MD67Y - Instalatie de epurare a biogazului cu regenerarea dioxidului de carbon - Google Patents

Abstract

Instalatia, conform inventiei, include o capacitate ermetica divizata intr-o camera superioara de epurare a biogazului (1) si o camera inferioara de regenerare a lichidului de epurare (19) (etanolamina) , ambele camere avand fundul conic si fiind dotate cu nivelmetre (3, 22). Camera de epurare (1) este dotata cu un vas (2) pentru debitarea lichidului de epurare si cu conducte de admisiune (6) si evacuare (9) a biogazului cu ventile electromagnetice. Totodata, in interiorul camerei de epurare (1) este amplasata coaxial o tija (13), unita prin intermediul unei garnituri de etansare (14) dotate cu un arc de rapel (15) cu o supapa electromagnetica (12), conectata printr-un dispozitiv de transformare (11) cu un senzor (10) de dioxid de carbon. In partea inferioara a camerei de epurare (1) este amplasat un barbotor (7), unit cu conducta de admisiune (6) a biogazului, si un schimbator de caldura (4). Camera de regenerare (19) este dotata in partea inferioara cu un schimbator de caldura (23), iar in partea superioara cu un stut (29) pentru evacuarea dioxidului de carbon, dotat cu un manometru (30) cu contact electric si cu o supapa electromagnetica (31), unite la un bloc electric de reglare (32). Camerele (1, 19) comunica intre ele prin intermediul unei conducte centrale (17), care este unita cu fundul camerei de epurare (1) si dotata cu un flotor (18), precum si prin intermediul unei conducte de transvazare (25) dotate cu o manta (26), conectata la o conducta de apa (27).

Description

[0001] Invenţia se referă la utilajele de curăţare a biogazului în procesul de obţinere a acestuia prin fermentarea anaerobă a deşeurilor organice. Instalaţia se montează autonom şi poate fi utilizată în cadrul staţiilor de epurare a apelor uzate comunale şi/sau industriale pentru curăţarea biogazului, care la rândul lui este utilizat în calitate de combustibil de alternativă pentru obţinerea energiei termice şi/sau electrice, pentru alimentarea transportului auto şi alte scopuri cu destinaţie industrială şi/sau comunală.

[0002] Este cunoscut aparatul, care include un rezervor separator cu ştuţuri de debitare şi evacuare a gazului curăţat, un decantor conic şi o pompă [1]. Acest aparat asigură curăţarea umedă a gazelor de praf şi conţine un şir de piese conexe, şi anume: un scruber Venturi, în pâlnia căruia se introduce lichidul pentru absorbţia particulelor de praf, acestea fiind eliminate ulterior într-un separator cu ciclon sub formă de nămol, care se evacuează apoi în decantor. Însă această instalaţie este destul de complexă, iar funcţionarea ei necesită viteze mari ale fluxului de gaze, pe când biogazul se degajă cu viteze mici. Pe lângă aceasta, o astfel de instalaţie nu asigură curăţarea biogazului de alte gaze însoţitoare, care se degajă de rând cu metanul în rezultatul proceselor biochimice. Deoarece biogazul în starea lui incipientă conţine metan, până la 20...35% de bioxid de carbon, până la 1...1,5% de hidrogen sulfurat, precum şi alte gaze, care trebuie eliminate pentru utilizarea ulterioară mai eficientă a acestuia.

[0003] Cea mai apropiată după esenţă şi rezultatul obţinut este instalaţia pentru acumularea şi epurarea biogazului, care include o capacitate ermetică de acumulare şi epurare a biogazului cu fund conic, dotată cu conducte de admisiune şi evacuare a biogazului cu ventile electromagnetice, în interiorul capacităţii, în partea inferioară, este amplasat un barbotor unit cu conducta de admisiune, fundul conic este dotat cu un racord de evacuare a sedimentului cu supapă electromagnetică, capacitatea mai este dotată cu un manometru şi un nivelmetru, sub capacitate este amplasat un decantor cu fund conic care comunică cu capacitatea prin intermediul racordului de evacuare a sedimentului, decantorul este dotat cu un traductor submersibil cu contact electric la nivelul inferior al lichidului de epurare, un flotor conectat prin intermediul unui furtun flexibil cu o pompă, ieşirea căreia este conectată la capacitate prin intermediul unei conducte de debitare a lichidului de epurare, pe fundul conic al decantorului este montat un buncăr cu clapete pentru acumularea şi evacuarea sedimentului, totodată manometrul, ventilele, traductorul, pompa şi supapa electromagnetică sunt conectate la un pupitru de comandă automată [2].

