RS57858B1 - Postupak za proizvodnju biogasa kontinualnim previranjem mešavina supstrata i postrojenje biogasa za kontinualno previranje mešavina supstrata - Google Patents

Description

Opis

0001 Pronalazak se odnosi na postupak za proizvodnju biogasa kontinualnim jednostepenim previranjem mešavina supstrata kao i postrojenje za kontinualno previranje mešavina supstrata. Posebno pronalazak se odnosi na postupak za pogon postrojenja za biogas za kontinualno previranje neke smeše supstrata, pri čemu smeša supstrata sadrži pretežno životinjsko đubre, naročito konjsko đubre.

0002 Životinjsko đubre odnosno konjsko đubre dodaje se kao supstrat u malim količinama u postojeća postrojenja za biogas. Kod uobičajenih postrojenja za biogas smeša supstrata se sastoji pretežno od obnovljivih biljnih sirovina. Ako se udeo životinjskog đubreta u supstratu poveća, onda to uzrokuje u postrojenjima za biogas brojne probleme.

0003 Sa jedne strane se pokazalo da tokom trajanja proizvodnje raste viskozitet u fermentoru. Ovo zahteva smanjenje suvog ostatka (SO), jer visoki viskozitet zahteva mnogo energije za pokretanje mešalice u fermentoru odnosno može da dovede obrtno kretanje mešalice fermentora do potpunog umirenja.

0004 Životinjsko đubre, pre svega konjsko đubre, često sadrži visoki udeo peska, koji u rezervoarima i sprovodnim cevima uzrokuje povećano habanje pumpi i uređaja za mešanje.

0005 Životinjsko đubre, pre svega konjsko đubre, može da bude jedan veoma heterogeni supstrat, pošto konji često stoje na slami ili piljevini. Pri tome slama može da bude delom neusitnjena (dugačka slama) i da ima dužinu vlakna od više od 50 cm. Ovakve šarže konjskog đubreta imaju SO od preko 40 % i veoma malu nasipnu gustinu. Druge šarže konjskog đubreta se sastoje skoro samo od konjskog izmeta i imaju mali SO od oko 20 - 30 % i visoku nasipnu gustinu. Ako se ove šarže slažu, to se supstrat kompaktira u lepljivu masu, koja začepljuje puževe za mešanje i transportne puževe.

0006 Konjsko đubre se najčešće može slagati. Ako se konjsko đubre skladišti suviše dugo, nastaje proces kompostiranja. Kompostirano konjsko đubre ima mali gubitak žarenja (GŽ) i viši SO nego sveže konjsko đubre. Kompostiranjem opada takođe oSO-specifični prinos biogasa konjskog đubreta.

0007 DE 10 2010 019 321 A1 opisuje postupak za energetsko iskorišćavanje konjskog đubreta. Pri tome se konjsko đubre pomoću prosejavanja separiše na čvrstu i tečnu komponentu i tečna komponenta previre. Otpadna toplota korišćenja biogasa služi za sušenje čvrste komponente konjskog đubreta. Oznaka tečno konjsko đubre služi u ovom kontekstu kao oznaka za prolaz kroz sito. Prosejano konjsko đubre je čvrsto do pastozno.

0008 U EP 1 301 583 B1 i u DE 10 2010 o24 639 A1 opisan je postupak, pri kome se konjsko đubre fermentuje takozvanom suvom fermentacijom. Kao suva fermentacija se pri tome označava diskontinualna isprekidana fermentacija supstrata koji mogu da se slažu u fermentorima koji su slični garaži. Konjsko đubre se pri tome slaže u garažama, garaže se zatvore a supstrat onda prska perkolatom. Nakon trajanja fermentacije od nekoliko nedelja, garaža se otvara i prevrelo konjsko đubre izvadi. Za ovaj postupak je važno što prevrelo konjsko đubre ima još sposobnost slaganja, pošto bi da nije toga drenažni vodovi garaže bili zapušeni. Za ovaj postupak naročito je pogodno konjsko đubre koje sadrži slamu.

0009 Sakupljanje različitih šarži konjskog đubreta i transport do postrojenja za biogas može da se izvede u kontejneru, koji se opisuje u DE 10 2004 029 854 A1.

0010 Saskia Oldenburg (doktorantkinja na TU hamburg-Harburg) et al, pridobijaju na internetu (http://www.sciencestarter.de/pfen) (pristupljeno 25.04.2013) za istraživački projekat za razvoj koncepta pripreme konjskog đubreta, koji omogućava (ko-)fermentaciju u konvevcionalnom postrojenju za biogas. Treba da se postave osnove za korišćenje konjskog đubreta u postrojenjima za biogas, tako što se teorijski koncept prevodi u praksu. Gradnjom pilot-postrojenja u tehničkim razmerama treba da se dobiju eksperimentalni podaci. Konjsko đubre treba da se pripremi u pilot-postrojenju, tako što se ometajuće materije, pesak i slama odvoje a konjski izmet rastvori u vodi. Tako slama treba da se obradi eksterno a rastvoreni konjski izmet sa konstantnim sadržajenm vode može da se doda direktno postrojenju za biogas.

0011 Mathias Mönch-Tegeder opisuje na internetu (http://www.unihohenheim.de/news/strom-auspferdeapfeln-agrartechniker-machenpferdemistbiogasfaehig-4) (pristupljeno 25.04.2013) projekat univerziteta Hohenheim sa nazivom "Struja iz konjskog izmeta: Poljoprivredni tehničari osposobljavaju konjsko đubre za biogas". Prema ovome, konjsko đubre do sada skoro da ne nalazi primenu, pošto je samo uslovno podesno kao đubrivo pa zbog toga mora uz troškove da se sanira. Samo u malim količinama je već korišćeno za dobijanje energije. Problem konjskog đubreta je velika količina slame u njemu, koja uzrokuje da đubre u postrojenju za biogas pliva na ostaloj biomasi. Ovaj problem se rešava predtretmanom pomoću cepača poprečnom strujom.

Predtretmanom se povećava površina konjskog đubreta pa se ono dobro spaja sa ostalim fermentacionim supstratom u fermentoru.

0012 Reaktor za hidrolizu, koji se koristi za fermentisanje pretežno životinjskog đubreta opisan je u DE 10 2008 015 609 A1. Korišćenje prethodnog stepena hidrolize kod fermentisanja konjskog đubreta je poznato. Stepen prethodne hidrolize je rezervoar priključen pre proizvodnje biogasa sa jednom značajno nižom pH-vrednošću i vrlo kratkim vremenom zadržavanja od ca. dva dana. Tamo se dešava delimično pretvaranje supstrata u tečnost (hidroliza) i produkcija organskih kiselina (acidogeneza). Veliki deo supstrata hidrolizuje i reaguje tek u reaktoru biogasa koji sledi. Postrojenja biogasa sa hidrolizom imaju povećanu stabilnost preme promeni supstrata u poređenju sa jednostepenim postrojenjima za biogas. Sistemski nedostatak hidrolize je što ona funkcioniše u jako razblaženim sistemima, pošto pri akumulaciji od 20 g/l organskih kiselina dolazi do zaustavljanja acidogeneze. Vlažni supstrati su pogodniji za reaktore od suvih supstrata. Dalji nedostatak je produkcija gasova hidrolize bogatih energijom (vodonik, H2S, CO2i malim količinama metana kod primene anmaiš-struja), koji često neiskorišćeni odlaze u okolinu i doprinose opterećenju mirisom.

0013 U EuroHeat&Power "Odvajanje hidrolize i metaniziranja, od bezvrednog konjskog đubreta ka vrednoj energiji", 40. Jg. (2011), sveska 3, strane 38 ff opisuje se jedno takvo postrojenje za biogas za fermentisanje konjskog đubreta. Ovo postrojenje za biogas napravljeno je dvostepeno, što znači prvi stupanj za hidrolizu a drugi stupanj za metaniziranje. Odvajanje hidrolize i metaniziranja bilo bi kod fermentacije slame nemoguće. Slama sa zaštitnim slojem od voska i šupljeg dela od celuloze može da se razloži samo u kiseloj sredini kod pH-vrednosti od ispod sedam i da fermentiše. U jednostepenom postrojenju za biogas kod pH-vrednosti od sedam do osam u fermentoru slama pluta u fermentoru. Ovo može da se izbegne samo zahtevnom pripremom sa visokim troškovima.

0014 Često se na postrojenja za biogas postavljaju agregati za mehaničko usitnjavanje koja koriste konjsko đubre u malim količinama. Ovi agregati mogu da budu mlinovi sa ćekićima (DE 20 2008 006 843 U1), udarni reaktori (DE 10 2005 021 503 A1), usitnjivači sa lancima (DE 10 2007 037 187 A1) ili ekstruderi (DE 10 2009 058 588 A1, DE 10 2010 010 091 A1). Poznati su takođe termo-hemijski postupci, na primer Organosolv-popstupak (DE 10 2010 006 609 A1 i WO 2010 043 424 A1) koji ciljano rastvaraju udeo slame u konjskom đubretu.

