Способ разделения биогаза

Способ разделения биогаза

Реферат

Изобретение относится к экологической биотехнологии и может быть использовано для рационального использования биогаза, получаемого, например, в процессе очистки сточных вод.

Известен способ утилизации биогаза, получаемого в метантенках, заключающийся в том, что биогаз обрабатывают раствором моноэтаноламина, который абсорбирует углекислый газ, полученный раствор моноэтаноламина направляют на регенерацию, где из него за счет подогрева и снижения давления десорбируют углекислый газ и после охлаждения проводят биологическую дезодорацию углекислого газа, затем промывают окислителем, выделенный из биогаза метан утилизируют, биологическую дезодорацию углекислого газа осуществляют путем непрерывного орошения потока углекислого газа активным илом, получаемым при вторичном отстаивании в процессе очистки сточных вод (RU 2414282 С1, МПК B01D 53/62 (2006.01), публикация 20.03.2011). Данный способ позволяет производить эффективную дезодорацию углекислого газа, однако в нем не достигается необходимая полнота его очистки.

Достаточную полноту очистки углекислого газа можно обеспечить путем осуществления дополнительных операций по окислению углекислого газа.

С этой целью был разработан способ разделения биогаза и дезодорации его составляющих, который является прототипом предлагаемого изобретения и заключается в том, что биогаз обрабатывают моноэтаноамином (МЭА), который абсорбирует углекислый газ (CO₂), полученный раствор МЭА направляют на регенерацию, где из него за счет подогрева и снижения давления десорбируют CO₂ и после охлаждения проводят биологическую дезодорацию CO₂ обработкой активным илом, далее обработку CO₂ осуществляют атомарным кислородом при его концентрации 0,5-2,5 мг/л в первом массообменном аппарате и затем осуществляют обработку CO₂ атомарным кислородом в концентрации 0,5-2,5 мг/л и атомарным хлором в концентрации 1-5 мг/л во втором массообменном аппарате, а выделенный из биогаза метан утилизируют (RU 2460575 С1, МПК B01D 53/62 (2006.01), публикация 10.09.2012).

Однако для реализации данного способа требуется использовать сложный комплекс, включающий в себя три установки: биоскруббер для обработки углекислого газа активным илом и два массообменных аппарата.

Технический результат, на достижение которого направлено данное изобретение, заключается в сокращении количества используемых технических средств при обеспечении проведения всех операций, необходимых для получения достаточной степени очистки и дезодорации углекислого газа.

Технический результат достигается за счет того, что в способе разделения биогаза и дезодорации его составляющих, заключающемся в том, что биогаз обрабатывают моноэтаноамином (МЭА), который абсорбирует CO₂, полученный раствор МЭА направляют на регенерацию, где из него за счет подогрева и снижения давления десорбируют CO₂ и после охлаждения проводят биологическую дезодорацию CO₂ обработкой активным илом, затем осуществляют обработку CO₂ атомарным кислородом при его концентрации 0,5-2,5 мг/л в первом массообменном аппарате, после чего осуществляют обработку CO₂ атомарным кислородом в концентрации 0,5-2,5 мг/л и атомарным хлором в концентрации 1-5 мг/л во втором массообменном аппарате, а выделенный из биогаза метан утилизируют, биологическую дезодорацию CO₂ и обработку CO₂ атомарным кислородом при его концентрации 0,5-2,5 мг/л проводят последовательно в одном и том же, первом массообменном аппарате.

При этом первый массообменный аппарат представляет собой вихревой массообменный аппарат, включающий цилиндрический корпус с отверстиями, патрубки для ввода и вывода газа и жидкости, распределительный диск с тангенциальными пазами, регулировочный стакан, выполненный с окнами и вращающийся вокруг оси.

Второй массообменный аппарат также представляет собой вихревой массообменный аппарат, включающий цилиндрический корпус с отверстиями, патрубки для ввода и вывода газа и жидкости, распределительный диск с тангенциальными пазами, регулировочный стакан, выполненный с окнами и вращающийся вокруг оси, который дополнительно снабжен сеткой, концентрически и вплотную размещенной на внутренней стенке цилиндрического корпуса, при этом ширина сетки составляет не менее 0,05 диаметра цилиндрического корпуса.

Изобретение поясняется фиг. 1, где представлена схема осуществления способа.

Заявляемый способ осуществляется следующим образом.

При очистке сточных вод образуется осадок, обработка которого осуществляется методом анаэробного сбраживания. В результате образуется биогаз, включающий около 70% метана и 30% углекислого газа.

Биогаз через газгольдер 1 и теплообменник 2 при температуре 40°C поступает в абсорбер 3. В абсорбере 3 углекислый газ обрабатывают 20%-ным водным раствором моноэтаноламина.

Пройдя абсорбер 3, биогаз очищается до концентрации углекислого газа 0,1% об., а раствор моноэтаноламина (МЭА) насыщается углекислым газом до степени карбонизации α, равной 0,65 кмоль CO₂/кмоль МЭА.

Насыщенный углекислым газом раствор моноэтаноламина (МЭА) после выхода из абсорбера 3 перед регенерацией дросселируют (давление в трубопроводе сбрасывают от 2,64 МПа до 0,24 МПа). Это увеличивает коэффициенты теплоотдачи. Причем процесс дросселирования проводят только после теплообменников, иначе при повышенной температуре начинается десорбция газов, ухудшающая условия теплообмена.

Далее полученный насыщенный углекислым газом раствор моноэтаноламина при температуре 60-65°C подают в регенератор 4. Регенератор работает под давлением 0,24 МПа. С целью более полной рекуперации тепла поток полученного раствора моноэтаноламина разделяют на три части.

