Спосіб генерування водню

Спосіб генерування водню з органічних відходів, який полягає в тому, що до камери біореактора спрямовують органічні відходи, де їх змішують із субстратом бактерій, який відрізняється тим, що до камери біореактора - виробки вугільних шахт з герметично ізольованими стінками - спрямовують органічні відходи, наприклад стічні води, суміш субстрату з сульфатредукуючих бактерій Desulfovibrio desulfuricans, які продукують в анаеробних умовах сірководень, діоксид вуглецю та оцтову кислоту, та сульфату натрію, причому камеру біореактора ізолюють від проникнення кисню швидкотверднучим спіненим пластиком та герметичною перегородкою з отворами для розміщення труб для подачі субстрату та відсмоктування сірководню, на поверхні одержаний сірководень розкладають на сірку та водень відомим плазмохімічним способом, або у зустрічно-поточних теплообмінниках при температурі 450 °С, одержаний продукт - водень - очищують та зріджують. UA (21) a200609375 (22) 28.08.2006 (24) 25.06.2010 (46) 25.06.2010, Бюл.№ 12, 2010 р. (72) АЖИППО ОЛЕКСАНДР ГЕНРІХОВИЧ, ДОНЧЕНКО ЮРІЙ ВІКТОРОВИЧ, ЛЕВАНДОВСЬКИЙ В'ЯЧЕСЛАВ ОЛЕКСАНДРОВИЧ, СТОРЧЕУС ЮРІЙ ВІКТОРОВИЧ, ФІЛІМОНЕНКО КОСТЯНТИН ВАДИМОВИЧ (73) СХІДНОУКРАЇНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ВОЛОДИМИРА ДАЛЯ (56) DE 3300402 A1, 11.10.1984 JP 2004344757 A, 09.12.2004 US 5350685 A, 27.09.1994 Ilgi Karapinar Kapdan, Fikret Kargi Bio-hydrogen production from waste materials // Enzyme and Microbial Technology. – 2006. - V.38. – P.569-582. Ogino H, Miura T, Ishimi K, Seki M, Yoshida H. Hydrogen production from glucose by anaerobes // Biotechnol Prog. – 2005. – V.21, Is. 6. - Abstract C2 2 (19) 1 3 біореактора, де відходи при нормальному тиску та температурі змішують із субстратом бактерій Clostridium butyricum, які продукують водень, двоокис вуглецю та оцтову кислоту, отриманий водень сепарують з біореактору, очищують і спрямовують до споживача, (див. «Hydrogen Production from Glucose by Immobilized Growing Cells of Clostridium butyricum», lsao Karube, Naoto Urano, Tadashi Matsunaga, and Shuichi Suzuki, European Journal of Applied Microbiology Biotechnology (1982) 16:5-9 Springer-Verlag. 1982; «Hydrogen evolution by coimmobilized Chlorella vulgaris and Clostridium butyricum cells» Kayano H., Matsunaga Т., Karube I., and Suzuki S. Biochimica et Biophysica Acta., Bioenergetics Volume 638, Issue 1, 12 November 1981, Pages 80-85 (USA, ISSN: 0006-3592). Цей спосіб обрано за прототип. Недоліками відомого способу є низький вихід водню (10-30% від теоретично можливого), високий рівень токсичної дії продуктів метаболізму бактерій Clostridium butyricum, необхідність дотримання високого рівня бактеріологічної безпеки, що збільшує собівартість продукту. В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу генерування водню шляхом того, що як біореактор, використовують виробки вугільних шахт з герметично ізольованими стінками, у біореактор спрямовують органічні відходи, наприклад стічні води, суміш субстрату сульфатредукторних бактерій, наприклад Desulfovibrio desulfuricans та сульфата натрію, Поставлена задача досягається тим що, у способі генерування водню, який полягає в тому, що до камери біореактора - спрямовують органічні відходи, де відходи змішують із субстратом бактерій, які продукують водень, двоокис вуглецю та оцтову кислоту, отриманий водень сепарують з біореактору, згідно винаходу, до камери біореактора - виробки вугільних шахт з герметично ізольованими стінками спрямовують органічні відходи, наприклад стічні води, суміш субстрату з сульфатредукторних бактерій Desulfovibrio desulfuricans, які продукують в анаеробних умовах при обмеженому доступі повітря сірководень, двоокис вуглецю та оцтову кислоту, та сульфату натрію, причому камеру біореактора ізолюють від проникнення кисню швидкотвердіючим вспіненим пластиком та герметичною перегородкою з отворами де розміщено труби для подачі субстрату та відсосу проміжного продукту - сірководню, кислотно-лужний баланс підтримують додаванням сірчаної кислоти, одержаний проміжний продукт - сірководень на поверхні розкладають на сірку та водень відомим плазмохімічним способом, або у зустрічно-поточних теплообмінниках при температурі 450°С, одержаний таким чином кінцевий продукт - водень очищують та зріджують, що дасть можливість отримувати до 300 молей сірководню за рік з 1 грама сухих бактерій, які розміщені у 4 мілілітрах водяного субстрату, тобто при створенні відповідних сприятливих умов для роботи