CZ2010437A3 - Zpusob obohacování bioplynu z cisticek odpadních vod nebo ze zemedelské prvovýroby o methan a zarízení k provádení tohoto zpusobu - Google Patents

Zpusob obohacování bioplynu z cisticek odpadních vod nebo ze zemedelské prvovýroby o methan a zarízení k provádení tohoto zpusobu Download PDF

Info

Publication number
CZ2010437A3
CZ2010437A3 CZ20100437A CZ2010437A CZ2010437A3 CZ 2010437 A3 CZ2010437 A3 CZ 2010437A3 CZ 20100437 A CZ20100437 A CZ 20100437A CZ 2010437 A CZ2010437 A CZ 2010437A CZ 2010437 A3 CZ2010437 A3 CZ 2010437A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
biogas
membrane
methane
permeate
water
Prior art date
Application number
CZ20100437A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ303106B6 (cs
Inventor
Izák@Pavel
Poloncarzová@Magda
Vejražka@Jirí
Original Assignee
Ceská hlava s.r.o.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ceská hlava s.r.o. filed Critical Ceská hlava s.r.o.
Priority to CZ20100437A priority Critical patent/CZ303106B6/cs
Priority to EP11763833.8A priority patent/EP2576010B1/en
Priority to PCT/CZ2011/000052 priority patent/WO2011150899A2/en
Publication of CZ2010437A3 publication Critical patent/CZ2010437A3/cs
Publication of CZ303106B6 publication Critical patent/CZ303106B6/cs

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/38—Liquid-membrane separation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G OR C10K; LIQUIFIED PETROLEUM GAS; USE OF ADDITIVES TO FUELS OR FIRES; FIRE-LIGHTERS
    • C10L3/00—Gaseous fuels; Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by subclass C10G, C10K; Liquefied petroleum gas
    • C10L3/06—Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by C10G, C10K3/02 or C10K3/04
    • C10L3/10—Working-up natural gas or synthetic natural gas
    • C10L3/101—Removal of contaminants
    • C10L3/102—Removal of contaminants of acid contaminants
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G OR C10K; LIQUIFIED PETROLEUM GAS; USE OF ADDITIVES TO FUELS OR FIRES; FIRE-LIGHTERS
    • C10L3/00—Gaseous fuels; Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by subclass C10G, C10K; Liquefied petroleum gas
    • C10L3/06—Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by C10G, C10K3/02 or C10K3/04
    • C10L3/10—Working-up natural gas or synthetic natural gas
    • C10L3/101—Removal of contaminants
    • C10L3/102—Removal of contaminants of acid contaminants
    • C10L3/103—Sulfur containing contaminants
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G OR C10K; LIQUIFIED PETROLEUM GAS; USE OF ADDITIVES TO FUELS OR FIRES; FIRE-LIGHTERS
    • C10L3/00—Gaseous fuels; Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by subclass C10G, C10K; Liquefied petroleum gas
    • C10L3/06—Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by C10G, C10K3/02 or C10K3/04
    • C10L3/10—Working-up natural gas or synthetic natural gas
    • C10L3/101—Removal of contaminants
    • C10L3/102—Removal of contaminants of acid contaminants
    • C10L3/104—Carbon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M47/00—Means for after-treatment of the produced biomass or of the fermentation or metabolic products, e.g. storage of biomass
    • C12M47/18—Gas cleaning, e.g. scrubbers; Separation of different gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
    • B01D2256/24—Hydrocarbons
    • B01D2256/245—Methane
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/30—Sulfur compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/50—Carbon oxides
    • B01D2257/504—Carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/05—Biogas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
    • B01D2311/13—Use of sweep gas
    • 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
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/59—Biological synthesis; Biological purification

