BRPI0900889A2

BRPI0900889A2 - instalação combinada para produção de biogás e adubo, e, métodos para trocar um fermentador em uma instalação combinada entre produção de biogás e compostagem e para inicializar um fermentador

Info

Publication number: BRPI0900889A2
Application number: BRPI0900889-6A
Authority: BR
Inventors: Lutz Peter
Original assignee: Bekon Energy Technologies Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2008-03-20
Filing date: 2009-03-16
Publication date: 2010-04-06
Also published as: PL2103681T3; EP2103681B1; EA015484B1; US20090239209A1; ES2447943T3; CN101538176A; EP2103681A2; CN101538176B; DE102008015240B4; US8440437B2; EP2103681A3; DE102008015240A1; EA200900331A1; JP2009256194A

Abstract

INSTALAçãO COMBINADA PARA PRODUçãO DE BIOGáS E ADUBO, E, MIZTODOS PARA TROCAR UM FERMENTADOR EM UMA INSTALAçãO COMBINADA ENTRE PRODUçãO DE BIOGáS E COMPOSTAGEM E PARA INICIALIZAR UM FERMENTADOR. Uma instalação combinada para a produção de biogás e adubo inclui pelo menos um fermentador (2) operando de acordo com o princípio de fermentação a seco para produção de biogás em modo em batelada e incluindo uma saída de biogás (8) e pelo menos uma entrada de gás de purga (24), uma linha de biogás (12) adaptada para ser conectada a saída de biogás (8), uma linha de gás residual (26), por meio da qual o gás residual contendo dióxido de carbono pode ser suprido a pelo menos uma entrada de gás de purga (24), uma chaminé de gás residual (20) adaptada para ser conectada à saída de biogás (8) através de uma primeira linha de biogás/gás residual (14), uma chama de gás residual (22) adaptada para ser conectada à saída do biogás (8) através de uma segunda linha de biogás/gás residual (16), uma linha de ar fresco (28) adaptada para ser conectada a pelo menos uma entrada de gás de purga (24), meio de controle (30) para conectar a saída de biogás (8) à linha de biogás (12) ou à chaminé de biogás/gás residual (20) através da primeira linha de biogás/gás residual (14), ou à chama de gás residual (22) através da segunda linha de biogás/gás residual (16) e para conectar a entrada de gás de purga (24) à linha de gás residual (26), ou à linha de ar fresco (28), e um meio de medição (32, 34) conectado ao meio de controle (30) e incluindo um primeiro sensor de medição (32) para detectar a concentração de metano e um segundo sensor de medição (34) para detectar a concentração de dióxido de carbono na mistura de gases emergindo a partir de pelo menos um fermentador (2).

Description

"INSTALAÇÃO COMBINADA PARA PRODUÇÃO DE BIOüas dADUBO, E, MÉTODOS PARA TROCAR UM FERMENTADOR EM UMAINSTALAÇÃO COMBINADA ENTRE PRODUÇÃO DE BIOGÁS ECOMPOSTAGEM E PARA INICIALIZAR UM FERMENTADOR"

A invenção refere-se a uma instalação combinada para aprodução de biogás e adubo a partir de biomassa, incluindo pelo menos umfermentador de acordo com o princípio de fermentação a seco, conformereivindicação 1, e a um método de trocar um fermentador em uma instalaçãosemelhante entre produção de biogás e compostagem, de acordo com areivindicação 13.

A assim chamada "fermentação a seco" permite a conversãode biomassas despejáveis provenientes de atividades agrícolas, de rejeitobiológico e de áreas comunitárias cultivadas em metano, sem ter queconverter os materiais em um substrato líquido que possa ser bombeado.Biomassas tendo um teor de substância seca de até 50% podem serfermentadas. Este método de fermentação a seco está descrito, por exemplo,na EP 934.998.

No caso de fermentação a "seco", o material a ser fermentadonão é agitado para uma fase líquida, como acontece, por exemplo, comfermentação líquida de rejeito orgânico. Em vez disso, o substrato defermentação introduzido no fermentador é mantido úmido durante todo otempo pela extração do percolado no fundo do fermentador e por sua aspersãonovamente sobre a biomassa. Isto resulta em ótimas condições desobrevivência para as bactérias. Durante a recirculação do percolado, atemperatura pode, além disso, ser regulada, sendo possível a utilização deaditivos para otimização do processo.

Pela WO 02/6.439, um biorreator ou fermentador em forma deuma garagem pré-fabricada é conhecido, o qual é operado de acordo com oprincípio de fermentação a seco no assim chamado processo em batelada.Neste caso, após a semeadura com material já fermentado, o fermentador écarregado com o substrato de fermentação por meio de pás de trator. Orecipiente de fermentação é construído em forma de uma garagem e fechadopor porta impermeável a gás. A biomassa é fermentada com expulsão de ar,sem mistura adicional sendo executada durante o processo, e sem suprimentode material adicional. O percolado drenado do material sendo fermentado éextraído via uma ranhura de drenagem, temporariamente armazenado em umtanque e novamente borrifado sobre o substrato de fermentação para oumedecimento deste. O processo de fermentação ocorre na faixa detemperatura mesofílica entre 34 e 37°C, com a equalização de temperaturasendo executada com o auxílio de aquecimento de piso e parede.

