ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2118560

СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ БИОГАЗА

Имя изобретателя:  Просвирнин В.Ю.; Евтеев В.К.
Имя патентообладателя: Иркутская государственная сельскохозяйственная академия
Адрес для переписки: 
Дата начала действия патента: 1995.08.09 

Использование: анаэробная обработка органических отходов, в частности разделение биогаза на составляющие его газы. Сущность способа: биогаз закачивают в газгольдер, заполненный водой с температурой 5^oС, до достижения давления свыше 5 МПа. Образуются газовые гидраты метана, углекислого газа и сероводорода. Азот остается в виде газа. Проводят ступенчатую дегидрацию за счет снижения давления, отделяя отдельные компоненты биогаза.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к анаэробной обработке органических отходов животноводства, к способам разделывания биогаза на составляющие его газы.

Биогаз получают путем анаэробного сбраживания органических веществ. Биогаз представляет собой смесь газов. К его основным компонентам относятся метан (CH₄) и углекислый газ (CO₂) с объемной долей соответственно 55 - 70 и 26 - 44%. Наряду с важнейшими компонентами биогаз содержит азот (N₂) до 3%, водород (H₂) до 1% и сероводород (H₂S) до 1% [1]. Каждый из основных компонентов биогаза является ценным продуктом, но в смеси или ухудшает их потребительские качества, или делает невозможным их использования. При любом использовании биогаза или его компонентов сероводород является загрязняющей примесью.

Известен способ отделения углекислого газа из биогаза с помощью абсорбции, в качестве абсорбента используют воду. Требует большого расхода воды, кроме того, при абсорбировании значительного количества углекислого газа кислотность воды повышается до уровня, при которой она может вызвать коррозию оборудования. Известен и способ отделения углекислого газа из биогаза с помощью хемосорбции, в качестве сорбентов используют растворы щелочей. Способ требует расхода дефицитных материалов, а и теряется углекислый газ, так как происходит необратимая реакция с образованием карбонатов [1]. Сероводород отделяют от биогаза, используя способ адсорбции, в качестве адсорбента используют гидроксид железа. Способ эффективен, но решает только часть проблемы [2].

Наиболее близким к предлагаемому являетсяспособ разделения углеводородных смесей, основанный на процессе гидратации [3], при котором газовую смесь перемешивают с водой при температуре 0 - 3^oC и давлении до 5 атм, отделяют образовавшиеся при этом гидраты от газовой фазы с последующим разложением гидратов, например нагреванием, дросселированием.

Способ эффективен при разложении углеводородных газовых смесей, например смеси H-бутана и углеводородов C₁-C₃, L-C₄H₁₀, пропан-пропиленовой смеси. Однако с компонентами, входящими в биогаз, при указанных термобарических условиях процесс образования гидратов невозможен.

Цель изобретения - способ разделения биогаза с выделением его компонентов, позволяющий получить метан и углекислый газ с высокой степенью чистоты, а и одновременно хранить значительные объемы биогаза при относительно небольших объемах газгольдера.

Указанная цель достигается предлагаемым способом, включающим процесс гидратации газовых смесей, отличающийся термобарическими условиями образования газовых гидратов, обусловленными компонентами биогаза, закачиваемого в газгольдер, заполненный водой с температурой 5^oC, достигая давление свыше 5 МПа с последующим ступенчатым процессом дегидратации с выделением отдельных компонентов биогаза.

Газовые гидраты - это твердые кристаллические вещества, напоминающие по внешнему виду спрессованный снег, представляют собой кристаллическую структуру, состоящую из молекул воды, с внедренными в ее пустоты молекул газа. Многие природные газы, в том числе метан, углекислый газ, сероводород, азот, способен в соединении с водой создавать газовые гидраты при определенных температурах и давлении [4].

Термобарические условия образования газовых гидратов индивидуальными компонентами биогаза представлены на чертеже.

Способ разделения биогаза осуществляется в следующей последовательности. Газгольдер представляет собой термостат высокого давления, заполненный водой. В газгольдере поддерживается постоянная температура, например 5oC. Далее биогаз с помощью компрессора закачивается в газгольдер, до достижения давления в нем более 5 МПа для рассматриваемого примера (см. чертеж). При этом компоненты биогаза - сероводород, углекислый газ, метан - в соединении с водой перейдут в форму газовых гидратов, а азот остается в газообразной форме в виде газовых пузырьков. Достигнув заданных условий, газгольдер выполняет функцию хранилища биогаза, в рассматриваемом примере 1 м3 воды свяжет 156 - 207 м3биогаза. В случае дальнейшего использования компонентов биогаза осуществляется процесс дегидратации, заключающийся в последовательном ступенчатом снижении давления в газгольдере, достигаемым выпуском из него компонентов биогаза. В рассматриваемом примере на первом этапе выводят из газгольдера азот, при этом давление нельзя понижать ниже уровня 5 МПа. На втором этапе давление снижают до уровня 2,5 МПа, метан освободится от гидратной формы и перейдет в газообразное состояние. На третьем этапе давление снижают до 0,5 МПа, при этом выводят из газгольдера углекислый газ. На последующем этапе удаляют сероводород.

Использование способа разделения биогаза, основанного на процессе гидратации с выделением его компонентов позволит получать метан и углекислый газ с высокой степенью чистоты, а и одновременно хранить значительные объемы биогаза при относительно небольших объемах газгольдера.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Дубровский В.С., Виестру У.Э. Метановое сбраживание сельскохозяйственных отходов. - Рига, Зинатне, 1988, с. 160 - 168.

2. Баадер В., Доне Е., Бренндерфер М. Биогаз: теория и практика. - М.: Колос, 1982, с. 63 - 67.

3. Авторское свидетельство СССР, 206561, С 10 q, 1968.

4. Зорькин Л. М., Суббота М.И., Стадник Е.В. Метан в нашей жизни. -М.: Недра, 1986, с. 65 - 68

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ разделения биогаза, отличающийся тем, что биогаз закачивают в газгольдер, заполненный водой с температурой 5^oC, до достижения давления > 5 МПа и образования газовых гидратов и затем проводят ступенчатую дегидратацию путем удаления отдельных компонентов биогаза.

Версия для печати
Дата публикации 05.01.2007гг

 

 

---

---