СПОСОБ ОБРАБОТКИ БИОГАЗА ПРИ ХРАНЕНИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК C02F11/04 F17B1/18 

Изобретение относится к области канализации и преимущественно предназначается к использованию в сельском хозяйстве на животноводческих и птицеводческих комплексах, фабриках и фермах, на которых из навоза, помета и отходов растениеводства вырабатывают горючий биогаз и высококачественные обеззараженные от патогенной микрофлоры, гельминтов, их яиц и семян сорняков органические удобрения.

Известен способ частичной обработки биогаза путем конденсации из него паров воды при хранении и устройство для его осуществления, реализуемый в типовом мокром газгольдере переменной емкости с заполненным водой резервуаром, выполнявшим роль водяного затвора. Для предотвращения замерзания воды в резервуаре газгольдера в зимнее время и поддержания температуры воды не менее +5^oС ее подогревают с применением пароструйных элеваторов при расходе на это в час 70-120 ккал на кубометр воды /Типовые проекты мокрых газгольдеров различной емкости 707-2-18-24с-86, разработанные ГИАП, Утвержден и введен в действие Минудобрений, протокол 25-111 от 10 сентября 1985 г./.

Недостатком известного способа частичной обработки биогаза при его хранении в типовом мокром газгольдере переменной емкости является то, что обработка поступающего из метантенка влажного и содержащего сероводород и углекислоту биогаза ограничивается в основном лишь конденсацией влаги преимущественно зимой, тогда как на подогрев воды в резервуаре в зимнее время необходимо расходовать значительное количество тепловой энергии.

Известен также и другой способ обработки биогаза при хранении и устройство для его осуществления /Заявка на патент Великобритании 2190682, по кл. С 02 F 11/04/. Существо этого известного способа состоит в том, что анаэробно сброженный в метантенке из органических отходов содержащий сероводород и углекислоту биогаз сплошным потоком орошают под колоколом мелкоструйчатым и интенсивным душем водой резервуара, газгольдера, тогда как в другом варианте биогаз, содержащий сероводород и углекислоту, рассредоточенными мелкими струями вводят в непрерывно сменяемую и проточную воду, используемую в качестве запорной жидкости резервуара мокрого газгольдера переменной емкости хранимого под колоколом биогаза, а очищенный от сероводорода и углекислоты в постоянно проточной в резервуаре газгольдера воде биогаз выводят из под колокола газгольдера.

Устройство для осуществления приведенного выше известного способа обработки биогаза при хранении представляет собой мокрый газгольдер переменной емкости с заполняемым резервуаром постоянно проточной через патрубки водой в качестве затвора поднимаемого давлением хранимого биогаза колокола, тогда как подвод подлежащего очистке в проточной воде от сероводорода и углекислоты биогаза из метантенка выполнен в виде погруженных в воду участков перфорированных труб на заданную глубину противодавления вводимого биогаза. Другим вариантом выполнения устройства предусмотрено, что биогаз из метантенка вводят в пространство под колокол через обособленную трубу сплошным потоком, а затем орошают в пространстве под колоколом установленным там оросителем над поверхностью воды резервуара, подавая насосом эту воду многократно в ороситель. Для вывода очищенного от сероводорода и углекислоты биогаза из газового пространства под колоколом газгольдера выполнена газоотводная труба, заборная часть которой установлена выше уровня воды в резервуаре.

Недостатком известного способа обработки биогаза по заявке на патент Великобритании 2190682 является значительный расход непрерывно сменяемой в резервуаре проточной воды из-за ее насыщения сероводородом и углекислотой, как и необходимость подогрева воды зимой для предотвращения замерзания.

Недостатком известного устройства осуществления приведенного выше способа является то, что полностью исключается какой-либо профилактический осмотр состояния патрубков с перфорациями и с оросителями, исключается возможность регулирования глубины установки перфорированных патрубков без съема колокола газгольдера и без слива воды из резервуара.

Вместе с тем по своей технической сущности и достигаемому результату известные по заявке на патент Великобритании 2190682 способ обработки биогаза при хранении и устройство для его осуществления являются наиболее близкими к изобретению.

Задачей настоящего изобретения является создание такого способа обработки биогаза при хранении и устройства для его осуществления, которые устраняли бы приведенные выше недостатки способа и устройства для его осуществления по заявке на патент Великобритании 2190682, но и обеспечивали бы снижение энергозатрат на очистку биогаза, позволяли бы иметь доступ для ремонта и обслуживания подводящих под колокол мокрого газгольдера биогаз перфорированных и мелкопузырчатых труб без съема колокола газгольдера и без слива жидкости из его резервуара.

