PL232200B1

PL232200B1 - Research station for the production of biogas

Info

Publication number: PL232200B1
Application number: PL406470A
Authority: PL
Inventors: Wacław Romaniuk; Bogdan Łochowski; Katarzyna Biskupska; Sergiej Aleksejewitz Otroshko
Original assignee: Instytut Tech Przyrodniczy W Falentach; Instytut Technologiczno Przyrodniczy
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2019-05-31
Also published as: PL406470A1

Abstract

Wynalazek dotyczy stanowiska badawczego do produkcji biogazu, głównie z substratu w postaci mieszaniny obornika i odpadów organicznych oraz masy roślinnej. Stanowisko badawcze ma zbiornik fermentacji substratu (1), współpracujący ze zbiornikiem wstępnej fermentacji (2), ten zaś ze zbiornikiem końcowej fermentacji (3). Zbiornik fermentacji substratu (1), zbiornik fermentacji wstępnej (2) oraz zbiornik fermentacji końcowej (3) są wyposażone w izolacyjną warstwę ochronną podgrzewaną grzewczym płaszczem (5). Wytworzony w zbiorniku fermentacji substratu (1), w zbiorniku fermentacji wstępnej (2) i w zbiorniku fermentacji końcowej (3) biogaz jest transportowany z tych zbiorników odprowadzającymi przewodami (23) do magistrali (23'), połączonej ze zbiornikiem biogazu (24), a następnie do kogeneracyjnego agregatu (30). Biogaz w trakcie transportowania do zbiornika (24) jest poddawany odwadnianiu w odwadniaczu (25) i odsiarczaniu w odsiarczalniku (26).The invention concerns a research station for the production of biogas, mainly from a substrate in the form of a mixture of manure and organic waste and plant mass. The test stand has a substrate fermentation tank (1), which cooperates with the initial fermentation tank (2), which cooperates with the final fermentation tank (3). The substrate fermentation tank (1), the primary fermentation tank (2) and the final fermentation tank (3) are equipped with an insulating protective layer heated by a heating jacket (5). The biogas produced in the substrate fermentation tank (1), in the pre-fermentation tank (2) and in the final fermentation tank (3) is transported from these tanks through discharge pipes (23) to the bus (23'), connected to the biogas tank (24), and then to the cogeneration unit (30). During transport to the tank (24), the biogas is dehydrated in the dehydrator (25) and desulfurized in the desulfurizer (26).

Description

Przedmiotem wynalazku jest stanowisko badawcze do produkcji biogazu w warunkach laboratoryjnych, wytwarzanego ze stałych nawozów naturalnych i z substratów rolniczych pochodzenia roślinnego. Urządzenie, według rozwiązania stanowi odwzorowanie instalacji, która może być stosowana w warunkach przemysłowych do wytwarzania biogazu powstającego z nawozów naturalnych, głównie z obornika oraz odpadów organicznych, pozyskiwanych w produkcji rolniczej, w procesie chowu inwentarza oraz uprawy roślin.The subject of the invention is a test stand for the production of biogas in laboratory conditions, produced from solid natural fertilizers and agricultural substrates of plant origin. The device, according to the solution, represents an installation that can be used in industrial conditions for the production of biogas produced from natural fertilizers, mainly manure, and organic waste obtained in agricultural production, in the process of livestock breeding and plant cultivation.

Znane są biogazownie, produkujące biogaz powstający w wyniku fermentacji metanowej gnojowicy o znacznej wartości opałowej, wykorzystywany do podgrzewania komór fermentacyjnych oraz dla celów prowadzenia gospodarstw rolnych. Znane biogazownie mają jedno lub wielokomorowe zbiorniki osadzone w gruncie lub kontenery wykonane w formie prostopadłościennych poziomych zbiorników hermetycznie zamkniętych od czoła.There are biogas plants that produce biogas resulting from the methane fermentation of slurry with a high calorific value, used for heating fermentation chambers and for the purpose of running farms. Known biogas plants have one or multi-chamber tanks embedded in the ground or containers made in the form of cuboidal horizontal tanks hermetically closed at the front.

Z opisu polskiego wynalazku chronionego patentem nr Pat. 166 913, znane jest urządzenie do wytwarzania biogazu ze stałych odpadów rolniczych, zwłaszcza obornika. Urządzenie to posiada izolowaną pokrywę, zamontowaną uchylnie do fundamentu za pomocą elementu zawiasowego, wewnątrz której jest utworzona otwarta komora fermentacyjna, przy czym krawędzie pokrywy są przedłużone uszczelniającymi płytami, zanurzonymi w cieczy wypełniającej zbiornik wykonany w fundamencie. Ze względu na zastosowany zawiasowy sposób otwarcia i zamknięcia komory fermentacyjnej poprzez podniesienie lub opuszczenie tylko jednej strony do góry, pole dostępu do komory jest ograniczone. Pojemność czynna komory fermentacyjnej jest niewielka. Istnieje zatem potrzeba budowy urządzenia do produkcji biogazu ze stałych odpadów rolniczych z komorami fermentacyjnymi, do których dostęp będzie łatwy. Chodzi głównie o dostęp podczas załadunku i rozładunku masy fermentacyjnej.From the description of the Polish invention protected by patent no. Pat. 166 913, a device is known for the production of biogas from agricultural solid waste, in particular manure. This device has an insulated cover, pivotally mounted to the foundation by means of a hinge element, inside which an open fermentation chamber is formed, the edges of the cover being extended by sealing plates immersed in the liquid filling the tank made in the foundation. Due to the hinged way of opening and closing the fermentation chamber by lifting or lowering only one side upwards, the access field to the chamber is limited. The active capacity of the fermentation chamber is small. There is therefore a need to build a biogas plant from agricultural solid waste with easy access digesters. It is mainly about access during the loading and unloading of the fermentation mass.

