PL249939B1 - Przepływowy reaktor biometanowy - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia przedstawionym na rysunku jest Przepływowy Reaktor Biogazowy, który tworzą co najmniej dwie rury położone jedna nad drugą i odchylone od poziomu o kąt α, połączone łącznikiem z odprowadzeniem biogazu i kolektorem z zaworem do usuwania ciężkich frakcji fermentującej mieszaniny. Reaktor wyposażony jest w armaturę w postaci zaworu i pomp oraz mieszadła statycznego umożliwiającą skuteczne mieszanie substratu z pofermentem. Rury reaktora wyposażone są w osadzone na wałach obrotowych wstęgi Archimedesa do transportu ciężkich frakcji fermentującej mieszaniny wzdłuż rur reaktora i, w konsekwencji, do odprowadzania ich na zewnątrz zaworem.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest przepływowy reaktor biometanowy mający zastosowanie przy procesach zgazowania biomasy.

Znane są powszechnie reaktory do mokrej fermentacji biometanowej w postaci pionowych zbiorników w formie walca o średnicy większej od wysokości oraz reaktory w postaci poziomych rur o średnicy wielokrotnie mniejszej od ich długości, do których wprowadzany jest substrat w postaci odpadów biodegradowalnych i kiszonek.

Objętość tych zbiorników jest, w zależności od projektowanego czasu przetrzymywania, wielokrotnością dziennej porcji substratów. W zbiornikach tych następuje wymieszanie substratu z pofermentem za pomocą różnego typu mieszadeł dynamicznych. Takie rozwiązania są niekorzystne z punktu widzenia wieloetapowego procesu fermentacji metanowej. Po pierwsze w pofermencie zawsze znajduje się znaczna część nieprzefermentowanego substratu, po drugie taki sposób prowadzenia fermentacji jest nieoptymalny dla biologii wieloetapowego procesu fermentacji metanowej. Proces ten powinien przebiegać sekwencyjnie bez zaburzeń powodujących mieszanie się składników różnych faz procesu, podobnie jak ma to miejsce w układach trawiennych zwierząt. W konsekwencji zaburzeń wywołanych mieszaniem składników obserwujemy niższy poziom produkcji biogazu i wyższą zawartość suchej masy organicznej w pofermencie.

Z literatury patentowej, z międzynarodowego wynalazku WO2021089918A1 znany jest reaktor poziomy, w który jest wyposażony w wał obrotowy z ostrzami do rozpraszania materii substratów, a biogaz odbierany jest znad swobodnej powierzchni górnej części rury reaktora.

Z kolei z innego wynalazku międzynarodowego WO2013178621A1 znany jest reaktor rurowy wykonany z tworzywa sztucznego, w którym problem redukcji pienienia rozwiązany jest układem przegród gaszących pianę.

Natomiast z niemieckiego opisu wynalazku DE102010010420A1 znany jest reaktor, w którym problem tworzenia piany rozwiązano poprzez system półprzepuszczalnych przegród wykonanych w kieszeniach do gromadzenia biometanu.

Istotnym jest tu także rozwiązanie wedle wynalazku europejskiego EP2589429A1 obejmujące reaktor laboratoryjny do wytwarzania biogazu zawieracie komorę do przechowywania materiału organicznego podczas jego fermentacji z mieszadłem.

W jeszcze innym wynalazku amerykańskim US4670140A zaproponowano stałą warstwę złoża w kolumnie reaktora do realizacji procesów rozkładu beztlenowego. Kolumna jest podzielona przegrodami ekranowymi na segmenty jedna nad drugą z pośrednimi przestrzeniami do odprowadzania gazu z kolumny przez lejki odprowadzające do jednej lub większej liczby odpowiednich rur wznoszących.

Rozwiązanie wedle wynalazku jest prostszym, tańszym i efektywniejszym sposobem produkcji biogazu we wszystkich aspektach dzięki wyeliminowaniu wad znanych dotychczas rozwiązań.

Celem rozwiązania wedle wynalazku jest zapewnienie maksymalnej produktywności biogazu przy obniżeniu do minimum okresu przetrzymywania biomasy w reaktorze, dzięki wstępnemu wymieszaniu rozdrobnionego i podgrzanego substratu z pofermentem.

