PT2275526E - Dispositivo e processo para a produção de biogás. - Google Patents

Description

ΡΕ2275526 1 DESCRIÇÃO "DISPOSITIVO E PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE BIOGÁS" 0 invento diz respeito a um dispositivo para a produção de biogás de acordo com o conceito genérico constante das reivindicações 1 ou 9.

Em DE 10 2006 009 165 AI foram dados a conhecer um dispositivo e um processo correspondentes. Na metaniza-ção da biomassa são utilizados fermentadores, no interior dos quais ocorre um processo de fermentação da biomassa do qual resulta um gás contendo metano. No que respeita a este processo, faz-se distinção entre os processos dito contínuo e dito descontínuo ("batch", na terminologia inglesa). Neste último, introduz-se num fermentador um percolado contendo microrganismos, o qual atravessa o substrato (biomassa) , sendo depois recolhido num reservatório e eventualmente reintroduzido no fermentador até a biomassa nele contida estar fermentada. A biomassa fermentada é em seguida retirada do fermentador, tendo eventualmente de ser processada e sendo em geral aproveitada. Para que o aproveitamento seja possível pode ser necessária uma higienização da biomassa fermentada. Isto significa que a biomassa tem de estar isenta de germes, bactérias ou outras impurezas indesejáveis para que o resíduo da fermentação possa ser aproveitado . 2 ΡΕ2275526 0 mesmo se aplica ao percolado, o qual também contém essas bactérias e outras impurezas por ser utilizado na irrigação da biomassa, tendo igualmente de ser higienizado de modo a não reinfectar a biomassa já higienizada no fermentador quando da reciclagem.

Em consequência, subjazia ao presente invento a tarefa de disponibilizar um processo do tipo referido no inicio, que permitisse um funcionamento discontinuo de uma instalação de fermentação sem reinfecção da biomassa.

Este objectivo foi alcançado com um dispositivo com as caracteristicas constantes da reivindicação 1, bem como com um processo com as caracteristicas constantes da reivindicação 9. Nas reivindicações dependentes podem ser encontradas formas vantajosas de execução.

De acordo com o invento, o tempo de permanência do percolado no respectivo reservatório foi projectado de modo a que, à saída do reservatório de percolado, este se encontrasse higienizado. Para proceder a esta higienização, o percolado é aquecido, ao longo de um trajecto a jusante da entrada do mesmo no respectivo reservatório, até alcançar uma temperatura situada num domínio termófilo, de preferência superior a 50°C (sendo também possível, consoante as circunstâncias e os microrganismos utilizados, o recurso a uma temperatura inferior a 50°C) e obrigado a percorrer o reservatório. Para tal foi previsto que o percurso do fluxo entre a entrada e a saída de percolado fosse em forma de 3 ΡΕ2275526 meandro, espiral ou hélice, de modo a que a permanência a uma temperatura regulada de modo termófilo fosse especialmente longa em consequência deste prolongamento do percurso, assegurando-se assim que da saída do reservatório apenas possa ser retirado percolado higienizado, o qual, quando de uma nova percolação através do fermentador, já não pode reinfectar a biomassa aí contida. De acordo com uma forma preferida de execução, são utilizados dois desareado-res, dos quais um é alimentado exclusivamente com percolado higienizado, sendo o outro alimentado com percolado não higienizado. A sua alimentação provém dos fermentadores utilizados consoante estes dispensam ou não percolado higienizado através das suas saídas. 0 percolado contido no desa-reador destinado a percolado não higienizado é depois conduzido para o reservatório de percolado e aí higienizado. 0 percolado contido no desareador destinado a percolado higienizado também pode transitar para o reservatório de percolado, alcançando a saída deste sob uma forma igualmente higienizada. Nesta operação é particularmente vantajoso que pelo menos um dos fermentadores funcione de modo termófilo, uma vez que tal assegura a higienização. 0 invento será em seguida explicado em mais pormenor e de forma esquemática com recurso aos desenhos das Figuras 1 e 2 anexas. Nestas são mostradas:

Figura 1 uma vista superior de parte de uma forma preferida de execução do dispositivo de acordo com o invento, 4 ΡΕ2275526