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

Zpusob obohacování bioplynu z cisticek odpadních vod nebo ze zemedelské prvovýroby o methan, pri nemž se bioplyn privádí na jednu stranu vodné kapalné membrány imobilizované v porézním hydrofilním nosici, pricemž proud obohacený o methan a ochuzený o oxid uhlicitý, sulfan a další nežádoucí složky obsažené v bioplynu se získává jako retentát a proud ochuzený o methan a obohacený o oxid uhlicitý a další nežádoucí složky obsažené v bioplynu se získává jak permeát. Pri zpusobu se používá kapalné membrány tvorené samotnou vodou. Ztráty vody z membrány, k nimiž dochází odvádením vody v proudu permeátu, se nahrazují sycením privádeného bioplynu vodní parou pri teplote vyšší než je teplota, pri níž probíhá membránová separace s následujícím vykondenzováním této vodní páry pri ochlazení bioplynu v membráne. Permeace prednostne probíhá do nosného plynu, napríklad dusíku. Zarízení k provádení tohoto zpusobu zahrnující membránový separátor (6), který je vodnou kapalnou membránou imobilizovanou v hydrofilním porézním nosici (10) rozdelen na retentátový prostor (6a) a permeátový prostor (6b), pricemž k retentátovému prostoru (6a) je pripojena prívodní armatura (1, 3, 5, 11) pro bioplyn a odvodní armatura (13, 7, 9) pro proud retentátu a k permeátovému prostoru je pripojena odvodní armatura (8, 14) pro proud permeátu. V prívodním potrubí (11) pro bioplyn je zarazen saturátor (5) pro sycení bioplynu vodní parou.

