Установка для вироблення біогазу

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 промыш 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 конту-ром 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. Исходная масса бг/огаз з г Сброженнвя масса Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к установкам по микробиологической переработке в анаэробных условиях органических отходов, например навоза и помета животноводческих и птицеводческих ферм, с получением биогазэ высококачественных удобрений и обеспечением требований охраны окружающей среды. Известна установка для производства биогазз, содержащая резктор-метантенк с камерами брожения, теплообменники, подводящее и выходное устройства, теплообменный кольцевой контур, в котором установлены тепловой насос, дроссельный вентиль понижения давления, бак-аккумулягор. Однако известная установка имеет следующие недостатки Перепад температур сбрасываемой сброженной и исходной масс весьма высок, достигая нескольких десятков градусов Это обуславливает как невысокий коэффициент преобразование энергии (энергетическую эффективность) теплового насоса из-за значительных энергозатрат на работу его компрессора, так и достаточно высокую энергоемкость всего процесса анаэробного сбраживания из-за потребления дополнительной энергии на подогрев исходной массы и термостатирование. Отсутствует отдельный теплообменник типа навоз-навоз, обеспечивающий как непосредственный подогрев исходной массы сбросным теплом сброженной массы так и снижение температурного подогрева исходной массы после теплообменника перед подачей в реактор-матантенк 5 10 15 20 25 30 35 Цель изобретения - снижение энергоемкости процесса путем утилизации тепла 40 сброженной массы. Указанная цель достигается тем, что предлагаемая установка для производства биогаза снабжена теплообменником типа исходная масса - сброженная биомассз иа 45 выходах сброженной и исходной масс которого установлены соответственно теплообменные испарительный и конденсационный блоки тепловою насоса связанные теплообменным кольцевым контуром, в котором между тепловым насосом и выходом исход- 50 ной массы из теплоо&менника расположен бак-аккумулятор, а в направлении выхода сброженной массы - дроссельный вентиль Предлагаемая установка для производства биогаза отличается наличием новь* 55 конструктивных решений установки и связей, она снабжена теплообменником типа исходная масса - сброженная масса на выход которого по линиям сброженной и исходной масс установлены соответственно теплообченные устройства исгарительного и конденсационного блоков теплового ндсо са, связанные теплоопменным кольцевым сонтуром, в котором между тепловым насосом и выходом исходной массы из теплообменника ^эспопожен бак-аккумупятор, а в направлении выхода сброженной массы дроссельный, понижающий давление вентиль Благодаря наличию отдельного теплообменника типа масса-мгсса сброженная масса, имеющая более высокую температуру, чем исходная, отдает последней часть тепла Тем самым частично утилизируется остаточное тепло сбрасываемой из реактора биомассы При этом значительно снижается температурная разница между нагретой исходной кассой, загружаемой в реактор после данного теплообменника, и режимной в реакторе-метантенке, что, соответственно, снижает затраты дополнительной энергии иа нагрев исходной среды до требуемой температуры. Например, применив на одной из биогазовых установок проТИЙОТОЧНЫЙ теплообменник типа навоз (исходный; - навоз (сброженный) с входными температурами исходного навоза 10°С, а сброженноїо 40°С, на выходах этого теплообменника исходная масса имела температуру ~29°С, а сброженная ~21°С Перепад между температурой исходной среды (10°С) и требуемой режимной температурой (40°С) в случае использования теплообменника снижается, например с 30 до 11°С. а значит, и необходимая энергия догрева исходной массы ДГЙ подачи в реактор составит в три раза меньш/ю величину. При этом применение противоточного теплообменника перед прямоточным предпочтительнее, ибо позволяет повысить эффективность теплообмена и получить темпера typy выхода нагреваемой массы выше температуры выхода нагревающей (охлаждаемой) массы сравнительно с усредненной (одинаковой- температурой, достигаемой в прямоточном теплообменнике Для описанных условий усоедненная выходная температура обеих масс близка к 25°С Резмешение ^а еыходах теплообменника масса-масса на его личлях сброженной и исходной биомасс двух связанных друг с другом кольиевым контуром по гринципу соединения *олода и теппа тг;плооЬмеьных блоковых устройств теплового насоса (конденсационисго & испарительного) обеспечивает утилизацию и регенерацию остаточного тепла сброженной биомассы уже после теплообменники. СЬроженная биемзесг в