Биореактор

(51) 02 11/04 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Задача предлагаемого изобретения - повышение эффективности анаэробной переработки биомассы в биореакторе и снижение энергозатрат. Биореактор содержит корпус 1, газгольдер 2,гидрозатвор- теплообменник 3, топливный котел 4,технологические трубопроводы 5, разделительную перегородку 6,теплообменник 7,теплоизолирующий экран 8, камеры кислотного 9 и щелочного 10 брожения, загрузочную 11 и разгрузочную 12 камеры, входной 13 и выходной 14 патрубки,огнепреградительный затвор 15,газопровод 16, манометр 17, компрессор 18 и ресивер 19. Технический результат заключается в поэтапной переработке биомассы, создании различного теплового режима в камерах кислотного и щелочного брожения и уменьшении температуры субстрата и времени его экспозиции в камере кислотного брожения. 4. п. формулы, ил. 2.(72) Сеитбеков Лесбек Сеитбекович Барков Виктор Иванович Токмолдаев Аманжол Бектурсынович Аблинанов Ваит Аблитарович(73) Товарищество с ограниченной ответственностью Казахский научно исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства(56) Инновационный патент РК 21206, кл. 02 11/04, 15.05.2009(57) Изобретение относится к области биоконверсии отходов животноводства, в частности,к установкам для получения биогаза и органических удобрений и может найти применение в автономных системах газо- и энергообеспечения отдаленных фермерских хозяйств, животноводческих ферм и других агроформирований. 23450 Изобретение относится к области биоконверсии отходов животноводства, в частности, к установкам для получения биогаза и органических удобрений и может найти применение в автономных системах газо- и энергообеспечения отдаленных фермерских хозяйств, животноводческих ферм и других агроформирований. Известен метантенк для фермерских хозяйств(патент России 2050338, кл. 02 11/04),содержащий цилиндрический реактор с плавающим газгольдером, в верхней части которого установлен гидрозатвор. Недостатки метантенка низкая эксплуатационная надежность узлов и элементов обеспечивающих вращение мешалок. Причина недостатков - сложность конструкции,связанная с необходимостью обеспечения вращения газгольдера при его поднятии и передачи вращения лопастным мешалкам в нижней и верхней зонах реактора, химическая коррозия и забивание зазоров затвердевающими осадками субстрата. Известна установка для получения биогаза (А.с. СССР 1724607, кл. 02 11/04), которая имеет сферический реактор, выдерживатели, разделитель объема для поэтапной переработки субстрата и рекуператор для подогрева исходного навоза. Недостатки установки - высокие затраты на переработку биомассы и, как следствие, низкая эффективность. Причина недостатков - сложность конструкции и трудоемкость технического обслуживания. Известна биогазовая установка (прототип)(инновационный патент Казахстана 21206, кл. 0211/04) с реактором,совмещенным с плавающим газгольдером, мешалками, шнеками,перегородкой, разделяющей зоны кислотного и щелочного брожения, теплообменником, топливным котлом и огнепреградительным затвором. Недостатком прототипа является низкая эффективность и высокий расход тепловой энергии на нагрев реактора. Причина недостатков - отсутствие сплошной перегородки между камерами щелочного и кислотного брожения, одинаковые объемы камер и одинаковая температура в обеих камерах. Задача предлагаемого изобретения - повышение эффективности анаэробной переработки биомассы в биореакторе и снижение энергозатрат. Технический результат заключается в поэтапной переработке биомассы, создании различного теплового режима в камерах кислотного и щелочного брожения и уменьшении температуры субстрата и времени его экспозиции в камере кислотного брожения. Технический результат достигается за счет того,что в биореакторе установлена перегородка,разделяющая внутренний объем реактора на две неравные части, образующие камеры кислотного и щелочного брожения. Основной теплообменник расположен в камере щелочного брожения и теплоизолирован от камеры кислотного брожения. В качестве второго теплообменника используется гидрозатвор газгольдера. В камере кислотного 2 брожения поддерживается мезофильная температура (3035 С), а в камере щелочного брожения - термофильная (5055 С). На фиг. 1 показана схема биореактора, а на фиг. 2-поперечный разрез биореактора. Биореактор содержит корпус 1, газгольдер 2,гидрозатвор-теплообменник 3, топливный котел 4,технологические трубопроводы 5, разделительную перегородку 6,теплообменник 7,теплоизолирующий экран 8, камеры кислотного 9 и щелочного 10 брожения, загрузочную 11 и разгрузочную 12 камеры, входной 13 и выходной 14 патрубки,огнепрегродительный затвор 15,газопровод 16, манометр 17, компрессор 18 и ресивер 19. Биореактор работает следующим образом. Исходное сырье,разведенное