PL248854B1 - Sposób przyśpieszenia produkcji biogazu z biomasy zwłaszcza pochodzenia rolniczego w bioreaktorze - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób przyśpieszenia produkcji biogazu z biomasy zwłaszcza pochodzenia rolniczego w bioreaktorze, według wynalazku, przy czym biomasę wprowadza się do bioreaktora i odcina się od kontaktu z powietrzem atmosferycznym. Sposób charakteryzuje się tym, że biomasę podgrzewa się do osiągnięcia temperatury w przedziale od 33°C do 37°C, po czym wzrusza się ją okresowo. Wzruszenie biomasy prowadzi się poprzez okresowe przetłaczanie nagromadzonego biogazu z górnej do dolnej części bioreaktora oraz poprzez drgania wymiennika ciepła, wywołane płynem przetłaczanym przez niego okresowo i o temperaturze nie przekraczającej 40°C, przy czym wymiennik ciepła umieszcza się w bioreaktorze tak, aby przynajmniej jego część była zanurzona w biomasie. Korzystnie biomasę w bioreaktorze ogrzewa się w całej jej objętości.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób przyśpieszenia produkcji biogazu z biomasy zwłaszcza pochodzenia rolniczego w bioreaktorze.

Biomasę stanowi ogół materii zawartej w organizmach, najczęściej fermentacja metanowa zachodzi w temperaturze 30-40°C (fermentacja mezofilna) pod ciśnieniem zbliżonym do atmosferycznego. W znanych urządzeniach kompostowanie poprzedzone jest operacją fermentacji, to znaczy fermentacją beztlenową tak, aby wytwarzać biogaz. Jak podano w publikacji Justyny Kwaśny i in. pt. „Przegląd technologii produkcji biogazu różnego pochodzenia” Czasopismo techniczne 2-Chh/2012, zeszyt 17 rok 109 przebieg fermentacji metanowej zależy od wielu czynników - temperatury, odczynu fermentowanego materiału, zawartości składników pokarmowych (dokładniej stosunku C/N) oraz od mieszania. Aby proces fermentacji metanowej przebiegał z wysoką wydajnością produkcji biogazu, konieczne jest mieszanie substratów w pryzmach fermentacyjnych. Pozwala to utrzymać jednakową temperaturę substratów, zapewnia jednorodny przebieg procesów w całej objętości pryzmy, a także jednolitą konsystencję materiału. Jednakże, zbyt intensywne mieszanie może obniżyć wydajność procesu, dlatego zazwyczaj prowadzi się je w sposób okresowy, stosując wieloobrotowe mieszadła o małej sile tnącej.

Z opisu patentowego EP1828065 znany jest sposób zwiększonej produkcji biogazu w termofilowych, beztlenowych fermentatorach. Wynalazek dotyczy zastosowania termofilowych, beztlenowych, acetogennych, wytwarzających wodór bakterii do zwiększenia produkcji biogazu w termofilowych beztlenowych systemach, gdzie system fermentacji biogazu jest inokulowany hodowlą drobnoustrojów. Drobnoustrój jest wybrany, aby zwiększyć produkcję produktu pośredniego ułatwiającego proces i/lub przyśpieszyć rozkład substratu, tym samym pobudzając działanie bakterii skutkujące produkcją biogazu. Przez zastosowanie wynalazku wydajność roślin obecnie eksploatowanych może być zwiększona przez prosty zabieg, a stopa zwrotu w przypadku tych nowych może być istotnie zmniejszona.

Zgodnie z opisem zgłoszenia patentowego US3383309 szybkość metanogenezy zwiększyła się, gdy wprowadzono gazowy wodór do sfermentowanego osadu ściekowego.

W opisie patentowym HU195978 ujawniono, iż w mezofilowych systemach produkcji biogazu jednym z etapów ograniczających szybkość jest dostępność wodoru, która może być zwiększona przez dodanie do naturalnego konsorcjum bakterii wytwarzających wodór.

Problemem technicznym do rozwiązania w biogazowaniu biomasy jest zwiększenie wydajności technologii produkcji biogazu z jednoczesnym pominięciem mechanicznego lub hydraulicznego systemu mieszającego biomasę.

Sposób przyśpieszenia produkcji biogazu z biomasy zwłaszcza pochodzenia rolniczego w bioreaktorze, według wynalazku, gdzie biomasę wprowadza się do bioreaktora i odcina się od kontaktu z powietrzem atmosferycznym, charakteryzuje się tym, że biomasę podgrzewa się do osiągnięcia temperatury w przedziale od 33°C do 37°C, po czym wzrusza się ją okresowo. Wzruszanie biomasy prowadzi się poprzez okresowe przetłaczanie przez biomasę nagromadzonego biogazu z górnej do dolnej części bioreaktora oraz poprzez drgania wymiennika ciepła, wywołane płynem przetłaczanym przez niego okresowo i o temperaturze nie przekraczającej 40°C. Wymiennik ciepła umieszcza się w bioreaktorze, tak aby przynajmniej jego część była zanurzona w biomasie.

