачується з кінця в ферментатора 3 насосом 15 таким чином, щоб зберегти незмінний рівень суспензії 11 у ферментаторі 3. Таке перекачування спричинює горизонтальний рух суспензії біомаси 11 в ферментатор 3. Під час руху через ферментатор 3 суспензія 11 підлягає періодичним перемішуванням в відповідних зонах. Перемішування було розпочато після перекачування кожної частини гідролізованої біомаси до ферментатора 3. Перемішування біомаси суспензії 11 в першій зоні ферментатора 3 поширюється по першому сегментові 9. Суспензія біомаси 11 забиралася на дно ферментатора 3 через всмоктувальні форсунки 9b, що розташовані в першій ділянці перемішування, і після подальшого подрібнення за допомогою приєднання насоса 9а закачувалася в перший блок струминних форсунок 9d, які розташовані поперечно до осі резервуара 10, на початку першої зони перемішування. Регулюючий клапан 9f відкритий для управління першим блоком форсунок 9с суспензії 9d, і регулюючий клапан другого блока форсунок 9с цього сегменту 9 закритий. Прискорені струмені 9d, що випускаються з форсунок 9с, спрямовані вертикально до поверхні суспензії 11, таким чином перемішуючи її. Струмені 9d також спричиняють руйнування мулу, що утворюється на поверхні суспензії 11, і очищення біогазу від СО 2 і Н2S, а також рух цих газів разом з біомасою від поверхні суспензії 11 до анаеробної ділянки, де біомаса переробляється в біогаз. Час роботи викиду струменя першого блока форсунок 9с суспензії біомаси 9d близько 4 хвилин. Далі регулюючий клапан 9f першого пристрою струминних форсунок 9с закритий, і через чотири хвилини відкривають інший 9g клапан для управління роботою другим блоком форсунок 9b утворення струменю суспензії 9d в першій зоні перемішування. Час роботи другого блока форсунок 9с для утворення струменів суспензії біомаси 9d ще 4 хвилини, після чого 9g регулюючий клапан другого блока форсунок 9с закритий і перший насос 9а зупинений. Час перемішування суспензії 11 через перший сегмент 9 в першій зоні становить приблизно 12 хвилин. Суспензію біомаси 11 в ферментаторі 3 перемішують зонально протягом послідовних сегментів 9, розташованих в ряд послідовних ділянок перемішування. Ферментатор 3 розділений на п'ять зон перемішування суспензії. У чотирьох зонах періодичного перемішування, були використані сегменти 9, кожен сегмент складається із двох блоків форсунок 9с. Процес перемішування суспензії біомаси 11 розпочато в послідовних зонах до четвертої зони, а час викиду струменів з кожного наступного струменю блока 9с становив близько 4 хвилини. Зональне перемішування суспензії біомаси 11 вздовж сегментів 9 повторюють дванадцять разів на день, а загальний час зонального перемішування суспензії 11 в ферментаторі 3 близько 12 годин. У заключній частині ферментатора 3 утворений біогаз випускається в зонах випуску біогазу 14, використовуючи головку 13с розширення потоку 13d, що утворюється в суспензії 11 і подається безперервно з кінця ферментатора 3. Потік біомаси суспензії 13d відділяє діоксид вуглецю і сірководень з біогазу, гази, що мають хорошу розчинність у воді, залишаються в потоці 13d, потім повертаються в анаеробну зону, де біомаса переробляється в біогаз. Біогаз, що виходить із ферментатора, містить 75 % біометану, близько 25 % вуглекислого газу і невелику кількість сірководню. Біогаз після подальшої обробки, переважно видалення сірководню і видалення води, направлений на 50 % живити комбіновану установку для виробництва електроенергії і тепла, а решта біогазу направляється в біогазовий розподільник, де він розділяється на потік двоокису вуглецю і метану, що містить 96 % метану, що направлений в резервуар. З кінця ділянки ферментатора зброджену суспензію циклічно приймають і розділяють на дві частини. Перша частина, близько 50 % ферментованої суспензії, подається через трубопровід відводу 15b до відстійника центрифуги 16, а іншу