Устройство для получения горючих газов из углеводного сырья Советский патент 1992 года по МПК C02F11/04 

Изобретение относится к области получения горючих газов из углеводов и может быть использовано в сельскохозяйственном производстве.

Целью изобретения является повышение эффективности использования путем увеличения выхода газов и улучшения их состава.

Для получения чистых газов На. СНд и С02 применяют реактор, выполняющий одновременно несколько функций: дважды проводится стерилизация паром углеводной массы (сырья); постоянно перемешивается масса; выделяется из целлюлозы глюкоза; образуются из глюкозы кислоты, спирт, На и СОа; разделяется смесь Н2 с С02 на чистые газы; разрушается целлюлоза, образуя кислоты, спирт, Н2 и СОа; отводятся в процессе брожений кислоты и спирт в низ реактора; освобождается от переработанной биомассы (лигнина) на транспортер; в процессе брожений подаются на массу чистые формы бактерий и при необходимости питательный раствор.

На фигурах представлен реактор.

На фиг.1 - общий вид устройства вид сверху; на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1, вид сверху; на фиг.З - разрез по Б-Б фиг.1; на фиг.4 - разрез по В-В на фиг.1, вид питательного бака и бактериальных отсеков; на фиг.5 - узел Г на фиг.2; нз фиг.6 - узел Д нафиг.2;нафиг.7-узел Е на фиг.З; нафиг.8- узел Ж на фиг.З; на фиг.9 - узел 3 на фиг.З; нафиг.Ю-узел И на фиг.З; на фиг.11 -узел К на фиг.З; на фиг. 12 - узел Л на фиг.З; на фиг.13 - вид крепления контейнера для питательной и бактериальной массы, на фиг.14 -аксонометрическая проекция общего вида устройства в разрезе.

Устройство состоит из двух ящиков разных размеров, изготовленных из дюралюминия или композитов, в наружный ящик 1 вставлен внутренний ящик 2 с воздушным промежутком между стенками ящиков по

(Л

С

vi vi о о

4

СА

всему объему, верхних люков 3 (фиг. 1,2,3), пневмоцилиндров 4, соединенных с верхними люками 3, создающих герметичность верхней части ящиков -1,2 (фиг.7), бокового герметичного люка 5 для выгрузки из реактора биомассы (лигнина), пневмоцилиндра 6, соединенного с боковым люком 5, верхнего бака 7 для питательной среды, нижних отсеков 8 для подачи на углеводную массу чистых бактерий (фиг.1, 2, 3, 4), приводного электродвигателя 9 для эксцентриков 10, сетчатых полок 11, установленных с возможностью их поворота для загрузки углеводной массы, поддонов 12 для отвода кислот и спирта в низ реактора, ограничительных сеток 13 для задержания массы от попадания в среднюю часть механизмов реактора, нижней сетки 14 для удержания на ней спадающей массы, труб 15, кранов 16 для откачивания кислот, спирта и кранов для подачи теплого воздуха в промежуток между ящиками 1, 2 и между стенками люков 3, транспортер 17 для выгрузки биомассы (лигнина) из реактора в грейферный ковш, рукояток 18 поворота вращающихся сетчатых полок 11, тяг 19 поворота труб держателей сетчатых полок 11, кранов 20 для отсоса Н2 и С02 (фиг. 1,3), сменных герметичных контейнеров 21, установленных внутри корпуса, рукава с перчатками 22 (фиг.13) для закладки в контейнеры 21 биомассы, валов 23, на которых закреплены сетчатые полки 11, труб 24 и планок 25 (фиг.1, 8), поддерживающих сетчатые полки 11 после их поворота, рукоятки 26 тяг 19, планки 27 для крепления к вибрирующим трубам нижней сетки 14, валов 28 (фиг. 1,2) для вибраций сетчатых полок 11, герметичных прокладок 29 верхних люков 3 и ящиков 1 и 2, труб 30, вибрирующих с планками 25, подшипников 31 под валы 28, сальники 32, звездочки 33 привода валов 28, помпа 34 для подачи питательного раствора и бактерий на полки 11, крана 35 для подачи питательной среды к помпе 34, труба 36 (фиг.3,4), подающая питательную среду из лаборатории, трубы 37 и 38, подающие бактерии из лаборатории, трубы сетчатые 39 (фиг. 14), пазы 40 для крепления контейнера 21, осей 41 (фиг.3,7) герметичных люков 3, хомутов 42 (фиг.2,11) для крепления крайних монтажных планок к корпусу внутреннего ящика 2, сальников 43 (фиг.6), тяг привода вращающихся труб 24, зубчатые гребенки 44 тяг 19, зубчатых секторов 45 (фиг.6), вращающихся труб 24, сквозного отверстия 46, прорезей 47 (фиг.7,8) вращающихся труб 24, сварное соединение 48 (фиг. 10) вращающихся труб 24, возвратные пружины 50 вибрирующих труб 51 (фиг.9,10) правой и левой стенок

