MD4376C1 - Reactor combinat de presiune înaltă pentru obţinerea biogazului - Google Patents
Reactor combinat de presiune înaltă pentru obţinerea biogazului Download PDFInfo
- Publication number
- MD4376C1 MD4376C1 MDA20140088A MD20140088A MD4376C1 MD 4376 C1 MD4376 C1 MD 4376C1 MD A20140088 A MDA20140088 A MD A20140088A MD 20140088 A MD20140088 A MD 20140088A MD 4376 C1 MD4376 C1 MD 4376C1
- Authority
- MD
- Moldova
- Prior art keywords
- biogas
- electromagnetic valve
- hydrogen
- reactor
- housing
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 23
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 5
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 3
- 229910000691 Re alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- UJRJCSCBZXLGKF-UHFFFAOYSA-N nickel rhenium Chemical compound [Ni].[Re] UJRJCSCBZXLGKF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 10
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 abstract description 2
- 210000002445 nipple Anatomy 0.000 abstract 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 description 18
- 230000008569 process Effects 0.000 description 18
- 230000003851 biochemical process Effects 0.000 description 16
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 12
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 10
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 description 4
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 4
- 230000000696 methanogenic effect Effects 0.000 description 4
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 2
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N heavy water Substances [2H]O[2H] XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 2
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 1
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003296 Ni-Mo Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001080 W alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000000789 acetogenic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000001476 alcoholic effect Effects 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 150000001299 aldehydes Chemical class 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000005842 biochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 1
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 210000003608 fece Anatomy 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 description 1
- CBOIHMRHGLHBPB-UHFFFAOYSA-N hydroxymethyl Chemical compound O[CH2] CBOIHMRHGLHBPB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 244000005706 microflora Species 0.000 description 1
- DDTIGTPWGISMKL-UHFFFAOYSA-N molybdenum nickel Chemical compound [Ni].[Mo] DDTIGTPWGISMKL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 235000019645 odor Nutrition 0.000 description 1
- 239000003895 organic fertilizer Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001925 ruthenium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(iv) oxide Chemical compound O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010517 secondary reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000004936 stimulating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Landscapes
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
Invenţia se referă la instalaţii pentru obţinerea biometanului în componenţa biogazului şi poate fi utilizată în diferite ramuri ale agriculturii şi în industria de prelucrare pentru epurarea apelor reziduale şi obţinerea biogazului.Reactorul combinat de presiune înaltă pentru obţinerea biogazului include un corp cilindric cu fund conic (1), unit cu o conductă de alimentare (3) cu lichid cu un ventil electromagnetic (31), şi o conductă de evacuare (4) a lichidului, dotată cu un sifon (5) şi un ventil electromagnetic (32), un capac (6), partea superioară a căruia este dotată cu un sistem de evacuare a biogazului, care conţine un închizător hidraulic cu clopot (7), un ventil electromagnetic (33) şi un senzor (9) de monitorizare a conţinutului de CO2 în biogaz, instalat pe un ştuţ (8) de evacuare a biogazului, totodată pe partea superioară a capacului (6) este instalat un manometru (10) cu contacte electrice. În interiorul corpului (1) sunt amplasate o încărcătură (2), un sistem de recirculare a lichidului, care conţine un tub vertical (11), amplasat în centrul corpului (1), şi pe care sunt fixaţi nişte turbulatori perforaţi (13) de formă conică, nişte plăci de centrare (35), care cu un capăt sunt fixate rigid de suprafaţa interioară a corpului (1), iar cu celălalt prin intermediul unor role (12) sprijină tubul (11), totodată partea inferioară a tubului (11) este executată în formă de pâlnie (14) răsturnată, iar partea superioară comunică cu nişte conducte de repartizare (15), care prin intermediul unor tije (16) şi garnituri de etanşare (17) sunt unite cu un dispozitiv de acţionare (18) cu transmisie cu bielă-manivelă, amplasat în partea exterioară a corpului (1), totodată în partea inferioară a corpului (1) este amplasată o conductă (19), dotată cu un sifon (20), pe care este instalat un manometru (21) cu contacte electrice, şi cu un ventil electromagnetic (34). Reactorul mai include un electrolizor de hidrogen (22), care comunică cu conducta (19) pentru alimentarea în zona pâlniei (14) cu hidrogen, şi care conţine un catod volumic poros (25) şi un anod inert (27), separaţi printr-o diafragmă (26), totodată catodul (25) este conectat la polul negativ al unui redresor (28), iar anodul (27) - la polul pozitiv al redresorului (28), care este dotat cu un stabilizator de tensiune (29), un rezervor auxiliar (23), care comunică cu electrolizorul (22) prin intermediul unui sistem de conducte şi al unei pompe (24). De asemenea reactorul conţine un bloc de comandă (30) pentru dirijarea automată a procesului de obţinere a hidrogenului de electroliză, la care sunt unite ventilele (31, 32, 33, 34), senzorul (9), manometrele (10, 21), stabilizatorul de tensiune (29) şi pompa (24).
