Комбинированная установка для получения биогаза и компоста и способ переключения ферментера в такой установке между производством биогаза и компоста

Номер патента: 15484

Опубликовано: 31.08.2011

Автор: Лутц Петер

Есть еще 13 страниц.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Комбинированная установка для получения биогаза и компоста, включающая

по меньшей мере один ферментер (2), работающий в соответствии с принципом сухой ферментации для производства биогаза в порционном режиме и включающий выход (8) для биогаза и по меньшей мере один вход (24, 25) для продувочного газа;

линию (12) для биогаза, предназначенную для соединения с выходом (8) для биогаза;

линию (26) для отходящего газа, с помощью которой отходящий газ, содержащий диоксид углерода, можно подавать по меньшей мере к одному входу (24, 25) для продувочного газа;

трубу (20) для отходящего газа, предназначенную для соединения с выходом (8) для биогаза через первую линию (14) для биогаза и отходящего газа;

факел (22) отходящего газа, предназначенный для соединения с выходом (8) для биогаза через вторую линию (16) для биогаза и отходящего газа;

линию (28) для свежего воздуха, предназначенную для соединения по меньшей мере с одним входом (24, 25) для продувочного газа;

управляющее средство (30) для соединения выхода (8) для биогаза с линией (12) для биогаза или трубой (20) для биогаза и отходящего газа через первую линию (14) для биогаза и отходящего газа или с факелом (22) отходящего газа через вторую линию (16) для биогаза и отходящего газа или для соединения входа (24, 25) для продувочного газа с линией (26) для отходящего газа или с линией (28) для свежего воздуха; и

измерительное средство (32, 34), соединенное с управляющим средством (30) и включающее первый измерительный датчик (32) для измерения концентрации метана и второй измерительный датчик (34) для измерения концентрации диоксида углерода в газовой смеси, выходящей по меньшей мере из одного ферментера (2).

2. Комбинированная установка по п.1, отличающаяся тем, что измерительное средство (32, 34) расположено в выходе (8) для биогаза.

3. Комбинированная установка по любому из пп.1 или 2, отличающаяся тем, что предусмотрено несколько ферментеров (2-i), выходы (8-i) которых открыты в линию (12) для биогаза, и что первый измерительный датчик для измерения концентрации метана расположен в общей линии для биогаза.

4. Комбинированная установка по п.3, отличающаяся тем, что выходы (8-i) предназначены для избирательного соединения с трубой (20) для отходящего газа или факелом (22) отходящего газа через общую линию (40) для биогаза и отходящего газа и что второй измерительный датчик для измерения концентрации диоксида углерода расположен в общей линии для биогаза и отходящего газа.

5. Комбинированная установка по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что линия (26) для отходящего газа подает отходящий газ из двигателя внутреннего сгорания.

6. Комбинированная установка по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что линия (12) для биогаза создает соединение с использующим биогаз средством, создающим отходящий газ, содержащий диоксид углерода.

7. Комбинированная установка по п.5, отличающаяся тем, что использующее биогаз средство включает блочную тепловую электростанцию (18).

8. Комбинированная установка по п.5, отличающаяся тем, что использующее биогаз средство включает топливный элемент.

9. Комбинированная установка по п.5, отличающаяся тем, что использующее биогаз средство включает обрабатывающее газ средство (44).

10. Комбинированная установка по любому из пп.1-9, отличающаяся тем, что первый вход (24) для продувочного газа открыт в ферментер (2) в зоне над биомассой (6).

11. Комбинированная установка по любому из пп.1-10, отличающаяся тем, что ферментер содержит плиту пола и что предусмотрены проходы (52) для продувочного газа в плите пола ферментера (2), соединенные со вторым входом (25) для продувочного газа.

12. Комбинированная установка по п.11, отличающаяся тем, что проходы (52) для продувочного газа выполнены с возможностью выпуска жидкостей, просачивающихся из биомассы во время производства биогаза.

13. Способ переключения ферментера в комбинированной установке по любому из пп.1-12 между производством биогаза и компостированием, при этом способ включает стадии:

a) соединения выхода (8) для биогаза и линии (12) для биогаза;

b) соединения линии (26) для отходящего газа по меньшей мере с одним входом (24, 25) для продувочного газа ферментера (2), подлежащего переключению;

c) продувки ферментера (2), подлежащего переключению, отходящим газом из линии (26) для отходящего газа, пока концентрация метана, измеренная с помощью первого измерительного датчика (32), не упадет до верхнего предела;

d) отсоединения линии (12) для биогаза от выхода (8) для биогаза ферментера (2), подлежащего переключению;

e) соединения выхода (8) для биогаза ферментера (2), подлежащего переключению, с первой линией (14) для биогаза и отходящего газа и подачи смеси отходящего газа и биогаза в трубу (20) для биогаза и отходящего газа, пока концентрация метана, измеренная с помощью первого измерительного датчика (32), не упадет до нижнего предела;

f) отсоединения линии (26) для отходящего газа от входа (24, 25) для отходящего газа ферментера (2), подлежащего переключению;

g) соединения линии (28) свежего воздуха с входом (24, 25) для продувочного газа ферментера (2), подлежащего переключению, и подачи свежего воздуха в ферментер (2), подлежащий переключению, пока концентрация диоксида углерода, измеренная с помощью второго измерительного датчика (34), не упадет до первого предела; и

h) компостирования израсходованной биомассы внутри ферментера (2).

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что между стадией d) и стадией е) выполняют следующие стадии способа:

d1) соединение выхода (8) для биогаза ферментера (2), подлежащего переключению, со второй линией (16) для биогаза и отходящего газа и подачи смеси отходящего газа и биогаза в факел (22) отходящего газа, пока концентрация метана, измеренная с помощью первого измерительного датчика (32), не упадет до среднего предела, который расположен между верхним и нижним пределами; и

d2) отсоединения выхода (8) для биогаза ферментера (2), подлежащего переключению, от второй линии (16) для биогаза и отходящего газа.

15. Способ по любому из пп.13 или 14, отличающийся тем, что свежий воздух, подаваемый через линию (28) для свежего воздуха, предварительно нагревают.

