Фермерская биогазовая установка

(51) 01 3/00 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Биогазовая установка содержит многокамерный реактор с теплоизоляцией, съемную крышку,загрузочную камеру,трубопровод отвода отработанной биомассы с гравитационной заслонкой,устройство для перемешивания биомассы, систему обогрева биомассы и отвод биогаза. Исходная биомасса полностью выгружается из загрузочной камеры в первую камеру реактора,последовательно перемещается через все начальные камеры и поступает в последнюю камеру. Метановое брожение биомассы проходит в последней камере реактора. Из реактора автоматически выгружается отработанная биомасса в объеме, равным объему загруженной биомассы.(73) Республиканское государственное казенное предприятие Таразский государственный Университет им. М.Х. Дулати Министерства образования и науки Республики Казахстан(57) Биогазовая установка относится к устройствам по переработке органических отходов и предназначена для последовательного пофазного сбраживания разжиженных органических отходов,преимущественно навоза, с выработкой из них органических удобрений и горючего биогаза. Изобретение относится к устройствам по переработке органических отходов и предназначено для последовательного пофазного сбраживания разжиженных органических отходов,преимущественно навоза, с выработкой из них органических удобрений и горючего биогаза. Известна биогазовая установка, содержащая реактор с теплоизоляцией,разделенный теплообменником солнечной нагревательной установки на две сообщающиеся поверху камеры,трубопровод приема исходной биомассы,сообщенный с первой камерой понизу, трубопровод отвода отработанной биомассы, сообщенный второй камерой понизу, устройства перемешивания сбраживаемой массы с ветродвигательным приводом, дробилку, установленную в загрузочный люк трубопровода приема исходной биомассы и кинематически связанную с ветродвигателем, отвод биогаза (Ильин А.К. и др. Биогазовая установка. Патент Российской Федерации 2065408). Недостатками этой установки являются неуправляемые работы солнечной нагревательной системы и ветродвигательного привода устройства для перемешивания биомассы в реакторе, выход не до конца отработанной биомассы из реактора в наружу по трубопроводу отвода, возможность перехода свежей биомассы сразу на вторую камеру,минуя фазу брожения первой камеры, так как устройство перемешивания биомассы не обеспечивает объемного перемешивания биомассы в камерах реактора. Известна также биогазовая установка,содержащая реактор с теплоизоляцией,выполненный в виде сообщающихся поверху камер,съемную крышку,загрузочную камеру,сообщающуюся понизу с первой камерой реактора,трубопровод отвода отработанной биомассы с перекрывающим устройством, сообщенный с последней камерой понизу,устройства перемешивания биомассы в камерах реактора и в загрузочной камере, систему обогрева биомассы,отвод биогаза (Койайдаров Б.А. и др. Биогазовая установка. Инновациялы патент 23152). Недостатками этой биогазовой установки являются 1. Исходная биомасса, подготовленная в загрузочной камере, неполностью выгружается в первую камеру реактора, что увеличивает рабочий объем загрузочной камеры, требуемый для приема расчетной массы органического отхода. 2. Объемы камер реактора одинаковые, поэтому последняя фаза сбраживания биомассы проходит в разных камерах, так как последняя фаза длительная по сравнению с начальными, что нарушает стабильность процесса метанного сбраживания. 3. Отвод отработанной биомассы осуществляется при помощи задвижки вручную, поэтому объем выгруженной биомассы не соответствует объему загруженной исходной биомассы, что нарушает стабильность процесса сбраживания. 4. Возможность перехода исходной биомассы сразу в последнюю камеру, минуя фазы брожения в начальных камерах, так как камеры реактора сообщаются поверху переливом биомассы. Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение изолированной подготовки и полной выгрузки исходной биомассы из загрузочной камеры в первую камеру реактора, равенства объемов выгружаемой из реактора и загружаемой в реактор биомассы, последовательного перемещения исходной биомассы переливом через всех начальных камер и в последнюю камеру реактора,метанного сбраживания биомассы в последней камере реактора. Технический результат достигается тем, что биогазовая установка, содержащая реактор с теплоизоляцией,выполненный в виде сообщающихся поверху камер, съемную крышку,загрузочную камеру, сообщающуюся понизу с первой камерой реактора, трубопровод отвода отработанной биомассы с перекрывающим устройством, сообщенный с последней камерой понизу, устройство перемешивания биомассы в камерах реактора и в загрузочной камере, систему обогрева биомассы в реакторе и в загрузочной камере, отвод биогаза, последняя камера реактора выполнена в виде термостата и расположена в центре реактора, а начальные камеры расположены вокруг последней