Description

Způsob obohacování bioplynu z čističek odpadních vod nebo ze zemědělské prvovýroby o methan a zařízení k provádění tohoto způsobu
Oblast techniky
Vynález se týká způsobu obohacování bioplynu z čističek odpadních vod nebo ze zemědělské prvovýroby o methan, při němž se bioplyn přivádí na jednu stranu vodné kapalné membrány imobilizované v hydrofilním porézním nosiči, přičemž proud obohacený o methan a ochuzený o oxid uhličitý a další nežádoucí složky obsažené v bioplynu se získává jako retentát a proud ochuzený o methan a obohacený o oxid uhličitý s dalšími složkami se získává jako permcát. Dále se vynález také týká zařízení k provádění tohoto způsobu, které zahrnuje membránový separator, který je vodnou kapalnou membránou imobilizovanou v hydrofilním porézním nosiči rozdělen na retentátový prostor a permeátový prostor, přičemž k retentátovému prostoru je připojena přívodní armatura pro bioplyn a odvodní armatura pro proud retentátu a k permeátovému prostoru je připojena odvodní armatura pro proud permeátu. Navrhovaný separační postup umožňuje účelnější využití bioplynu.
Dosavadní stav techniky
Jednotlivé složky plynů se separují různými separačními technikami. Tyto techniky zahrnují například membránové procesy, adsorpci, absorpci a kryogenní destilaci. Velký ekonomický význam má dnes obohacení bioplynu z čističek odpadních vod nebo zemědělské prvovýroby o methan.
Bioplyn je směs plynů vznikající tzv. anaerobní digescí živočišných a rostlinných zbytků. Při tomto procesuje biomasa rozkládána bakteriemi bez přítomnosti kyslíku za vzniku především methanu, oxidu uhličitého a malých množství dalších plynů jako je amoniak nebo sulfan. Obsah methanu v bioplynu se pohybuje od 50 do 70 obj. % (W. Kossmann, U. Ponitz et. al.: Biogas Basics, Biogas Digest vol.l, project of Information and Advisory Service on Appropriate Technology (IS AT)).
Právě methan, který je také hlavní složkou zemního plynu, umožňuje využívat bioplyn jako ekologické palivo.
V současné době je bioplyn v ČR využíván pouze v tzv. kogeneračních jednotkách při výrobě elektřiny a tepla. V jiných zemích, např. ve Švédsku a Německu, už jsou ovšem v provozu postupy úpravy bioplynu až na úroveň zemního plynu a jeho využívání jako paliva např. v dopravě (M. Persson, O. Jonssen, A. Wellinger, Biogas Upgrading to Vehicle Fuel Standards and Grid Injection. IEA Bioenergy task 37, Impressium, 2006)
Tento způsob úpravy bioplynu ovšem vyžaduje několikakrokovou proceduru, která zahrnuje sušení bioplynu, odstraňování agresivních plynů a v neposlední řadě separaci oxidu uhličitého. Při tomto čištění je využíváno např. následujících postupů (viz citaci M. Persson et al., výše a dále též M. Persson: Evaluation of Upgrading Techniques for Biogas. School of Environmental Engineering, Lund University, Sweden, 2003):
- sušení - adsorpcí na silikagelu nebo vymražováním;
- odstranění sulfanu - vypírkou v roztoku NaOH, adsorpcí na aktivním uhlí s následnou oxidací;
- odstranění amoniaku - absorpcí v kyselině sírové;
- separace oxidu uhličitého - absorpcí ve vodě, vymražováním, membránovou separací polymemími membránami.
Právě membránové separace se jeví jako perspektivní postup zkvalitňování bioplynu. Membránovou separací rozumíme proces, při němž dochází k dělení směsi na základě rozdílné propustnosti jednotlivých složek přes selektivní neporézní membránu oddělující dva prostory. Transport složek membránou je ovlivněn jejich fyzikálními a chemickými vlastnostmi, vzájemnými interakcemi složek mezi sebou i s membránou. Při použití porézních membrán jsou složky děleny nejčastěji na základě velikosti částic. U neporézních membrán závisejí transportní vlastnosti především na rozpustnosti složek v membráně, případně na možnosti chemické interakce mezi jednotlivými složkami a membránou i na difuzních koeficientech složek v membráně.
V současné praxi jsou pro rozdělování plynných směsí užívány membrány neporézní, vyrobené z polymerních materiálů (R. Barker: Recent Dcvelopements in Membrane Vapour Separation System. Membrane Technology 114 (1999) 9-12), Jejich hlavní nevýhodou je možná kontaminace membrány toxickými látkami, které jsou v bioplynu z čističek odpadních vod (ČOV) a v zemědělském bioplynu často obsaženy (tabulka 1.).
Tabulka 1
Koncentrace některých derivátů uhlovodíků a některých organosimých sloučenin v bioplynu (F. Straka,: Bioplyn. Praha, GAS (2006) 706.
složka c[ppm]
methanol 2-210
ethanol 16- 1450
1- propanol 4,1-630