Description
Invenţia se referă la instalaţii pentru obţinerea biometanului în componenţa biogazului şi poate fi utilizată în diferite ramuri ale agriculturii şi în industria de prelucrare pentru epurarea apelor reziduale şi obţinerea biogazului.
Este cunoscut reactorul anaerob de obţinere a biometanului, care include un corp cilindric cu fund conic, în interiorul căruia este amplasată o încărcătură volumică pentru fixarea microflorei, ştuţuri de alimentare şi evacuare a lichidului şi nămolului, şi care este dotat cu o instalaţie de electroliză pentru obţinerea şi injectarea hidrogenului electrolitic [1].
Dezavantajul acestui reactor constă în aceea că nu asigură o capacitate suficientă a procesului şi o producţie suficientă de biometan pentru utilizare.
Cea mai apropiată soluţie este bioreactorul anaerob, care include un corp cilindric cu fund conic cu ştuţuri de alimentare şi evacuare a lichidului, de evacuare a biogazului cu închizător hidraulic cu clopot, un sistem de recirculare a biomasei alcătuit dintr-un tub central cu pâlnie în partea inferioară a lui şi un sistem de repartizare în partea superioară, unit printr-o tijă conectată cu transmisie cu bielă-manivelă de la un dispozitiv de acţionare, amplasat în partea exterioară a reactorului [2].
Dezavantajele acestui bioreactor constau în aceea că nu permite intensificarea procesului biochimic la un nivel satisfăcător şi nu asigură un grad înalt de puritate a conţinutului de biometan în componenţa biogazului.
Problema tehnică pe care o rezolvă invenţia este majorarea producţiei de biometan, a gradului de purificare a lui şi asigurarea eficienţei procesului în flux continuu.
Reactorul combinat de presiune înaltă pentru obţinerea biogazului înlătură dezavantajele menţionate mai sus prin aceea că include un corp cilindric cu fund conic, unit cu o conductă de alimentare cu lichid cu un ventil electromagnetic, şi o conductă de evacuare a lichidului, dotată cu un sifon şi un ventil electromagnetic, un capac, partea superioară a căruia este dotată cu un sistem de evacuare a biogazului, care conţine un închizător hidraulic cu clopot, un ventil electromagnetic şi un senzor de monitorizare a conţinutului de CO2 în biogaz, instalat pe un ştuţ de evacuare a biogazului, totodată pe partea superioară a capacului este instalat un manometru cu contacte electrice. În interiorul corpului sunt amplasate o încărcătură, un sistem de recirculare a lichidului, care conţine un tub vertical, amplasat în centrul corpului, şi pe care sunt fixaţi nişte turbulatori perforaţi de formă conică, nişte plăci de centrare, care cu un capăt sunt fixate rigid de suprafaţa interioară a corpului, iar cu celălalt prin intermediul unor role sprijină tubul, totodată partea inferioară a tubului este executată în formă de pâlnie răsturnată, iar partea superioară comunică cu nişte conducte de repartizare, care prin intermediul unor tije şi garnituri de etanşare sunt unite cu un dispozitiv de acţionare cu transmisie cu bielă-manivelă, amplasat în partea exterioară a corpului, totodată în partea inferioară a corpului este amplasată o conductă, dotată cu un sifon, pe care este instalat un manometru cu contacte electrice, şi cu un ventil electromagnetic (34). Reactorul mai include un electrolizor de hidrogen, care comunică cu conducta pentru alimentarea în zona pâlniei cu hidrogen, şi care conţine un catod volumic poros şi un anod inert, separaţi printr-o diafragmă, totodată catodul este conectat la polul negativ al unui redresor, iar anodul - la polul pozitiv al redresorului, care este dotat cu un stabilizator de tensiune, un rezervor auxiliar, care comunică cu electrolizorul prin intermediul unui sistem de conducte şi al unei pompe. De asemenea reactorul conţine un bloc de comandă pentru dirijarea automată a procesului de obţinere a hidrogenului de electroliză, la care sunt unite ventilele, senzorul, manometrele, stabilizatorul de tensiune şi pompa. Totodată electrolizorul este executat ermetic, catodul este placat cu aliaj de nichel-reniu cu supratensiune redusă de degajare a hidrogenului, iar anodul este executat din titan acoperit cu oxid de ruteniu.
