CS254069B1

CS254069B1 - A method of utilizing heat in the extraction of fermentation gases from landfills and an apparatus for carrying out the process

Info

Publication number: CS254069B1
Application number: CS855505A
Authority: CS
Inventors: Frantisek Straka
Original assignee: Frantisek Straka
Priority date: 1985-07-25
Filing date: 1985-07-25
Publication date: 1988-01-15
Also published as: CS550585A1

Abstract

Řešení se týká způsobu a zařízení pro těžbu fermentačních plynů ze skládek odpadů, kde řeší problém kondenzace v plynu obsažené vlhkosti při současném využití získaného tepla pro ohřev vrat ných kapalin čerpaných zpět do lože skládky. Řešení spočívá v zařazení tepel ného čerpadla mezi výstup plynu a vstup vratných kapalin, kde je teplo odebrané plynu předáváno bu3 vratným kapalinám i odvodněnému surovému plynu. Řešení lze využít zejména při čerpání fermentačnífch plynů ze skládek odpadů.The solution concerns a method and a device for extracting fermentation gases from landfills, where it solves the problem of condensation of moisture contained in the gas while simultaneously using the obtained heat for heating the return fluids pumped back into the landfill bed. The solution consists in including a heat pump between the gas outlet and the return fluid inlet, where the heat extracted from the gas is transferred either to the return fluids or to the drained raw gas. The solution can be used in particular when pumping fermentation gases from landfills.

Description

Vynález se týká způsobu a zařízení pro těžbu fermentačních plynů ze skládek odpadů, kde tento plyn převážně tvořený oxidem uhličitým a metanem vzniká samovolně anaerobní bakteriální činností. Pokud je cílem odčerpávání fermentačních plynů jejich energetické využití nebo jakékoli další technické využití, je nezbytné surový plyn zbavit přetytečne vlhkosti, nebol plyn odchází z lože skládky nasycený vodní parou při teplotách 20 až 60°C.The present invention relates to a method and apparatus for extracting fermentation gases from landfills, wherein the gas predominantly composed of carbon dioxide and methane is generated by spontaneous anaerobic bacterial activity. If the purpose of pumping the fermentation gases is to use them for energy or any other technical use, it is necessary to remove excess moisture from the raw gas, as the gas leaves the bed of the landfill saturated with steam at temperatures of 20 to 60 ° C.

Dosud známé způsoby řeší separaci hlavního podílu vlhkosti z plynu nepřímým chlazením ve vzdušných nebo kapalinových chladičích, přičemž teplo odebrané plynu je bez dalšího využití odvedeno chladicím mediem do okolí. Současně s tím mohou být do lože skládky navráceny čerpáním kondenzáty z plynu i případné recyklující průsakové vody o teplotě okolního prostředí, což zvyšuje docilované výtěžky plynu. Nevýhodou těchto způsobů nebo jejich kombinací, je jednak ta skutečnost, že teplo odebrané plynu je rozptyle· no do okolí a jednak to, že vratné vody jsou do lože skládky čerpá ny o teplotě o 10 až 40°C nižší než je teplota prostředí uvnitř mikrobiologicky aktivního lože skládky, čímž jsoů narušovány optimální podmínky pro funkci anaerobních metanogenních mikroorganismů.The known methods solve the separation of the main part of the moisture from the gas by indirect cooling in air or liquid coolers, whereby the heat of the removed gas is transferred to the surroundings without cooling. At the same time, condensates from the gas and any recycle leachate at ambient temperature can be returned to the landfill bed, which increases the gas yields achieved. The disadvantage of these processes or their combinations is that the heat of the extracted gas is dissipated into the environment and that the return water is pumped into the landfill bed at a temperature 10 to 40 ° C lower than the ambient temperature inside the microbiologically. active bed of the landfill, thereby disturbing optimal conditions for the function of anaerobic methanogenic microorganisms.

Uvedené nevýhody odstraňuje způsob podle vynálezu,jehož podstata spočívá v tom, že se vlhkému surovému plynu odebírá teplo chladicím systémem tepelného čerpadla a otopným systémem-ae získané teplo předává kapalinám určeným pro vtláčení do lože skládky a nebo se využívá pro ohřev odvodněného surového plynu a nebo pro otop přídavných technologických zařízení, například fermentorů pro biologické předzpracování nutrientů určených ke vtláčení do lože skládky.The disadvantages of the aforementioned disadvantages are achieved by the process of the invention, which consists in removing heat from the wet raw gas through the heat pump cooling system and the heating system, and transferring the heat to liquids to be injected into the landfill bed. for the heating of additional technological equipment, for example fermenters for biological pretreatment of nutrients to be injected into the landfill bed.