O biogás resultante pode ser usado para obter eletricidade ecalor em uma estação de energia térmica do tipo bloco (BHKW;Blockheizkraftwerk). De modo a assegurar que biogás suficiente estejasempre disponível para a estação de energia térmica do tipo bloco, umapluralidade de recipientes de fermentação é operada a intervalos de tempo nainstalação de fermentação a seco. Ao final do tempo de residência, a área dofermentador é completamente esvaziada e, então, recarregada. O substratofermentado é suprido, subseqüentemente, para compostagem, resultando naprodução de um fertilizante orgânico comparável aos adubos convencionais.

Estes fermentadores para a produção de biogás de acordo como princípio de fermentação a seco são conhecidos adicionalmente pela DE203 19 847 Ul e EP 1 681 274 A2. A DE 34 38 057 revelou a produção deadubo a partir de biomassa usada ou fermentada proveniente de umainstalação de biogás.

A operação de processo em batelada torna necessário desligaros fermentadores individuais de vez em quando, ou seja, após a biomassapresente no fermentador ter sido submetida à conversão anaeróbica completa;em outras palavras, a produção de biogás deve ser parada, a biomassafermentada deve ser removida do respectivo fermentador, biomassa frescadeve ser carregada no fermentador, e a produção do biogás tem que serrecomeçada. Isto envolve o inconveniente de ser necessário, por razões dasegurança, impedir que uma mistura de biogás/ar explosiva seja criadaquando os fermentadores individuais estiverem sendo carregados edescarregados.

Para isto, é conhecido pela EP 1301583 B inundar umfermentador, durante sua operação, com gás residual contendo dióxido decarbono proveniente da estação de energia térmica do tipo bloco que estejasendo operada com biogás, no caso de um risco de explosão, ou seja, sehouver entrado ar no fermentador. Subseqüentemente, a biomassa fermentadapode ser removida sem qualquer risco do fermentador e fornecida a umainstalação de compostagem.

Portanto, é o objetivo da presente invenção desenvolver aindamais uma instalação de biogás como a conhecida pela EP 1301583 B de modoque a pós-compostagem da biomassa usada seja simplificada.

Este objetivo é conseguido através das características dasreivindicações 1 e 13.

Devido ao fato da biomassa usada ser compostada nofermentador pela troca de fermentação anaeróbica para compostagemaeróbica, já não necessário converter a biomassa usada em um compostadorseparado. A instalação combinada, de acordo com a reivindicação 1, inclui oscomponentes necessários de modo a permitir uma troca desligamento edescarga seguras, bem como uma inicialização segura de um fermentador. Ofermentador da invenção está configurado de modo que todo o processo defermentação, que consiste na fermentação anaeróbica e compostagemaeróbica, possa se desenvolver em seu interior, antes que se torne necessárioremover a biomassa usada e carregar novamente o fermentador com biomassafresca.De acordo com um aspecto preferido da invenção, conforme areivindicação 10, uma primeira entrada de gás de purga dá acesso aofermentador na área acima da biomassa.

De acordo com um aspecto preferido da invenção, conforme areivindicação 11, o fermentador compreende uma placa de piso provida depassagens de gás de purga que são conectadas a uma segunda entrada de gásde purga.

De acordo com um aspecto preferido da invenção, conforme areivindicação 12, as passagens de gás de purga são configuradas paradescarregar líquidos de percolação percolados da biomassa durante aprodução de biogás.

Devido às provisões da reivindicação 13, a produção e oprocessamento de biogás são mantidos por tanto quanto possível, mesmoquando o processo de fermentação é terminado pela purga com gás residualcontendo dióxido de carbono, ou seja, a mistura biogás/gás residual dofermentador continua a ser suprida ao consumidor de biogás até que aqualidade desta mistura caia abaixo de um grau predeterminado, antes que ofermentador seja, então, trocado para compostagem da biomassa fermentadanele contida. Somente quando a concentração de metano na saída de biogáscai abaixo de um limite superior, a linha de biogás levando ao consumidor debiogás é desconectada da saída de biogás. Após isto, a mistura biogás/gásresidual contendo apenas uma quantidade pequena de metano é descarregadaatravés de uma chaminé de gás residual. Isto é realizado até que aconcentração de metano tenha caído para um limite inferior, no qual,virtualmente, nenhum metano esteja contido na mistura biogás/gás residual.Após isto, o fermentador é purgado não mais com gás residual contendodióxido de carbono, mas com ar fresco, e a descarga da mistura gásresidual/biogás/ar fresco através da chaminé de gás residual continua até quea concentração de dióxido de carbono na mistura gás residual/ biogás/arfresco tenha caído para um primeiro limite. Somente então o fermentador étrocado para compostagem. Após o término do processo de compostagem, ofermentador pode ser aberto para descarregar a biomassa usada e sercarregado novamente com biomassa fresca. Como resultado da compostagemser sucessiva à fermentação, é possível abrir o fermentador para sua descargae recarregamento, na ausência de qualquer risco.

De acordo com um aspecto preferido da invenção, conforme areivindicação 14, a mistura biogás/gás residual não é emitida para o ambienteatravés da chaminé de gás residual quando o limite superior da concentraçãode metano é alcançado, mas alimentada a uma chama de gás residual onde équeimada. Opcionalmente, a chama de gás residual pode ser suprida comcombustível adicional, de modo que a combustão ocorra em qualquer caso. Acombustão da mistura biogás/gás residual é executada até que a concentraçãode metano, na mistura biogás/gás residual, se torne menor do que um limitemédio que esteja situado entre os limites superior e inferior.

