Универсальный биогазовый комплекс

Комплекс утилизирует органические отходы (куриный помет) с получением биогаза и восстановителя почв и оснащен автоматизированной системой управления. Комплекс содержит сооружение 1, биогазовую установку 5, загрузочную зону органических отходов 3 с системой подачи органических отходов и воды 4, газгольдер 6, цех расфасовки 7, блок управления 8. Установка 5 размещена внутри единого пространственного объемного сооружения 1. Сооружение 1 выполнено сборно-разборным из отдельных модулей, установленных на фундаменте в непосредственной близости от зоны 3.Установка 5 состоит из подготовительной емкости 9, реактора гидролизного 12, метатенка 15, накопителя субстрата 18 с линией его отвода 19 и сепаратора 20. Емкость 9, реактор 12 и метатенк 15 выполнены с системами подогрева и гидравлического перемешивания и автоматического дозирования 10 и 11, 13 и 14, 16 и 17, соответственно, которые взаимодействуют с блоком 8. На линии 19 установлен сепаратор 20. Сепаратор 20 снабжен системой подачи твердой фракции 21 и жидкой фракции 22 в виде восстановителей почв в цех расфасовки 7, а также системой отвода жидкой фракции 23 в емкость 9. Газгольдер 6 установлен на фундаменте автономно относительно сооружения 1 с системой отвода биогаза 24, взаимодействующей с блоком 8. Система 24 содержит внутренний участок 25 с обратным запорным клапаном 26, расположенный внутри сооружения 1, и внешний участок 27, расположенный вне сооружения 1 и соединенный с газгольдером 6. Блок 8 осуществляет поддержание заданной температуры в емкости 9, реакторе 12 и метатенке 15, включение и выключение насос-дозаторов систем 11, 14 и 17 и текущий выход биогаза и его химический состав. Техническое решение позволяет увеличить производительность комплекса, унифицировать, автоматизировать и контролировать процессы гидролиза биогазовой установки, улучшить эксплуатацию оборудования биогазовой установки и всего комплекса в целом, обеспечить экологическую безопасность и расширить функциональное использование комплекса, 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Полезная модель относится к биоэнергетике, а именно к комплексу утилизации органических отходов (куриного помета) с получением биогаза и восстановителя почв на основе автоматизированного управления работой комплекса при размещении биогазовой установки в едином пространственном объеме.

Известна биогазовая установка для переработки навоза, содержащая приемную емкость, образованную земляным валом, облицованную неподвижным чехлом из теплоизоляционного материала, края которого уложены в углубление кольцевого гидрогерметизатора, снабженную вертикальной и наклонной мешалками, загрузочным и выгрузным трубопроводами, RU 93203 U1, A01C 3/02, 27.04.2010; RU 75908 U1, A01C 3/02, 10.09.2008.

Известна биогазовая установка для переработки навоза, содержащая приемную емкость, газовый колпак, гидрогерметизатор, устройство подогрева и отбора газа, манометр, при этом приемная емкость выстлана чехлом с жестко закрепленным верхним краем, выполненным из эластичного водонепроницаемого материала, с армированным дном, RU 98859 U1, A01C 3/02, 10.11.2010; RU 2286038 C2, A01C 3/02, 27.10.2006.

Известна биогазовая установка для переработки навоза, содержащая биореактор с последовательно сообщающимися емкостями с переливными перегородками, снабженный трубопроводами для подачи навозного субстрата и отвода сброженной массы, подогревателями, перемешивающими устройствами и устройством для сбора и отвода биогаза, RU 95454 U1, A01C 3/00, 10.07.2010; RU 2365080 C2, A01C 3/02, 27.08.2009.

Известна биогазовая установка анаэробного сбраживания органических отходов, содержащая реактор, разделенный на сообщающиеся между собой секции, имеющие колоколообразные сборники газа, узел загрузки в виде емкости с входным патрубком для подачи исходного сырья, RU 2202161 C2, A01C 3/02, 20.04.2003, RU 2254700 C1, A01C 3/02, 27.06.2005,

Известен биогазовый комплекс переработки органических отходов сельскохозяйственных животных в биогаз, тепловую и электрическую энергию, содержащий блок управления и питания, подключенный к элементам комплекса, приемную емкость, реактор, газгольдер и когенерационную установку, RU 85293 U1, A01C 3/02, 10.08.2009; RU 2399184 C1, A01C 3/02, 20.09.2010.