Rezultatul tehnic constă în asigurarea eficienţei procesului biochimic în condiţiile unei presiuni ridicate în bioreactor, ceea ce condiţionează majorarea concentraţiei componentelor care interacţionează din contul reducerii volumului fazei gazoase. Concomitent, conform stoechiometriei reacţiilor de formare a metanului, în corespundere cu legea lui Le Chatelier, la interacţiunea CO şi CO2 pentru formarea unui mol de CH4 sunt necesare 3 şi 4 molecule de H2, respectiv. De aceea concentraţia de echilibru a componentelor iniţiale se reduce, iar procesul are loc cu reducerea volumului. În legătură cu aceasta majorarea presiunii în bioreactor conduce la ridicarea concentraţiei şi vitezei reacţiei gazoase, iar producţia de biometan în aceste condiţii creşte continuu.
Datorită soluţiei tehnice noi propuse se asigură majorarea esenţială a eficienţei procesului biochimic din contul îmbinării următorilor factori intensificatori ai tehnologiei de producere a biogazului:
- posibilitatea efectuării procesului de fermentare anaerobă a biomasei în prezenţa microadaosurilor fitostimulente în procesele biochimice;
- efectuarea procesului în condiţii de presiune ridicată;
- intensificarea proceselor de schimb şi transfer de masă în interiorul reactorului;
- posibilitatea introducerii unei cantităţi suplimentare echilibrate de hidrogen de electroliză în raport cu conţinutul rezidual de CO2 conţinut în biogaz, ceea ce conduce la majorarea producţiei de biometan în componenţa biogazului şi, respectiv, a puterii sale calorice;
- posibilitatea automatizării controlului şi dirijării procesului biochimic.
Invenţia se explică prin desenul din figură, care reprezintă schema reactorului combinat de presiune înaltă pentru obţinerea biogazului.
Reactorul combinat de presiune înaltă pentru obţinerea biogazului include un corp cilindric cu fund conic 1, unit cu o conductă de alimentare 3 cu lichid cu un ventil electromagnetic 31, şi o conductă de evacuare 4 a lichidului, dotată cu un sifon 5 şi un ventil electromagnetic 32, un capac 6, partea superioară a căruia este dotată cu un sistem de evacuare a biogazului, care conţine un închizător hidraulic cu clopot 7, un ventil electromagnetic 33 şi un senzor 9 de monitorizare a conţinutului de CO2 în biogaz, instalat pe un ştuţ 8 de evacuare a biogazului, totodată pe partea superioară a capacului 6 este instalat un manometru 10 cu contacte electrice. În interiorul corpului 1 sunt amplasate o încărcătură 2, un sistem de recirculare a lichidului, care conţine un tub vertical 11, amplasat în centrul corpului 1, şi pe care sunt fixaţi nişte turbulatori perforaţi 13 de formă conică, nişte plăci de centrare 35, care cu un capăt sunt fixate rigid de suprafaţa interioară a corpului 1, iar cu celălalt prin intermediul unor role 12 sprijină tubul 11, totodată partea inferioară a tubului 11 este executată în formă de pâlnie 14 răsturnată, iar partea superioară comunică cu nişte conducte de repartizare 15, care prin intermediul unor tije 16 şi garnituri de etanşare 17 sunt unite cu un dispozitiv de acţionare 18 cu transmisie cu bielă-manivelă, amplasat în partea exterioară a corpului 1, totodată în partea inferioară a corpului 1 este amplasată o conductă 19, dotată cu un sifon 20, pe care este instalat un manometru 21 cu contacte electrice, şi cu un ventil electromagnetic 34. Reactorul mai include un electrolizor de hidrogen 22, care comunică cu conducta 19 pentru alimentarea în zona pâlniei 14 cu hidrogen, şi care conţine un catod volumic poros 25 şi un anod inert 27, separaţi printr-o diafragmă 26, totodată catodul 25 este conectat la polul negativ al unui redresor 28, iar anodul 27 - la polul pozitiv al redresorului 28, care este dotat cu un stabilizator de tensiune 29, un rezervor auxiliar 23, care comunică cu electrolizorul 22 prin intermediul unui sistem de conducte şi al unei pompe 24. De asemenea reactorul conţine un bloc de comandă 30 pentru dirijarea automată a procesului de obţinere a hidrogenului de electroliză, la care sunt unite ventilele 31, 32, 33, 34, senzorul 9, manometrele 10, 21, stabilizatorul de tensiune 29 şi pompa 24.
