Биогазовая установка для производства биогаза из биомассы, а также способ эксплуатации биогазовой установки

Номер патента: 13985

Опубликовано: 30.08.2010

Автор: Лутц Петер

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Биогазовая установка для производства биогаза, содержащая

по меньшей мере один работающий по принципу сухой ферментации ферментер (2) для производства биогаза в периодическом режиме работы с выпускным патрубком (8) для биогаза, впускным патрубком (24) для продувочного газа и отверстием (4) для загрузки и выгрузки,

трубопровод (12) для биогаза, соединенный с выпускным патрубком (8) для биогаза посредством клапана (10),

трубопровод (26) для отработавшего газа, соединенный с впускным патрубком (24) посредством клапана (10), для передачи отработавшего газа, содержащего двуокись углерода, во впускной патрубок (24) для продувочного газа,

трубу (20) для отработавшего газа, которая посредством первого трубопровода (14) для смеси биогаза с отработавшим газом соединена с выпускным патрубком (8) для биогаза посредством клапана (10),

факел (22) для отработавшего газа, который через второй трубопровод (16) для смеси биогаза с отработавшим газом посредством клапана (10) соединен с выпускным патрубком (8) для биогаза,

трубопровод (28) для свежего воздуха, который посредством клапана (10) соединен с впускным патрубком (24) для продувочного газа,

нагнетатели (27, 29, 38), каждый из которых установлен в трубопроводе (28) для отработавшего газа, трубопроводе (28) для свежего воздуха и выпускном патрубке (8) для биогаза соответственно,

управляющее устройство (30) для управления клапанами (10) таким образом, что выпускной патрубок (8) для биогаза оказывается соединенным с трубопроводом (12) для биогаза или с трубой (20) для биогаза посредством первого трубопровода (14) для смеси биогаза с отработавшим газом или с факелом (22) для отработавшего газа через второй трубопровод (16) для смеси биогаза с отработавшим газом, причем обеспечивается соединение впускного патрубка (24) для продувочного газа с трубопроводом (26) для отработавшего газа или с трубопроводом (28) для свежего воздуха, а также для управления нагнетателями (27, 29, 38), и

измерительное устройство (32, 34), которое соединено с управляющим устройством (30) и включает первый чувствительный элемент (32) для регистрации концентрации метана и второй чувствительный элемент (34) для регистрации концентрации двуокиси углерода в выходящей по меньшей мере из одного ферментера (2) газовой смеси.

2. Биогазовая установка по п.1, отличающаяся тем, что измерительное устройство (32, 34) расположено в выпускном патрубке (8) для биогаза.

3. Биогазовая установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в ней предусмотрено несколько ферментеров (2-i), выпускные патрубки (8-i) для биогаза которых выходят в совместный трубопровод (12) для биогаза, и первый чувствительный элемент для регистрации концентрации метана расположен в совместном трубопроводе биогаза.

4. Биогазовая установка по п.3, отличающаяся тем, что выпускные патрубки (8-i) для биогаза через совместный трубопровод (40) для смеси биогаза с отработавшим газом могут быть соединены селективно с трубой (20) для отработавшего газа или с факелом (22) для отработавшего газа, и второй чувствительный элемент для регистрации концентрации двуокиси углерода расположен в совместном трубопроводе для смеси биогаза с отработавшим газом.

5. Биогазовая установка по одному из пп.1-4, отличающаяся тем, что трубопровод (26) для отработавшего газа подает отработавший газ из двигателя внутреннего сгорания.

6. Биогазовая установка по одному из пп.1-5, отличающаяся тем, что трубопровод (12) для биогаза обеспечивает соединение с устройством для использования биогаза, производящим отработавший газ, содержащий двуокись углерода.

7. Биогазовая установка по п.5, отличающаяся тем, что устройство для использования биогаза включает блочную ТЭЦ (18).

8. Биогазовая установка по п.5, отличающаяся тем, что устройство для использования биогаза включает топливный элемент.

9. Биогазовая установка по п.5, отличающаяся тем, что устройство для использования биогаза включает газоподготовительное устройство (44).

10. Способ отключения ферментера в биогазовой установке по одному из пп.1-9, включающий следующие этапы:

a) сохраняют соединение между выпускным патрубком (8) для биогаза и трубопроводом (12) для биогаза,

b) соединяют трубопровод (26) для отработавшего газа с впускным патрубком (24) для продувочного газа отключаемого ферментера (2),

c) продувают отключаемый ферментер (2) отработавшим газом из трубопровода (26) для отработавшего газа до тех пор, пока регистрируемая первым чувствительным элементом (32) концентрация метана в выпускном патрубке биогаза не опустится ниже верхнего предельного значения,

d) отсоединяют трубопровод (12) для биогаза от выпускного патрубка (8) для биогаза отключаемого ферментера (2),

e) соединяют выпускной патрубок (8) для биогаза отключаемого ферментера (2) с первым трубопроводом (14) для смеси биогаза с отработавшим газом и при достижении регистрируемой первым чувствительным элементом (32) верхнего предельного значения концентрации метана подают смесь биогаза с отработавшим газом в трубу (20) для отвода биогаза до тех пор, пока зарегистрированное значение концентрации метана не опустится до нижнего предельного значения,

f) отсоединяют трубопровод (26) для отработавшего газа от впускного патрубка (24) для продувочного газа отключаемого ферментера (2),

g) соединяют трубопровод (28) для свежего воздуха с впускным патрубком (24) для продувочного газа отключаемого ферментера (2) и подают свежий воздух в отключаемый ферментер (2) до тех пор, пока регистрируемая вторым чувствительным элементом (34) концентрация двуокиси углерода не опустится до верхнего предельного значения, и

h) открывают отверстие для загрузки/выгрузки (4) отключенного ферментера (2).

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что между этапом d) и этапом е) выполняют следующие этапы:

d1) соединяют выпускной патрубок (8) для биогаза отключаемого ферментера (2) со вторым трубопроводом (16) для смеси биогаза с отработавшим газом и подают смесь биогаза с отработавшим газом на факел (22) для отработавшего газа до тех пор, пока регистрируемая первым чувствительным элементом (32) концентрация метана не опустится до среднего предельного значения, находящегося между верхним и нижним предельными значениями, и

d2) отсоединяют выпускной патрубок (8) для биогаза отключаемого ферментера (2) от второго трубопровода (16) для смеси биогаза с отработавшим газом.

