PL221031B1 - Sposób wytwarzania gazu biologicznego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania gazu biologicznego.

Zmniejszające się zasoby konwencjonalnych surowców energetycznych, stały się bodźcem do podjęcia poszukiwań surowców niekonwencjonalnych oraz metod uzyskiwania z nich paliw. Surowcami takimi okazały się substancje organiczne zawierające celulozę, a mianowicie nawozy zwierzęce, ścieki i osady ściekowe oraz odpadki roślinne, które w procesie fermentacji beztlenowej wydzielają gaz biologiczny o wysokiej zawartości metanu.

Znane są urządzenia do wytwarzania gazu biologicznego, tak zwane biogazownie wyposażone w zbiornik wsadu fermentacyjnego połączony z komorami fermentacyjnymi na przykład dwiema, które z kolei są połączone z jedną wtórną komorą fermentacyjną, z której osady są zbierane w zbiorniku osadów.

Mieszanie zawartości komór fermentacyjnych jest prowadzone za pomocą mieszadeł pionowych zamontowanych w dachach.

Komora fermentacyjna jest ogrzewana za pomocą zewnętrznego wymiennika ciepła. Ściany i dachy zbiorników komór fermentacyjnych są ocieplone i izolowane dla redukcji strat ciepła.

Proces fermentacji wsadu fermentacyjnego i wytwarzania gazu biologicznego zachodzi w komorach fermentacyjnych, gdzie jest produkowana większość gazu biologicznego.

Poziom wypełnienia wsadem fermentacyjnym w komorach fermentacyjnych jest stały. Podczas dostarczania świeżych substratów do komór fermentacyjnych następuje automatycznie przepływ częściowo przefermentowanego wsadu fermentacyjnego do wtórnej komory fermentacyjnej. Wtórną komorę fermentacyjną stanowi żelbetowy zbiornik wyposażony w dwumembranowy zbiornik gazu biologicznego i centralną kolumnę. Od kolumny do ścian zbiornika jest zamontowana konstrukcja z drewnianych belek lub innego materiału, Idy zbiornik gazu biologicznego jest opróżniony ta konstrukcja zabezpiecza wewnętrzną membranę przed zatopieniem w cieczy pofermentacyjnej. Wtórna komora fermentacyjna wyposażona jest w dwa zatapialne mieszadła i ocieplona.

Dwumembranowy zbiornik magazynowy gazu biologicznego pełni zarazem funkcję dachu. Pojemność zbiornika wystarcza na zgromadzenie gazu biologicznego wytworzonego w ciągu około 3,5 godzin w dwóch komorach fermentacyjnych i wtórnej komorze fermentacyjnej. Poziom gazu biologicznego jest mierzony w sposób ciągły. Pomiary te służą do automatycznego sterowania mocą modułu kogeneracyjnego, urządzenia, które spalając gaz biologiczny produkuje energię elektryczną i ciepło jednocześnie. Sygnał jest doprowadzony do szafy sterowniczej i w zależności od ilości gazu biologicznego moduł pracuje pełną lub obniżoną mocą.

Opisane rozwiązanie biogazowni, w którym wsad fermentacyjny jest ponownie poddawany procesowi fermentacji we wtórnej komorze fermentacyjnej nie zapewnia dostatecznego odgazowania wsadu fermentacyjnego, a co za tym idzie ma niedostateczną wydajność jeżeli chodzi o uzysk gazu a przy tym zagazowany osad pofermentacyjny zanieczyszcza środowisko.

Dwumembranowy zbiornik gazu biologicznego ma zbyt małą pojemność dla gromadzenia gazu, a przy tym jego rozwiązanie jest bardzo kosztowne.

Wykonanie komór fermentacyjnych z betonu uniemożliwia ich demontaż i przeniesienie w inne miejsce.