0015 Nedostatak mehaničke i termičke pripreme je visoka potreba za energijom i mehaničko habanje. Tako proizvođač ekstrudera za usitnjavanje biomase navodi potrebu energije od 75 do 95 kwh/t za dobijanje slame sa 85 % SO. Pošto postrojenje za biogas može da proizvede ca. 500 kwh električne energije iz jedne tone slame energetska potreba pripreme predstavlja već 17 % proizvedenog efekta. Konvencionalna postrojenja za biogas za poljoprivredne supstrate imaju normalno energetsku potrebu od 5 % do 8 % za celokupno postrojenje. Potreba energije nekog usitnjavanja može da se proceni Bondovom formulom.

sa

α [kWh mm<0,5>/t] Bond-parametar (Work-Index)

X80,2[Veličina produkt]

X80,1[Veličina edukt]

0016 Term x80znači da 80 % delova mase imaju veličinu manju od x80. Za slamu važi u cm-razmeri Bond-Index od ca. 1,4 kWh mm<0,5>/t. On raste kada se finije usitni. Ako se slama usitni od 25 cm na 10 cm, dobija se energetska potreba od ca.

5 kWh/t. Pri usitnjavanju na 1 cm biva potrebno 35 kWh/t, kod usitnjavanja na 0,1 cm su nasuprot tome potrebni 130 kWh/t. Empirijska formula nije sasvim egzaktna, ali pokazuje tendenciju.

0017 Takođe, nisu sve metode pripreme otporne prema ometajućim materijama. Energetska metoda iskoriščavanja, koja bi mogla da se izvodi i bez pripreme, bila bi zato poželjna.

0018 Mešalica podesna za laminarno mešanje sadržaja fermentacije opisana je u EP 2 064 308 B1.

0019 Kod poljoprivrednih postrojenja za biogas SO se uobičajeno postavlja u fermentoru na ca. 8 %. To je na primer dokumentovano u Biogasmessprogramm I (BMEVL, FNR: Ergebnisse des Biogasmessprogramms, Gülzow, 2005) u odeljku 8.3.1(Supstratcharakteristik-Gehalt an TR und oTR). Najveći broj postrojenja mešaju tamo u području od 4 % do 8 % SO; samo jedno postrojenje ima SO od knap preko 10 %. I u sledećem Biogasmessprogramm II (BMEVL, FNR: Biogasmessprogramm II- 61 Biogasanlagen im Vergleich, Gülzow, 2010) dokumentovan je SO u fermentoru u odeljku 6.2.2.1. Tu se nalaze vrednosti u isteku fermentora u proseku oko 5 % maksimalno na 12 %.

0020 Za razdvajanje komponenti prevrelog fermentacionog supstrata poznati su pužni separatori iz DE 42 32 449 B4 i separatori sa valjcima iz DE 39 41 916 A1.

0021 Velike ometajuće materije mogu da se usitne ili uklone nekim maceratorom. Jedan takav macerator proizilazi iz nemačke Gebrauchsmuster DE 20 2006 003 816 U1.

0022 EP 2 215 241 B1 opisuje postupak za proizvodnju biogasa sa jednim reaktorom biogasa, pri čemu supstrat sadrži više od 30 % pilećeg izmeta. Reaktoru biogasa se dodaje smeša supstrata od jednog supstrata (pileći izmet) i drugog supstrata (biogeni ostaci materije i/ili obnovljive biljne sirovine kao kukuruz ili slično). Supstratu se dovodi sveža voda i/ili voda iz procesa. Time se dobija masa koja može da se pumpa sa sadržajem suve supstance (SS) u opsegu od 10 - 25 težinskih %, prvenstveno masa ima sadržaj suve supstance od 15 - 25 težinskih %. Prevreli supstrat vrenja uvodi se u postrojenje za razdvajanje tečnost/čvrsta faza, kao naprimer neki dekanter. U dekanter ne može da se dovede supstrat previranja sa visokim sadržajen suve supstance. Iz A. Rushton et al."Solid-Liquid Filtration and Separation Technology" WILEY VCH Verlag GmbH, 2000, Kapitel 8.2.5.1 (strana 310) proizilazi da se u dekanter može uvesti prevreli supstrat vrenja ("digested sludge") sa udelom čvrste materije od 2 do 4 težinska %. Dekanter zbog toga ograničava maksimalan sadržaj suve supstance u reaktoru za biogas.

0023 Iz DE 10 2005 061 039 A1 proizilazi fermentor koji se uzdužno prostire, u kome se na dnu nalazi cev koja se graniči sa strujnim kanalom. Prva mešalica se pogoni pomoću potopnog motora i proizvodi strujanje kroz strujni kanal. Iznad strujnog kanala stvara se strujanje koje je usmereno suprotno pravcu strujanja u strujnom kanalu i na svojoj gornjoj strani preuzima plivajući sloj. Druga mešalica sa potopnim motorom predviđena je za stvaranje turbulentnog strujanja da bi na kraju rezervoara razložila plivajući sloj. U zoni razlaganja plivajućeg sloja intenzivnije se oslobađa biogas.

0024 U DE 10 2006 035 794 A1 opisano je postrojenje za biogas za previranje produkata inkontinencije (IPK). Produkti inkontinencije se odnose pre svega na iskorišćene pelene. Ove sadrže uobičajeno celulozna vlakna, plastične folije i fekalije. Ovi otpadi se pripreme prvo mehanički. U bioreaktoru ovi otpadi mogu da prevru. Posle metaniziranja preostali materijal truljenja uvodi se u rezervoar za razdvajanje i tamo razdvaja na frakciju bogatu plastikom, vodenu zonu i frakciju bogatu čvrstom materijom. Frakcija bogata čvrstom materijom odvodi se u postrojenje za odvodnjavanje a frakcija bogata plastikom u presu za odvodnjavanje. Procesna voda se dovodi palperu iz centralne stanice za doziranje. Predviđen je račvasti vod, kojim se procesna voda takođe može dovesti odnosno odvesti iz rezervoara za razdvajanje za razdvajanje frakcije bogate plastikom i frakcije bogate čvrstom materijom.

0025 Pronalasku u osnovi leži zadatak da prevaziđe najmanje jedan nedostatak gore razmatranih postupaka za pogon postrojenja za biogas.

0026 Dalji zadatak pronalaska leži u stvaranju postupka za pogon postrojenja za biogas, kojim može da se sa visokim učinkom previre sadržaj za fermentisanje koji sadrži životinjsko đubre.

0027 Dalji zadatak pronalaska leži u stvaranju postrojenja za biogas kojim trajno i sigurno može da se previre smeša supstrata koja sadrži fine materije kao na primer pesak.

0028 Nezavisni zahtevi rešavaju jedan ili više gore navedenih zadataka. Povoljna izvođenja pronalaska navedena su u dotičnim podzahtevima.

0029 Prema prvom aspektu pronalazak se odnosi na postupak za proizvodnju biogasa kontinualnim jednostepenim previranjem mešavina supstrata sa jednim fermentorom biogasa, jednom jedinicom za separaciju supstrata za previranje za razdvajanje, u fermentoru biogasa prevrelog supstrata za previranje, u ostatak vrenja i procesnu vodu, pri čemu se procesna voda delimično vraća u fermentor biogasa. Ovaj postupak se prvo odlikuje time što mešavina supstrata sadrži najmanje 50 težinskih % životinjskog đubreta i što se količina povratne procesne vode određuje na taj način da sadržaj fermentacije u fermentoru biogasa ima suvi ostatak (SO) od najmanje 16 %.

0030 Jednostepeno previranje znači da u fermentoru dolazi i do hidrolize i metaniziranja tako da nisu predviđena dva odvojena fermentora za hidrolizu odnosno metaniziranje.

0031 Kod jednostepenog previranja pH-vrednost iznosi najmanje 6,5. Kod standardnog fermentora pH-vrednost je nasuprot tome za hidrolizu manja od 6,5.

0032 Fermentor je napravljen prvenstveno kao kotao sa mešalicom koji se sastoji iz rezervoara za fermentaciju i jedne ili više mešalica, što znači da je dalekosežno slobodan od gradijenata koncentracije i temperature.

0033 Mešavina supstrata, koja pretežno sadrži životinjsko đubre, je mešavina supstrata koja sadrži najmanje 50 težinskih % životinjskog đubreta. Životinjsko đubre obuhvata životinjske ekskremente, takođe sa prostirkom, naročito slamom, piljevinom ili drugim biljnim materijalom koji su dodati u okviru gajenja životinja, ili pomešano sa ostatcima hrane, čiji SO prelazi 15 %.