16. Способ по любому из пп.13-15, отличающийся тем, что процессом компостирования управляют с помощью количества подаваемого свежего воздуха.

17. Способ по любому из пп.13-16, отличающийся тем, что газовую смесь, выпускаемую из ферментера (2), фильтруют.

18. Способ запуска ферментера (2) по любому из пп.1-13, который загружен свежей биомассой, при этом способ содержит следующие стадии:

a) закрывание загрузочного и разгрузочного отверстия (4);

b) соединение выхода (8) для биогаза с первой линией (14) для биогаза и отходящего газа;

c) соединение линии (26) для отходящего газа с входом (24, 25) для продувочного газа ферментера (2), подлежащего запуску, и подачи отходящего газа в ферментер (2), подлежащий запуску, пока концентрация диоксида углерода, измеренная с помощью второго измерительного датчика (34), не достигнет второго предела;

d) отсоединение линии (26) для отходящего газа от входа (24, 25) для продувочного газа;

e) отсоединение первой линии (14) для биогаза и отходящего газа от выхода (8) для биогаза;

f) соединение линии (12) для биогаза с выходом (8) для биогаза.

19. Способ по п.18, отличающийся тем, что стадию f) способа выполняют, когда концентрация метана, измеренная с помощью первого или четвертого измерительного датчика (32, 50), превышает четвертый предел.

20. Способ по п.19, отличающийся тем, что четвертый предел концентрации метана равен верхнему пределу концентрации метана.

21. Способ по любому из пп.13-20, отличающийся тем, что линия (26) для отходящего газа соединена с выпуском двигателя внутреннего сгорания.

22. Способ по любому из пп.13-20, отличающийся тем, что линия (26) для отходящего газа соединена с выпуском (48) обрабатывающего биогаз средства (44), которое создает отходящий газ, содержащий диоксид углерода.

23. Способ по любому из пп.13-20, отличающийся тем, что линия (26) для отходящего газа соединена с выпуском топливного элемента.