водой и перемешанное, заливается в загрузочную камеру 11,откуда попадает через окно у днища в камеру кислотного брожения 9, где создается мезофильный режим брожения,который обеспечивает оптимальные условия для развития популяции микроорганизмов,обеспечивающих первую(кислотную) фазу процесса первичного разложения биомассы. Затем через окно в перегородке 6 биомасса подается в камеру щелочного брожения 10, где создается термофильный режим брожения,который обеспечивает оптимальные условия для второй (щелочной) фазы процесса - метаногенеза. Теплообменник 7 расположен в камере щелочного брожения 10,соединен технологическими трубопроводами 5 с топливным котлом 4 и служит для нагрева биомассы до температуры термофильного режима (5055 С). Гидрозатвор-теплообменник 3 расположен по периметру корпуса 1 и служит для нагрева биомассы в камере 9 до температуры мезофильного режима брожения (3035 С) за счет использования в качестве промежуточного теплоносителя нагретой биомассы в камере 10. Гидрозатвор-теплообменник 3 оборудован двумя патрубками (входным 13 и выходным 14) для подключения внешнего источника тепловой энергии,например,гелиоколлекторов. Разделительная перегородка 6 имеет теплоизолирующий экран 8, который отсекает тепловой поток в камеру 9 от теплообменника 7 и обеспечивает поддержание в ней более низкой температуры мезофильного режима. Образующийся в процессе брожения биогаз накапливается в газгольдере 2, который всплывает под воздействием избыточного давления биогаза. Гидрозатвор 3 обеспечивает герметичность, что предотвращает проникновение атмосферного воздуха в реактор и контакт его с биомассой, т.к. это может привести к гибели анаэробных микроорганизмов и, следовательно, к прекращению выделения биогаза. Газгольдер 2, благодаря своей массе, создает и поддерживает заданное давление, что обеспечивает поступление биогаза по газопроводу 8 к технологическому оборудованию. 23450 Время экспозиции биомассы в камерах 9 и 10 определяется соотношением их объемовЩ 12,5, т.к. процесс в кислотной фазе идет значительно интенсивнее, чем во второй фазе, то объем камеры кислотного брожения меньше, чем камеры щелочного брожения 2,5 раза. Таким образом, в биореакторе создаются две зоны нагрева биомассы с различной температурой,что позволяет интенсифицировать процесс анаэробной переработки по поэтапной двухфазной технологии. Например, биореакторе объемом 5 м 3 при дозе загрузки 10 (500 кг субстрата) первая(кислотная) фаза процесса протекает при мезофильной температуре и продолжается 72 часа (3 суток), а вторая (щелочная или метаногенеза) фаза процесса протекает при более высокой термофильной температуре и продолжается 168 часов (7 суток). Преимущество деления процесса анаэробной переработки на отдельные две фазы, проводимые в разных камерах, проявляется в том, что в каждой фазе создаются оптимальные условия (температура и время экспозиции) для развития и жизнедеятельности той популяции микроорганизмов,которая необходима для повышения эффективности брожения биомассы(мезофиллы в первой фазе и термофилы-во второй). Ежесуточная загрузка суточной дозы биомассы обеспечивает ее поточное движение из камеры кислотного брожения 9 в камеру щелочного брожения 10 и, далее, к разгрузочной камере 12. Использование в первой фазе брожения более низкой температуры мезофильного режима позволяет снизить расход тепловой энергии на нагрев биореактора на 2025. Таким образом, для условий фермерского хозяйства, например, с фермой на 20 голов КРС предлагаемое изобретение обеспечивает- реализацию поточной двухфазной технологии анаэробной переработки биоотходов получение экологически чистого высококачественного органического удобрения- получение биогаза для пищеприготовления и бытовых нужд для семьи 4-5 человек- обеспечение автономного режима работы биореактора за счет использования биогаза в качестве энергоносителя. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Биореактор содержащий корпус,газгольдер, основной теплообменник, гидрозатвортеплообменник, загрузочную и разгрузочную камеры, топливный котел, огнепреградительный затвор компрессор и ресивер, отличающийся тем,что в биореакторе установлена перегородка,разделяющая внутренний объем на две неравные части, образующие камеры кислотного и щелочного брожения. 2. Биореактор по п.1, отличающийся тем,что на разделительной перегородке установлен теплоизолирующий экран. 3. Биореактор по п.1, отличающийся тем, что в нем установлены два теплообменника первый расположен в камере щелочного брожения, а в качестве второго теплообменника используется гидрозатвор. 4. Биореактор по п.1, отличающийся тем, что соотношение объемов камер кислотного и щелочного брожения выбирается из соотношения Щ/2,5 где к - объем камеры кислотного брожения щ - объем камеры щелочного брожения.