частину суспензії у формі зворотного потоку подають у ферментатор 3, гідролізатори 2а і 2b і в резервуар 1с подрібнювача 1b. 4 UA 114390 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Подача зворотного потоку у ферментатор 3 проводиться в безперервному або циклічному режимі, залежно від кількості розрядженого біогазу. Фільтрати з відстійника центрифуги 16 частково скидаються в пристрій обробки відходів і частково передаються через трубопровід 16b і подають разом з зворотним потоком до резервуара подрібнювача 1b, і частково до гідролізаторів 2а і 2b. Приклад II Нижчеописаний процес переміщення і перемішування зображено на фіг. 3, де використовувались зазначення фіг. 1 і фіг. 2. Як біомаса для анаеробного виробництва біогазу використовується солома зернових і силос 1а. Подрібнений силос 1а змішують в резервуарі 1с подрібнювача 1b разом з ферментованим зворотним потоком, фільтратом і водою, потім подрібнюють чотири рази. Підготовка біомаси для гідролізу і подачі її в гідролізатори проведена таким самим чином, як і в першому прикладі. В рішенні, що передставлене даним прикладом, використано два паралельно з'єднаних 3 гідролізатора 2а і 2b із загальним об'ємом 60 м , і кожен з цих гідролізаторів підключений до 3 ферментатора 3 із об'ємом 600 м . Суспензія у вигляді свіжої біомаси заповнює 60% гідролізатора 2а, далі цю масу змішують в одній ділянці змішувального блока 6. Перемішування біомаси суспензії в гідролізаторі 2а полягає в тому, що суспензію біомаси приймають в нижній частині гідролізатора 2а і закачують одночасно насосом 6а з подрібненням в обидві форсунки 6с, що розташовані на верхній стінці гідролізатора 2а по осі резервуара 4а. Форсунки 6с утворюють два потоки суспензії 6d, які направлені вертикально до поверхні суспензії та перемішують суспензію в гідролізаторі 2а. Тривалість подачі потоків 6d становить приблизно 15 хвилин. Перемішування суспензії повторюється двадцять чотири рази в день. Додавання зворотного потоку і фільтрату в резервуар 1с подрібнювача 1b і резервуар 4а гідролізатора 2а проводять подібно до того, як у першому прикладі. Після завершення гідролізу суспензію з 3 3 об'ємом близько 18 м подають кожну годину порціями близько 0,75 м у ферментатор 3, що виготовляє 24 порції суспензії на добу. Процес гідролізу біомаси також проводиться у другому гідролізаторі 2b, так що середній час гідролізу біомаси в двох гідролізаторах складає 31 годину. Обидва гідролізатори 2а і 2b працюють в почерговій послідовності. Гідролізовану біомасу суспензії подають у ферментатор 3 до заповнення на 60 %. Процес анаеробного перетворення біомаси 11 в ферментаторі 3 триває близько 20 днів. Під час анаеробного процесу суспензія 11 змішується в двох послідовних зонах. Перемішування біомаси суспензії 11 в першій зоні ферментатора 3 полягає у тому, що суспензія 11 приймається всмоктувальними форсунками 9b, розташованими в першій зоні перемішування на початку дна ферментатора 3, після чого накачується насосом 9а, оснащеним подрібнювачами, який приєднаний одночасно до обох форсунок 9с, що розташовані уздовж осі резервуара 10. Використовуючи струминні форсунки 9с два потоки 9d, утворюють перемішування суспензії 11 в першій зоні. Потоки 9d також спричинюють руйнування мулу, що утворюється на поверхні суспензії 11, перемішуванням, а також очищують біогази над суспензією 11 від СО2 і Н2S. Перемішування першої суспензії сегмента 9 становить близько 5 хвилин. Потім насос 9а перемішування першої суспензії сегмента 9 зупиняють і приблизно через 25 хвилин запускають другий насос 9а для перемішування ферментованої суспензії 11 в другій зоні ферментатора 3, що триває близько 5 хвилин. Процес зонального перемішування суспензії біомаси сегментів 9 в ферментаторі 3 повторюється двадцять чотири рази на день. На кінці зони ферментатора 3 газопромивний пристрій 13 очищує біогази від СО2 і Н2S і перемішує