ДВУХСТУПЕНЧАТЫЙ НЕПРЕРЫВНОДЕЙСТВУЮЩИЙ ПОДЗЕМНЫЙ ГЕНЕРАТОР БИОВОДОРОДА Российский патент 2015 года по МПК C01B3/00 C02F11/04 C02F3/28 

Изобретение относится к области установок, предназначенных для утилизации сточных вод от жизнедеятельности животных и людей с целью получения биогаза (биоводорода).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является "Установка для получения биогаза" (см. Интернет-информацию "Биогаз. Сделай сам" http://www.akclub.narod.ru http://akclub.narod. ru/06 Tematicheskije Napravlenija / 01 Poselenija iz Rodovich Pomestij / 02, C.3). Указанная установка состоит из: биореактора, устроенного в Земле в бетонированной яме цилиндрической формы, заполненной до определенного уровня биомассой (навозом с мочой и добавкой воды), металлического колпака конической формы, газоотводящей трубы в верхней части колпака, а также водяного затвора, устроенного в бетонированной канавке за пределами ямы биореактора.

Главными недостатками описанной выше установки являются: необходимость вручную периодического заполнения и опорожнения полости биореактора; необходимость обогрева биореактора, особенно в зимний период, для обеспечения оптимальной температуры переработки биомассы (+35°С); сравнительно невысокое давление биогаза на выходе из установки, которое определяется глубиной слоя воды в водяном затворе (500-800 мм в.с); необходимость периодического демонтажа и последующего монтажа верхней части установки при проведении погрузочно-разгрузочных операций.

В основу предлагаемого изобретения поставлена задача преобразования работоспособной периодически действующей примитивной биогенераторной установки в промышленную непрерывнодействующую биогенераторную установку, исключающую ручной труд, обеспечивающую получение биогаза (биоводорода) высокого давления (5-7 МПа) путем заглубления биореактора в Землю на глубину до 2000 м.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого изобретения, включающего в себя: ёмкость с биомассой 1, трубу подвода биомассы в активную зону биогенератора 1-й ступени (метантенк) 2, корпус биогенератора 1-й ступени 3, теплоизоляцию 4, конструктивную и экологическую защиту установки 5, торцевой башмак корпуса биогенератора 1-й ступени 6, тепловой поток от Земли к активной зоне биогенератора 7, переходную трубу от 1-й ко 2-й ступени биогенератора 8, трубу подвода биопульпы к активной зоне биогенератора 2-й ступени (водородотенк) 9, корпус биогенератора 2-й ступени 10, трубу отвода биоводорода от биогенератора 11, трубу отвода остаточной биопульпы из биогенератора 12, ёмкость с укислителем 13, датчик щёлочности биопульпы 14, датчик кислотности биопульпы 15, дозатор подачи укислителя в биопульпу 16, ввод укислителя в биопульпу 17, ёмкость посевной микрофауной водородогенных бактерий 18, дозатор подачи посевной микрофауны 19, ввод посевной микрофауны в биопульпу 20, ёмкость с биостимулятором водородогенных реакций 21, дозатор подачи биостимулятора в активную зону биогенератора 20-й ступени 22, магистраль подачи биостимулятора в активную зону биогенератора 2-й ступени 23, распределительное, устройство подачи биостимулятора 24, торцевой башмак корпуса биогенератора 2-й ступени 25, рабочий напор исходной биомассы Н₁ рабочий напор метановой биопульпы Н₂, активную зону биогенератора 1-й ступени Н₃, рабочий напор смешанной биопульпы Н₄, рабочий напор водородной биопульпы H₅, активную зону биогенератора 2-й ступени Н₆.