Znane i stosowane w gospodarstwach indywidualnych biogazownie są wyposażone w komorę fermentacyjną, zasilaną gnojowicą bezpośrednio z budynku inwentarskiego lub pośrednio ze specjalnego zbiornika składowego oraz w oddzielny zbiornik dzwonowy, przeznaczony do magazynowania wytworzonego biogazu. Mieszanie gnojowicy w komorze fermentacyjnej odbywa się grawitacyjnie, za pomocą pompy przepompowującej gnojowicę z dolnej części komory do górnej części komory lub za pomocą wytworzonego wcześniej biogazu, wprowadzonego do komory ze zbiornika dzwonowego. W komorze fermentacyjnej jest zainstalowana ponadto nagrzewnica utrzymująca optymalną temperaturę fermentowania gnojowicy. Wytworzony w komorze fermentacyjnej biogaz, przed zmagazynowaniem w zbiorniku dzwonowym jest oczyszczany w odsiarczalnikach i w odwadniaczu.Biogas plants known and used on individual farms are equipped with a fermentation chamber, fed with slurry directly from the livestock building or indirectly from a special storage tank, and with a separate bell tank for storing the produced biogas. Mixing of the slurry in the fermentation chamber is done by gravity, by means of a pump that pumps the slurry from the lower part of the chamber to the upper part of the chamber, or by means of previously produced biogas introduced into the chamber from the bell tank. In addition, a heater is installed in the fermentation chamber to maintain the optimal fermentation temperature of the slurry. The biogas produced in the fermentation chamber, before being stored in the bell tank, is purified in desulphurizers and in a dehydrator.

Powyższe rozwiązanie zostało opisane w publikacji „Biogazownie rolnicze - projekty IBMER”, wydanej przez Instytut Budownictwa, Mechanizacji i Elektryfikacji Rolnictwa Warszawa 1990 r. str. 7-19 oraz w czasopiśmie branżowym „Przegląd Techniki Rolniczej i Leśnej” nr 1/92 str. 26-27.The above solution was described in the publication "Agricultural biogas plants - IBMER projects", published by the Institute for Building Mechanization and Electrification of Agriculture, Warsaw 1990, pp. 7-19 and in the trade journal "Przegląd Techniki Rolniczej i Leśnej" no. 1/92 page 26. -27.

Ze zgłoszenia polskiego wynalazku za nr P-267 880, znane jest urządzenie do wytwarzania biogazu, składające się z komory fermentacyjnej, w której przestrzeń fermentacyjna jest oddzielona od przestrzeni wyrównawczej ukośną ścianką przewodu zasypowego, doprowadzającego substrat do przestrzeni fermentacyjnej oraz z dodatkowej komory fermentacyjnej, przykrytej od góry pływającym dzwonem gazowym, połączonej komunikacyjnie z komorą fermentacyjną. Urządzenie posiada co najmniej jeden przewód rurowy zamocowany wzdłuż ukośnej ścianki oddzielającej przestrzeń wyrównawczą od przestrzeni fermentacyjnej i łączy dolną część przestrzeni wyrównawczej z górną częścią przestrzeni fermentacyjnej, natomiast dodatkowa komora fermentacyjna z pływającym dzwonem przylega do komory fermentacyjnej. W ściance dzielącej obydwie komory znajduje się właz.From the Polish patent application no. P-267 880, a device for biogas production is known, consisting of a fermentation chamber, in which the fermentation space is separated from the plenum by an oblique wall of the inlet pipe, which supplies the substrate to the fermentation space, and from an additional fermentation chamber, covered with from the top with a floating gas bell, communicatively connected with the fermentation chamber. The device has at least one pipe attached along an oblique wall separating the plenum from the fermentation space and connects the lower part of the plenum to the upper part of the fermentation space, while an additional fermentation chamber with a floating bell adjoins the fermentation chamber. There is a hatch in the wall that divides the two chambers.

Z opisu patentowego polskiego wynalazku, chronionego patentem Pat. 129 296 znane jest urządzenie do ciągłego wytwarzania biogazu. Urządzenie to składa się z komory fermentacyjnej, zawierającej ukośną rurę zasypową, obok której jest usytuowany zbiornik osadu, połączony z komorą za pomocą przewodu rurowego, zaopatrzonego w czujnik pH, współpracujący z mechanizmem napędowym otwierającym lub zamykającym dopływ roztworu o odczynie kwaśnym lub zasadowym do komory fermentacyjnej. Komora zawiera kołpak, wewnątrz którego znajduje się dzwon z zamknięciem wodnym, z którego wnętrza jest wyprowadzony przewód połączony ze zbiornikiem gazu. Wewnątrz komory fermentacyjnej jest umieszczona nagrzewnica zasilana gazem ze wspomnianego zbiornika.From the patent description of the Polish invention, protected by Pat. 129 296, a device for continuous biogas production is known. This device consists of a fermentation chamber containing an oblique inlet pipe, next to which a sludge tank is located, connected to the chamber by a pipe conduit equipped with a pH sensor, cooperating with a drive mechanism opening or closing the flow of acidic or alkaline solution to the fermentation chamber . The chamber includes a cap inside which there is a bell with a water seal, from the inside of which a conduit connected to the gas reservoir is led. Inside the fermentation chamber there is a heater supplied with gas from the said tank.