Figura 2 um corte ao longo da linha I-I assinalada na Figura 1 através do dispositivo representado na Figura 1. A descrição que se segue do exemplo de execução preferido refere-se a ambas as figuras. 0 dispositivo representado compõe-se de preferência de dois andares. 0 andar superior (não representado na Figura 1) inclui um ou mais fermentadores 13 (ver Figura 2) em que é introduzido um substrato constituído por biomassa que se pretende fermentar. No plano subjacente aos fermen-tadores 13, cuja planta se encontra representada na Figura 1, situam-se o reservatório 10 de percolado, que exibe de preferência diversas câmaras 1 a 6, as quais, no exemplo de execução representado, se encontram separadas umas das outras por meio de paredes lOd, paredes essas que não são ininterruptas, antes permitindo a passagem do percolado de uma câmara (por exemplo a 6) para a adjacente (por exemplo a 5). As paredes de retenção lOd foram de preferência dispostas de modo a que o trajecto do fluxo de percolado entre a entrada 10c da câmara 6 e a saída 10b da câmara 1 tenha a forma de meandro sugerida na figura pelas setas P. Os percursos de fluxo também podem ser espiralados ou helicoidais, por exemplo.

No plano acima referido podem ainda encontrar-se dois dispositivos 11 e 12 purificadores do percolado, que no exemplo mostrado foram configurados como desareadores. É 5 ΡΕ2275526 mostrado um desareador 12 destinado ao percolado higienizado (doravante "desareador 'branco'") e um desareador 12 destinado ao percolado não higienizado (doravante "desareador 'negro'"). Tal como o mostra em especial a Figura 2, o percolado retirado dos fermentadores 13 pode ser conduzido por intermédio de um sistema de válvulas 14, 15 para dentro do desareador 'negro' (percurso Pl) ou do desareador 'branco' (percurso P2). Partindo do desareador 'branco' 12, o percolado pode alcançar uma câmara 2 do reservatório 10, fluindo no sentido indicado pela seta P4 através de um orifício ou por cima de uma parede de retenção 16 que seja suficientemente alta para impedir o refluxo de volta para o desareador 'branco' 12. Para tal, o nível de enchimento FIO do reservatório 10 de percolado é mantido abaixo do orifício ou parede de retenção 16 ou abaixo do nível de enchimento F12 do desareador 'branco'.

Partindo do desareador 'negro' 11 e fluindo através de uma entrada 10c de percolado configurada como orifício ou parede de retenção, o percolado pode alcançar o reservatório 10 e penetrar a respectiva câmara 6. Tal como anteriormente, também o nível de enchimento Fll do desareador 'negro' ou a entrada 10c de percolado se situam acima do nível de enchimento F10 do reservatório 10 de percolado. O funcionamento da instalação é gerido de modo a que o percolado que alcança o reservatório 10 de percolado, depois de ter fluido através da entrada 10c (percurso P3), comece sempre por ser aquecido no âmbito de um trajecto de 6 ΡΕ2275526 aquecimento (no caso presente no primeiro troço 10a voltado para a entrada 10c. De preferência, este aquecimento é mantido até ser atingida uma temperatura situada no domínio termófilo e o percurso (setas P) através das câmaras individuais 6 a 1 tem a forma de um meandro. O comprimento do trajecto P a temperatura do percolado são regulados de modo a que da saída 10b da câmara 1 seja exclusivamente retirado percolado higienizado, que em seguida é eventualmente reconduzido de volta para os fermentadores 13. O retorno de percolado 'quente', e de preferência a uma temperatura superior a 50°C, ao fermentador 13 permite que o substrado (biomassa) nele contido seja sucessivamente temperado até exibir ao cabo de um certo tempo (alguns dias), à semelhança do que sucede com o percolado contido no reservatório, uma temperatura situada no domínio termófilo. Em virtude do funcionamento agora termófilo do fermentador correspondente, a biomassa nele contida também é higienizada, pelo que finalmente já só pode ser retirado percolado higienizado, que é conduzido ao longo do percurso P2 para dentro do desareador 'branco'. Enquanto ainda não pode ser retirado do fermentador 13 sob a forma higienizada, o percolado é conduzido ao longo do percurso PI para o desareador 'negro'. Partindo daqui, este percolado alcança o reservatório, sendo conduzido do modo acima descrito até à saída 10b e higienizado por essa via. O percolado já higienizado proveniente do desareador 'branco' 12 é posto a circular mediante o transbordo através do orifício ou por sobre a parede de retenção 16. 7 ΡΕ2275526 A título de exemplo, o funcionamento de um destes dispositivos pode decorrer do seguinte modo: No fermentador 13 é colocada biomassa a título de substrato. Tipicamente, entre os momentos da sua entrada e da sua dispensa depois de fermentada, a biomassa permanece no fermentador 13 cerca de 21 dias. À entrada, a temperatura do material corresponde à do meio ambiente, por exemplo 10°C. A fermentação começa agora com o início da percolação, a uma temperatura preferencialmente superior a 50°C, sobretudo a 53°C, sendo a temperatura de percolação regulada de modo a que, no local 10b de retirada de percolado do reservatório 10, a temperatura alcance o valor mencionado qualquer que seja o instante considerado. Para tal, e para poder impor um valor correspondente da temperatura, pode ter sido prevista a presença de dispositivos adicionais de aquecimento no reservatório 10 de percolado e/ou nos desareadores 11, 12, no caso do primeiro em especial nas câmaras 1 e 2.