Рисунок 1


Текст

Смотреть все

Дата публикации и выдачи патента Номер заявки КОМБИНИРОВАННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БИОГАЗА И КОМПОСТА И СПОСОБ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ФЕРМЕНТЕРА В ТАКОЙ УСТАНОВКЕ МЕЖДУ ПРОИЗВОДСТВОМ БИОГАЗА И КОМПОСТА Предложенная комбинированная установка для получения биогаза и компоста включает по меньшей мере один ферментер (2), работающий в соответствии с принципом сухой ферментации для производства биогаза в порционном режиме и включающий выход (8) для биогаза и по меньшей мере один вход (24) для продувочного газа, линию (12) для биогаза, предназначенную для соединения с выходом (8) для биогаза, линию (26) для отходящего газа, с помощью которой отходящий газ, содержащий диоксид углерода, можно подавать по меньшей мере к одному входу(24) для продувочного газа; трубу (20) для отходящего газа, предназначенную для соединения с выходом (8) для биогаза через первую линию (14) для биогаза и отходящего газа, факел (22) отходящего газа, предназначенный для соединения с выходом (8) для биогаза через вторую линию (16) для биогаза и отходящего газа, линию (28) для свежего воздуха, предназначенную для соединения по меньшей мере с одним входом (24) для продувочного газа, управляющее средство(30) для соединения выхода (8) для биогаза с линией (12) для биогаза или трубой (20) для биогаза и отходящего газа через первую линию (14) для биогаза и отходящего газа или с факелом (22) отходящего газа через вторую линию (16) для биогаза и отходящего газа и для соединения входа (24,25) для продувочного газа с линией (26) для отходящего газа или с линией (28) для свежего воздуха; и измерительное средство (32, 34), соединенное с управляющим средством (30) и включающее первый измерительный датчик (32) для измерения концентрации метана и второй измерительный датчик (34) для измерения концентрации диоксида углерода в газовой смеси, выходящей по меньшей мере из одного ферментера (2).(71)(73) Заявитель и патентовладелец: БИКОН ЭНЕРДЖИ ТЕКНОЛОДЖИЗ ГМБХ УНД КО. КГ (DE) 015484 Изобретение относится к комбинированной установке для получения биогаза и компоста из биомассы, включающей по меньшей мере один ферментер, работающий в соответствии с принципом сухой ферментации, согласно п.1 формулы изобретения, и к способу переключения ферментера в такой установке между производством биогаза и компоста, согласно п.13 формулы изобретения. Так называемая "сухая ферментация" обеспечивает возможность преобразования текучей биомассы из сельского хозяйства, из биологических отходов и из коммунальных культивируемых зон в метан без необходимости преобразования материалов в жидкое вещество, которое можно перекачивать. Биомассы,имеющие содержание сухого вещества до 50%, можно подвергать ферментации. Описание такого способа сухой ферментации приведено, например, в ЕР 0934998. В случае "сухой" ферментации материал, подлежащий ферментации, не размешивают в жидкую фазу, как в случае, например, жидкой ферментации органических отходов. Вместо этого субстрат для ферментации, который вводят в ферментер, все время удерживают влажным посредством отвода просачивающейся жидкости со дна ферментера и разбрызгивания ее снова на биомассу. Это приводит к оптимальным условиям жизни бактерий. Во время рециркуляции просачивающейся жидкости можно дополнительно регулировать температуру и можно добавлять добавки для оптимизации процесса. Из WO 02/06439 известен биореактор или ферментер, имеющий форму предварительно собранного гаража, который работает в соответствии с принципом сухой ферментации в так называемом порционном режиме. В этом случае после затравливания уже ферментированным материалом, ферментер заполняют субстратом для ферментации с помощью тракторной лопаты. Контейнер для ферментации выполнен в виде гаража и закрыт газонепроницаемой дверью. Биомассу подвергают ферментации при исключении воздуха, без дополнительного тщательного перемешивания во время процесса и без подачи дополнительного материала. Жидкость, которая просачивается из ферментируемого материала, отводят через дренажную канаву, временно хранят в баке и разбрызгивают снова над субстратом для ферментации для его увлажнения. Процесс ферментации происходит в диапазоне мезофильных температур между 34 и 37 С, при этом выравнивание температуры выполняют с помощью нагревания пола и нагревания стенок. Получаемый биогаз можно использовать для получения электричества и тепла в блочной тепловой электростанции. Для обеспечения постоянно достаточного количества биогаза для блочной тепловой электростанции работают несколько контейнеров ферментации со сдвигом по времени в установке сухой ферментации. По окончании времени пребывания ферментер полностью опустошают, а затем снова заполняют. Затем ферментированный субстрат подают на компостирование для получения органического удобрения, сравнимого с обычным компостом. Такие ферментеры для получения биогаза в соответствии с принципом сухой ферментации также известны из DE 20319847 U1 и из ЕР 1681274 А 2. Из DE 3438057 известно производство компоста из использованной или ферментированной биомассы из установки для получения биогаза. Порционный режим работы делает необходимым закрывание время от времени отдельных ферментеров, т.е. после полного анаэробного преобразования находящейся в ферментере биомассы; другими словами, необходимо останавливать производство биогаза, удалять ферментированную биомассу из соответствующего ферментера, вводить свежую биомассу в ферментер и возобновлять производство биогаза. Это связано с недостатком, заключающимся в том, что необходимо по соображениям безопасности исключать возможность образования взрывоопасной смеси биогаза и воздуха во время загрузки и разгрузки отдельных ферментеров. Для этого из ЕР 1301583 В известно заполнение ферментера во время его работы отходящим газом,содержащим диоксид углерода, из блочной тепловой электростанции, которая работает на биогазе, в случае опасности взрыва, т.