12. Способ по п.10 или 11 отличается дополнительно следующими этапами:

i) соединяют трубопровод (28) для свежего воздуха с впускным патрубком (24) для продувочного газа и/или выпускным патрубком (8) для биогаза и

j) подают свежий воздух в отключенный ферментер (2) через отверстие для загрузки/выгрузки (4) путем отсасывания воздуха через впускной патрубок (24) для продувочного газа и/или выпускной патрубок (8) для биогаза во время выгрузки и загрузки отключенного ферментера (2).

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что на этапе j) с помощью управляющего устройства (30) контролируют объемный поток смеси воздуха с биогазом и отработавшим газом, отсасываемой через впускной патрубок (24) для продувочного газа и/или выпускной патрубок (8) для биогаза.

14. Способ пуска загруженного свежей биомассой ферментера (2) по одному из предыдущих пп.1-9, включающий следующие этапы:

a) закрывают отверстие (4) для загрузки и выгрузки,

b) соединяют выпускной патрубок (8) для биогаза с первым трубопроводом (14) для смеси биогаза с отработавшим газом,

c) соединяют трубопровод (26) для отработавшего газа с впускным патрубком (24) для продувочного газа запускаемого ферментера (2) и подают отработавший газ в запускаемый ферментер (2) до тех пор, пока регистрируемая вторым чувствительным элементом (34) концентрация двуокиси углерода не достигнет нижнего предельного значения,

d) отсоединяют трубопровод (26) для отработавшего газа от впускного патрубка (24) для продувочного газа,

e) отсоединяют первый трубопровод (14) для смеси биогаза с отработавшим газом от выпускного патрубка (8) для биогаза,

f) соединяют трубопровод (12) для биогаза с выпускным патрубком (8) для биогаза.

15. Способ по п.14, отличающийся тем, что этап f) выполняют, когда регистрируемая первым или четвертым чувствительным элементом (32, 50) концентрация метана превысит четвертое предельное значение.

16. Способ по п.15, отличающийся тем, что четвертое предельное значение концентрации метана соответствует верхнему предельному значению концентрации метана.

17. Способ по одному из пп.10-16, отличающийся тем, что трубопровод (26) отработавшего газа соединяют с выхлопной трубой двигателя внутреннего сгорания.

18. Способ по одному из пп.10-16, отличающийся тем, что трубопровод (26) отработавшего газа соединяют с выхлопом производящего отработавший газ, содержащий двуокись углерода, газоподготовительного устройства.

19. Способ по одному из пп.10-16, отличающийся тем, что трубопровод (26) отработавшего газа соединяют с выхлопом топливного элемента.