Biomasę w bioreaktorze ogrzewa się w całej jej objętości. Korzystne jest, aby biomasa w bioreaktorze zakrywała cały wymiennik ciepła (tzn. wszystkie zwoje wymiennika), zapewnia to maksymalne wykorzystanie ciepła wszystkich zwojów wymiennika do równomiernego ogrzewania biomasy w profilu pionowym bioreaktora podczas procesu biogazowania.

Zaletą wynalazku jest łatwość eksploatacyjna i prostota techniczna w zwiększaniu parametrów palności biogazu z jednoczesnym skracaniem okresu produkcji biogazu w bioreaktorze, a w konsekwencji zwiększeniem wydajności technologii biogazowania biomasy poprzez możliwość biogazowania większej ilości biomasy. Okresowe wzruszanie biomasy, poprzez wymuszone drgania na wymienniku ciepła oraz przetłaczanie biogazu z górnej do dolnej części bioreaktora pozwoliło wyeliminować zastosowanie w bioreaktorze mieszadła mechanicznego lub hydraulicznego, a tym samym uniknięcie ryzyka zbyt intensywnego mieszania biomasy, co obniżyłoby wydajność procesu. Przetłaczanie biogazu przez masę fermentacyjna bioreaktora dodatkowo przyspiesza proces biogazowania biomasy (lepsze warunki dla rozwoju bakterii metanowych), a drgania wymiennika ciepła podczas przepływu czynnika grzewczego przez wymiennik powodują szybsze warunki uwalniania biogazu z biomasy i jego przemieszczenie do górnej części bioreaktora.

Rozwiązanie według wynalazku przedstawione jest w przykładach wykonania.

Przykład 1

Do bioreaktora wprowadza się biomasę, którą odcina się od kontaktu z powietrzem atmosferycznym pokrywą bioreaktora. Następnie biomasę podgrzewa się do osiągnięcia temperatury w przedziale od 33°C do 37°C (na przykład poprzez grzałkę). Następnie okresowo wzrusza się biomasę. Wzruszenie biomasy następuje poprzez:

- przetłaczanie biogazu z górnej do dolnej części bioreaktora,

- drgania wymiennika ciepła.

Transport biogazu realizowany jest w układzie zamkniętym, pobrany spod pokrywy biogaz przetłacza się okresowo z górnej część bioreaktora do dolnej części bioreaktora i wzrusza się nim biomasę, przyśpieszając tym samym proces wydzielania biogazu z biomasy. Do przetłaczania biogazu można zastosować dyfuzor gazu.

Natomiast drgania wymiennika ciepła wywołane są poprzez płyn przetłaczany okresowo przez wymiennik ciepła, którego temperatura nie przekracza 40°C. Wymiennik ciepła umieszcza się w bioreaktorze, tak aby przynajmniej jego część była zanurzona w biomasie.

Drgania na wymienniku ciepła oraz przetłaczanie biogazu z górnej do dolnej części bioreaktora powodują wzruszenie biomasy, przyspieszając proces wydzielania biogazu, który można odprowadzić do zewnętrznego zbiornika gazu.

Przykład 2

Analogicznie jak w przykładzie 1, przy czym biomasę w bioreaktorze ogrzewa się w całej jej objętości, tak aby biomasa zakrywała cały wymiennik ciepła (tzn. wszystkie zwoje wymiennika).

Claims (2)

1. Sposób przyśpieszenia produkcji biogazu z biomasy zwłaszcza pochodzenia rolniczego w bioreaktorze, gdzie biomasę wprowadza się do bioreaktora i odcina się od kontaktu z powietrzem atmosferycznym, znamienny tym, że biomasę podgrzewa się do osiągnięcia temperatury w przedziale od 33°C do 37°C, po czym wzrusza się ją okresowo, przy czym wzruszanie biomasy prowadzi się poprzez okresowe przetłaczanie przez biomasę nagromadzonego biogazu z górnej do dolnej części bioreaktora oraz poprzez drgania wymiennika ciepła, wywołane płynem przetłaczanym prze niego okresowo i o temperaturze nie przekraczającej 40°C, przy czym wymiennik ciepła umieszcza się w bioreaktorze, tak aby przynajmniej jego część była zanurzona w biomasie.

2. Sposób przyśpieszenia produkcji biogazu z biomasy według zastrz. 1, znamienny tym, że biomasę w bioreaktorze ogrzewa się w całej jej objętości.