De acordo com aspectos preferidos da invenção, conforme asreivindicações 15 e 16, o processo de compostagem é controlado ajustando-sea quantidade e/ou temperatura do ar fresco suprido através da linha de arfresco, para, desse modo, se obter um meio de processo ótimo.

De acordo com um aspecto preferido da invenção, conforme areivindicação 17, as misturas de gases descarregadas pelo fermentador sãofiltradas. Como um resultado da filtragem, substâncias possivelmenteprejudiciais aos consumidores, que possam resultar em entupimento dasválvulas, por exemplo, são removidas na maior extensão possível.

De acordo com um aspecto preferido da invenção, conforme areivindicação 18 e 19, uma mistura biogás /ar explosiva é impedida,seguramente, de ser formada durante a inicialização.

Este fermentador que foi novamente inicializado é conectado àlinha de biogás a um quarto limite de concentração de metano, que é igual aolimite superior - reivindicação 20.

O gás residual para purgar o fermentador é provido, porexemplo, por um motor a combustão interna - reivindicação 21.

De acordo com um modo de realização preferido da invenção,conforme a reivindicação 22, o gás residual contendo dióxido de carbono ésuprido a partir de um meio de processamento de biogás disposto a jusante dopelo menos um fermentador.

As sub-reivindicações restantes relacionam-se a aspectosvantajosos da invenção.

Detalhes, características e vantagens adicionais da invenção setornarão evidentes das descrições seguintes de modos de realizaçãoexemplificativos, com referência aos desenhos, nos quais:

As Figs. 1 a 7 mostram representações esquemáticas de váriosestados de operação durante o término do processo de fermentação em umfermentador de uma instalação combinada e durante o (re-)início dofermentador, de acordo com um primeiro modo de realização da invenção;

A Fig. 8 mostra uma ilustração esquemática de um segundomodo de realização da invenção incluindo um fermentador;

As Figs. 9 a 15 mostram representações esquemáticas devários estados de operação de uma instalação combinada, incluindo trêsfermentadores, durante o término do processo de fermentação em umfermentador de uma instalação combinada e durante o (re-)início de umfermentador;

A Fig. 16 é uma representação correspondendo à Fig. 1 de umterceiro modo de realização da invenção, incluindo um suprimento de gásresidual e de ar fresco, respectivamente, a partir da placa de piso dofermentador;

A Fig. 17A é uma vista de topo da placa de piso tendopassagens de gás de purga do fermentador, de acordo com o modo derealização da Fig. 16;

A Fig. 17B é uma vista secional, ao longo da linha B - B daFig. 17A, com passagem transversal e passagens de purga; e

A Fig. 17C é uma vista secional, ao longo da linha C - C daFig. 7A, com as passagens de gás de purga.

As Figs. 1 a 7 mostram um primeiro modo de realização deuma instalação combinada, de acordo com a presente invenção, incluindo umúnico fermentador 2. O fermentador 2 tem uma forma cubóide e é construídoaproximadamente na forma de uma garagem pré-fabricada. O fermentador 2pode ser carregado com biomassa 6 e esvaziado, novamente, por meio de umapá de trator através de uma abertura de carregamento e descarga 4 que seestende sobre uma das faces terminais do fermentador cubóide 2. É feitoreferência à WO 02/06439 em relação aos detalhes da construção dofermentador 2.

O fermentador 2 inclui adicionalmente uma saída de biogás 8adaptada para ser conectada através de válvulas 10 a uma linha de biogás 12,uma primeira linha de biogás/gás residual 14 e uma segunda linha debiogás/gás residual 16. A linha de biogás 12 leva a uma estação de energiatérmica do tipo bloco 18 constituindo um meio de utilização do biogás. Aprimeira linha de biogás/gás residual 14 leva a uma chaminé de biogás/gásresidual 20. A segunda linha de biogás/gás residual 16 leva a uma chama degás residual 22. Além disso, o fermentador 2 inclui uma entrada de gás depurga 24 adaptada para ser conectada através de válvulas 10 a uma linha degás residual 26 ou a uma linha de ar fresco 28. Um ventilador de gás residual27 é arranjado na linha de gás residual 26, e pode ser usado para bombear gásresidual para dentro do fermentador 2. Um ventilador de ar fresco 29, parasugar ar fresco do ambiente, é arranjado na linha de ar fresco 28. O gásresidual contendo dióxido de carbono é passado para dentro do fermentador 2como gás de purga através da linha de gás residual 26, e ar fresco é passadopara dentro do fermentador 2 através da linha de ar fresco 28.

As válvulas 10 são conectadas a um meio de controle 30 e sãoabertas ou fechadas por meio do meio de controle 30. O meio de controle 30também é conectado a um primeiro sensor de medição 32 que é arranjado nasaída de biogás 8 e detecta a concentração de metano na respectiva mistura degás. O meio de controle 30, além disso, é conectado a um segundo sensor demedição 34 que é arranjado, do mesmo modo, na saída de biogás 8 e detecta aconcentração de dióxido de carbono na respectiva mistura de gás. O meio decontrole 30 também é conectado a um terceiro sensor de medição 36, que éarranjado na saída de biogás 8 e detecta o fluxo de volume de gás na saída dobiogás. Opcionalmente, a extração de gás a partir do fermentador 2 pode serajudada por um ventilador 38 que é arranjado na saída de biogás.