Kolejnymi celami rozwiązania według wynalazku jest redukcja ryzyka pojawienia się piany na granicy ciecz-gaz dzięki sposobowi transportu biogazu i redukcji powierzchni swobodnej granicy fazy ciekłej i gazowej, separacja metali ciężkich w postaci osadu siarczków z pofermentu, zwiększenie stopnia redukcji biomasy dzięki recyrkulacji pofermentu.

Przepływowy reaktor biometanowy, zbudowany z zespołu równoległych rur, charakteryzuje się tym, że zaopatrzony jest w połączone z pionową komorą, ustawione jedna nad drugą równoległe rury odchylone są od poziomu o kąt α wynoszący nie mniejszy niż 1° i zamknięte jednostronnie deklami.

Korzystnie, komora w górnej części zakończona jest kominkiem a w dolnej części przechodzi w lej ze spustowym zaworem.

Korzystnie, w równoległych rurach osadzone są śruby Archimedesa osiowo napędzane za pomocą silników.

Korzystnie, śruby Archimedesa wykonane są w równoległych rurach co najwyżej do krawędzi ich połączeń z komorą.

Korzystnie, w deklu znajduje się górny króciec.

Korzystnie, króciec zaopatrzony jest w mieszadło styczne w postaci wykonanych w przewodzie rurowym przemiennych przegród lub bolców.

Korzystnie, w deklu znajduje się dolny króciec.

Korzystnie, górny króciec z mieszadłem statycznym i dolny króciec połączone są odpowiednio za pomocą odpowiednich im górnego i dolnego trójnika przewodem rurowym z pompą.

Korzystnie, górny króciec z mieszadłem statycznym i z górnym trójnikiem połączony jest z przewodem rurowym z pompą.

Korzystnie, dolny trójnik połączony jest z przewodem rurowym z zaworem podłączonym do czujnika poziomu w komorze.

Korzystnie, czujnik poziomu zamontowany jest w komorze nad górną krawędzią równoległej rury.

Przedmiot wynalazku został uwidoczniony w przykładzie wykonania na załączonym rysunku, na którym, przedstawiono schemat reaktora w widoku z boku.

Przykład

Reaktor według wynalazku składa się z dwóch równoległych rur 1, 2 usytuowanych jedna nad drugą, lub w innym przykładzie wykonania z trzech rur, usytuowanych tak że jedna lub dwie równoległe rury są nad jedną lub dwoma równoległymi im rurami, tak że osie równoległych przewodów rurowych rozmieszczone są na polu trójkąta.

Rozdrobnione i wymieszane odpady organiczne powinny być tak skomponowane, by ich poziom suchej masy zawierał się w przedziale 16-24%. Mieszanina odpadów, biomasy zatłaczana jest pompą 18 do górnego trójnika 19, do którego pompa 15 zatłacza równocześnie poferment w takiej dawce, by po wymieszaniu tych dwóch strumieni masy w mieszadle 12 poziom suchej masy mieszaniny zawierał się w granicy 8-12%. Z mieszadła statycznego 12 mieszanina substratu z pofermentem jest zatłaczana do reaktora króćcem 11 w deklu 3 zamykającym rurę 1. Takie rozwiązanie pozwala na idealne wymieszanie substratu z dużą ilością żywych bakterii pofermentu, przyśpieszając proces fermentacji. Zatłaczana mieszanina fermentacyjna wypiera poprzednią jej porcję powodując laminarny przepływ substratu w rurze 1 do komory 5, a z niej do rury 2. Pochylenie rury 1 i 2 o kąt α wynoszący najkorzystniej 3°, powoduje, że pęcherzyki biogazu przemieszczają się wzdłuż górnej powierzchni równoległych rur 1 i 2 do kominka 6 zapobiegając powstaniu piany na granicy gaz-ciecz.

W osiach równoległych rur 1 i 2 zainstalowane są, na obrotowych wałach śruby Archimedesa 9 i 10, napędzane wolnoobrotowymi silnikami 20 i 21. Ich zadaniem jest przesuwanie osadów ciężkich frakcji mieszaniny fermentacyjnej np. wytracających się siarczków metali ciężkich i krzemionki do komory 5, skąd grawitacyjnie spływają do leja 7 i spustowego zaworu 8 do usuwania osadów ciężkich frakcji. W deklu 4 zamykającym rurę 2 umieszczony jest króciec 13 do odbioru pofermentu. Do krócica 13 przyłączony jest rurociąg z dolnym trójnikiem 14, który kieruje poferment do pompy 15 i zaworu 16, którego poziom otwarcia regulowany jest czujnikiem poziomu cieczy 17.

