БИОМЕТАНОВЫЙ УТИЛИЗАТОР Российский патент 2001 года по МПК C02F3/00 C02F11/04 

Изобретение относится к комплексной биологической утилизации сельхозстоков и сельхозотходов с выработкой метана в качестве горючего в смеси с жидким литием в плазменном состоянии для выработки тепловой и электрической энергии на предприятиях АПК с оздоровлением экологической обстановки и снижением себестоимости производства яйца, молока, мяса и другой сельхозпродукции.

Известен биометановый утилизатор (БМУ), включающий сборник стоков и отходов, сообщенный с метантенком, состоящим из камер кислого, нейтрального, щелочного, метанового брожения, снабженных диспергаторами, причем камера метанового брожения по биогазу и послеброжевой жидкости сообщена с колонной ферментолиза (КФ), выполненной из секций, образованных поперечными перфорированными перегородками (ППП) и размещенной на ППП абразивной зернистой иммобилизационной насадкой (АЗИН), причем секции сообщены по потоку жидкости переливными трубами, а верхняя секция КФ по метану сообщена с теплоэлектрогенератором (патент РФ N 2097421, кл. C 12 M 1/00, 1997), недостатком которого является высокий расход метана на нужды теплоэлектроснабжения из-за сжигания его в доплазменном состоянии, что снижает эффективность работы БМУ.

Цель изобретения - повышение эффективности - достигается тем, что теплоэлектрогенератор (ТЭГ) снабжен цилиндрической камерой плазмолиза, выполненной с сопряженными тангенциальными патрубками, состыкованными с желобами в покрытии, например, из расплава графита, причем желоба снабжены винтовыми канавками, винтовые линии которых зеркальны друг другу и сопряжены на стыке желобов.

Обоснование достижения цели изобретения приведено в описании работы БМУ. На фиг. 1 схематически показан общий вид БМУ; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2: на фиг. 4 - вид по стрелке В на фиг. 2.

БМУ включает сборник 1 стоков и отходов, сообщенный с метантенком 2, состоящим из камер 3 - кислого, 4 - нейтрального, 5 - щелочного, 6 - метанового брожения, причем камера 6 метанового брожения по биогазу и послеброжевой жидкости сообщена с КФ 7, выполненной из секций 8, образованных ППП 9 и размещенной на них АЗИН 10, причем секции 8 по потоку жидкости сообщены переливными трубами 11, а верхняя секция 8 КФ 7 сообщена с теплоэлектрогенератором (ТЭГ), снабженным цилиндрической камерой 12 плазмолиза, выполненной с сопряженными тангенциальными патрубками 13 и 14, состыкованными с желобами 15 и 16 в покрытии 17, например, из расплава графита, причем желоба 15 и 16 снабжены винтовыми канавками 18 и 19, винтовые линии которых зеркальны друг другу и сопряжены на стыке 20 желобов 15 и 16, в которых установлены заостренные электроды 21 и 22, соединенные с генератором 23 амперных импульсов (ГАИ). Камера 12 плазмолиза сообщена с топкой 24 ТЭГ и со струевым компрессором 25, который в свою очередь сообщен со струевым компрессором 26 сборником 27 метана и баллоном 28 жидкого лития. По оси топки 24 размещены заостренные электроды 29 и 30, сообщенные с генератором амперных импульсов (ГАИ) 31, а концентрично электродам 29 и 30 установлены электроды 32 и 33, сообщенные с токосъемной нагрузкой 34. По оси камеры 12 размещена дуга 35 низковольтных дуговых электродов 36 и 37.

БМУ работает следующим образом.