внутреннего ящика 2, возвратных пружин 52 вибрирующих труб 51, пяты 53 вибрирующих труб 51, направляющих стаканов 54 вибрирующих труб 51, основания 55 корпуса реактора и вибрирующих труб 51 (фиг.9), квадратов 56, приводящих во вращение сетчатые полки 11, сальников 57 рукояток сетчатых полок 11, петель 58 для крепления валов 23, рам 59 сетчатых полок 11 (фиг.З),

0 цепей 60 звездочек привода валов эксцентриков 10 (фиг.11, 12) с подшипниками 61, стойки 62 крепления подшипников 61, звездочек 63 привода валов эксцентриков 10, втулки 64 вибрирующих труб средней мон5 тажной планки 65 (фиг. 12), труб 66 (фиг.2), подводящих пар или воздух.

Устройство работает следующим образом.

Перед загрузкой в реактор обезвожен0 ной и измельченной углеводной массы, верхнюю часть реактора раскрывают, для этого в пневмоцилиндры 4 подают сжатый воздух, и люки 3 поднимаются вверх, открывая его (фиг,1,2,3,5,7,14). Одновременно подают

5 сжатый воздух в пневмоцилиндр 6 и выгрузной люк 5 герметично закрывается. Затем рукоятку 26 вытягивают на себя, и гребенки 44, закрепленные на тягах 19, поворачивают зубчатые сектора 45 (фиг.6,8), а с ними и

0 трубу 30 на 90° и поддерживающие планки 25 становятся поперек реактора. Также, поворачивая вправо и влево рукоятки 18 (фиг.5) нижних сетчатых полок 11, укладывают их на планку 25, что служит им второй

5 опорой. Только теперь на нижние полки 11 загружают углеводную массу до уровня выше расположенной полки 11, которую опускают на новую планку 25 и ее загружают и так поступают до верхней сетчатой полки 11

0 и затем люки 3 закрывают, создавая герметичность в реакторе. Окончив подготовительные работы, в реактор подают пар с t° 120-150°С. который уничтожает все микроорганизмы, плесень, споры и делает как

5 массу, так и среду абсолютно стерильными, и одновременно масса подвергается гидролизу в присутствии раствора соляной или серной кислоты, в результате чего образуется глюкоза. И тогда с помощью электродви0 гателя 9 и помпы 34 (фиг.1. 3) в реактор подают-чистую форму глюкозобродящих бактерий, которые образуют кислоты, спирт, Н2 и С02. По окончании глюкозного брожения масса, оставаясь в реакторе, вто5 рично стерилизуется при t° 120-150°С, чтобы уничтожить оставшиеся глкжозобро- дящие бактерии, глюкозу и кислоты, а после остывания массы до 60-70°С так же. как при глюкозном брожении, подают по всему объему промежутков ящиков 1 и 2 теплый воздух, который и поддерживает нужную температуру. После вторичной стерилизации в реактор на массу подают чистую форму цел- люлозоразрушэющих бактерий, которые образуют так же, как и при глюкозном бро- жении кислоты, спирт, На и СОа. Кислоты и спирт как при одном брожении, так и при другом стекают в низ реактора, а На с СОа разделяются через мембраны.

В течение всего времени работы реактора электродвигатель 9 приводит в действие звездочки 63 с цепями 60, во вращение валы 28 с эксцентриками 10, которые вращаясь, создают вибрацию крайних левой и правой труб 51 и средних труб 30, постоянно перемешивая массу на сетчатых полках 11, создавая свободу для работы бактериям {фиг.9,10,11,12). По окончании целлюлозного брожения реактор освобождается от пе- реработанной массы - лигнина, для этого убирают планки 25 в первоначальное положение и тогда сетчатые полки 11 спадают вниз, сбрасывая с себя биомассу на сетку 14, а последняя, опираясь одной стороной в подошву реактора, другой стороной на выступы труб 51 (фиг,9), которые своей вибрацией заставляют вибрировать и сетку 14, сетка после открытия люка 5 выталкивает лигнин на транспортер 17 (фиг.2,3).

Пример. Измельченное углеводное сырье (массу), а также жидкий навоз первоначально обезвоживают до влажности 15%, а затем загружают в реактор и после этого его герметично закрывают. Для того, чтобы загруженная масса стала стерильной и очищенной от различных микро- и макроорганизмов, грибов, плесени, спор и т.д., в реактор подают влажный пар в течение 3-5 дней с t° 120-150°C, и в присутствии раствора серной или соляной кислоты происходит гидролиз массы с одновременным выделением из нее глюкозы, Потом, когда масса остынет до 60-70°С, в нее вводят чистую глюкоэобродящую бактерию, например, Escherichla Coll и поддерживая температуру 60-70°С, создающую анаэробные условия для сбраживания глюкозы в газы На и С02, кислоты и спирт. Кислоты и спирт во время брожения отделяются от газов и стекают в низ реактора, а На и СОа, проходя через холодильник, обезвоживаются и затем их разделяют диффузионным методом, - каждый, проходя через свою мембрану, в сборные емкости. На этом в реакторе кончается первый этап сбраживания глюкозы и получения из нее чистых газов водорода и углекислого газа, атакже отделенных от них кислот и спирта.