1- butanol 2,3- 73
aceton 0,27- 4,1
. octan butylnatý 60
kyselina octová Ú 0,06- 3,4
kyselina butanová □ 0,02- 6,8
methanthiol 0,1- 30
dimethylsulfíd 1,6-4
dimethyldisulfíd 0,02- 40
sirouhlík □ 0,5-22
ethanthiol 0- 20
Separační membrány ztrácejí v důsledku kontaminace svoji původní selektivitu a také permcační toky klesají. Kontaminované membrány je nutné vyměnit, při čemž se s nimi musí nakládat jako s toxickým odpadem, což je velmi nákladné.
Jiným možným přístupem je separace plynů pomocí tzv. kapalných membrán (J.E. Bara, S. Lcssmann, C. J. Gabriel, E. S. Hatakeyama, R. D. Noble, D. L. Gin, Synthesis and Performance of Polymerizable Room-Temperature Ionic Liquids as Gas Separation Membranes, Ind. Eng. Chem. Res. 46 (2007) 5397). Technologic kapalných membrán je v současné době testována i pro separaci oxidu uhličitého od methanu. Nejnovějším trendem jsou v tomto směru tzv. zakotvené iontové membrány (J.E. Bara, SE. Hatakeyama, DL. Gin, RD. Noble; Improving COj Permeability in Polymerized Room-temperature Ionic Liquid Gas Separation Membranes through the Formation of a Solid Composite with a Room-temperature Ionic Liquid, Polvm. Adv. Technoly 19 (2008) 1415,
Zakotvené iontové membrány obsahují iontové kapaliny, které pro svou vysokou selektivitu a molekulární difúzi i zanedbatelnou tenzi par představují ideální látky pro tvorbu kapalných membrán (J. E. Bara , Ch. J. Gabriel, E. S. Hatakeyamaa, T. K. Carlisle: Improving CO2 Selectivity in Polymerized Room-temperature Ionic Liquid Gas Separation Membranes through Incorporation of Polar Substituents, Journal of Membrane Science 321 (2008) 3—7). Hlavní nevýhodou kapalných membrán obecně je, že jejich stabilita závisí na kapilárních silách, které ne vždy odolají dlouhodobému (či dokonce provoznímu) měření. Iontové kapaliny navíc více či méně pohlcují vlhkost, což vede k poměrně rychlému narušení struktury a tím i stability membrány.
Dosavadní výzkumy ukazují, že pro selektivitu kapalné membrány je rozhodující rozpustnost separované složky v ní (P, Izák, L.Bartovská, K. Friess, M. Šípek, P. Uchytil; Comparison of Various Models Flat for Transport of Binary Mixtures through Dense Polymer Membrane, Polymer, 44 (2003) 2679-2687).
Pro výběr vhodné kapaliny pro separaci je nutné, aby separované plyny byly aspoň o jeden řád rozpustnější ve vybrané kapalině než methan, kterého je v bioplynu nejvíce. Výběr kapaliny pro impregnaci v porézní membráně je proto klíčový.
Pro správnou funkci membrány je velmi důležitý výběr tzv. podkladu, do nějž je vybraná kapalina zakotvena, zejména kvůli pevnosti a stabilitě systému. Rovněž je nutná vysoká afinita mezi kapalinou a porézním podkladem.
Nevýhodou všech až dosud známých kapalných membrán pro separaci bioplynu s cílem získání proudu obohaceného o methan a ochuzeného o oxid uhličitý a škodlivé složky, například složky obsahující síru, je relativní komplikovanost a nákladnost použitých kapalných systémů sestávajících například ze sloučenin obsahujících současně hydroxyskupiny a aminoskupiny, jako jsou aminické deriváty glykolů apod.. Pokud se použije vodných systémů, nemusí být kapalná membrána dostatečně stabilní, což je způsobeno kolísajícím množstvím kapaliny uložené v nosiči membrány. K takovému nežádoucímu kolísání může u vodných systémů docházet tím, že se za provozu voda z membrány rozpouští v separovaném bioplynu, a tím dochází k faktickému vysušování membrány. Stabilita membrány je přitom velmi důležitá zejména z hlediska kontinuálního provozu separační jednotky.
Podstata vynálezu
Výše uvedené nevýhody řeší způsob a zařízení podle vynálezu, které jsou popsány dále.
Předmětem vynálezu je způsob obohacování bioplynu z čističek odpadních vod nebo ze zemědělské prvovýroby o methan, při němž se bioplyn přivádí na jednu stranu vodné kapalné membrány imobilizované v porézním hydrofilním nosiči, přičemž proud obohacený o methan a ochuzený o oxid uhličitý, sulfan a další nežádoucí složky obsažené v bioplynu se získává jako retentát a proud ochuzený o methan a obohacený o oxid uhličitý a další nežádoucí složky obsažené v bioplynu se získává jako permeát. Podstata tohoto způsobu spočívá v tom, že se používá kapalné membrány tvořené samotnou vodou a ztráty vody z membrány, k nimž dochází odváděním vody v proudu permeátu, se nahrazují sycením přiváděného bioplynu vodní parou při teplotě vyšší než je teplota, při níž probíhá membránová separace s následujícím vykondenzovánim této vodní páry při ochlazení bioplynu v membráně.
