RS55320B1 - Postupak separacije i uređaj za separaciju - Google Patents

Description

[0001]Ovaj pronalazak se odnosi na postupak i uredjaj za separaciju amonijaka odnosno redukovanje amonijuma iz fermentacionih tečnosti ili ostataka vrenja koje se koriste za proizvodnju biogasa.

[0002]Energetsko iskorišćenje otpada i nusproizvoda dobija u proizvodnji potrošne robe sve više na značaju. Posebno, u proizvodnji životnih namirnica, organski otpad koji time nastaje, može se primenom biogasne tehnologije iskoristiti za (delimično) pokrivanje potreba proizvodnje za energentima. Time korišćenje otpada u okviru zaštite životne sredine integrisane u proizvodnju i u okviru proizvodnje obnovljive energije može doprineti stalnom razvoju preduzeća. Sa nacionalnog stanovišta, ovakve mere su takodje poželjne, s obzirom na to da pružaju doprinos "2020-Kiimatskim ciljevima" Evropske Unije.

[0003]Biogas koji se stvara od otpadnog materijala tokom proizvodnje može da se pretvori u struju ili toplotnu energiju u nekoj kogeneracijskoj termoelektrani (KOTE). Alternativno uz ovo, mogao bi se preradjivati biogas i direktno zameniti fosilni zemni gas. Uključivanjem u pogon, moglo bi se tokom cele godine obezbediti uzimanje toplotne energije. Tako se obezbedjuje efikasna primena energenata sa visokim ukupnim koeficijentom korisnog dejstva. Kao pozitivan sporedni efekat izostaje uklanjanje ovih materijala, koje je zbog velikog sadržaja vode u njima energetski intenzivno, a vredne hranljive materije, kao što su azot, fosfor i kalijum, mogu se sa ostacima od vrenja vraćati na poljoprivredne površine.

[0004]Sve veća potražnja širom sveta za mesom i proizvodima od mesa i proizvodnja koja je povezana sa tim, uzrokuju veću količinu životinjskih nusproizvoda koji se ne mogu konzumirati. Otpaci iz klanika, kao mogući novi supstrati industrijskog porekla, poseduju veliki potencijal za stvaranje metana i nisu nikakva konkurencija proizvodnji životnih namirnica. Ove i mnoge druge slične otpadne materije, kao npr. otpad iz farmaceutske industrije kao i prerada krvi (otpad od plazme), otpad od industrije koja preradjuje proteine i meso i kvasac i komina od fermentacije etanola, mogu se prema sadašnjem stanju tehnike samo pod teškim uslovima preradjivati u anaerobnim postrojenjima za preradu otpada.

[0005]U mnogim regionima, zbog intenzivne poljoprivrede i držanja životinja, već preovladava visoka prehrana tla azotom. Dodatni unos hranljive materije može da ima za posledicu povećanu eutrofikaciju voda i opterećenje podzemnih voda. Metode za uklanjanje azota iz ostataka biogasa-vrenja omogućile bi koncentraciju nastajućeg amonijaka u oblik koji se može transportovati, i koji se može otposlati iz tog regiona, čime se rasterećuje čovekova okolina Time bi se proizvodnja biogasa ponovo više mogla primenjivati u onim regionima gde je usled nedostajućih poljoprivrednih površina samo teško primenljiva.

[0006]Glavni problem na putu do implementacije anaerobne tehnike, kojom se mogu pokrivati velike površine, u energetskom iskorišćavanju na primer otpada od klanica, predstavlja njihov visok sadržaj azota. Proizvodi razlaganja od jedinjenja azota koja su sadržana u supstratu, amonijak (NH3) i amonijum (NH/). od odredjenih koncentracija, dovode do smetnji kod mikrobiologije. Ove toksične supstance dovode do razgradnje otpada koji se koristi a njihova dalja posledica je nestabilan biogasni proces. Zbog toga su se supstrati koji sadrže azot često davali drugim biogasnim potrojenjima na kofermentaciju, ćimeizostaje mogućnost uključivanja neiskorišćene toplotne energije kogeneracijske termoelektrane u proizvodni pogon a ukupni koeficijent korisnog dejstva pogona klanice opada.

[0007]Postupak koji je opisan u ovoj patentnoj ispravi predstavlja ključnu tehnologiju za anaerobno iskorišćenje otpadnih i nusproizvoda koji su bogati azotom. Uklanjanje tereta azota iz biogasnog procesa garantuje stabilno i efikasno odvijanje postupka.