As Figs. 1 a 7 mostram várias fases do término do processo defermentação dentro do fermentador 2 e inicialização do fermentador 2, comlinhas ativas e posições de componentes sendo ilustradas por linhas contínuas,enquanto linhas e posições de componentes que estejam inativos oudesligados são ilustradas, respectivamente, por linhas tracejadas. De acordocom a invenção, a conversão aeróbica da biomassa fermentada se segueimediatamente após o processo de fermentação, no mesmo fermentador,trocando-se apropriadamente o último pela compostagem, antes que ofermentador seja aberto, descarregado, recarregado e novamente inicializado.

A Fig 1 mostra a primeira fase do término do processo defermentação dentro do fermentador 2, na qual, o gás residual contendodióxido de carbono é bombeado para o interior do fermentador 2 através da linha de gás residual 26 e da entrada de gás de purga 24. A saída de biogás 8ainda está conectada à linha de biogás 12, de modo que a mistura biogás/gásresidual continua a ser passada para a estação de energia térmica do tipo bloco18.

Apenas quando a concentração de metano detectada peloprimeiro sensor de medição 32, na saída de biogás 8, cai abaixo de um limitesuperior, a válvula 10, na linha de biogás 12, é fechada pelo meio de controle30 e a válvula 10, na segunda linha de biogás/gás residual 16, é aberta emuma segunda fase, como ilustrado na Fig. 2. Nesta segunda fase do término doprocesso de fermentação no fermentador 2, a mistura biogás/gás residual équeimada na chama de gás residual 22. Opcionalmente, este processo decombustão pode ser ajudado adicionando-se combustível adicional.

Quando a concentração de metano detectada pelo primeirosensor de medição 32, na saída de biogás 8 cai abaixo de um limite médio, aválvula 10, na segunda linha de biogás/gás residual 16, é fechada pelo meiode controle 30 e a válvula 10, na primeira linha de biogás/gás residual 14 éaberta em uma terceira fase, como ilustrado na Fig. 3. Nesta terceira fase dotérmino do processo de fermentação dentro do fermentador 2, a misturabiogás/gás residual é emitida para o ambiente através da chaminé de gásresidual 20.

Quando a concentração do metano detectada pelo primeirosensor de medição 32 na saída de biogás 8, cai abaixo de um limite inferior, aválvula 10, na linha de gás residual 26, é fechada e, a válvula 10, na linha dear fresco 28, é aberta em uma quarta fase, como ilustrado na Fig. 4. Nestaquarta fase do término do processo de fermentação dentro do fermentador 2,ar fresco é bombeado para dentro do fermentador 2 através da linha de arfresco 28 e entrada de gás de purga 24. A mistura gás residual/ar continua aser emitida para o ambiente através da saída de biogás 8 e primeira linha debiogás/gás residual 14, na chaminé de gás residual 20.

Quando a concentração do dióxido de carbono detectada pelosegundo sensor medição 34, na saída de biogás 8, cai abaixo de um primeirolimite, o fermentador é trocado para um gerenciamento de processo aeróbico,de modo que a biomassa fermentada, presente no fermentador ainda fechado,seja compostada. No fim da compostagem, a válvula 10, na linha de ar fresco28, é fechada pelo meio de controle 30 e a abertura de carregamento edescarga 4 é aberta, como ilustrado na Fig. 5.

Uma vez o fermentador 2 novamente carregado com biomassafresca, a abertura de carregamento e descarga 4 é fechada, a conexão entre asaída de biogás 8 e a chaminé de gás residual 20, através da primeira linha debiogás/gás residual 14 é mantida, e o meio de controle 30 abre a válvula 10 nalinha de gás residual 26, de modo que o gás residual contendo dióxido decarbono seja bombeado para dentro do fermentador 2 - ver Fig. 6. Isto écontinuado até que a concentração de dióxido de carbono na saída de biogás8, como detectada pelo segundo sensor de medição 34 atinja ou exceda umsegundo limite.

Quando este segundo limite para a concentração de dióxido decarbono é alcançado, o meio de controle 30 fecha a válvula 10 na linha de gásresidual 26 e na primeira linha de biogás/gás residual 14 e abre a válvula 10na linha de biogás 12, como ilustrado na Fig. 7. A fase de produção do biogásfoi, então, alcançada novamente, e o biogás produzido no fermentador 2 ésuprido à estação de energia térmica do tipo bloco 18 através da linha debiogás 12.

No modo de realização descrito acima, todos os sensores demedição 32, 34, 36 são arranjados na saída 8, de acordo com um segundomodo de realização da presente invenção, os segundo e terceiro sensores demedição 24, 36 podem ser também arranjados, alternativamente, na primeira esegunda linhas de biogás/gás residual 14, 16, respectivamente. A Fig. 8mostra um aspecto alternativo da invenção que difere do modo de realizaçãomostrado nas Figs. 1 a 7, pelo fato das primeira e segunda linhas debiogás/gás residual 14, 16 ser combinadas para formar uma linha debiogás/gás residual comum 40, antes que se abram para dentro da saída debiogás 8. O segundo sensor de medição, para a detecção da concentração dedióxido de carbono, é arranjado na linha de biogás/gás residual comum 40, eo terceiro sensor de medição 36 é arranjado na primeira linha de biogás/gásresidual 14. No restante, este segundo modo de realização da invençãocorresponde ao primeiro modo de realização. A operação também é idêntica.