Jako hydrofilní porézní materiály přicházejí obecně v úvahu jakékoliv materiály s vysokou afinitou k vodě, v jejichž pórech může při ochlazení bioplynu na teplotu nižší než je jeho rosný bod, spontánně kondenzovat vodní pára Takovýmto materiálem mohou být polymerní porézní membrány vyrobené například z hydrofilizovaného polytetrafluorethylenu, polyamidu či jiných hydrofilních polymerů nebo keramické membrány například na bázi oxidu hlinitého.
V přednostním provedení tohoto způsobu probíhá permeace do nosného plynu. V jiném provedení se na permeátové straně permeační cely může udržovat snížený tlak.
Předmětem vynálezu je dále také zařízení k provádění tohoto způsobu, které zahrnuje membránový separátor, který je vodnou kapalnou membránou imobilizovanou v porézním hydrofilním nosiči rozdělen na retentátový prostor a permeátový prostor. K retentátovému prostoru je připojena přívodní armatura pro bioplyn a odvodní armatura pro proud retentátu a k permeátovému prostoru je připojena odvodní armatura pro proud permeátu. Podstatou zařízení podle vynálezu je, že v přívodním potrubí pro bioplyn je zařazen saturátor pro sycení bioplynu vodní parou.
Pro správnou funkci způsobu a zařízení podle vynálezu je podstatné, aby byla rozpustnost separovaných plynů v dělicí kapalině výrazně odlišná. Tento předpoklad je v případě vody, jako separační membrány pro systém methan/oxid uhličitý dobře splněn. Okolnost, že k vodě není zapotřebí přidávat žádné další složky navíc vynález významně zlevňuje. Pro správnou funkci systému je dále nutno zajistit, aby nedocházelo k úbytku vody v pórech nosiče. Bioplyn přiváděný na membránu se proto v předběžném stupni saturuje dělicí kapalinou, tedy vodou. Saturace probíhá při teplotě vyšší, než je teplota v membránovém separátoru, v němž je umístěna vodná membrána imobilizovaná v pórech nosiče. Rozdíl teplot přiváděného bioplynu a kapalné membrány je takový, aby docházelo ke spontánní kondenzaci vody v pórech. Díky tomu lze zabránit vysušování membrány, které by vedlo ke ztrátě stability a separačních vlastností systému.
Výhody navrženého separačního postupu lze shrnout takto:
1. Velmi nízká cena separačního media.
2. Neustálá obnova kapaliny během procesu separace.
3. Vyloučení akumulace toxických zbytkových látek obsažených v bioplynu. Z ekonomického hlediska tak odpadne velice náročná předúprava pomocí sorbentu. se kterým je posléze nutno nakládat jako s toxickým odpadem.
Přehled obr, na výkresech
Na připojeném obrázku je schematicky znázorněno příkladné provedení zařízení podle vynálezu.
Způsob podle vynálezu je ilustrován v následujících příkladech provedení prováděných v zařízení ilustrovaném na připojeném obrázku. Příklady mají výhradně ilustrativní charakter a rozsah vynálezu v žádném ohledu neomezují.
Příklady provedení vynálezu
Příklad 1 Obohacování modelového bioplynu
Reálný bioplyn z čističek odpadních vod je reprezentován temámí směsí (70% obj. methanu, 30% obj. oxidu uhličitého a 2800 ppm sulfanu). Plyn se přivádí z tlakového zásobníku 1 bioplynu přes regulátor 3 průtoku bioplynu do saturátoru 5, kde se bioplyn sytí vodní parou a pak do membránového separátoru 6. Saturátor 5 bioplynu vodní parou má vyšší teplotu než membránový separátor 6, ve kterém je upevněna porézní podložka z hydrofilizováného polytetrafluorethylenu impregnovaná vodou. Parciální toky plynů skrze tuto kondenzující vodní membránu při tlaku nad membránou 350 kPa jsou: JCo2 = 22,3 l/(m2h), Jch4 = 1,26 l/(m2h) a JH2s = 0,08 1/(m2h).
Tabulka 2.
Dělení modelového bioplynu pomocí kondenzující vodní membrány
Tlak nad mem- bránou 350kPa Nástřik Permeát Permeační tok (l/m2/h) Průtok plynů nad membránou (ml/min)
Methan 70 obj. % 5,4 obj. % 22,3 24
Oxid uhličitý 29,7 obj. % 94,2 obj. % 1,26 10
Sulfan 2800 ppm 3429 ppm 0,08 10
Rozdíl teplot je takový, aby docházelo ke spontánní kondenzaci vody v pórech porézní membrány. Hnací silou procesu separace plynů je rozdílná koncentrace jednotlivých složek plynů a celkový tlak nad a pod membránou. Permeace probíhá do nosného plynu, kterým je dusík přiváděný pod membránu z tlakového zásobníku 2 nosného plynu přes regulátor 4 průtoku nosného plynu. Optimální celkový tlak nad membránou je řízen zpětným regulátorem 7 tlaku.
Příklad 2
Obohacování reálného bioplynu