суспензію 11, працюючи безперервно. Робота газопромивного пристрою 13 проводиться аналогічно до прикладу І. Процес відбувається у безперервному режимі. Після завершення ферментації в суспензії 11 частина гідролізованої біомаси та аналогічні частини зворотного потоку вводяться в ферментатор 3, і в той же час відповідна частина з ферментованої біомаси відкачується з кінця ферментатора 3 насосом 15. Половина порції відкачується з ферментатора 3, і подається в відстійник центрифуги 16, а залишок ферментованої біомаси вводиться до трубопроводу зворотного потоку 15. Кругообіг ферментованої суспензії і фільтрату схожий на кругообіг цих речовин у прикладі І. Біогаз залишає ферментатор, що містить приблизно 70 % біометану, 28 % вуглекислого газу і невелику кількість сірководню. Після подальшої обробки, переважно видалення сірководню та води, біогаз спрямований на живлення когенератора для виробництва електричної та теплової енергії в ТЕЦ. Процес подальшого очищення і/або стиснення біогазу проводиться аналогічно тому, як у прикладі І. Пристрої, відповідно до даного винаходу, зображено на кресленнях, де фіг. 1 демонструє схематичний вигляд блоків подрібнювача біомаси та гідролізу, фіг. 2 демонструє схематичний вигляд ферментатора з відстійником центрифуги, фіг. 3 демонструє пристрій, що складається з 5 UA 114390 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 двох гідролізаторів і одного ферментатора, на фіг. 4 продемонстрований пристрій, що складається з двох гідролізаторів і двох ферментаторів, розташованих в ряд, а на фіг. 5 продемонстрований фрагмент ферментатора з двома насосами для ферментованої біомаси. Як продемонстровано на фігурах, підготовчий блок 1 включає шнековий транспортер 1g на виході з резервуара 1с, який підключений через подрібнювач 1b, насос 1d і клапан 6b до вхідної сторони резервуара 1с, і додатково до трубопроводу 17с і трубопроводу 1f, що приєднані до резервуара 1с, тоді як насос 1d також підключений через клапан 5а і трубопровід 1f до резервуара 4 гідролізатора 2. У нижній частині резервуара 4 є всмоктувальні форсунки 6b і змішувальний блок 6, форсунки підключені через трубопровід 6f, насос 6а, що оснащений подрібнювачем, і клапани 5с і 5е, що контролюють дві форсунки 6с, які розташовані послідовно уздовж верхньої частини резервуара 4. У нижній частині резервуара 4 гідролізатора 2 є всмоктувальні форсунки 8а, підключені через насос 8 і трубопровід з сифоном 8b до резервуара 10 ферментатора 3. У верхній частині резервуара 10 форсунки 9с утворюють блок, кожен блок складається з двох форсунок 9с, що розташовані в ряд уздовж резервуара 10 і блоків, згрупованих в сегменти 9. У кожному із сегментів 9, струминні форсунки 9с підключені до трубопроводу 9е через насос 9а, який оснащений подрібнювачем біля всмоктувальних форсунок 9b, розташованих в нижній частині резервуара 10 в межах ділянки, окресленої амплітудою сегментів 9. У кінці резервуара 10 є вихід біогазу із встановленою головкою 13с газопромивного пристрою 13, що розташований в кінці резервуара через трубопровід і насос 13а до всмоктувальної форсунки 13b, що знаходиться в частині кінця резервуара 10. У цій частині резервуара 10 є також чотири всмоктувальні форсунки 15а, розташовані поперечно відносно осі резервуара 10 та з'єднані з насосом 15, з якого виходять два відводи трубопроводу 15b і 15с. Один відвід трубопроводу з'єднує насос 15 з клапаном 5l і трубопроводом 15b до відстійника центрифуги 16. Інший відвід трубопроводу з'єднує насос 15 з клапаном 5j і трубопроводом 15b до трьох відводів 17а, 17b, 17с, де відвід 17а з'єднаний з клапаном 5f з початком резервуара 10, другий відвід 17b з'єднаний з клапаном 5h з початком резервуара 4 гідролізатора 2, а відвід 17b підключений через клапани 5g і 5d до резервуара 1с подрібнювача. Відстійник центрифуги 16 з'єднаний з трубопроводом 16а, клапаном 5l і