Текст

Смотреть все

БИОГАЗОВАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА БИОГАЗА ИЗ БИОМАССЫ, А ТАКЖЕ СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ БИОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ(71)(73) Заявитель и патентовладелец: БИКОН ЭНЕРДЖИ ТЕКНОЛОДЖИЗ ГМБХ УНД КО.КГ (DE) Предложены биогазовая установка для производства биогаза из биомассы по меньшей мере с одним ферментером, способ надежного отключения ферментера и способ надежного пуска ферментера. Для выгрузки использованной биомассы и для загрузки свежей биомассы отдельные ферментеры приходится время от времени отключать, т.е. приходится прекращать производство биогаза. При этом по соображениям техники безопасности необходимо следить за тем, чтобы во время выгрузки/загрузки отдельных ферментеров не образовалась взрывоопасная смесь биогаза с воздухом. Благодаря продувке ферментера во время отключения отработавшим газом, содержащим двуокись углерода, с одной стороны, предотвращается образование взрывоопасной смеси биогаза с воздухом и, с другой стороны, обеспечивается максимально продолжительное производство биогаза, т.е. смесь биогаза с отработавшим газом отключаемого ферментера продолжает подаваться потребителю биогаза до тех пор, пока качество этой смеси не упадет ниже заранее определенного показателя. Только когда концентрация метана в выпускном патрубке биогаза опускается ниже верхнего предельного значения, ведущий к потребителю биогаза трубопровод биогаза отключают от выпускного патрубка биогаза. После этого содержащую лишь незначительное количество метана смесь биогаза с отработавшим газом удаляют по трубе отводимого воздуха. Это продолжается до тех пор, пока концентрация метана не опустится до нижнего предельного значения, при котором метан практически больше не содержится в смеси биогаза с отработавшим газом. После этого отключаемый ферментер продувают уже не отработавшим газом с двуокисью углерода, а свежим воздухом, и смесь отработавшего газа с биогазом и свежим воздухом удаляют по трубе для отводимого воздуха до тех пор, пока концентрация двуокиси углерода в смеси отработавшего газа с биогазом и свежим воздухом не опустится до первого предельного значения. Только тогда ферментер открывают, чтобы выгрузить использованную биомассу и вновь загрузить ферментер свежей биомассой. Благодаря предшествующим операциям продувки отработавшим газом и свежим воздухом открывание и выгрузка/загрузка ферментера может осуществляться без опасности для обслуживающего персонала. 013985 Изобретение относится к установке для производства биогаза из биомассы по меньшей мере с одним ферментером по п.1 формулы, а также к способу отключения ферментера по п.10 формулы и способу пуска ферментера по п.14 формулы изобретения. Так называемая "сухая ферментация" позволяет метанизировать насыпную биомассу из сельского хозяйства, из биоотходов и мест коммунального обслуживания, без превращения исходных материалов в жидкий, способный к перекачке насосом субстрат. Могут сбраживаться биомассы с содержанием сухого вещества до 50%. Этот способ сухой ферментации описан, например, в публикации ЕР 0934998. При "сухом" сбраживании сбраживаемый материал не перемешивают в жидкую фазу, как это имеет место, например, при жидком сбраживании биоотходов. Вместо этого помещенный в ферментер субстрат для сбраживания постоянно поддерживают во влажном состоянии, при этом перколят на дне ферментера откачивают и вновь разбрызгивают на биомассу. Так создаются оптимальные жизненные условия для бактерий. При рециркуляции перколята температуру можно регулировать и имеется возможность добавлять дополнительные вещества для оптимизации процесса. Из публикации WO 02/06439 известен биореактор или ферментер в виде сборного гаража, который работает по принципу сухой ферментации так называемым методом периодического действия (batchVerfahren). При этом после затравки уже забродившего материала колесными погрузчиками в ферментер загружают субстрат для сбраживания. Выполненный в форме гаража резервуар для сбраживания запирают газонепроницаемыми воротами. Биомассу сбраживают при отсутствии доступа воздуха, при этом прекращается дальнейшее перемешивание и не подается дополнительный материал. Сочащийся из сбраживаемого материала перколят отводят по дренажному желобу, помещают на промежуточное хранение в емкость и для увлажнения вновь разбрызгивают на субстрат для сбраживания. Процесс сбраживания происходит в мезофильном диапазоне температур 34-37 С, темперирование осуществляют посредством подогрева дна и стенок. Полученный биогаз может быть использован для выработки тока и тепла в блочной ТЭЦ. Чтобы в распоряжении у блочной ТЭЦ всегда имелось достаточное количество биогаза, в установке сухой ферментации работают с временным сдвигом несколько резервуаров для сбраживания. По окончании времени обработки камеру ферментера полностью опорожняют, а затем вновь загружают. Сброженный субстрат поступает на установку компостирования, так что образуется сравнимое с обычными компостами органическое удобрение. В связи с эксплуатацией в режиме периодического действия отдельные ферментеры время от времени приходится отключать, т.е. приходится прекращать производство биогаза, извлекать из соответствующего ферментера сброженную биомассу, загружать в ферментер свежую биомассу и возобновлять производство биогаза. При этом по соображениям техники безопасности необходимо следить за тем,чтобы во время выгрузки/загрузки отдельных ферментеров не образовалась взрывоопасная смесь биогаза с воздухом. С этой целью из публикации ЕР 1301583 В известно, что работающий ферментер в случае опасности взрыва, т.е. когда в ферментер проник воздух, необходимо продуть отработавшим из работающей на биогазе блочной ТЭЦ газом с содержанием двуокиси углерода. Поэтому задача предлагаемого изобретения состоит в том, чтобы, исходя из биогазовой установки согласно ЕР 1301583 В, обеспечить надежную выгрузку использованной биомассы и загрузку ферментера свежей биомассой. Решение этой задачи осуществляется за счет признаков пп.1, 10 и 14 формулы изобретения. Биогазовая установка по п.1 формулы включает в себя необходимые составные части для обеспечения надежного отключения и выгрузки, а также надежного пуска ферментера. Благодаря мерам по п.10 формулы изобретения производство и использование биогаза, в том числе и во время отключения и продувки отработавшим газом с двуокисью углерода, обеспечивается до тех пор, т.