0034 Kako je gore objašnjeno, kod poljoprivrednih produkata SO se postavlja u fermentoru postrojenja za biogas uobičajeno u područje od ca. 4 % do 8 % .Veći suvi ostatak bi bio poželjan, pošto se time učinkovitost može značajno povećati. Veći SO znači da se u fermentoru nalazi manje vode a više delova supstrata koji mogu da se prevedu u biogas pri istoj veličini fermentora. Pri rastućem SO raste i viskozitet, tako da mora da se potroši više energije da bi se mešao sadržaj fermentora ili kretanje sadržaja fermentora može da postane skoro nemoguće. Zbog toga se za stalni rad potvrdila gornja granica od 8 % SO za poljoprivredne supstrate za previranje.

0035 Iznenađujuće se ispostavilo da se kod mešavine supstrata koja sadrži pretežno životinjsko đubre, naročito konjsko đubre, uspostavlja bitno manji viskozitet nego kod mešavine supstrata bazirane na pretežno obnovljivim sirovinama. Viskozitet se izračunava prema zakonu tečenja Oswalda i de Waele-a prema

η = k ∙ y<m-1>

sa

η [Pas] dinamički viskozitet

k [Pas<m>] Faktor konzistencije

y [s<-1>] brzina smicanja

m [-] Indeks tečljivosti

0036 Pretpostavlja se, da je u životinjskom đubretu voda vezana za fine materije i gradi mulj. Fine materije u smislu predloženog pronalaska su male niti, naročito niti dužine do 1 mm. Ovaj mulj "podmazuje" sadržaj fermentora, tako da čak i kada sadržaj za fermentaciju sadrži materije koje povećavaju viskozitet, kao na primer dugačke niti, viskozitet je ipak toliko nizak da postrojenje za biogas može trajno ekonomično da radi sa SO od najmanje 16 % a da je trošak za mešanje sadržaja fermentisanja mali.

0037 Udeo životinjskog đubreta u mešavini supstrata iznosi prvenstveno najmanje 75 težinskih %, 80 težinskih %, 90 težinskih % a posebno najmanje 95 težinskih %.

0038 Ako bi previralo konjsko đubre sa SO od 8 %, tada bi fermentor morao da bude veoma veliki da bi odgovarajuće jako razblaženo konjsko đubre moglo previrati u dovoljnoj količini. Pronalaskom se na osnovu visokog suvog ostatka ostvaruje visoki promet pri relativno maloj zapremini fermentora.

0039 Pošto kod pronalaska suvi ostatak ima najmanje 16 %, sadržaj vode je mali pa je time sklonost ka sedimentaciji delića peska u fermentoru mala. Delići peska ostaju najmanje preovlađujućim udelom da lebde i izdvajaju se sa ostatkom vrenja iz fermentora.

0040 Postupkom prema pronalasku je čak moguće prevreti sadržaj fermentora sa tečnom fazom, koja na temperaturi od 40°C i rati smicanja od 10<-1>ima viskozitet od najmanje 200 mPas, naročito najmanje 300 mPas ili najmanje 400 mPas ili čak najmanje 500 mPas. Tako visoki viskoziteti u tečnoj fazi uzrokovani su sadržajem finih delova u životinjskom đubretu, posebno u konjskom đubretu. Fini delovi izazivaju i visoki suvi ostatak u tečnoj fazi koji kod ovih mešavina supstrata iznosi najmanje 7 % ili najmanje 9 % a posebno najmanje 11 %.

0041 Pronalazači su utvrdili da suprotno konceptu u gore razmatranim stanjima tehnike nije potrebno odvojiti ometajuće materije, kao pesak i slama, koje su sadržane u smešama supstrata koje sadrže konjsko đubre ili pripremati smeše supstrata pomoću neke odvojene hidrolize pa tek ih onda podvrći metaniziranju. Naprotiv, mnogi problemi previranja životinjskog đubreta mogu tako da se uklone time što se uspostavi viši suvi ostatak u fermentoru za biogas.

0042 Pri ovako visokom SO-sadržaju slama ostaje ravnomerno raspodeljena u sadržaju fermentora. U uobičajenom fermentoru sadržaj fermentora je redak, zbog čega slama isplivava i biva sprovedena kroz fermentor. Pošto je pri visokom SO sadržaj slama ravnomerno raspoređena u sadržaju fermentora ona se razgrađuje i pretvara u biogas.

0043 Kod pronalaska nije potrebno skupo prečišćavanje procesne vode i skoro potpuno uklanjanje čvrste materije. Sadržaj SO povratne procesne vode može da iznosi najmanje 1 %, najmanje 2 %, najmanje 3 % a posebno najmanje 6 %.

Sadržaj SO povratne procesne vode ne bi trebalo po mogućstvu da bude veći od 11 %.

0044 Procesna voda se prvenstveno vraća direktno u reaktor za biogas. Uvođenje procesne vode samo zamešavanjem konjskog đubreta, čini otežanim postizanje željenog visokog udela SO u reaktoru za biogas.

0045 Prema drugom aspektu predloženog pronalaska predviđen je postupak za proizvodnju biogasa kontinualnim jednostepenim previranjem sadržaja fermentora nekim fermentorom za biogas, kod koga previre smeša supstrata koja sadrži fine materije, koja ima sadržaj SO od najmanje 16 %, a sadržaj fermentora se lainarno meša glavnom mešalicom sastavljenom od dve ili više mešalica i u području susednom prema gornjoj površini sadržaja fermentora ovaj meša turbulentno jednom sporednom mešalicom.

0046 Pronalazač predloženog pronalaska je utvrdio da smeše supstrata koje sadrže fine materije zadržavaju delove biogasa u sadržaju fermentora i da sadržaj fermentora slično testu sa kvascem može da nadođe. Pretpostavlja se da mali mehurići biogasa ostaju zakačeni za fine materije a fine materije služe kao začeci stvaranja mehurova i sprečavaju koalesciranje mehurova biogasa. Ovaj problem nastaje pre svega kod smeše supstrata sa sadržajem SO od oko 10 % i raste sa rastućim sadržajem SO. Postupkom prema pronalasku takođe mogu da prevru mešavine supstrata sa većim SO od najmanje 16 %.

0047 Glavna mešalica predviđena za laminarno mešanje je prvenstveno mešalica sa vertikalno postavljenom osovinom mešanja, tako da se sadržaj fermentora meša laminarno kružno i donekle horizontalno.

0048 Fine materije se pojavljuju i u konvencionalnim postrojenjima za biogas, naročito kod postrojenja koja previru nmogo travnate silaže. Dalja osobina sadržaja fermentora postrojenja za biogas prema predloženom pronalasku je visoki viskozitet procesne vode, kako se može videti na slici 10. Doduše i druga postrojenja za biogas imaju takođe visoki viskozotet procesne vode, posebno visoko opterećena postrojenja za biogas koja previru mnogo žitarica ili silažu celih biljaka žitarica. Kod svih referentnih postrojenja, čije probe se mogu videti na slici 10, procesna voda ima SO od < 11 %. Problem akumulacije mehurova gasa se međutim ne pojavljuje. Pronalazač zbog toga pretpostavlja da je za lošu degasifikaciju odgovorna kombinacija visokog udela začetnika stvaranja mehurova i visoki viskozitet. Ovakva kombinacija se pojavljuje pre svega kod postrojenja za biogas koja pretežno previru životinjsko đubre.

0049 Brzina podizanja mehurova može da se opiše formulom Stokes-a u prvom približavanju. Tačnije uzeto formula važi samo za Njutnovske fluide i mehurove oblika kugle. Slične zavisnosti važe međutim i u reaktoru biogasa.

Pri tome je

vgBrzina podizanja mehurova

g Ubrzanje zemljine teže

ρlGustina tečne faze

ρgGustina gasne faze

η Viskozitet tečne faze

0050 Pokazalo se da brzina podizanja mehurova opada sa rastućim viskozitetom i opadajućim prečnikom mehurova. Zapreminski udeo gasa ε (ili takođe Gas-Holdup, odnosno poroznost) sadržaja fermentora opisan je preko

Pri tome je

VISrednja brzina oticanja tečne faze

VgStruja zapremine gasa

Vlstruja zapremine tečne faze

0051 Kada brzina podizanja mehurova postane veoma mala, vrednost udela zapremine gasa približava se 1, što znači da se sadržaj fermentora sastoji samo još od gasne faze. U reaktoru biogasa uobičajeno se postiže ε od 1 % do 10 %. Vreme boravka tečne faze nalazi se od 20 do 80 dana, dok produkcija gasa iznosi 1 do 10 m<3>po m<3>reaktora i danu. Struja zapremine gasa je jasno veća nego struja zapremine tečnosti.

0052 U slučaju mnogo malih mehurova u visokoviskoznom okruženju može znači da dođe do porasta udela zaprenine gasa u sadržaju fermentora.

0053 Utvrđeno je da "nadolaženje sadržaja fermentora" dodatkom antipenušavaca ili biljnog ulja (na primer u količini od 0,3 L/m<3>) može da bude sprečeno, što podupire hipotezu o vezivanju malih mehurića na fine materije.