Przepływowy reaktor biometanowy, według wynalazku zaopatrzony jest w połączone z pionową komorą 5, ustawione jedna nad drugą równoległe rury 1,2, odchylone są od poziomu o kąt α wynoszący nie mniejszy niż 1°, najkorzystniej 3° i zamknięte jednostronnie deklami 3, 4. Komora 5 w górnej części zakończona jest kominkiem 6 a w dolnej części przechodzi w lej 7 ze spustowym zaworem 8. W równoległych rurach 1, 2 osadzone są śruby Archimedesa 9, 10 osiowo napędzane za pomocą silników 20, 21. Śruby Archimedesa 9, 10 wykonane są w równoległych rurach 1,2 do krawędzi ich połączeń z komorą 5. W deklu 3 znajduje się górny króciec 11. Króciec 11 zaopatrzony jest w mieszadło styczne 12 w postaci wykonanych w przewodzie rurowym przemiennych przegród lub bolców. W deklu 4 znajduje się dolny króciec 13. Górny króciec 11 z mieszadłem statycznym 12 i dolny króciec 13 połączone są odpowiednio za pomocą odpowiednich im górnego i dolnego trójnika 19, 14 przewodem rurowym z pompą 15. Górny króciec 11 z mieszadłem statycznym 12 i z górnym trójnikiem 19 połączony jest z przewodem rurowym z pompą 18. Dolny trójnik 14 połączony jest z przewodem rurowym z zaworem 16 podłączonym do czujnika poziomu 17 w komorze 5. Czujnik poziomu 17 zamontowany jest w komorze 5 nad górną krawędzią równoległej rury 1.

Claims (11)

1. Przepływowy reaktor biometanowy, zbudowany z zespołu równoległych rur, znamienny tym, że zaopatrzony jest w połączone z pionową komorą (5), ustawione jedna nad drugą równoległe rury (1, 2), odchylone są od poziomu o kąt α wynoszący nie mniejszy niż 1° i zamknięte jednostronnie deklami (3, 4).

PL 249939 Β1

2. Przepływowy reaktor, według zastrz. 1, znamienny tym, że komora (5) w górnej części zakończona jest kominkiem (6) a w dolnej części przechodzi w lej (7) ze spustowym zaworem (8).

3. Przepływowy reaktor, według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że w równoległych rurach (1,2) osadzone są śruby Archimedesa (9, 10) osiowo napędzane za pomocą silników (20, 21).

4. Przepływowy reaktor, według zastrz. 3, znamienny tym, że śruby Archimedesa (9, 10) wykonane są w równoległych rurach (1,2) co najwyżej do krawędzi ich połączeń z komorą (5).

5. Przepływowy reaktor, według zastrz. 1, znamienny tym, że w deklu (3) znajduje się górny króciec (11).

6. Przepływowy reaktor, według zastrz. 5, znamienny tym, że króciec (11) zaopatrzony jest w mieszadło styczne (12) w postaci wykonanych w przewodzie rurowym przemiennych przegród lub bolców.

7. Przepływowy reaktor, według zastrz. 1, znamienny tym, że w deklu (4) znajduje się dolny króciec (13).

8. Przepływowy reaktor, według zastrz. 5 lub 6 oraz 7, znamienny tym, że górny króciec (11) z mieszadłem statycznym (12) i dolny króciec (13) połączone są odpowiednio za pomocą odpowiednich im górnego i dolnego trójnika (19, 14) przewodem rurowym z pompą (15).

9. Przepływowy reaktor, według zastrz. 5 lub 6 oraz 7, znamienny tym, że górny króciec (11) z mieszadłem statycznym (12) i z górnym trójnikiem (19) połączony jest z przewodem rurowym z pompą (18).

10. Przepływowy reaktor, według zastrz. 8, znamienny tym, że dolny trójnik (14) połączony jest z przewodem rurowym z zaworem (16) podłączonym do czujnika poziomu (17) w komorze (5).

11. Przepływowy reaktor, według zastrz. 10, znamienny tym, że czujnik poziomu (17) zamontowany jest w komorze (5) nad górną krawędzią równoległej rury (1).