е. смесь биогаза с отработавшим газом отключаемого ферментера подается потребителю биогаза до тех пор, пока качество этой смеси не упадет ниже заранее установленного показателя. Только когда концентрация метана в выпускном патрубке биогаза опускается ниже верхнего предельного значения,ведущий к потребителю биогаза трубопровод биогаза отключают от выпускного патрубка биогаза. После этого содержащую лишь незначительное количество метана смесь биогаза с отработавшим газом удаляют по трубе для отводимого воздуха. Это продолжается до тех пор, пока концентрация метана не опустится до нижнего предельного значения, при котором метан практически больше не содержится в смеси биогаза с отработавшем газом. После этого отключаемый ферментер продувают уже не отработавшим газом с двуокисью углерода, а свежим воздухом, и смесь отработавшего газа с биогазом и свежим воздухом удаляют по трубе для отводимого воздуха до тех пор, пока концентрация двуокиси углерода в смеси отработавшего газа с биогазом и свежим воздухом не опустится до первого предельного значения. Только тогда ферментер открывают, чтобы выгрузить использованную биомассу и вновь загрузить ферментер свежей биомассой. Благодаря предшествующим операциям продувки отработавшим газом и свежим воздухом открывание и выгрузка/загрузка ферментера может осуществляться без опасности для обслуживающего персонала. Согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения по п.11 формулы изобретения, при-1 013985 достижении верхнего предельного значения концентрации метана смесь биогаза с отработавшим газом удаляют в окружающую среду не по трубе для отводимого воздуха, а сбрасывают на факел и там сжигают. При необходимости факел для удаления газа может быть снабжен дополнительным топливом, так что в любом случае происходит сгорание. Удаление смеси биогаза с отработавшим газом посредством факела осуществляют до тех пор, пока концентрация метана в смеси биогаза с отработавшим газом не опустится до некоторого среднего предельного значения, находящегося между верхним и нижним предельными значениями. Согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения по п.12 формулы во время выгрузки/загрузки отключенного ферментера через открытое отверстие для загрузки/выгрузки всасывается свежий воздух и засосанная газовая смесь через впускной патрубок продувочного газа или через выпускной патрубок биогаза подается в трубу для отводимого воздуха. В виде альтернативы в ферментере может быть предусмотрено также специальное место подключения для всасывания свежего воздуха. За счет преимущественного варианта выполнения изобретения по п.13 формулы обеспечивается то,что во время выгрузки/загрузки ферментера постоянно всасывается свежий воздух. Благодаря способу согласно изобретению для (повторного) пуска отключенного ферментера по пп.14 и 15 формулы надежно предотвращается образование при пуске взрывоопасной смеси биогаза с воздухом. Подключение вновь запущенного ферментера к трубопроводу биогаза осуществляется при четвертом предельном значении концентрации метана, который соответствует верхнему предельному значению по п.16 формулы изобретения. Отработавший газ для продувки отключаемого ферментера поставляет, например, двигатель внутреннего сгорания по п.17 формулы изобретения. Согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения по п.18 формулы отработавший газ с содержанием двуокиси углерода поставляет последовательно подключенное по меньшей мере к одному ферментеру биогазоподготовительное устройство. Остальные зависимые пункты формулы изобретения относятся к преимущественным вариантам выполнения изобретения. Другие подробности, признаки и преимущества изобретения показаны в нижеследующем описании примерных вариантов выполнения со ссылкой на чертежи. Показаны фиг. 1-7 - схематическое изображение различных рабочих состояний во время отключения и во время (повторного) пуска ферментера; фиг. 8 - схематическое изображение второго варианта выполнения изобретения с ферментером и фиг. 9-15 - схематические изображения различных рабочих состояний биогазовой установки с тремя ферментерами во время отключения и во время (повторного) пуска ферментера. На фиг. 1-7 показаны первый вариант выполнения биогазовой установки согласно предлагаемому изобретению с одним-единственным ферментером 2. Ферментер 2 имеет прямоугольную форму и его конструкция примерно соответствует сборному гаражу. Через отверстие 4 для загрузки/выгрузки, имеющееся в одной из торцовых сторон прямоугольного ферментера, биомассу 6 посредством колесного погрузчика загружают в ферментер и вновь извлекают из него. Относительно точного описания конструкции ферментера 2 см. WO 02/06439. Ферментер 2 включает далее впускной патрубок 8 для биогаза, который посредством клапанов 10 соединен с трубопроводом 12 для биогаза, первым трубопроводом 14 для смеси биогаза с отработавшим газом и вторым трубопроводом 16 для смеси биогаза с отработавшим газом. Трубопровод 12 для биогаза служит для подачи биогаза на блочную ТЭЦ 18 как устройство, использующее биогаз. Первый трубопровод 14 для смеси биогаза с отработавшим газом ведет к выпускной трубе 20 для отработавшего газа. Второй трубопровод 16 для смеси биогаза с отработавшим газом ведет к факелу 22 для отработавшего газа. Далее ферментер 2 включает впускной патрубок 24 продувочного газа, который посредством клапанов 10 соединен с трубопроводом 26 для отработавшего газа или трубопроводом 28 для свежего воздуха. В трубопроводе 26 для отработавшего газа установлен нагнетатель 27 отработавшего газа, посредством которого отработавший газ может закачиваться в ферментер 2. В трубопроводе 28 для свежего воздуха установлен нагнетатель 29 свежего воздуха для всасывания свежего воздуха из окружающей среды. По трубопроводу 26 для отработавшего газа в ферментер 2 подают отработавший газ с двуокисью углерода как продувочный газ, а по трубопроводу 28 для свежего воздуха подают свежий воздух. Клапаны 10 соединены с управляющим устройством 30 и открываются и закрываются управляющим устройством 30. Управляющее устройство 30 соединено также с первым измерительным чувствительным элементом 32, который расположен в выпускном патрубке 8 для биогаза и регистрирует концентрацию метана в соответствующей газовой смеси. Далее управляющее устройство 30 соединено со вторым измерительным чувствительным элементом 34, который также расположен в выпускном патрубке 8 для биогаза и регистрирует концентрацию двуокиси углерода в соответствующей газовой смеси. Управляющее устройство 30 соединено также с третьим измерительным чувствительным элементом 32,который расположен в выпускном патрубке 8 для биогаза и регистрирует объемный поток газа в выпускном патрубке биогаза. При помощи расположенного в выпускном патрубке биогаза нагнетателя 38 при-2 013985 необходимости