0054 Pošto kod postupka prema pronalasku u području susednom prema gornjoj površini sadržaja fermentora ova bude turbulentno mešana jednom sporednom mešalicom, lokalno se ostvaruju jake rate smicanja koje odvajaju biogas od finih materija i tako sigurno i pouzdano oslobađaju biogas. Ovim se izbegava dodatak skupih antipenušavaca ili biljnih ulja a postrojenje za biogas može pouzdano da radi čak i sa smešom supstrata koja sadrži fine materije.

0055 Celokupni sadržaj fermentora se prvenstveno u suštini laminarno meša a samo u jednom malom području laminarna struja se prekriva turbulentnom strujom.

0056 Glavna mešalica ima prvenstveno manji Rejnoldsov broj od sporedne mešalice.

0057 Glavna mešalica može da radi sa Rejnoldsovim brojem od ne više od 50 a sporedna mešalica Rejnoldsovim brojem od najmanje 100.

0058 Prema trećem aspektu predloženog preonalaska postrojenje za biogas predviđeno je za kontinualno previranje mešavina supstrata sa pretežno životinjskim đubretom, naročito mešavina supstrata koji sadrže konjsko đubre, sa jednostepenim fermentorom za biogas, jedinicom za separaciju za odvajanje u fermentoru za biogas prevrelog supstrata vrenja, u ostatak vrenja i procesnu vodu.

0059 Ovo postrojenje za biogas odlikuje se time što jedinica separacije ima tank za homogenizaciju postavljen ispred, pri čemu iz tanka procesne vode vodi jedan recirkulacioni vod do tanka za homogenizaciju postavljenog ispred da bi u jedinicu za separaciju vraćao vodu za postavljanje suvog ostatka pre separacije.

0060 Jedinica za separaciju ima prvenstveno jedan izdvajač peska.

0061 Jednostepeni fermentor za biogas napravljen je prvenstveno za previranje neke smeše supstrata sa suvim ostatkom od najmanje 16 %. Pri tome organski suvi ostatak iznosi prvenstveno najmanje 8 % naročito najmanje 9 % ili najmanje 10 %.

062 Gore opisani različiti aspekti mogu takođe da budu primenjeni i u kombinaciji.

0063 Svi navodi u procentima (%) su navodi u težinskim procentima ukoliko nije nedvosmisleno drugačije definisano.

0064 Pronalazak se u sledećem bliže objašnjava na osnovu crteža. Crteži pokazuju:

Slika 1 tabela bilansa mase reaktora za biogas, u kome se previre smeša supstrata sa pretežno životinjskim đubretom sa različitim suvim ostatkom,

Slika 2 tabela suvih ostataka pri filtriranju procesne vode iz separacije supstrata vrenja pomoću vibrirajućeg siita sa različitim otvorima sita, Slika 3 nivo u fermentoru, u kome previre sadržaj fermentora koji sadrži fine materije, pri čemu se nivo meri radarskim merenjem nivoa i hidrostatičkim merenjem nivoa, a sadržaj fermentora se meša isključivo laminarno,

Slika 4 nivo u fermentoru, u kome previre sadržaj fermentora koji

sadrži fine materije pri čemu se nivo meri radarskim merenjem nivoa i hibidrostatičkim merenjem nivoa a sadržaj fermentora meša najmanje po području turbulentno,

Slika 5 linije dijagrama podizanja pogona fermentora do kontinualnog punog opterećenja previranja pri ca. 20 % SO, pri čemu biologija fermentora pokazuje stabilne parametre procesa,

Slika 6 dijagram toka postupka za pogon postrojenja za biogas za kontinualno previranje mešavine supstrata, pri čemu mešavina supstrata sadrži pretežno životinjsko đubre,

Slika 7 shematski satav postrojenja za biogas kao slika povezanih blokova,

Slika 8 postrojenje za bigas za izvođenje postupka prema pronalasku u pogledu odozgo,

Slika 9 shematski pojednostavljen fermentor predstavljen u poprečnom

preseku,

Slika 10 nanošenje indeksa tečljivosti temperaturnozavisnih krivih tečljivosti kod procesnih voda koje sadrže fine materije prema faktoru konzistencije različitih mešavina supstrata, i

Slika 11 viskozitet procesne vode različitih smeša supstrata, mezofilno pogonjenog fermentora u zavisnosti od rate smicanja.

0065 Primer izvođenja postrojenja za biogas prema pronalasku (Slika 7, 8) ima jednu vagu 1 za merenje dopremljenih supstrata i plato 2 za silažu. Na vagi 1 se mere teretna kola koja dovoze supstrat pre i posle istovara supstrata tako da dopremljena masa supstrata može da se utvrdi. Supstrat se istovara na plato za silažu 2. Tu supstrat može optički da se kontroliše na podesnost.

0066 U susedstvu platoa 2 za silažu predviđena je drobilica 3 u kojoj se prema potrebi supstrat može iseckati. Dužina sečke posle pripreme iznosi tipično 5 cm do 25 cm, naročito 5 cm do 15 cm a prvenstveno do 10 cm.

0067 Postrojenje za biogas ima prvi fermentor 4 i drugi fermentor 5. Fermentori su jednostepeni fermentori, što zmači da se u fermentorima odvija kako hidroliza tako takođe i metaniziranje. Vrednost pH iznosi najmanje 6,5. Vrednost pH može takođe da iznosi najmanje 7 odnosno 7,5.

0068 Za dovođenje smeše supstrata u oba fermentora 4, 5 predviđen je punjač 6 čvrste materije. Punjač čvrste materije ima rezervoar za punjenje koji je povezan na dva transportna uređaja 29, tako da se smeša supstrata iz rezervoara za punjenje automatski izvodi odgovarajućem transportnom uređaju 29 i ovim doprema odgovarajućem fermentoru 4, 5. Uređaji za transport 29 su na primer transportne trake ili transportni puževi.

0069 Rezervoar za punjenje punjenja čvrste materije 6 može da bude napravljen kao kola za mešanje hrane koja sarže više puževa koji stoje vertikalno kojima se supstrati mešaju i transportuju prema otvoru za ispuštanje usmerenom prema uređaju za transport. Kod supstrata koji sadrže pretežno životinjsko đubre pokazalo se povoljnim oblikovanje rezervoara za punjenje kao kontejnera za istiskivanje. Kontejner za istiskivanje ima jednu potisnu ploču koja stoji donekle vertikalno i koja je pokretna u horizontalnom pravcu, koja sadržaj kontejnera gura u pravcu otvora za ispuštanje, tako da se sadržaj kontejnera za istiskivanje može pouzdano dovesti do transportne naprave. U susedstvu otvora za ispuštanje kontejnera za istiskivanje predviđeni su jedan ili dva glodajuća valjka, koja rastresaju mešavinu supstrata i čine je sposobnom za transport. Glodajući valjci kontejnera za istiskivanje mogu takođe da budu napravljeni na taj način da dodatno izvode funkciju drobilice, koja onda može da bude izostavljena.

0070 Oba fermentora 4, 5 su u pogledu odozgo napravljeni kružno i imaju prečnik u području od 15 m do 20 m i svetlu visinu od 6 m do 10 m. Fermentori 4, 5 su rezervoari sa pločom dna, bočnim zidom i pokrivnom pločom. Ploča dna je po pravilu betonska ploča izlivena na licu mesta. Bočni zid i pokrivna ploča sastoje se prvenstveno od komponenti gotovog betona. U pokrivnoj ploči može da bude integrisana teretom opterećena prelivna klapna, koja se, kod pogrešnog rukovanja fermentorom, pri kome se sadržaj fermentora koji se nalazi u njemu naduje, otvara, tako da višak sadržaja fermentora može da izađe. Ova teretom opterećena prelivna klapna čini time ventil sigurnosti koji sprečava pucanje fermentora prilikom nadpritiska u njemu.

0071 Fermentori imaju svaki kao glavnu mešalicu sa najmanje dve a prvenstveno tri vertikalne mešalice 7 sa lopaticama, kako je opisano u EP 2 064 308 B1. Mešalice 7 sa lopaticama imaju svaka prečnik od 2,5 m do 3,5 m. One se pokreću svaka motorom maksimalne snage od 10 kW. Mešalice 7 sa lopaticama se lagano pokreću sa brojem obrtaja od 6 o/min do 10 o/min. Time se celokupni sadržaj fermentora laminarno meša u fermentoru.

0072 Fermentori imaju svaki kao sporednu mešalicu jedan štapni mikser 10. Štapni mikser 10 poseduje horizontalnu osovinu 11 sa propelerom 12, koji u pogonu sadržaj fermentora premeće u pravcu paralelnom prema osovini 11. Štapni mikser 10 se pokreće motorom, koji ima maksimalnu snagu od oko 10 kW do 15 kW. Štapnim mikserom meša se turbulentno jedan deo sadržaja fermentora. Tako nastaju unutar sadržaja fermentora potisni naponi, koji oslobađaju biogas iz sadržaja fermentora.