Reactorul combinat de presiune înaltă pentru obţinerea biogazului funcţionează în modul următor.
Prin conducta 3 cu ventilul 31 deschis prin intermediul unui compresor, care funcţionează în regim pulsator, are loc umplerea reactorului cu biomasă lichidă concentrată până la un nivel stabilit, de exemplu cu un amestec de borhot alcoolic cu microadaos din substanţe stimulatoare biologic active şi bălegar tocat mărunt, după care reactorul se încălzeşte până la o temperatură optimă de 33±2°C. Apoi, când se începe procesul de fermentare a biomasei, se pune în funcţiune dispozitivul de acţionare 18, care cu ajutorul transmisiei cu bielă-manivelă a tijelor 16 pune în mişcare tubul 11 cu pâlnia 14, în acest mod sistemul funcţionează conform principiului de împingere a lichidului de jos, datorită căruia se asigură recircularea biomasei. Ca rezultat se creează posibilitatea împingerii din zona inferioară a bioreactorului în cea superioară a nămolului în stare îngroşată şi cu ajutorul conductelor de repartizare 15 este repartizat în zona superioară a reactorului. Lipsa pieselor mobile în acest proces asigură o capacitate de funcţionare de lungă durată a sistemului. Concomitent, datorită prezenţei turbulatorilor 13 perforaţi de formă conică, se asigură transportul şi transferul de masă în reactor, intensificându-se procesul biochimic de producere a biogazului.
Produsele gazoase eliminate, la poziţia închisă a ventilelor 31, 32, 33 şi 34, ridică presiunea în reactor, care este înregistrată de manometrul 10 cu contacte electrice şi, pe măsura atingerii unei valori prestabilite, se conectează blocul de comandă 30, care deschide ventilele 31 şi 32, asigurând la alimentarea cu noi porţii de biomasă regimul de funcţionare continuă a reactorului. Prezenţa sifonului 5 pe conducta de evacuare 4 preîntâmpină eliminarea neproductivă a biogazului, în acelaşi timp, datorită presiunii ridicate în reactor, evacuarea din reactor a biomasei fermentate în regim continuu.
Rezultatul obţinut include câţiva factori:
Sistemul propus de recirculare a biomasei prin intermediul pâlniei, care se mişcă vertical în reactor, nu are o zonă în care ar măcina particulele nămolului, ceea ce este foarte important, deoarece nu se înrăutăţesc proprietăţile de sedimentare ale acestora şi nu se reduc proprietăţile de cedare a apei în procesul îngroşării şi deshidratării. Acest fapt se reflectă benefic asupra hidrodinamicii procesului de sedimentare ulterioară a nămolului, ceea ce, la rândul său, permite îmbunătăţirea condiţiilor de stabilizare a nămolului, preîntâmpinând apariţia mirosurilor urâte, şi asigură proprietăţi sporite de cedare a apei la deschiderea nămolului şi utilizarea ulterioară a acestui nămol în calitate de îngrăşământ organic.
O particularitate a desfăşurării procesului de fermentare în prima lui fază acetogenă este legată de eliminarea primară biochimică a hidrogenului molecular, apoi a СО şi CO2, care în faza metanogenă, afară de un şir de alte procese biochimice, sunt transformaţi în metan conform reacţiilor de formă generală:
СО + 3H2 = CH4 + H2O şi
CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O.
Una din reacţiile secundare se referă la formarea alcoolilor, aldehidelor şi acizilor sau a produselor de hidrogenate incomplete, de exemplu, CO2 + H2 = CH2OH.