[0008]U kontekstu obnovljive energije i fabričke zaštite čovekove okoline, biogas igra značaju ulogu. Primer za ovo predstavlja klanična i industrija za preradu mesa. Životinjski nusproizvodi koji se ne mogu konzumirati nude u anaerobnoj eksploataciji veliki energetski potencijal. Pri sadašnjem stanju tehnike, ovakvi supstrati sa visokim sadržajem azota, mogu se iskoristiti u biogasnim postrojenjima samo pod otežanim uslovima.

[0009]U anaerobnoj fermentaciji, orgnaske supstance (kao na primer proteini, nukleinske kiseline, masti i ugljeni hidrati) različiti anaerobni mikroorganizmi postepeno, uz isključivanje kiseonika, razgradjuju na manja jedinjenja. Krajnji proizvodi biogasnog procesa su metan (CH4), ugljendioksid (CO2) kao i ugljenikova i mineralna jedinjenja koja se ne mogu dalje razgradjivati. Azot koji se vezuje u biomasi, oslobadja se kao amonijum (NH,+) i ostaje u krajnjem produktu vrenja. Isuviše visoke koncentracije mogu da ometu mikrobni proces pa čak i toksično da deluju na mikroorganizme. Amonijum je u ravnteži, koja zavisi od temperature i pH-vrednosti, sa amonijakom (NH3), koji se smatra otovom za ćelije i već i u malim koncentracijama deluje inhibirajuće.

[0010]Da bi se sirovine sa visokim koncentracijama azota (npr. nusproizvodi bogati proteinima iz klaničnih pogona, otpaci iz kožne industrije, ostaci od proizvodnje biogoriva itd.) mogli preradjivati u anaerobnim procesima fermentacije, neophodan je razvoj novih strategija.

[0011]Za mikrobiologiju u fermentoru je važno, da su na raspolaganju odredjene količine azotnih komponenti. Ove su neophodne za rast biomase, doduše količina koju mikroorganizmi primaju iznosi samo mali deo količine azota koja se sadrži u postojećem supstratu. Tokom biogasnog procesa prikazanog na slici 1. različiti heterotrofni anaerobni mkroorganizmi, uz isključenje otpuštenog kiseonika, hidroliziraju polimerna jedinjenja.

[0012]Polimeri, proteini i nukleinske kiseline koji sadrže azot, u prvom koraku se razgrađjuju na aminokiseline, purine i pirimie. U daljem toku biološkog procesa razgradnje, azot se u obliku amonijuma oslobadja i ostaje - nasuprot biološki raspolođivih organiskih supstanci, koje se pretvaraju u biogas - u fermentacijskoj tečnosti. Time se produkti razgradnje azota čak koncentrišu. Rastućom pH-vrednošću i višom temperaturom u procesu, reakciona ravnoteža se sa amonijuma pomera na amonijak.

[0013]Amonijak ima toksično dejstvo na bakterije, s obzirom na to da su skoro sve biološke membrane, usled male veličine NrVmolekula kao i rastvorljivosti lipida, propusne za amonijak.

[0014]Medju različitim mikroorganizmima koji učestvuju u anaerobnom varenju, metanogeni su najmanje tolerantni na visoke koncentracije amonijuma i zato na njih najbrže deluju smetnje i toksična dejstva. Usled inhibicije zatim dobija semale količina biogasa i dolazi do akumulacije medju prođu ka ta razgradnje kao što su slobodne isparljive masne kiseline. Pored smanjenih dobijenth količina obnovljive energije, biološki poremećaji procesa dovodili su i do većih emisija neprijatnih mirisa iz proizvoda vrenja zbog nedovoljno razgradjenog supstrata.

[0015]U cilju rešavanja problema sa azotom, do sad je u načelu razmatrano više pristupa:

• isključenje specifičnih supstrata sa visokim sadržajem azota,

• razredjivanje supstrata bogatog azotom ili

odvajanje azota iz supstrata

[0016]Isključenje i razredjivanje specifičnih supstrada može. doduše, za pojedine vlasnike postrojenja da se uzme u obzir, medjutim kao rešenje za ovu postavku problema iskorišćenja otpada i nusproizvoda bogatih azotom ovaj način ne dovodi do cilja. Razredjivanje supstrata, na primer otpadnim vodama sa niskim koncentracijama azota, dovodi do enormne potrebe za dodatnim rezervoarom za truljenje.. Istovremeno bi se trošak za skladištenje i transportni troškovi ostataka vrenja umnogostručili. Pokušaj koji najviše obećava stoga predstavlja izbacivanje komponenti azota iz biogasnog procesa.