0073 Mešalice 7, 10 su prvenstveno priključene na snabdevanje strtujom za nuždu, tako da je prilikom nestanka struje osigurano da se sadržaj fermentora i dalje meša i da se iz njega izdvaja biogas.

0074 Fermentori 4, 5 imaju svaki na donjem području otvor 13 za ispuštanje, od koga vodi vod 14 ka tanku 15 predhomogenizacije jedinice za separaciju 33. U vodu 14 postavljena je pumpa 16 kojom može da se upravlja izvlačenje prevrelog supstrata vrenja iz dotičnih fermentora 4, 5. Pumpa 16 napravljena je na primer kao ekscentar pužna pumpa sa količinom potiskivanja od oko 10 m<3>/h do 20 m<3>/h.

0075 Tank 15 za predhomogenizaciju napravljen je u obliku kvadra ili kocke sa zapreminom od ca. 0,5 m<3>do 5 m<3>a naročito od 0,5 m<3>do 2 m<3>. Ima dno u obliku zarubljene piramide. Zapremina je tako odmerena da supstrat vrenja ne stoji mirno, vreme zadržavanja je kratko pa ne može da sedimentira. Veličina tanka 15 za predhomogenizaciju postavlja se tako u zavisnosti od strujanja supstrata za previranje i konzistencije supstrata za previranje. U predloženom primeru izvođenja se najmanje svakog sata iz fermentora 4, 5 izvlači prevreli supstrat vrenja i odvodi jedinici za separaciju. Pošto se supstrat vrenja sastoji od pretežno životinjskog đubtera, gustina najćešćih udela čvrste materije u supstratu vrenja je slična onoj vode tako da je sklonost prevrelog supstrata da se rasloji, mala. Ovo važi pre svega za organske delove čvrste materije, koji predstavljaju pretežni deo čvrstih delova. Nije potrebno da se predvidi mešalica ili tank za predhomogenizaciju da bi se izbegla sedimentacija. Tank 15 za predhomogenizaciju može da bude opremljen senzorom nivoa i osiguranjem od prepunjavanja.

0076 Ispust koji se nalazi na dnu tanka 15 za predhomogenizaciju povezan je sa prvim stepenom separacije. U predloženom primeru izvođenja prvi stepen separacije obuhvata dva separatora 17 sa pužnim presama sa sitastim korpama od oko 0,5 m do 1,5 m. Sitaste korpe imaju širinu otvora od 500 μm do 1500 μm a prvenstveno 800 μm sve do1200 μm a naročito oko 1000 μm.

0077 Separatorima 17 sa pužnim presama odvaja se procesna voda od ostatka vrenja. Od separatora 17 sa pužnim presama vodi transportni uređaj 18, na primer u obliku transportne trake do prihvatnog bunkera 35, u kome se skladište čvrsti ostatci vrenja .

0078 Jedinica 33 za separaciju ima taložnik 34 peska osnovne površine 1 m<2>i zapreminom od oko 1 m<3>. Preliv taložnika 34 peska se pomoću voda 19 dovodi drugom stepenu separacije 20. Taložnik 34 peska je izveden na strani dna prvenstveno konusno odnosno kao zarubljena piramida. Taložnik 34 peska ima na najdubljem mestu otvor za vađenje sedimenta, tako da ovaj može da se vadi dnevno.

0079 Pre jedinice separacije 17 može da bude postavljen macerator sa kanalom za ometajuće materije. Jedan ovakav macerator opisan je na primer u DE 20 2006 003 816 U1. Macerator služi za odvajanje velikih ometajućih delova kao na primer potkovica, iz supstrata za previranje. On ima perforirani lim sa na njemu postavljenim noževima koji se okreću, tako da veliki ometajući delovi mogu da budu odstranjeni iz razgrađenog supstrata za previranje koji se tera kroz perforirani lim.

0080 Preliv odnosno višak naprave za odvajanje se pomoću uređaja 21 za transport transportuje direktno ili preko uređaja 18 za transport u bunker 35 za prihvat. U predloženom primeru izvođenja je drugi stepen separacije 20 napravljen kao vibrirajuće sito. Drugi stepen separacije 20 za odvajanje čvrstih materija može da bude izveden i kao dekanter ili neki slično pogodan uređaj za odvajanje čvrstih materija.

0081 Prvi i drugi stepen separacije mogu takođe da budu zamenjeni dekanterom. Jedinica separacije 33 je onda napravljena jednostepeno.

0082 Filtrat drugog stepena separacije 20 teče preko voda 22 u tank 23 procesne vode. Tank 23 procesne vode može da bude napravljen kao komora neposredno ispod drugog stepena separacije 20, tako da filtrat drugog stepena separacije bez dodatnih vodova teče direktno iz drugog stupnja separacije u tank 23 procesne vode. Tank 23 procesne vode povezan je sa jedinicom pumpe 24. Jedinica pumpe 24 ima prvu pumpu i drugu pumpu. Prvom pumpom se procesna voda pumpa preko recirkulacionog voda 36 u fermentore 4, 5 i u skladište 25 ostataka vrenja. Prva pumpa je na primer napravljena kao ekscentar pužna pumpa sa kapacitetom pumpanja od 25 m<3>/h do 40 m<3>/h. Kapacitet punpanja prve pumpe se može odrediti na taj način da se u fermentorima 4, 5 uspostavi željeni suvi ostatak. Kod potrebe mogu da se postave u dovodnim vodovima prema pojedinim fermentorima 4, 5 prigušni ventili tako da struje procesne vode prema pojedinim fermentorima 4, 5 mogu da se usposrave individualno. Ovo je posebno svrsishodno ako dva fermentora 4, 5 treba da budu različito veliki.

0083 Druga pumpa služi za pumpanje procesne vode preko recirkulacionog voda 26 u tank 15 za predhomogenizaciju. Druga pumpa je na primer napravljena kao centrifugalna pumpa ili peristaltična pumpa sa kapacitetom pumpanja od 15 m<3>/h do 25 m<3>/h. Recirkulacioni vod 26 opremljen je prigušnim ventilom (nije predstavljen) kojim može da se upravlja količinom procesne vode dovedene tanku 15 predhomogenizacije. Kada je potpuno prevrela smeša supstrata koja sadrži pretežno konjsko đubre, tada ostatak vrenja ima SO od na primer knap preko 28 %. Tada je svrsishodno dovesti u tank za predhomogenizaciju svežu vodu da bi jedan tako suvi ostatak vrenja mogao da bude razdvojen u dve frakcije.

0084 Prvom pumpom i drugom pumpom može da se upravlja međusobno nezavisno.

0085 Fermentori 4, 5 povezani su pomoću vodova 27 za gas sa rezervoarom 28 za gas. Vodovi 27 gasa priključeni su na otvor 30 za ispuštanje na zidu poklopca dotičnog fermentora. Rezervoar 28 za gas i skladište 25 ostatka vrenja mogu da budu napravljeni zajedno od jednog ili više rezervoara, pri čemu se u svakom rezervoaru nalaze tečni ostatak vrenja a iznad proizvedeni biogas. Ovakav rezervoar za gas opisan je na primer u EP 2 535 402 A1. Rezervoar 28 za gas napravljen je prvenstveno kao rezervoar za gas sa dvostrukom membranom, koji ima jednu unutrašnju membranu i jednu spoljnu membranu, pri čemu je predviđen ventilator za postavljanje nosećeg pritiska vazduha između dve membrane.Spoljna membrana je u pogonu otprilike razapeta u obliku kugle. Visina unutrašnje membrane se upravlja preko prihvatanja i otpuštanja biogasa pomoću pritiska nosećeg vazduha na taj način da odgovara dotičnom temperaturnokorigovanom stanju punjenja rezervoara za gas.

0086 Rezervoar za gas 28 može takođe da obuhvata više rezervoara, pri čemu su ovi onda tako povezani da se njihovi nivoi gasa drže na istom nivou, tako da noseći pritisak vazduha biva upravljan prema merenju nivoa izmerenog pomoću senzora za merenje nivoa.

0087 U primeru izvođenja pokazanom na slici 7 supstrat vrenja se pumpom 16 direktno pumpa iz fermentora 4, 5 u tank 15 za predhomogenizaciju a odatle u jedinicu 33 za separaciju. U alternativnom oblikovanju, fermentori 4,5 mogu da budu povezani vodom ka skladištu 25 ostataka vrenja, tako da razgrađeni supstrat vrenja iz fermentora 4, 5 biva transportovan prvo u skladište 25 ostatka vrenja. Ovde može da dođe do naknadnog previranja, naročito kada je skladište 25 ostataka vrenja napravljeno zajedno sa rezervoarom 28 za gas kao kombinovano skladište ostatak vrenja/rezervoar za gas. Kod ovakvog oblika izvođenja predviđen je vod iz skladišta 25 ostataka vrenja do tanka 15 za predhomogenizaciju, kojim se ostatci vrenja iz skladište 25 za ostatke vrenja mogu dovesti do tanka 15 za predhomogenizaciju. Ovaj oblik izvođenja ima takođe prednost, što kod prekida rada jedinice 33 za separaciju razgrađeni supstrati vrenja mogu kontinualno da se izvlače iz fermentora 4, 5 i međuskladište u skladište 25 za ostatke vrenja. Fermentori onda mogu dalje da se šaržiraju mešavinom supstrata i procesne vode.