[0004] Însă acest aparat nu asigură continuitatea procesului de captare şi curăţare a biogazului, ceea ce conduce la necesitatea de a avea minimum două aparate, care să funcţioneze paralel, unul să funcţioneze în regim de captare şi curăţare a biogazului, iar celălalt - în regim de regenerare a lichidului şi evacuare a metanului curăţat.

[0005] Problema pe care o soluţionează invenţia propusă constă în elaborarea unei instalaţii, care să asigure realizarea continuă a procesului, simplificarea construcţiei, sporirea siguranţei funcţionării în regim automat a instalaţiei şi majorarea eficienţei de curăţare a biogazului.

[0006] Instalaţia de epurare a biogazului cu regenerarea dioxidului de carbon, conform invenţiei propuse, soluţionează această problemă prin aceea că include o capacitate ermetică divizată într-o cameră superioară de epurare a biogazului şi o cameră inferioară de regenerare a lichidului de epurare, ambele camere având fundul conic şi fiind dotate cu nivelmetre; camera de epurare este dotată cu un vas pentru debitarea lichidului de epurare şi cu conducte de admisiune şi evacuare a biogazului cu ventile electromagnetice, totodată în interiorul camerei de epurare este amplasată coaxial o tijă, unită prin intermediul unei garnituri de etanşare dotate cu un arc de rapel cu o supapă electromagnetică, conectată printr-un dispozitiv de transformare cu un senzor de dioxid de carbon, în partea inferioară a camerei de epurare este amplasat un barbotor, unit cu conducta de admisiune a biogazului, şi un schimbător de căldură, camera de regenerare este dotată în partea inferioară cu un schimbător de căldură, iar în partea superioară cu un ştuţ pentru evacuarea dioxidului de carbon, dotat cu un manometru cu contact electric şi cu o supapă electromagnetică, unite la un bloc electric de reglare, camerele comunică între ele prin intermediul unei conducte centrale, care este unită cu fundul camerei de epurare şi dotată cu un flotor, precum şi prin intermediul unei conducte de transvazare dotate cu o manta, conectată la o conductă de apă.

[0007] Conductele de evacuare a biogazului şi a dioxidului de carbon sunt dotate cu filtre.

[0008] În calitate de lichid absorbant pentru curăţarea biogazului se utilizează mono - şi/sau dietanolamina.

[0009] Rezultatul constă în aceea că instalaţia funcţionează în regim continuu, în ea nu sunt folosite mecanisme mobile, ceea ce simplifică considerabil construcţia acesteia şi îmbunătăţeşte calităţile sale în exploatare graţie capacităţii de funcţionare îndelungată în regim de comandă automată totală. Curăţarea biogazului de bioxid de carbon, hidrogen sulfurat şi alte impurităţi se efectuează la viteze mici de admisiune a gazului, ceea ce majorează eficienţa utilizării lui în calitate de sursă de energie.

[0010] În conformitate cu soluţia propusă, biogazul degajat este trecut prin etanolomină, unde au loc reacţii după schemele:

[0011] 2RNH2 + H2O + CO2 = (RHNH2)CO3,

[0012] 2R2NH2 + H2O + CO2 = (R2HNH2)CO3,

[0013] (RHNH2)CO3 + H2O + CO2 = 2RHNH2HCO3,

[0014] (R2HNH2)CO3 + H2O + CO2 = 2RHNH2HCO3,

[0015] în care R este radicalul CH2CH2(OH).

[0016] Bioxidul de carbon intră în reacţie cu mono- şi/sau dietolamina, formând compuşi de carbonaţi sau bicarbonaţi, iar metanul trece prin stratul de umplutură din etanolamină şi în stare curăţată este evacuat pentru utilizare.

[0017] În aşa mod, în rezultatul acestor procese în final se formează săruri de bicarbonat acide de etanolamină, aceste reacţii având loc relativ repede, iar la temperaturi de 40...50°C ele au loc practic momentan.