На втором этапе в реакторе проводят повторную стерилизацию массы в течение 4-5 часов, при t° в 120-150°С для уничтожения остатков глюкозобродящих бактерий и кислот, а после остывания массы до 60-70°С в нее, постоянно поддерживая анаэробные условия, вводят чистую форму целлюлозо- разрушающих бактерий, например Clostridium thermocellum. В дальнейшем процесс целлюлозного (клетчаточного) брожения проходит в том же порядке, как при глюкозном брожении. По окончании глю- козного и клетчаточного брожений из нижней части реактора кислоты и спирт перекачивают в испаритель, где спирт отделяется от кислот. Спирт известным методом превращают в этилен, который может быть применен для энергетических целей, для дозревания несозревших овощей и фруктов, а окись этилена, как стерилизатор для хранения овощей, фруктов и зеленого корма для животных. Кислоты подают в метантенк, где их раскисляют известными методами, после чего в метантенк подают чистую метанообразующую бактерию, например, Methanobacterium formlcium, которая образует СН4 и СОа. Газы СН4 и СОа отсасываются в холодильник, где они обезвоживаются и затем диффузионным методом разделяют через мембраны с отверстиями, каждая под молекулу одного и другого газа, далее поступают - каждый в свою сборную емкость. Газ СН4 используют как энергетический носитель, а СОа как удобрение для улучшения фотосинтеза снизу растений, что уменьшает его поступление в атмосферу, снижая парниковый эффект, или получают лед для хозяйственных и других целей. Вслед за удалением кислот, спирта, из реактора удаляют отработанную массу (лигнин), - являющийся долговременным гумусным чистым удобрением для улучшения поверхностного слоя полей и для получения из него преобразователя ржавчины, сохраняющего металл от ржавения.

Формула изобретения 1, Устройство для получения горючих газов из углеводного сырья, содержащее корпус реактора, узлы подачи исходного сырья, микроорганизмов питательной среды, реагентов и пара и вывода продуктов гидролиза, отличаю щееся тем, что, с целью повышения эффективности использования путем увеличения выход газов и улучшения их состава, корпус выполнен из двух установленных одна в другую камер- ящиков с люками, расположенными на корпусе и в его передней стенке, патрубками для подачи теплого воздуху и отвода газов, планками с направляющими, рзг-мещенными под люками во внутреннем ящике в его центре и боковых стенках, вибрирующими стойками, концы которых вставлены в планки и верхние из них заглушены, а нижние подпружинены, боковые стойки снабжены хомутами, в которых они установлены с возможностью перемещения, а средние стойки выполнены с приливами и снабжены трубами с прорезями, в которых они установлены с возможностью перемещения, устройство снабжено сетчатыми полками, шарнирно закрепленными на стойках с возможностью вращения, и расположенными под сетчатыми полками поддонами для стока спирта и кислоты, соединенными с узлом вывода

0

5

продуктов гидролиза, а также трубами с со плами для подачи питательной среды, размещенными под боковыми планками и в промежутках между вибрирующими стойками, зубчатыми секторами, закрепленными на трубах и размещенными под средней планкой с тягами, соединенными с зубчатыми секторами, и мелкосетчатыми трубами для подачи влажного пара.

2. Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что, оно снабжено размещенным в нижней части корпуса транспортером с грейферным ковшом и контейнерами с резиновыми перчатками, размещенными в верхних люках.

Использование: получение очищенных от вредных примесей горючих газов при переработке углеводного сырья методами сбраживания, гидролиза и стерилизации. Сущность изобретения: устройство содержит корпус, выполненный из двух камер, вставленных друг в друга с верхним люком для загрузки сырья и боковыми люками для выгрузки биомассы. Во внутренней камере установлены с возможностью поворота сетчатые полки под которыми предусмотрены поддоны для отвода кислот и спиртов, образующихся в результате гидролиза углеводного сырья. В устройстве имеются трубы с регулирующей арматурой, подводящие питательную среду, микроорганизмы, пар и реагенты,14 ил.

I-

Б А-А

/// /// /// т ЛУ /У/ Яу/я

Фиг

Л

П

/// /// ///

6-Б

tt

Фиг.З

В-В

ФигЬ

Фие.5

г

i

4J

Фие.б

fe S

Ъ

$

it

ФиаЛ

tf

65

51

Фиг.Г

Фие.П

40

Z1

1 63 3

Фиг.13

К 27

ю гзгз ю

23

п

и