Przygotowanie biomasy
Świeże substraty miesza się z pofermentem zawierającym mikroorganizmy lub biofiltratem, tworząc pompowalną biosuspensję.
Rozwiązanie techniczne dla biomasy pompowalnej
Fermentacja beztlenowa w przepływie tłokowym
Proces przenosi zalety określonego przepływu tłokowego na mokrą fermentację beztlenową i metanową biomasy pompowalnej. Hydraulicznie prowadzony fermentor umożliwia określony minimalny czas obróbki, zachowanie dostosowanych kultur mikroorganizmów i w dużej mierze ciągłą pracę.
Podstawa techniczna: DE 10 2016 009 223 A1Problem wyjściowy
W pełni mieszane fermentory przepływowe nie zapewniają określonego minimalnego czasu obróbki
W fermentorze mieszanym zasilanym w sposób ciągły część świeżo dodanej biomasy może opuścić zbiornik już przy następnym odbiorze, podczas gdy inne frakcje pozostają w nim znacznie dłużej niż wymaga tego rozkład biologiczny. Średni czas retencji nie opisuje zatem rzeczywistego minimalnego czasu obróbki całego strumienia.
Znane reaktory przepływu tłokowego są często przeznaczone do materiałów sypkich albo wymagają rozbudowanych mechanicznych systemów transportu i mieszania. To rozwiązanie tworzy natomiast ciągły przepływ tłokowy dla pompowalnych biosuspensji o wysokiej zawartości suchej masy.
Pompowalna biomasa i biosuspensje
12–20% suchej masy, korzystnie co najmniej 15%
Minimalny czas obróbki co najmniej 15 dni
Hydraulicznie połączony fermentor zewnętrzny i wewnętrzny
Przebieg procesu
Ciągłe prowadzenie materiału po określonej drodze obróbki
Doprowadzana biomasa nie jest całkowicie rozprowadzana w całym fermentorze, lecz kolejno przechodzi przez przestrzennie rozróżnialne strefy procesu.
Zasilanie fermentora zewnętrznego
Zasilanie odbywa się w górnej strefie. Porcja jest mieszana wyłącznie z górną warstwą substratu fermentora zewnętrznego.
Prowadzenie przepływu tłokowego
W wyniku wypierania substrat przepływa w dół fermentora zewnętrznego, przez dolne połączenie, a następnie w górę fermentora wewnętrznego.
Wykorzystanie różnicy ciśnień
Różne ciśnienia gazu powodują różnicę poziomów cieczy i dostarczają energii hydraulicznej do fluidyzacji oraz transportu materiału.
Odbiór pofermentu
Przy każdym zasilaniu odpowiednia ilość pofermentu jest wypierana i odprowadzana na najwyższym poziomie fermentora wewnętrznego.
Zasada instalacji
Hydrauliczny przepływ tłokowy przez fermentor zewnętrzny i wewnętrzny
Droga materiału prowadzi od górnej strefy fermentora zewnętrznego przez dolne połączenie do fermentora wewnętrznego i odbioru pofermentu. Oddzielna regulacja ciśnienia obu przestrzeni gazowych powoduje różne poziomy cieczy.
Parametry techniczne
Najważniejsze cechy eksploatacyjne i konstrukcyjne
Zawartość suchej masy
Proces jest przeznaczony dla pompowalnych biosuspensji o zawartości 12–20% suchej masy, korzystnie co najmniej 15%. Wyższa zawartość części stałych ogranicza rozwarstwianie.
Objętość fermentora
Zgodnie z opisem zgłoszenia użyteczna objętość fermentacyjna wynosi co najmniej 25-krotność dobowej objętości doprowadzanej biomasy.
Obciążenie organiczne
Dopływ świeżej biomasy jest ograniczony do maksymalnie 6 kg suchej masy organicznej na m³ użytecznej objętości fermentacyjnej i dobę.