е. если в ферментер попадает воздух. Затем ферментированную биомассу можно безопасно удалять и подавать в установку для получения компоста. Поэтому задачей данного изобретения является дальнейшее усовершенствование установки для получения биогаза, известной из ЕР 1301583, с целью упрощения последующего получения компоста из израсходованной биомассы. Эта задача решена с помощью признаков пп.1 и 13 формулы изобретения. За счет того, что израсходованная биомасса компостируется вферментере посредством переключения с анаэробной ферментации на аэробное компостирование, отпадает необходимость перевода израсходованной биомассы в отдельный контейнер для компостирования. Комбинированная установка согласно п.1 формулы изобретения включает необходимые компоненты для обеспечения безопасного переключения, закрывания и разгрузки, а также безопасный запуск ферментера. Ферментер согласно изобретению выполнен так, что весь процесс ферментации, который состоит из анаэробной ферментации и аэробного компостирования, может происходить внутри него, прежде чем становится необходимо удалять израсходованную биомассу и снова загружать ферментер свежей биомассой. Согласно предпочтительному аспекту изобретения в соответствии с п.10 формулы изобретения первый вход продувочного газа открыт в ферментер в зоне над биомассой. Согласно предпочтительному аспекту изобретения в соответствии с п.11 формулы изобретения ферментер содержит плиту пола, имеющую предусмотренные в ней проходы для продувочного газа, ко-1 015484 торые соединены со вторым входом для продувочного газа. Согласно предпочтительному аспекту изобретения в соответствии с п.12 формулы изобретения проходы для продувочного газа выполнены с возможностью отвода жидкостей, просачивающихся из биомассы во время производства биомассы. В соответствии с п.13 формулы изобретения получение и обработку биогаза поддерживают возможно дольше, даже когда процесс ферментации закончен, посредством продувки отходящим газом,содержащим диоксид углерода, т.е. смесью биогаза и отходящего газа, ферментера и продолжают поставлять потребителю биогаз, пока качество этой смеси не падает ниже заданной степени, лишь затем ферментер переключают на компостирование содержащейся в нем биомассы. Лишь когда концентрация метана в выходном биогазе падает ниже верхнего предела, линию, проводящую биогаз к потребителю биогаза, отсоединяют от выхода для биогаза. После этого смесь биогаза и отходящего газа, содержащую лишь небольшое количество метана, выпускают через трубу для отходящего газа. Это выполняют, пока концентрация метана не упадет до нижнего предела, при котором метан, по существу, больше не содержится в смеси биогаза и отходящего газа. После этого ферментер продувают не отходящим газом, содержащим диоксид углерода, а свежим воздухом и выпуск смеси отходящего газа, биогаза и свежего воздуха продолжают, пока концентрация диоксида углерода в смеси отходящего газа, биогаза и свежего воздуха не упадет до первого предела. Лишь затем ферментер переключают на компостирование. После завершения процесса компостирования ферментер можно открывать для разгрузки израсходованной биомассы и загрузки ферментера снова свежей биомассой. В результате выполняемого после ферментации компостирования можно открывать ферментер для его разгрузки и повторной загрузки без какойлибо опасности. Согласно предпочтительному аспекту изобретения в соответствии с п.14 формулы изобретения смесь биогаза и отходящего газа не выбрасывают через трубу в окружение для отходящего газа, когда достигается верхний предел концентрации метана, а подают в факел отходящего газа и сжигают в нем. Не обязательно в факел отходящего газа можно подавать дополнительное топливо, так чтобы в любом случае происходило сгорание. Сжигание смеси биогаза и отходящего газа выполняют, пока концентрация метана в смеси биогаза и отходящего газа не станет меньше среднего предела, который расположен между верхним и нижним пределами. Согласно предпочтительному аспекту изобретения в соответствии с пп.15 и 16 формулы изобретения процессом компостирования управляют посредством регулирования количества и/или температуры свежего воздуха, подаваемого по линии для свежего воздуха, с целью получения оптимальной технологической среды. Согласно предпочтительному аспекту изобретения в соответствии с п.17 формулы изобретения газовую смесь, выпускаемую из ферментера, подвергают фильтрации. В результате фильтрации удаляются в возможно максимальной мере вещества, возможно нежелательные для потребителя, которые могут приводить, например, к закупориванию клапанов. Согласно предпочтительному аспекту изобретения в соответствии с пп.18 и 19 формулы изобретения надежно предотвращают образование взрывной смеси биогаза и воздуха во время запуска ферментера. Ферментер, который снова запускают, соединяют с линией биогаза при четвертом пределе концентрации метана, который равен верхнему пределу, согласно п. 20 формулы изобретения. Отходящий газ для промывки ферментера поставляют, например, с помощью внешнего двигателя внутреннего сгорания согласно п.21 формулы изобретения. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения в соответствии с п.22 формулы изобретения отходящий газ, содержащий диоксид углерода, подают из средства обработки биогаза, расположенного по потоку ниже по меньшей мере одного ферментера. Остальные зависимые пункты формулы изобретения относятся к предпочтительным аспектам изобретения. Другие подробности, признаки и преимущества изобретения следуют из приведенного ниже описания типичных вариантов осуществления со ссылками на чертежи, на которых изображено: на фиг. 1-7 - схемы различных рабочих стадий во время завершения процесса ферментации в ферментере комбинированной установки и во время (повторного) запуска ферментера согласно первому варианту осуществления изобретения; на фиг. 8 - схема второго варианта осуществления изобретения, включающего ферментер; на фиг. 9-15 - схемы различных рабочих стадий комбинированной установки, включающей три ферментера, во время завершения процесса ферментации в ферментере комбинированной установки и во время (повторного) запуска ферментера; на фиг. 16 - схема в соответствии с фиг. 1 третьего варианта осуществления изобретения, включающего подачу отходящего газа и свежего воздуха соответственно из плиты пола ферментера; на фиг. 17 А - вид сверху плиты пола ферментера, имеющей проходы для продувочного газа, в соответствии с вариантом осуществления согласно фиг. 16; на фиг. 17 В - разрез по линии В-В на фиг. 17 а с поперечным проходом и проходами для продувочного газа и-2 015484 на фиг. 17 С - разрез по линии С-С на фиг. 17 а с проходами для продувочного газа. На фиг. 1-7 показан первый вариант осуществления комбинированной установки согласно данному изобретению, включающей единственный ферментер 2. Ферментер 2 имеет форму прямоугольного параллелепипеда и выполнен приблизительно в виде предварительно смонтированного гаража. Ферментер 2 можно заполнять биомассой 6 и снова опустошать с помощью тракторной лопаты через загрузочное и разгрузочное отверстие 4, которое проходит по одной из торцевых поверхностей кубовидного ферментера 2. Подробности конструкции ферментера 2 указаны в WO 02/06439. Кроме того, ферментер 2 включает выход 8 для биогаза, предназначенный для соединения через клапаны 10 с линией 12 для биогаза, первой линией 14 для биогаза и отходящего газа и второй линией 16 для биогаза и отходящего газа. Линия 12 для биогаза ведет к блочной тепловой электростанции 18, образующей средство использования биогаза. Первая линия 14 для биогаза и отходящего газа ведет к трубе 20 для биогаза и отходящего газа. Вторая линия 16 для биогаза и отходящего газа ведет к факелу 22 отходящего газа. Кроме того, ферментер 2 включает вход 24 для продувочного газа, предназначенный для соединения через клапаны 10 с линией 26 для отходящего газа или линией 28 для свежего воздуха. Вентилятор 27 для