Известна биогазовая установка, содержащая реактор, включающий три концентрично расположенные цилиндрические секции: наружную для проведения мезофильной стадии анаэробного сбраживания биомассы, среднюю для промежуточной стадии и центральную для термофильной стадии анаэробного сбраживания, систему подачи исходной биомассы в наружную секцию, систему отвода полученного удобрения из нижней части центральной секции и систему отбора биогаза, RU 2404240 C2, C12M 1/107, C02F 3/28, 20.11.2010; RU 2065408 C1, C02F 3/28, C02F 11/04, 20.08.1996.

Известен биогазовый комплекс, содержащий приемную емкость с насосом, реактор, газгольдер и когенерационную установку, выход которой подключен к потребителю тепловой и электрической энергии, RU 97026 U1, A01C 3/02, 27.08.2010.

Известен биоэнергокомплекс для переработки органических отходов сельскохозяйственного производства в анаэробных условиях, предназначенный для производства биогаза из органических отходов и содержащий реактор с водяной рубашкой, теплоизоляцией, мешалкой, загрузочным и выгрузочным патрубками, трубопроводы для отвода биогаза, газгольдер, двигатель внутреннего сгорания, впускной коллектор которого соединен с трубопроводом для подачи газа из газгольдера, RU 65044 U1, C02F 11/04, A01C 3/00, 27.07.2007.

В известных биогазовых комплексах реакторы, приемные емкости, системы подачи и отвода сырья, удобрения, биогаза, блоки управления и регулирования процессами установлены автономно и не объединены в единый пространственный объем, при этом имеют индивидуальное конструктивное выполнение.

Извесен биогазовый комплекс, включающий сельскохозяйственные здания и содержащий загрузочную зону, биогазовую установку, позволяющую получать электрическую и тепловую энергию и включающую ферментаторные и гидролизные емкости, систему подвода биомассы, отвода биогаза и переработанной биомассы, вспомогательные помещения переработки, упаковки и хранения биоудобрения, блок регулирования и управления работой комплекса, .

В известной биогазовой установке использована биогазовая установка ZORG^тм, которая производит биогаз и биоудобрения из биоотходов сельского хозяйства и пищевой промышленности путем бескислородного брожения при автономном размещении оборудования.

Известна линия для выработки биогаза, позволяющую получать электрическую энергию и органическое удобрение, включающую подготовительную емкость, сообщенную с системой подачи органических отходов и воды, реакторы, систему отвода субстрата, накопитель субстрата, систему подачи органического удобрения, систему отвода биогаза, газгольдер, при этом реакторы выполнены газонепроницаемыми, RU 88349 U1,C02F 11/04, 10.11.2009.

Данное техническое решение принято в качестве ближайшего аналога настоящей полезной модели.

В ближайшем аналоге все оборудование биогазовой установки установлено автономно, отсутствует блок управления, что ухудшает эксплуатацию биогазовой установки, не обеспечивает экологическую безопасность и снижает функциональные качества.

В основу настоящей полезной модели положено решение задачи, позволяющей увеличить производительность комплекса, унифицировать, автоматизировать и контролировать процессы гидролиза биогазовой установки, улучшить эксплуатацию оборудования биогазовой установки и всего комплекса в целом, обеспечить экологическую безопасность и расширить функциональное использование комплекса.

Технический результат настоящей полезной модели заключается в размещении биогазовой установки и эксплуатации ее внутри сооружения, в унифицировании технологических процессов систем подогрева, гидравлического перемешивания и автоматического дозирования в подготовительной емкости, реакторе гидролизном и метатенке, в выполнении в комплексе блока управления, позволяющего контролировать и автоматизировать эксплуатационные процессы биогазовой установки.