Astfel, presiunea ridicată în reactor este un factor important în procesul biochimic, acesta influenţând atât viteza reacţiilor omogene gazoase, care condiţionează formarea metanului, cât şi producţia lui, în acest mod majorând conţinutul de metan în componenţa biogazului.
Introducerea suplimentară în biomasă a microadaosurilor fitostimulatoare în scopul majorării eficienţei procesului de fermentare anaerobă, deoarece ele influenţează dezvoltarea activităţii vitale a microorganismelor, ridică energia şi viteza de creştere a consorţiului de bacterii metanogene, intensifică procesul metanogenic, ridicând viteza şi reducând durata reacţiilor biochimice, care îmbunătăţesc indicatorii tehnologici şi, respectiv, asigură majorarea producţiei de biogaz şi, concomitent, a conţinutului în el de biometan, precum şi reducerea duratei de fermentare anaerobă simultan cu reducerea cheltuielilor capitale pentru construcţia reactoarelor şi a cheltuielilor de exploatare.
Un alt factor de intensificare în condiţiile presiunii ridicate în reactor este majorarea concentraţiei componentelor care interacţionează datorită reducerii volumului fazei gazoase. În acelaşi timp, conform stoechiometricii reacţiilor citate mai sus de formare a metanului şi în corespundere cu legea lui Le Chatelier, la interacţiunea CO şi CO2 pentru formarea unui mol de CH4 sunt necesare 3 sau 4 molecule de H2, respectiv. De aceea concentraţia de echilibru a componentelor iniţiale se micşorează, iar procesul are loc cu reducerea volumului. În consecinţă, ridicarea presiunii în reactor conduce la majorarea concentraţiei şi a vitezei reacţiei gazoase, iar producţia de biometan în aceste condiţii este în continuă creştere. Experimental a fost stabilit că în urma creşterii presiunii în reactor, ceea ce este prevăzut de soluţia propusă, cantitatea de metan în componenţa biogazului creşte de la 65% până la 90…95% şi mai mult, restul reprezentând în principal CO2. Astfel, această soluţie, de desfăşurare a procesului biochimic la presiune ridicată în reactor reprezintă unul din factorii importanţi, care contribuie la accelerarea procesului biochimic, ceea ce în final conduce la o majorare esenţială a conţinutului de biometan în componenţa biogazului în calitate de produs final cu destinaţie specială.
De asemenea este important faptul că hidrogenul gazos introdus în procesul metanogenic prin barbotarea stratului de biomasă nu numai intensifică procesele de transfer şi schimb de masă, dar sub acţiunea fermenţilor aflaţi în ea activează moleculele H2 din aceste gaze şi, de rând cu presiunea ridicată, accelerează interacţiunea lor cu formarea moleculelor de metan atât în mediul eterogen al biomasei în proces de fermentare "lichid-gaz", cât şi în mediul omogen al fazei gazoase.
5. O producţie mai înaltă a biometanului şi conţinutul lui în componenţa biogazului duce la majorarea puterii lui calorice şi, respectiv, la creşterea eficienţei procesului de cogenerare a energiei termice şi electrice în baza biogazului. În instalaţiile de cogenerare compuse dintr-un motor cu ardere internă şi un generator de curent electric se obţine încălzirea agentului termic până la 90…95°C, iar această energie termică poate fi utilizată atât în mod direct în procesele de distilare a alcoolilor, cât şi pentru menţinerea bilanţului termic în bioreactoarele anaerobe şi în alte scopuri tehnologice, ceea ce reduce cheltuielile de producţie. Surplusul de energie electrică produsă de instalaţia de cogenerare, care funcţionează cu biogaz, poate fi utilizat pentru alimentarea electrolizorului pentru producerea hidrogenului de electroliză şi pentru dozarea lui ulterioară în procesul biochimic în scopul interacţiunii lui cu CO2 şi transformării în biometan.