Задачей настоящего изобретения является также повышение удобрительного качества анаэробно сброженных в метантенке навоза, помета и растительных отходов, используемых данным изобретением как проточная запорная жидкость мокрого газгольдера на очистке биогаза в основном от углекислоты, поглощаемой сброженной в метантенке массой.

Согласно изобретению поставленная задача в выполнении способа достигается тем, что в качестве проточно-сменяемой в резервуаре мокрого газгольдера запорной жидкости используют выгружаемую из метантенка нагретую в метантенке сброженную массу, которую вводят в резервуар мокрого газгольдера непрерывно проточно или периодически, а не только непрерывно проточно согласно прототипу. Периодичность ввода в резервуар мокрого газгольдера сброженной в метантенке нагретой массы устанавливают в соответствии с периодичностью выгрузки сброженной массы из метантенка.

Достигается поставленная задача согласно изобретению и выполнением устройства для осуществления способа, в котором патрубок подвода биогаза на очистку с погруженной в жидкость перфорированной трубой вместо стационарно закрепленной у прототипа выполнен разъемно-составным, состоящим из выходящей выше уровня запорной жидкости резервуара газгольдера подводящей трубы, на которой сверху установлена съемная погружаемая в жидкость перфорированная труба в виде кольца, соединенного с оголовком, устанавливаемым на подводящую биогаз трубу, тогда как в колоколе газгольдера выполнен съемный люк с диаметром больше диаметра погружаемого в жидкость перфорированного кольца, а установка съемного оголовка с перфорированным кольцом на трубе подвода биогаза из метантенка в резервуар газгольдера выполнена, при открытом люке в колоколе газгольдера, с возможностью регулирования высоты размещения перфорированного кольца относительно уровня запорной жидкости в резервуаре газгольдера, например, в виде винтового сопряжения оголовка с верхней частью трубы подвода биогаза в газгольдер из метантенка.

На чертежах схематично приведено устройство мокрого газгольдера переменной емкости, обеспечивающего выполнение способа обработки биогаза при хранении, где на фиг.1 показан общий вид заполненного жидкостью мокрого газгольдера в разрезе, а на фиг.2 - вид по В-В на фиг.1.

Предложенное устройство в виде мокрого газгольдера переменной емкости /фиг.1 и 2/ содержит выполняющий роль жидкостного затвора резервуар 1, заполняемый постоянно или периодически проточной сброженной и нагретой в метантенке массой, в которую введен колокол 2 с люком 3 и его крышкой 4. В резервуаре 1 имеются патрубки подачи в него сброженной в метантенке массы 5 и вывода ее из резервуара 1 после насыщения поглощенными газовыми компонентами 6. Для подвода биогаза на очистку из метантенка в резервуаре 1 установлена труба 7, а для вывода очищенного биогаза - труба 8. Обе трубы 7 и 8 в верхней своей части выведены несколько выше уровня жидкости в резервуаре 1, что исключает залив в них жидкости, для полного опорожнения резервуара 1 от сброженной массы резервуар 1 имеет патрубок 9 с задвижкой 10. На трубе подвода биогаза 7 установлен с возможностью его закрепления на разной высоте оголовок 11, к которому посредством труб 12 снизу присоединено перфорированное кольцо 13 с перфорированными трубами 14, что обеспечивает увеличение перфорированной поверхности. Диаметр перфорированного кольца 13 /Д¹/ меньше диаметра люка 3 /Д/, что обеспечивает при съеме оголовка 11 при открытой крышке 4 с трубы подвода биогаза 7 подъем перфорированного кольца 13 при опущенном колоколе 2 после удаления из пространства под ним биогаза через патрубок с краном 15. Для предотвращения значительных теплопотерь и для предотвращения замерзания сброженной массы в резервуаре 1 его внешняя поверхность теплоизолируется из условия не допущения температуры сброженной массы в резервуаре 1 менее +5^oС /выполнение теплоизоляции на чертежах не показано/.

Предложенный способ обработки биогаза при хранении выполняют в устройстве, для его осуществления /фиг.1 и 2/ следующим образом.

