Способ утилизации биогаза метантенков

Изобретение относится к экологической биотехнологии и может быть использовано для рационального использования биогаза в процессе очистки сточной воды. Способ утилизации биогаза, получаемого в метантенках, заключается 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, а выделенный из биогаза метан утилизируют. Биологическую дезодорацию углекислого газа осуществляют в вихревом массообменном аппарате, 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. Биологическую дезодорацию осуществляют путем непрерывного орошения потока углекислого газа активным илом, получаемым при вторичном отстаивании в процессе очистки сточных вод, с плотностью от 20 до 45 м³/м²·ч и гидравлическим сопротивлением по газовой фазе 400 Па. Способ позволяет производить эффективную дезодорацию углекислого газа в процессе очистки с получением дезодорированного углекислого газа, который может быть использован в пищевой промышленности для получения «сухого льда» и газированных напитков. 1 ил.

 

Изобретение относится к экологической биотехнологии и может быть использовано для рационального использования биогаза в процессе очистки сточной воды.

В настоящее время на станциях аэрации очистки сточных вод существует актуальная проблема переработки осадка. В результате его сбраживания в метантенках в больших количествах выделяется биогаз, состоящий на 70% из метана и на 30% из углекислого газа. На данный момент биогаз из метантенков идет непосредственно на сжигание. С целью более эффективного его использования необходимо разделить его на составляющие компоненты.

Известен способ для выделения двуокиси углерода из дымовых газов, в котором дымовой газ, предварительно охлажденный до температуры значительно меньше точки росы, абсорбируют, после чего подогретый за счет тепла конденсации водяных паров насыщенный углекислый газ десорбируют, предварительно осуществив процесс дросселирования, а затем десорбированный диоксид углерода охлаждают, в результате чего водяные пары конденсируются, а неконденсировавшаяся часть, состоящая из газообразного углекислого газа, осушается и поступает потребителю в качестве готового продукта, после цикл повторяется (Патент РФ №2343962, МПК B01D 53/14 B01D 53/62, опубл. 27.08.2008 г.).

Недостатком известного способа является сложное технологическое построение процесса, а также низкая эффективность абсорбции, обусловленная использованием насадочных колонн.

Известен способ получения диоксида углерода из дымовых газов, в котором сжатый, осушенный и охлажденный за счет рекуперативного теплообмена с обратным отбросным потоком дымовой газ, получаемый сжиганием углеводородного топлива, детандируют, а затем из полученного газа низкого давления выделяют твердую фазу диоксида углерода, при этом в процессе сепарации твердой фазы диоксида углерода газ охлаждают за счет теплообмена с испаряющимся потоком сжиженного газа.

(Патент РФ №2350556, МКП C01B 31/20 F25J 3/00, опубл. 27.03.2009 г.)

Недостатком известного способа является недостаточно высокая степень очистки от углекислого газа и рост энергозатрат при очистке газов с высоким содержанием углекислого газа.

Наиболее близким к заявленному является способ для извлечения углекислого газа из газовых смесей, в котором дымовые газы сепарируют, предварительно газ охлаждают и промывают с освобождением пылесажевых частиц и вредных газовых примесей, потом обрабатывают моноэтаноламином, который абсорбирует углекислый газ, в результате чего освобожденные от диоксида углерода отработанные газы выбрасывают или используют на подогрев теплоносителей, а затем из моноэтаноламина за счет подогрева паром десорбируется углекислый газ и направляется на дальнейшую осушку и очистку агентом, полученный диоксид углерода выводят на компримирование (Патент РФ №2207185, МКП B01D 53/62, опубл. 27.06.2003 г.).

Недостатком известного способа является то, что получаемый в процессе очистки углекислый газ имеет неприятный запах за счет содержания в нем различных веществ, что не позволяет использовать его в пищевых целях. Необходимо также отметить, что отработанный газ проходит грубую очистку от углекислого газа, в результате чего часть диоксида углерода выбрасывается в атмосферу, нанося вред окружающей среде.

Методы дезодорации подразделяются на физико-химические и биологические.

Известные физико-химические методы дезодорации малоэффективны, дороги и сложны в эксплуатации, а главное, сами обуславливают вторичное загрязнение окружающей среды. Поэтому целесообразнее использовать биологические методы. Их основными преимуществами является глубокая степень очистки, невысокие текущие эксплуатационные расходы, легкость технического облуживания и контроля процесса. Для осуществления биологической дезодорации используют жизнедеятельность микроорганизмов, существующих в природе, при этом вторичного запаха не образуется.

В настоящее время процесс дезодорации осуществляется с использованием биофильтров и биоскрубберов.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание способа, позволяющего производить эффективную дезодорацию углекислого газа в процессе очистки.

Поставленная задача решается тем, что в способе утилизации биогаза, получаемого в метантенках, заключающемся 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, согласно предложенному изобретению, биологическую дезодорацию углекислого газа осуществляют путем непрерывного орошения потока углекислою газа активным илом, получаемым при вторичном отстаивании в процессе очистки сточных вод.