[0017]Ovim načinom postupanja smanjuje se inhibiranje mikroorganizama usled povišenih koncentracija NH/ / NH3a time se vrše sledeći pozitivni uticaji na biogasni proces:

• veće dobijanje metana a da zapremina fermentora ostane ista

• veće stope razgradnje omogućavaju veće zapreminsko opterećenje

• stabilniji biološki proces zbog sprečavanja akumulacije slobodnih ispraljivih masnih kiselina (SIMK), koje takodje negativno utiču na učinak postupka

• smanjenje neželjenih emisija neprijatnih mirisa potpunom razgradnjom organske mase

[0018]Odvajanjem znatnih količina amonijum-azota može se u postojećem biogasnom postrojenju garantovati poboljšani stabilniji rad a učinak razgradnje a time i prinos metana značajno povećati Time se zapreminsko opterećenje fermentora može povećati, čime se u budućnosti ukupan spektar supstrata kao i maksimalan prinos gasa može iskoristiti za proizvodnju energije.

[0019]Kao rezultat ovog značajnog povećanja učinka, dobijaju se odgovarajuće veći prinosi COj-neutralnog elektriciteta i toplote od većek iskorišćenja kapaciteta kogeneracijske termoelektrane. Za ciljano uklanjanje amonijaka iz tečnih sredina već je, pre svega u tehnologihi otpadnih voda, razvijen čitav niz postupaka. Neki od njih su delimično već duže vreme komercijalno isprobani i poslednja su dostignuća tehnike. Za relativno mlad biogasni reaktor, ove tehnologije su adaptirane i mogu se upotrebiti u području obrade ostataka vrenja. Medjutim, ove tehnologije se zbog velikih troškova energenata, pogonskih sredstava i predtretmana supstrata na žalost primenjuju samo u iznimnim slučajevima.

[0020]Generalno, metode za uklanjanje azota mogu se podeliti na biološke i fizičko-hemijske postupke: Nitrifikacija/denitrifikacija kao biološki postupak predstavlja etabliranu tehnologiju u biološkom čišćenju otpadnih voda. Uklanjanje azota vrši se u dvema fazama:

L Nitrifikacija

[0021]Pretvaranje amonijuma u nitrat pod aerobnim uslovima sprovodi se hemolitotrofnim nitrifikujućim bakterijama. Ova oksidacija vrši se u svema fazama. Bakterije iz "nitrozo-grupe" mogu da oksidiraju amonijak ili amonijum do nitrita (N02 )

(oksidizator amonijuma). Dalja oksidacija do nitrata (N03) vrši se preko nitrobakter-vrsta ili drugim predstavnicima "nitro-grupe" (oksidizator nitrita):

2. Denitrifikacija

[0022]Uz nedostatak kiseonika, različite aerobne bakterije iz otpadne vode mogu da vrše oksidaciju organskih jedinjenja sa nitratom umesto sa02. U denitrifikaciji, iz nitrata nastaju gasoviti krajnji produkti uglavnom molekularni azot (N3). Kao nusproizvod može se osloboditi i azotsuboksid (gas smejavac, N20).

[0023]S obzirom na to da prva od dve faze konverzije treba da se izvrši u aerobnoj atmosferi, ovaj postupak, koji je u tehnici prerade otpadnih voda često isprobavan, je za predmetni slučaj anaerobne proizvodnje biogasa nepodoban, s obzirom na to da bi se u aerobnoj vazi veći deo hemijske energije iscrpio, umesto da se konvertuje u biogas.

[0024]Anammox-Proces(Anaerobe Ammonium Oxidation) (anaerobna oksidacija amonijuma) nudi alternativu klasičnoj metodi nitrifikacije/denitrifikacije. Pritom se amonijum pomoću nitrita pod anaerobnim uslovima pretvara u molekularni azot. Uprkos mnoštvu opisa u literature, ovaj process se još ne može označiti kao opšte stanje tehnike.

[0025]U odnosu na biološke postupke, prednost većine fizičko-hemijskih postupaka leži u suštini u tome, što se postojeći amonijum-azot ne konvertuje u elementarni azot. Azot stoga ne odlazi u atmosferu, već je, u zavisnosti od postupka, na raspolaganju kao sirovina u različitim hemijskim jedinjenjima.