As Figs. 9 a 15 mostram um terceiro modo de realização deuma instalação combinada, de acordo com a presente invenção, no qual trêsfermentadores 2-1, 2-2 e 2-3 (a seguir designados coletivamente como "2-i")são providos em operação em paralelo. Componentes mutuamentecorrespondentes são providos com os mesmos símbolos de referência. Nainstalação combinada mostrada nas Figs. 9 a 15, cada um dos trêsfermentadores 2 i é provido, respectivamente, com uma entrada de gás depurga 24-1, 24-2 e 24-3, cada uma delas podendo ser fechada por uma válvula10. As três entradas de gás de purga 24 i são combinadas para formar umaentrada de gás de purga comum 42. Uma linha de gás residual 26 e uma linhade ar fresco 28, cada uma delas podendo ser fechada por uma válvula 10, seabrem para dentro da entrada de gás de purga comum 42.

Cada um dos três fermentadores 2 i é provido com umarespectiva saída de biogás 8-1 8-2 e 8-3 que são adaptadas para ser fechadaspor uma respectiva válvula 10. A primeira linha de biogás/gás residual 14para a chaminé de gás residual 20 e a segunda linha de biogás/gás residual 16para a chama de gás residual 22 são combinadas para formar uma linha debiogás/gás residual comum 40, tendo um ventilador 38 arranjado nela. Ajusante do ventilador 38, a linha de biogás/gás residual comum 40 se divideno primeiro, segundo e terceiro elementos de linha de biogás/gás residual 40-1, 40-2 e 40-3. O primeiro elemento de linha de biogás/gás residual 40-1 abrepara dentro da primeira saída de biogás 8-1, entre a válvula 10 e o primeirofermentador 2-1. O segundo elemento de linha de biogás/gás residual 40-2abre para dentro da segunda saída de biogás 8-2, entre a válvula 10 e osegundo fermentador 2-2. O terceiro elemento de linha de biogás/gás residual40-3 abre para dentro da terceira saída de biogás 8-3, entre a válvula 10 e oterceiro fermentador 2-3. Cada um dos três elementos de linha de biogás/gásresidual 40-1, 40-2 e 40-3 pode ser fechado por uma respectiva válvula 10. Astrês saídas de biogás 8-1, 8-2 e 8-3 se abrem para dentro de uma linha debiogás comum 12 que leva para uma estação de energia térmica do tipo bloco18. Uma linha de exaustão 44, a partir da estação de energia térmica do tipobloco 18, abre para dentro de uma segunda chaminé de gás residual 46. Alinha de gás residual 26 é conectada através de uma válvula de 3 vias 48 àlinha de exaustão 44, ou seja; o gás residual contendo dióxido de carbono queocorre na estação de energia térmica do tipo bloco 18 é usado para purgar umfermentador 2 i cujo processo de fermentação deve ser terminado e que deveser trocado para o processo de compostagem. A válvula de 3 vias permiteregular o fluxo de volume de gás residual que é enviado através da linha degás residual 26 para purgar um fermentador 2 i, bem como, a quantidade degás residual que é emitido para o ambiente através da segunda chaminé de gásresidual 46.

Um primeiro sensor de medição 32, para a detecção daconcentração de metano, é arranjado na linha de biogás comum 12. Umsegundo sensor de medição 34 para a detecção da concentração de dióxido decarbono, um terceiro sensor de medição 36 para a detecção do fluxo devolume, e um quarto sensor de medição 50 para a detecção da concentraçãode metano são arranjados na linha de biogás/gás residual comum 40, a jusantedo ventilador 38, na direção do fluxo. Os quatro sensores de medição 32, 34,36, e 50 são conectados a um meio de controle 30. As várias válvulas 10 são,do mesmo modo, conectadas ao meio de controle: Estas linhas de controle não estão mostradas nas Figs. 9 a 15, em razão da clareza.

As Figs. 9 a 15 ilustram o término do processo de fermentaçãodentro do fermentador 2-2 e reinicialização do segundo fermentador 2-2 apóso processo de compostagem que segue imediatamente o processo defermentação e é inicializado pela troca no fermentador 2-2, com as Figs. 9 a15 representando as mesmas fases e estados de operação que as Figs. 1 a 7. Aprodução de biogás dos primeiro e terceiro fermentadores 2-1 e 2-3,respectivamente; ocorre continuamente durante o término do processo defermentação e do processo de compostagem no segundo fermentador 2-2 edurante o reinicialização do segundo fermentador 2-2.

A Fig. 9 mostra a primeira fase do término do processo defermentação dentro do fermentador 2-2, na qual, gás residual de fase contendodióxido de carbono, a partir da estação de energia térmica do tipo bloco 18, ébombeado para o interior do fermentador 2-2 através da válvula de 3 vias 48e, a linha de gás residual 26, o ventilador de gás residual 27 e a segundaentrada de gás de purga 24-2. Como antes, a segunda saída de biogás 8-2 estáconectada à linha de biogás comum 12, de modo que mistura biogás/gásresidual continua a ser suprida à instalação de processamento de gás 44.