В резервуар 1 при опущенном в него колоколом 2 с открытым люком 3 вводят кольцо 13 с оголовком 11 и закрепляют оголовок 11 на верхней части трубы подвода биогаза 7. Далее по патрубку 5 в резервуар 1 заливают из метантенка нагретую в нем и сброженную массу до полного объема резервуара 1, т.е. до уровня патрубка 6 /при отсутствии должного количества сброженной массы ее можно дополнить или заменить водой/. При полном заполнении резервуара 1 жидкостью производится регулировка глубины расположения кольца 13 относительно уровня полного залива жидкой массы с учетом того, что в рабочем состоянии уровень жидкости в подколокольном пространстве понизится на величину "Б" - равную мм давления водяного столба биогаза под колоколом 2, которое в типовых мокрых газгольдерах применяют до 400 мм. Подлежит учету и рабочая глубина расположения кольца 13 относительно рабочего уровня жидкой массы "А", определяемая в мм и равная давлению выходящего из метантенка биогаза в мм водяного столба. Сумма размеров "А" и "Б" является искомым размером глубины установки кольца 13 относительно уровня полного залива жидкой массы в резервуар 1, что позволяет после этого закрепить положение оголовка 11 на верхней части трубы подвода биогаза 7 герметично. После этого люк 3 закрывают крышкой 4, открывают частично кран 15 и по трубе 7 вводят биогаз в перфорированное кольцо 13, закрыв при этом вентиль на трубе вывода очищенного биогаза 8. Выходящий из перфорированного кольца 13 биогаз будет всплывать в жидкой массе мелкими струйками, очищаясь при этом от сероводорода и углекислоты, и входить очищенным от них в подкупольное пространство, вытесняя из него через патрубок с краном 15 находящийся в нам воздух. Открытие крана 15 должно быть таким, что его пропускная способность меньше поступления биогаза из кольца 13, тогда как выявить это можно визуально наблюдением за подъемом колокола 2. После подъема колокола 2 на 2/3 его полной высоты подъема кран 15 закрывается, и открывается вентиль на трубе 8, и вне газгольдера производят отбор пробы биогаза на анализ его состава и качества очистка по сравнению с составом и качеством биогаза, поступающего из метантенка на очистку в газгольдер. Одновременно на анализ берут пробы поступающей из метантенка нагретой сброженной массы и этой же массы, вытекающей из резервуара 1 из патрубка 6.

После выполнения приведенных основных действий ввода в действие предложенного изобретением устройства мокрого газгольдера с использованием анаэробно сброженной и нагретой в метантенке массы в качестве запорной жидкости в резервуаре 1 мокрого газгольдера, - его последующая эксплуатация должна осуществляться с соблюдением руководства по безопасной эксплуатации мокрых газгольдеров, предназначенных для горючих газов.

Составляющими положительного эффекта от использования предлагаемых способа и устройства для его осуществления являются:
- отказ от применения постоянно проточной воды и необходимости ее подогрева в зимнее время;
- возможность контролировать работоспособность основных рабочих узлов мокрого газгольдера, обеспечивать их осмотр, очистку и регулировку без съема колокола и без слива жидкости из резервуара;
- повышение удобрительного качества анаэробно сброженных в метантенке навоза, помета и растительных отходов за счет насыщения используемой сброженной в метантенке и нагретой в нем массы в качестве жидкостного затвора колокола газгольдера и в качестве газоочищающей жидкости - углекислотой, поглощаемой в резервуаре газгольдера протекающей через резервуар сброженной в метантенке массой. Так, например, при анаэробном сбраживании в метантенке одной тонны куриного помета влажностью 70%, с разбавлением его до пульпы влажностью 92%, вырабатывается 85,5 нм³ /93,1 кг/ биогаза с содержанием 65% СН₄ /55,5 нм³ = 99,1 кг/ и почти 35% СО₂ /29,9 нм³ = 59,2 кг/ калорийностью 23286 кДж/нм³ /5562 ккал/нм³/. Одновременно из метантенка на очистку полученного биогаза в газгольдер поступает 3535 кг сброженной массы с температурой 20^oС /сбраживание в мезофильном режиме при 36^oС с использованием теплообмена между сброженной массой к свежей загружаемом в метантенк пульпой температурой 8-10^oС/. При прохождении в метантенке полученного биогаза через остывающую в газгольдере оброненную массу она поглощает из него 21,4 нм³ /42,32 кг/ СО₂, уменьшая при этом количество поступившего из метантенка биогаза с 85,5 нм³ до 64,1 нм³ при повышении калорийности от СО₂ очищенного биогаза до 31048 кДж/нм³ /7415,7 ккал/нм³/ или на 33,3%, тогда как вес сброженной массы увеличивается только на 1,2%. Незначительное содержание в вырабатываемом в метантенке биогазе сероводорода /0,01-0,03%/ почти полностью поглощается очищающей биогаз сброженной массой и ее состав практически не изменяет.