[0026]Uklanjanje rastvorenih jedinjenja azota iz fermentacijskog sredstva može se izvršiti uz primenu takozvanog "striping" postupka. Pod "stripingom" se pordrazumeva, uopšteno govoreći, izbacivanje isparljivih jedinjenja iz tečnosti pomoću gasa. Snižavanjem parcijalnog pritiska lakše isparljive komponente, ova iz rastvorenog stanj prelazi u gasovito stanje u gasnoj fazi i u tečnosti se njena količina smanjuje. Osnovni princip se razume kao jedna celina sa dvema glavnim fazama u postupku:

• Eliminacija amonijaka iz stupstrata pomoću "striping"-gasa (vazduh odnosno para)

'Regeneracija "striping"-gasa i prevodjenje amonijuma u ponovo iskoristivu struju materijala

[0027]Za prevodjenje rastvorenog amonijaka u gasnu fazu (desorpcija) na industrijskom nivou su se dokazali "striping" gasa i pare u kolone sa puniocem. Njigova glavna odlika sastoji se u tome da tečnost koja treba da se obradi dodje u što intenzivniji kontakt sa strujom gasa. Za ovo je važna što je moguće veća površina razmene. Ovo se postiže uvodjenjem punilaca, duž čije se površine kreće tečna faza u formi filma.

[0028]Za rad jednog "striping" postrojenja bez poremećaja, pretpostavka je uklanjanje čvrste materije što je više moguće, s obzirom na to da inače dolazi do blokiranja/začepljenja slojevitosti punioca. Stepen neophodnog uklanjanja čvrste materije uvek zavisi od vrste punioca i druge konstrukcije postrojenja.

[0029]Pomoću postupka jonske izmene, nabijeni sadržaji (joni, npr. amonijum NhU") se mogu adsorbtivno vezati i zameniti za jone sa istim nabojem. Pritom se pretežno primenjuju sintetičke smole, takozvane smole za jonsku imenu. Sveobuhvatan predtretman supstrata, posebno uklanjanje čvrstih materija, je neophodna pretpostavka. Na osnovu strukture materijala za jonsku izmenu ovo je relativno osetljivo na začepljenje šupljina, na primer organskim koloidima, čime se jako redukuje učinak. Upotreba se prema sadašnjem stanju tehnike, shodno ovome, isplati samo za naknadni tretman, npr. nakon već izvršene nonofiltracije ili reverzne osmoze za sigurno očuvanje datih graničnih vrednosti i zbog toga nije pogodno za nameravani tretman sredstva fermentacije.

[0030]Jedna varijanta ekstrakcije amonijuma koja se ispituje je upotreba ekstraktivnih membrana u membranskim kontaktorima. Pod membranskim kontaktorima sa pervaporacijom podrazumeva se nova vrsta aparata za izvodjenje procesa ekstrakcije odnosno "stripinga", kod kojih se zamena faza odvija na površini membrane. U konvencionalnim "striping'-kolonama tečne i gasovite faze se nalaze u direktnom kontaktu, pri čemu se neophodno intenzivno mešanje vrši natapanjem punilaca. U membranskim kontaktorima su obe faze odvojene jedna od druge membranom koja je propusna samo za gasoviti amonijak.

[0031]Kod membranskih reaktora, medjutim, postoji još čitav niz nerazjašnjenih pitanja, kao na primer ona koja se odnose na dugoročnu stabilnost i sklonost membrana zaprljanju. Sve u svemu, ovi postupci se nalaze na ranom nivou razvoja, a da li će njihova primena uspeti u praksi, za sada je još neizvesno.

[0032]JP2009018211A manifestuje odvajanje amonijaka iz životinjskih ekskremenata.

[0033]Zadatak ovog pronalaska je da se nedostaci gore navedenog postupka po najnovijem stanju tehnike prevazidju i da se obezbedi postupak za odvajanje amonijaka odnosno redukciju amonijuma iz klaničkih otpadnih voda koje se koriste za proizvodnju biogasa kao i da se obezbedi uredjaj za sprovodjenje ovog postupka. Ovaj zadatak je, u skladu sa pronalaskom, rešen zahtevom br, 5, u kojem se kod postupka gore navedene vrste, amonijak odnosno amonijum redukuje pomoću parcijalne evaporacije, odvaja se od otpadnih voda iz klanice i taloži se kao amonijak. Pritom deo sadržaja vode fermentacijske tečnosti koja cirkuliše, isparava pomoću pregrevanja a zatim raspršivanjem u rezervoaru koji je pod vakuumom. Time se deo azota može izdvojiti kao amonijak a zatim prikupiti kao reciklažna materija. Razvijeni postupak za uklanjanje azota iz otpadnih voda iz klanica koje se koriste za proizvodnju biogasa, bazira se na principu parcijalne evaporacije. Kod ovog postupka se tečnost koju treba tretirati, nakon grubog izdvajanja nečistoća (npr. pužna presa, oscilatorno sito) i zagrevanja raspršuje preko jedne mlaznice u rezervoar koji je pod podpritiskom. Prekoračenje tačke ključanja koje je povezano sa redukcijom pritiska dovodi do spontanog isparavanja (trenutno isparavanje) n površini svake fine kapljice. Ovo isparavanje je pokretačka sila za uklanjanje lako isparljivih supstanci kao npr amonijaka, Napunjena para (ispušna para) se odvodi i kondenzuje. U slivnom prostoru rezervoara, zapreminski redukovana tečnost se otače i eventualno posle daljeg zagrevanja dovodi u cirkulaciju neke duge ekspanzije a time i do isparavanja. Ova tehnologija je izvorno razvijena za desalinizaciju morske vode, a tretman sredstava od fermentora biogasa predstavlja shodno tome novo područje primene za ovakve trenutne isparivače.