может быть поддержано удаление газа из ферментера 2. На фиг. 1-7 представлены различные стадии отключения и пуска ферментера 2, при этом активные трубопроводы и положения составных частей обозначены сплошной линией, а неактивные или отсеченные трубопроводы и положения составных частей показаны штриховой линией. На фиг. 1 показана первая стадия отключения ферментера 2, во время которой по трубопроводу 26 для отработавшего газа и впускному патрубку 24 для продувочного газа внутрь ферментера 2 закачивают отработавший газ, содержащий двуокись углерода. Выпускной патрубок 8 для биогаза, как и прежде,соединен с трубопроводом 12 для биогаза, так что смесь биогаза с отработавшим газом по-прежнему подается на блочную ТЭЦ 18. И только когда регистрируемая в выпускном патрубке 8 для биогаза первым чувствительным элементом 32 концентрация метана падает ниже верхнего предельного значения, управляющее устройство 30 закрывает клапан 10 в трубопроводе 12 для биогаза и открывает клапан 10 во втором трубопроводе 16 для смеси биогаза с отработавшим газом, как показано на фиг. 2. На этой второй стадии отключения ферментера 2 смесь биогаза с отработавшим газом сжигают в факеле 22 для отработавшего газа. При необходимости этот процесс сжигания может быть поддержан добавкой дополнительного горючего. Когда регистрируемая в выпускном патрубке 8 для биогаза первым чувствительным элементом 32 концентрация метана падает ниже среднего предельного значения, управляющее устройство 30 закрывает клапан 10 во втором трубопроводе 16 для смеси биогаза с отработавшим газом и открывает клапан 10 в первом трубопроводе 14 для смеси биогаза с отработавшим газом, как показано на фиг. 3. На этой третьей стадии отключения ферментера 2 смесь биогаза с отработавшим газом по трубе 20 для отработавшего газа удаляют в окружающую среду. Когда регистрируемая в выпускном патрубке 8 для биогаза первым чувствительным элементом 32 концентрация метана падает ниже нижнего предельного значения, управляющее устройство 30 закрывает клапан 10 в трубопроводе 26 для отработавшего газа и открывает клапан 10 в трубопроводе 28 для свежего воздуха, как показано на фиг. 4. На этой четвертой стадии отключения ферментера 2 по трубопроводу 28 для свежего воздуха и впускному патрубку 24 для продувочного газа в ферментер 2 закачивают свежий воздух. Смесь отработавшего газа с воздухом через выпускной патрубок 8 биогаза и первый трубопровод 14 для смеси биогаза с отработавшим газом удаляют по трубе 20 для отработавшего газа в окружающую среду. Когда регистрируемая в выпускном патрубке 8 для биогаза вторым чувствительным элементом 34 концентрация двуокиси углерода падает ниже первого предельного значения, управляющее устройство 30 закрывает клапан 10 в трубопроводе 28 для свежего воздуха и открывает отверстие 4 для загрузки/выгрузки, как показано на фиг. 5. Одновременно через открытое отверстие для загрузки/выгрузки нагнетатель 38 всасывает свежий воздух, который удаляют по трубе 20 для отработавшего газа в окружающую среду. Таким образом предотвращается, чтобы содержащийся еще в сброженной биомассе остаток биогаза создавал во время выгрузки опасность для обслуживающего персонала. Когда ферментер 2 вновь загружен свежей биомассой, отверстие 4 для загрузки/выгрузки закрывается, обеспечивается соединение между выпускным патрубком 8 для биогаза и трубой 20 для отработавшего газа через первый трубопровод 14 для смеси биогаза с отработавшим газом, и управляющее устройство 30 открывает клапан 10 в трубопроводе 26 для отработавшего газа, так что отработавший газ,содержащий двуокись углерода, нагнетается в ферментер 2, см. фиг. 6. Это продолжается до тех пор,пока регистрируемая вторым чувствительным элементом 34 концентрация двуокиси углерода в выпускном патрубке 8 для биогаза не достигнет или не превысит второе предельное значение. Когда концентрация двуокиси углерода достигла этого второго предельного значения, управляющее устройство 30 закрывает клапан 10 в трубопроводе 26 для отработавшего газа и в первом трубопроводе 14 для смеси биогаза с отработавшим газом и открывает клапан 10 в трубопроводе 12 для биогаза,как показано на фиг. 7. Таким образом вновь достигнута стадия производства биогаза и произведенный в ферментере 2 биогаз по трубопроводу 12 для биогаза подается на блочную ТЭЦ 18. В вышеописанном варианте исполнения все чувствительные элементы 32, 34, 36 расположены в выпускном патрубке 8 для биогаза. В виде альтернативы второй и третий чувствительные элементы 34,36 могут быть установлены также в первом или втором трубопроводе 14, 16 для смеси биогаза с отработавшим газом. На фиг. 8 показан альтернативный вариант выполнения изобретения, который отличается от варианта выполнения по фиг. 1-7 тем, что первый и второй трубопроводы 14, 16 для смеси биогаза с отработавшим газом соединены в совместном трубопроводе 40 для смеси биогаза с отработавшим газом,прежде чем они войдут в выпускной патрубок 8 для биогаза. Второй чувствительный элемент 34 для регистрации концентрации двуокиси углерода расположен в совместном трубопроводе 40 для смеси биогаза с отработавшим газом, а третий чувствительный элемент 36 установлен в первом трубопроводе 14 для смеси биогаза с отработавшим газом. В остальном этот второй вариант выполнения изобретения совпадает с первым вариантом выполнения. Идентичен также способ функционирования. На фиг. 9-15 показан третий вариант выполнения биогазовой установки согласно предлагаемому изобретению, в котором предусмотрены три параллельно функционирующих ферментера 2-1, 2-2 и 2-3. Соответствующие друг другу составные части обозначены одинаковыми позициями на чертеже. В биога-3 013985 зовой установке согласно фиг. 9-15 каждый из трех ферментеров 2-i снабжен впускным патрубком 24-1,24-2, и 24-3 для продувочного газа, который соответственно запирает клапан 10. Все три впускных патрубка 24-i для продувочного газа соединены в совместном впускном патрубке 42 для продувочного газа. В совместном впускном патрубке 42 для продувочного газа сходятся трубопровод 26 для отработавшего газа и трубопровод 28 для свежего воздуха, которые соответственно запирает клапан 10. Каждый из трех ферментеров 2-i снабжен выпускным патрубком 8-1, 8-2 и 8-3 для биогаза, который соответственно запирает клапан 10. Первый трубопровод 14 для смеси биогаза с отработавшим газом к трубе 20 для отработавшего газа и второй трубопровод 16 для смеси биогаза с отработавшим газом к факелу 22 для отработавшего газа подсоединены к совместному трубопроводу 40 для смеси биогаза с отработавшим газом, в котором установлен нагнетатель 38. После нагнетателя 38 совместный трубопровод 