Продукты жизнедеятельности животных и птицы гидросмывом и гидросплавом поступают в сборник 1, в который добавляют сельхозотходы для доведения соотношения между углеродом и азотом до 20:1, причем сельхозотходы измельчают диспергаторами 38 до размеров частиц, сопоставимых с размерами утилизирующей микрофлоры в метантенке 2 (кислотогены, ацетогены, ацетогидрогены... метаногены), причем в каждой камере происходит термостатирование, с тем чтобы колебания температуры не превышали одного градуса в сутки для исключения закисания субстрата. Работа диспергаторов 38 помимо термостатирования вызывает разрушение газовых пузырьков вокруг взвесей субстрата с учетом генерации новых поколений микрофлоры, происходящих через каждые 20-30 мин, которое разрушает старые клетки при щадящем воздействии на молодые. Биогаз подвергают исчерпыванию углерода и сероводорода в КФ 7. Под воздействием АЗИН 10 разрушаются оболочки старых клеток с освобождением ферментов, которые разлагают воду на водород и кислород. Кислород окисляет сероводород до микроэлемента серы, а водород восстанавливает диоксид углерода до метана, повышая его концентрацию и выход с единицы объема субстрата. Метан из сборника 27 в смеси с жидким литием из баллона 28 струевым компрессором 26 нагнетается в камеру 12 плазмолиза. При скоростях порядка 100 м/с смесь из тангенциальных патрубков 13 и 14 в желобах 15 и 16 переходит в плазму при поджоге от дуги 35 низковольтных дуговых электродов 36 и 37. Винтовые канавки 18 и 19 сопрягают струи желобов 15 16, и на стыке 20 давление в зоне контакта возрастает до сотен тысяч атмосфер, что приводит к сближению ядер до радиусов действия атомных сил и синтезу гелия. Заостренные электроды 21 и 22 ГАИ 23 инициируют плазму и сообщают ей перемещения до скоростей света, "наматывая" плазму относительно дуги 35. Избыток плазмы из дуги 35 и заостренных электродов 21 и 22 ГАИ 23 переходит в топку 24 ТЭГ и сгорает в ней в виде плазмы с отводом тепла водоохлаждающим контуром (не показан). Импульсы между электродами 29 и 30 от ГАИ 31 перемещают плазму от камеры 12 к струевому компрессору 25 и в замкнутый цикл после отделения гелия струевого компрессора 26. При перемещении прямого тока между электродами 29 и 30 от ГАИ 31 в электродах 32 и 33 возникает ток самоиндукции безмашинной выработки, который отводится нагрузкой 34, причем этот ток равен по величине прямому току от ГАИ 31. Перевод горючего в камере 12 плазмолиза перед топкой 24 ТЭГ в состояние плазмы и его сжигание при температуре 940-980^oC существенно сокращает расход его на нужды тепло- и энергоснабжения предприятий АПК. Показателем калорийности для углеродо-водородного топлива является отношение H:С, для бензина оно равно 2,2, для керосина порядка 2, для угля меньше 1, а для метана равно 4, т.е. метан по калорийности является предпочтительным горючим для сельского хозяйства. При выработке метана в условиях ферментолиза его выход повышается до 1,3-1,5 кг на 1 кг расхода органической части сельхозстоков и отходов.

Особенностью метана в качестве горючего на нужды выработки тепловой и электрической энергии является экологическая чистота и безопасность для окружающей среды, в особенности при работе в замкнутом цикле. Вода после КФ 7 возвращается на нужды гидросмыва и гидросплава, что до минимума сокращает расход свежей.

Восстановление покрытия 17 от эрозии воздействия плазмы осуществляется имплантацией материала заостренных электродов 21 и 22, которые включают вольфрам и гексаборид лантана. В качестве АЗИН 10 применяют вспученный перлит, модифицированный цеолит, обладающие невысокой плотностью.

Изобретение относится к биологической переработке сельскохозяйственных стоков и отходов с выработкой метана в качестве горючего в смеси с жидким литием в плазменном состоянии. Утилизатор содержит сборник стоков и отходов, сообщенный с метантенком, состоящим из камер: кислого, нейтрального, щелочного, метанового брожения, снабженных диспергаторами. Камера метанового брожения по биогазу и послеброжевой жидкости сообщена с колонной ферментолиза, выполненной из секций, образованных поперечными перфорированными перегородками с размещенной на них абразивной зернистой иммобилизационной насадкой. Секции сообщены переливными трубами, а верхняя из них по метану сообщена с теплоэлектрогенератором, который снабжен цилиндрической камерой плазмолиза, выполненной с сопряженными тангенциальными патрубками, состыкованными с желобами в покрытии, например, из расплава графита. Желоба имеют винтовые канавки, винтовые линии которых зеркальны друг другу и сопряжены на стыке желобов. Изобретение повышает эффективность переработки сельскохозяйственных стоков и отходов за счет увеличения выработки метана. 4 ил.

Биометановый утилизатор, включающий сборник стоков и отходов, сообщенный с метантенком, состоящим из камер: кислого, нейтрального, щелочного, метанового брожения, снабженных диспергаторами, причем камера метанового брожения по биогазу и послеброжевой жидкости сообщена с колонной ферментолиза, выполненной из секций, образованных поперечными перфорированными перегородками и размещенной на перегородках абразивной зернистой иммобилизационной насадкой, при этом секции сообщены по потоку жидкости переливными трубами, а верхняя секция колонны ферментолиза по метану сообщена с теплоэлектрогенератором, отличающийся тем, что теплоэлектрогенератор снабжен цилиндрической камерой плазмолиза, выполненной с сопряженными тангенциальными патрубками, состыкованными с желобами в покрытии, например, из расплава графита, причем желоба снабжены винтовыми канавками, винтовые линии которых зеркальны друг другу и сопряжены на стыке желобов.