Apenas quando a concentração de metano detectada peloprimeiro sensor de medição 32, na linha de biogás comum 12 cai abaixo deum limite superior, o meio de controle 30 fecha a válvula 10 na segunda saídade biogás 8-2 e abre a válvula 10 no segundo elemento de linha de biogás/gásresidual 40-2 e na segunda linha de biogás/gás residual 16, em uma segundafase, como ilustrado na Fig. 10. Nesta segunda fase do término do processo defermentação dentro do fermentador 2-2, a mistura biogás/gás residual équeimada na chama de gás residual 22. Opcionalmente, este processo dacombustão pode ser ajudado adicionando-se combustível adicional.

Quando a concentração de metano detectada pelo quartosensor de medição 50 na linha de biogás/gás residual comum 40 cai abaixo deum limite médio, o meio de controle 30 fecha a válvula 10 na segunda linhade biogás/gás residual 16 e abre a válvula 10 na primeira linha de biogás/gásresidual 14, em uma terceira fase, como ilustrado na Fig. 11. Nesta terceirafase do término do processo de fermentação dentro do fermentador 2-2, amistura biogás/gás residual é emitida para o ambiente através da chaminé degás residual 20.

Quando a concentração de metano detectada pelo quartosensor de medição 50 na linha de biogás/gás residual comum 40 cai abaixo deum limite inferior, o meio de controle 30 fecha a válvula 10 na linha de gásresidual 26, troca apropriadamente a válvula de 3 vias 48, e abre a válvula 10na linha de ar fresco 28, em uma quarta fase, como ilustrado na Fig. 12. Nestaquarta fase do término do processo de fermentação dentro do fermentador 2-2,ar fresco é bombeado para dentro do fermentador 2-2 pelo ventilador de arfresco 29 através da linha de ar fresco 28 e a entrada de gás de purga 24. Amistura de gás residual/ar continua a ser emitida para o ambiente através dasegunda saída de biogás 8-2, o segundo elemento de linha biogás/gás residual40-2, a linha de biogás/gás residual comum 40, e a primeira linha debiogás/gás residual 14, na chaminé de gás residual 20. Opcionalmente, istopode ser ajudado pelo ventilador 38.

Quando a concentração do dióxido de carbono detectada pelosegundo sensor de medição 34 na linha comum de biogás 40 cai abaixo de umprimeiro limite, o fermentador 2-2 é trocado para iniciar a compostagem, e aválvula 10, na linha de ar fresco 28, é fechada pelo meio de controle 30.Seguindo-se ao término da compostagem é possível abrir o fermentador 2-2,remover a biomassa usada, e carregar biomassa fresca.

Uma vez o fermentador 2-2 recarregado com biomassa fresca,a abertura de carregamento e descarga é fechada, a conexão entre a segundasaída de biogás 8-2 e a chaminé de gás residual 20 através do segundoelemento de linha de biogás/gás residual 40-2, a linha de biogás/gás residualcomum, e a primeira linha de biogás/gás residual 14 é mantida, e o meio decontrole 30 abre a válvula 10 na linha de gás residual 26 e troca a válvula de 3vias 48 na linha de exaustão 44 da estação de energia térmica do tipo bloco18, de modo que o gás residual contendo dióxido de carbono é bombeado paradentro do fermentador 2-2 - ver Fig. 14. Este processo continua até que aconcentração de dióxido de carbono detectada pelo segundo sensor demedição 34 na linha de biogás/gás residual comum 40 atinja ou exceda, umsegundo limite.

Quando este segundo limite para a concentração de dióxido decarbono é atingido, o meio de controle 30 fecha a válvula 10 na linha de gásresidual 26, troca a válvula de 3 vias 38, fecha a válvula 10 no segundoelemento de linha de biogás/gás residual 40-2 e abre a válvula 10 na segundasaída de biogás 8-2, como ilustrado na Fig. 15. Assim, o segundo fermentador2-2 também atingiu mais uma vez a fase de produção de biogás, e o biogás produzido no fermentador 2-2 é suprido à estação de energia térmica do tipobloco 18 através da linha de biogás 12, da instalação de processamento 44. Asaída de biogás 8-2 não é conectada à linha de biogás comum 12 até que aconcentração de metano detectada pelo quarto sensor de medição 50 atinja umquarto limite. Este quarto limite coincide com o limite superior.

A válvula 10 na linha de gás residual 26 pode ser omitida umavez que sua função também pode ser realizada pela válvula de 3 vias 48.

A seguir são dados valores numéricos exemplificativos para osvários limites:

Concentração de metano: limite superior 30% a 50% limite médio 10% a 20% limite inferior 0% a 3% quarto limite 30% a 50%

Concentração do dióxido de carbono: primeiro limite 0,5% a 2% segundo limite 5% a 15%

O fluxo de volume do gás residual na linha de gás residual 26está entre 150 e 1000 m3/h, dependendo do tamanho dos fermentadores e daquantidade do gás residual disponível. O fluxo de volume do ar fresco, nalinha de ar fresco 28, está entre 1000 e 5000 m3/h.

A Fig. 16 mostra uma representação correspondendo à Fig. 1de uma instalação combinada, de acordo com um quarto modo de realização,que difere do primeiro modo de realização, de acordo com as Figs. 1 a 7, pelofato o gás da purga, tendo a forma de gás residual ou ar fresco, ser suprida nosvários estados de operação, não apenas através da primeira entrada de gás depurga 24, na área acima da biomassa 6, mas, adicional ou alternativamente,através de uma segunda entrada de gás de purga 25, na área da placa de pisodo fermentador 2. Isto tem o efeito do biogás presente dentro da biomassa 6ser, também, seguramente "purgado". Além disso, isto tem o efeito do metanoescapado durante o carregamento e a descarga do fermentador ser ainda maisreduzido.