Pentru aceasta pe măsura atingerii presiunii prestabilite în reactor indicată de manometrul 10, care emite semnalul spre blocul de comandă 30, are loc deschiderea ventilului electromagnetic 33 şi biogazul trece prin zona activă a senzorului 9, care monitorizează conţinutul de CO2 în biogaz. Ca rezultat, impulsul de la blocul de comandă 30 dă semnalul de deschidere a ventilului 34 şi stabilizatorului de tensiune 29 de deschidere a redresorului 28 şi de funcţionare a pompei 24, care asigură circulaţia electrolitului. Totodată cantitatea echilibrată de hidrogen de electroliză generat poate fi reglată în mod automat prin variaţia densităţii de curent pentru electrozi prin intermediul sistemului de reglare a puterii curentului continuu de la redresorul 28 în funcţie de conţinutul de CO2 în biogaz fixat de senzorul 9, pentru transformarea biochimică a CO2 în biometan.
Hidrogenul de electroliză generat de electrolizorul 22 trebuie să posede o presiune mai mare decât cea din reactor, presiune fixată de manometrul 21. Hidrogenul obţinut sub suprapresiune se evacuează prin conducta 19, dotată cu un sifon 20, şi este introdus în zona inferioară a reactorului, în procesul biochimic. Hidrogenul gazos introdus suplimentar în amestecul de reacţie asigură echilibrul componentelor pentru desfăşurarea procesului biochimic de transformare anaerobă a CO2 conform reacţiei generale:
CO2 + 4H2 metanogeneză CH4 + 2H2O, ale cărei condiţii contribuie la o majorare mai semnificativă a producţiei şi conţinutului de metan în componenţa biogazului, deci la o majorare a puterii calorice a biogazului până la nivelul gazului natural.
Pentru obţinerea hidrogenului de electroliză şi dozarea lui în procesul biochimic pot fi utilizate electrolizoare industriale de presiune înaltă de tipul ЭФ-12, БЭУ-250, şi alte construcţii de electrolizoare cu racordare bipolară a electrozilor. Majorarea eficienţei procesului de electroliză poate fi obţinută de asemenea prin utilizarea electrozilor confecţionaţi din materiale din nichel spumos acoperite cu aliaje Ni-Re, Ni-Mo sau Ni-W. Aceasta înseamnă că, de exemplu, în comparaţie cu electrozii de nichel, ai căror potenţiale de descărcare constituie 0,6 V, se asigură o reducere esenţială a capacităţii de absorbţie a energiei procesului electrochimic de disociere a apei. De menţionat, că pentru alimentarea electrolizorului de hidrogen poate fi utilizată energia electrică exclusiv de la instalaţia de cogenerare, care funcţionează cu biogaz, ceea ce exclude necesitatea consumului de energie de la alte surse externe.
Este, de asemenea, de menţionat că la ridicarea presiunii în electrolizor tensiunea de disociere a apei se micşorează. Creşterea presiunii permite ridicarea temperaturii soluţiei supuse electrolizei, reducerea polarităţii electrozilor şi căderea tensiunii în electrolit şi în diafragmă fără ridicarea încărcării cu gaz. Reducerea tensiunii electrolizei cu ridicarea presiunii este asigurată de asemenea prin reducerea încărcării cu gaz, ceea ce rezultă în micşorarea volumului de gaze degajate.
Prin realizarea invenţiei prezente electroliza poate fi efectuată la presiunea de 7…10 atm, ceea ce permite menţinerea temperaturii electrolitului până la 100…110°C. Hidrogenul degajat sub presiune este introdus în procesul biochimic anaerob, iar oxigenul poate fi utilizat în procesele aerobe de epurare biologică a apelor uzate sau emis în atmosferă.
Astfel, datorită acestor noi soluţii tehnice propuse se obţine intensificarea procesului de producere a biogazului în condiţiile de fermentare anaerobă a biomasei, creşterea esenţială a eficienţei procesului biochimic, majorarea producţiei de biometan şi creşterea gradului de puritate al acestuia concomitent cu posibilitatea de automatizare a controlului şi dirijării procesului de obţinere a biogazului.