субстрату можливо виробництво 2500 тонн сірководню, або 147 тонн водню та 2300 тонн сірки за рік при об'ємі камери біореактора 1м3, крім того задіюються непрацюючі шахтні виробки, за умови під 91011 4 кислення середовища сірчаною кислотою, замість небезпечних для людини бактерій Clostridium butyricum використовуються більш безпечні Desulfovibrio desulfuricans, продукт метаболізму котрих - сірководень нейтралізується киснем зволоженого повітря. Суть винаходу пояснюється ілюстративним матеріалом, де зображено схему здійснення способу генерування водню, що містить: камеру біореактора 1, у гірському масиві 2, шахтний ствол 3, субстрат 4 з сульфатредукторних бактерій Desulfovibrio desulfuricans та сульфата натрію, органічних відходів, наприклад стічних вод (побутових або промислових), труба 5 для подачі субстрату 4, труба 6 для відсосу сірководню, герметичну перегородку 7 з отворами для розміщення труб 5 для подачі субстрату та труб 6 для відсосу сірководню, поз.8 позначено ізоляцію стінки камери біореактора швидкотвердіючим вспіненим пластиком. Спосіб генерування водню здійснюється наступним чином. Водний субстрат з сульфатредукторних бактерій, роду Desulfovibrio desulfuricans при концентрації бактерій 1011 клітин на 1 літр або 250 грамів сухих бактерій на літр та сульфата натрію при концентрації останнього до 194 грам на літр при температурі 20-70°С та тиску 0,1-20Мпа, або органічних відходів, наприклад стічних вод (побутових або промислових) з еквівалентною по сульфату натрію концентрацією сірковмісних органічних сполук, субстрат спрямовують у камеру біореактора 1, з ізоляцією стінок, по трубі 5 для подачі субстрату; камеру біореактора 1 попередньо ізолюють від проникнення кисню ізоляцією 8 стінок камери біореактора швидкотвердіючим вспіненим пластиком та герметичною перегородкою 7 з отворами для розміщення труб 5 для подачі субстрату 4 та труб 6 для відсосу сірководню, бактерії Desulfovibrio desulfuricans анаеробно продукують сірководень з органічних відходів, наприклад стічних вод (побутових або промислових), які містять сірку у вигляді сульфатів або у вигляді сірковмісних білкових сполук. В анаеробних умовах при обмеженому доступі повітря в процесі життєдіяльності сульфатредукторних бактерій органічні речовини (вуглеводи, органічні кислоти) піддаються дегідрогенізації, водень переноситься на сульфати, чи сульфіти тіосульфати, що відновлюються у сірководень. При цьому утворюються оцтова кислота, двоокис вуглецю і сірководень. При досягненні у водяному субстраті концентрації розчиненого у воді газоподібного сірководню вище 2580 мілілітрів на літр сірководень починає виділятися на поверхню водяного субстрату при температурі 20°С та тиску 0,1МПа у кількості до 8,56 молей на годину з літру водного субстрату. Після початку процесу генерації сірководню та розмноження культури бактерій Desulfovibrio desulfuricans у камеру біореактора 1 подається тільки розчин з сульфата натрію при концентрації останнього до 194 грам на літр при температурі 20-70°С та тиску 0,1-20Мпа, або органічних відходів, наприклад стічних вод (побутових або промислових) з еквівалентною по сульфату натрію концентрацією сірковмісних органічних сполук, кислотно-лужний ба 5 91011 ланс підтримується на рівні РН=6-8 додаванням у камеру біореактора 1 розчину сірчаної кислоти. Отриманий таким чином проміжний продуктсірководень спрямовують на поверхню по трубопроводу 6 для відсосу проміжного продуктусірководню розміщеному у шахтному стволі 3. На поверхні отриманий проміжний продуктсірководень розкладають на сірку та водень відомим плазмохімічним способом, або у зустрічнопоточних теплообмінниках при температурі 450°С, отриманий таким чином кінцевий продукт - водень очищують, та зріджують. При використанні запропонованого способу можливо отримувати до 300 молей сірководню за Комп’ютерна верстка М. Ломалова 6 рік з 1 грама сухих бактерій, які розміщені у 4 мілілітрах водяного субстрату, тобто при створенні відповідних сприятливих умов для роботи субстрату можливо виробництво 2500 тонн сірководню, або 147 тонн водню та 2300 тонн сірки за рік при об'ємі камери біореактора 1м3, крім того задіюються непрацюючі шахтні виробки, за умови підкислення середовища сірчаною кислотою, замість небезпечних для людини бактерій Clostridium butyricum використовуються більш безпечні Desulfovibrio desulfuricans, продукт метаболізму котрих - сірководень нейтралізується киснем зволоженого повітря Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601