W znanych konstrukcjach biogazowni na powierzchni fermentowanej gnojowicy tworzy się kożuch, który utrudnia wydostawanie się gazu. Do przemieszczania gnojowicy oraz do jej mieszania stosowane są oddzielne układy pompowe.In known biogas plant designs, a blanket forms on the surface of the fermented slurry, which makes it difficult for gas to escape. Separate pump systems are used for moving the slurry and for mixing it.

PL 232 200 B1PL 232 200 B1

Znane dotychczas rozwiązania nie dawały możliwości oceny ilości i jakości biogazu uzyskiwanego ze stałych substratów o charakterze organicznym.The solutions known so far did not make it possible to assess the quantity and quality of biogas obtained from solid organic substrates.

Celem rozwiązania, zgodnie z wynalazkiem jest opracowanie budowy urządzenia, które w warunkach laboratoryjnych umożliwi sprawdzenie poszczególnych węzłów decydujących o procesie fermentacji. Celem rozwiązania, zgodnie z wynalazkiem jest opracowanie nowego, oryginalnego w swej budowie, bezpiecznego i wydajnego w badaniach stanowiska badawczego do wytwarzania biogazu z różnych substratów, w szczególności z obornika i resztek organicznych. W realizacji wynalazku chodzi o opracowanie konstrukcji urządzenia, które pozwoli na przeprowadzanie badań w zakresie fermentacji substratów, określenie ich charakterystyki fizycznej i chemicznej, a w dalszej kolejności umożliwi określenie charakterystyk procesu fermentacyjnego, jakości i ilości powstałego biogazu oraz jakości pozostałości pofermentacyjnych, które można będzie wykorzystać do kompostowania. Celem wynalazku jest też opracowanie konstrukcji urządzenia, które będzie można odwzorować do produkcji biogazu w praktyce, dla zaspokojenia potrzeb gospodarstw rolniczych.The aim of the solution, according to the invention, is to develop a device which, in laboratory conditions, will enable checking individual nodes determining the fermentation process. The aim of the solution, according to the invention, is to develop a new, original in its structure, safe and efficient test stand for the production of biogas from various substrates, in particular manure and organic residues. The implementation of the invention is about developing a device design that will allow to carry out tests in the field of fermentation of substrates, determine their physical and chemical characteristics, and then determine the characteristics of the fermentation process, the quality and quantity of the resulting biogas and the quality of post-fermentation residues that can be used for composting. The aim of the invention is also to develop a device design that can be modeled for biogas production in practice, to meet the needs of farms.

Urządzenie, zgodnie z wynalazkiem jest wyposażone w zbiorniki, przy czym trzy z nich są to zbiorniki fermentacyjne, jeden zbiornik przelewowy i zamykający układ zbiornik magazynowy biogazu, zasilający agregat kogeneracyjny. Istotę wynalazku stanowi konstrukcja stanowiska badawczego do produkcji biogazu, stanowiącego odwzorowanie urządzenia do produkcji biogazu w warunkach gospodarstw rolniczych.The device according to the invention is equipped with tanks, three of which are fermentation tanks, one overflow tank and a biogas storage tank closing the system, feeding the cogeneration unit. The essence of the invention is the construction of a test stand for biogas production, representing a device for biogas production in farm conditions.

W skład stanowiska wchodzą połączone ze sobą fermentacyjne zbiorniki, przelewowy zbiornik oraz zbiornik biogazu.The station consists of interconnected fermentation tanks, an overflow tank and a biogas tank.

Zespół fermentacyjnych zbiorników stanowi zbiornik fermentacji substratu, którym jest mieszanina obornika i odpadów organicznych oraz masy roślinnej. Ze zbiornikiem fermentacji substratu łączy się zbiornik wstępnej fermentacji masy organicznej wypłukanej ze zbiornika fermentacji substratu. Ze zbiornikiem fermentacji wstępnej jest połączony zbiornik fermentacji końcowej płynnej masy organicznej, dostarczanej ze zbiornika fermentacji wstępnej. Zbiorniki fermentacyjne, zbiornik fermentacji substratu, zbiornik fermentacji wstępnej oraz zbiornik fermentacji końcowej są wyposażone w izolacyjną warstwę ochronną w postaci grzewczego płaszcza.The set of fermentation tanks is a substrate fermentation tank, which is a mixture of manure, organic waste and plant mass. The pre-fermentation tank of the organic mass washed out from the substrate fermentation tank is connected to the substrate fermentation tank. Connected to the pre-fermentation tank is the final fermentation tank of the liquid organic mass supplied from the pre-fermentation tank. The fermentation tanks, the substrate fermentation tank, the pre-fermentation tank and the final fermentation tank are equipped with an insulating protective layer in the form of a heating jacket.