[0034]Po mogućstvu se odvaja do 50%, a prvenstveno do 30% ukupnog azota iz fermentacijskih tečnosti ili ostataka vrenja iz biogasnog postrojenja. Ovim uklanjanjem može se obezbediti neometanbiogasni proces. Ovim se u budućnosti mogu energetski iskoristitisvestruje koje npr. spadaju u otpade iz klanica ili neke druge fabrike a koji su bogati azotom i koje su pogodne za anaerobno iskorišćenje uz istovremeno bolje stepene razgradnje. Ovo dovodi do povećanja proizvodnje obnovljivih energija, kojim se može pokriti do 75% potreba industrijskih pogona za energijom.Kod supstrata sa jako visokim sadržajem azota svrsishodno je da se uklanjanje amonijaka uključi već pre anaerobnog iskorišćenja ilida se ovo integriše kako bi se prinos biogasa doveo do maksimuma.

[0035]Posebno je povoljno, ako se fermentacijske tečnosti ili ostavi vrenja iz biogasnih postrojenja pre trenutnog isparavanja predzagrevaju preostalom toplotom od već preradjenog medijuma. U procesu (videti sliku 2) se materijal uzima direktno iz fermentatora biogasa ili skladišta ostataka vrenja. Medijum se, u jednom protivstrujnom izmenjivaču toplote preko odlivnika postrojenja koji ima temperaturu od 80°C, prethodno zagreva na temperaturu od oko 70°C i energija se dovodi u jedan interni recirkulatorni optok. Interna recirkulacija je veličina regulacije za željene stope uklanjanja, s obzirom na to da ova, izmedju ostalog, zavisi od stope isparavanja, koja se može podesiti preko stope recirkulacije. U jednom drugom izmenjivaču toplote se medijum zagreva do potrebne ulazne temperature trenutnog isparivača od oko 90°C, Prilikom ulaska u trenutni isparivač, zbog podpritiska koji tu vlada, dolazi do naglog isparavanja vode, prilikom kojeg se takodje i jedan deo amonijaka prevodi u gasnu fazu. Ispušne pare iz trenutnog isparivača, koje su napunjene amonijakom, se kondenzuju i sakuplja se vodeni rastvor amonijaka kao proizvod.Iz recirkulacione struje se nakon reaktora za brzu proizvodnju pare otače kontinuirano tretirani medijum, hladi se svežim sirovim materijalom u protivstrujnom izmenjivaču toplote i ponovo vraća u biogasno postrojenje.

[0036]Potrebna energija isparavanja obezbedjuje se gasnim kotlom. Kao rezultat dalje energetske optimizacije, jedan deo ove energije se može supstituisati kroz neiskorišćenu toplotu koja se stvara na licu mesta. Takodje se i neiskorišćena toplota koja se oslobdja prilikom kondenzacije ispušne pare može uključiti u snabdevanje postrojenja i pogona toplotom

[0037]Vodeni rastvor amonijaka se s jedne strane može upotrebiti kao vredno djubrivo u lokalnoj poljoprivredi ili se s druge strane može upotrebiti kao hemijska sirovina za na primer uklanjanje azota u prečišćavanju dimnih gasova iz elektrana.

[0038]Po ovom pronalasku, isti se odnosi na uredjaj za separaciju amonijaka odnosno redukciju amonijuma iz fermentacionih tečnosti ili ostataka vrenja iz biogasnih postrojenja, pri čemu je isparivač za brzu proizvodnju pare F preko vodova (1, 2, 3, 4, 5, 6) povezan sa fermentatorom A u cilju dovodjenja supstrata, pri čemu se ispušna para iz isparivača za brzu proizvodnju pare F odvodi preko voda (14) a vruća tečna faza se preko vodova (7, 8, 9) ili vraća u fermentator A preko voda (11) ili se preko voda (10) dovodi do jednog drugog fermentatora I.