0088 Biogas iz rezervoara za gas može da se odvodi nekom potrošaču, kao na primer nekoj blok-toplani 31 ili da se uvedu u neku mrežu biogasa ili zemnog gasa. Za slučaj da stvoreni biogas ne može da se dovede ni gasnoj mreži niti nekom potrošaču, instalirana je baklja 32 za slučaj nužde za kontrolisano sagorevanje biogasa.

0089 Tečni ostatak vrenja može da se uzme iz skladišta 25 ostataka vrenja i da se primeni kao đubrivo, pri čemu se on iznosi na polja u tečnom obliku.

0090 U sledećem će biti objašnjen pogon gore opisanog postrojenja za biogas. Kod u sledećem objašnjenog primera izvođenja primenjuje se mešavina supstrata od 80 % konjskog đubrete i 20 % energetske biljne silaže. U okviru pronalaska može takođe i na mestu konjskog đubreta u mešavini supstrata da bude sadržano drugo životinjsko đubre. Životinjsko đubre sadrži 15 % do 80 % suve mase, koja obuhvata po pravilu prostirku, vlakna, pesak i fine materije (≤ 1 mm). Kod životinjskog đubreta, naročito konjskog đubreta veliki deo finih materija može da se suspenduje u vodi. Posle centrifugiranja sadržaja fermentacije gore opisanog postrojenja za biogas, utvrđen je ostatak sa SO od 6 do 7 težinskih %.

0091 Ako je naprotiv mešavina supstrata pretežno sastavljena od obnovljivih sirovina, onda takav supstrat vrenaja ima vlakna i fine materije, koje su delimično rastvorene. Pri tome međutim je ili količina finih materija značajno niža ili je viskozitet tečne faze niži, šo jr prepoznatljivo po manjem SO procesne vode.

0092 Tečna faza sadržaja fermentora definisana je kao filtrat prosejavanja sadržaja fermentora sa ravnom mašinom prosejavanja sa širinom okaca od 500 μm. Takve mašine za prosejavanje dozvoljavaju prosejavanje sa kružnim kretanjem sita prema DIN 53 477.

0093 Iz rastvorene fine materije u tečnoj fazi može teško da se izdvoji voda, pošto voda fizički prijanja na delićima. Ove rastvorene fine materije stvaraju mulj koji podmazuje slično ulju.

0094 Mešavina supstrata koja sadrži najmanje 50 težinskih % životinjskog đubreta, meri se prvo na vazi 1, pa se onda ostavi na ploči 2 za silažu. Tu se supstrat vizuelno može da pregleda da li je pogodan. U datom slučaju primešava se drugi supstrat, da bi se na primer smanjio udeo materija koje ne mogu da prevru, kao na primer pesak ili druga onečišćenja.

0095 Ako supstrat sadrži visoki udeo dugačkih vlakana, može se iseckati nekom drobilicom, pri čemu ovde treba uzeti u obzir da za predloženi postupak potpuno zadovoljava kada su vlakna, naročito slama, iseckana na dužini od oko 10 cm. Nije potrebno da se sva vlakna dalje usitnjavaju. Seckanje vlakana na dužinu od oko 10 cm može da se postigne sa malom potrebom energije. Za seckanje vlakana na kraće dužine bila bi potrebna višestruka energija. Za predloženi postupak zadovoljavaju dužine sečenja od 5 cm do 20 cm za zadovoljavajuću homogenizaciju mešavine supstrata.

0096 Mešavina supstrata se onda pomoću punjača 6 čvrste materije i jedne od dve transportne naprave 29 transportuje prema jednom od dva fermentora 4, 5 (slika 6 korak S1; slika 7). Fermentorima 4, 5 dovedeni supstrati imaju uobičajeno SO od 25 % do 80 %.

0097 Fermentorima 4, 5 dovodi se jedinicom pumpe 24 procesna voda, da bi se SO pri vrenju u fermentoru (korak S2) postavio na najmanje 16 %. SO u fermentoru, kako je predstavljeno na slici 6 postavljen je tipično u područje od 18 % do 22 %.

0098 Slika 1 pokazuje tabelu bilansa mase reaktora biogasa za previranje mešavine supstrata koja sadrži pre svega konjsko đubre sa različitim SO. Pri tome skraćenice navedene u tabeli znače sledeće:

FM Sveža masa [t/d]

TM Suva masa [t/d]

oTM organska suva masa [t/d]

TR suvi ostatak [%]

GV Gubitak žarenjem [%]

0099 Sveža masa je masa mešavine supstrata koja je transportnim uređajem 29 dovodena do fermentora 4, 5 i mase procesne vode dovedene fermentoru 4, 5. Mešavina supstrata se sastoji kod primera iz tabele sa slike 1 skoro isključivo od konjskog đubtera. Kod navedenih primera u tabeli u fermentor se dovodi 10 tona mešavine supstrata dnevno.

0100 Suva masa je udeo materija mešavine supstrata, koje nisu voda. Ovo su pre svega organske suve mase, soli i jednim malim delom pesak. Udeo suve mase iznosi 3,5 tona koja se dovode fermentoru dnevno. Od toga otpada 2,63 tone na organske suve mase.

0101 Suvi ostatak SO je ostatak, koji ostaje pri uparavanju mešavine supstrata na 105°C. On iznosi kod predloženog postupka izvođenja težinskih 35 % i tako odgovara suvoj masi od 3,5 tona ukupno dovedene mešavine supstrata od 10 tona dnevno.

0102 Gubitak žarenjem GV je organski udeo suvog ostatka, koji sagori na 550°C. On se uzima u obzir prema suvoj masi i ovde iznosi 75 težinskih %. Proizvod iz suvog ostatka i gubitka žarenjem je organska suva masa. Ostatak suve mase je ostatak žarenja, znači neorganska jedinjenja kao pesak i soli.

0103 Iz 10 tona mešavine supstrata dnevno nastaje 1,17 tona biogasa dnevno. Dnevni ostatak vrenja tako iznosi 8,83 tone. Iz organske suve mase nastaje 1,03 tone biogasa dnevno. Razlika od 0,14 tone dnevno u proizvodnji biogasa što se tiče ukupne mase mešavine supstrata potiče odatle što i voda doprinosi proizvodnji biogasa. Udeo vode, koji reaguje pri proizvodnji biogasa, iznosi 0,14 tona dnevno.

0104 Dovedena procesna voda ima SO od oko 8 % do 15 %. Ovaj udeo se zasniva na tome, što u jedinici 33 separacije ne može da se odvoji celokupna suva masa od procesne vode. Ako se fermentoru na primer dovodi 70 tona procesne vode dnevno (slika 1 varijanta 1), to onda znači da se fermentoru sa procesnom vodom doprema 7 tona suve mase. Ovih 7 tona suve mase dnevno sadrže 6,3 tone organske suve mase. Dotok fermentora iznosi 10,5 tona suve mase (80 tona sveže mase) dnevno; odvod iz fermentora sadrži time 9,47 tona suve mase dnevno a ukupna sveža masa 78,8 tona dnevno. 9,47 tona suve mase dnevno čine u odnosu na 78,8 tona sveže mase dnevno udeo od 12 %. SO a time SM-sadržaj u fermentoru iznosi tako 12 %, kada se dovodi 70 tona procesne vode dnevno.

0105 Kod fermentora zapremine od 1000 m<3>ovo znači srednje vreme boravka (SVB) mešavine supstrata u fermentoru od 13 dana. Ovo znači ratu razgradnje od 56 %. Ako se pođe od alternativnog primera, da se fermentoru opet dovodi 10 tona mešavine supstrata koji sadrži pre svega konjsko đubre dnevno, ali međutim samo 11 tona procesne vode dnevno (slika 1 varijanta 2) tada se dobija kao ukupni udeo dovedene suve mase dnevno vrednost od 4,6 tona (21 tona sveže mase) a u odvodu iz fermentora vrednost od 3,57 tona suve mase (19,8 tona sveže mase). Ovo znači SO od 18 %.

0106 Pošto se kod drugog primera dnevno dovodi značajno manja ukupna masa (21 tona u poređenju sa 80 tona), ukupni volumen koji se dovodi dnevno je takođe značajno manji. To znači takođe i značajno manje strujanje kroz fermentor. Srednje vreme boravka mešavine suptrata u fermentoru produžava se onda na 50 dana. Trajanje boravka od 50 dana znači ratu razgradnje od oko 83 %.

0107 Na osnovu ove tabele može se prepoznati da što je manje dodavanje procesne vode mešavini supstrata, uto je duže vreme boravka a zato bolja rata razgradnje. Zbog toga postoji jak interes da se fermentoru dovodi što je moguće manje procesne vode i fermentor radi sa što je moguće višim SO.