Zbiornik fermentacji substratu podobnie jak i pozostałe zbiorniki fermentacyjne stanowiska badawczego są zaopatrzone od góry w izolowane termicznie pokrywy z króćcami odprowadzającymi wytwarzany w komorach tych zbiorników biogaz. W pokrywie zbiornika fermentacji substratu jest też zamontowany króciec doprowadzający ciecz do komory tego zbiornika z przelewowego zbiornika. Doprowadzana ciecz jest wykorzystywana do płukania substratu w tym zbiorniku. W zbiorniku fermentacji substratu jest umieszczony ażurowy kosz o wymiarach odpowiadających wewnętrznym wymiarom zbiornika substratu. W dnie zbiornika fermentacji substratu jest zamontowany spustowy zawór rury odprowadzającej wypłukaną masę organiczną w formie płynnej do zbiornika fermentacji wstępnej. Spust rury odprowadzającej wypłukaną masę organiczną do zbiornika fermentacji wstępnej jest zabezpieczony sitem ukształtowanym w formie czaszy. Sito to umożliwia swobodny przepływ cieczy, zatrzymując części stałe substratu.The substrate fermentation tank, similarly to the other fermentation tanks of the test stand, is equipped at the top with thermally insulated covers with nozzles for draining the biogas produced in the chambers of these tanks. In the cover of the substrate fermentation tank there is also a pipe that supplies liquid to the chamber of this tank from the overflow tank. The supplied liquid is used to rinse the substrate in this tank. In the substrate fermentation tank there is an openwork basket with dimensions corresponding to the internal dimensions of the substrate tank. At the bottom of the substrate fermentation tank, there is a drain valve for the pipe discharging the washed organic mass in liquid form to the pre-fermentation tank. The outlet of the pipe carrying the washed out organic mass to the pre-fermentation tank is secured with a screen shaped like a bowl. This screen allows the liquid to pass freely, trapping the solids of the substrate.

Zbiornik fermentacji wstępnej jest połączony ze zbiornikiem fermentacji końcowej za pomocą rurowego przewodu z zaworami i pompą. Poziom masy fermentacyjnej w zbiorniku fermentacji wstępnej i w zbiorniku fermentacji końcowej jest regulowany za pomocą syfonowego leja, umieszczonego w zbiorniku fermentacji końcowej. Syfonowy lej służy do odprowadzania nadmiaru cieczy fermentacyjnej, tak aby poziom cieczy w zbiornikach, w zbiorniku fermentacji wstępnej i w zbiorniku fermentacji końcowej był na właściwym poziomie. Nadmiar cieczy poprzez syfonowy lej jest odprowadzany do przelewowego zbiornika.The pre-fermentation tank is connected to the post-fermentation tank by a tubular line with valves and a pump. The level of the fermentation mass in the pre-fermentation tank and in the post-fermentation tank is regulated by a siphon hopper placed in the post-fermentation tank. The siphon funnel serves to drain excess fermentation liquid so that the liquid level in the tanks, pre-fermentation tank and final fermentation tank is at the correct level. The excess liquid is discharged through a siphon funnel to the overflow tank.

Intensywność przepływu cieczy ze zbiorników fermentacji wstępnej i fermentacji końcowej do przelewowego zbiornika jest sterowana układem zasilania pompy, zainstalowanej w przepływowym zbiorniku. Mieszanie fermentacyjnej masy w zbiorniku fermentacji wstępnej i w zbiorniku fermentacji końcowej umożliwia układ rur spustowych, rury spustowej zbiornika fermentacji wstępnej i rury spustowej zbiornika fermentacji końcowej, zakończonych zaworami. Pomiędzy zbiornikami jest zainstalowana mieszająca pompa. Zbiorniki fermentacyjne są umieszczone w wannie w celu zabezpieczenia otoczenia przed rozbryzgiwaniem fermentacyjnej cieczy. Przefermentowana ciecz z przelewowego zbiornika jest transportowana przewodem zamontowanym w dnie tego zbiornika do rurociągu wyprowadzonego na zewnątrz.The intensity of liquid flow from the pre-fermentation and final fermentation tanks to the overflow tank is controlled by the pump feed system installed in the flow tank. The mixing of the fermentation mass in the pre-fermentation tank and the post-fermentation tank is possible thanks to the arrangement of the drain pipes, the pre-fermentation tank drain pipe and the final fermentation tank drain pipe terminated with valves. A mixing pump is installed between the tanks. The fermentation tanks are placed in the tub to protect the environment from splashing the fermentation liquid. The fermented liquid from the overflow tank is transported via a conduit mounted at the bottom of the overflow tank to a pipeline led outside.

Wytworzony w komorach zbiorników, w zbiorniku fermentacji substratu, w zbiorniku fermentacji wstępnej i w zbiorniku fermentacji końcowej biogaz poprzez odprowadzające przewody jest przesyłaThe biogas produced in the chambers of the tanks, in the substrate fermentation tank, in the pre-fermentation tank and in the final fermentation tank, the biogas is sent through

PL 232 200 B1 ny do magistrali połączonej ze zbiornikiem biogazu. Podczas przepływu przez magistralę biogaz jest odwadniany w odwadniaczu zainstalowanym na magistrali, a następnie odsiarczany w odsiarczalniku. Każdy odprowadzający przewód, wiodący biogaz ze zbiornika do magistrali jest zaopatrzony w przerywacz płomienia. Kontrolę temperatury w fermentacyjnych zbiornikach umożliwiają termometry, zainstalowane w pokrywach każdego z nich. Zmagazynowany w zbiorniku biogazu, biogaz jest przesyłany do agregatu kogeneracyjnego, przy czym na przewodzie łączącym zbiornik biogazu z agregatem kogeneracyjnym jest także zainstalowany przerywacz płomienia oraz odcinający zawór.To the main line connected to the biogas tank. As it flows through the main, biogas is dewatered in a dehydrator installed on the main, and then desulphurized in a desulphurizer. Each discharge pipe leading the biogas from the tank to the main is equipped with a flame arrester. Temperature control in fermentation tanks is possible thanks to thermometers installed in the covers of each of them. The biogas stored in the biogas tank is sent to a cogeneration unit, and a flame arrester and a shut-off valve are also installed on the line connecting the biogas tank to the cogeneration unit.

