CZ2014938A3 - Rozšířená bioplynová stanice - Google Patents

Abstract

Rozšířená bioplynová stanice tvořená zařízením (1) pro příjem a úpravu substrátů, fermentorem (2) s plynojemem (3), skladem digestátu (4) a kogenerační jednotkou (5) je doplněna linkou pro zpracování biologicky rozložitelných odpadů tvořenou zařízením (6) pro příjem a mechanickou úpravou bioodpadů, fermentorem (7) pro suchou nebo polosuchou anaerobní fermentaci, sušárnou (9) materiálu pro karbonizaci, karbonizační jednotkou (10) a skladem (11) biouhlu, přičemž fermentor (7) pro suchou nebo polosuchou fermentaci je napojen na plynojem (3) a spalinový výstup kogenerační jednotky (5) je napojen na karbonizační jednotku (10), a ta je propojena přes sušárnu (9) s fermentorem (7) pro suchou nebo polosuchou fermentaci.

Description

Rozšířená bioplynová stanice PV 9&£-Ή Jf

Oblast techniky

Vynález se týká rozšíření stávající, tzv. zemědělské bioplynové stanice, tvořené obvykle zařízením pro příjem a úpravu substrátů, fermentorem s plynojemem, skladem digestátu a kogenerační jednotkou.

Dosavadní stav techniky

Bioplynové stanice s kogeneračními jednotkami dodávajícími elektrickou energii do sítě jsou projektovány ke zpracování standardních substrátů na vstupu, jako jsou statkové odpady a silážované energetické plodiny. Zpravidla neumožňují zpracování jiných materiálů, jako jsou biologicky rozložitelné odpady, neboť ty nemají jasně definované vlastnosti a výtěžnost plynu a mohou obsahovat inhibující příměsi. Bioplynové stanice také nejsou vybaveny zařízením na jejich potřebnou hygienizaci. Kogenerační jednotky bioplynových stanic produkují kromě elektrické energie rovněž tepelnou energii v odváděné chladicí kapalině, která se zčásti využívá k ohřevu fermentoru, a tepelnou energii ve spalinách, která zůstává většinou nevyužita. I biologicky rozložitelné komunální odpady představují nezanedbatelný energetický potenciál, jehož využití zatím brání náklady, které by bylo nutno vynaložit na výstavbu odpovídajícího zařízení a jeho provozování. Využití jejich zbytkových digestátů, které nejsou určeny k aplikaci za zemědělskou nebo lesní půdu, představuje vážný provozní problém.

Možnost zpracování biologicky rozložitelných odpadů představuje tzv. suchá fermentace. Technicky jsou fermentory typicky řešeny jako soustava plynotěsných garáží, vybavených okruhem tzv. perkolátní kapaliny a vyhřívanou podlahou. Fermentovaná biomasa, tedy biologicky rozložitelné materiály různého původu o sušině nad 2(^/o, je do fermenotorů navážena nakladačem. Vsádka fermentoru je pak zhruba po týdnu vyskladněna, dvě třetiny vráceny k další fermentaci a jedna třetina vyskladněna jako vyhnilý digestát. Suchý proces je stabilní a vhodný pro energetické zhodnocení v podstatě jakéhokoli biologicky rozložitelného odpadu.

Nejnovějším technologickým řešením anaerobní fermentace, určeným zejména pro zpracování biologicky rozložitelných odpadů, je tzv. polosuchá fermentace, pracující se sušinou vsázky do 20j%. Technicky jde obvykle o ležaté fermentory - 2 - s robustním míchadlem.

Vynález si klade za úkol navrhnout zařízení umožňující energetické využití bioodpadů za přijatelných podmínek.

Podstata vynálezu

Uvedený úkol plní rozšířená bioplynová stanice tvořená zařízením pro příjem a úpravu substrátů, fermentorem s plynojemem, skladem digestátu a kogenerační jednotkou. Její podstata spočívá v tom, že je doplněna linkou pro zpracování biologicky rozložitelných odpadů tvořenou zařízením pro příjem a mechanickou úpravu bioodpadů, fermentorem pro suchou nebo polosuchou anaerobní fermentaci, sušárnou materiálu pro karbonizaci karbonizační jednotkou a skladem uhlíkatého materiálu z karbonizace, označovaného jako biouhel. Přitom fermentor pro suchou nebo polosuchou fermentaci je napojen na plynojem a spalinový výstup kogenerační jednotky je napojen na karbonizační jednotku a ta je propojena přes sušárnu s fermentorem pro suchou nebo polosuchou fermentaci. Před sušárnou může být instalován dávkovači zásobník materiálu pro karbonizaci, do kterého je možné dodávat i další biomasu, určenou ke karbonizaci na biouhel.