Предлагаемое устройство работает следующим образом: исходная биомасса (смесь навоза с мочой и дополнительной водой) из ёмкости 1 через трубу подвода биомассы в биогенератор 1-й ступени под действием силы тяжести столба исходной биомассы и подъемных сил газлифта (ρ_БМ·g·H₁ - ρ_МБП·g·Н₂) самотёком перемещается в межтрубную полость биореактора, где анаэробные метаногенные бактерии, находящиеся за счет внутреннего тепла Земли (средний температурный градиент 0,033°C/м) при оптимальной температуре биомассы +30...+35°С (протяженность активной зоны биогенератора 1-й ступени 1000-1500 м) преобразуют биомассу в метановую биопульпу (смесь биогаза, основной компонент которого метан, биоила и остаточной воды). Метановая биопульпа через переходную трубу, подвергаясь по пути специальной обработке, поступает в трубу подвода смешанной биопульпы к активной зоне биогенератора 2-й ступени (активная зона биореактора 2-й ступени находится в Земле на глубине 1500-2000 м). Движение реагирующей среды в биогенераторе 2-й ступени происходит самотёком за счет сил тяжести столба смешанной биопульпы и сил газлифта водородной биопульпы (ρ_СБП·g·Н₄ - ρ_ВБП·g·Н₅). В верхней части корпуса биогенератора 2-й ступени биоводород выделяется из водородной биопульпы и по трубе отвода биоводорода направляется на очистку и затем - потребителям. Остаточная биопульпа по своей трубе направляется на дельнейшую переработку.

Элементы установки 13...24 представляют собой системы, обеспечивающие оптимальные условия работы водородогенных анаэробных микроорганизмов (см. Неклюдов А.Д., Иванкин А.Н. Экологическая биоэнергетика на основе анаэробного разложения органических отходов.// Экологические системы и приборы. №7. 2006 г. С.33-44).

Система укисления биопульпы включает в себя: укислитель (уксусная кислота СН₃СООН), который из ёмкости с укислителем с помощью дозатора подачи по команде датчиков щёлочности и кислотности через магистраль подвода укислителя подается в переходную трубу от 1-й ко 2-й ступени биогенератора, обеспечивая кислотность перерабатываетмой биомассы рН 5,49, необходимой для работы водородогенных микроорганизмов.

Система подачи посевной микрофауны в биопульпу включает в себя: посевную микрофауну (Caldicellusiruptor saecharolyticus и Termotoga elfi) из ёмкости с посевной микрофауной с помощью дозатора подаётся в переходную трубу между 1-й и 2-й ступенями биогенератора.

Двухступенчатый беспрерывнодействующий подземный генератор биоводорода включает биогенератор, установленный в земле, заполненный до определенного уровня биомассой, газоотводную трубу и трубу отвода остаточной биопульпы. Биогенератор состоит из двух биореакторов, расположенных в земле на глубине до 2000 м, включенных последовательно по рабочей среде. В заявленном устройстве предусмотрены системы самотекущей загрузки и разгрузки биореакторов под действием сил тяготения столба входной биомассы и газлифтного эффекта метановой и водородной биопульп, система подкисления метановой биопульпы, система подачи посевной микрофауны и система подачи биостимулятора на начальном участке активной зоны биореактора 2-й ступени. Данное техническое решение обеспечивает оптимальные температурные условия реакций анаэробного преобразования биомассы, позволяет получить на выходе из установки биоводород высокого давления, создает условия для самотекущей загрузки биореактора биомассой, газлифтной выгрузки биоводорода и остаточной биопульпы.

Двухступенчатый непрерывнодействующий подземный генератор биоводорода, который состоит из биореактора, установленного в Земле, заполненного до определенного уровня биомассой и газоотводящей трубы, отличающийся тем, что биогенератор состоит из двух биогенераторов, размещенных в Земле на глубине до 2000 м, включенных последовательно по рабочему телу, предусмотрены системы самотечной загрузки и выгрузки биореакторов под действием сил тяжести столба входящей биомассы и газлифтного эффекта метановой и водородной биопульп; система укисления метановой биопульпы, которая включает в себя емкость с укислителем, датчики щелочности и кислотности биопульпы, дозатор подачи укислителя, магистраль ввода укислителя; систему подачи посевной микрофауны, которая включает в себя емкость с посевной микрофауной, дозатор подачи микрофауны, магистраль подачи посевной микрофауны; систему подачи биостимулятора, которая включает в себя емкость с биостимулятором, дозатор, магистраль подачи и распределитель биостимулятора на начальном участке активной зоны биореактора 2-й ступени; наличие труб отвода остаточной биопульпы и биоводорода.