Każdy przewód odprowadzający biogaz ze zbiornika do magistrali jest zaopatrzony w zawór bezpieczeństwa z wskaźnikiem w formie rurki wygiętej w kształcie litery „U”. Wskaźnikiem przepływu biogazu przez odsiarczalnik są wskaźniki wykonane z wygiętych w formie litery „U” rurek, zainstalowane po jednej i po drugiej stronie odsiarczalnika. Na wejściu i na wyjściu odsiarczalnika jest dokonywany pomiar temperatury za pomocą termometrów. Zainstalowane na magistrali przed odsiarczalnikiem i za odsiarczalnikiem kontrolne zawory służą do pobierania próbek biogazu i określania jego charakterystyki przed i po odsiarczeniu.Each conduit discharging biogas from the tank to the main is equipped with a safety valve with an indicator in the form of a U-shaped tube. The indicator of the biogas flow through the desulphurizer are indicators made of U-shaped tubes, installed on both sides of the desulphurizer. The temperature is measured at the inlet and outlet of the desulphurizer with thermometers. The control valves installed on the main line before and after desulphurization are used to take samples of biogas and determine its characteristics before and after desulphurization.

Na magistrali, za odsiarczalnikiem jest umiejscowiony licznik gazu. W pokrywie przelewowego zbiornika znajduje się wlewowy króciec z zaworem do uzupełniania tego zbiornika cieczą w postaci gnojówki dostarczanej z pojemnika.There is a gas meter on the main line, behind the desulphurizer. In the cover of the overflow tank there is an infusion spigot with a valve for filling this tank with liquid in the form of liquid manure delivered from the container.

Ciecz z przelewowego zbiornika jest kierowana przewodem przy użyciu pompy do zbiornika fermentacji substratu w celu płukania substratu.The liquid from the overflow tank is directed via a line using a pump to the substrate fermentation tank for rinsing the substrate.

Przelewowy zbiornik jest zaopatrzony w wskaźnik poziomu cieczy, zamontowany w pokrywie.The overflow tank is equipped with a liquid level indicator mounted in the cover.

Rozwiązanie przewiduje też możliwość pobierania próbek ze zbiorników fermentacyjnych za pomocą króćców z zaworami zamontowanymi w pokrywie zbiornika fermentacji wstępnej, w pokrywie zbiornika fermentacji końcowej i w pokrywie przelewowego zbiornika. Pokrywa przelewowego zbiornika jest zaopatrzona ponadto w wlewowy króciec z zaworem do uzupełniania tego zbiornika gnojówką.The solution also provides for the possibility of sampling from fermentation tanks by means of nozzles with valves installed in the cover of the preliminary fermentation tank, in the cover of the final fermentation tank and in the cover of the overflow tank. The cover of the overflow tank is also provided with a filling port with a valve for refilling this tank with slurry.

Stanowisko badawcze do produkcji biogazu, według wynalazku stanowi odwzorowanie konstrukcji biogazowni, która może być wykorzystywana w warunkach rzeczywistych, z użyciem substratów powstających w gospodarstwie rolniczym, dla zaspokojenia potrzeb energetycznych tego gospodarstwa. Opisana konstrukcja umożliwia przeprowadzenie badań efektywności procesu wytwarzania biogazu w zależności od rodzaju substratu i dokonanie obliczeń modelowych, przydatnych w projektowaniu gazowni do stosowania w praktyce.The test stand for biogas production, according to the invention, reflects the construction of a biogas plant, which can be used in real conditions, with the use of substrates produced in an agricultural farm, to meet the energy needs of this farm. The described structure allows to carry out research on the efficiency of the biogas production process, depending on the type of substrate, and to make model calculations useful in designing a gas plant for practical use.

Przedmiot wynalazku został zaprezentowany w przykładzie wykonania na załączonym rysunku fig. 1 - ilustrującym stanowisko badawcze w układzie schematycznym, natomiast fig. 2 - pokazuje zbiornik z izolacyjna powłoką w postaci grzejnego płaszcza.The subject of the invention is presented in an exemplary embodiment in the attached drawing, Fig. 1 - illustrating the test stand in a schematic arrangement, while Fig. 2 - shows a tank with an insulating coating in the form of a heating jacket.

Stanowisko badawcze do produkcji biogazu, zgodnie z wynalazkiem tworzy zespół zbiorników fermentacyjnych, zbiornik przepływowy oraz zbiornik biogazu.The biogas production test stand according to the invention forms a set of fermentation tanks, a flow tank and a biogas tank.