Согласно полезной модели эта задача решается за счет того, что универсальный биогазовый комплекс содержит загрузочную зону органических отходов, биогазовую установку, позволяющую получать электрическую энергию и органическое удобрение, и газгольдер.

Биогазовая установка включает подготовительную, сообщенную с системой подачи органических отходов и воды, реакторы, систему отвода субстрата, накопитель субстрата, систему подачи органического удобрения, систему отвода биогаза.

Реакторы выполнены газонепроницаемыми.

Подготовительная емкость, реакторы в виде реактора гидролизного и метатенка, накопитель субстрата, сепаратор, дополнительно установленный на линии отвода субстрата из накопителя и снабженный системой подачи твердой фракции в виде восстановителя почв, системой подачи жидкой фракции в виде восстановителя почв и системой отвода жидкой фракции в подготовительную емкость, - размещены внутри единого пространственного объемного сооружения, выполненного сборно-разборным из отдельных модулей, установленных на фундаменте в непосредственной близости от загрузочной зоны органических отходов, и имеющего приемное устройство.

Приемное устройство расположено снаружи сооружения.

Системы подач твердой и жидкой фракций в виде восстановителей почв сообщены с цехом расфасовки.

Цех расфасовки расположен в непосредственной близости от сооружения.

Система отвода биогаза имеет возможность взаимодействия с блоком управления и содержит внутренний участок и внешний участок.

Внутренний участок выполнен с обратным запорным клапаном и расположен внутри сооружения.

Внешний участок расположен вне сооружения и соединен с газгольдером.

Газгольдер установлен на фундаменте автономно относительно сооружения.

При этом подготовительная емкость, реактор гидролизный и метатенк снабжены системой подогрева, выполнены каждый с системой гидравлического перемешивания и автоматического дозирования выгрузки субстрата из метатенка с периодичностью однотипной загрузке в него субстрата из реактора гидролизного, сообщенного с системой автоматической дозированной подачи жидкой массы органических отходов из подготовительной емкости.

Все систем взаимодействуют с блоком управления с возможностями поддержания температуры, эффективности перемешивания и периодичности дозированной подачи жидкой массы органических отходов и субстратов в них, соответственно.

Кроме того, в качестве органических отходов используют птичий помет без применения органических или неорганических добавок или дополнительных технологических приспособлений.

Кроме того, в качестве птичьего помета используют куриный помет.

Заявителями не выявлены источники, содержащие информацию о техническом решении, идентичном признакам, приведенным в формуле настоящей полезной модели, это определяет, по мнению заявителя, соответствие полезной модели критерию «новизна».

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где изображены:

на фиг.1 - Принципиальная схема комплекса;

на фиг.2 - Схема биогазовой установки;

на фиг.3 - Схема блока управления;

на фиг.4 - Сооружение, репродукция.

Биогазовый комплекс содержит:

Сооружение (комплекса) - 1,

приемное устройство (сооружения 1) - 2.

Загрузочную зону органических отходов (комплекса) - 3,

систему подачи органических отходов и воды (зоны 3) - 4.

Биогазовую установку (в сооружении 1) - 5.

Газгольдер (комплекса) - 6.

Цех расфасовки (комплекса) - 7.

Блок управления (комплекса) - 8.

Биогазовая установка 5 включает:

Подготовительную емкость (установки 5) - 9,

систему подогрева (емкости 9) - 10,систему гидравлического перемешивания и автоматического дозирования подачи жидкой массы органических отходов (емкости 9) - 11.

Реактор гидролизный (установки 5)

- 12, систему подогрева (реактора 12) - 13,

систему гидравлического перемешивания и автоматического дозирования подачи субстрата (реактора 12) - 14.

Метатенк (установки 5) - 15,

систему подогрева (метатенка 15) - 16,

систему гидравлического перемешивания и автоматического дозирования подачи субстрата (метатенка 15) - 17.

Накопитель субстрата (установки 5) - 18,

линию отвода субстрата (из накопителя 18) - 19.

