Спосіб хемосорбційної очистки біогазу

Реферат: UA 82770 U UA 82770 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до хемосорбційної очистки біогазу з додатковим одержанням цінних продуктів: соди і мінерального добрива. Може використовуватися в установках для виробництва біогазу, в умовах, коли очищений газ знаходиться під тиском, близьким до атмосферного. Відомий спосіб очистки газу від сірководню. Спосіб базується на використанні установки для очистки газу від сірководню (Патент Росії на винахід № 2377057 С1). Установка містить пристрій промивання газу абсорбентом на основі водного розчину комплексу металу, переважно хелату заліза. Абсорбент з ємності через вихідний патрубок помпами для циркуляції абсорбента подається під тиском в помпи-інжектори і форсунки-розпилювачі. Забруднений сірководнем газ захоплюється помпами-інжекторами і подається в колони промивки газу. Кількість колон промивки газу і насосів-інжекторів залежить від необхідної ступені очистки газу від сірководню. Основна частина сірководню поглинається абсорбентом при контакті газової і рідкої фаз в насосах інжекторах. Поглинання сірководню абсорбентом супроводжується утворенням елементарної сірки в вигляді суспензії в абсорбенті. Доочистка газу проходить в колонах промивки газу при контакті газу з дрібно подрібненими з допомогою форсунок-розпилювачів краплями абсорбента. Після контакту з забрудненим газом відпрацьований абсорбент надходить в нижню частину колон промивки. Спосіб забезпечує: очистку газу від сірководню з наступним контролем концентрації сірководню в очищеному газі, регуляцію витрат абсорбенту і регуляцію витрат повітря на регенерацію абсорбента, виключає застійні зони всередині ємності з абсорбентом, зниження габаритів установки, вартість її виготовлення і монтажу, зниження текучих затрат на електроенергію і обслуговування установки. Недоліком є те, що додатково потрібні затрати електроенергії. Відомий "Спосіб вилучення діоксиду вуглецю з біогазів" (Патент України на корисну модель № 72781). В даному способі очистки біогазу спочатку з біогазу вилучають метан, для чого у відповідну ємність заливають певну кількість води й охолоджують її до 3-4 °C. В охолоджену воду подають біогаз і пропускають його через шар охолодженої води. Метан, що виділився, відбирають. Після цього розчин, насичений діоксином вуглецю, подають у другу ємність, в якій активно перемішують його і відбирають діоксид вуглецю, який виділився. Спосіб забезпечує: розділення газів (метан і вуглекислий газ), одержання вуглекислого газу, причому метан подається споживачам без надлишків води. Недоліком відомої корисної моделі є те, що додатково потрібно використовувати холодильний апарат для охолодження води. Відомий "Спосіб очищення біогазу" (Патент України на корисну модель № 50562). Спосіб очищення біогазу, який включає обробку біогазу абсорбентом та подальшу регенерацію абсорбену з наступним поверненням його в цикл, де абсорбентом є хемосорбент водний розчин метилдіетаноламіну, регенерацію якого здійснюють нагріванням його та відпрацюванням поглинутих газів. Недоліком є необхідність додаткового сепарування біогазу від твердих і рідких домішок, а також нагрівання розчину абсорбенту для його регенерації - звільнення від діоксиду вуглецю. Відомий також "Спосіб попередньої очистки біогазу в біогазових установках безперервної дії" (Патент України на винахід № 43780). В основу способу поставлена задача отримати біогаз з вищим вмістом метану за рахунок відокремлення його негорючої частини, який інтенсивно виділяється в перший період ферментації. Поставлена задача вирішується тим, що органічні відходи, після накопичення і підготовки їх до ферментації, направляються не в основний реактор чи камеру попередньої ферментації, а у камеру попередньої очистки біогазу від його негорючої частини. Ці камери працюють в анаеробному режимі, їх об'єм є такий, що дозволяє зберігати певний об'єм відходів протягом терміну, поки біогаз, що там утворився, не почне горіти. Збільшення кількості камер дасть можливість отримати біогаз з більшим вмістом метану. Після того, як біогаз, що виділяється в камері попередньої очистки, почне горіти, субстрат з цієї камери слід перезавантажити в основний реактор, де ферментація буде продовжуватися. Технічний результат способу полягає у підвищенні якісних характеристик біогазу, що обумовлює до збільшення його теплотворної здатності. Недоліком способу є те, що негорючий газ, що виділяється з камери попередньої очистки на початку ферментації, випускають в атмосферу, а це в свою чергу буде викликати її забруднення. Відомий "Спосіб розділення біогазу і очистки його складових" (Патент Росії № 2460575). Біогаз обробляють