Zbiornik fermentacji substratu 1, czyli mieszaniny obornika i odpadów organicznych oraz masy roślinnej, połączony ze zbiornikiem fermentacji wstępnej 2, masy organicznej wypłukanej ze zbiornika fermentacji substratu 1. Zbiornik fermentacji wstępnej 2 jest połączony ze zbiornikiem fermentacji końcowej 3 płynnej masy organicznej z tego zbiornika. Zbiorniki fermentacyjne, zbiornik fermentacji substratu 1, zbiornik fermentacji wstępnej 2 oraz zbiornik fermentacji końcowej 3 są połączone z przelewowym zbiornikiem 4, Są one zaopatrzone w grzejny płaszcz 5 z izolacyjną warstwę ochronną, umożliwiające podgrzewanie zawartości zbiorników do temperatury 36-37°C. Zbiorniki, zbiornik fermentacji substratu 1, zbiornik fermentacji wstępnej 2 i zbiornik fermentacji końcowej 3 są zaopatrzone od góry w izolowane termicznie pokrywy 6 z króćcami 7 odprowadzającymi wytwarzany w tych komorach biogaz. W pokrywie 6 zbiornika fermentacji substratu 1 jest zamontowany króciec 8 doprowadzający ciecz do komory tego zbiornika z przelewowego zbiornika 4. Ciecz ta jest wykorzystywana do płukania substratu. W dnie zbiornika fermentacji substratu 1 jest zamontowany spustowy zawór 9 rury 10 odprowadzającej wypłukaną masę organiczną w formie płynnej do zbiornika fermentacji wstępnej 2. Ze zbiornikiem fermentacji wstępnej 2 jest połączony za pomocą rurowego przewodu 11 z zaworem 12 i pompą 13 zbiornik fermentacji końcowej 3. Poziom masy fermentacyjnej w zbiorniku fermentacji wstępnej 2 i w zbiorniku fermentacji końcowej 3 jest regulowany za pomocą syfonowego leja 14 zamontowanego w zbiorniku fermentacji końcowej 3, który odprowadza nadmiar fermentacyjnej masy w postaci cieczy do przelewowego zbiornika 4, tak aby poziom cieczy w zbiornikach, w zbiorniku fermentacji wstępnej 2 i w zbiorniku fermentacji końcowej 3 był na właściwym poziomie. Intensywność przepływu cieczy ze zbiorników, zbiornika fermentacji wstępnej 2 i ze zbiornika fermentacji końcowej 3 do przelewowego zbiornika 4 jest sterowana układem zasilania pompy 15, zainstalowanej w przeleSubstrate fermentation tank 1, i.e. a mixture of manure and organic waste and vegetable matter, connected to the pre-fermentation tank 2, the organic mass washed out from the substrate fermentation tank 1. The pre-fermentation tank 2 is connected to the final fermentation tank 3 of the liquid organic mass from this tank. The fermentation tanks, the substrate fermentation tank 1, the pre-fermentation tank 2 and the final fermentation tank 3 are connected to the overflow tank 4. They are provided with a heating jacket 5 with an insulating protective layer, enabling the contents of the tanks to be heated to a temperature of 36-37 ° C. The tanks, the substrate fermentation tank 1, the pre-fermentation tank 2 and the final fermentation tank 3 are provided at the top with thermally insulated covers 6 with ports 7 for discharging the biogas produced in these chambers. In the cover 6 of the substrate fermentation tank 1, a stub pipe 8 is mounted for supplying liquid to the chamber of this tank from the overflow tank 4. This liquid is used for rinsing the substrate. At the bottom of the substrate fermentation tank 1 there is a drain valve 9 of the pipe 10 discharging the washed organic mass in liquid form to the preliminary fermentation tank 2. The final fermentation tank 2 is connected to the preliminary fermentation tank 2 by means of a pipe 11 with the valve 12 and the pump 13, the final fermentation tank 3. Level fermentation mass in the pre-fermentation tank 2 and in the final fermentation tank 3 is regulated by a siphon hopper 14 installed in the final fermentation tank 3, which drains excess fermentation mass in liquid form into the overflow tank 4, so that the liquid level in the tanks, in the pre-fermentation tank 2 and in the final fermentation tank 3 was at the correct level. The intensity of the liquid flow from the tanks, pre-fermentation tank 2 and from the final fermentation tank 3 to the overflow tank 4 is controlled by the feeding system of the pump 15 installed in the weir