трубопроводом 16с для споруд для очищення фільтрату (не показані на фігурах). Трубопровід 16а з'єднаний з клапаном 5k, трубопроводом 16b і далі з клапанами 5g і 5h, а також трубопроводом 17b з резервуаром 4 гідролізатора 2. Відстійник центрифуги також з'єднаний з трубопроводом 16а, клапаном 5l, трубопроводами 16b, 17с і клапанами 5d з резервуаром 1с. Ферментатор 3 підключений до гідролізатора 2 через газовий трубопровід 20 через газові клапани 5m і 5n. Фігура 3 демонструє пристрій, що складається з гідролізаторів і ферментатора, включаючи перетворення біомаси, та обладнання для перемішування. Пристрій складається з двох паралельно розташованих гідролізаторів 2а і 2b, їх резервуари 4а і 4b з'єднані з насосом суспензії 1d з трубопроводами 1h і клапаном 5а. Кінцеві ділянки резервуарів 4а і 4b оснащені всмоктувальною форсункою 8а, що розташована в нижній частині кожного резервуара 4а і 4b, які розташовані поперечно відносно осі цих резервуарів і підключені через клапани 5r, а також насос 8 і трубопровід з сифоном 8b до резервуара 10 ферментатора 3. Струминні форсунки 6с в гідролізаторах 2а і 2b, а також струминні форсунки 9с у ферментаторі 3 розташовані уздовж осі резервуара 4а і 4b і резервуара 10 в їх верхній частині. Всмоктувальні форсунки 6b змішувальних блоків 6 гідролізаторів 2а і 2b підключені через трубопроводи і клапани 5р також за допомогою насоса 6а, трубопроводу 6f та регулюючих клапанів 5с до струминних форсунок 6с. Всмоктувальні форсунки 9b змішувального сегмента 9 з'єднані з трубопроводами і клапанами 5о, а також з насосом 9а, трубопроводами 9е і клапанами 9f і 9g з форсунками 9с. В кінці резервуара 10 ферментатора 3 є газопромивний пристрій 13, його всмоктувальні форсунки 13b розташовані в кінцевій частині ферментатора 3 та з'єднані насосом 13а і трубопроводом з головкою 13с, що розташована на виході біогазу 14. Фігура 4 демонструє розташування резервуарів, включаючи перетворення біомаси та нагрівальне обладнання, яке складається з двох гідролізаторів 2а і 2b, розташованих паралельно і підключених до двох ферментаторів 3а та 3b, розташованих в ряд. Резервуари гідролізаторів 4а і 4b підключені до трубопроводів суспензії 1h. Кінцеві ділянки резервуарів 4а і 4b оснащені всмоктувальними форсунками 8а, що розташовані в нижній частині кожного резервуара 4а і 4b, розташованими поперечно відносно осі резервуарів 4а і 4b і підключеними через клапани 5r, а також насос 8 і трубопровід з сифоном 8b до резервуара 10а ферментатора 3а. На фігурі 5 показаний блок, що складається з двох насосів 15 і 21, підключених до торцевої частини ферментатора 3. Насос фільтрату 15 з'єднаний з одного боку з всмоктувальною форсункою 15а, з іншого боку з'єднаний клапаном 5j з трубопроводом зворотного потоку 15с. 6 UA 114390 C2 5 10 15 20 25 30 Насос 21 з'єднаний з одного боку з всмоктувальними форсунками 21а, що розташовані в кінці резервуара 10 ферментатора 3, з іншого боку насос з'єднаний клапаном 5l і трубопроводом 21b з відстійником центрифуги 16, який включає в себе вихід розподільника концентрованої збродженої маси 16d і підключений до трубопроводу фільтрату 16а. Ферментатор 3 оснащений сифоном 22 для захисту резервуара 10 від надлишкового тиску. Пояснення до фіг. 1 1 - підготовчий блок 1а - біомаса 1b - подрібнювач 1с - резервуар подрібнювача 1d - живильний насос 1е - зворотний трубопровід подрібнювача 1f - водопровід 1g - шнековий транспортер 1h - трубопровід гідролізованої суспензії 2 - гідролізатор 4 - резервуар гідролізатора 5 (а, b, с, d, e) - клапани управління 5n - газовий клапан 6 - перемішувальний блок гідролізатора 6а - перемішувальний насос 6b - всмоктувальні форсунки насоса 6с - струминна форсунка 6d - потік суспензії 6е - гідролізована суспензія 6f - трубопровід суспензії 7 - газовий простір гідролізатора 8 - насос подачі суспензії 8а - всмоктувальні форсунки подавального насоса 