Сепаратор (установки 5) - 20,

систему подачи твердой фракции в виде восстановителя почв (из сепаратора 20 в цех 7) - 21,

систему подачи жидкой фракции в виде восстановителя почв (из сепаратора 20 в цех 7) - 22,

систему отвода жидкой фракции (из сепаратора 20 в емкость 9) - 23.

Систему отвода биогаза (в газгольдер 6) - 24,

внутренний участок (системы 24 в сооружении 1) - 25,

обратный запорный клапан (на участке 25) - 26,

внешний участок (системы 24 вне сооружения 1) - 27.

Универсальный биогазовый комплекс содержит сооружение 1, биогазовую установку 5, загрузочную зону органических отходов 3 с системой подачи органических отходов и воды 4, газгольдер 6, цех расфасовки 7, блок управления 8.

Сооружение 1 выполнено с приемным устройством 2, расположенным снаружи него. В качестве органических отходов используют птичий помет (куриный помет) без применения органических или неорганических добавок или дополнительных технологических приспособлений.

Биогазовая установка 5 размещена внутри единого пространственного объемного сооружения 1. Сооружение 1 выполнено сборно-разборным из отдельных модулей, установленных на фундаменте в непосредственной близости от загрузочной зоны органических отходов 3.

Биогазовая установка 5 позволяет получать электрическую энергию и органическое удобрение (восстановитель почвы).

Биогазовая установка 5 состоит из подготовительной емкости 9, реактора гидролизного 12, метатенка 15, накопителя субстрата 18 с линией его отвода 19 и сепаратора 20.

Реактор гидролизный 12 и метатенк 15 выполнены газонепроницаемыми.

Подготовительная емкость 9 сообщена с системой подачи органических отходов и воды 4, снабжена системой подогрева 10, выполнена с системой гидравлического перемешивания и автоматического дозирования 11 жидкой массы органических отходов.

Реактор гидролизный 12 снабжен системой подогрева 13, выполнен с системой гидравлического перемешивания и автоматического дозирования 14 подачи субстрата.

Метатенк 15 снабжен системой подогрева 16, выполнен с системой гидравлического перемешивания и автоматического дозирования 17 подачи субстрата.

Выгрузка субстрата из метатенка 15 осуществляется с периодичностью однотипной загрузке в него субстрата из реактора гидролизного 12, сообщенного с системой автоматической дозированной подачи жидкой массы органических отходов 11 из подготовительной емкости 9.

В подготовительной емкости 9, реакторе гидролизном 12 и метатенке 15 системы подогрева и гидравлического перемешивания и автоматического дозирования 10 и 11, 13 и 14, 16и17, соответственно, взаимодействуют с блоком управления 8, обеспечивающим поддержание температуры, эффективность перемешивания и периодичность дозированной подачи жидкой массы органических отходов и субстратов, соответственно.

На линии отвода субстрата 19 из накопителя 18 установлен сепаратор 20. Сепаратор 20 снабжен системой подачи твердой фракции 21 и жидкой фракции 22 в виде восстановителей почв в цех расфасовки 7. Сепаратор 20 снабжен системой отвода жидкой фракции 23 в подготовительную емкость 9.

Системы отвода твердой 21 и жидкой 22 фракций в виде восстановителей почв сообщена с цехом расфасовки 7, расположенным в непосредственной близости от сооружения 1.

Газгольдер 6 установлен на фундаменте автономно относительно сооружения 1 с системой отвода биогаза 24, взаимодействующей с блоком управления 8. Система отвода биогаза 24 содержит внутренний участок 25 с обратным запорным клапаном 26, расположенный внутри сооружения 1, и внешний участок 27, расположенный вне сооружения 1 и соединенный с газгольдером 6.

Блок управления 8 осуществляет:

- поддержание заданной температуры в подготовительной емкости 9, реакторе гидролизном 12 и метатенке 15 посредством управления источниками нагрева;

- включение и выключение по технологическому расписанию специальных насос-дозаторов систем 11,14 и 17;

- текущий выход биогаза и текущий химический состав его.