розчином моноетаноламіну, який абсорбує вуглекислий газ, одержаний розчин моноетаноламіну з адсорбованим вуглекислий газ направляють на регенерацію, де з нього за рахунок підігріву і зниження тиску десорбують вуглекислий газ, після чого вуглекислий 1 UA 82770 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 газ охолоджують і обробляють окислювачем, а виділений з біогазу метан утилізують. Обробку окислювачем здійснюють у дві стадії: на першій стадії обробляють атомарним киснем, на другій стадії - обробляють атомарним киснем і атомарним хлором. Спосіб забезпечує: одержання вуглекислого газу підвищеної якості, що робить його придатним для використання в харчових і медичних цілях. Недоліком способу є: затрати електроенергії на нагрівання абсорбенту - моноетаноламіну, необхідність регулювати тиск в трубопроводі. Найбільш близьким за суттю до способу, що заявляється є "Хемосорбційно-каталітична система для очистки біогазу" (Патент Росії на винахід 2286202 С1). Суть відомої "Хемосорбційно-каталітичної системи для очистки біогазу" полягає у тому, що застосовуються два паралельні хемосорбери з нерухомими шарами твердого гранульованого хемосорбента, здатного хемосорбувати сірководень. В приладі змішування (газовому насосі) біогаз змішується з атмосферним повітрям, з подальшим нагріванням до 180 °C і подачею в реактор, де міститься алюмозалізооксидний каталізатор в вигляді циліндричних гранул висотою і діаметром 5 мм. При цьому гази, які виходять із реактора, охолоджуються до температури 120140 °C з конденсацією і відділенням потоку рідкої елементарної сірки. Після цього охолоджені гази подаються в хемосорбційну систему, яка складається із двох розташованих паралельно хемосорберів, де використовується залізооксидний хемосорбент. Очищений від сірки біогаз піддається абсорбційній аміновий очистці в блоці для виділення СО 2. Виділений діоксин вуглецю осушується в цеолітних адсорберах з виробництвом продуктового двоокису вуглецю, з наступною переробкою на рідку вуглекислоту. Заявлений спосіб і прототип мають спільні суттєві ознаки: спосіб включає анаеробне зброджування органічних відходів з одержанням біогазу, очищеного від сірководню і вуглекислоти шляхом використання хемосорбентів в хемосорберах з можливістю утворення органічного добрива. Недоліком відомої системи є: високі енергозатрати, а також при змішуванні з повітрям біогаз насичується азотом, якого в повітрі багато. Заявлений нами спосіб усуває недоліки прототипу і забезпечує очистку біогазу від вуглекислого газу, аміаку і сірководню з додатковим одержанням корисних продуктів: соди і мінерального добрива - сульфату амонію без додаткових енергозатрат. В основу корисної моделі поставлена задача - створення такого способу очистки біогазу при його виробництві, який сприяв би зменшенню енерговитрат на очистку біогазу, а також додатково забезпечував одержання соди і мінерального добрива - сульфату амонію, які утворюються при проходженні біогазу через хемосорбенти: 10 % водний розчин лугу - їдкого натрію та концентровану сірчану кислоту. Поставлена задача вирішується тим, що одержаний при анаеробному збродженні органічної маси біогаз попередньо очищають від сірководню, аміаку та вуглекислого газу пропусканням через воду очисного пристрою з утворенням рідкого мінерального добрива - аміачної води, піддають наступній очистці пропускаючи його через сорбенти послідовно з'єднаних 2-х сорберів, при цьому в першому сорбері як сорбент використовують 10 % водний розчин їдкого натрію, що забезпечує одержання як кінцевого продукту питної соди Na2СО3, а в другому сорбері концентрованої сірчаної кислоти, що забезпечує одержання як кінцевого продукту - сульфату амонію, при цьому заміну запірної води в резервуарі очисного пристрою здійснюють по мірі досягнення в ній концентрації амонію 20-25 % (із вмістом азоту не менше 16,5-20,5 %), а кількість циклів заміни біомаси органічних відходів і пропускання біогазу через запірну воду очисного пристрою визначають контролюючи концентрацію амонію після кожної заміни біомаси в біогазовій установці пристрою, при цьому по досягненні заданих показників концентрації амонію запірну воду з очисного пристрою подають у накопичувальну ємність, герметично закриту, і використовують як добриво, а заміну хемосорбентів: у першому хемосорбері здійснюють по мірі одержання - соди і заміну у другому хемосорбері по мірі одержання кінцевого корисного продукту - сульфату амонію з вмістом азоту - 21 %, сірки - 24 %, що і визначає кількість циклів заміни біомаси органічних відходів і пропускання біогазу через хемосорбери. Технічний результат заявленого способу обумовлений наступним. Біогаз подається завдяки надлишковому