Výhodou je stabilizace tepelného režimu metanogenních mikroorganismů, protože teplo, které je jim odebíráno v podobě teplaThe advantage is the stabilization of the thermal regime of methanogenic microorganisms, because the heat that is taken from them in the form of heat

- 2 254 069 zjevného i výparného v odcházejícím vlhkém plynu je jím částečně nebo úplně navraceno v podobě zjevného tepla vratných kapalin a kdy řízením teploty vratných kapalin je možno udržovat optimální podmínky pro činnost těchto mikroorganismů. Ohřevem odvodněného surového plynu se zabrání případné kondenzaci jeho zbytkové vlhkosti. Další výhodou je možnost ekonomicky výhodného otopu jiných technologických zařízení, např. fermentorů pro biologické předzpracování nutrientů určených ke vtláčení do lože skládky.2 254 069 of the apparent as well as the evaporation in the outgoing moist gas is partially or completely returned to it by the apparent heat of the return liquids, and by controlling the temperature of the return liquids it is possible to maintain optimal conditions for the operation of these microorganisms. Heating of the dewatered raw gas prevents any condensation of its residual moisture. Another advantage is the possibility of economically advantageous heating of other technological equipment, eg fermenters for biological pretreatment of nutrients intended to be injected into the landfill bed.

Zařízení k provádění způsobu podle vynálezu sestává z chladícího okruhu surového vlhkého plynu, tvořeného například sprchovým chladičem, nepřímými chladiči, které jsou napojeny na chladící systém tepelného čerpadla, které je svým topným systémem napojeno buS na otopný systém zásobníku vratných kapalin, například na ohřívák vratných kapalin,anebo na otopný systém ohřevu odvodněného surového plynu, například ohřívák plynu.The apparatus for carrying out the method according to the invention consists of a raw wet gas cooling circuit, for example a shower cooler, indirect coolers which are connected to a heat pump cooling system which is connected by its heating system to a heating system of a return fluid reservoir, for example a return fluid heater. or a heating system for heating dewatered raw gas, for example a gas heater.

Způsob podle vynálezu byl předveden na zařízení k příkladu provedení podle připojeného obrázku.The method according to the invention has been shown on a device according to the example of embodiment according to the attached figure.

Potrubí 1 surového plynu je napojeno do sprchového chladiče 2, který je propojen vstupem sprchovací vody na nepřímý chladič vody 2 a zásobník 2 kondenzátů a výstupním potrubím 2 plynu na nepřímý chladič £. Nepřímý chladič 4 je odvodem kondenzátu rovněž napojen na zásobník £ kondenzátu, který je přes cirkulační čerpadlo 6 též propojen potrubím cirkulačního kondenzátu na nepřímý chladič vody 2 ^apotrubím odtahovaného kondenzátu na ohřívák vratných kapalin 14»The raw gas line 1 is connected to a shower cooler 2, which is connected by a shower water inlet to the indirect water cooler 2 and a condensate reservoir 2 and a gas outlet pipe 2 to the indirect cooler 6. The indirect condenser 4 is also connected to the condensate reservoir 6 via a condensate drain, which is also connected via a circulation pump 6 to the indirect condenser water conduit 2 ^{and the} condensate line to the return heater 14.

Nepřímý chladič £ je propojen potrubím 8 plynu na ohřívák £ plynu, který je propojen na výstup upraveného plynu. Ohřívák vratných kapalin 1£ O® napojen i na přívody médií 16 a výstupním potrubím 17 vratných kapalin přes čerpadlo 18 vratných kapalin na vtláčecí systém vrtů pro recykl vratných kapalin do lože skládky.Tepelné čerpadlo 10 je propojeno svým chladicím okruhem potrubím 11 expandovaného chladivá nejprve s nepřímým chladičem £, následně s nepřímým chladičem vody 2 ^a dále potrubím 12 odpařeného chladivá a potrubím 13 komprimovaného chladivá svého otopného okruhu nejprve s ohřívákem plynu 2 a následně s ohřívákem vratných kapalin 14 a zpětně potrubím 1£ chladivá na škrcení a vstup chladicího okruhu potrubím 11 expandovaného chladivá.An indirect cooler 8 is connected by a gas line 8 to a gas heater 8 which is connected to the treated gas outlet. The return fluid heater 10 is also connected to the fluid inlets 16 and the return fluid return line 17 via the return fluid pump 18 to the return fluid recycle injection system to the landfill bed. The heat pump 10 is interconnected by its cooling circuit through the expanded refrigerant line 11 to indirect condenser £ subsequently an indirect cooling water 2 ^{and a} further pipe 12 the vaporized refrigerant and the pipe 13 of the compressed refrigerant its heating circuit first with a gas heater 2 and then with heater reversible liquid 14 and back through line 1 £ coolant for throttling and inlet coolant circuit line 11 expanded refrigerant.