Универсальный комплекс эксплутируют следующим образом.

Птичий помет завозят ежесуточно на территорию комплекса и выгружают в подготовительную емкость 9, объем которой определяется трех суточной загрузкой, через приемное устройство 2 и одновременно подается вода по системе подачи 4, кроме того, в подготовительную емкость 9 по системе отвода 23 подается жидкая фракция после сепаратора 20, что способствует быстрому протеканию реакции гидролиза и последующей ферментации органических веществ куриного помета. Приемное устройство 2 препятствует попаданию крупных нежелательных предметов вовнутрь подготовительной емкости 9. Куриный помет используют без применения органических или неорганических добавок или дополнительных технологических приспособлений.

В подготовительной емкости 9 происходит гомогенизация массы, при этом влажность и температуру доводят до требуемой, после чего жидкую массу органических отходов подают в реактор гидролизный 12 и затем в метатенк 15. В них поддерживают заданную температуру, кислотно-щелочной баланс, при этом перебраживаемая масса периодически перемешивается.

Для нормального функционирования биогазовой установки должны быть обеспечены: подача органических отходов, подача технической воды, подача электрической энергии (на этапе запуска установки).

Системы подогрева 10, 13 и 16 обеспечивают поддержание стабильной температуры в подготовительной емкости 9, реакторе гидролизном 12 и метатенке 15.

Подогрев в подготовительной емкости 9, реакторе гидролизном 12 и метатенке 15 может осуществляться снизу и по боковым стенкам.

Гидравлическое перемешивание в реакторе гидролизном 12 и метатенке 15 осуществляют при помощи специальных насос-дозатоов через систему труб с необходимой ориентацией сопел в каждой емкости.

После подготовительной емкости 9 жидкая масса органических отходов (помета куриного) перекачивают в реактор гидролизный 12. Там создаются специальные температурные условия, повышается влажность, и контролируется уровень рН. Из реактора гидролизного 12 обеспечивают дозированную подачу субстрата в метатенк 15, что является важнейшим фактором сохранения бактериального баланса.

Выгрузка субстрата происходит автоматически с такой же периодичностью, как и загрузка.

Субстрат из метатенка 15 подают в накопитель 18 и затем на сепаратор 20. Система механического разделения работает 8-12 раз в сутки в программно-временном режиме и разделяет остатки брожения после метатенка 15 посредством сепаратора 20 на твердые и жидкие фракции, которые подают в цех расфасовки 7 по системам подачи 21 и 22, соответственно. Кроме того, жидкая фракция по системе отвода 23 поступают в подготовительную емкость 9, способствуя тем самым ускорению процессов сбраживания и повышению качество биомассы.

Транспортировку твердой фракции в виде восстановителя почв производят погрузчиком. Твердую фракцию в виде восстановителя почв можно использовать на собственных полях или подсушивать, запаковывать в мешки и продавать.

Транспортировку жидкой фракции в виде восстановителя почв производят в емкостях специальным транспортом. Жидкую фракцию в виде восстановителя почв можно использовать, при необходимости, на собственных полях или смешивать с твердой фракцией.

Внесение твердой и/или жидкой фракций в песчаную почву или в неплодородную почву способствует образованию плодородного слоя в почвенном грунте.

Биогаз проходит через систему отвода 24, очищается от влаги (не показано), давление биогаза стабилизируется в газгольдере 6, и далее биогаз поступает потребителям.

Управление работой всем комплексом производиться по командам в программно-временном режиме в соответствии с показаниями датчиков.

Системы подогрева 10, 13 и 16 управляется блоком управления 8 для поддержания температуры брожения в заданном диапазоне.

Блок управления 8 содержит сигнализации безопасности, которые следят за внутренним давлением, уровнями жидкости, количеством сырья, и утечками газа (не показаны). Блок управления 8 осуществляет дистанционный контроль и управление температурой внутри строения 1.

Размещение биогазовой установки и эксплуатация ее внутри сооружения способствует ускорению процессов гидролиза, увеличению перерабатываемого объема и скорости получения биогаза, что увеличивает производительность комплекса.