тиску, близькому до атмосферного, створеному в біогазовій установці в очисний пристрій, де частково очищається від вуглекислого газу, аміаку і повністю від сірководню, а потім подається у послідовно з'єднані хемосорбери, проходить через перфоровану трубку, занурену у перший хемосорбер з 10 % водним розчином лугу - їдкого натрію, де очищується від вуглекислого газу, результатом такого зв'язування є утворення осаду - соди. По відвідній трубці біогаз надходить в наступний хемосорбер, заповнений сірчаною кислотою, де очищається від решти аміаку, 2 UA 82770 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 СО2+2NaOH=Na2CO3+Н2О 2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4. Таким чином, перевагою запропонованого способу є те, що після очистки біогазу в хемосорберах додатково одержують мінеральне добриво - сульфат амонію і соду без додаткових енергозатрат. Без внесення азотних добрив кількість азоту у ґрунті рідко буває достатня. Отже наведені інформативні відомості пояснюють одержання технічного результату заявленого способу. При проведенні патентно-інформаційного пошуку заявником і авторами знайдено технічне рішення / Патент Росії на винахід 2286202 С1, що містить найбільшу кількість суттєвих ознак, спільних із заявленим рішенням: спосіб включає анаеробне зброджування органічних відходів з одержанням біогазу, очищеного від вуглекислого газу та сірководню, шляхом використання хемосорбентів в хемосорберах з можливістю утворення органічного добрива. Однак наявність згаданих, спільних з прототипом ознак недостатня для одержання технічного результату, який забезпечує заявлений спосіб. Технічних рішень, що за сукупністю ознак повністю співпадають із заявленим, - не виявлено. В патентній і науково-технічній літературі не знайдено технічних рішень, в яких були б описані відомості, що відрізняють заявлений спосіб від прототипу і забезпечують досягнення технічного результату: одержаний при анаеробному збродженні органічної маси біогаз попередньо очищають від сірководню, аміаку та вуглекислого газу пропусканням через воду очисного пристрою з утворенням рідкого мінерального добрива - аміачної води, піддають наступній очистці пропускаючи його через сорбенти послідовно з'єднаних 2-х сорберів при цьому в першому сорбері як сорбент використовують 10 % розчин їдкого натрію, що забезпечує одержання як кінцевого продукту питтєвої соди Nа2СО3, а в другому сорбері використовують концентровану сірчану кислоту, що забезпечує одержання як кінцевого корисного продукту сульфату амонію, при цьому заміну запірної води в резервуарі очисного пристрою здійснюють у міру досягнення в ній концентрації амонію 20-25 % (із вмістом азоту не менше 16,5-20,5 %), а кількість циклів заміни біомаси органічних відходів і пропускання біогазу через запірну воду очисного пристрою визначають контролюючи концентрацію амонію після кожної заміни біомаси в біогазовій установці пристрою, при цьому по досягненні заданих показників концентрації амонію запірну воду з очисного пристрою подають у накопичувальну ємність, герметично закриту, і використовують як добриво, а заміну хемосорбентів: у першому хемосорбері здійснюють у міру одержання - соди, і заміну у другому хемосорбері здійснюють у міру одержання кінцевого корисного продукту - сульфату амонію з вмістом азоту - 21 %, сірки - 24 %, що і визначає кількість циклів заміни біомаси органічних відходів і пропускання біогазу через хемосорбери. Заявлений спосіб відноситься до хемосорбційної очистки біогазу з додатковим одержанням цінних продуктів: соди і мінерального добрива. Може використовуватися в установках для виробництва біогазу, в умовах коли очищений газ знаходиться під тиском, близьким до атмосферного, а тому відповідає критерію винаходу (корисної моделі) - "промислова придатність". На кресленні зображено схему очистки біогазу з використанням хемосорбентів, де: 1 - лабораторна установка для отримання біогазу. 2 - пристрій для одержання і очищення біогазу з утворенням рідкого мінерального добрива, заповнений перевареною охолодженою водою. 3 - перший хемосорбер, що містить хемосорбент- 10 % водний розчин їдкого натрію. 4 - другий хемосорбер, що містить хемосорбент - концентровану сірчану кислоту. 