[0018] La încălzirea sărurilor carbonat şi bicarbonat acide de etanolamină până la 100...105°C etanolaminele sunt regenerate uşor cu degajare de bioxid de carbon, care poate fi dirijat în bioreactorul anaerob pentru intensificarea reacţiilor de formare a metanului.

[0019] Concomitent cu bioxidul de carbon, cu etanolaminele se poate îmbina şi hidrogenul sulfurat cu formarea sărurilor, care la încălzirea până la 100...105°C se descompun cu degajarea hidrogenului sulfurat şi a etanolaminei primare. Reacţia etanolaminelor cu hidrogenul sulfurat are loc conform schemelor:

[0020] 2RHN2 + H2S = (RHNH3)2S,

[0021] 2R2HN2 + H2S = (RHNH2)2S.

[0022] Etanolaminele aparţin clasei aminoalcoolilor şi prezintă nişte baze slabe, de aceea ele pot fi folosite în calitate de absorbanţi de gaze acide (CO2, H2S ş.a.) uşor regenerabili. Monoetilamina - H2NCH2CH2OH, dietanolamina - HN(CH2CH2OH)2, precum şi trietanolamina - N(CH2CH2OH)2 sunt lichide vâscoase higroscopice şi se amestecă uşor cu apa. Temperatura lor de fierbere este, respectiv, de 171,1; 271 şi 360°C, iar densitatea, respectiv, de 1,018; 1,092 şi 1,126 g/cm3. Solubilitatea la echilibru a bioxidului de carbon în monoetanolamină este de 2 ori mai mare decât în dietanolamină, iar în trietanolamină - de 40 ori mai mică, din care cauză este preferabilă utilizarea în acest scop a mono- şi dietanolaminei. Absorbţia bioxidului de carbon se efectuează la temperatura de 40...50°C în amestecul de mono- şi dietanolamină, regenerarea lor are loc uşor prin descompunerea sărurilor bicarbonat acide la încălzirea lor până la 100...105°C cu degajarea CO2 şi H2S, care pot fi ulterior utilizate. Aceasta asigură regenerarea etanolaminelor şi posibilitatea utilizării lor multiple în sistemul de curăţare a biogazului.

[0023] În calitate de detector al componenţei CO2 şi CH4 în biogaz poate fi utilizat un gazoanalizator standard de tipul ПГА-1 sau ПГА-2.

[0024] În figură este prezentată schema aparatului propus.

[0025] Instalaţia, conform invenţiei, include o cameră superioară de epurare a biogazului 1, vas 2 pentru debitarea lichidului de epurare, nivelmetru 3, schimbător de căldură 4, conductă 5 de apă, conducte de admisiune 6 a biogazului, barbotor 7, filtru 8, conductă 9 de evacuare a biogazului, senzor 10 de dioxid de carbon, dispozitiv de transformare 11, supapă electromagnetică 12, tijă 13, garnitură de etanşare 14, arc de rapel 15, vană 16, conductă centrală 17, flotor 18, cameră inferioară 19 de regenerare a lichidului de epurare, ştuţ 20, ventil 21, nivelmetru 22, schimbător de căldură 23, conductă de apă 24, conductă de transvazare 25 dotată cu o manta 26, conductă de apă 27, filtru 28, ştuţ 29, manometru 30, supapă electromagnetică 31, bloc electric de reglare 32.

[0026] Aparatul funcţionează astfel.

[0027] Lichidul absorbant de etanolamină se debitează din vasul 2 în camera de epurare 1, ştuţul 9 fiind deschis, iar vana 16 închisă, până la nivelul superior al conductei de transvazare 25, care se fixează cu nivelmetrul 3. Apoi prin conducta 6 şi barbotorul 7 se introduce biogazul care, trecând prin stratul de lichid absorbant (etanolamină) se curăţă de CO2 şi H2S, aceştia formând cu absorbantul compuşi de carbonat şi bicarbonat, iar metanul, trecând prin stratul de etanolamină şi filtrul 8, în stare curăţată se evacuează consumatorului.