Первую часть потока, составляющую около 10% от общего объема полученного раствора моноэтаноламина, подают в верхнюю часть регенератора, служащую для охлаждения выходящих газов и улавливания паров моноэтаноламина. Вторую часть потока, составляющую около 45% полученного раствора моноэтаноламина, нагревают до температуры 90-95°C отходящим груборегенерированным раствором. Третью часть потока, составляющую 45% полученного раствора моноэтаноламина, нагревают до температуры 104-107°C и подают в среднюю часть регенератора ниже первых двух частей потока.

В верхней части регенератора 4 за счет резкого снижения давления и повышения температуры происходит десорбция углекислого газа из полученного раствора моноэтаноламина и отдувка его парами, поднимающимися из нижней части регенератора 4. В результате происходит грубая регенерация раствора до степени карбонизации α от 0,3 до 0,35 кмоль CO₂/кмоль МЭА. Половину этого раствора отбирают, охлаждают и при температуре 40°C подают на орошение нижней части абсорбера 3.

Остальную часть полученного раствора моноэтаноламина подают в нижнюю часть регенератора 4, где поддерживается температура кипения раствора, и осуществляют процесс регенерации до степени карбонизации α, равной 0,1 кмоль CO₂/кмоль МЭА. Тонкорегенерированный раствор после охлаждения подают на орошение верхней части абсорбера 3. Выходящие из регенератора газы охлаждают до 40°C, при этом происходит конденсация водяных паров. Вода возвращается в цикл.

После регенератора 4 углекислый газ подвергается биологической дезодорации в первом массообменном аппарате 5, которую осуществляют обработкой активным илом с целью устранения всех вторичных запахов.

Затем полученный дезодорированный углекислый газ возвращают в массообменный аппарат 5 и обрабатывают (промывают) окислителем. Для использования одного аппарата 5 при переменной дезодорации активным илом и окислителем перед аппаратом 5 и после него установлены газгольдеры для обеспечения непрерывной работы установки (на схеме не показаны). После этого обработанный углекислый газ отправляют во второй массообменный аппарат 6 для вторичной промывки окислителем.

В качестве окислителя используют атомарный кислород при его концентрации 0,5-2,5 мг/л в жидкой фазе с плотностью орошения 20-45 м³/м²·ч при гидравлическом сопротивлении по газовой фазе 400 Па в вихревом массообменном аппарате 5, включающем цилиндрический корпус с отверстиями, патрубки для ввода и вывода газа и жидкости, распределительный диск с тангенциальными пазами, регулировочный стакан, выполненный с окнами и вращающийся вокруг оси. В качестве такого массообменного аппарата может быть использовано известное устройство по авторскому свидетельству СССР №1068152.

В процессе вторичной промывки к атомарному кислороду при его концентрации 0,5-2,5 мг/л добавляется атомарный хлор при концентрациях 0,5-1,2 и 1-5 мг/л соответственно в вихревом массообменном аппарате 6, снабженном сеткой, концентрически и вплотную размещенной на внутренней стенке цилиндрического корпуса, при этом ширина сетки составляет не менее 0,05 диаметра цилиндрического корпуса. В качестве такого массообменного аппарата может быть использовано известное устройство по авторскому свидетельству СССР №1797968.

Далее углекислый газ подают на охлаждение и получают жидкий CO₂, который затем отправляют на склад на хранение. Полученный предложенным способом углекислый газ может быть использован в пищевой промышленности с целью получения «сухого льда» и газированных напитков, микробиологической и медицинской отраслях промышленности.

Получаемый после доочистки биогаза метан также утилизируют, используя его, например, в качестве энерго- и теплоносителя.

1. Способ разделения биогаза, заключающийся в том, что биогаз обрабатывают моноэтаноамином (МЭА), который абсорбирует углекислый газ (СО₂), полученный раствор МЭА направляют на регенерацию, где из него за счет подогрева и снижения давления десорбируют СО₂ и после охлаждения проводят биологическую дезодорацию СО₂ обработкой активным илом, обработку СО₂ атомарным кислородом при его концентрации 0,5-2,5 мг/л осуществляют в первом массообменном аппарате, во втором массообменном аппарате осуществляют обработку СО₂ атомарным кислородом в концентрации 0,5-2,5 мг/л и атомарным хлором в концентрации 1-5 мг/л, а выделенный из биогаза метан утилизируют, отличающийся тем, что в первом массообменном аппарате перед обработкой СО₂ атомарным кислородом при его концентрации 0,5-2,5 мг/л дополнительно осуществляют биологическую дезодорацию СО₂.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для биологической дезодорации СО₂ обработкой активным илом и обработки СО₂ атомарным кислородом при его концентрации 0,5-2,5 мг/л используют вихревой массообменный аппарат, включающий цилиндрический корпус с отверстиями, патрубки для ввода и вывода газа и жидкости, распределительный диск с тангенциальными пазами, регулировочный стакан, выполненный с окнами и вращающийся вокруг оси.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для обработки СО₂ атомарным кислородом в концентрации 0,5-2,5 мг/л и атомарным хлором в концентрации 1-5 мг/л используют вихревой массообменный аппарат, включающий цилиндрический корпус с отверстиями, патрубки для ввода и вывода газа и жидкости, распределительный диск с тангенциальными пазами, регулировочный стакан, выполненный с окнами и вращающийся вокруг оси, который дополнительно снабжен сеткой, концентрически и в плотную размещенной на внутренней стенке цилиндрического корпуса, при этом ширина сетки составляет не менее 0,05 диаметра цилиндрического корпуса.