отходящего газа расположен в линии 26 для отходящего газа и его можно использовать для нагнетания отходящего газа в ферментер 2. Вентилятор 29 для всасывания свежего воздуха из окружения расположен в линии 28 для свежего воздуха. Отходящий газ, содержащий диоксид углерода, проходит в ферментер 2 в качестве продувочного газа через линию 26 для отходящего газа, и свежий воздух проходит в ферментер 2 через линию 28 для свежего воздуха. Клапаны 10 соединены с управляющим средством 30 и открываются или закрываются с помощью управляющего средства 30. Управляющее средство 30 соединено также с первым измерительным датчиком 32, который расположен в выходе 8 для биогаза и измеряет концентрацию метана в соответствующей газовой смеси. Кроме того, управляющее средство 30 соединено со вторым измерительным датчиком 34, который также расположен в выходе 8 для биогаза и измеряет концентрацию диоксида углерода в соответствующей газовой смеси. Управляющее средство 30 также соединено с третьим измерительным датчиком 36, который расположен в выходе 8 для биогаза и измеряет объемный поток на выходе для биогаза. Как вариант, удаление газа из ферментера 2 может поддерживаться вентилятором 38, который расположен в выходе для биогаза. На фиг. 1-7 показаны различные фазы завершения процесса ферментации внутри ферментера 2 и запуска ферментера 2, при этом активные линии и положения компонентов изображены сплошными линиями, в то время как линии и положения компонентов, которые не являются активными или отключены, изображены штриховыми линиями. Согласно изобретению аэробное преобразование биомассы следует непосредственно после процесса ферментации в том же ферментере посредством подходящего переключения ферментера на компостирование перед открыванием ферментера, разгрузки, повторной загрузки и повторного запуска. На фиг. 1 показана первая фаза завершения процесса ферментации внутри ферментера 2, в которой содержащий диоксид углерода продувочный газ нагнетают внутрь ферментера 2 через линию 26 для отходящего газа и вход 24 для продувочного газа. Выход 8 для биогаза все еще соединен с линией 12 для биогаза, так что смесь биогаза и отходящего газа продолжает проходить в блочную тепловую электростанцию 18. Лишь когда концентрация метана, измеренная с помощью первого измерительного датчика 32 на выходе 8 для биогаза, падает ниже верхнего предела, то клапан 10 в линии 12 для биогаза закрывается с помощью управляющего средства 30 и клапан 10 во второй линии 16 для биогаза и отходящего газа открывается во второй фазе, как показано на фиг. 2. Во второй фазе завершения процесса ферментации в ферментере 2 смесь биогаза и отходящего газа сжигают в факеле 22 отходящего газа. Как вариант, этот процесс сжигания можно поддерживать посредством добавления дополнительного топлива. Когда концентрация метана, измеренная с помощью первого измерительного датчика 32 в выходе 8 для биогаза, падает ниже среднего предела, то клапан 10 во второй линии 16 для биогаза и отходящего газа закрывается с помощью управляющего средства 30, и клапан 10 в первой линии 14 для биогаза и отходящего газа открывается в третьей фазе, как показано на фиг. 3. В этой третьей фазе завершения процесса ферментации внутри ферментера 2, смесь биогаза и отходящего газа выбрасывается в окружение через трубу 20 для отходящего газа. Когда концентрация метана, измеренная с помощью первого измерительного датчика 32 в выходе 8 для биогаза, падает ниже нижнего предела, то клапан 10 в линии 26 для отходящего газа закрывается и клапан 10 в линии 28 для свежего воздуха открывается в четвертой фазе, как показано на фиг. 4. В этой четвертой фазе завершения процесса ферментации внутри ферментера 2 свежий воздух нагнетают в ферментер 2 через линию 28 для свежего воздуха и вход 24 для продувочного газа. Смесь отходящего газа и воздуха продолжают выбрасывать в окружение через выход 8 для биогаза и первую линию 14 биогаза и отходящего газа в трубу 20 для отходящего газа. Когда концентрация диоксида углерода, измеренная с помощью второго измерительного датчика 34 в выходе 8 для биогаза, падает ниже первого предела, то ферментер переключают на управление аэробным процессом, так что ферментированная биомасса, имеющаяся во все еще закрытом ферментере, под-3 015484 вергается компостированию. В конце компостирования клапан 10 в линии 28 для свежего воздуха закрывается с помощью управляющего средства 30 и открывается отверстие 4 для загрузки и разгрузки, как показано на фиг. 5. После загрузки ферментера 2 снова свежей биомассой отверстие 4 для загрузки и разгрузки закрывается, сохраняется соединение между выходом 8 для биогаза и трубой 20 для отходящего газа через первую линию 14 для биогаза и отходящего газа, и с помощью управляющего средства 30 открывается клапан 10 в линии 26 для отходящего газа, так что отходящий газ, содержащий диоксид углерода, нагнетается в ферментер 2, как показано на фиг. 6. Это продолжается, пока концентрация диоксида углерода на выходе 8 для биогаза, измеряемая с помощью второго измерительного датчика 34, не достигнет или превысит второй предел. Когда достигается второй предел для концентрации диоксида углерода, то с помощью управляющего средства 30 закрывается клапан 10 в линии 26 для отходящего газа и в первой линии 14 для биогаза и отходящего газа и открывается клапан 10 в линии 12 для биогаза, как показано на фиг. 7. Таким образом,снова достигается фаза производства биогаза, и биогаз, полученный в ферментере 2, подается в блочную тепловую электростанцию 18 через линию 12 для биогаза. В указанном выше варианте осуществления все измерительные датчики 32, 34, 36 расположены в выходе 8 для биогаза. Согласно второму варианту осуществления данного изобретения второй и третий измерительные датчики 34, 36 могут быть, в качестве альтернативного решения, расположены также в первой и второй линии 14, 16 для биогаза и отходящего газа соответственно. На фиг. 8 показан альтернативный аспект изобретения, который отличается от показанного на фиг. 1-7 варианта осуществления тем,что первая и вторая линии 14, 16 для биогаза и отходящего газа объединены с образованием общей линии 40 для биогаза и отходящего газа перед их раскрывом в выход 8 для биогаза. Второй измерительный датчик для измерения концентрации диоксида углерода расположен в общей линии 40 для биогаза и отходящего газа и третий измерительный датчик 36 расположен в первой линии 14 для биогаза и отходящего газа. В остальном этот второй вариант осуществления изобретения соответствует первому варианту осуществления. Их работа также идентична. На фиг. 9-15 показан третий вариант осуществления комбинированной установки согласно данному изобретению, в котором предусмотрены три ферментера 2-1, 2-2 и 2-3 (обозначаемые в последующем ссылочной позицией "2-i"), работающие параллельно. Соответствующие друг другу компоненты обозначены одинаковыми ссылочными позициями. В комбинированной установке, показанной на фиг. 9, все три