[0039]Pritom je korisno, da u vodu (2, 3) iz fermentatora A bude predvidjeno razdvajanje kontaminanata C, koje je kao provodnik spojeno sa izmenjivačem toplote D za tečne udele supstrata sa jedne strane, a sa druge strane preko voda (22) sa jednim drugim fermentatorom I za čvrste udele supstrata.

[0040]Koduredjaja po ovom pronalasku, izmenjivač toplote D se preko voda (9) greje tečnom fazom iz isparivača za brzu proizvodnju pare F.

[0041]Prema inovativnoj konstrukcionoj formi, prethodno zagrejana tečna faza se iz izmenjivača toplote D preko voda (4) uvodi u optok, koji obuhvata vod (5), izmenjivač toplote E, vod (6), isparivač za brzu proizvodnju pare F. vod (7) i pumpu

G.

[0042]Prema konstrukcionoj formi, koja je poželjnija, predvidjeno je da se vruća tečna faza dovede preko voda (10) u rezervoar za mešanje P, koji je sa svoje strane poput provodnika povezan sa fermentatorima A i I.

[0043]Ovaj pronalazak bliže je objašnjen priloženim crtežima na koje medjutim ne treba da bude ograničen.

[0044]Na slikama 1 i 2Fig.1und2 prikazana je moguća konstrukciona forma ovog pronalaska, a oznake imaju sledeća značenja:

A Fementator 1

B Pumpa za sirovi supstrat

C Odvajanje kontaminanta (oscilatorno sito, pužna presa)

D Izmenjivač toplote predzagrevanje

E Izmenjivač toplote

F Isparivač za brzu proizvodnju pare

G Optočna pumpa

H Odvodna pumpa

I Fermentator 2

J Kapljična separacija (npr. Ciklon)

K Kondenzator, nivo 1

L Pumpa za kondenzat 1

M Kondenzator, nivo 2

N Pumpa za kondenzat 2

0 Uredjaj za transport inertnog gasa

P Rezervoar za mešanje: resuspendovanje odvojenih tvrdih materija

Q Pumpa za supstrat

1 Vod za protok sirovog substrata

2 Vod za protok sirovog supstrata

3 Vod za supstrat, bez čvrstih kontaminata

4 Vod za predzagrejani supstrat

5 Vod za struptat u cirkulaciji isparivača za brzu proizvodnju pare

6 Vod za supstrat u cirkulaciji isparivača za brzu proizvodnju pare, prethodno zagrejan za fazu isparavanja

7 Vod za odlazni tok od isparivača za brzu proizvodnju pare (tečna faza)

8 Vod za odvajanje supstrata iz kojeg je oduzet NH3(izbacivanje iz kružnog toka)

9 Vod za protok supstrata

10 Vod za ohladjeni supstrat iz kojeg je oduzet NH3, dovod u fermentator

11 Vod za ohladjeni supstrat iz kojeg je oduzet NH3, opciono povradno dovodjenje u izlazni fermentator

12 Vod za medijum za zagrevanje priliv

13 Vod za medijum za zagrevanje odliv

14 Vod za fazu ispušne pare iz isparivača za brzu proizvodnju pare

15 Vod za kapljice koje se izdvajaju iz ispušne pare

16 Vod za protok ispušne pare

17 Vod za ostatak ispušne pare, nakon prvog kondenzatorskog stepena

18 Vod za inertan gas, nakon drugog kondenzatorskog stepena

19 Vod za inertan gas za tretman gasa (npr. biofilter)

20 Vod za protok kondenzata prvog kondenzatorskog stepena

21 Vod za protok kondenzata drugog kondenzatorskog stepena, obogaćen sa NHj

22 Vod za udeo čvrste materije izdvojen iz sirovog supstrata

[0045]Prema slici 1, sirovi supstrat koji treba da se tretira, se pomoću pumpe B direktno uzima iz fermentatora biogasa ili iz skladišta ostataka vrenja A. Čvrste materije koje se sadrže u medijumu se u izdvajanju kontaminata C (npr. pužna presa, oscilatorno sito) izdvajaju iz tečnosti i ubacuju u fermentator I. Tečan udeo supstrata (vod 3) se u suprotnoj struji prethodno zagrevaju godovim tretiranim supstratom iz voda 9 u izmenjivaču toplote D (npr. spiralni izmenjivać toplote) na temperaturu od ca. 65 do 75°C, a zatim se preko voda 5 dovodi u interni cirkulacioni tok. U drugom izmenjivaču toplote E (npr. kondenzator, sveža para iz voda 12), medijum se zagreva na ulaznu temperaturu od ca. 80 do 95<*>C koja je potrebna za proces isparavanja.