тем случае рационально используется как источник ничкопотенцизльного 6 тепла. В этом тєплообмєнном КОЛЫДУРОМ контуре тепловой насос оаспопожен в направлении выхода исходной массы из ГОР лообменникз. При этом на стороне вывода сброженной массы установлено теплоооменное устройство испарительного блока теплового насоса, а на выходе исходной среды - теплообменное устройство конденсационного опока. Это позволяет путем отбора тепла при 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, догревзя 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 снянзла утилизируется а теплообменнике типа масса (исходная) - масса (сброженная), э 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 ч выходными 5, 6 устройствами. На 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 з 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 6 расположен бак-аккумулятор (накопитель) 12 с теплообменником 13. Установка для производства биогаза работает следующим образом 5 10 15 20 25 30 35 Обрабатываемая исходная биомяс;д с повышенным содержанием органических веществ, например животноводческие навочные стоки,жидкий навоз, помет и до , с температурой порядка 10-;5°С подается на вход 3 теплообменника 2 типа навоз-навоз. Здесь масса в противотоке предварительно нагребается сбрасываемой из реактора 1 обработанной сброженной биомассой, проходящей через вход4 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 прогиаоточном аппарате эффективность теплообмена выше и на выходе теплообменника исходная среда имеет температуру, превышающую температуру выхода из аппарата сброженной массы. На выходе 5 в теплообменном испарительном блоке 7 теплового насоса 9 сброженная массз 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,теплообменный конденсационный блок 8, установленный на выходе 6, передается исходной массе, догревая ее до режимной температуры анаэообного процесса. Нагретая таким образом сначала R теплообменнике 2 И В блоке 8 исходная среда подается затем в реактор-метантенк 1, не вызывая температурных колебаний и обеспечивая стабильность метаигенерзции. При условии первоочгфедного обеспе40 чения нагрева исходной массы до требуемой режимной температуры избыточная тепловая энергия может накапливаться в баке-аккумуляторе 12 с теплообменником 13 в виде получаемой горячей воды, идущей 45 на потребительские нужды, например в теплосистему термостатировэния резктора-метантенка или на бытовые цоли. Экспериментальные исследования биогазовой установки для сбрзжиЕ'.ачия напоза 50 производительностью 40 т/сутс температурой анаэробного процесса 40°С и с применением противоточного теплообменника типа навоз исходный нэвоч сброженный показали, что при темпер.пурах на входе 55 для исходного навоза 10 С, дчя сброженного 40°С на выходах теплообменника исход-, ный навоз нагревался и ИГТІЛ температуру 29°С, а сброженный out мал до 21 "С. Для подачи в реактор необходимо '> -і;.обогревать исходную массу с 29 до А,'(. которое в 1692951 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 дополнительного охлаждения сброженной биомассы (ниже 21°С) с использование ее как источник низкопотенциального тепла. При этом снижение энергопотребления биогазовой установки в целом с предлагаемым введением и соединением теплообменника навознавоз 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 теплообменника навоз-на воз 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 био Редактор Н.Тупица 5 10 15 20 25 8 массы в реакторе-метантенке, где температура поддержияается на одном из уровней в интервале 40-55°С, снижение энергоемкости имеет большую эффективность. ' Формула изобретения Установка для производства биогэза, содержащая метэнтенк с подводящим и отводящим устройствами, теплообменный кольцевой контур, в котором установлены тепловой насос с испарительным и конденсационным блоками, дроссельный вентиль и бак-аккумуля гор, о т л и ч а ю щ а я с я гем, что, с целью снижения энергоемкости установки за счет утилизации тепла сброженной массы, она снабжена теплообменником для нагрева исходной массы сброженной биомассой, испарительный блок установлен на выходе с охлажденной сброженной массы из теплообменника, а конденсационный блок - на выходе нагретой исходной массы из теплообменника, на теплообменном кольцевом контуре в направлении от испарительного блока к конденсационному установлены соответственно тепловой насос и бак-аккумулятор, а в направлении от конденсационного блока к испарительному блоку установлен дроссельный вентиль Составитель Г Мовиссв Техред М.Моргентал Корректор Э.Лончакова Заказ 4046 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКИТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наЬ,, 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101