ферментера 2-i снабжены входом 24-1, 24-2 и 24-3 для продувочного газа соответственно, каждый из которых можно закрывать с помощью клапана 10. Три входа 24-i для продувочного газа объединены с образованием общего входа 42 для продувочного газа. Линия 26 для отходящего газа и линия 28 для свежего воздуха, каждую из которых можно закрывать с помощью клапана 10, открыты в общий вход 42 для продувочного газа. Три ферментера 2-i снабжены каждый соответствующим выходом 8-1, 8-2 и 8-3 для биогаза, предназначенными для закрывания с помощью соответствующего клапана 10. Первая линия 14 для биогаза и отходящего газа к трубе 20 для отходящего газа и вторая линия 16 для биогаза и отходящего газа к факелу 22 отходящего газа объединены с образованием общей линии 40 для биогаза и отходящего газа,имеющей расположенный в ней вентилятор 38. По потоку за вентилятором 38 общая линия 40 для биогаза и отходящего газа разделяется на первый, второй и третий элементы 40-1, 40-2 и 40-3 линии для биогаза и отходящего газа. Первый элемент 40-1 линии для биогаза и отходящего газа открывается в первый выход 8-1 для биогаза между клапаном 10 и первым ферментером 2-1. Второй элемент 40-2 линии для биогаза и отходящего газа открывается во второй выход 8-1 для биогаза между клапаном 10 и вторым ферментером 2-2. Третий элемент 40-3 линии для биогаза и отходящего газа открывается в третий выход 8-3 для биогаза между клапаном 10 и третьим ферментером 2-3. Элементы 40-1, 40-2 и 40-3 линии для биогаза и отходящего газа можно закрывать каждый с помощью соответствующего клапана 10. Три выхода 8-1, 8-2 и 8-3 для биогаза открыты в общую линию 12 для биогаза, которая ведет к блочной тепловой электростанции 18. Линия 44 для отработавших газов из блочной тепловой электростанции 18 открыта во вторую трубу 46 для отходящего газа. Линия 26 для отходящего газа соединена через трехходовой клапан 48 с линией 44 для отработавших газов, т.е. отходящий газ, содержащий диоксид углерода,который возникает в блочной тепловой электростанции 18, используется для продувки ферментера 2-i,процесс ферментации которого подлежит завершению и который необходимо переключать на процесс компостирования. Трехходовой клапан позволяет регулировать объемный поток отходящего газа, который направляется через линию 26 для отходящего газа для продувки ферментера 2-i, а также количество отходящего газа, которое выбрасывается в окружение через вторую трубу 46 для отходящего газа. Первый измерительный датчик 32 для измерения концентрации метана расположен в общей линии 12 для биогаза. Второй измерительный датчик 34 для измерения концентрации диоксида углерода, третий измерительный датчик 36 для измерения объемного потока и четвертый измерительный датчик 50 для измерения концентрации метана расположены в общей линии 40 для биогаза и отходящего газа по потоку за вентилятором 38 в направлении потока. Четыре измерительных датчика 32, 34, 36 и 50 соединены с управляющим средством 30. Различные клапаны 10 также соединены с управляющим средством.-4 015484 Для ясности эти линии управления не показаны на фиг. 9-15. На фиг. 9-15 показано завершение процесса ферментации внутри ферментера 2-2 и повторный запуск второго ферментера 2-2 после процесса компостирования, который тотчас следует за процессом ферментации и инициируется посредством переключения ферментера 2-2, при этом на фиг. 9-15 представлены те же фазы и рабочие состояния, что и на фиг. 1-7. Производство биогаза первого и третьего ферментеров 2-1 и 2-3 соответственно происходит непрерывно во время завершения процесса ферментации и процесса компостирования во втором ферментере 2-2 и во время повторного запуска второго ферментера 2-2. На фиг. 9 показана первая фаза завершения процесса ферментации внутри ферментера 2-2, в которой отходящий газ, содержащий диоксид углерода, из блочной тепловой электростанции 18 нагнетается внутрь ферментера 2-2 через трехходовой клапан 48 и линию 26 для отходящего газа, вентилятор 27 для отходящего газа и второй вход 24-2 для продувочного газа. Как и прежде, второй выход 8-2 для биогаза соединен с общей линией 12 для биогаза, так что смесь биогаза и отходящего газа продолжает подаваться в обрабатывающую газ установку 44. Лишь когда концентрация метана, измеренная с помощью первого измерительного датчика 32 в общей линии 26 для биогаза, падает ниже верхнего предела, то с помощью управляющего средства 30 закрывается клапан 10 во втором выходе 8-2 для биогаза и открывается клапан 10 во втором элементе 402 линии биогаза и отходящего газа и во второй линии 16 для биогаза и отходящего газа во второй фазе,как показано на фиг. 10. Во второй фазе завершения процесса ферментации внутри ферментера 2-2 смесь биогаза и отходящего газа сжигается в факеле 22 отходящего газа. Как вариант, для поддержки этого процесса сжигания добавляется дополнительное топливо. Когда концентрация метана, измеренная с помощью четвертого измерительного датчика 50 в общей линии 40 для биогаза и отходящего газа, падает ниже среднего предела, то с помощью управляющего средства 30 закрывается клапан 10 во второй линии 16 для биогаза и отходящего газа и открывается клапан 10 в первой линии 14 для биогаза и отходящего газа, как показано на фиг. 11. В этой третьей фазе завершения процесса ферментации внутри ферментера 2-2 смесь биогаза и отходящего газа выбрасывается в окружение через трубу 20 для отходящего газа. Когда концентрация метана, измеренная с помощью четвертого измерительного датчика 50 в общей линии 40 для биогаза и отходящего газа, падает ниже нижнего предела, то с помощью управляющего средства 30 закрывается клапан 10 в линии 26 для отходящего газа, подходящим образом переключается трехходовой клапан 48 и открывается клапан 10 в линии 28 для свежего воздуха в четвертой фазе, как показано на фиг. 12. В этой четвертой фазе завершения процесса ферментации в ферментере 2-2 свежий воздух нагнетается в ферментер 2-2 с помощью вентилятора 29 свежего воздуха через линию 28 для свежего воздуха и вход 24 для продувочного газа. Смесь отходящего газа и воздуха продолжает выбрасываться в окружение через второй выход 8-2 для биогаза, второй элемент 40-2 линии для биогаза и отходящего газа, общую линию 40 для биогаза и отходящего газа и первую линию 14 для биогаза и отходящего газа в трубу 20 для отходящего газа. Как вариант, это может поддерживаться вентилятором 38. Когда концентрация диоксида углерода, измеренная с помощью второго измерительного датчика 34 в общей линии 40 для биогаза, падает ниже первого предела, то ферментер 2-2 переключается на начало компостирования и клапан 10 в линии 28 для свежего воздуха закрывается с помощью управляющего средства 30. После завершения компостирования можно открывать ферментер 2-2, удалять израсходованную биомассу и загружать свежую биомассу. После повторной загрузки ферментера 2-2 свежей биомассой, отверстие для загрузки и разгрузки закрывают, при этом сохраняется соединение между вторым