Entretanto, o efluxo de percolado para fora dos fermentadores 13 é sempre conduzido para o desareador 'negro' 11 (seta Pl). No decurso dos dias seguintes (até apro-ximadamente ao 8o ou 9o dia), em resultado da percolação do fermentador ou da biomassa nele contida com percolado quente, é alcançada uma temperatura termófila (> 50°C) em todos os pontos do material contido no fermentador 13. Aproxima-damente a partir do 10° dia o material contido no fermentador 13 também se encontra, portanto, higienizado, pelo que também o efluxo de percolado se encontra 100% higienizado. A partir deste instante, a válvula 14, 15 que controla o ΡΕ2275526 efluxo de percolado é regulada de modo a que o percolado alcance o desareador 'branco' 12 (seta P2). 0 extravasado do desareador 'negro' 11 alcança a câmara 6 através da entrada 10c do reservatório de percolado 10. Neste local, a temperatura será sempre inferior à prevista para a do local de retirada do percolado (cerca de 53°C) em virtude do afluxo dos conteúdos ainda não completamente higienizados do fermentador 13. Mediante o aquecimento das câmaras (em particular da câmara 6 no percurso de aquecimento 10a), o percolado é aquecido de preferência até 53 °C, sendo mantido a esta temperatura ao longo de todo o percurso de fluxo ou durante todo o tempo de permanência no reservatório 10 de percolado. Uma vez que flui lentamente através das câmaras 6 a 1, passado um determinado tempo (por exemplo após uma permanência de aproximadamente 5 a 8 dias contados a partir do de entrada na câmara 6) o percolado encontra-se de preferência completamente higienizado à altura das câmaras 3 e 2. A partir daqui o percolado que extravasa através do orifício 16 do desareador 'branco' 12 é igualmente conduzido para o reservatório 10 de percolado, aumentando o fluxo volumétrico a jusante da entrada.

Prefere-se que os desareadores 11, 12 estejam constantemente cheios a 100% até à altura da aresta de extravasamento dos orifícios 16 e 10c. Em comparação, o nível de enchimento F10 de percolado no respectivo reservatório 10 tem de ser sempre inferior, de modo a impedir-se o refluxo de volta para os desareadores 11, 12 (e em especial 9 ΡΕ2275526 para o desareador 'branco' 12) . Para este efeito foi preferencialmente previsto que se procedesse a uma vigilância do nível de enchimento.

As temperaturas aqui referidas e em partículas os tempos referidos foram escolhidos a título exemplificativo, podendo desviar-se dos utilizados na prática.

Lisboa, 15 de Julho de 2013

Claims (15)