40 для смеси биогаза с отработавшим газом разветвляется на первый, второй и третий частичные трубопроводы 40-1, 40-2 и 40-3 для смеси биогаза с отработавшим газом. Первый частичный трубопровод 40-1 для смеси биогаза с отработавшим газом стыкуется с первым выпускным патрубоком 80-1 для биогаза между клапаном 10 и первым биоферментером 2-1. Второй частичный трубопровод 40-2 для смеси биогаза с отработавшим газом стыкуется со вторым выпускным патрубоком 8-1 для биогаза между клапаном 10 и вторым биоферментером 2-1. Третий частичный трубопровод 40-3 для биогаза с отработавшим газом стыкуется с третьим выпускным патрубоком 8-1 для биогаза между клапаном 10 и третьим биоферментером 2-1. Все три частичных трубопровода 40-1, 40-2 и 40-3 для смеси биогаза с отработавшим газом запирает соответственно клапан 10. Все три выпускных патрубка 8-1, 8-2 и 8-3 для биогаза стыкуются с совместным трубопроводом 12 для биогаза, который ведет к блочной ТЭЦ 18. Трубопровод 44 для выхлопного газа из блочной ТЭЦ 18 стыкуется со второй трубой 46 для отработавшего газа. Трубопровод 26 для отработавшего газа через трехходовый клапан 48 соединен с трубопроводом 44 для выхлопного газа, т.е. отработавший на блочной ТЭЦ 18 газ с содержанием двуокиси углерода используется для продувки отключаемого ферментера 2-i. Посредством трехходового клапана можно регулировать объемный поток отработавшего газа, который направляют на продувку ферментера 2-i по трубопроводу 26 для отработавшего газа, и расход отработавшего газа, который по второй трубе 46 для отработавшего газа отводят в окружающую среду. Первый чувствительный элемент 32 для регистрации концентрации метана расположен в совместном трубопроводе 12 для биогаза. Второй чувствительный элемент 34 для регистрации концентрации двуокиси углерода, третий чувствительный элемент 36 для регистрации объемного потока и четвертый чувствительный элемент 50 для регистрации концентрации метана расположены в совместном трубопроводе 40 для смеси биогаза с отработавшим газом в направлении потока после нагнетателя 38. Все четыре чувствительных элемента 32, 34, 36 и 50 соединены с управляющим устройством 30. Также различные клапаны 10 соединены с управляющим устройством. Из соображений большей наглядности эти каналы управления на фиг. 9-15 не обозначены. На фиг. 9-15 представлены отключение и повторный пуск второго ферментера 2-2, при этом на фиг. 9-15 изображены те же стадии и рабочие состояния, что и на фиг. 1-7. Производство биогаза первым и третьим ферментером 2-1 и 2-3 продолжается непрерывно во время отключения и повторного пуска второго ферментера 2-2. На фиг. 9 показана первая стадия отключения ферментера 2-2, во время которой отработавший газ с двуокисью углерода из блочной ТЭЦ 18 через трехходовый клапан 48 и трубопровод 26 для отработавшего газа, нагнетатель 27 отработавшего газа и второй впускной патрубок 24-2 для продувочного газа закачивают внутрь ферментера 2-2. Второй выпускной патрубок 8-2 для биогаза, как и прежде, соединен с трубопроводом 12 для биогаза, так что смесь биогаза с отработавшим газом по-прежнему подается на блочную ТЭЦ 18. И только когда регистрируемая в совместном трубопроводе 12 для биогаза первым чувствительным элементом 32 концентрация метана падает ниже верхнего предельного значения, управляющее устройство 30 закрывает клапан 10 во втором выпускном патрубке 8-2 для биогаза и открывает клапан 10 во втором частичном трубопроводе 40-2 для смеси биогаза с отработавшим газом и во втором трубопроводе 16 для смеси биогаза с отработавшим газом, как показано на фиг. 10. На этой второй стадии отключения ферментера 2-2 смесь биогаза с отработавшим газом сжигают в факеле 22 для отработавшего газа. При необходимости этот процесс сжигания может быть поддержан добавкой дополнительного горючего. Когда регистрируемая в совместном трубопроводе 40 для смеси биогаза с отработавшим газом четвертым чувствительным элементом 50 концентрация метана падает ниже среднего предельного значения, управляющее устройство 30 закрывает клапан 10 во втором трубопроводе 16 для смеси биогаза с отработавшим газом и открывает клапан 10 в первом трубопроводе 14 для смеси биогаза с отработавшим газом, как показано на фиг. 11. На этой третьей стадии отключения ферментера 2-2 смесь биогаза с отработавшим газом удаляют по трубе 20 для отработавшего газа в окружающую среду. Когда регистрируемая в совместном трубопроводе 40 для смеси биогаза с отработавшим газом четвертым чувствительным элементом 50 концентрация метана падает ниже нижнего предельного значения,управляющее устройство 30 закрывает клапан 10 в трубопроводе 26 для отработавшего газа, включает соответственно трехходовый клапан 48 и открывает клапан 10 в трубопроводе 28 для свежего воздуха,-4 013985 как показано на фиг. 12. На этой четвертой стадии отключения ферментера 2-2 по трубопроводу 28 для свежего воздуха и впускному патрубку 24 для продувочного газа посредством нагнетателя 29 свежего воздуха в ферментер 2-2 закачивают свежий воздух. Смесь отработавшего газа с воздухом через второй выпускной патрубок 8-2 для биогаза, второй частичный трубопровод 40-2 для смеси биогаза с отработавшим газом, совместный трубопровод 40 для смеси биогаза с отработавшим газом и первый трубопровод 14 для смеси биогаза с отработавшим газом по-прежнему удаляют по трубе 20 для отработавшего газа в окружающую среду. При необходимости это может быть поддержано нагнетателем 38. Когда регистрируемая в совместном трубопроводе 40 для смеси биогаза отработавшим газом вторым чувствительным элементом 34 концентрация двуокиси углерода падает ниже первого предельного значения, управляющее устройство 30 закрывает клапан 10 в трубопроводе 28 для свежего воздуха и отключает нагнетатель 29 свежего воздуха, как показано на фиг. 13. Не показанное на фиг. 9-15 отверстие для загрузки/выгрузки открывается. Одновременно нагнетатель 38 в совместном трубопроводе 40 для смеси биогаза с отработавшим газом через открытое отверстие для загрузки/выгрузки всасывает свежий воздух, который удаляют по трубе 20 для отработавшего газа в окружающую среду. Таким образом предотвращается, чтобы содержащийся еще в сброженной биомассе остаток биогаза создавал во время выгрузки опасность для обслуживающего персонала. Заодно отсасываются также отработавшие газы используемого для загрузки/выгрузки колесного погрузчика. Когда ферментер 2-2 вновь загружен свежей биомассой, отверстие для загрузки/выгрузки закрывается, обеспечивается соединение между выпускным патрубком 8-2 для биогаза и трубой 20 для отработавшего газа через второй частичный трубопровод 40-2 для смеси биогаза с