Oddzielna regulacja ciśnienia gazu
W opisanym trybie przepływu tłokowego bezwzględne ciśnienie odpływu ogranicza się do maksymalnie 1,45 bar w fermentorze zewnętrznym i 1,05 bar w fermentorze wewnętrznym.
Kontrola warstw pływających
W razie potrzeby można czasowo uruchomić kanały przelewowe gazu lub zastosować dodatkowe urządzenia fluidyzujące do rozbijania warstw pływających w fermentorze wewnętrznym.
Usuwanie osadów
Krótkotrwałe wyrównanie ciśnienia między przestrzeniami gazowymi powoduje przepływ pierścieniowy przy dnie, transportując materiał bogaty w osady do króćców odbiorczych.
Korzyści dla klienta
Określona obróbka przy ograniczonym nakładzie mechanicznym
Określony minimalny czas obróbki
Określona droga materiału ogranicza hydrauliczne przepływy skrótowe i zapewnia minimalny czas obróbki znacznie bliższy średniemu czasowi retencji niż w fermentorze w pełni mieszanym.
Lepsze wykorzystanie substratu
Ogranicza się przedwczesny odbiór biomasy niewystarczająco rozłożonej, co może poprawić wykorzystanie potencjału energetycznego substancji organicznej.
Dostosowane kultury mikroorganizmów
Wzdłuż przepływu tłokowego kultury mikroorganizmów mogą dostosowywać się do stopniowo zmieniającej się jakości substratu. Recyrkulowany biofiltrat wspiera powrót aktywnych mikroorganizmów i zarodników.
Mniejsze zużycie energii i zużycie mechaniczne
Wydzielanie gazu zapewnia znaczną część mikroobiegu. Mieszadła mechaniczne służą przede wszystkim do wmieszania wsadu lub jako okresowa pomoc fluidyzacyjna.
Potencjał higienizacji
Określony czas obróbki może wspierać higienizację całego strumienia przy odpowiednim prowadzeniu temperatury. Efekty opisane w zgłoszeniu należy potwierdzić dla konkretnego substratu i sposobu eksploatacji.
Kompaktowa konstrukcja
Współosiowy układ fermentora zewnętrznego i wewnętrznego umożliwia dużą wysokość napełnienia, stosunkowo małe zapotrzebowanie terenu i ograniczenie powierzchni wymiany ciepła.
Przykład wykonania ze zgłoszenia
Przykład wymiarowania biosuspensji z pozostałości po czyszczeniu ziarna
W opisanym przykładzie 8 t/d pozostałości po czyszczeniu ziarna miesza się z 42 m³/d biofiltratu, otrzymując 50 t/d biosuspensji o zawartości około 18% suchej masy. Fermentor przepływu tłokowego o użytecznej objętości 3 000 m³, zasilany 50 m³/d, zapewnia średni czas retencji 60 dni oraz podany w przykładzie minimalny czas obróbki co najmniej 18 dni.
Wartości nie stanowią ogólnej gwarancji parametrów. Osiągalne uzyski metanu, czasy obróbki i efekty higienizacji należy obliczyć oraz potwierdzić dla konkretnego substratu i projektu.
3 000 m³ użytecznej objętości fermentacyjnej50 m³ biosuspensji na dobę60 dni średniego czasu retencjico najmniej 18 dni minimalnego czasu obróbki w przykładzie
Podstawa techniczna
Przedstawione rozwiązanie procesowe opiera się na niemieckim zgłoszeniu patentowym DE 10 2016 009 223 A1 „Sposób fermentacji metanowej w przepływie tłokowym i urządzenie do realizacji sposobu”. Objętość fermentora, poziomy ciśnienia, obciążenie, prowadzenie temperatury, systemy bezpieczeństwa, materiały i integrację z całą instalacją należy zaprojektować dla konkretnego projektu, lokalizacji i substratu.
Techniczna ocena projektu