1. ΡΕ2275526 1 REIVINDICAÇÕES 1. Dispositivo para a produção de biogás composto por pelo menos um fermentador (13) e por um reservatório (10) de percolado destinado a recolher o percolado retirado do pelo menos um fermentador (13), em que reservatório (10) de percolado exibe uma entrada (10c) de percolado, que pode ser ligada a uma saida do pelo menos um fermentador (13), e uma saida (10b) de percolado, caracterizado por o percurso (P) de fluxo no interior do reservatório de percolado entre a entrada (10c) de percolado e a saida (10b) de percolado ser em forma de meandro, espiral ou hélice, de modo a que, graças a este prolongamento do percurso (P), possa ser especialmente longa a permanência do percolado a uma temperatura regulada de modo termófilo, em que o comprimento do percurso (P) de fluxo do percolado desde a entrada (10c) de percolado até à saida (10b) de percolado e a temperatura deste durante esse percurso foram regulados de modo a que da saida possa ser exclusivamente retirado percolado higienizado.
2. 2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o reservatório (10) de percolado ter sido disposto sob o pelo menos um fermentador (13).
3. 3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, 2 ΡΕ2275526 caracterizado por ter sido previsto que incluísse vários fermentadores (13), pelo menos dos quais um foi concebido para funcionar pelo menos temporariamente de modo termófilo.
4. 4. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracteri zado por entre o pelo menos um fermentador (13) e o reservatório (10) de percolado terem sido ligado um dispositivo (11) para a purificação do percolado e eventualmente um dispositivo (12) adicional.
5. 5. Dispositivo de acordo com as reivindicações 3 e 4, caracterizado por ter sido previsto que integrasse pelo menos dois dispositivos (11) e (12) para a purificação do percolado, em que o fermentador (13) e os dispositivos (11) e (12) podem ser ligados de modo a que o percolado higienizado que eflui de um fermentador (13) seja conduzido para dentro de um dos dispositivos (12) e o percolado não higienizado que eflui de um fermentador (13) seja conduzido para o outro dispositivo (11) .
6. 6. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado por no reservatório (10) de percolado ter sido previsto que 3 ΡΕ2275526 a jusante da entrada (10c) do percolado houvesse pelo menos um percurso de aquecimento (10a) ao longo do qual o percolado que alcança o reservatório (10) é aquecido até atingir uma temperatura predefinida.
7. 7. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 4 a 6, caracterizado por pelo menos um dos dispositivos (11) e (12) consistir num desareador.
8. 8. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado por no reservatório (10) de percolado e/ou num e/ou em ambos os dispositivos (11, 12), para efeito da purificação do percolado, ter sido prevista a presença de um dispositivo de aquecimento que funciona de modo a que possa ser regulada uma temperatura mínima predefinida para o percolado .
9. 9. Processo para a produção de biogás, em que em pelo menos um fermentador (13) se faz passar um percolado através de um substrato, após o que o percolado alcança um reservatório (10) de percolado que exibe uma entrada (10c) de percolado, passível de ser ligada a uma saída do pelo menos um fermentador (13), e uma saída (10b) de percolado caracterizado 4 ΡΕ2275526 por, entre a entrada (10c) e a saída (10b) de percolado exibidas pelo reservatório (10) de percolado, este ser conduzido ao longo de um percurso (P) do fluxo em forma de meandro, espiral ou hélice, de modo a que, graças a este prolongamento do percurso (P), possa ser especialmente longa a permanência do percolado a uma temperatura regulada de modo termófilo, em que o comprimento do percurso de fluxo do percolado e a temperatura do mesmo entre as suas entrada (10c) e saída (10b) foram regulados de modo a que desta última possa ser retirado exclusivamente percolado higienizado .
10. 10. Processo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por serem utilizados vários fermentadores (13), dos quais pelo menos um funciona pelo menos temporariamente de modo termófilo.
11. 11. Processo de acordo com uma das reivindicações 9 e 10, caracterizado por, entre o pelo menos um fermentador (13) e o reservatório (10) de percolado, o percolado ser conduzido através de um dispositivo (11) para a purificação de percolado, e eventualmente através de um dispositivo (12) adicional.
12. 12. Processo de acordo com as reivindicações 10 e 11, caracterizado 5 ΡΕ2275526 por ter sido prevista a presença de pelo menos dois dispositivos (11) e (12) para a purificação do percolado, em que o percolado higienizado proveniente de um fermentador (13) é conduzido para um dispositivo (11) e o percolado não higienizado proveniente de um fermentador (13) é conduzido para o outro dispositivo (12).
13. 13. Processo de acordo com uma das reivindicações 9 a 12, caracterizado por, a jusante da entrada (10c) de percolado, o reservatório (10) de percolado ser reguladao para uma temperatura predefinida.
14. 14. Processo de acordo com uma das reivindicações 11 a 13, caracterizado por pelo menos um dos dispositivos (11) e (12) consistir num desareador.
15. 15. Processo de acordo com uma das reivindicações 9 a 14, caract e ri zado por, para efeito da sua purificação, o percolado ser aque-cio no reservatório (10) e/ou num de e/ou em ambos os dis 6 ΡΕ2275526 positivos (11, 12) de modo a que fique regulado para uma temperatura mínima predefinida. Lisboa, 15 de Julho de 2013