5 - накопичувальна ємність для зборубіогазу. Заявлений спосіб здійснюють наступним чином: Для здійснення заявленого способу потрібно забезпечити герметичність з'єднань між біогазовою установкою, очисним пристроєм (ємність, наповнена водою, через яку пропускають біогаз), а також першим і другим хемосорберами та накопичувальною ємністю для біогазу. При цьому біомасу (курячий послід, або гній), розводять водою у співвідношенні 3:1 і завантажують в біогазову установку, Герметично закривають резервуар біогазового генератора. Регулюють терморегулятор на температуру, яка забезпечує мезофільний режим бродіння біомаси. Біогаз, який буде виділятися в біогазовому генераторі, подається по відвідній трубі в очисний пристрій (ємність, наповнена водою, через яку пропускають біогаз), де частково очиститься від вуглекислого газу, аміаку і повністю від сірководню, потім надходить у перший хемосорбер, наповнений лугом, який зв'язує вуглекислий газ. Заміну першого хемосорбенту здійснюють при випадінні осаду соди і просвітлінні рідини. Потім по з'єднувальній трубці очищений від 3 UA 82770 U 5 10 15 20 вуглекислоти і сірководню біогаз проходить у другий хемосорбер, наповнений концентрованою сірчаною кислотою, яка зв'язує аміак з утворенням мінерального добрива - сульфату амонію, яке містить - 21 % азоту і 24 % сірки. При утворенні цього добрива, яке має нейтральне значення рН, здійснюють заміну другого хемосорбера. Ефективність заявленого способу підтверджується прикладом конкретного виконання способу. Заявлений спосіб був здійснений в приватному підсобному господарстві м. Рудки, вул. Самбірська 17а/36 на лабораторній біогазовій установці, сконструйованій і виготовленій для виробництва і очистки біогазу. В установку завантажували біомасу (курячий послід, гній), розводили водою у співвідношенні 3:1. Герметично закривали резервуар біогазового генератора. Регулювали терморегулятор на температуру, яка забезпечує мезофільний режим бродіння біомаси 32-34°. Біогаз, який виділився в біогазовому генераторі, по відвідній трубі подавали в очисний пристрій (ємність, наповнена водою, через яку пропускали біогаз), де частково біогаз очищався від вуглекислого газу, аміаку і повністю від сірководню, з очисного пристрою біогаз подавали у перший хемосорбер, наповнений лугом - їдким натрієм, де біогаз очищався від вуглекислого газу (для виготовлення хемосорбенту для першого хемосорберу брали 100 г їдкого натрію на літр води, добре вимішували, при цьому утворювався незначний осад, який видаляли, попередньо профільтрувавши або відливши надосадову рідину в хемосорбер для адсорбції вуглекислого газу з утворенням соди. З першого хемосорбера біогаз подавали в другий хемосорбер з сірчаною кислотою, де він очищався від аміаку з утворенням сульфату амонію. При цьому біогаз послідовно очищався від сірководню, вуглекислого газу і аміаку. Отримані результати подані в таблиці. Таблиця Характеристика складу біогазу із гною свиней після очистки хемосорбентами № п/п 1 2 3 4 25 Біогазу при очистці хемосорбентами, % за об'ємом 99,373 0,627 Компоненти біогазу СН4 СО2 NH3 H2S Таким чином, результати досліджень, одержані в прикладі конкретного виконання способу, підтверджують ефективність заявленої корисної моделі. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 45 50 1. Спосіб хемосорбційної очистки біогазу, який включає анаеробне зброджування органічних відходів з одержанням біогазу, очищеного від вуглекислого газу та сірководню, шляхом використання хемосорбентів в хемосорберах з можливістю утворення органічного добрива, який відрізняється тим, що одержаний при анаеробному збродженні органічної маси біогаз попередньо очищають від сірководню, аміаку та вуглекислого газу пропусканням через воду очисного пристрою з утворенням рідкого мінерального добрива - аміачної води, піддають наступній очистці пропускаючи його через сорбенти послідовно з'єднаних 2-х сорберів, при цьому в першому сорбері як сорбент використовують 10 % розчин їдкого натрію, що забезпечує одержання як кінцевого продукту питної соди Nа2СО3, а в другому сорбері концентровану сірчану кислоту, що забезпечує одержання як кінцевого продукту - сульфату амонію. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що заміну запірної води в резервуарі очисного пристрою здійснюють у міру досягнення в ній концентрації амонію 20-25 % (із вмістом азоту не менше 16,5-20,5 %), а кількість циклів заміни біомаси органічних відходів і пропускання біогазу через запірну воду очисного пристрою визначають, контролюючи концентрацію амонію після кожної заміни біомаси в біогазовій установці пристрою, при цьому по досягненні заданих показників концентрації амонію запірну воду з очисного пристрою подають у накопичувальну ємність, герметично закриту, і використовують як добриво, а заміну хемосорбентів: у першому хемосорбері у міру одержання - соди, і заміну у другому хемосорбері здійснюють у міру одержання кінцевого корисного продукту - сульфату амонію з вмістом азоту - 21 %, сірки - 24 %, що і визначає кількість циклів заміни біомаси органічних відходів і пропускання біогазу через хемосорбери. 4 UA 82770 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5