8b - впускний трубопровід з сифоном 17b - трубопровід зворотного потоку або трубопровід фільтрату 17 - трубопровід зворотного потоку і фільтрату 18 - злив суспензії з гідролізатора 20 - газопровід 35 40 45 50 55 60 Пояснення до фіг. 2 3 - ферментатор 5 (f, g, h, і, j, k, l) - клапани управління 5m - газовий клапан 8b - трубопровід з сифоном 9 - змішувальний сегмент ферментатора 9а - зона насоса 9b - всмоктувальні форсунки насоса 9с - струминні форсунки 9d - потік суспензії 9е - трубопровід суспензії 9f і 9g - клапани управління 10 - резервуар ферментатора 11 - суспензія біомаси в ферментаторі 12 - біогаз 13 - газопромивний пристрій для очищення біогазу від СО 2 і H2S 13а - насос блока очищення біогазу 13b - всмоктувальні форсунки насоса 13с - головка газопромивного пристрою 13d - розширення потоку суспензії 14 - вихід біогазу 15 - насос для ферментованого мулу 15а - всмоктувальні форсунки насоса 15b - вихідний отвір трубопроводу 15с - трубопровід для зворотного потоку 7 UA 114390 C2 5 16 - розподільник збродженої маси, що включає відстійник центрифуги 16а - трубопровід для фільтрату 16b - трубопровід для переробленого фільтрату 16с - трубопровід для фільтрату 17а - трубопровід для зворотного потоку до ферментатора 17b - трубопровід зворотного потоку і фільтрату до гідролізатора 17с - трубопровід зворотного потоку і фільтрату до резервуара подрібнювача 19 - злив ферментованої суспензії 20 - газопровід 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Пояснення до фіг. 3 1d - живильний насос 1h - трубопровід для суспензії 2а і 2b - гідролізатори 3 - ферментатор 4а і 4b - резервуари гідролізаторів 5 (а, с, e, р, r, о) - клапани управління 6 - перемішувальний блок гідролізатора 6а - перемішувальний насос 6b - всмоктувальні форсунки насоса 6c - струминні форсунки 6f - трубопровід для суспензії 8 - живильний насос 8а - всмоктувальні форсунки насоса 8b - трубопровід з сифоном 9 - змішувальний сегмент ферментатора 9а - зона насоса 9b - всмоктувальні форсунки насоса 9с - струминні форсунки 9е - трубопровід суспензії 9f і 9g - клапани управління 10 - резервуар ферментатора 13 - газопромивний пристрій для очищення біогазу від СО 2 і H2S 13а - насос очищення біогазу 13b - всмоктувальні форсунки насоса 13с - головка газопромивного пристрою 14 - вихід біогазу Пояснення до фіг. 4 1h - трубопровід для суспензії 2а і 2b - гідролізатори 3а і 3b - ферментери 4а і 46 - резервуари гідролізерів 5 (с, e, р, r, о) - клапани управління 6 - перемішувальний блок гідролізатора 6a - перемішувальний насос 6b - всмоктувальні форсунки насоса 6с - струминна форсунка 6f - трубопровід для суспензії 8 - живильний насос 8а - всмоктувальні форсунки насоса 8b - трубопровід з сифоном 9 - перемішувальний сегмент ферментатора 9а - зона насоса 9b - всмоктувальні форсунки насоса 9с - струминна форсунка 9е - трубопровід суспензії 9f і 9 g - клапани управління 10а і 10b - резервуари ферментатора 14 - вихід біогазу 8 UA 114390 C2 23 - перекачувальний насос 5 10 15 Пояснення до фіг. 5 3 - ферментатор 5 (і, j) - клапани управління 10 - резервуар ферментатора 13 - газопромивний пристрій для очищення біогазу від СО 2 і H2S 13с - головка газопромивного пристрою 14 - вихід біогазу 15 - насос для ферментованого мулу 15a - всмоктувальні форсунки насоса 15с - трубопровід для зворотного потоку 16 - розподільник збродженої маси, що включає відстійник центрифуги 16а - трубопровід для фільтрату 16 d - вхідний отвір розподільника концентрованої збродженої маси 21 - насос ферментованої суспензії 21а - всмоктувальні форсунки насоса 21 b - трубопровід ферментованої суспензії 22 - пристрій сифона 20 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 35 40 45 50 55 1. Спосіб переміщення і перемішування суспензії біомаси в гідролізаторі шляхом гідролізу біомаси та переміщення і перемішування гідролізованої суспензії в ферментаторі, використовуючи