Установка биогазовой установки и эксплуатация ее внутри сооружения создает благоприятные условия для эксплуатации оборудования биогазовой установки, обеспечивает положительный температурный контур внутри сооружения, позволяет прокладывать без дополнительных затрат все коммуникации и при необходимости размещать производственные и технические помещения внутри сооружения, что улучшает эксплуатацию всего комплекса в целом.

Выполнение систем подогрева и гидравлического перемешивания и автоматического дозирования в подготовительной емкости, реакторе гидролизном и метатенке унифицирует эксплуатационные процессы относительно всей биогазовой установки.

Наличие блока управления для контроля и автоматизации эксплуатационных процессов обеспечивает безопасность работы биогазовой установки и всего комплекса.

Размещение биогазовой установки и эксплуатация ее внутри сооружения обеспечивает экологическую безопасность при переработке органических отходов с получением восстановителя почв и биогаза, что улучшает санитарно-эпидемиологическую обстановку на прилегающих территориях.

Сборно-разборные модули сооружения имеют типоразмеры, которые не зависят от габаритных размеров оборудования биогазовой установки и ее производительности, позволяющие использовать сооружение при размещении в ней биогазовой установки любой производительности и при этом устанавливать комплекс, как на птицеводческих фермах, так и на крупных сельскохозяйственных производствах, что расширяет его функциональное использование.

Предложенный универсальный биогазовый комплекс включает биогазовую установку, вспомогательное оборудование, широко применяемые в биогазовой энергетике, а данные по качеству полученного удобрения (восстановителя почв) и проектные данные по выходу биогаза, по выработке электроэнергии и тепла обусловливают, по мнению заявителей, его соответствие критерию «промышленная применимость».

1. Универсальный биогазовый комплекс, содержащий загрузочную зону органических отходов, биогазовую установку, позволяющую получать электрическую энергию и органическое удобрение, включающую подготовительную емкость, сообщенную с системой подачи органических отходов и воды, реакторы, систему отвода субстрата, накопитель субстрата, систему подачи органического удобрения, систему отвода биогаза, газгольдер, при этом реакторы выполнены газонепроницаемыми, отличающийся тем, что подготовительная емкость, реакторы в виде реактора гидролизного и метатенка, накопитель субстрата, сепаратор, дополнительно установленный на линии отвода субстрата из накопителя и снабженный системой подачи твердой фракции в виде восстановителя почв, системой подачи жидкой фракции в виде восстановителя почв и системой отвода жидкой фракции в подготовительную емкость, размещены внутри единого пространственного объемного сооружения, выполненного сборно-разборным из отдельных модулей, установленных на фундаменте в непосредственной близости от загрузочной зоны органических отходов, и имеющего приемное устройство, расположенное снаружи него, а системы подач твердой и жидкой фракций в виде восстановителей почв сообщены с цехом расфасовки, расположенным в непосредственной близости от сооружения, а система отвода биогаза имеет возможность взаимодействия с блоком управления и содержит внутренний участок с обратным запорным клапаном, расположенный внутри сооружения, и внешний участок, расположенный вне сооружения и соединенный с газгольдером, установленным на фундаменте автономно относительно сооружения, при этом подготовительная емкость, реактор гидролизный и метатенк снабжены системой подогрева, выполнены каждый с системой гидравлического перемешивания и автоматического дозирования выгрузки субстрата из метатенка с периодичностью однотипной загрузки в него субстрата из реактора гидролизного, сообщенного с системой автоматической дозированной подачи жидкой массы органических отходов из подготовительной емкости, при взаимодействии всех систем с блоком управления с возможностями поддержания температуры, эффективности перемешивания и периодичности дозированной подачи жидкой массы органических отходов и субстратов в них соответственно.

2. Комлекс по п.1, отличающийся тем, что в качестве органических отходов используют птичий помет без применения органических или неорганических добавок или дополнительных технологических приспособлений.

3. Комлекс по п.2, отличающийся тем, что в качестве птичьего помета используют куриный помет.