0108 Što je veći SO, to je žilaviji sadržaj fermentora. Zato se, kako je gore već objašnjeno, za poljoprivredne mešavine supstrata za kontinualni pogon potvrdila gornja granica od 8 %. Iznenađujuće je utvrđeno da mešavina supstrata koja sadrži pretežno životinjsko đubre i kod relativno visokog SO ima zadovoljavajuće nizak viskozitet za kontinualni pogon u fermentoru. Zbog toga se kod postupka prema pronalasku fermentor u kontinualno pogonu pogoni sa SO od najmanje 16 %. Čak se pokazalo da u pojedinačnim slučajevima fermentori mogu da budu isplativo pogonjeni čak i sa višim sadržajima fermentora na primer od najmanje 18 % odnosno najmanje 19 % pa čak i sa više od 20 %.

0109 Pronalazači svode ovaj iznenađujući efekat na to da je udeo rastvorenih materija u životinjskom đubretu viši nego kod obnovljivih sirovina za proizvodnju biogasa pa ove fine materije spuštaju viskozitet sadržaja fermentora, čak i kada je mešavina supstrata onečišćena drugih komponentama koje štetno utiču na viskozitet, kao na primer slamom.

0110 Na slici 10 nanesen je indeks tečenja procesne vode koja sadrži fine materije različitih mešavina supstrata prema koncentraciji. Iz toga može da se izračuna viskozitet procesne vode različitih mešavina supstrata prema zakonu tečenja Ostwalda i deWaele-a. Indeks tečenja od m = 1 opisuje Njutnovski fluid. Indeks tečenja od m < 1 karakteriše zavisno od šarže strukturno viskozni fluid.

0111 Pri previranju životinjskog đubreta može se u procesnoj vodi izmeriti veći viskozitet nego pri previranju obnovljivih sirovina zbog visokog udela finih materija. Slika 11 pokazuje promenu viskoziteta procesne vode, koja sadrži fine materije, sa ratom smicanja na 40°C. Zbog toga se kod previranja životinjskog đubreta-pri jednakom SO u fermentoru kao kod previranja obnovljivih sirovinamože naći veći udeo SO u procesnoj vodi. Ova procesna voda je dobijena prosejavanjem sadržaja fermentora pomoću mašine sa ravnim sitom sa širinom okaca od 500 μm i odgovara tečnoj fazi sadržaja fermentora, zbog čega je ovaj viskozitet karakterističani za tečnu fazu.

0112 Kod previranja životinjskog đubreta voda je fizički vezana za fine materije, tako da se stvara "podmazujući" mulj. Ovim "podmazivanjem" je viskozitet sadržaja fermentora toliko mali, tako da se postrojenje za biogas sa SO od najmanje 16 % može trajno ekonomski pogoniti a energetska potreba za mešanje sadržaja fermentora je mala.

0113 Pogonskim radom fermentora sa SO od najmanje 16 % rata razgradnje može u poređenju sa uobičajenim postupcima, a time i učinak proizvodnje biogasa, da se bitno p0veća.

0114 U fermentorima 4, 5 razgrađeni supstrat vrenja se prvo uvodi u tank 15 za predhomogenizaciju, u kome se razblažuje povratnom procesnom vodom na SO od oko 8 % do 12 % (slika 6 korak S3). Od tanka 15 za predhomogenizaciju razgrađeni, razblaženi supstrat vrenja odvodi se u separator 17 sa puževima za presovanje, gde se mehanički odvodnjava odnosno razdvaja u čvrsti ostatak vrenja sa SO od 25 % do 35 % i procesnu vodu (slika 6 korak S4). Procesna voda ima SO od 7 % do 11 % a naročito od 8 % do 11 %.

0115 Odvojena procesna voda se prosejava pomoću vibracionog sita 20, pri čemu se dobija pekmezasti preliv sejanja sa SO od oko 13 % do 19 % (slika 6 korak S5). Posle dužeg pogona sita SO u prelivu sejanja može da porastr na 22 %.Tabela na slici 2 pokazuje sejanje sa širinom otvora od 1000 μm, 300μm i 160 μm i odgovarajuće suve ostatke za preliv sejanja i filtrat odnosno odgovarajuće udele mase. Kako se na osnovu slike 2 može prepoznati, izbor širine otvora sita sa otvorima separatora 17 sa pužastim presama je bez velikog uticaja na moć odvodnjavanja separatora 17 sa pužastom presom. Širina otvora može da se nalazi u opsegu od 250 μm do1000 μm. Sita sa otvorima sa većom širinom otvora su cenovno povoljnija i stabilnija, zbog čega su pogodnija.

0116 Preliv sejanja se transportuje preko transportne naprave 21 i transportne naprave 18 u bunker 35 za prihvat čvrstog ostatka vrenja.

0117 Procesna voda koja je dalje prečišćena prosejavanjem dovodi se u tank 23 procesne vode.

0118 Iz tanka 23 procesne vode se pomoću jedinice pumpe 24 procesna voda dovodi fermentorima 4 i 5 a višak procesne vode skladištu 25 ostataka vrenja (slika 6 korak S6).

0119 U skladištu ostatka vrenja se tečni ostatak vrenja sa SO od oko 6 % do 11 % skladišti (slika 6 korak S7).

0120 Na slici 6 predstavljen je alternativni oblik izvođenja, kod koga je fermentor direktno povezan sa skladištem 25 ostatka vrenja, pri čemu se supstrati vrenja u skladištu 25 međulageruju (slika 6 korak S8), pre nego što se dovedu u tank 15 za predhomogenizaciju. Supstrat vrenja može tu naknadno da previre. Kod ovog postupka uspostavlja se SO u skladištu ostatka vrenja od oko 13 % do 15 %.

0121 Suštinsko razdvajanje razgrađenih ostataka vrenja na čvrsti ostatak vrenja i procesnu vodu dešava se u prvom stepenu separacije (korak S4). Za osnovni pogon postrojenja za biogas neophodan je dodatni stepen separacije. Pronalazač je međutim utvrdio da kod prerade mašavina supstrata koji sadrže životinjsko đubre ima značajnih problema kod separatora 17 sa pužastom presom, koji su uglavnom uzrokovani peskom ali takođe i finim vlaknastim materijalom u supstratu vrenja. Na osnovu vraćanja procesne vode u fermentor ove materije se koncentrišu u cirkulacionom toku.

0122 Ove ometajuće materije dovode do zapušenja otvora sita, tako da sita ne rade preko svoje ukupne dužine. U separatoru 17 sa pužastom presom time nastaju čepovi koji se tu i tamo iznenada oslobađaju i tako dovode do provale nerazdvojenog materijala.

0123 Nadalje pesak uzrokuje veliko habanje na puževima i situ. Bez sklopa sita separator 17 sa pužastom presom morao bi dnevno da se čisti.

0124 Prvom stepenom separacije priključenim drugim stepenom separacije 20 u obliku vibracionog sita ovi problemi mogu da se izbegnu ili redukuju na podnošljivu meru, pošto se vibracionim sitom 20 sprečava da se pesak i vlaknaste ometajuće materije ne koncentrišu u cirkulacionom krugu. Predviđanje sklopa sita značajno pojednostavljuje kontinualni pogon postrojenja za biogas i čini ga značajno sigurnijim za pogon mešavinama koje sadrže životinjsko đubre. Predviđanje drugog stepena separacije u obliku sklopa sita predstavlja samostalnu zamisao pronalaska, pri čemu mogu da se primene i druge naprave za separaciju, koje su podesne za odvajanje peska i vlaknastih ometajućih materija iz procesne vode.

0125 Umesto separatora 17 sa pužastom presom može da bude predviđen separator sa valjcima. Takav separator sa valjcima poznat je na primer iz DE 39 41 916 A1. Separator sa valjcima ima sitasti valjak odnosno bubanj za prosejavanje koji je propusan za tečnost. Po obimu obrtno pogonjenog sitastog valjka postavljeni su elementi za skidanje odnosno valjci pritiska tako da udeo tečnosti (filtrata) ostatka vrenja biva istisnut valjkom pritiska a čvrsti ostatak vrenja (pretek) zaostaje na površini sitastog valjka pa se odatle skida.