A Fig. 17A mostra uma vista de topo da placa de piso dofermentador 2, no modo de realização, de acordo com Fig. 16. Passagens degás de purga 52 cobertas por uma grade permeável de líquido e gás 54 sãoprovidas na placa de piso do fermentador 2 em uma direção longitudinal. Asvárias passagens de gás de purga 52, que se estendem em paralelo, sãointerconectadas em uma, ou diversas localizações, por umapassagem transversal 56 se estendendo transversalmente à direçãolongitudinal das passagens de gás de purga 52. A segunda entrada de gás depurga 25 abre para dentro desta passagem transversal 56. A Fig. 17B mostrauma vista secional, ao longo da linha B - B da Fig. 17A, com a passagemtransversal 56 e passagens de gás de purga 52. A Fig. 17C mostra uma vistasecional, ao longo da linha C - C da Fig. 17A, com passagens de gás de purga 52.

Nos modos de realização da invenção, de acordo com as Figs.8 e 9 a 15, o suprimento de gás de purga também pode ser efetuado atravésdas passagens de gás de purga 52, no piso do fermentador 2. Nos váriosmodos de realização, a abertura de carregamento e descarga é provida no ladoesquerdo do fermentador 2. A abertura de carregamento e descarga tambémpode ser provida no lado oposto.Lista de numerais de referência

2 fermentador

4 abertura de carregamento e descarga

6. biomassa

8. saída do biogás

10 válvulas

12. linha de biogás

14. primeira linha de biogás/gás residual

16. segunda linha de biogás/gás residual

18. estação de energia térmica do tipo bloco

20. chaminé de gás residual

22. chama de gás residual

24. entrada de gás de purga

25. segunda entrada de gás de purga

26. linha de gás residual

27. ventilador de gás residual

28. linha de ar fresco

29. ventilador de ar fresco

30. meio de controle

32. primeiro sensor de medição (concentração de metano)

34. segundo sensor de medição (concentração de dióxido decarbono)

36. terceiro sensor de medição (fluxo de volume)

38. ventilador

40. linha de biogás/gás residual comum

40-1 primeiro elemento de linha de biogás/gás residual

40-2 segundo elemento de linha de biogás/gás residual

40-3 terceiro elemento de linha de biogás/gás residual

42. entrada de gás de purga comum<table>table see original document page 19</column></row><table>

Claims

1. Instalação combinada para produção de biogás e adubo,caracterizada pelo fato de incluir pelo menos um fermentador (2) operando deacordo com o princípio de fermentação a seco para a produção de biogás nomodo em batelada e incluindo uma saída de biogás (8) e pelo menos umaentrada de gás de purga (24, 25);uma linha de biogás (12) adaptada para ser conectada à saídade biogás (8);uma linha de gás residual (26) por meio da qual o gás residualcontendo dióxido de carbono pode ser suprido a pelo menos uma entrada degás de purga (24, 25);uma chaminé de gás residual (20) adaptada para ser conectadaà saída de biogás (8) através de uma primeira linha de biogás/gás residual, (H);uma chama de gás residual (22). adaptada para ser conectada àsaída de biogás (8) através de uma segunda linha de biogás/gás residual (16);uma linha de ar fresco (28) adaptada para ser conectada a pelomenos uma entrada de gás de purga (24, 25);um meio de controle (30) para conectar a saída de biogás (8) àlinha de biogás (12) ou à chaminé de biogás/gás residual (20) através daprimeira linha de biogás/gás residual (14) ou à chama de gás residual (22)através da segunda linha de biogás/gás residual (16) e para conectar a entradade gás de purga (24, 25) à linha de gás residual (26) ou à linha de ar fresco (28); eum meio de medição (32, 34) conectado ao meio de controle(30) e incluindo um primeiro sensor de medição (32) para detectar aconcentração de metano e um segundo sensor de medição (34) para detectar aconcentração de dióxido de carbono na mistura de gases emergindo a partir depelo menos um fermentador (2).

2. Instalação combinada de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato do meio de medição (32, 34) ser arranjado na saída debiogás (8).

3. Instalação combinada de acordo com a reivindicação 1 ou 2,caracterizada pelo fato de uma pluralidade de fermentadores (2-i) ser provida,cujas saídas de biogás (8-i) abrem na linha de biogás comum (12), e pelo fatodo primeiro sensor de medição, para detectar a concentração de metano, serarranjado na linha de biogás comum.

4. Instalação combinada de acordo com a reivindicação 3,caracterizada pelo fato das saídas de biogás (8-i) ser adaptadas para serconectadas seletivamente à chaminé de gás residual (20) ou à chama de gásresidual (22) através de uma linha de biogás/gás residual (40), comum e, pelofato do segundo sensor de medição, para detectar a concentração de dióxidode carbono, ser arranjado na linha de biogás/gás residual comum.

5. Instalação combinada de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizada pelo fato da linha de gás residual(26) suprir gás residual a partir de um motor a combustão interna.

6. Instalação combinada de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizada pelo fato da linha de biogás (12) estabelecer a conexão com um meio de utilização de biogás produzindo gásresidual contendo dióxido de carbono.

7. Instalação combinada de acordo com a reivindicação 5,caracterizada pelo fato do meio de utilização de biogás incluir uma estação deenergia térmica do tipo bloco (18).