Na separaci se použije reálného bioplynu z čističky odpadních vod o složeni viz. tabulka 3. Bioplyn se přivádí z tlakového zásobníku 1 bioplynu přes regulátor 3 průtoku bioplynu rychlostí 10 ml/min. do saturátoru 5 bioplynu vodní parou, do něhož se uvádí vodovodní voda, a pak do membránového separátoru 6. Saturátor 5 bioplynu vodní parou má vyšší teplotu (27 °C) než membránový separator 6(14 °C), ve které je upevněna porézní síťka (s póry 3 pm) a na ní vodovodní vodou impregnováná membrána 10 z hydrofilního teflonu (s póry 0,1 pm o tloušťce 30 pm s porozitou 80 %). Efektivní plocha membrány s poloměrem 13 cm2 je 132,7 cm2. Permeace je provedena do nosného plynu, kterým je dusík. Z provedených experimentů plyne (viz tabulka 3), že methan může být efektivně zakoncentrován porézní membránou z hydrofilního teflonu v níž kondenzuje voda.
Tabulka 3
Obohacení reálného bioplynu methanem pomocí kondenzující vodní membrány
Označ.vzorku množství nástřik retentát permeát
Aromatické uhlovodíky )
toluen mg/m3 38.6 6.26 15.2
ethylbenzen mg/m3 10.9 <0,07 2
xyleny mg/m3 37.6 1.66 6.6
Suma aromatických uhlovodíků mg/m3 87.1 7.92 23.8
Chlorované a alifatické uhlovodíky
cis-dichlorethen mg/m3 1.57 <0,10 <0,10
trichlorethen mg/m3 2.54 0.960 1.74
tetrachlorethen mg/m3 4.15 1.04 1.29
Suma chlorovaných a alifatických uhlovodíků mg/m3 8.26 2 3.8
i ZÁKLADNÍ ANALÝZA PLYNU
oxid uhličitý % v/v 30 21.3 86
metan % v/v 69 76 14
sulfan mg/m3 7,95 <0,91 <0,61
SILOXANY
L3 - oktamethyltrisiloxan mg/m3 4.13 <0,1 <0,1
D4 - oktamethylcykfotetrasiloxan mg/m3 14.4 <0,1 <0,1
L4 - dekamethyltetrasiloxan mg/m3 2.2 <0,1 <0,1
D5 - dekamethylcyklopentasiloxan mg/m3 109.6 9.1 13
Suma siloxanů mg/m3 130.3 9.1 13
Rozdíl teplot je takový (13 °C), aby docházelo ke spontánní kondenzaci vody v pórech porézní membrány. Hnací silou procesu separace plynů je rozdílná koncentrace jednotlivých složek plynů a celkový tlak nad a pod membránou. Permeace probíhá do nosného plynu, kterým je dusík přiváděný pod membránu z tlakového zásobníku 2 nosného plynu přes regulátor 4 průtoku nosného plynu. Optimální celkový tlak nad membránou je řízen zpětným regulátorem 7 tlaku.
PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (3)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    1. Způsob obohacování bioplynu z čističek odpadních vod nebo ze zemědělské prvovýroby o methan, při němž se bioplyn přivádí na jednu stranu vodné kapalné membrány imobilizované v porézním hydrofilním nosiči, přičemž proud obohacený o methan a ochuzený o oxid uhličitý, sulfan a další nežádoucí složky obsažené v bioplynu se získává jako retentát a proud ochuzený o methan a obohacený o oxid uhličitý a další nežádoucí složky obsažené v bioplynu se získává jako permeát, vyznačující se tím, že se používá kapalné membrány tvořené samotnou vodou a ztráty vody z membrány, k nimž dochází odváděním vody v proudu permeátu, se nahrazují sycením přiváděného bioplynu vodní parou při teplotě vyšší než je teplota, při níž probíhá membránová separace s následujícím vykondenzováním této vodní páry při ochlazení bioplynu v membráně.
  2. 2. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že permeace probíhá do nosného plynu.
  3. 3. Zařízení k provádění způsobu podle nároku 1 nebo 2, zahrnující membránový separator (6), který je vodnou kapalnou membránou imobilizovanou v hydrofilním porézním nosiči (10) rozdělen na retentátový prostor (6a) a permeátový prostor (6b), přičemž k retentátovému prostoru (6a) je připojena přívodní armatura (1, 3, 5, 11) pro bioplyn a odvodní armatura (13, 7, 9) pro proud retentátu a k permeátovému prostoru je připojena odvodní armatura (8, 14,) pro proud permeátu vyznačující se tím, že v přívodním potrubí (11) pro bioplyn je zařazen saturátor (5) pro sycení bioplynu vodní parou.
CZ20100437A 2010-06-02 2010-06-02 Zpusob obohacování bioplynu z cisticek odpadních vod nebo ze zemedelské prvovýroby o methan a zarízení k provádení tohoto zpusobu CZ303106B6 (cs)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ20100437A CZ303106B6 (cs) 2010-06-02 2010-06-02 Zpusob obohacování bioplynu z cisticek odpadních vod nebo ze zemedelské prvovýroby o methan a zarízení k provádení tohoto zpusobu
EP11763833.8A EP2576010B1 (en) 2010-06-02 2011-05-13 A process for enriching of methane in biogas from sewerage plants or agricultural basic industries in methane and an apparatus for carrying out the same
PCT/CZ2011/000052 WO2011150899A2 (en) 2010-06-02 2011-05-13 A process for enriching biogas from sewerage plants or agricultural basic industries in methane and an apparatus for carrying out the same.