Z polskiego opisu patentowego, nr patentu 164489 znane jest urządzenie do produkcji gazu biologicznego z materiałów organicznych o zbiorniku poziomym, zwanym fermentatorem z wyprowadzoną rurą przelewową do drugiego pojemnika, w którego końcach zamocowane są rury opadowe połączone z fermentatorem, zaopatrzone w ruchome zastawki.

Z tego opisu patentowego jest również znane urządzenie do produkcji gazu biologicznego z materiałów organicznych w zbiorniku pionowym. Urządzenie to ma fermentator wyposażony u góry w szczelny klosz, obwiedziony wokoło rynną, z której wyprowadzone są rury opadowe zaopatrzone w ruchome zastawki.

Fermentator w kształcie cylindra nakryty jest od góry ruchomym dzwonem, którego pionowy płaszcz zanurzony jest podczas działania w płynnym wsadzie fermentacyjnym, stanowiącym hydrauliczne uszczelnienie dla gazu biologicznego zbierającego się pod dzwonem. Fermentator jest zaopatrzony w zewnętrzny wskaźnik poziomu cieczy, zawieradło, zawór zwrotny i przewód rurowy odprowadzający gaz biologiczny spod dzwonu poprzez zawór zwrotny. Celem sprawdzenia poziomu wsadu fermentacyjnego, przed każdym okresowym załadunkiem fermentatora otwierane jest zawieradło, aby doprowadzić do wyrównania ciśnień gazu biologicznego pod kloszem i dzwonem, formalnie zawieradło

PL 221 031 B1 jest zamknięte. Urządzenie posiada również króciec do napełniania i króciec spustowy do opróżniania oraz grzejnik do podgrzewania wsadu fermentacyjnego.

Po napełnienia fermentatora wsadem fermentacyjnym i podgrzania do wymaganej temperatury rozpoczyna się fermentacja, a wytwarzający się gaz biologiczny zbiera się pod kloszem i wywiera parcie na lustro wsadu fermentacyjnego, podnosząc go w szczelinie między rynną a wewnętrzną ścianą dzwonu. Podnoszenie się powierzchni wsadu fermentacyjnego trwa do osiągnięcia górnej krawędzi rynny, przez którą wsad fermentacyjny przelewa się do jej wnętrza. Spiętrzony wsad fermentacyjny pozostały w rynnie spływa rurami opadowymi w dół otwierając zastawki. Wywołuje to efekt mieszania wsadu fermentacyjnego.

Gaz biologiczny spod dzwona odprowadzany jest do sieci przez zawór zwrotny.

Urządzenie do produkcji gazu biologicznego w zbiorniki pionowym nie zapewnia dostatecznego od gazowania wsadu fermentacyjnego, bo jest to urządzenie tylko o jednej komorze fermentacyjnej, w którym nie zastosowano przyrządów kontrolujących stan odgazowania.

Zaproponowany sposób mieszania wsadu fermentacyjnego nie zapewnia dostatecznego jego wymieszania, a co za tym idzie wpływa na bardzo powolny przebieg procesu fermentacji.

Brak uszczelnienia pomiędzy fermentatorem a dzwonem powoduje przedostawanie się gazu biologicznego do środowiska, a co się z tym wiąże jego zanieczyszczenie i straty związane z niewykorzystaniem tej ilości gazu biologicznego.

W urządzeniu tym ruch dzwonu jest możliwy tylko dzięki ciśnienia wywieranemu przez wytworzony gaz biologiczny.

Celem wynalazku jest zaproponowanie takiego sposobu wytwarzania gazu biologicznego, który zapewni maksymalne odgazowanie wsadu fermentacyjnego a przez to optymalny uzysk gazu biologicznego, przy jednoczesnym zapewnieniu minimalnego zatrucia środowiska.