анаеробну переробку біомаси в біогаз, який відрізняється тим, що біомасу подрібнюють в подрібнювачі, змішуючи в резервуарі подрібнювача з частиною зворотного потоку, що містить відповідні бактеріальні культури, зворотний потік повертається до резервуара подрібнювача разом з фільтратом з розподільника збродженої маси і зі свіжою водою, отриманий таким чином розчин пропускають знову один або кілька разів через подрібнювач, а потім подрібнений мул перекачується циклічно горизонтально до резервуара гідролізатора, до його заповнення на 50-70 %, після чого суспензію біомаси піддають перемішуванню в єдиній зоні або в наступних зонах гідролізатора з використанням потоків суспензії, що випускаються струминними форсунками, далі гідролізований розчин закачується порціями на дно ферментатора, який є похилим під кутом від 0,3 % до 0,9 % до виходу суспензії, що й спричиняє горизонтальний рух суспензії, протягом якого його піддають періодичному перемішуванню потоками суспензії, що випускають струминні форсунки, в наступних зонах ферментатора, починаючи від першої зони до передостанньої зони, тоді як в останній зоні ферментатора в частині випускання біогазу біомасу безперервно вводять у вигляді розширюваного потоку, і ферментована біомаса після виходу з ферментатора розділяється на два потоки, перший з яких, зворотний потік, подається у резервуар ферментатора, резервуар гідролізатора і резервуар подрібнювача, а інший, потік ферментованої біомаси, подається до розподільника збродженої маси, звідки частина фільтрату повертається назад по трубопроводу в резервуар подрібнювача і/або резервуар гідролізатора, а біогаз, що виділяється з ферментатора, піддається подальшій обробці відомим способом. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що суспензія біомаси, що випускається зі струминних форсунок, всмоктується в нижній частині гідролізатора в межах тієї зони, де знаходяться відповідні форсунки, і, крім того, потік біомаси, введений зверху, спрямований вертикально до поверхні суспензії в резервуарі гідролізатора. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що суспензія біомаси, що випускається струминними форсунками, всмоктується в нижній частині ферментатора в межах відповідних зон, де знаходиться струминна форсунка, і, крім того, потік ферментованої біомаси направлено вертикально до поверхні суспензії в резервуарі гідролізатора. 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що в процесі гідролізу і ферментації біомаси забезпечується рівний підвищений тиск газів в гідролізаторі і ферментаторі. 5. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що переміщення біомаси і процеси перемішування здійснюються як мінімум в двох гідролізаторах, розташованих паралельно, та в одному або щонайменше двох ферментаторах, розташованих паралельно або послідовно. 9 UA 114390 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що перед тим, як суспензію біомаси подають до гідролізаторних форсунок, її знову подрібнюють в пристрої відповідного перекачувального насоса. 7. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що перед тим, як суспензію біомаси подають до ферментаторних форсунок, її знову подрібнюють в пристрої відповідного перекачувального насоса. 8. Пристрій для переміщення і перемішування суспензії біомаси в гідролізаторі і ферментаторі, який призначений для здійснення способу за п. 1, що складається з подрібнювача, гідролізатора, ферментатора, розподільника збродженої маси, а також резервуарів, трубопроводів, клапанів, насосів, який відрізняється тим, що транспортер (1g) на виході з резервуара (1с) підключений через подрібнювач (1b) і насос (1d) і клапан (5b) до резервуара (1с), і до резервуара (1с) приєднаний трубопровід (17c) з клапаном (5d) і водопровід (1f), де насос (1d) підключений через клапан (5а) і трубопровід (1h) до гідролізатора (2), який оснащений