Метантенк

(51) 05 3/06 (2010.01) 12 1/02 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ уменьшение времени ферментации сырья увеличение полноты сбраживания материала уменьшение размеров и упрощение конструкции метантенка увеличение количества перерабатываемого сырья снижение энергоемкости и эксплуатационных затрат увеличение экономичности процесса. Это достигается за счет того, что в известном метантенке,включающем горизонтальную цилиндрическую емкость с мешалкой, выполненной из вала с лопатками, и систему обогрева,предлагается внутри емкости сверху и снизу установить пластины, выполненные из пористой керамики, которая представляет собой природный алюмосиликат с обогащенными оксидами титана и циркония,с нанесенными на них иммобилизованными метаногенными микроорганизмами. Система обогрева состоит из соединенных между собой не менее двух теплообменников. Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано при ферментативной(72) Никитин Евгений Борисович Машинец Ефим Васильевич(73) Товарищество с ограниченной ответственностью Инновационный Евразийский университет(57) Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано при ферментативной переработке органических отходов растительного и животного происхождения, бытовых отходов, в том числе отходов лесной и деревообрабатывающей промышленности и т.п. для получения органического экологически чистого удобрения и биогаза. Техническим результатом изобретения является увеличение количества вырабатываемого биогаза переработке органических отходов растительного и животного происхождения, бытовых отходов, в том числе отходов лесной и деревообрабатывающей промышленности и т.п. для получения органического экологически чистого удобрения и биогаза. Известен метантенк Патент Российской Федерации 2234468, С 023/28, С 0211/04,опубл. 20.08.2004, который преимущественно предназначается к использованию на животноводческих и птицеводческих фермах в составе оборудования биогазовых и биогумусогазовых установок,содержащий горизонтальный преимущественно цилиндрический резервуар, разделенный поперечными попеременно не доходящими до верха и низа резервуара перегородками на проточные камеры сбраживания с образованием над каждой их парой обособленных газовых секций с газосборниками. Недостатки метантенка следующие- повышенные сложность конструкции и стоимость метантенка вызваны конструкцией корпуса, разделенного перегородками на проточные камеры и оснащенного обособленными газовыми секциями с газосборниками и инжекторами для перемещения материала-требуются большие энергетические затраты на загрузку, перемещение и выгрузку материала из метантенка вследствие использования насосов и инжекторов-использование сложных систем обогрева и сбора образовавшегося газа, состоящих из множества обогревателей в каждой секции и разветвленной системы сбора газа-малое количество вырабатываемого биогаза за счет использования традиционной технологии его производства. Известен биореактор патент Российской Федерации 2208004, С 053/06, С 0517/02, С 12 М 1/02, опубл. 10.07.2003, который может быть использован при ферментативной переработке органических отходов растительного и животного происхождения, бытовых отходов, в том числе отходов лесной и деревообрабатывающей промышленности и т.п., содержащий корпус с патрубками для подачи перерабатываемой биомассы, слива готового удобрения, отвода биогаза, устройство для прогрева биомассы,барботажное устройство. Недостатки биореактора следующие использование сложной системы перемешивания, которая представляет собой барботажное устройство,состоящее из разветвленной и сложной конструкции газопровода- требуются большие энергетические затраты на перемешивание и обогрев материала- малое количество вырабатываемого биогаза за счет использования традиционной технологии его производства. Известен метантенк для биогазовых установок патент Российской Федерации 98108953, С 12 М 1/107, С 12 М 1/02, опубл. 