W sposobie wytwarzania gazu biologicznego w procesie fermentacji beztlenowej według wynalazku wykorzystuje się urządzenie wyposażone w zbiornik wsadu fermentacyjnego, komorę wstępnej fermentacji, komorę fermentacyjną, zawierającą urządzenia i przyrządy doprowadzenia wsadu fermentacyjnego, odprowadzenia osadów i odprowadzenia gazu a także wyposażone w mieszadło i podgrzewacz wsadu fermentacyjnego oraz zbiornik osadów i zespól zaworowe pompowy.

Zgodnie z tym sposobem, napełnia się wsadem fermentacyjnym zbiornik wsadu fermentacyjnego, a następnie wsad fermentacyjny kieruje się do komory wstępnej fermentacji. W komorze wstępnej fermentacji poddaje się wsad fermentacyjny procesowi fermentacji beztlenowej i odprowadza się powstały w wyniku niej gaz biologiczny do generatora. Częściowo przefermentowany wsad fermentacyjny kieruje się do komory fermentacyjnej.

Sposób wytwarzania gazu biologicznego według wynalazku charakteryzuje się tym, że wsad fermentacyjny kolejno kieruje się poprzez zawory doprowadzające wsad fermentacyjny do poszczególnych zespołów fermentacyjnych komory fermentacyjnej, kolejno napełniając wsadem fermentacyjnym dolne cylindry zespołów fermentacyjnych, przy czym kontroluje się ciśnienie wsadu fermentacyjnego czujnikiem ciśnienia wsadu ze wskaźnikiem w poszczególnych zespołach fermentacyjnych a po przekroczeniu zadanej wartości ciśnienia wsadu fermentacyjnego w dolnym cylindrze zespołu fermentacyjnego, która zawiera się w przedziale od 160 hPa to 1000 hPa, zamyka się dopływ wsadu fermentacyjnego do tego zespołu fermentacyjnego.

W zespole fermentacyjnym poddaje się wsad fermentacyjny procesowi fermentacji beztlenowej, przy czym miesza się wsad fermentacyjny mieszadłem i podgrzewa się go do temperatury nie wyższej aniżeli 40°C za pomocą podgrzewacza.

Wytworzony w tych warunkach gaz biologiczny magazynuje się w górnym cylindrze zespołu fermentacyjnego, gdzie kontroluje się ciśnienie gazu biologicznego czujnikiem ciśnienia gazu ze wskaźnikiem, zaś po przekroczeniu zadanej wartości ciśnienia gazu biologicznego w górnym cylindrze zespołu fermentacyjnego, która zawiera się w przedziale od 8 hPa do 20 hPa, odprowadza, się gaz biologiczny zaworem wprowadzenia gazu do generatora, a przy spadku ciśnienia gazu biologicznego w górnym cylindrze zespołu fermentacyjnego i o wartości poniżej 2 hPa oddaje się osady z dolnego cylindra zespołu fermentacyjnego do zbiornika: osadów przez zawór odprowadzający osady danego zespołu fermentacyjnego.

Czynności te powtarza się niezależnie w każdym zespole fermentacyjnym komory fermentacyjnej.

Zastosowanie sposobu wytwarzania gazu biologicznego według wynalazku zapewnia maksymalne odgazowanie wsadu fermentacyjnego, a co się z tym wiąże maksymalny uzysk gazu biologicznego i minimalne zatrucie środowiska. Maksymalne obrazowanie wsadu fermentacyjnego jest zapewnione

PL 221 031 B1 przez kolejne napełnianie zespołów fermentacyjnych i opróżnianie zespołów fermentacyjnych już odgazowanych.

Dzięki zapewnieniu w sposobie według wynalazku magazynowania dużej ilości gazu biologicznego zastosowanie tego sposobu w godzinach szczytu zapotrzebowania na energię elektryczną jest bardzo opłacalne.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia wnętrze pracującego zespołu fermentacyjnego w widoku w ujęciu schematycznym, fig. 2 przedstawia zestaw wyposażenia do realizacji sposobu wytwarzania gazu biologicznego według wynalazku z widokiem wnętrza pracującej komory fermentacyjnej w ujęciu schematycznym.