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ20100437A CZ303106B6 (cs) 2010-06-02 2010-06-02 Zpusob obohacování bioplynu z cisticek odpadních vod nebo ze zemedelské prvovýroby o methan a zarízení k provádení tohoto zpusobu

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ2010437A3 true CZ2010437A3 (cs) 2012-01-18
CZ303106B6 CZ303106B6 (cs) 2012-04-04

Family

ID=44720456

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ20100437A CZ303106B6 (cs) 2010-06-02 2010-06-02 Zpusob obohacování bioplynu z cisticek odpadních vod nebo ze zemedelské prvovýroby o methan a zarízení k provádení tohoto zpusobu

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2576010B1 (cs)
CZ (1) CZ303106B6 (cs)
WO (1) WO2011150899A2 (cs)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110813038A (zh) * 2018-08-08 2020-02-21 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 根据第二渗余物中的ch4浓度调节进料气流压力的膜渗透处理

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ306331B6 (cs) * 2012-10-25 2016-12-07 Ústav Chemických Procesů Akademie Věd České Republiky Způsob separace plynu ze směsi plynů
US9969949B1 (en) 2016-10-20 2018-05-15 Iogen Corporation Method and system for providing upgraded biogas
CN113881470B (zh) * 2021-09-30 2024-04-05 深圳市英策科技有限公司 一种从含有甲烷的混合物中获得液态甲烷的设备及方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1329137A (en) * 1970-11-09 1973-09-05 Exxon Research Engineering Co Process of separating components of a gaseous mixture by permeation through a membrane
US4737166A (en) * 1986-12-30 1988-04-12 Bend Research, Inc. Acid gas scrubbing by composite solvent-swollen membranes
US4961758A (en) * 1988-11-15 1990-10-09 Texaco Inc. Liquid membrane process for separating gases
US6958085B1 (en) * 2003-03-26 2005-10-25 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration High performance immobilized liquid membrane for carbon dioxide separations
SG131861A1 (en) * 2005-10-11 2007-05-28 Millipore Corp Methods and systems for integrity testing of porous materials
JP5061328B2 (ja) * 2006-04-04 2012-10-31 大陽日酸株式会社 メタン分離方法、メタン分離装置及びメタン利用システム