Кроме того, биологическую дезодорацию осуществляют с плотностью орошения от 20 до 45 м³/м²·ч и гидравлическим сопротивлением по газовой фазе 400 Па.

Кроме того, биологическую дезодорацию углекислого газа осуществляют в вихревом массообменном аппарате, 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.

Техническим результатом, достижение которого обеспечивается всей заявляемой совокупностью существенных признаков, является повышение эффективности дезодорации углекислого газа в процессе утилизации биогаза, получаемого из метантенков, за счет деструкции содержащихся в углекислом газе органических соединений, придающих ему неприятный запах, в результате жизнедеятельности микроорганизмов, содержащихся в активном иле, получаемой при вторичном отстаивании в процессе очистки сточных вод.

Изобретение поясняется чертежом, где представлена схема осуществления способа.

Способ утилизации биогаза осуществляется следующим образом.

При очистке сточных вод образуется сырой осадок при первичном отстаивании и избыточный активный ил из вторичных отстойников. Обработка осадка осуществляется методом анаэробного сбраживания в метантенках при различных температурах. В процессе минерализации выделяется биогаз, включающий около 70% метана и 30% углекислого газа.

Биогаз с начальным содержанием 30% СО; из метантенка 1 через газгольдер 2 и теплообменник 3 при температуре 40°C поступает в абсорбер 4. В адсорбере 4 углекислый газ обрабатывают 20%-ным водным раствором моноэтаноламина. Абсорбер 4 работает при давлении 2,64 МПа, нижняя его часть орошается груборегенерированным раствором моноэтаноламина (МЭА) со степенью карбонизации α от 0,30 до 0,35 кмоль CO₂/кмоль МЭА, а верхняя часть адсорбера 4 орошается тонкорегенерированным раствором со степенью карбонизации α, равной 0,1 кмоль CO2/кмоль МЭА.

Пройдя абсорбер 4, 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 4 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 5. 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 5 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 5. В результате происходит грубая регенерация раствора до степени карбонизации а 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 4.

Остальную часть полученного раствора моноэтаноламина подают в нижнюю часть регенератора 5, 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 4. Выходящие из регенератора газы охлаждают до 40°C, при этом происходит конденсация водяных паров. Вода возвращается в цикл.

После регенератора 5 углекислый газ подвергается биологической дезодорации, которую осуществляют с целью устранения всех вторичных запахов. Биологическую дезодорацию углекислого газа осуществляют путем непрерывного орошения потока углекислого газа активным илом, получаемым при вторичном отстаивании в процессе очистки сточных вод, с плотностью орошения от 20 до 45 м³/м²·ч и гидравлическим сопротивлением по газовой фазе 400 Па. При этом органические соединения, содержащихся в углекислом газе и придающие ему неприятный запах, поглощаются в результате жизнедеятельности микроорганизмов, содержащихся в активном иле, получаемой при вторичном отстаивании в процессе очистки сточных вод.

Тем самым обеспечивается эффективная дезодорация углекислого газа в процессе утилизации биогаза, получаемого из метантенков, и возможность дальнейшего использования в народном хозяйстве.

Процесс дезодорации осуществляют в вихревой массообменном аппарате 6, который используется в качестве биоскруббера. Вихревой массообменный аппарат 6 включает 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. Конструкция аппарата описана в авторском свидетельстве №1068152 «Массообменный аппарат» (МПК B01D 53/18, опубл. 23.01.1984 г.). Подобные конструкции устройств описаны также в авторских свидетельствах №978901 «Массообменный аппарат» (МПК B01D 53/18, опубл. 07.12.1982), №1577809 «Контактный аппарат» (МПК B01D 47/04, опубл. 15.07.1990).

Затем полученный дезодорированный углекислый газ промывают агентом, например 3-4% раствором перманганата калия (KMnO₄) в промывном устройстве 7. Далее углекислый газ подают на охлаждение в охладитель 8 и получают жидкий CO₂, который затем утилизируют, например закачивают в баллоны и отправляют на склад на хранение. Полученный предложенным способом дезодорированный углекислый газ может быть использован в пищевой промышленности с целью получения «сухого льда» и газированных напитков.

Получаемый после доочистки биогаза биометан (90-95% метана, остальное CO₂) также утилизируют. Очищенный газ используется в качестве энерго- и теплоносителя. Его состав позволяет перейти к энергосберегающим технологиям и сжигать очищенный биогаз в топках котельных агрегатов либо электростанций, обеспечивая их дешевым высококалорийным газообразным топливом.

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, отличающийся тем, что биологическую дезодорацию углекислого газа осуществляют в вихревом массообменном аппарате, 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, путем непрерывного орошения потока углекислого газа активным илом, получаемым при вторичном отстаивании в процессе очистки сточных вод, с плотностью от 20 до 45 м³/м²·ч и гидравлическим сопротивлением по газовой фазе 400 Па.