W sposobie wytwarzania gazu biologicznego w procesie fermentacji beztlenowej według wynalazku wykorzystuje się urządzenie wyposażone w zbiornik 10 wsadu fermentacyjnego, komorę wstępnej fermentacji 12, komorę fermentacyjną 1, zawierającą urządzenia i przyrządy doprowadzenia wsadu fermentacyjnego, odprowadzenia osadów i odprowadzenia gazu. Urządzenie jest także wyposażone w mieszadło 13 i podgrzewacz 14 wsadu fermentacyjnego oraz zbiornik 15 osadów i zespół zaworowo - pompowy 16.

Zbiornik 10 wsadu fermentacyjnego jest połączony poprzez zawór główny 21 i zespół zaworowo - pompowy 16 z komorą wstępnej fermentacji 12, która jest połączona przez zespół zaworowo - pompowy z zespołami fermentacyjnymi 2 komory fermentacyjnej 1. Zespoły fermentacyjne 2 komory fermentacyjnej 1 są połączone przez zespół zaworowo - pompowy 16 ze zbiornikiem 15 osadów. Zgodnie z tym sposobem napełnia się wsadem fermentacyjnym zbiornik 10 wsadu fermentacyjnego, a następnie wsad. fermentacyjny kieruje się do komory wstępnej fermentacji 12.

W komorze wstępnej fermentacji 12 poddaje się wsad fermentacyjny procesowi fermentacji beztlenowej i odprowadza się powstały w wyniku niej gaz biologiczny do generatora.

Częściowo przefermentowany wsad fermentacyjny kieruje się do poszczególnych, zespołów fermentacyjnych 2 korony fermentacyjnej 1.

Wsad fermentacyjny kolejno kieruje się poprzez zawory 7 doprowadzające wsad fermentacyjny do poszczególnych zespołów fermentacyjnych 2 komory fermentacyjnej 1, kolejno napełniając wsadem fermentacyjnym dolne cylindry 4 zespołów fermentacyjnych 2, przy czym kontroluje się ciśnienie wsadu fermentacyjnego czujnikiem 8 ciśnienia wsadu ze wskaźnikiem w poszczególnych, zespołach fermentacyjnych 2, Po przekroczeniu 800 hPa, zadanej wartości ciśnienia wsadu fermentacyjnego w dolnym cylindrze 4 zespołu fermentacyjnego 2 zamyka się dopływ wsadu fermentacyjnego do tego zespołu fermentacyjnego 2.

W zespole fermentacyjnym 2 poddaje się wsad fermentacyjny procesowi fermentacji beztlenowej, przy czym miesza się wsad fermentacyjny mieszadłem 13 i podgrzewa się go do temperatury 40°C za pomocą podgrzewacza 14.

Wytworzony w tych warunkach gaz biologiczny magazynuje się w górnym cylindrze 3 zespołu fermentacyjnego 2, gdzie kontroluje się ciśnienie gazu biologicznego czujnikiem 5 ciśnienia gazu ze wskaźnikiem. Po przekroczeniu 15 hPa, zadanej wartości ciśnienia gazu biologicznego odprowadza się gaz biologiczny zaworem 6 odprowadzenia gazu do generatora. Przy spadku ciśnienia gazu biologicznego w górnym cylindrze 3 zespołu fermentacyjnego 2 do wartości poniżej 2 hPa oddaje się osady z dolnego cylindra 4 zespołu fermentacyjnego 2 do zbiornika 15 osadów przez zawór 9 odprowadzający osady danego zespołu fermentacyjnego 2.

Czynności te powtarza się niezależnie w każdym zespole fermentacyjnym 2 komory fermentacyjnej 1.

Zadana wartość ciśnienia wsadu fermentacyjnego w dolnym cylindrze 4 zespołu fermentacyjnego 2 zawiera się w przedziale od 160 hPa do 1000 hPa.