[0046]Prilikom raspršivanja medijuma u isparivaču za brzu proizvodnju pare, predpritisak u vodu 6 sa ca. 1,5 do 3,0 bara pada kroz gubitak pritiska mlaznice za raspršivanje na radni pritisak u isparivaču za brzu proizvodnju pare od ca. 500 do 700 mbara. Prilikom ulaska u isparivač zabrzu proizvodnju pare. usled podpritiska koji tamo vlada, dolazi do naglog podbacivanja tačke ključanja a time i do spontanog isparavanja na površini kapljica izmaglice od raspršivanja. Ovo isparavanje je pokretačka sila za uklanjanje lako isparljivih supstanci, kao što su npr. amonijak i rastvoreni ugljendioksid. I jedan deo vode u supstratu isparava u ovoj fazi. Ispušna para, napunjena sa NH3i C02, dovode se preko voda14do kapljične separacije J (npr. ciklon). Tečnost koja se izdvaja iz gasnog toka se preko voda15ponovo dovodi do tečne faze u vodu 7 koja se uzima iz žitke mase u fazi isparavanja. Cirkulatorini tok iz vodova 5, 6, 7 održava se preko pumpe G. Broj ciklusa kao odnos cirkulatornog toka prema svežem supstratu može se podesiti preko snage pumpanja od G te tako služi kao veličina regulacije za stopu uklanjanja NH3.

[0047]Supstrat koji se tretira, kontinuirano se uzima iz cirkulatornog toka (vod 8). Ovaj supstrat, iz kojeg je uzet NH3i C02, nastaje pri temperaturi od ca 75 do 90°C. Pre upumpavanja (pumpa H) fermentator I, sadržaj toplote toka iz voda 9 se pomoću protivstrujnog izmenjivača toplote D (npr. spiralni izmenjivač toplote) hladi na ca. 40 do 55°C i obratno, sirovi supstrat se zagreva. Grejna snaga koja se primenjuje, može se ovom integracijom energije masivno redukovati; dalje se medijum može uvesti u fermentator a da se mikrobiologija, koja stvara gas, višim temperaturama ne ugrozi Ohladjeni, tretirani supstrat se dalje odvodi bilo u fermentator I preko voda10ili ukoliko se to želi, alternativno ili dodatno, odvodi preko vodali, ufermentator ili skladište ostataka vrenjaA.

[0048]Ispušna para, napunjena sa NH3, iz isparivača za brzu proizvodnju pare 14, dovodi se do kondenzacije ispušne pare. Nakon hladjenja na ca. 50 do 60°C u kondenzatoru K, može se dopremiti vodeni rastvor amonijaka21od 20 do 80 g/kg NH3na dalju eksploataciju materijala (npr. proizvodnja djubriva, upotreba kao SNCR-reagensa u tehnologiji elektrana, itd.).

[0049]U prikazanoj konstrukcionoj formi, kondenzacija ispušne pare se izvodi u dvema fazama. U prvoj kondenzacionoj fazi K, ispušna para se hladi na ca. 75 do 85°C. Prvi kondenzat nastaje sa manjom koncentracijom od ca. 5 do 10 g/kg NHa(protok 20). Nakon daljeg hladjenja na ca. 50 do 60°C u kondenzatoru M, vodeni rastvor amonijaka 21 sa većom koncentracijom amonijaka od 40 do 80 g/kg NH3može se dovesti na dalju eksploataciju materijala (npr. proizvodnja djubriva, upotreba kao SNCR-reagensa u tehnologiji elektrana, itd.). Alternativno (nije prikazano) moguća je i jednofazna kondenzacija ispušne pare.

[0050]Gasovi koji se ne mogu kondenzovati pri temperaturama navedenim za faze kondenzacije, usisavaju putem voda18preko uredjaja za transport inertnog gasa O, koje takodje i održava sistemski pritisak od 500 do 700 mbara u isparivaču za brzu proizvodnju pare.

[0051]U posebnoj konstrukcionoj formi, ovaj uredjaj za transport inertnog gasa O, je za usisavanje gasova koji se ne mogu kondenzovati izveden kao vodomlazna pumpa sa vodom kao cirkulatornim medijumom. Ovo ima prednost u tome, što se usisani gasovi, koji se ne mogu kondenzovati, vodom iz vodomlazne pumpe istovremeno peru a time se oslobadjaju od zaostalih tragova NH3..

