Установка для отримання біогазу

Реферат: Установка для отримання біогазу містить біореактор, корпус якого виконаний у вигляді прямокутної траншеї, над якою встановлені секційні світлопрозорі дзвони з пристроєм для руйнування кірки субстрату та з газозбірними трубами. В нижній частині корпусу розміщено скребковий транспортер, а трубчастий теплообмінник розміщено над середньою частиною ламаного транспортера. UA 73241 U (12) UA 73241 U UA 73241 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель, що заявляється, належить до засобів анаеробного зброджування органічних відходів, зокрема призначена для генерації біогазу та отримання органічних добрив з побутового сміття, листя, відходів тваринництва тощо внаслідок анаеробного розкладу біомаси мікроорганізмами і використання кінцевих продуктів для побутових потреб. Відома установка утилізації енергії біогазу [АС СРСР № 1130530, кл C02F1 1/00, 1984 р], до складу якої входить реактор з мішалкою та джерело тепла у вигляді двигуна внутрішнього згорання (ДВЗ) для підтримання температури зброджування субстрату та двох теплообмінників для підігріву свіжого субстрату. Теплота збродженого субстрату утилізується в першому теплообміннику-регенераторі, де підігрівається свіжий субстрат. В другому теплообміннику здійснюється утилізація теплоти відхідних газів від ДВЗ. Таким чином після двоступеневого підігріву свіжий субстрат надходить в біореактор. Недолік даної установки полягає в тому, що вона більш ефективно працює в безперервному режимі роботи. Окрім того, безпосередня взаємодія відхідних газів від ДВЗ, які мають високу температуру, з субстратом призводить до пригнічення процесу життєдіяльності метаногенної мікрофлори і, як наслідок, до зменшення виходу біогазів. Відома також установка для метанового зброджування [АС СРСР № 1643478, кл C02F11/04, 1991 р], яка складається з метантенка (в подальшому біореактор), який вихідною біогазовою трубою (в подальшому газопровід) та трубопроводом нагрітого вихідного субстрату сполучений з вихідним конусам теплообмінника (в подальшому теплообмінник-регенератор), а трубопроводом збродженого субстрату (в подальшому вивантажувальний трубопровід) з конусом теплообмінника-регенератора. Вхідний конус теплообмінника-регенератора з'єднаний з накопичувальною ємністю та з трубопроводом охолодженого біогазу, який сполучений з газгольдером, а патрубок для охолодженого субстрату (в подальшому вивантажувальний трубопровід) теплообмінника-регенератора з ємністю збродженого субстрату. Теплообмінникрегенератор виконаний із суміжних активних і пасивних секцій квадратного перерізу, які чергуються в шахматному порядку, де виконані канали, які дозволяють зв'язати пасивні секції між собою. Недоліком відомої установки є складність конструкції теплообмінника-утилізатора. Крім того, відсутність активного перемішування в робочій ємності (біореакторі) призводить до утворення застійних зон, а відсутність вбудованого теплообмінника - до нерівномірності температурного поля в об'ємі реактора. В результаті зменшується швидкість процесу анаеробного зброджування і знижується ефективність роботи біогазової установки. Найбільш близькою за технічною суттю до установки, що заявляється, є установка для отримання біогазу, що містить біореактор, який газопроводом з'єднаний з газгольдером, а трубопроводом нагрітого вихідного субстрату - з теплообмінником-регенератором, який в свою чергу з'єднаний з накопичувальною ємністю та з ємністю збродженого субстрату, при цьому додатково введено другий теплообмінник та перемішувальний пристрій у вигляді вала із закріпленими на ньому гнучкими лопатками, причому перший і другий теплообмінникирегенератори та теплообмінник остаточного підігріву субстрату мають гладку або оребровану теплообмінну поверхню і виконані у вигляді двох ємностей, складених одна в одну таким чином, що утворені дві робочі порожнини, внутрішня та зовнішня у вигляді кільцевого зазору, при цьому внутрішня порожнина першого