27.03.2000, который предназначен для анаэробного сбраживания органических отходов растительного и животного происхождения и бытовых отходов, содержащий корпус, разделенный на шесть отдельных камер, две камеры из которых с переднего торца корпуса выполнены по принципу цилиндр в цилиндре,имеющие мешалки, и предназначенные для утилизации тепловой энергии у сбраженной массы. Недостатки метантенка для биогазовых установок следующие-повышенная сложность конструкции, вызвана конструкцией корпуса разделенного на шесть самостоятельных камер, две из которых выполнены по принципу цилиндр в цилиндре-сложность перемещения материала, ввиду использования одновременно мешалок и насосов-требуются большие энергетические затраты на перемещение и обогрев материала, связанные с тем,что конструкция имеет две мешалки и насос для перемещения материала, а также несколько теплообменников- разделение корпуса на большое количество камер препятствует проведению ремонтных и профилактических работ внутри метантенка- малое количество вырабатываемого биогаза за счет использования традиционной технологии его производства- большое время сбраживания сырья. Наиболее близким по технической сущности является метантенк патент Российской Федерации 2281254 С 023/28, С 0211/04, опубл. 10.08.2006,который преимущественно предназначен для анаэробного сбраживания жидкого материала из органических отходов сельскохозяйственного производства, в том числе и навоза животноводческих ферм. Метантенк содержит корпус в виде горизонтальной цилиндрической емкости, разделенной центральной неподвижной перегородкой на камеру первой половины брожения и камеру окончательной половины брожения, реверсивный насос, систему обогрева, представляющую собой электромасляный обогреватель. Емкость имеет общую для камер реверсивную самоочищающуюся мешалку,выполненную из вала, к которому на спицахлопатках крепится навивка винтовой шнековой полосы. Недостатки метантенка следующие-повышенная сложность конструкции метантенка вызвана конструкцией корпуса,разделенного герметичной перегородкой, со сложным механизмом функционирования, на две независимые камеры брожения-препятствие проведению ремонтных и профилактических работ внутри метантенка за счет использования реверсивной мешалки-большие энергетические затраты на обогрев,перемещение, загрузку и выгрузку материала из начальной камеры в конечную в связи с тем, что для осуществления данных операций используются электромасляный обогреватель, реверсивный насос и насосы для загрузки и выгрузки сырья 2- большое время сбраживания сырья- малое количество вырабатываемого биогаза за счет использования традиционной технологии его производства. В связи с этим поставлена задача упростить конструкцию метантенка с уменьшением размера,но с увеличением количества вырабатываемого биогаза, сокращением времени ферментации сырья в метантенке, увеличением полноты сбраживания материала,увеличением количества перерабатываемого сырья,снижением энергоемкости и эксплуатационных затрат и увеличением экономичности технологического процесса. Техническим результатом изобретения является увеличение количества вырабатываемого биогаза,уменьшение времени ферментации сырья,увеличение полноты сбраживания материала,уменьшение размеров и упрощение конструкции метантенка,увеличение количества перерабатываемого сырья, снижение энергоемкости и эксплуатационных затрат,увеличение экономичности процесса. Это достигается за счет того, что в известном метантенке,включающем горизонтальную цилиндрическую емкость с мешалкой, выполненной из вала с лопатками, и систему обогрева,предлагается внутри емкости сверху и снизу установить пластины, выполненные из пористой керамики,с нанесенными на них иммобилизованными метаногенными микроорганизмами. Нанесение метаногенных микроорганизмов на пластины из пористой керамики, способствует улучшению метаболических процессов данных микроорганизмов. Материал пористых керамических пластин подобран таким образом,чтобы обеспечить наиболее оптимальное закрепление метаногенных микроорганизмов на данных пластинах. В процессе эксплуатации обеспечивается устойчивая когезия микробных клеток с пластинами. В качестве материала может быть использована в частности пористая керамика,которая представляет собой природный алюмосиликат, обогащенный оксидами титана и,циркония. Это позволяет придать пористой керамике механическую прочность. Высокая плотность поверхностных групп химических веществ пористой керамики улучшает связывание белковых молекул, которое может осуществляться как за счет электростатических взаимодействий, так и водородных связей. За счет этого пористая керамика обладает отличными свойствами для иммобилизации микробных клеток. Пористая керамика также обладает высокой степенью очистки при сравнительно небольших гидравлических сопротивлениях. Легко регенерируется в случае сильного загрязнения. Помимо этого, к другим достоинствам этого носителя можно отнести химическую инертность ко многим растворителям, наличие жесткого скелета с заданным размером пор,устойчивость