Pro lepší využití tepla v chladicí kapalině kogenerační jednotky může být výstup horké chladicí kapaliny z kogenerační jednotky napojen na tepelný okruh ohřevu fermentoru pro suchou nebo polosuchou fermentaci.

Rozšíření bioplynové stanice podle technického řešení umožní snížit spotřebu substrátů pro produkci bioplynu, zejména nákladných a agrotechnicky problémových energetických plodin, jako kukuřice. Současně toto technické řešení přináší unikátní možnost energetického a materiálového využití odpadní biomasy biologicky rozložitelných odpadů v rámci již existujících bioplynových stanic, a to bez potřeby provozních dotací. v

Objasnění febrázktfHW výkresů

Vynález bude dále objasněn pomocí obrázku, na němž je schéma zapojení rozšířené bioplynové stanice, přičemž čerchovaná čára odděluje původní bioplynovou - 3 - stanici od přistavěné linky ke zpracování biologicky rozložitelných odpadů. Příklady uskutečnění vynálezu Původní bioplynová stanice je tvořena zařízením 1 pro příjem a úpravu substrátů s navazujícím fermentorem 2 s plynojemem 3, skladem 4 digestátu a kogenerační jednotkou 5. Bioplynová stanice je doplněna linkou pro zpracování biologicky rozložitelných odpadů. Ta je tvořena zařízením 6 pro příjem a mechanickou úpravu bioodpadů, fermentorem 7 pro suchou nebo polosuchou anaerobní fermentaci, dávkovacím zásobníkem 8 biomasy pro karbonizaci, sušárnou 9 materiálu pro karbonizaci, karbonizační jednotkou 10 a skladem H biouhlu. Fermentor 7 pro suchou nebo polosuchou fermentaci je ve své horní části napojen plynovým potrubím 12 na plynojem 3 a spalinový výstup kogenerační jednotky 5 je spalinovým potrubím 13 napojen na karbonizační jednotku 10. Karbonizační jednotka 10 je vedením 14 tepelné energie propojena přes sušárnu 9 s fermentorem 7 pro suchou nebo polosuchou fermentaci. Zásobník 8 biomasy pro karbonizaci je propojen se vstupem sušárny 9. Vodní potrubí 15 přivádí tepelnému výměníku ve fermentoru 7 pro suchou nebo polosuchou fermentaci horkou chladicí kapalinu z kogenerační jednotky 5. Původní bioplynová stanice funguje známým způsobem. Pokud se týká připojené linky pro zpracování biologicky rozložitelného odpadu, je odpad nejprve mechanicky připraven k fermentaci v zařízení 6. Odtud je dávkován do fermentoru 7 pro suchou nebo polosuchou fermentaci. Plyn vyvíjený anaerobní fermentaci je odváděn do plynojemu 3 původního fermentoru 2, zatím co digestát po ukončení fermentace postupuje do sušárny 9 a po vysušení projde karbonizačním procesem v karbonizační jednotce 10 a jako biouhel je uskladněn ve skladu H Teplo potřebné ke karbonizaci je dodáváno jednak spalinami z kogenerační jednotky 5, jednak spalováním plynu, který se vyvíjí při karbonizaci. Směs těchto plynů se značným tepelným potenciálem je pak využita při sušení digestátu v sušárně 9 a k ohřevu vsázky fermentoru 7 pro suchou nebo polosuchou fermentaci. Je zřejmé, že fermentor 7 pro suchou nebo polosuchou fermentaci bude fungovat semikontinuálně. Digestát, odváděný z fermentoru 7 je skladován v zásobníku 8, kam je možné současně přidávat další biomasu, určenou ke karbonizaci. Přebytečné teplo v horké chladicí - 4 - kapalině vystupující z kogenerační jednotky 5 je odváděno vodním potrubím 15 k ohřevu vsázky fermentoru 7 pro suchou nebo polosuchou fermentaci.

