СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ БИОГАЗА Российский патент 1998 года по МПК B01D57/00 F25J3/00 

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 также способ отделения углекислого газа из биогаза с помощью хемосорбции, в качестве сорбентов используют растворы щелочей. Способ требует расхода дефицитных материалов, а также 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 является способ 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 также 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 5^oC. 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 м³ биогаза.

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 также 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.

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. 1 ил.

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.