- 3 254 069- 3 254 069

Surový plyn o teplotě 35°C vstupuje přívodním potrubím 1 surového plynu do sprchového chladiče 2, kde je ochlazen na 10°C přímým stykem s vodou ochlazenou na +6°C. Ze sprchového chladiče 2 odchází plyn výstupním potrubím 3 plynu do nepřímého chladiče 4, kde se jeho teplota sníží na 0°C,přičemž jak ze sprchového chladiče 2, tak i z nepřímého chladiče 4 jsou kondenzáty vedeny do společného zásobníku £ kondenzátů. Z tohoto zásobníku £ kondenzátů je cirkulačním čerpadlem 6 čerpána kondenzovaná voda do nepřímého chladiče 7 vody, kde je vychlazena z teploty 12°C na 6°C. Plyn opouštějící nepři mý chladič 4 potrubím 8 plynu vstupuje do ohříváku £ plynu, kde je jeho teplota zvýšena z 0°C na 30°C. Tepelné čerpadlo 10 dodává chladivo potrubím 11 expandovaného chladivá do výměníkového systému v nepřímém chladiči 4 a následně do výměníkového systému v chladiči vody £. Odpařené médium tepelného Čerpadla vstupuje do tepelného čerpadla 10 potrubím 12 odpařeného chladivá a vystupuje ohřáté a zkomprimované potrubím 13 komprimovaného chladivá do otopsyst^em4, ného systému ohříváku £ a následně do otopného ohříváku 14 vratných kapalin, odkud odchází potrubím 15 chladivá k expanzi do chladného okruhu tepelného čerpadla 10. Do ohříváku 14 vratných kapalin vstupují kondenzáty ze zásobníku 5 kondenzátů a přívody 16 medií . t ~~ jako jsou vratné vody z průsaků, nebo čerstva voda nebo nutrient nebo pufrovací kapalina či suspenze a vystupující vtláčená kapalina o teplotě 45°C je do vrtů hnána potrubím 17 vratných kapalin Čerpadlem 18.The raw gas at a temperature of 35 ° C enters the raw gas inlet pipe 1 into the shower cooler 2 where it is cooled to 10 ° C by direct contact with water cooled to + 6 ° C. From the shower cooler 2, the gas is discharged through the gas outlet pipe 3 to the indirect cooler 4, where its temperature is lowered to 0 ° C, whereby both the shower cooler 2 and the indirect cooler 4 are condensed into a common condensate container. Condensed water is pumped from this condensate container 6 to the indirect water cooler 7 by a circulation pump 6, where it is cooled from 12 ° C to 6 ° C. The gas leaving the indirect cooler 4 through the gas line 8 enters the gas heater 6 where its temperature is raised from 0 ° C to 30 ° C. The heat pump 10 supplies refrigerant via expanded refrigerant line 11 to the heat exchanger system in the indirect cooler 4 and subsequently to the heat exchanger system in the water cooler 4. The evaporated fluid of the heat pump enters the heat pump 10 through a pipe 12 the vaporized refrigerant and exits the heated and compressed pipe 13 of the compressed refrigerant into otopsyst ^em 4 Joint system heater £ and then into the heating heater 14 reciprocating fluid from which leaves through line 15 of the refrigerant to expand into a cold heading The condensate from the condensate reservoir 5 and the media inlets 16 enter the return fluid heater 14. such as leakage return water, or fresh water or nutrient or buffer liquid or suspension, and the emerging 45 ° C injected liquid is forced into the boreholes via a line 17 of return liquids by Pump 18.

O jO j

Surový plyn odsávaný v množství 800 m . h“ o teplotě +32°C byl ve sprchovém chladiči 2 ochlazen sprchováním vodou +6°C teplou na výstupní teplotu +9°C> v nepřímém chladiči 4. byl dále oohlazen až na 0°C, přičemž ze sprchového chladiče £ i z nepřímého chladiče 4 byly odvedeny přebytečné kondenzáty v množství 4 kg.h~\ Plyn o teplotě 0°C zbavený vlhkosti oddělením kondenzátů byl v ohříváku £ plynu opět zahřát na výstupní teplotu 30°C otopným systémem tepelného čerpadla 10, přičemž zbytkovým teplem otopného systému byla v ohříváku 14 vratných kapalin ještě zvýšena teplota vratné vody o 6°C.Crude gas exhausted at 800 m. h + at a temperature of + 32 ° C was cooled in the shower cooler 2 by spraying with water + 6 ° C hot to an outlet temperature of + 9 ° C in the indirect cooler 4. was further cooled down to 0 ° C. The condensate gas was removed from the condensate in the gas heater to the outlet temperature of 30 ° C by the heating system of the heat pump 10 while the residual heat of the heating system was The return water heater 14 further increased the return water temperature by 6 ° C.

Vynálezu lze využít zejména při čerpání fermentačních plynů ze skládek odpadů.The invention can be used in particular for pumping fermentation gases from landfills.

Claims

Ρ β E D li fi T OF THE INVENTION

254 069

1. A method of utilizing heat for the extraction of fermentation gases from landfills, characterized in that the heat is removed from the wet raw gas by the cooling system of the heat pump and the heat is transferred to the liquids to be injected into the landfill bed ε / and / or for the heating of additional process equipment, eg fermenters for biological pretreatment of nutrients to be injected into the landfill bed.

Device for carrying out the method according to claim 1, characterized in that it consists of a raw wet gas cooling circuit, comprising for example a shower cooler (2), an indirect cooler (4) and an indirect water cooler (7) which is connected to a thermal cooling system. a pump (10), which by its heating system is connected either to the return system of the return fluid container, for example a return fluid heater (14), q / or to the dewatered raw gas heating system, for example a gas heater (9).