Nelze předpokládat, že by provozovatel stávající bioplynové stanice zahrnul bioodpady do současného materiálového toku. Bioodpady nejsou standardním substrátem s jasně definovanými vlastnostmi a výtěžností bioplynu. Ta je pro provoz kogenerační jednotky zásadní. Existují i rizika, že by bioodpad obsahoval inhibující látky a přidání mohlo vést ke „zvrhnutí" fermentačního procesu. Jako nejlepší řešení pro energetické a materiálové využití bioodpadů se proto jeví rozšíření provozu stávající bioplynové stanice. Při komplexním zpracování bioodpadů se využije i zfermentovaný zbytek -digestát, a to jeho zuhelnatěním (karbonizací) na uhlíkatý materiál (biouhel), určený zejména pro zlepšení kvality zemědělské půdy nebo využitelný jako průmyslová surovina. Při karbonizací se současně využije v podstatě veškerá zbytková teplená energie z kogenerace, karbonizace zároveň nahrazuje technologický proces hygienizace bioodpadů.

Kapacita zpracovávaných bioodpadů by měla odpovídat reálnému množství, které lze získat ze vzdálenosti do 30 km. Typicky půjde o 3 až 5 tisíc tun za rok. Z toho množství lze získat ročně podle složení bioodpadů 200 až 900 tisíc m3 bioplynu. V karbonizací se přemění digestát na 900 až 1j500 tun biouhlu ročně.

Ekonomika provozu je založena na příjmech z převzetí bioodpadů, úsporách nákladů na substráty pro stávající bioplynovou stanici a na příjmech z prodeje biouhlu. Výhodou je, že se pouze rozšiřuje provoz již existující bioplynové stanice, čímž se eliminuje riziko složitého procesu povolování. Bioplynových stanic, které by bylo možno rozšířit o zpracování bioodpadů, je například v ČR více než 400. Jejich rozmístění i potenciální kapacita může zcela vyřešit zpracování bioodpadů v České republice a přispět k omezení skládkování komunálních odpadů o více než polovinu. Současně se nabízí možnost zpracovat v rozšířené bioplynové stanici gastroodpady a další odpady z potravinářského průmyslu. - 5 -

Vzhledem k provozní ekonomice je reálné přebírat bioodpady za vysoce konkurenceschopné ceny, u některých typů i za symbolický poplatek. Pokud vznikne poptávka po bioodpadech, resp. nabídka jejich převzetí za výhodnou cenu, lze předpokládat i zájem o jejich separaci ze směsného komunálního odpadu a tedy řešení významného problému nakládaní s odpady.

Claims (3)

1. - 6 - PATENTOVÉ NÁROKY 1. Rozšířená bioplynová stanice tvořená zařízením (1) pro příjem a úpravu substrátů, fermentorem (2) s plynojemem (3), skladem digestátu (4) a kogenerační jednotkou (5), vyznačující se tím, že je doplněna linkou pro zpracování biologicky rozložitelných odpadů tvořenou zařízením (6) pro příjem a mechanickou úpravu bioodpadů, fermentorem (7) pro suchou nebo polosuchou anaerobní fermentaci, sušárnou (9) materiálu pro karbonizaci, karbonizační jednotkou (10) a skladem (11) biouhlu, přičemž fermentor (7) pro suchou nebo polosuchou fermentaci je napojen na plynojem (3) a spalinový výstup kogenerační jednotky (5) je napojen na karbonizační jednotku (10), a taje propojena přes sušárnu (9) s fermentorem (7) pro suchou nebo polosuchou fermentaci.
2. 2. Bioplynová stanice podle nároku 1, vyznačující se tím, že před sušárnou (9) je instalován dávkovači zásobník (8) materiálu pro karbonizaci určený i pro další biomasu ke karbonizaci na biouhel.
3. 3. Bioplynová stanice podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že výstup horké chladicí kapaliny z kogenerační jednotky (5) je napojen na tepelný okruh ohřevu fermentoru (7) pro suchou nebo polosuchou fermentaci.