отработавшим газом, совместный трубопровод биогаза с отработавшим газом и первый трубопровод 14 для смеси биогаза с отработавшим газом, и управляющее устройство 30 открывает клапан 10 в трубопроводе 26 для отработавшего газа и включает трехходовый клапан 48 в трубопроводе 44 для выхлопного газа блочной ТЭЦ 18, так что отработавший газ, содержащий двуокись углерода, нагнетается в ферментер 2-2, см. фиг. 14. Это продолжается до тех пор, пока регистрируемая вторым чувствительным элементом 34 концентрация двуокиси углерода в совместном трубопроводе 40 для смеси биогаза с отработавшим газом не достигнет или не превысит второе предельное значение. Когда концентрация двуокиси углерода достигла этого второго предельного значения, управляющее устройство 30 закрывает клапан 10 в трубопроводе 26 для отработавшего газа, включает трехходовый клапан 38, закрывает клапан 10 во втором частичном трубопроводе 40-2 для смеси биогаза с отработавшим газом и открывает клапан во втором выпускном патрубке 8-2 для биогаза, как показано на фиг. 15. Таким образом, также второй ферментер 2-2 вновь достигает стадию производства биогаза, и произведенный в ферментере 2-2 биогаз по трубопроводу 12 для биогаза подается на блочную ТЭЦ 18. Подключение выпускного патрубка 8-2 для биогаза к совместному трубопроводу 12 для биогаза происходит лишь тогда, когда регистрируемая четвертым чувствительным элементом 50 концентрация метана достигает четвертое предельное значение. Это четвертое предельное значение совпадает с верхним предельным значением. Клапан 10 в трубопроводе 26 для отработавшего газа может оказаться излишним, так как также его функцию может взять на себя трехходовый клапан 48. Вместо того чтобы трубопровод 12 для биогаза соединить непосредственно с блочной ТЭЦ 18, перед блочной ТЭЦ может быть подключено предпочтительно газоподготовительное устройство (не показано). Благодаря газоподготовительному устройству посредством напорной промывочной установки,фильтров или мембран качество произведенного биогаза поднимают на качественную ступень до природного газа, т.е., в частности, повышается содержание метана и снижается содержание двуокиси углерода. Ниже приведены примерные цифровые значения для различных предельных величин Объемный поток отработавшего газа в трубопроводе 26 для отработавшего газа в зависимости от размеров ферментера и расхода имеющегося в распоряжении отработавшего газа составляет в пределах от 150 до 1000 м 3/ч. Объемный поток свежего воздуха в трубопроводе 28 для свежего воздуха составляет между 1000 и 5000 м 3/ч. Перечень позиций на чертеже 2 - ферментер,4 - отверстие для загрузки/выгрузки,6 - биомасса,-5 013985 8 - выпускной патрубок для биогаза,10 - клапаны,12 - трубопровод для биогаза,14 - первый трубопровод для смеси биогаза с отработавшим газом,16 - второй трубопровод для смеси биогаза с отработавшим газом,18 - блочная ТЭЦ,20 - труба для отработавшего газа,22 - факел для отработавшего газа,24 - впускной патрубок для продувочного газа,26 - трубопровод для отработавшего газа,27 - нагнетатель отработавшего газа,28 - трубопровод для свежего воздуха,29 - нагнетатель свежего воздуха,30 - управляющее устройство,32 - первый чувствительный элемент (концентр. метана),34 - второй чувствительный элемент (концентр. СО 2),36 - третий чувствительный элемент (объемный поток),38 - нагнетатель,40 - совместный трубопровод для смеси биогаза с отработавшим газом,40-1 - первый совместный частичный трубопровод для смеси биогаза с отработавшим газом,40-2 - второй совместный частичный трубопровод для смеси биогаза с отработавшим газом,40-3 - третий совместный частичный трубопровод для смеси биогаза с отработавшим газом,42 - совместный впускной патрубок для продувочного газа,44 - трубопровод для выхлопного газа,46 - вторая труба для отработавшего газа,48 - трехходовый клапан,50 - четвертый чувствительный элемент (концентр. метана). ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Биогазовая установка для производства биогаза, содержащая по меньшей мере один работающий по принципу сухой ферментации ферментер (2) для производства биогаза в периодическом режиме работы с выпускным патрубком (8) для биогаза, впускным патрубком (24) для продувочного газа и отверстием (4) для загрузки и выгрузки,трубопровод (12) для биогаза, соединенный с выпускным патрубком (8) для биогаза посредством клапана (10),трубопровод (26) для отработавшего газа, соединенный с впускным патрубком (24) посредством клапана (10), для передачи отработавшего газа, содержащего двуокись углерода, во впускной патрубок(24) для продувочного газа,трубу (20) для отработавшего газа, которая посредством первого трубопровода (14) для смеси биогаза с отработавшим газом соединена с выпускным патрубком (8) для биогаза посредством клапана (10),факел (22) для отработавшего газа, который через второй трубопровод (16) для смеси биогаза с отработавшим газом посредством клапана (10) соединен с выпускным патрубком (8) для биогаза,трубопровод (28) для свежего воздуха, который посредством клапана (10) соединен с впускным патрубком (24) для продувочного газа,нагнетатели (27, 29, 38), каждый из которых установлен в трубопроводе (28) для отработавшего газа, трубопроводе (28) для свежего воздуха и выпускном патрубке (8) для биогаза соответственно,управляющее устройство (30) для управления клапанами (10) таким образом, что выпускной патрубок (8) для биогаза оказывается соединенным с трубопроводом (12) для биогаза или с трубой (20) для биогаза посредством первого трубопровода (14) для смеси биогаза с отработавшим газом или с факелом(22) для отработавшего газа через второй трубопровод (16) для смеси биогаза с отработавшим газом,причем обеспечивается соединение впускного патрубка (24) для продувочного газа с трубопроводом (26) для отработавшего газа или с трубопроводом (28) для свежего воздуха, а также для управления нагнетателями (27, 29, 38), и измерительное устройство (32, 34), которое соединено с управляющим устройством (30) и включает первый чувствительный элемент (32) для регистрации концентрации метана и второй чувствительный элемент (34) для регистрации концентрации двуокиси углерода в выходящей по меньшей мере из одного ферментера (2) газовой смеси. 2. Биогазовая установка по п.1, отличающаяся тем, что измерительное устройство (32, 34) расположено в выпускном патрубке (8) для биогаза. 3. Биогазовая установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в ней предусмотрено несколько ферментеров (2-i), выпускные патрубки (8-i) для биогаза которых выходят в совместный трубопровод (12)-6 013985 для биогаза, и первый чувствительный элемент для регистрации концентрации метана расположен в совместном трубопроводе биогаза. 