[0052]Prema slici 2, ohladjeni, tretirani supstrat se dovodi u rezervoar / amešanje P, gde se nneša sa čvrstim materijama iz separacije kontaminata C (npr. pužna presa, oscilatorno sito), nakon čega se medijum ili dovodi u fermentator A preko voda 11, ili se, ako se to želi, alternativno ili dodatno preko voda10i pomoću pumpe za supstrat Q dovodi u fermentator I.

Claims (5)

1. Uredjaj za kontinuiranu separaciju amonijaka odnosno redukciju amonijuma iz fermentacijskih tečnostiiliostataka vrenja iz postrojenja za biogas,koji obuhvata jedan isparivač za brzu proizvodnju pare F, koji je preko vodova, koji obuhvataju vodove za sirovi supstrat (1, 2), povezan sa jednom umetnutom pumpom za sirovi supstrat B, nakon toga separacija kontaminata C kao i na nju priključeni vod (3) za supstrat koji je oslobodjen od čvrstih kontaminata, izmenjivač toplote D, vod (4) za predgrejani supstrat koji je priključen iza izmenjivača toplote D. što je povezano sa fermentatorom ili skladištem ostataka vrenja A za dovod supstrata, pri čemu se predgrejani supstrat uvodi u kružni tok, koji obuhvata jedan cirkulatomi vod (5) za supstrat, jedan izmenjivač toplote E za zagrevanje supstrata na ulaznu temperaturu u isparivaču za brzu proizvodnju pare F, kao i jedan cirkulatomi vod (6) za zagrejani supstrat, isparivač za brzu proizvodnju pare F. vod (7( od isparivača za brzu proizvodnju pare F i jednu pumpu G koja je priključena na njega, pri čemu se ispušna para iz isparivača za brzu proizvodnju pare F može uzimati preko voda za fazu ispušne pare (14) a vruća tečna faza se preko vodova, koji obuhvataju vod (7) od isparivača za brzu proizvodnju pare do pumpe G u cirkulatornom toku, jedan odvodni vod (8), jednu odvodnu pumpu H kao i vod za protok supstrata (11), može ponovo dovesti ufermentator ili skladište ostataka vrenja A, ili se može preko napojnog voda (10) dovesti do drugog fermentatora ili skladišta ostataka vrenja I,naznačen je time, što seizmenjivač toplote D preko voda za protok supstrata (9) zagreva pomoću vruće tečne faze iz isparivača za brzu proizvodnju pare F, a isparivač za brzu proizvodnju pare F je preko voda faze ispušne pare (14), kapljične separacije J i kondenzatora K i M povezan sa uredjaje za transport inertnog gasa 0.

2. Uredjaj po zahtevu 1naznačen je time, štoje uredjaj za transport inertnog gasa O konstruisan kao vodomlazna pumpa.

3. Uredjaj po zahtevu 1 ili 2naznačen je time, štoje odvajanje kontaminata C, koje je predvidjeno u vodu (2, 3) iz fermentatora A, poput provodnika povezano sa izmenjivačem toplote D za tečne udele supstrata s jedne strane a preko provodnika (22) povezano je sa drugim fermentatorom I za čvrste udele supstrata.

4. Uredjaj po zahtevima 1 do 3,naznačen je time, štose vruća tečna faza preko provodnika (10) dovodi do rezervoara za mešanje P, koji je sa svoje strane poput provodnika povezan sa fermentatorima A i I.

5. Postupak u uredjaju po zahtevu 1 za kontinuiranu separaciju amonijaka odnosno redukciju amonijuma iz fermentacijskih tečnosti ili ostataka vrenja iz postrojenja za biogas, posebno onih tečnosti ili ostataka koji se dobijaju od fermentacije otpada iz klanica, pri čemu se amonijak odnosno amonijum redukuje pomoću trenutnog isparavanja, pri čemu se on odvaja od fermentacijiskih tečnosti ili ostataka vrenja iz postrojenja za biogas i razdvaja kao amonijak,naznačen je time, što sefermentacijske tečnosti ili ostaci vrenja iz postrojenja za biogas pre trenutnog isparavanja prethodno zagrevaju zaostalom toplotom od tretiranog medijuma, a zatim se pre naglog isparavanja zagrevaju na temperaturu od 80°C do 95°C i pritisak im se raspršivanjem smanjuje sa predpritiska pre naglog isparavanja od 1,5 bara do 3,0 bara na radni pritisak od 500 mbara do 700 mbara, a tretirani medijum se nakon izmene toplote pomoću fermentacijskih tečnosti ili ostataka vrenja iz postrojenja za biogas doprema do fermentatora ili skladišta vrenja.