1. MD 4244 C1 2013.07.31
2. MD 2794 G2 2005.06.30
Claims (2)
1. Reactor combinat de presiune înaltă pentru obţinerea biogazului, care include un corp cilindric cu fund conic (1), unit cu o conductă de alimentare (3) cu lichid cu un ventil electromagnetic (31), şi o conductă de evacuare (4) a lichidului, dotată cu un sifon (5) şi un ventil electromagnetic (32); un capac (6), partea superioară a căruia este dotată cu un sistem de evacuare a biogazului, care conţine un închizător hidraulic cu clopot (7), un ventil electromagnetic (33) şi un senzor (9) de monitorizare a conţinutului de CO2 în biogaz, instalat pe un ştuţ (8) de evacuare a biogazului, totodată pe partea superioară a capacului (6) este instalat un manometru (10) cu contacte electrice; în interiorul corpului (1) sunt amplasate o încărcătură (2), un sistem de recirculare a lichidului, care conţine un tub vertical (11), amplasat în centrul corpului (1), şi pe care sunt fixaţi nişte turbulatori perforaţi (13) de formă conică, nişte plăci de centrare (35), care cu un capăt sunt fixate rigid de suprafaţa interioară a corpului (1), iar cu celălalt prin intermediul unor role (12) sprijină tubul (11), totodată partea inferioară a tubului (11) este executată în formă de pâlnie (14) răsturnată, iar partea superioară comunică cu nişte conducte de repartizare (15), care prin intermediul unor tije (16) şi garnituri de etanşare (17) sunt unite cu un dispozitiv de acţionare (18) cu transmisie cu bielă-manivelă, amplasat în partea exterioară a corpului (1), totodată în partea inferioară a corpului (1) este amplasată o conductă (19), dotată cu un sifon (20), pe care este instalat un manometru (21) cu contacte electrice, şi cu un ventil (34); un electrolizor de hidrogen (22), care comunică cu conducta (19) pentru alimentarea în zona pâlniei (14) cu hidrogen, şi care conţine un catod volumic poros (25) şi un anod inert (27), separaţi printr-o diafragmă (26), totodată catodul (25) este conectat la polul negativ al unui redresor (28), iar anodul (27) la polul pozitiv al redresorului (28), care este dotat cu un stabilizator de tensiune (29); un rezervor auxiliar (23), care comunică cu electrolizorul (22) prin intermediul unui sistem de conducte şi al unei pompe (24); un bloc de comandă (30) pentru dirijarea automată a procesului de obţinere a hidrogenului de electroliză, la care sunt unite ventilele (31, 32, 33, 34), senzorul (9), manometrele (10, 21), stabilizatorul de tensiune (29) şi pompa (24).
2. Reactor combinat de presiune înaltă pentru obţinerea biogazului, conform revendicării 1, în care catodul (25) este placat cu aliaj de nichel-reniu cu supratensiune redusă de degajare a hidrogenului, iar anodul (27) este executat din titan acoperit cu oxid de ruteniu.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| MDA20140088A MD4376C1 (ro) | 2014-08-22 | 2014-08-22 | Reactor combinat de presiune înaltă pentru obţinerea biogazului |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| MDA20140088A MD4376C1 (ro) | 2014-08-22 | 2014-08-22 | Reactor combinat de presiune înaltă pentru obţinerea biogazului |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| MD4376B1 MD4376B1 (ro) | 2015-10-31 |
| MD4376C1 true MD4376C1 (ro) | 2016-05-31 |
Family
ID=54357237
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| MDA20140088A MD4376C1 (ro) | 2014-08-22 | 2014-08-22 | Reactor combinat de presiune înaltă pentru obţinerea biogazului |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| MD (1) | MD4376C1 (ro) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| MD4382C1 (ro) * | 2014-08-22 | 2016-06-30 | Государственный Университет Молд0 | Reactor combinat pentru obţinerea biogazului |