камеры и выполнены суммарным рабочим объемом, обеспечивающим переход биомассы из первой камеры в последнюю камеру реактора через 3-5 суток, все камеры реактора снабжены разделительными и дополнительными перегородками, создающими межкамерные проходы для биомассы от низа камер поверх разделительных перегородок переливом, трубопровод отвода из последней камеры выходит в наружу на верхнем уровне биомассы и снабжен гравитационной заслонкой, загрузочная камера расположена выше начальных камер реактора и сообщается с первой камерой реактора при помощи трубопровода с задвижкой. На фиг.1 представлена схема предлагаемой биогазовой установки. На фиг.2.2-разрез А-А Фиг.1. На фиг.3-разрез Б-Б фиг.2. Биогазовая установка содержит реактор 1 с теплоизоляцией 2, съемную крышку 3 с отводом биогаза 4, трубопровод 5 отвода отработанной биомассы с заслонкой 6, раму 7, загрузочной камеры 8, соединенной с первой камерой реактора 1 трубопроводом 9 с задвижкой 10, механические мешалки и систему обогрева биомассы. Реактор 1 состоит из последней камеры 11 с водяной рубашкой 12, начальных камер 13,14,15,16,расположенных вокруг последней камеры 11,корпуса 17, образующий водяную рубашку 18. Геометрические объемы всех камер реактора 1 на 30-40 больше от их рабочих объемов, для компенсаций увеличения объема биомассы на начальных фазах брожения. Суммарный рабочий объем начальных камер 13,14,15,16 позволяет через 3-5 суток переход исходной биомассы из первой камеры 13 в последнюю камеру 11 реактора. Начальные камеры 13,14,15,16 разделены перегородками 19,20,21 высота, которых определяет их рабочие объемы, а первая 13 и четвертая 16 камеры разделены перегородкой 22 на всю высоту их стен. Начальные камеры 14,15 снабжены дополнительными перегородками 24,25, которые расположены рядом и параллельно к разделительным перегородкам 20,21 и приварены к стенкам камер. Нижние грани дополнительных перегородок 24,25 расположены выше дна начальных камер 14,15, а верхние грани - на уровне стен камер и совместно с разделительными перегородками 20,21 они образуют межкамерные проходы для биомассы. Перегородка 26 имеет форму лотка и приварена к стенке последней камеры 11 так же, как дополнительные перегородки 24,25 и совместно с проемом 27 стены камеры 11 образует проход для биомассы из камеры 16 в камеру 11. Нижний край проема 27 находится на уровне разделительной перегородки 21, а верхний край - на уровне стены камеры 16. Поэтому биомасса из камеры 16 переливается в камеру 11, когда камера 16 заполнена биомассой выше верхнего края. Один конец трубопровода 5 отвода отработанной биомассы находится в камере 11 близко к ее дну, а другой конец на верхнем уровне биомассы выходит в наружу через стен последней и начальной камер. Наружная горловина трубопровода 5 закрыта автоматической гравитационной заслонкой 6,закрепленной на поверхности трубопровода 5. Заслонка 6 не пропускает воздух в трубопровод 5 и соответственно во внутрь камеры 11. Стены всех камер и корпус 17 реактора 1 герметично приварены ко дну 28. Наружная поверхность реактора 1 имеет теплоизоляционный кожух 2. Пространство между корпусом 17 и стеной начальных камер заполняется жидкостью, например водой, и образует водяную рубашку 18. Съемная крышка 3 имеет сварную конструкцию. Наклонные наружные поверхности крышки 3 имеют теплоизоляционные кожухи. Съемную крышку 3 опускают в водяную рубашку 18 до пояса 29. При этом образуется гидрозатвор, который не пропускает наружный воздух во внутрь реактора 1. Механические мешалки, всех камер реактора,закреплены к съемной крышке 3 и опущены в камеры при помощи труб, которые предотвращают утечку биогаза и не пропускают наружную воздух в реактор 1. Мешалки при помощи рукояток вручную приводятся в движение. Загрузочная камера 8, установлена выше начальных камер реактора 1 на отдельной раме 30 и защищена от атмосферных осадков крышей 31. Загрузочная камера 8 имеет водяную рубашку 32, теплоизоляционный кожух 33 и мешалку 34. При помощи трубопровода 9 и задвижки 10 загрузочная камера посредством патрубки 23 сообщается с первой камерой 13 реактора 1. Система обогрева биомассы состоит из печки 35,горелки 36, дымохода 37, расширительной емкости 38, трубопроводов 39 и 40. Трубопровод подачи 39 соединяет водяную рубашку 33 загрузочной камеры 8 и водяную рубашку 12 последней камеры 11 реактора 1 с печкой 35. Трубопровод возврата охлажденной воды соединяет дно водяных рубашек 12 и 33 с печкой 35. Горелка 36 при помощи газовой трубы 41 соединяется с биогазовой трубой 42. Отвод биогаза из газового пространства реактора 1 осуществляется при помощи обратного клапана 43, короткой трубы 44 и биогазовой трубы 42. Обратный клапан 43 установлен на съемной крышке 3 и заполняется водой 45 выше половины и имеет газовое пространство 46, теплоизоляционный кожух 47. Один конец короткой трубы 44 находится в газовом пространстве реактора 1, а другой конец через