PL 232 200 B1 wowym zbiorniku 4. Mieszanie fermentacyjnej masy w zbiorniku fermentacji wstępnej 2 i w zbiorniku fermentacji końcowej 3 umożliwia układ spustowych rur, spustowej rury 16 w dnie zbiornika fermentacji wstępnej 2 i spustowej rury 17 w dnie zbiornika fermentacji końcowej 3, zakończonych zaworami 18 i 18'. Pomiędzy zagiętymi kątowo spustowymi rurami 16 i 17 jest zainstalowana mieszająca pompa 19. Fermentacyjne zbiorniki są umieszczone w wannie 20 w celu zabezpieczenia otoczenia przed rozbryzgiwaniem fermentacyjnej cieczy. Przefermentowana ciecz przelewowego zbiornika 4 jest transportowana odpływowym przewodem 21, zainstalowanym w dnie przelewowego zbiornika 4, po otwarciu zaworu 22 do odpływowej rury 22'. Wytworzony w komorach zbiorników, w zbiorniku fermentacji substratu 1, w zbiorniku fermentacji wstępnej 2 i w zbiorniku fermentacji końcowej 3 biogaz jest przesyłany odprowadzającymi przewodami 23 do magistrali 23', a następnie do zbiornika biogazu 24. Po drodze do zbiornika biogazu 24 biogaz jest odwadniany w odwadniaczu 25 usytuowanym na magistrali 23', a następnie odsiarczany w odsiarczalniku 26 usytuowanym także na magistrali 23'. Każdy z przewodów biogazu 23, przewód magistrali 23' i przewód pomiędzy zbiornikiem biogazu 24 a agregatem kogeneracyjnym 30 są zaopatrzone w przerywacze płomienia 27. Na magistrali 23' jest zamontowany licznik biogazu 28. Do kontroli temperatury w fermentacyjnych zbiornikach są przeznaczone termometry 29, zainstalowane w pokrywie 6 każdego zbiornika, zbiornika fermentacji substratu 1, zbiornika fermentacji wstępnej 2 i zbiornika fermentacji końcowej 3. Przewód pomiędzy zbiornikiem biogazu 24 a agregatem kogeneracyjnym 30 jest zaopatrzony w przerywacz płomienia 27 oraz w odcinający zawór OZ. Do kontroli ciśnienia biogazu w przewodach odprowadzających 23 są przeznaczone zawory bezpieczeństwa 31 zainstalowane na każdym z tych przewodów. Na magistrali 23' przed odsiarczalnikim 26 i za odsiarczalnikiem 26 znajdują się wskaźniki przepływu biogazu 32, wykonane z wygiętych rurek w formie litery „U”. Stanowisko badawcze, zgodnie z wynalazkiem jest zaopatrzone w termometry 33, usytuowane na wejściu i wyjściu odsiarczalnika 26, umożliwiające pomiar temperatury biogazu przed odsiarczaniem i po odsiarczaniu.The mixing of the fermentation mass in the pre-fermentation tank 2 and the post-fermentation tank 3 allows the system of drain pipes, drain pipe 16 in the bottom of pre-fermentation tank 2 and drain pipe 17 in the bottom of the final fermentation tank 3, terminated with valves 18 and 18 '. A mixing pump 19 is installed between the angled drain pipes 16 and 17. Fermentation tanks are placed in the basin 20 to protect the environment from splashing the fermentation liquid. The fermented liquid of the overflow tank 4 is transported via a drain line 21 installed in the bottom of the overflow tank 4, after opening the valve 22, to the drain pipe 22 '. The biogas produced in the chambers of the tanks, in the substrate fermentation tank 1, in the pre-fermentation tank 2 and in the final fermentation tank 3 is sent via discharge lines 23 to the main 23 'and then to the biogas tank 24. On the way to the biogas tank 24, the biogas is dewatered in the dehydrator 25 situated on the bus 23 'and then desulfurized in a desulfurizer 26 also situated on the bus 23'. Each of the biogas lines 23, the bus line 23 'and the line between the biogas tank 24 and the cogeneration unit 30 are equipped with flame arresters 27. A biogas meter 28 is mounted on the line 23'. Thermometers 29 are installed in the fermentation tanks for temperature control in the fermentation tanks. cover 6 of each tank, substrate fermentation tank 1, pre-fermentation tank 2 and post-fermentation tank 3. The conduit between the biogas tank 24 and the CHP plant 30 is provided with a flame arrester 27 and a shut-off valve OZ. Safety valves 31 are installed on each of these pipes to control the biogas pressure in the discharge lines 23. On the main line 23 ', upstream of the desulfurization plant 26 and downstream of the desulfurization plant 26, there are biogas flow indicators 32 made of bent U-shaped tubes. The test stand according to the invention is provided with thermometers 33 located at the inlet and outlet of the desulfurizer 26, enabling the measurement of the biogas temperature before and after desulfurization.

Pobieranie próbek biogazu do celów badawczych umożliwiają kontrolne zawory 34 rozmieszczone przed odsiarczalnikiem 26 i za odsiarczalnikiem 26.Sampling of biogas for research purposes is possible thanks to control valves 34 located upstream of the desulfurizer 26 and downstream of the desulfurizer 26.

W pokrywie przelewowego zbiornika 4 znajduje się wlewowy króciec z zaworem 35 do uzupełniania tego zbiornika cieczą w postaci gnojówki dostarczanej z pojemnika, przeznaczonej do płukania substratu w postaci organicznej masy w zbiorniku fermentacji substratu 1, kierowanej do tego zbiornika doprowadzającym przewodem 36 przy użyciu pompy 15. W pokrywie przelewowego zbiornika 4 jest zamontowany wskaźnik kontroli poziomu cieczy 37.In the cover of the overflow tank 4 there is a filling spout with a valve 35 for refilling this tank with liquid in the form of liquid manure supplied from the container, intended for washing the substrate in the form of an organic mass in the substrate fermentation tank 1, directed to this tank through a supply line 36 by means of a pump 15. A liquid level control indicator 37 is mounted in the cover of the overflow tank 4.