8. Instalação combinada de acordo com a reivindicação 5,caracterizada pelo fato do meio de utilização de biogás incluir uma célula decombustível.

9. Instalação combinada de acordo com a reivindicação 5,caracterizada pelo fato do meio de utilização de biogás incluir um meio deprocessamento de gás (44).

10. Instalação combinada de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de uma primeira entradade gás de purga (24) abrir para dentro do fermentador (2) na área acima dabiomassa (6).

11. Instalação combinada de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizada pelo fato do fermentadorcompreender uma placa de piso, e pelo fato de passagens de gás de purga(52), conectadas a uma segunda entrada de gás de purga (25), serem providasna placa de piso do fermentador (2).

12. Instalação combinada de acordo com a reivindicação 11,caracterizada pelo fato das passagens de gás de purga (52) serem adaptadaspara descarregar líquidos de percolação que percolam a partir da biomassadurante a produção de biogás.

13. Método para trocar um fermentador em uma instalaçãocombinada como definida em qualquer uma das reivindicações precedentesentre produção de biogás e compostagem, caracterizado pelo fato de incluir asetapas do método de:a) manter a conexão entre a saída de biogás (8) e a linha debiogás (12);b) conectar a linha de gás residual (26) à pelo menos umaentrada de gás de purga (24, 25) do fermentador (2) a ser trocado;c) purgar o fermentador (2) a ser trocado com gás residual apartir da linha de gás residual (26) até que a concentração de metanodetectada pelo primeiro sensor de medição (32) tenha caído para um limitesuperior;d) desconectar a linha de biogás (12) da saída de biogás (8) dofermentador (2) a ser trocado;e) conectar a saída de biogás (8) do fermentador (2) a sertrocado à primeira linha de biogás/gás residual (14) e suprir a mistura de gásresidual/biogás à chaminé de biogás/gás residual (20) até que a concentraçãode metano detectada pelo primeiro sensor de medição (32) tenha caído paraum limite inferior;f) desconectar a linha de gás residual (26) da entrada de gás depurga (24, 25) do fermentador (2) a ser trocado;g) conectar a linha de ar fresco (28) à entrada de gás de purga(24, 25) do fermentador (2) a ser trocado e suprir ar fresco para dentro dofermentador (2) a ser trocado até que a concentração de dióxido de carbono detectada pelo segundo sensor de medição (34) tenha caído para um primeirolimite; eh) compostar a biomassa usada dentro do fermentador (2).

14. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizadopelo fato das seguintes etapas do método ser realizadas entre a etapa do método d) e a etapa do método e):dl) conectar a saída de biogás (8) do fermentador (2) a sertrocado à segunda linha de biogás/gás residual (16) e suprir a mistura de gásresidual/biogás à chama de gás residual (22) até que a concentração demetano detectada pelo primeiro sensor de medição (32) tenha caído para umlimite médio que esteja situado entre os limites superior e inferior; ed2) desconectar a saída de biogás (8) do fermentador (2) a sertrocado a partir da segunda linha de biogás/gás residual (16).

15. Método de acordo com a reivindicação 13 ou 14,caracterizado pelo fato do ar fresco suprido através da linha de ar fresco (28) ser pré-aquecido.

16. Método de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesprecedentes 13 a 15, caracterizado pelo fato do processo de compostagem sercontrolado por meio da quantidade suprida de ar fresco.

17. Método de acordo com qualquer das reivindicaçõesprecedentes 13 a 16, caracterizado pelo fato das misturas de gasesdescarregadas do fermentador (2) serem filtradas.

18. Método para inicializar um fermentador (2) como definidoem qualquer uma das reivindicações precedentes 1 a 13 que tenha sido recémcarregado com biomassa, caracterizado pelo fato de incluir as seguintes etapasdo método:a) fechar a abertura de carregamento e descarga (4);b) conectar a saída de biogás (8) à primeira linha de biogás/gásresidual (14);c) conectar a linha de gás residual (26) à entrada de gás depurga (24, 25) do fermentador (2) a ser inicializado, e suprir gás residual aofermentador (2) a ser inicializado, até que a concentração de dióxido decarbono detectada pelo segundo sensor de medição (34) tenha atingido umsegundo limite;d) desconectar a linha de gás residual (26) da entrada de gás depurga (24, 25);e) desconectar a primeira linha de biogás/gás residual (14) dasaída de biogás (8);f) conectar a linha de biogás (12) à saída de biogás (8).

19. Método de acordo com a reivindicação 18, caracterizadopelo fato da etapa do método f) ser realizada quando a concentração demetano detectada pelo primeiro, ou quarto sensor de medição (32; 50),exceder um quarto limite.

20. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizadopelo fato do quarto limite de concentração de metano ser igual ao limitesuperior de concentração de metano.

21. Método de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesprecedentes 13 a 20, caracterizado pelo fato da linha de gás residual (26) serconectada à exaustão de um motor a combustão interna.

22. Método de acordo com qualquer das reivindicaçõesprecedentes 13 a 20, caracterizado pelo fato da linha de gás residual (26) serconectada à exaustão (48) de um meio de processamento de biogás (44) queproduza gás residual contendo dióxido de carbono.

23. Método de acordo com qualquer das reivindicaçõesprecedentes 13 a 20, caracterizado pelo fato da linha de gás residual (26) serconectada à exaustão de uma célula de combustível.