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110813038A (zh) * 2018-08-08 2020-02-21 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 根据第二渗余物中的ch4浓度调节进料气流压力的膜渗透处理

Also Published As

Publication number Publication date
CZ303106B6 (cs) 2012-04-04
WO2011150899A3 (en) 2012-04-12
EP2576010B1 (en) 2016-08-31
WO2011150899A2 (en) 2011-12-08
EP2576010A2 (en) 2013-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kárászová et al. Gas permeation processes in biogas upgrading: A short review
Kárászová et al. A water-swollen thin film composite membrane for effective upgrading of raw biogas by methane
Harasimowicz et al. Application of polyimide membranes for biogas purification and enrichment
Dolejš et al. Simultaneous hydrogen sulphide and carbon dioxide removal from biogas by water–swollen reverse osmosis membrane
Poloncarzova et al. Effective Purification of Biogas by a Condensing‐Liquid Membrane
Zulkefli et al. Overview of H2S removal technologies from biogas production
Heile et al. Establishing the suitability of symmetric ultrathin wall polydimethylsiloxane hollow-fibre membrane contactors for enhanced CO2 separation during biogas upgrading
Wongchitphimon et al. Polymer-fluorinated silica composite hollow fiber membranes for the recovery of biogas dissolved in anaerobic effluent
Ramírez-Morales et al. Evaluation of two gas membrane modules for fermentative hydrogen separation
Chmielewski et al. Membrane enrichment of biogas from two-stage pilot plant using agricultural waste as a substrate
Žák et al. Single-step purification of raw biogas to biomethane quality by hollow fiber membranes without any pretreatment–An innovation in biogas upgrading
Nemestóthy et al. Evaluation of a membrane permeation system for biogas upgrading using model and real gaseous mixtures: The effect of operating conditions on separation behaviour, methane recovery and process stability
Saeed et al. Carbon nanotube enhanced PVA-mimic enzyme membrane for post-combustion CO2 capture
Pal et al. Development of hydrogen selective microporous PVDF membrane
Cao et al. Extraction of dissolved methane from aqueous solutions by membranes: Modelling and parametric studies
CZ2010437A3 (cs) Zpusob obohacování bioplynu z cisticek odpadních vod nebo ze zemedelské prvovýroby o methan a zarízení k provádení tohoto zpusobu
Chenar et al. The effect of water vapor on the performance of commercial polyphenylene oxide and Cardo-type polyimide hollow fiber membranes in CO2/CH4 separation applications
WO2010032474A1 (ja) アルコールの製造方法、そのアルコールの製造方法を用いた水素または合成ガスの製造方法、およびアルコール
Stanovský et al. Permeability enhancement of chemically modified and grafted polyamide layer of thin-film composite membranes for biogas upgrading
KR101863058B1 (ko) 가변 운전이 가능한 고순도 바이오메탄 정제 방법 및 장치
Sedláková et al. Biomethane Production from Biogas by Separation Using Thin‐Film Composite Membranes
Jeon et al. Absorption of sulfur dioxide by porous hydrophobic membrane contactor
Tilahun et al. Effect of operating conditions on separation of H2S from biogas using a chemical assisted PDMS membrane process
KR101441492B1 (ko) 바이오가스 연료전지 시스템 및 가스 공급 방법
Centeno Mora et al. Use of membrane contactors for removing and recovering dissolved methane from anaerobic reactors effluents: state-of-the-art, challenges, and perspectives