теплообмінника-регенератора з'єднана з біореактором та з внутрішньою порожниною другого теплообмінника-регенератора, а кільцевий зазор першого теплообмінника-регенератора з'єднані з накопичувальною ємністю та з внутрішньою порожниною теплообмінника остаточного підігріву субстрату, в свою чергу внутрішня порожнина теплообмінника остаточного підігріву субстрату сполучена з біореактором, а кільцевий зазор цього теплообмінника зв'язаний з котлом та баком гарячої води, внутрішня порожнина другого теплообмінника-регенератора сполученаз ємністю для збродженого субстрату, а кільцевий зазор другого теплообмінника-регенератора - з баком гарячої води. [Патент України на корисну модель № 15905, МПК С 02 F11/04, 2006 p.]. Суттєвим недоліком такої установки є невисока якість отриманого біогазу через відсутність його очистки від сірководню, вуглекислого газу та водяної пари, а також недостатня продуктивність через те, що при утворенні кірки субстрату на його поверхні всередині біогенератора відбір метану здійснюється повільно. Задачею корисної моделі, що заявляється, є підвищення продуктивності роботи установки та якості отриманого біогазу, шляхом зміни конструкції. Поставлена задача вирішується тим, що установка для отримання біогазу містить оснащений електроприводом та з'єднаний газопроводом з газгольдером біореактора, який обладнано мережею трубопроводів, одною частиною якої він з'єднаний з теплообмінником остаточного підігріву субстрату та з теплообмінниками-регенераторами, один з яких з'єднаний з 1 UA 73241 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 накопичувальною ємністю, а другий з ємністю збродженого субстрату, причому інша частина мережі трубопроводів оснащена розширювальним баком, баком нагріву води та водогрійним котлом, а усередині біореактора розміщено трубчастий теплообмінник, згідно з корисною моделлю, корпус біореактора виконаний у вигляді оснащеного ізоляцією днища та стінок прямокутної траншеї, над якою встановлені герметизовані від зовнішнього середовища секційні світлопрозорі дзвони з пристроєм для руйнування кірки субстрату та з газозбірними трубами, а в нижній частині корпусу розміщено скребковий транспортер ламаної форми, при цьому трубчастий теплообмінник розміщено над середньою частиною ламаного транспортера. Крім того, додатково оснащений очисником газу від домішок сірководню, вуглекислого газу та водяної пари газгольдер виконаний у вигляді встановленого на гідроізольованій основі корпусу з гофрованими стінками та напрямною стійкою, розміщеною на центральній геометричній осі корпусу газгольдера, поряд з якою змонтований холодильник, при цьому в нижній та верхній частинах корпусу газгольдера розташовані ємності з рідиною, що не замерзає, а поряд з корпусом газгольдера встановлена розширююча стійка змінного перерізу, яка гідравлічно з'єднана з нижньою заповненою рідиною ємністю у корпусі газгольдера. До того ж, ізоляція днища та стінок біореактора виконана з матеріалу, стійкого до агресивного середовища. На кресленнях, що додаються, схематично зображена установка для отримання біогазу. На фіг. 1 дано її поздовжній переріз, а на фіг. 2 - показано газгольдер з очисником отриманого з біореактору газу. Установка для отримання біогазу містить біореактор 1 (фіг. 1), який виконано у вигляді траншеї з ізольованими стінками та днищем, над яким змонтовано скребковий транспортер 2 ламаної форми. Над транспортером 2 встановлені трубчастий теплообмінник 3 та світлопрозорі дзвони 4 з трубками 5 для відводу біогазу. Крім того, безпосередньо під дзвонами 4 розміщено рухому ґратку 6 з передбаченням можливості її переміщення вгору та вниз для руйнування кірки субстрату. Біореактор 1 оснащено електроприводом 7 для здійснення руху ґратки 6 та скребкового транспортера 2. Для запобігання випаровуванню субстрату в атмосферу біореактор 1 вкритий зверху світлопрозорим чохлом. Біореактор 1 з'єднаний газопроводом 8 із оснащеним очисником 9 біогазу від домішок