[0028] Pe măsura atingerii gradului de saturare a lichidului de etanolamină din camera 1, cantitatea de CO2 în metan se ridică până la un nivel anumit, la depăşirea căruia senzorul 10 transmite un semnal electric dispozitivului de transformare 11 şi supapei electromagnetice 12, care ridică tija 13 şi deschide vana 16, graţie cărui fapt lichidul se varsă în camera inferioară 19 de regenerare până la nivelul fixat de nivelmetrul 22 şi până când flotorul 18 nu va închide conducta centrală 17, apoi se deschide accesul apei supraîncălzite prin conducta 24 în schimbătorul de căldură 23 şi la atingerea temperaturii lichidului de 100...105°C se începe procesul invers de descompunere a sărurilor de bicarbonat cu degajarea gazelor de CO2 şi H2S. În acest timp camera 1 din nou se umple cu o porţie proaspătă de lichid de etanolamină şi ciclul de curăţare a biogazului continuă.

[0029] Concomitent, la închiderea supapei electromagnetice 31 începe a creşte presiunea, care este fixată de către manometrul 30. Presiunea formată apasă asupra lichidului din camera inferioară de regenerare 19, ca rezultat coloana de apă se ridică prin conducta de transvazare 25 şi se răceşte treptat, graţie prezenţei mantalei 26 prin care circulă apa rece, revărsându-se în camera superioară de epurare 1, răcindu-se suplimentar prin intermediul schimbătorului de căldură 4. Simultan, nivelul lichidului din camera inferioară de regenerare 19 începe să coboare, flotorul 18 deschide conducta centrală 17 şi o parte a lichidului saturat cu CO2 şi H2S este transvazat în camera de regenerare 19, fiind deschisă vana 16, unde are loc, graţie încălzirii, procesul de regenerare.

[0030] Când surplusul de gaze format deasupra nivelului lichidului din camera de regenerare 19 depăşeşte valoarea prestabilită înregistrată de manometrul 30, acesta transmite un semnal blocului electric de reglare 32, care deschide supapa electromagnetică 31 şi o parte din gaze este evacuată spre utilizare. În momentul când presiunea descreşte din nou supapa 31 se deschide, ceea ce asigură menţinerea unei presiuni în camera 19, care va favoriza transvazarea continuă a lichidului regenerat prin conducta de transvazare 25 din camera 19 în cea de epurare 1, realizându-se ciclul continuu de curăţare a biogazului.

[0031] Astfel, se realizează continuitatea procesului, majorarea eficienţei procesului de curăţare a biogazului şi a fiabilitaţii aparatului la acţiunea lui în regim automat.

[0032] 1. Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. Москва, Химия, 1971, с. 248-250

[0033] 2. MD 3928 F1 2009.06.30

Claims (2)

1. Instalaţie de epurare a biogazului cu regenerarea dioxidului de carbon care include o capacitate ermetică divizată într-o cameră superioară de epurare a biogazului şi o cameră inferioară de regenerare a lichidului de epurare, ambele camere având fundul conic şi fiind dotate cu nivelmetre; camera de epurare este dotată cu un vas pentru debitarea lichidului de epurare şi cu conducte de admisiune şi evacuare a biogazului cu ventile electromagnetice, totodată în interiorul camerei de epurare este amplasată coaxial o tijă, unită prin intermediul unei garnituri de etanşare dotate cu un arc de rapel cu o supapă electromagnetică, conectată printr-un dispozitiv de transformare cu un senzor de dioxid de carbon, în partea inferioară a camerei de epurare este amplasat un barbotor, unit cu conducta de admisiune a biogazului, şi un schimbător de căldură, camera de regenerare este dotată în partea inferioară cu un schimbător de căldură, iar în partea superioară cu un ştuţ pentru evacuarea dioxidului de carbon, dotat cu un manometru cu contact electric şi cu o supapă electromagnetică, unite la un bloc electric de reglare, camerele comunică între ele prin intermediul unei conducte centrale, care este unită cu fundul camerei de epurare şi dotată cu un flotor, precum şi prin intermediul unei conducte de transvazare dotate cu o manta, conectată la o conductă de apă.

2. Instalaţie, conform revendicării 1, în care conductele de evacuare a biogazului şi a dioxidului de carbon sunt dotate cu filtre.