выходом 8-2 для биогаза и трубой 20 для отходящего газа через второй элемент 40-2 линии для биогаза и отходящего газа, общую линию для биогаза и отходящего газа и первую линию 14 для биогаза и отходящего газа, и с помощью управляющего средства 30 открывается клапан 10 в линии 26 для отходящего газа и переключается трехходовой клапан 48 в линии 44 для отработавших газов блочной тепловой электростанции 18, так что содержащий диоксид углерода отходящий газ нагнетается в ферментер 2, как показано на фиг. 14. Этот процесс продолжается, пока концентрация диоксида углерода, измеренная с помощью второго измерительного датчика 34 в общей линии 40 для биогаза и отходящего газа, не достигнет или превысит второго предела. Когда достигается этот второй предел для концентрации диоксида углерода, с помощью управляющего средства 30 закрывается клапан 10 в линии 26 для отходящего газа, переключается трехходовой клапан 38, закрывается клапан 10 во втором элементе 40 линии для биогаза и отходящего газа и открывается клапан 10 во втором выходе 8-2 для биогаза, как показано на фиг. 15. Таким образом, второй ферментер 2-2 еще раз достигает фазы производства биогаза, и полученный в ферментере 2-2 биогаз подается через линию 12 для биогаза в блочную тепловую электростанцию 18 обрабатывающей газ установки 44. Выход 8-2 для биогаза не соединяется с общей линией 12 для биогаза, пока концентрация метана,измеренная с помощью четвертого измерительного датчика 50, не достигнет четвертого предела. Четвертый предел совпадает с верхним пределом. От клапана 10 в линии 26 для отходящего газа можно отказаться, поскольку его функцию может также выполнять трехходовой клапан 48.-5 015484 Ниже приведены в качестве примера цифровые значения для различных пределов: Концентрация метана: верхний предел 30-50%; средний предел 10-20%; нижний предел 0-3%; четвертый предел 30-50%. Концентрация диоксида углерода: первый предел 0,5-2%; второй предел 5-15%. Объемный расход отходящего газа в линии 26 для отходящего газа составляет от 150 до 1000 м 3/ч в зависимости от размера ферментеров и количества доступного отходящего газа. Объемный расход свежего воздуха в линии 28 для свежего воздуха находится между 1000 и 5000 м 3/ч. На фиг. 16 показана в состоянии, соответствующем фиг. 1, комбинированная установка согласно четвертому варианту осуществления, который отличается от первого варианта осуществления согласно фиг. 1-7 тем, что продувочный газ, имеющий вид отходящего газа или свежего воздуха, подается в различных рабочих состояниях не только через первый вход 24 для продувочного газа в зону над биомассой 6, но дополнительно или в качестве альтернативного решения через второй вход 25 для продувочного газа в зоне плиты пола ферментера 2. Это приводит к надежному выдуванию наружу также биогаза, присутствующего внутри биомассы 6. Кроме того, это приводит к дополнительному уменьшению утечки метана во время загрузки и разгрузки ферментера. На фиг. 17 А показана на виде сверху плита пола ферментера 2 в варианте осуществления согласно фиг. 16. Проходы 52 для продувочного газа, покрытые проницаемой для жидкости и газа решеткой 54,предусмотрены в плите пола ферментера 2 в продольном направлении. Различные проходы 52 для продувочного газа, которые проходят параллельно, соединены друг с другом в одном или нескольких местах поперечными проходами 56, проходящими поперек продольного направления проходов 52 для продувочного газа. Второй вход 25 для продувочного газа открыт в эти поперечные проходы 56. На фиг. 17 В показан разрез по линии В-В на фиг. 17 поперечных проходов 56 и проходов 52 для продувочного газа. На фиг. 17 С показан разрез по линии С-С на фиг. 17 А проходов 52 для продувочного газа. В вариантах осуществления изобретения согласно фиг. 8 и 9-15 подачу продувочного газа можно также осуществлять через проходы 52 для продувочного газа в полу ферментера 2. В различных вариантах осуществления загрузочное и разгрузочное отверстие предусмотрено на правой стороне ферментера 2. Загрузочное и разгрузочное отверстие может быть предусмотрено также на противоположной стороне. Перечень ссылочных позиций 2 - ферментер,4 - загрузочное и разгрузочное отверстие,6 - биомасса,8 - выход для биогаза,10 - клапаны,12 - линия для биогаза,14 - первая линия для биогаза и отходящего газа,16 - вторая линия для биогаза и отходящего газа,18 - блочная тепловая электростанция,20 - труба для отходящего газа,22 - факел отходящего газа,24 - вход для продувочного газа,25 - второй вход для продувочного газа,26 - линия для отходящего газа,27 - вентилятор для отходящего газа,28 - линия для свежего воздуха,29 - вентилятор для свежего воздуха,30 - управляющее средство,32 - первый измерительный датчик (концентрации метана),34 - второй измерительный датчик (концентрации диоксида углерода),36 - третий измерительный датчик (объемного расхода),38 - вентилятор,40 - линия для биогаза и отходящего газа,40-1 - первый элемент линии для биогаза и отходящего газа,40-2 - второй элемент линии для биогаза и отходящего газа,40-3 - третий элемент линии для биогаза и отходящего газа,42 - общий вход для продувочного газа,44 - линия для отработавших газов,46 - вторая труба для отходящего газа,-6 015484 48 - трехходовой клапан,50 - четвертый измерительный датчик (концентрации метана),52 - проходы для продувочного газа,54 - покрывающая решетка,56 - поперечные проходы. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Комбинированная установка для получения биогаза и компоста, включающая по меньшей мере один ферментер (2), работающий в соответствии с принципом сухой ферментации для производства биогаза в порционном режиме и включающий выход (8) для биогаза и по меньшей мере один вход (24, 25) для продувочного газа; линию (12) для биогаза, предназначенную для соединения с выходом (8) для биогаза; линию (26) для отходящего газа, с помощью которой отходящий газ, содержащий диоксид углерода, можно подавать по меньшей мере к одному входу (24, 25) для продувочного газа; трубу (20) для отходящего газа, предназначенную для соединения с выходом (8) для биогаза через первую линию (14) для биогаза и отходящего газа; факел (22) отходящего газа, предназначенный для соединения с выходом (8) для биогаза через вторую линию (16) для биогаза и отходящего газа; линию (28) для свежего воздуха, предназначенную для соединения по меньшей мере с одним входом (24, 25) для продувочного газа; управляющее средство (30) для соединения выхода (8) для биогаза с линией (12) для биогаза или трубой (20) для биогаза и отходящего газа через первую линию (14) для биогаза и отходящего газа или с факелом (22) отходящего газа через вторую линию (16) для биогаза и отходящего газа или для соединения входа (24, 25) для продувочного газа с линией (26) для отходящего газа или с линией (28) для свежего воздуха; и измерительное средство (32, 34), соединенное с управляющим средством (30) и включающее первый измерительный датчик (32) для измерения концентрации метана и второй измерительный датчик(34) для измерения концентрации диоксида углерода в газовой смеси, выходящей по меньшей мере из одного ферментера (2). 