газгольдером 10 (фіг. 2). Газгольдер 10 включає встановлений на гідроізольованій основі 11 корпус 12 з гофрованими стінками. В центральну частину корпусу 12 газгольдера 10 вбудована напрямна стійка 13, поряд з якою змонтовано холодильник 14, у верхній та нижній частинах корпусу 12 розташовані ємності 15, 16 з рідиною, що не замерзає. Біля корпусу 12 газгольдера 10 встановлена розширююча стійка 17, яка гідравлічно з'єднана з нижньою 16 ємністю у корпусі 12 газгольдера. Стійка 17 має змінний переріз. Поряд з біореактором 1 розташована накопичувальна ємність 18 для завантаження у неї сировини та створення розрахункового її запасу для забезпечення безперебійної роботи біореактора 1. На виході з біореактора розташована ємність 19 збродженого субстрату. Для утилізації тепла, що утворюється в процесі зародження субстрату, біореактор 1 оснащений трубною системою утилізації тепла, до складу якої також входять декілька ємностей: водогрійний котел 20, розширювальний бак 21, бак 22, два теплообмінника-регенератори 23, 24 та теплообмінник 25 остаточного підігріву субстрату, при цьому ці теплообмінники є конструкціями типу "труба в трубі" та оснащені теплоізольованими стінками. Бак 22 є проміжною ємністю, що оснащена власним трубчастим теплообмінником 26. Ємності системи утилізації тепла об'єднані мережею трубопроводів. Для завантаження субстрату з накопичувальної ємності 18 у приймальний раструб трубопроводу 28 для подальшого транспортування її в біореактор в накопичувальній ємності 18 встановлено норію 27. Трубопровід 28 є завантажувальним для біореактора 1 та об'єднує накопичувальну ємність 18, теплообмінник-регенератор 23 та теплообмінник 24 остаточного субстрату. Водогрійний котел 20 з'єднано стояком 29 з розширювальним баком 21, з водогрійним котлом 20 у свою чергу сполучено трубопроводом 30 зворотної води теплообмінник 3, що вмонтований усередину біореактора 1. До розширювального бака 21 підведено трубопровід 31 зовнішнього водопостачання. Бак 22 (проміжна ємність) з'єднаний зливним трубопроводом 32 з накопичувальною ємністю 18. За функціональним призначенням теплообмінник-регенератор 24 є ємністю для попереднього підігріву води з мережі зовнішнього водопостачання, яка під'єднана до нього трубопроводом 31 від проміжної ємності 22, що у свою чергу з'єднана зливним трубопроводом 32 з накопичувальною ємністю 18. Внутрішня частина теплообмінника-регенератора 24 вивантажувальним трубопроводом 33 з'єднана з другим теплообмінником-регенератором 23, а через нього із скребковим транспортером 2 біореактора 1. Продовженням трубопроводу 33 2 UA 73241 U 5 10 15 20 25 30 35 40 теплообмінник-регенератор 24 з'єднаний з ємністю 19 збродженого субстрату. Для підтримки належного температурного режиму установка оснащена додатковими трубопроводами гарячої води. Так, трубопровід гарячої води 34 з'єднує вбудований у проміжну ємність 22 теплообмінник 26 з розширювальним баком 21, який байпасною лінією 35 з'єднаний з теплообмінником 25 остаточного підігріву субстрату через основний гріючий трубопровід 36, а трубопровід 37 з'єднує розширювальний бак 21 з трубчастим теплообмінником 3, що розташовані всередині біореактора 1. Установка для отримання біогазу працює таким чином. Сировину з накопичувальної ємності 18 норією 27 завантажувальним трубопроводом 28 крізь його раструб спрямовують у зазор теплообмінника-регенератора 23 для подальшого транспортування у середню частину теплообмінника 25 остаточного підігріву субстрату, а звідти до початку скребкового транспортера 2 біореактора 1. Процес зародження субстрату, що здійснюється у біореакторі 1 надає два продукти: біогаз та зброджений субстрат, що є органічним добривом. Завдяки наявності рухомої ґратки 6 всередині біореактора кірка субстрату у ньому постійно руйнується цією ґраткою, підвищуючи вихід утвореного процесі зародження біогазу. Завдяки тому, що сировину розбавляють порціями води трубопроводом 32 з проміжної ємності 22, отриманий з сировини