| EP3473724A1 (en) | 2017-10-19 | 2019-04-24 | FCC Aqualia, S.A. | Method for obtaining methane enriched biogas and an installation for carrying out said method |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4530762A (en) * | 1984-03-28 | 1985-07-23 | Love Leonard S | Anaerobic reactor |
| SU1715715A1 (ru) * | 1989-10-25 | 1992-02-28 | Балабановское Отделение Государственного Института По Проектированию Предприятий Деревообрабатывающей Промышленности "Гипролеспром" | Реактор дл анаэробной обработки органической массы и получени газообразного метана |
| MD2794G2 (ro) * | 2004-09-08 | 2006-01-31 | Государственный Университет Молд0 | Bioreactor anaerob |
| CN1766119A (zh) * | 2005-08-29 | 2006-05-03 | 刘大鹏 | 甲烷和氢气的生产方法和生产装置 |
| EP2020434A1 (en) * | 2007-08-03 | 2009-02-04 | ACEA Pinerolese Industriale S.p.A. | Reactor for the anaerobic production of biogas |
| MD4204B1 (ro) * | 2012-03-29 | 2013-02-28 | Univ De Stat Din Moldova | Instalatie pentru obtinerea anaeroba a biohidrogenului |
| MD4244C1 (ro) * | 2012-06-11 | 2014-02-28 | Государственный Университет Молд0 | Reactor anaerob combinat pentru obţinerea biometanului |
-
2014
- 2014-08-22 MD MDA20140088A patent/MD4376C1/ro not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4530762A (en) * | 1984-03-28 | 1985-07-23 | Love Leonard S | Anaerobic reactor |
| SU1715715A1 (ru) * | 1989-10-25 | 1992-02-28 | Балабановское Отделение Государственного Института По Проектированию Предприятий Деревообрабатывающей Промышленности "Гипролеспром" | Реактор дл анаэробной обработки органической массы и получени газообразного метана |
| MD2794G2 (ro) * | 2004-09-08 | 2006-01-31 | Государственный Университет Молд0 | Bioreactor anaerob |
| CN1766119A (zh) * | 2005-08-29 | 2006-05-03 | 刘大鹏 | 甲烷和氢气的生产方法和生产装置 |
| EP2020434A1 (en) * | 2007-08-03 | 2009-02-04 | ACEA Pinerolese Industriale S.p.A. | Reactor for the anaerobic production of biogas |
| MD4204B1 (ro) * | 2012-03-29 | 2013-02-28 | Univ De Stat Din Moldova | Instalatie pentru obtinerea anaeroba a biohidrogenului |
| MD4244C1 (ro) * | 2012-06-11 | 2014-02-28 | Государственный Университет Молд0 | Reactor anaerob combinat pentru obţinerea biometanului |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| MD4376B1 (ro) | 2015-10-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102286537B (zh) | 一种有机废弃物两步生物制氢的方法及其装置 | |
| US10351879B2 (en) | Method and system for electro-assisted hydrogen production from organic material | |
| CN103966078B (zh) | 一种嵌入式生物电解产氢和甲烷的装置及方法 | |
| CN104045151B (zh) | 一种基于生物电化学原理的原位沼气提纯反应器及方法 | |
| CN213416792U (zh) | 一种电刺激耦合暗发酵产氢微生物电化学系统 | |
| CN102492506A (zh) | 有机废水脱除沼气中二氧化碳的方法及其装置 | |
| CN103555566A (zh) | 一种新型的促进厌氧消化产甲烷的外置电解设备 | |
| Rovira-Alsina et al. | Transition roadmap for thermophilic carbon dioxide microbial electrosynthesis: Testing with real exhaust gases and operational control for a scalable design | |
| KR101575790B1 (ko) | 생물전기화학장치를 구비한 혐기성 소화장치 및 이를 이용한 유기성 폐기물의 혐기성 소화방법 | |
| CN107043693B (zh) | 一种自吸氧式管式光生物反应器 | |
| MD4376C1 (ro) | Reactor combinat de presiune înaltă pentru obţinerea biogazului | |
| CN218321378U (zh) | 一种利用农业废弃物高效制氢的微生物电解池装置 | |
| CN103964583A (zh) | 光合生物耦合生物电化学膜生物反应器水处理装置 | |
| MD4204C1 (ro) | Instalaţie pentru obţinerea anaerobă a biohidrogenului | |
| CN110183029A (zh) | 一种将有机废水转化为乙酸的装置与方法 | |
| MD4389C1 (ro) | Procedeu de obţinere a biometanului | |
| CN110819528A (zh) | 一种生物沼气发酵池甲烷产生装置及产生方法 | |
| RU187317U1 (ru) | Метантенк | |
| CN112852599A (zh) | 基于微生物电催化的村镇小型有机废物处理装置及处理方法 | |
| CN113636733B (zh) | 一种臭氧促进污泥消化装置 | |
| NL2029927B1 (en) | A process to treat a carbon dioxide comprising gas | |
| CN206692642U (zh) | 高效家用沼气生产器 | |
| CN205429079U (zh) | 微生物电解池装置 | |
| CN208328002U (zh) | 一种太阳能转化装置 | |
| CN205420560U (zh) | 一种光电催化产氢装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| KA4A | Patent for invention lapsed due to non-payment of fees (with right of restoration) | ||
| MM4A | Patent for invention definitely lapsed due to non-payment of fees |