блоком перемішування суспензії (6), тоді як гідролізатор (2) на його кінці з'єднаний насосом (8), що оснащений всмоктувальними форсунками (8а) та трубопроводом з сифоном (8b), з резервуаром (10) ферментатора (3), що має щонайменше два сегменти перемішування суспензії (9), а вихід біогазу (14) розташований у верхній торцевій частині резервуара (10), де встановлена головка (13с) газопромивного пристрою (13), і додатково, в кінцевій частині резервуара (10) розташовані всмоктувальні форсунки (15а), які розташовані поперечно відносно осі резервуара (10), які з'єднані з насосом (15), з якого виходять два відводи трубопроводу (15b) та (15с), один відвід (15b), що з'єднує ферментатор (3) та розподільник збродженої маси (16), та другий відвід (15с), що з'єднує ферментатор (3) з початком резервуара (10) ферментатора (3), з початковою частиною резервуара (4) гідролізатора (2) і з резервуаром (1с). 9. Пристрій за п. 8, який відрізняється тим, що перемішувальний блок (6) гідролізатора включає перемішувальний насос (6а), оснащений подрібнюючим пристроєм, одна сторона насоса з'єднана з всмоктувальною форсункою (6b), що розташована в нижній частині гідролізатора (2) поперечно відносно осі резервуара (4) гідролізатора, а з іншого боку насос (6а) підключений до клапана (5с) або безлічі клапанів (5с), відповідно розташованих уздовж гідролізатора (2), і кожен з клапанів (5с) з'єднаний з однією форсункою (6с) або щонайменше з двома форсунками (6с), що розташовані у верхній частині гідролізатора (2). 10. Пристрій за п. 8, який відрізняється тим, що перемішувальні сегменти (9) ферментатора включають блоки, що складаються щонайменше із двох форсунок (9c), розташованих поперечно і/або поздовжньо відносно осі резервуара (10), розташованих у верхній частині ферментатора (3) і підключених через насоси (9а) з подрібнюючими пристроями до всмоктувальних форсунок (9b), що розташовані у нижній частині резервуара (10) в межах відповідної зони. 11. Пристрій за п. 8, який відрізняється тим, що перемішувальні сегменти (9) розташовані вздовж осі ферментатора (3), один за одним, у відповідних зонах перемішування. 12. Пристрій за п. 8, який відрізняється тим, що головка (13с) в газопромивному пристрої (13), встановлена на виході біогазу (14) з резервуара (10), з'єднана насосом (13а) із всмоктувальними форсунками (13b), розташованими в кінцевій частині ферментатора (3) поперечно відносно осі резервуара (10). 13. Пристрій за п. 8, який відрізняється тим, що насос (15) з'єднаний з одного боку із всмоктувальною форсункою (15а), розташованою в кінці ферментатора (3), і з іншого боку він з'єднаний через клапан (5і) і трубопровід (15b) з розподільником збродженої маси (16) і підключений через клапан (5j) і трубопровід (15с), клапан (5g) і трубопровід (17с) і через клапан (5d) до резервуара (1с), а також через клапан (5h) і трубопровід (17b) до резервуара (4) гідролізатора (2), і через клапан (5f) і трубопровід (17а) до початку резервуара (10) ферментатора (3). 14. Пристрій за п. 8, який відрізняється тим, що розподільник збродженої маси (16) містить вихід концентрованої збродженої маси (16d) і підключений через трубопровід фільтрату (16а), клапан (5k), трубопровід (16b) і далі через трубопровід відводу (17с) і клапан (5d) до резервуара (1с), і підключений через трубопровід (16b) і далі через клапани (5g) і (5h) і трубопровід відводу (17b) до резервуара (4) гідролізатора (2), а також підключений через клапан (5i) і трубопровід (16с) до обладнання для обробляння фільтрату. 15. Пристрій за п. 8, який відрізняється тим, що резервуар (4) гідролізатора (2) підключений через трубопровід (20) до резервуара (10) ферментатора (3), де резервуар (10) оснащений сифоном (22), який захищає резервуар від надлишкового тиску. 10 UA 114390 C2 11 UA 114390 C2 12 UA 114390 C2 13 UA 114390 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 14