Спосіб виробництва суміші генераторного газу і біогазу газогенераторною та біогазовою установками

Реферат: Спосіб виробництва суміші генераторного газу і біогазу газогенераторною та біогазовою установками включає виробництво генераторного газу з твердого біопалива газогенераторною установкою термохімічним методом та виробництво біогазу з рідкого субстрату біогазовою установкою мікробіологічним методом. Вироблений генераторний газ охолоджують до температури не нижче точки роси водяної пари, після чого охолоджений генераторний газ подають в рідкий субстрат біогазової установки, де відбувається конденсація водяної пари, смоли, фенолу, оцтової кислоти, метилового спирту та інших речовин, перемішування рідкого субстрату генераторним газом, виробництво біогазу та змішування його з генераторним газом. UA 111933 U (54) СПОСІБ ВИРОБНИЦТВА СУМІШІ ГЕНЕРАТОРНОГО ГАЗУ І БІОГАЗУ ГАЗОГЕНЕРАТОРНОЮ ТА БІОГАЗОВОЮ УСТАНОВКАМИ UA 111933 U UA 111933 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до способу послідовного виробництва горючого газу газогенераторною та біогазовою установками, який може бути використаний у сільському господарстві, при переробці відходів харчових виробництв, у невеликих фермерських та приватних домогосподарствах. Відомий спосіб виробництва горючого газу з твердого палива газогенераторною установкою шляхом термохімічної переробки [В.А. Лямин. Газификация древесины. - М.: Лесная промышленность, 1967. 262 с]. У цьому способі вироблений генераторний газ складається з 3 наступних компонентів: СО, H2, СО2, N2, CH4, CmHn і має теплоту згоряння 4,3-4,5 МДж/м . Газ виходить з газогенераторної установки з температурою понад 150 C, насичений водяною парою, смолою, фенолом, оцтовою кислотою, метиловим спиртом та іншими речовинами. Недоліком способу є те, що при охолодженні газу відбувається конденсація водяної пари, смоли, фенолу, оцтової кислоти, метилового спирту та інших речовий. Ці речовини розчиняються у водяному конденсаті, внаслідок чого конденсат набуває токсичних властивостей і його необхідно очищувати тим чи іншим способом. Частина смоли не конденсується, а залишається у виробленому газі, тому газ теж необхідно очищувати перед використанням. Для очищення та охолодження газу і конденсату необхідне відповідне обладнання, що значно ускладнює конструкцію газогенераторної установки. Відомий також спосіб виробництва біогазу з рідкого органічного субстрату біогазовою установкою мікробіологічним методом, суть якого полягає в здатності мікробних метапогенних популяцій до біологічної конверсії органічної речовини в біогаз в анаеробних умовах за сталої температури середовища, що відповідає мезофільному або термофільному температурним режимам зброджування субстрату. [Я.М. Блюм. Новітні технології біоенергоконверсії / Блюм Я.М., Гелетуха Г.Г., Григорчук І.П. та ін. - К.: Аграр Медіа Груп, 2010. - 326 с]. У цьому способі вироблений біогаз складається, в основному, із CH4 і СО2 та із H2S, O2, H2, NH3 в незначних 3 кількостях і має теплоту згоряння 16-18 МДж/м . Процес утворення біогазу відбувається за сталої температури, тому субстрат з вологістю 90-95 % потребує попереднього підігрівання. Зазвичай субстрат розбавляється гарячою водою. Для підігріву води і підтримування сталої температури середовища всередині реактора використовується певна кількість виробленого біогазу. Крім того, субстрат необхідно перемішувати для руйнування кірки на його поверхні за допомогою перемішуючих пристроїв. Недоліком способу є те, що в зимовий період на функціонування біогазової установки малої потужності може витрачатись до 90 % виробленого біогазу. В основу корисної моделі поставлена задача покращення якості генераторного газу та підвищення виходу біогазу за рахунок охолодження й очищення генераторного газу в біогазовій установці. Поставлена задача вирішується тим, що включає такі послідовні стадії: спочатку виробництво генераторного газу; охолодження генераторного газу до температури не нижче точки роси водяної пари; підігрів води для розбавлення субстрату; подачу охолодженого генераторного газу в рідкий субстрат біогазової установки, де має місце виробництво біогазу і змішування його з генераторним газом. Суттєва відмінна ознака розробленого способу від відомих полягає в тому, що завдяки барботажу генераторного газу через рідкий субстрат відбувається його перемішування, а генераторний газ охолоджується і очищується від смоли та інших органічних сполук, які слугують сировиною для