2. Комбинированная установка по п.1, отличающаяся тем, что измерительное средство (32, 34) расположено в выходе (8) для биогаза. 3. Комбинированная установка по любому из пп.1 или 2, отличающаяся тем, что предусмотрено несколько ферментеров (2-i), выходы (8-i) которых открыты в линию (12) для биогаза, и что первый измерительный датчик для измерения концентрации метана расположен в общей линии для биогаза. 4. Комбинированная установка по п.3, отличающаяся тем, что выходы (8-i) предназначены для избирательного соединения с трубой (20) для отходящего газа или факелом (22) отходящего газа через общую линию (40) для биогаза и отходящего газа и что второй измерительный датчик для измерения концентрации диоксида углерода расположен в общей линии для биогаза и отходящего газа. 5. Комбинированная установка по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что линия (26) для отходящего газа подает отходящий газ из двигателя внутреннего сгорания. 6. Комбинированная установка по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что линия (12) для биогаза создает соединение с использующим биогаз средством, создающим отходящий газ, содержащий диоксид углерода. 7. Комбинированная установка по п.5, отличающаяся тем, что использующее биогаз средство включает блочную тепловую электростанцию (18). 8. Комбинированная установка по п.5, отличающаяся тем, что использующее биогаз средство включает топливный элемент. 9. Комбинированная установка по п.5, отличающаяся тем, что использующее биогаз средство включает обрабатывающее газ средство (44). 10. Комбинированная установка по любому из пп.1-9, отличающаяся тем, что первый вход (24) для продувочного газа открыт в ферментер (2) в зоне над биомассой (6). 11. Комбинированная установка по любому из пп.1-10, отличающаяся тем, что ферментер содержит плиту пола и что предусмотрены проходы (52) для продувочного газа в плите пола ферментера (2), соединенные со вторым входом (25) для продувочного газа. 12. Комбинированная установка по п.11, отличающаяся тем, что проходы (52) для продувочного газа выполнены с возможностью выпуска жидкостей, просачивающихся из биомассы во время производства биогаза. 13. Способ переключения ферментера в комбинированной установке по любому из пп.1-12 между производством биогаза и компостированием, при этом способ включает стадии:b) соединения линии (26) для отходящего газа по меньшей мере с одним входом (24, 25) для проду-7 015484 вочного газа ферментера (2), подлежащего переключению;c) продувки ферментера (2), подлежащего переключению, отходящим газом из линии (26) для отходящего газа, пока концентрация метана, измеренная с помощью первого измерительного датчика (32), не упадет до верхнего предела;d) отсоединения линии (12) для биогаза от выхода (8) для биогаза ферментера (2), подлежащего переключению;e) соединения выхода (8) для биогаза ферментера (2), подлежащего переключению, с первой линией(14) для биогаза и отходящего газа и подачи смеси отходящего газа и биогаза в трубу (20) для биогаза и отходящего газа, пока концентрация метана, измеренная с помощью первого измерительного датчика(32), не упадет до нижнего предела;f) отсоединения линии (26) для отходящего газа от входа (24, 25) для отходящего газа ферментераg) соединения линии (28) свежего воздуха с входом (24, 25) для продувочного газа ферментера (2),подлежащего переключению, и подачи свежего воздуха в ферментер (2), подлежащий переключению,пока концентрация диоксида углерода, измеренная с помощью второго измерительного датчика (34), не упадет до первого предела; иh) компостирования израсходованной биомассы внутри ферментера (2). 14. Способ по п.13, отличающийся тем, что между стадией d) и стадией е) выполняют следующие стадии способа:d1) соединение выхода (8) для биогаза ферментера (2), подлежащего переключению, со второй линией (16) для биогаза и отходящего газа и подачи смеси отходящего газа и биогаза в факел (22) отходящего газа, пока концентрация метана, измеренная с помощью первого измерительного датчика (32), не упадет до среднего предела, который расположен между верхним и нижним пределами; иd2) отсоединения выхода (8) для биогаза ферментера (2), подлежащего переключению, от второй линии (16) для биогаза и отходящего газа. 15. Способ по любому из пп.13 или 14, отличающийся тем, что свежий воздух, подаваемый через линию (28) для свежего воздуха, предварительно нагревают. 16. Способ по любому из пп.13-15, отличающийся тем, что процессом компостирования управляют с помощью количества подаваемого свежего воздуха. 17. Способ по любому из пп.13-16, отличающийся тем, что газовую смесь, выпускаемую из ферментера (2), фильтруют. 18. Способ запуска ферментера (2) по любому из пп.1-13, который загружен свежей биомассой, при этом способ содержит следующие стадии:c) соединение линии (26) для отходящего газа с входом (24, 25) для продувочного газа ферментера(2), подлежащего запуску, и подачи отходящего газа в ферментер (2), подлежащий запуску, пока концентрация диоксида углерода, измеренная с помощью второго измерительного датчика (34), не достигнет второго предела;d) отсоединение линии (26) для отходящего газа от входа (24, 25) для продувочного газа;e) отсоединение первой линии (14) для биогаза и отходящего газа от выхода (8) для биогаза;f) соединение линии (12) для биогаза с выходом (8) для биогаза. 19. Способ по п.18, отличающийся тем, что стадию f) способа выполняют, когда концентрация метана, измеренная с помощью первого или четвертого измерительного датчика (32, 50), превышает четвертый предел. 20. Способ по п.19, отличающийся тем, что четвертый предел концентрации метана равен верхнему пределу концентрации метана. 21. Способ по любому из пп.13-20, отличающийся тем, что линия (26) для отходящего газа соединена с выпуском двигателя внутреннего сгорания. 22. Способ по любому из пп.13-20, отличающийся тем, что линия (26) для отходящего газа соединена с выпуском (48) обрабатывающего биогаз средства (44), которое создает отходящий газ, содержащий диоксид углерода. 23. Способ по любому из пп.13-20, отличающийся тем, что линия (26) для отходящего газа соединена с выпуском топливного элемента.

МПК / Метки

МПК: C10L 3/06, C12M 1/00, C05F 17/00, C12M 1/107

Метки: между, компоста, ферментера, биогаза, установке, способ, переключения, установка, комбинированная, получения, производством

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/21-15484-kombinirovannaya-ustanovka-dlya-polucheniya-biogaza-i-komposta-i-sposob-pereklyucheniya-fermentera-v-takojj-ustanovke-mezhdu-proizvodstvom-biogaza-i-komposta.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Комбинированная установка для получения биогаза и компоста и способ переключения ферментера в такой установке между производством биогаза и компоста</a>

Похожие патенты