Zadana wartość ciśnienia gazu biologicznego w górnym cylindrze 3 zespołu fermentacyjnego 2 zawiera się w przedziale od 8 hPa do 20 hPa.

W zespole fermentacyjnym 2 podgrzewa się wsad fermentacyjny do temperatury nie wyższej aniżeli 40°C.

Sposób wytwarzania gazu biologicznego według wynalazku znajduje zastosowanie w gospodarstwach rolnych, w przemyśle przetwórczym i w oczyszczalniach ścieków przy wykorzystaniu produktów odpadowych z gospodarczych urządzeń produkcji zwierzęcej, z produkcji rolnej oraz organicznych odpadów przemysłowych i osiedlowych.

Claims (1)

1. Sposób wytwarzania gazu biologicznego w procesie fermentacji beztlenowej, w którym wykorzystuje się urządzenie wyposażone w zbiornik wsadu fermentacyjnego, komorę wstępnej fermentacji, komorę fermentacyjną, zawierającą urządzenia i przyrządy doprowadzenia wsadu fermentacyjnego, odprowadzenia osadów i odprowadzenia gazu a także wyposażone w mieszadło i podgrzewacz wsadu fermentacyjnego oraz zbiornik osadów i zespól zaworowe pompowy, zgodnie z którym napełnia się wsadem fermentacyjnym zbiornik wsadu fermentacyjnego, a następnie wsad fermentacyjny kieruje się do komory wstępnej fermentacji, przy czym w komorze wstępnej fermentacji poddaje się wsad fermentacyjny procesowi fermentacji beztlenowej i odprowadza się powstały w wyniku niej gaz biologiczny do generatora, a częściowo przefermentowany wsad fermentacyjny kieruje się do komory fermentacyjnej, znamienny tym, że wsad fermentacyjnie kolejno kieruje się poprzez zawory (7) doprowadzające wsad fermentacyjny do poszczególnych zespołów fermentacyjnych (2) komory fermentacyjnej (1), kolejno napełniając wsadem fermentacyjnym dolne cylindry (4) zespołów fermentacyjnych (2), przy czym kontroluje się ciśnienie wsadu fermentacyjnego czujnikiem (8) ciśnienia wsadu ze wskaźnikiem w poszczególnych zespołach fermentacyjnych (2) a po przekroczeniu zadanej wartości ciśnienia wsadu fermentacyjnego w dolnym cylindrze (4) zespołu fermentacyjnego (2), która zawiera się w przedziale od 160 hPa do 1000 hPa, zamyka się dopływ wsadu fermentacyjnego do tego zespołu fermentacyjnego (2) i poddaje się w nim wsad fermentacyjny procesowi fermentacji beztlenowej, przy czym miesza się wsad fermentacyjny mieszadłem (13) i podgrzewa się go do temperatury nie wyższej aniżeli 40°C za pomocą podgrzewacza (14), a wytworzony w tych warunkach gaz biologiczny magazynuje się w górnym cylindrze (3) zespołu fermentacyjnego (2), gdzie kontroluje się ciśnienie gazu biologicznego czujnikiem (5) ciśnienia gazu ze wskaźnikiem, zaś po przekroczeniu zadanej wartości ciśnienia gazu biologicznego w górnym cylindrze (3) zespołu fermentacyjnego (2), która zawiera się w przedziale od 8 hPa do 20 hPa, odprowadza się gaz biologiczny zaworem (6) odprowadzenia gazu do generatora, a przy spadku ciśnienia gazu biologicznego w górnym cylindrze (3) zespołu fermentacyjnego (2) do wartości poniżej 2 hPa oddaje się osady z dolnego cylindra (4) zespołu fermentacyjnego (2) do zbiornika (15) osadów przez zawór (9) odprowadzający osady danego zespołu fermentacyjnego (2), przy czym czynności te powtarza się niezależnie w każdym zespole fermentacyjnym (2) komory fermentacyjnej (1).