виробництва біогазу. Заявлений спосіб здійснюється наступним чином. З газогенераторної установки генераторний газ з температурою понад 150 °C подається на охолодження у водяний теплообмінник, де охолоджується до температури не нижче точки роси водяної пари. Підігріта у водяному теплообміннику вода використовується для приготування субстрату, на якому працює біогазова установка. Далі охолоджений генераторний газ подається в рідкий субстрат біогазової установки. В результаті барботажу генераторного газу через рідкий субстрат в біогазовій установці відбувається його охолодження до робочої температури субстрату. При цьому відбувається також конденсація водяної пари, смоли, фенолу, оцтової кислоти, метилового спирту та інших речовин, які знаходяться в складі генераторного газу. Сконденсовані органічні речовини слугують поживним середовищем для мікроорганізмів. Концентрація шкідливих речовин у рідкому субстраті нормується шляхом регулювання подачі генераторного газу і вимірюванням рН середовища. Внаслідок перероблення органічних сполук генераторного газу мікроорганізмами збільшується концентрація метану в біогазі. Ряд компонентів генераторного газу (H2, CmHn) є каталізаторами процесу утворення біогазу, що також сприяє збільшенню виходу біогазу. Крім того, внаслідок барботажу генераторного газу відбувається перемішування 1 UA 111933 U 5 10 15 20 25 30 субстрату і руйнування кірки, яка утворюється на поверхні субстрату в біогазовій установці. На виході з біогазової установки отримується горючий газ, який складається із суміші генераторного газу і біогазу. Цей газ без додаткового охолодження й очищення можна використовувати як для роботи пальників котельних установок, так і для спалювання у двигунах внутрішнього згоряння. Приклад 1. У лабораторні флакони було поміщено поживне середовище, інокулят з анаеробними метаногенними мікробними популяціями та фенол. Процес зброджування тривав 24 доби за сталої температури середовища, що становила +35 °C. Кожен дослід було повторено двічі. Стехіометричне рівняння, згідно з яким біогаз утворюється з фенолу має такий вигляд С6Н5ОН + 4Н2О → 3,5СН4+2,5СО2. Встановлено збільшення виходу біогазу в порівнянні з поживним середовищем, яке не містило фенол. Збільшення становило 80 % від теоретично можливого за стехіометричним рівнянням, згідно з яким з одного моля фенолу утворюється 3,5 моля метану. Фенол був повністю перероблений за 24 доби. Отже фенол, який міститься в конденсаті, отриманому під час охолодження генераторного газу з біомаси може бути біологічно конвертований у біогаз в анаеробних умовах. Оцтова кислота та смола будуть слугувати додатковим джерелом для утворення біогазу. Приклад 2. У лабораторні флакони було поміщено поживне середовище та інокулят з анаеробними метаногенними мікробними популяціями. Об'єм поживного середовища становив 3 0,16 дм . Від лабораторної газогенераторної установки протягом 3 годин у флакони подавався генераторний газ із пелет деревинних з температурою +65 °C наступного складу (% об.): Н2=8,71; CO=14,4; СО2=17,59; СН4=7,65; С2Н4=0,8; С2Н6=1,16; С3Н6=0,42; С3H8=0,1; С4Н10=0,22; N2=47,01; H2O=1,94. Генераторний газ барботував через поживне середовище і охолоджувався до температури +37 °C. Якість очищення генераторного газу контролювалась візуально шляхом його пропускання через пробірку, заповнену гігроскопічною ватою. Кожен дослід був повторений двічі. Було встановлено незначне помутніння гігроскопічної вати, що свідчить про ефективне очищення генераторного газу від смоли. При пропусканні неочищенного генераторного газу гігроскопічна вата мала темно-коричневий колір із специфічним запахом. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 Спосіб виробництва суміші генераторного газу і біогазу газогенераторною та біогазовою установками, що включає виробництво генераторного газу з твердого біопалива газогенераторною установкою термохімічним методом та виробництво біогазу з рідкого субстрату біогазовою установкою мікробіологічним методом, який відрізняється тим, що вироблений генераторний газ охолоджують до температури не нижче точки роси водяної пари, після чого охолоджений генераторний газ подають в рідкий субстрат біогазової установки, де відбувається конденсація водяної пари, смоли, фенолу, оцтової кислоти, метилового спирту та інших речовин, перемішування рідкого субстрату генераторним газом, виробництво біогазу та змішування його з генераторним газом. Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2