крышку обратного клапана 43 погружен в воду 45. Биогазовая труба 42 отводит биогаз из газового пространства 46 обратного клапана 43. Обратный клапан 43 не пропускает наружный воздух в реактор 1 и обеспечивает сбор биогаза в газовом пространстве реактора 1 до установленного давления. Рамы 7 и 30 имеют сварные конструкции. Биогазовая установка работает следующим образом. Измельченные органические отходы загружают в загрузочную камеру 8 и заливают жидкость (вода или жидкость отработанной биомассы) в нужном соотношении. Затем вручную вращают мешалку 34 и путем перемешивания получают исходную биомассу, которая нагревается водяной рубашкой 32 до нужной температуры. Затем открывает задвижку 10 и биомасса из загрузочной камеры 8 самотеком по трубопроводу 9 полностью выгружается в первую камеру 13 реактора 1 понизу. Разделительная перегородка 19 не пропускает биомассу из первой камеры 13 в следующую камеру 14 до тех пор, пока камера 13 не наполнится биомассой до верхнего края. Когда уровень биомассы в камере 13 будет выше разделительной перегородки 19 биомасса поверху разделительной перегородки 19 перельется в камеру 14. Когда во второй камере 14 уровень биомассы поднимется выше разделительной перегородки 19 биомасса по проходу между разделительным 19 и дополнительным 24 перегородками снизу камеры 14 поверху разделительной перегородки 19 перельется в третью камеру 15. Аналогичным путем биомасса перельется из камеры 15 в камеру 16. Из камеры 16,когда она заполнится биомассой выше верхнего края,биомасса по проходу,созданным дополнительным перегородком 26 через проем 27 переливается в камеру 11. Таким образом,исходная биомасса,подготовленная в загрузочной камере 8,последовательно проходит все начальные камеры 3 13,14,15,16 и в этих камерах происходит начальные фазы брожения биомассы. Продолжительность начальных фаз брожения биомассы 3-5 суток. Поэтому рабочие объемы начальных камер подбирают так, чтобы через 3-5 суток, загруженная в камеру 13 биомасса, перешла в камеру 11 реактора. При этом последняя фаза брожения биомассы проходит в последней камере 11, что обеспечит стабильность процесса метанного сбраживания биомассы. Перемешивание биомассы в камерах реактора 1 периодически осуществляется камерными мешалками, что повышает интенсивность брожения и смешивает свежую биомассу с более отработанной. Биомасса в камерах 11,13,14,15,16 нагревается водяной рубашкой 12 камеры 11 до нужной температуры. В горелке 36 печки 35 зажигают биогаз и нагревают воду системы, которую подают трубопроводом 39 к водяным рубашкам 12 и 32, а охлажденную воду из водяных рубашек 12 и 32 возвращают в печь 35 трубопроводом 40. Биогаз, выделенный из биомассы, собирается под съемной крышкой 3 до давления,установленного обратным клапаном 43. При превышении установленного давления биогаз по короткой трубе 44 подается в воду 45 обратного клапана 43, а оттуда в газовое пространство 46. Далее биогаз из газового пространства 46 обратного клапана 43 по трубопроводу 42 подается потребителю. Когда в камере 11 уровень биомассы поднимется выше разделительных перегородок отработанная биомасса по трубопроводу 5 сливается в емкость 47. При этом заслонка 6 открывается под напором биомассы. Когда прекращается слив биомассы заслонка 6 автоматически закрывается под тяжестью груза. Отвод отработанный биомассы осуществляется при загрузке свежей биомассы в первую камеру,когда рабочие объемы всех камер реактора заполнены биомассой. Уровень биомассы в камерах реактора не поднимется выше разделительных перегородок. Поэтому объем выгруженной из последней камеры 11 биомассы равен объему загруженной в первую камеру исходной биомассы. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Биогазовая установка, содержащая реактор с теплоизоляцией,выполненный в виде сообщающихся поверху камер, съемную крышку,загрузочную камеру, сообщающуюся понизу с первой камерой реактора, трубопровод отвода отработанной биомассы с перекрывающим устройством, сообщенный с последней камерой понизу, устройства перемешивания биомассы в камерах реактора и в загрузочной камере, систему обогрева биомассы в реакторе и в загрузочной камере, отвод биогаза, отличающаяся тем, что последняя камера реактора выполнена в виде термостата и расположена в центре реактора, а начальные камеры расположены вокруг последней камеры и выполнены суммарным рабочим объемом,обеспечивающим переход биомассы из первой камеры в последнюю камеру реактора через 3-5 суток,все камеры реактора снабжены разделительными и дополнительными перегородками, создающими межкамерные проходы для биомассы от низа камеры поверх разделительных перегородок переливом,трубопровод отвода из последней камеры выходит в наружу на верхнем уровне биомассы и снабжен гравитационной заслонкой, загрузочная камера расположена выше начальных камер реактора и сообщается с первой камерой реактора при помощи трубопровода с задвижкой.