к воздействию микроорганизмов и оптимальную возможность проведения на них иммобилизации клеток методом адсорбции. Подогрев бродящей массы осуществляется системой обогрева, состоящей из соединенных между собой не менее двух теплообменников. Изобретение поясняется следующими чертежами. На фиг. 1 схематично изображен метантенк в продольном разрезе, а на фиг. 2 - в поперечном разрезе. Метантенк представляет собой горизонтальную цилиндрическую - емкость 1. Для равномерного распределения свежего сырья по всему объему реактора и эффективного удаления переработанного субстрата отверстия для загрузки 2 и выгрузки 3 располагаются на противоположных концах метантенка. Отверстие для выгрузки 3 переработанного шлама располагается чуть ниже уровня загрузочного отверстия 2 для того, чтобы обеспечить более полное и эффективное удаление сброженного сырья. Для обеспечения наличия гидравлического затвора загрузочное 2 и выгрузное 3 отверстия располагаются ниже уровня жидкости. Диаметр отверстий должен составлять не менее 300 мм, так как загружаемая масса может содержать твердые частицы достаточно крупного размера. В верхней части метантенка расположен люк 4. В центре люка 4 также находится патрубок для сбора газа 5. Для перемешивания сбраживаемой органической массы внутри емкости 1 предусматривается мешалка, выполненная из горизонтального вала 6, расположенного вдоль центральной оси емкости 1. На валу 6 закреплены лопатки 7. Одновременно происходит перемещение сбраживаемой массы к отверстию выгрузки 3 и частичная ломка корки сбраживаемой органической массы. Внутри емкости 1 сверху и снизу закреплены пластины 8 из пористой керамики, которая представляет собой природный алюмосиликат,обогащенный оксидами титана и циркония, с нанесенными на них иммобилизованными метаногенными микроорганизмами. Помимо этого,пластины 8 выполняют еще одну роль - ломку образовавшейся корки биомассы. Подогрев бродящей массы осуществляется непрямым способом системой обогрева, состоящей из не менее двух теплообменников 9 и 10, объединенных в один контур и расположенных внутри по бокам емкости 1. Теплообменники 9 и 10 находятся в зоне действия мешалки, что помогает избежать осаждения твердых частиц на внешней поверхности труб теплообменников 9 и 10 и снижения эффективности теплообмена. Расположение и форма контура обеспечивают естественную циркуляцию жидкости в системе, что позволяет системе обогрева метантенка быть работоспособной без подключения к сети источников питания. Для этого в теплообменниках биореактора обеспечивается подача горячей воды в верхнюю точку контура(патрубок для залива воды 11), а возврат охлажденной воды происходит из нижней точки контура (патрубок для слива воды 12). Метантенк работает следующим образом. Через отверстие для загрузки сырья 2 внутрь реакторапоступает субстрат. Равномерное распределение сырья по всему объему метантенка обеспечивается мешалкой, которая осуществляет периодическое перемешивание сбраживаемой органической массы. Периодическое перемешивание частично разрушает корку органической массы и обеспечивает размножение метановых бактерий, которые в свободной культуре попадают внутрь реактора вместе с сырьем. При продольном перемещении биомассы, субстрат достигает пластин 8 с иммобилизованными микроорганизмами. Контакт с закрепленными бактериями обеспечивает более качественную, глубокую и быструю переработку сброженной массы. В случае образования корки на поверхности сырья, пластины 8 механически дробят корку на мелкие куски, что обеспечивает ее переработку и беспрепятственное удаление. Продуцированный биогаз поступает в патрубок для сбора биогаза 5 и далее направляется потребителю. Поддержание необходимой температуры обеспечивается естественной циркуляцией горячей воды в теплообменниках 9 и 10 реактора. Сбреженная масса, под действием лопастей 7 мешалки выгружается наружу через отверстие для выгрузки 3. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Метантенк, включающий горизонтальную цилиндрическую емкость с мешалкой, выполненной из вала с лопатками, и систему обогрева,отличающийся тем,что внутри емкости установлены пластины, выполненные из пористой керамики,с нанесенными на них иммобилизованными метаногенными микроорганизмами, а система обогрева состоит из соединенных между собой не менее двух теплообменников. 2. Метантенк по п. 1, отличающийся тем, что в качестве материала для изготовления пластин используется природный алюмосиликат,обогащенный оксидами титана и циркония.