W zbiorniku fermentacji substratu 1 jest umieszczony ażurowy kosz 38 o wymiarach odpowiadających wewnętrznym wymiarom zbiornika fermentacji substratu 1. Spust rury 10 odprowadzającej wypłukaną, organiczną masę do zbiornika fermentacji wstępnej 2 jest zabezpieczony sitem 39 ukształtowanym w formie czaszy. Sito 39 zatrzymuje części stałe substratu w zbiorniku fermentacji substratu 1 i chroni rurę 10 przed jej zapchaniem. W pokrywach 6 każdego z fermentacyjnych zbiorników, zbiornika fermentacji substratu 1 , zbiornika fermentacji wstępnej 2 i zbiornika fermentacji końcowej 3 są zainstalowane króćce z zaworami 40 do pobierania próbek z tych zbiorników.In the substrate fermentation tank 1 there is an openwork basket 38 with dimensions corresponding to the internal dimensions of the substrate fermentation tank 1. The outlet of the pipe 10 discharging the washed-out organic mass into the pre-fermentation tank 2 is secured by a screen 39 shaped in the form of a bowl. The screen 39 retains the solids of the substrate in the substrate fermentation tank 1 and protects the pipe 10 from clogging. In the covers 6 of each of the fermentation tanks, the substrate fermentation tank 1, the pre-fermentation tank 2 and the final fermentation tank 3, stub pipes with valves 40 for taking samples from these tanks are installed.

Zastrzeżenia patentowePatent claims

Claims

1. Test stand for biogas production, equipped with fermentation tanks, gas storage tank, gas meter and desulphurizer, characterized in that the substrate fermentation tank (1), where the substrate is a mixture of manure, organic waste and plant mass, is connected to the tank pre-fermentation (2) of the organic mass washed from the substrate fermentation tank (1), connected to the final fermentation tank (3) of the liquid organic mass, connecting to the overflow tank (4), the substrate fermentation tank (1), the pre-fermentation tank ( 2) and the final fermentation tank (3) are equipped from the top with thermally insulated covers (6) with connectors (7) and with a heating jacket (5) with an insulating protective layer and connected to the transport lines (23) produced in the substrate fermentation tank ( 1), in the pre-fermentation tank (2) and in the post-fermentation tank (3) biogas to the bus (23 ') connected to the tank m of biogas (24), connected to the cogeneration unit (30), through the flame arrestor (27) and the shut-off valve (OZ), where the bus (23 ') is

There is a mounted water trap (25) and a biogas meter (28) located near the biogas tank (24).

2. The station according to claim The method of claim 1, characterized in that in the cover (6) of the substrate fermentation tank (2) there is provided a connection (8) for the liquid line (36) from the overflow tank (4), wherein a drain valve is provided in the bottom of the substrate fermentation tank (1) (9) a pipe discharging the washed organic mass in liquid form into the pre-fermentation tank (2).

3. The test stand, according to claim The method of claim 1, characterized in that the pre-fermentation tank (2) is connected to the post-fermentation tank (3) by a pipe line (11) with valves (12) and a pump (13).

4. Test stand, according to claim The method of claim 1, characterized in that a siphon funnel (14) for regulating the level of the fermentation mass is installed in the final fermentation tank (3), in the preliminary fermentation tank (2) and in the final fermentation tank (3), and its opposite end is placed in the overflow tank (4). ).

5. Test stand according to claim A pump as claimed in claim 1, characterized in that a pump (15) with a feed system for controlling the intensity of the liquid flow from the overflow tank (4) to the substrate fermentation tank (1) by means of a supply line (36) and from the pre-fermentation tank is arranged in the overflow tank (4). (2) and from the final fermentation tank (3) to the overflow tank (4).

6. The test stand according to claim The pre-fermentation tank (2) according to claim 1, characterized in that the pre-fermentation tank (2) has a drain pipe (16) with a valve (18) at the bottom connecting to a drain pipe (17) with a valve (18 ') of the final fermentation tank (3), whereby the connection of the drain pipes (16) and (17), a mixing pump (19) is installed.

7. The test stand according to claim The method of claim 1, characterized in that the pre-fermentation tank (2), the post-fermentation tank (3) and the overflow tank (4) are placed in the tub (20).

8. The test stand according to claim A drain line (21) with a valve (22) for discharging the fermented liquid to the drain pipe (22 ') is mounted in the bottom of the overflow tank (4).

9. The test stand according to claim A method as claimed in claim 1, characterized in that flame arresters (27) are installed on the discharge pipes (23) with nozzles (8) embedded in the covers (6) of the substrate fermentation tank (1), pre-fermentation tank (2) and final fermentation tank (3). and safety professions (31) as well as thermometers (29).

10. Test stand according to claim 3. The device of claim 1, characterized in that on a bus (23 '). there are gas flow indicators (32) made of U-shaped tubes, thermometers (33) and control valves (34) upstream of the desulfurizer (26) and downstream of the desulfurizer (26).

11. The test stand according to claim A biogas meter (28) is located on the bus (23 ') between the desulfurizer (26) and the gas reservoir (24).

12. The test stand according to claim A liquid level indicator (37) and a filler pipe with a valve (35) are mounted in the cover of the overflow tank (4).

13. The test stand according to claim The method of claim 1, characterized in that in the substrate fermentation tank (1) an openwork basket (38) with dimensions corresponding to the dimensions of this tank is placed, moreover, the drain of the pipe (10) in the tank (1) is secured by a screen (39), shaped in the form of a bowl, the convex surface facing the inside of the tank (1).

14. The test stand according to claim The method of claim 1, characterized in that in the fermentation covers (6) of the substrate fermentation tank (1), the pre-fermentation tank (2) and the final fermentation tank (3) there are installed pipes with valves (40) for taking samples from these tanks.