Приведенные составляющие положительного эффекта от использования предлагаемых способа и устройства для его осуществления уточняются для каждого конкретного случая анаэробного сбраживания состава и количества органических отходов, дозы их загрузки в метантенк, временного и температурного режима сбраживания, климатического режима района использования и соблюдения указаний по привязке проекта.

Изобретение относится к области канализации и преимущественно предназначается для использования в сельском хозяйстве на животноводческих и птицеводческих комплексах, фабриках и фермах, на которых из навоза, помета и отходов растениеводства вырабатывают горючий биогаз и высококачественные обеззараженные от патогенной микрофлоры, гельминтов, их яиц и семян сорняков органические удобрения. Мокрый газгольдер переменной емкости позволяет использовать в качестве водяного затвора проточную сброженную и нагретую в метантенке массу при отказе от применения для этой цели проточной воды и ее подогрева зимой для предотвращения замерзания. Очищаемый путем пропуска мелкими струйными потоками через проточную в резервуаре газгольдера сброженную массу биогаз насыщает ее в основном содержащейся в биогазе углекислотой, обеспечивая повышение удобрительного качества анаэробно сброженных в метантенке навоза, помета и растительных отходов. Выполнение патрубка подвода биогаза на очистку с погруженной в жидкость перфорированной трубой разъемно-составным со съемным и регулируемым по высоте установки перфорированным кольцом через люк в колоколе газгольдера позволяет иметь доступ для ремонта и обслуживания со съемом перфорированного кольца без съема колокола газгольдера и без слива жидкости из его резервуара. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ обработки биогаза при хранении, включающий ввод из анаэробно сброженного в метантенке из органических отходов рассредоточенными мелкими струйными потоками биогаза в проточно-сменяемую запорную жидкость резервуара мокрого газгольдера переменной емкости с изменяемым объемом пространства хранимого биогаза и вывод из газового пространства из-под колокола мокрого газгольдера очищенного в проточно-сменяемой запорной жидкости от сероводорода и углекислоты введенного в нее из метантенка биогаза, отличающийся тем, что в качестве проточно-сменяемой в резервуаре мокрого газгольдера запорной жидкости используют выгружаемую из метантенка, нагретую в метантенке сброженную массу, которую вводят в резервуар мокрого газгольдера непрерывно проточно или периодически.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что периодичность ввода в резервуар мокрого газгольдера сброженной в метантенке нагретой массы устанавливают в соответствии с периодичностью выгрузки сброженной массы из метантенка.3. Устройство для осуществления способа обработки биогаза при хранении, содержащее мокрый газгольдер переменной емкости с подъемным в жидкости колоколом и с резервуаром, снабженным патрубками для заполнения его проточной жидкостью, используемой в качестве затвора с подъемно-опускаемым колоколом, патрубками подвода биогаза на очистку с погруженными в жидкость участками перфорированных труб и патрубком вывода очищенного биогаза из пространства под колоколом над уровнем жидкости в резервуаре мокрого газгольдера, отличающееся тем, что патрубок подвода биогаза на очистку с погруженной в жидкость перфорированной трубой выполнен разъемно-составным, состоящим из выходящей выше уровня запорной жидкости резервуара газгольдера подводящей трубы, на которой сверху установлена съемная погружаемая в жидкость перфорированная труба в виде кольца, соединенного с оголовком, устанавливаемым на подводящую биогаз трубу, тогда как в колоколе газгольдера выполнен съемный люк с диаметром больше диаметра погружаемого в жидкость перфорированного кольца.4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что съемный оголовок с перфорированным кольцом на трубе подвода биогаза из метантенка в резервуар газгольдера выполнен с возможностью регулирования высоты размещения перфорированного кольца относительно уровня запорной жидкости в резервуаре газгольдера, например, в виде винтового сопряжения оголовка с верхней частью трубы подвода биогаза в газгольдер из метантенка.