4. Биогазовая установка по п.3, отличающаяся тем, что выпускные патрубки (8-i) для биогаза через совместный трубопровод (40) для смеси биогаза с отработавшим газом могут быть соединены селективно с трубой (20) для отработавшего газа или с факелом (22) для отработавшего газа, и второй чувствительный элемент для регистрации концентрации двуокиси углерода расположен в совместном трубопроводе для смеси биогаза с отработавшим газом. 5. Биогазовая установка по одному из пп.1-4, отличающаяся тем, что трубопровод (26) для отработавшего газа подает отработавший газ из двигателя внутреннего сгорания. 6. Биогазовая установка по одному из пп.1-5, отличающаяся тем, что трубопровод (12) для биогаза обеспечивает соединение с устройством для использования биогаза, производящим отработавший газ,содержащий двуокись углерода. 7. Биогазовая установка по п.5, отличающаяся тем, что устройство для использования биогаза включает блочную ТЭЦ (18). 8. Биогазовая установка по п.5, отличающаяся тем, что устройство для использования биогаза включает топливный элемент. 9. Биогазовая установка по п.5, отличающаяся тем, что устройство для использования биогаза включает газоподготовительное устройство (44). 10. Способ отключения ферментера в биогазовой установке по одному из пп.1-9, включающий следующие этапы:a) сохраняют соединение между выпускным патрубком (8) для биогаза и трубопроводом (12) для биогаза,b) соединяют трубопровод (26) для отработавшего газа с впускным патрубком (24) для продувочного газа отключаемого ферментера (2),c) продувают отключаемый ферментер (2) отработавшим газом из трубопровода (26) для отработавшего газа до тех пор, пока регистрируемая первым чувствительным элементом (32) концентрация метана в выпускном патрубке биогаза не опустится ниже верхнего предельного значения,d) отсоединяют трубопровод (12) для биогаза от выпускного патрубка (8) для биогаза отключаемого ферментера (2),e) соединяют выпускной патрубок (8) для биогаза отключаемого ферментера (2) с первым трубопроводом (14) для смеси биогаза с отработавшим газом и при достижении регистрируемой первым чувствительным элементом (32) верхнего предельного значения концентрации метана подают смесь биогаза с отработавшим газом в трубу (20) для отвода биогаза до тех пор, пока зарегистрированное значение концентрации метана не опустится до нижнего предельного значения,f) отсоединяют трубопровод (26) для отработавшего газа от впускного патрубка (24) для продувочного газа отключаемого ферментера (2),g) соединяют трубопровод (28) для свежего воздуха с впускным патрубком (24) для продувочного газа отключаемого ферментера (2) и подают свежий воздух в отключаемый ферментер (2) до тех пор,пока регистрируемая вторым чувствительным элементом (34) концентрация двуокиси углерода не опустится до верхнего предельного значения, иh) открывают отверстие для загрузки/выгрузки (4) отключенного ферментера (2). 11. Способ по п.10, отличающийся тем, что между этапом d) и этапом е) выполняют следующие этапы:d1) соединяют выпускной патрубок (8) для биогаза отключаемого ферментера (2) со вторым трубопроводом (16) для смеси биогаза с отработавшим газом и подают смесь биогаза с отработавшим газом на факел (22) для отработавшего газа до тех пор, пока регистрируемая первым чувствительным элементом(32) концентрация метана не опустится до среднего предельного значения, находящегося между верхним и нижним предельными значениями, иd2) отсоединяют выпускной патрубок (8) для биогаза отключаемого ферментера (2) от второго трубопровода (16) для смеси биогаза с отработавшим газом. 12. Способ по п.10 или 11 отличается дополнительно следующими этапами:i) соединяют трубопровод (28) для свежего воздуха с впускным патрубком (24) для продувочного газа и/или выпускным патрубком (8) для биогаза иj) подают свежий воздух в отключенный ферментер (2) через отверстие для загрузки/выгрузки (4) путем отсасывания воздуха через впускной патрубок (24) для продувочного газа и/или выпускной патрубок (8) для биогаза во время выгрузки и загрузки отключенного ферментера (2). 13. Способ по п.12, отличающийся тем, что на этапе j) с помощью управляющего устройства (30) контролируют объемный поток смеси воздуха с биогазом и отработавшим газом, отсасываемой через впускной патрубок (24) для продувочного газа и/или выпускной патрубок (8) для биогаза. 14. Способ пуска загруженного свежей биомассой ферментера (2) по одному из предыдущих пп.1-9,включающий следующие этапы:b) соединяют выпускной патрубок (8) для биогаза с первым трубопроводом (14) для смеси биогаза с отработавшим газом,c) соединяют трубопровод (26) для отработавшего газа с впускным патрубком (24) для продувочного газа запускаемого ферментера (2) и подают отработавший газ в запускаемый ферментер (2) до тех пор,пока регистрируемая вторым чувствительным элементом (34) концентрация двуокиси углерода не достигнет нижнего предельного значения,d) отсоединяют трубопровод (26) для отработавшего газа от впускного патрубка (24) для продувочного газа,e) отсоединяют первый трубопровод (14) для смеси биогаза с отработавшим газом от выпускного патрубка (8) для биогаза,f) соединяют трубопровод (12) для биогаза с выпускным патрубком (8) для биогаза. 15. Способ по п.14, отличающийся тем, что этап f) выполняют, когда регистрируемая первым или четвертым чувствительным элементом (32, 50) концентрация метана превысит четвертое предельное значение. 16. Способ по п.15, отличающийся тем, что четвертое предельное значение концентрации метана соответствует верхнему предельному значению концентрации метана. 17. Способ по одному из пп.10-16, отличающийся тем, что трубопровод (26) отработавшего газа соединяют с выхлопной трубой двигателя внутреннего сгорания. 18. Способ по одному из пп.10-16, отличающийся тем, что трубопровод (26) отработавшего газа соединяют с выхлопом производящего отработавший газ, содержащий двуокись углерода, газоподготовительного устройства. 19. Способ по одному из пп.10-16, отличающийся тем, что трубопровод (26) отработавшего газа соединяют с выхлопом топливного элемента.

МПК / Метки

МПК: C12M 1/107

Метки: биомассы, установка, также, биогазовой, способ, производства, эксплуатации, биогаза, установки, биогазовая

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/17-13985-biogazovaya-ustanovka-dlya-proizvodstva-biogaza-iz-biomassy-a-takzhe-sposob-ekspluatacii-biogazovojj-ustanovki.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Биогазовая установка для производства биогаза из биомассы, а также способ эксплуатации биогазовой установки</a>

Похожие патенты