0126 Mešavine supstrata koje pre svega sadrže životinjsko đubre mogu da sadrže visoki udeo finih materija. Fine materije su pre svega mali delići prašine slame. Gore pomenutim povratni dovođenjem procesne vode fine materije mogu da se koncentrišu u fermentoru pošto ne mogu da se potpuno odvoje iz procesne vode ni u prvom ni u drugom koraku separacije. Ako se mešavina supstrata koja sadrži fine materije previre a sadržaj fermentora laminarno meša glavnom mešalicom, mešalicom 7, onda celokupni biogas ne može da izađe iz sadržaja fermentora. Pretpostavlja se da mali mehurići biogasa zbog visokog udela finih materija kombinovanih sa visokim viskozitetom tečne faze u fermentoru ostaju prilepljeni za fine materije pa tako ne mogu da izađu iz sadržaja fermentora. U radu se pokazala periodična akumulacija mikromehurića u fermentoru. To ima za posledicu, da se stanje napunjenosti fermentora tokom malo sati podigne za ca. 10 % do 20 %. Trajanje periode iznosi ca. 16 do 20 sati. Ako se nivo meri konvencionalnom hidrostatičkom sondom nivoa, ove periodične promene nivoa ne bivaju obihvaćene, pošto vodeni stub iznad sonde prilikom akumulacije mehurova gasa u fermentoru ostaje konstantan (slika 3). Promena nivoa prepoznatljiva je radarskim merenjem nivoa.

0127 Kod postupka prema pronalasku se u području susednom prema gornjoj površini sadržaja fermentora ovaj turbulentno meša pomoću sporedne mešalice, štapnog miksera 10. Time se postižu lokalno snažne rate smicanja, koje oslobađaju biogas od finih materija tako da biogas izlazi sigurno i pouzdano. Nivo ostaje takođe i pri radarskom merenju nivoa konstantan. (slika 4). Izbegava se dodatak skupih antipenušavaca ili biljnih ulja a postrojenje za biogas može pouzdano da radi i sa mešavinom supstrata koja sadrži fine materije.

0128 Sadržaj fermentora se uglavnom prvenstveno meša laminarno, a samo u malom području se laminarno strujanje prekriva turbulentnim strujanjem.

0129 Glavna mešalica može da radi sa Rejnoldsovim brojem od ne više od 50 a sporedna mešalica sa Rejnoldsovim brojem od najmanje 100. Rejnoldsov broj u području od 5 do 20 za glavnu mešalicu 7 uzrokuje potpuno i efikasno promešavanje gustog sadržaja fermentora sa malim utroškom energije. Specifični unos energije je kod štapnog miksera 10 znaćajno veći nego kod laganog okretanja mešalice 7 sa lopaticama. Štapnim mikserom se međutim meša značajno manja masa, tako da štapni mikser skoro ne utiče na ukupni energetski bilans postrojenja za biogas. Sporedna mešalica radi prvenstveno sa Rejnoldsovim brojem od 300 odnosno najmanje 400. Takođe može da radi i sa još većim Rejnoldsovim brojem.

0130 Kod gornjeg primera izvođenja primenjuje se štapni mikser odnosno mešalica sa propelerom. Na mesto štapnog miksera 10 može da se primeni proizvoljno druga mešalica, kojom bi sadržaj fermentora mogao da se meša turbulentno i lokalno ograničeno.

0131 Postrojenje za biogas ima uređaj za centralno upravljanje, koji je povezan sa svim elementima koji mogu da se regulišu i utiču na pogon postrojenja za biogas kao na primer pumpama, ventilima, sitima, grejačima, mešalicama, senzorima i tako dalje, tako da uređaj za upravljanje može samostalno da izvodi gore opisani postupak.

Lista referentnih oznaka

1 Vaga 20 Vibraciono sito

2 Ploča za silažu 21 Transportna naprava

3 Drobilica 22 Vod

4 Prvi fermentor 23 Tank procesne vode

5 Drugi fermentor 24 Sklop pumpe

6 Ulaganje čvrste materije 25 Skladište ostatka vrenja

7 Mešalica sa lopaticama 26 Recirkulacioni vod

8 Osovina mešalice 27 Gasni vod

9 Lopatica 28 Rezervoar gasa

10 Štapni mikser 29 Uređaj za transport

11 Osovina 30 Otvor za ispuštanje

12 Propeler 31 Termoelektrana

13 Otvor za iznošenje 32 Sigurnosna baklja

Vod 33 Jedinica separacije Tank za predhomogenizaciju 34 Izdvajač peska Pumpa 35 Bunker za prihvat Separator sa pužastom presom 36 Recirkulacioni vod Naprava za transport

Vod

Claims (15)

Patentni zahtevi

1. Postupak za proizvodnju biogasa kontinualnim jednostepenim previranjem mešavine supstrata sa fermentorom za biogas, jedinicom za separaciju za odvajanje supstrata vrenja prevrelog u fermentoru za biogas na ostatak vrenja i procesnu vodu, pri čemu se procesna voda vraća u fermentor za biogas, naznačen time, što mešavina supstrata sadrži najmanje 50 težinskih % životinjskog đubreta i

što se količina povratne procesne vode postavi na taj način da u fermentoru za biogas sadržaj fermentora ima suvi ostatak (SO) od najmanje 16 %.

2. Postupak prema zahtevu 1,

naznačen time,

što sadržaj fermentora u fermentoru za biogas ima suvi ostatak od najmanje 17% , povoljno najmanje 18 %, naročito pogodno najmanje 20%.

3. postupak prema zahtevima 1 - 2,

naznačen time,

što mešavina supstrata ima udeo od najmanje 80 težinskih % životinjskog đubreta.

4. Postupak prema zahtevima 1 - 3,

naznačen time,

što tečna faza sadržaja fermentora na temperaturi od 40°C i rate smicanja od 10 s<-1>ima viskozitet od najmanje 200 mPas ili najmanje od 300 mPas, naročito najmanje 400 mPas ili najmanje 500 mPas.

5. Postupak prema zahtevima 1 - 4,

naznačen time,

što tečna faza ima suvi ostatak od najmanje 7 %, od najmanje 8 % ili najmanje od 11 %.

6. Postupak prema zahtevima 1 - 5,

naznačen time,

što sadržaj fermentora ima sadržaj SO od najmanje 16 % i što se laminarno meša glavnom mešalicom a u području susednom prema gornjoj površini sadržaja fermentora ovo turbulentno meša sporednom mešalicom.

7. Postupak prema zahtevu 6,

naznačen time,

što se za laminarno mešanje primenjuje mešalica sa vertikalno postavljenom osovinom mešanja, tako da se sadržaj fermentora meša laminarno, kružno i donekle horizontalno.

8. Postupak prema zahtevima 6 - 7,

naznačen time,

što glavna mešalica radi sa Rejnoldsovim brojem od ne više od 50 a sporedna mešalica sa Rejnoldsovim brojem od najmanje 100.

9. Postrojenje za biogas za kontinualno previranje smeša supstrata koje sadrže najmanje 50 težinskih % životinjskog đubreta sa jednostepenim fermentorom (4, 5) za biogas, jedinicom za separaciju (33) za razdvajanje prevrelog supstrata vrenja u fermentoru (4, 5) za biogas na ostatak vrenja i procesnu vodu, pri čemu je predviđen recirkulacioni vod (36), da bi vraćao procesnu vodu u fermentor (4, 5) za biogas i da je predviđena naprava za strujanje kojom se struja povratne procesne vode tako određuje, da se u fermentoru (4, 5) nalazi suvi ostatak od najmanje 16 %.

10. Postrojenje za biogas prema zahtevu 9,

naznačeno time,

što uređaj strujanja ima pumpu i/ili najmanje prigušni ventil.

11. Postrojenje za biogas prema zahtevu 9 ili 10,

naznačeno time,

što je jedinica za separaciju napravljena jednostepeno i izvedena kao dekanter.

12. Postrojenje za biogas prema zahtevu 9 ili 10,

naznačeno time,

što je jedinisa za separaciju napravljena dvostepeno, pri čemu je prvi stepen separacije napravljen kao separator sa presom sa puževima a drugi stepen separacije kao vibraciono sito, pri čemu drugi stepen separacije ima gušću mrežu nego prvi stepen separacije.

13. Postrojenje za biogas prema jednom od zahteva 9 do 12,

za kontinualno previranje mešavina supstrata koje sadrže najmanje 50 težinskih % životinjskog đubreta od najmanje sa jednim jednostepenim fermentorom (4, 5), jedinicom (33) za separaciju za razdvajanje prevrelog supstrata vrenja u fermentoru (4, 5) za biogas na ostatak vrenja i procesnu‚ vodu

naznačeno time,

što jedinica (33) za separaciju ima tank (15) za predhomogenizaciju, pri čemu iz tanka (23) procesne vode vodi recirkulacioni vod (26) u tank za predhomogenizaciju, da bi vratio procesnu vodu za postavljanje suvog ostatka pre separacije u jedinici (33) za separaciju.

14. Postrojenje za kontinualno previranje životinjskog đubreta u fermentoru za biogas, prema jednom od zahteva 9 do 13,

sa glavnom mešalicom za laminarno mešanje,

naznačeno time,

što je u području susedno prema gornjoj površini sadržaja fermentora predviđena sporedna mešalica za turbulentno mešanje.

15. Postrojenje za biogas preme jednom od zahteva 9 do 14

naznačeno time,

što je predviđen upravljački uređaj za upravljanje postrojenjem za biogas koji je obrazovan za izvođenje postupka prema jednom od zahteva 1 do 8.