субстрат має таку консистенцію, що легко пересувається по трубопроводах. Таким чином здійснюється попередній нагрів субстрату у першій стадії утилізації тепла здійсненням двоступеневого нагрівання. Зброджений субстрат, віддавши частину тепла у зазорі теплообмінника-регенератора 23 надходить у внутрішню частину теплообмінника-регенератора 24 по трубопроводу 33, де остаточно охолоджується, одночасно нагріваючи воду у трубопроводі 31, який одним кінцем з'єднаний із зазором теплообмінника-регенератора 24 (так здійснюється друга стадія утилізації тепла збродженого субстрату). Другим кінцем трубопровід 31 з'єднаний з проміжною ємністю 22, де утворюється подальший нагрів води. Підтримці робочого температурного режиму у біореактора 1 сприяє теплообмінник 3, що вмонтований всередину біореактора 1. У водогрійному котлі 20 здійснюється підігрів води, яка по стояку 29 подається у розширювальний бак 21, а звідти трубопроводом 37 вода подається у трубчастий теплообмінник 3. Охолоджена у теплообміннику 3 вода трубопроводом 30 повертається у водогрійний котел 20. Рівномірність температури всередині біореактора забезпечується за рахунок переміщення субстрату скребками транспортера 2. Відбір біогазу з-під дзвонів 4 здійснюється колекторним трубопроводом 8, при цьому біогаз спрямовують крізь очисник 9 у газгольдер 10, а з нього - на потреби споживача. Для забезпечення надійної роботи установки усі мережі теплопроводів та теплообмінникирегенератори оснащені теплоізолюючими прокладками, а ізоляція стінок і днища біореактора виконана з матеріалу, призначеного для роботи в агресивних середовищах. Головки скребкового транспортера у біореакторі розміщені з дотриманням умов їх розташування над поверхнею субстрату. Очисник біогазу 9 працює за принципом розподілення складу отриманої в біореакторі суми газів з випуском в атмосферу негорючої їх частини та збору у газгольдері 10 високоякісного біогазу з достатньою для горіння кількістю метану та супутніх горючих складових. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 55 60 1. Установка для отримання біогазу, що містить споряджений електроприводом та з'єднаний газопроводом з газгольдером біореактор, який обладнано мережею трубопроводів, одною частиною якої він з'єднаний з теплообмінником остаточного підігріву субстрату та з теплообмінниками-регенераторами, один з яких з'єднаний з накопичувальною ємністю, а другий з ємністю збродженого субстрату, при цьому інша частина мережі трубопроводів споряджена розширювальним баком, баком нагріву води та водогрійним котлом, а усередині біореактора розміщено трубчастий теплообмінник, яка відрізняється тим, що корпус біореактора виконаний у вигляді оснащеної ізоляцією днища та стінок прямокутної траншеї, над якою встановлені герметизовані від зовнішнього середовища секційні світлопрозорі дзвони з пристроєм для руйнування кірки субстрату та з газозбірними трубами, а в нижній частині корпусу розміщено скребковий транспортер ламаної форми, при цьому трубчастий теплообмінник розміщено над середньою частиною ламаного транспортера. 2. Установка для отримання біогазу за п. 1, яка відрізняється тим, що додатково оснащений очисником газу від домішок сірководню, вуглекислого газу та водяної пари газгольдер виконаний у вигляді встановленого на гідроізольованій основі корпусу з гофрованими стінками 3 UA 73241 U 5 та напрямною стійкою, розміщеною на центральній геометричній осі корпусу газгольдера, поряд з якою змонтований холодильник, при цьому в нижній та верхній частинах корпусу газгольдера розташовані ємності з рідиною, що не замерзає, а поряд з корпусом газгольдера встановлена розширююча стійка змінного перерізу, яка гідравлічно з'єднана з нижньою заповненою рідиною ємністю у корпусі газгольдера. 3. Установка для отримання біогазу за п. 1, яка відрізняється тим, що ізоляція днища та стінок біореактора виконана з матеріалу, стійкого до агресивного середовища. Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4