CZ28828U1 - Zařízení pro odstraňování sulfanu z p - Google Patents

Description

Zařízení nachází uplatnění v oblasti úpravy bioplynu nebo kalového plynu, konkrétně při snižování obsahu sirovodíku pomocí mikrobiální oxidace sirovodíku organismy vázanými na biofilm. Dosavadní stav techniky

V současnosti jsou pro účely snižování obsahu sulfanu v plynu používány v průmyslovém měřítku především zařízení využívající jeden ze tří různých systémů. Je to přímé srážení sirovodíku ve fermentační směsi, mikrobiální oxidace sirovodíku na elementární síru a použití sorpce. První dvě jmenované metody nevyžadují žádná zvláštní zařízení a využívají přídavek reagencií přímo do bioplynové stanice.

V případě chemického srážení je obvykle pomocí dávkovacího čerpadla dávkován roztok soli železa, nebo přes dávkovač pevných látek oxid, nebo hydroxid železitý přímo do kapalné fáze ve fermentoru, kde váže síru do nerozpustných sulfidů, které odcházejí z fermentoru společně s digestátem. Celé zařízení se tak skládá z dávkovacího zařízení, zásobníku na chemikálie a dávkovacího místa.

Mikrobiální oxidace, obvykle označovaná jako mikroaerace funguje na podobném principu do plynového prostoru, nebo do kapalné fáze fermentoru je dávkován vzduch. Takto dosažené, přiměřeně nízké, koncentrace kyslíku nemají negativní dopad na proces tvorby bioplynu, ale zajišťují potřebné podmínky pro činnost sulfan oxidujících bakterií, které oxidují sirovodík na elementární síru, která v pevném skupenství odchází z fermentoru v podobě suspenze v digestátu. Nutné zařízení pro použití této metody se obvykle skládá z dmychadla vhánějícího vzduch přímo do bioplynové stanice. Někdy je proces intenzifikován instalací sítí, či materiálů s vysokým povrchem, do plynového prostoru. Tím je zvýšena dostupná plocha pro činnost sulfan oxidujících bakterií.

Použití sorpce (adsorpce a absorpce) vyžaduje instalaci sorpční ch kolon, nebo sorpční ch filtrů, ve kterých je sirovodík vázán na sorbent a ten je následně regenerován, nebo likvidován. Obvykle je zařízení umístěno na trasu plynu mezi fermentorem a spotřebištěm (nejčastěji kogenerační jednotka). Toto zařízení má podobu buď skrápěné kolony, ve které je použit buď alkalický roztok, nebo roztok železných solí. Bioplyn je touto kolonou veden protiproudně proti padajícímu sorpčnímu roztoku. Proces lze intenzifikovat použitím vhodné náplně, například raschigových kroužků, nebo jiných elementů. Součástí zařízení může být různá regenerace sorbentu v závislosti na použitých chemikáliích. Možností je také použití sorbentu pevného, například aktivního uhlí, nebo opět sloučeniny železa. Plyn je pak veden filtrem naplněným tímto materiálem, na který je sulfidická síra vázána. Po vyčerpání sorpční kapacity je nutno zařízení odstavit a náplň vyjmout a vyměnit nebo provést regeneraci.

Podstata technického řešení

Zařízení pro odsiřování bioplynu pomocí biomembránové oxidace se skládá z plynotěsné nádoby, do které je přiváděn upravovaný bioplyn. Uvnitř plynotěsné nádoby jsou umístěny membránové svazky složené z membrán. Membrány jsou umístěny tak, že jejich vnější strana je ve styku s bioplynem, vnitřkem membrány pak protéká vzduch, který stěnou membrány difunduje do bioplynového prostoru zařízení. Na vnější straně membrány roste biofilm bakterií oxidujících sirovodík na elementární síru. Při dosažení kritické tloušťky biofilmů se tento biofilm odlupuje a odpadá do kalového prostoru zařízení, odkud je síra odkalována a tím definitivně odstraněna ze systému. Plynotěsná nádoba zařízení je uvnitř pomocí přepážek mezi moduly rozdělena na jednotlivé moduly tak, aby byl vytvořen koridor, který zajistí co nej delší cestu bioplynu zařízením.

V každém modulu je umístěn svazek membrán. Ve spodní části zařízení je kalový prostor, ve kterém je shromaždována provozní kapalina, kondenzát a vyloučená síra. Z této části je kapalina recyklována a jsou jí skrápěny svazky membrán, čímž jsou do biofilmů doplňovány nutrienty, voda a také je intenzifikováno odstraňování vyloučené síry z povrchu membrán.

-1 CZ 28828 Ul

Nutné podmínky pro správnou funkci zařízení jsou:

a. Přítomnost sirovodíku v bioplynu na vnější straně membrán

b. Skrápění membrán z vnější strany kapalinou obsahující směs inokulačních mikroorganismů a živin

c. Prostupnost použitých membrán pro kyslík

d. Průtok plynu obsahujícího kyslík (například vzduch, čistý kyslík) vnitřním prostorem membrán

Při daném uspořádání nedochází k přímému míchání upravovaného plynu se vzduchem nebo jiným oxidujícím plynem. Membránami do bioplynového prostoru zařízení prostupuje ve zvýšené míře kyslík, a nedochází tak k významnému ředění plynu dalšími látkami.

Objasnění výkresu

Pro názornější popis navrženého zařízení pro odstraňování sulfanu z plynu pomocí biomembránové oxidace jsou připojeny tyto obrázky:

OBR. č. 1: Princip biochemické oxidace sulfanu v biofilmů na membráně (1- vnitřní prostor membrány, 2 - membrána, 3 - biofilm, 4 - bioplynový prostor zařízení).

OBR. č. 2: Podélný řez zařízením pro odstraňování sulfanu z plynu pomocí biomembránové oxidace (5 - plynotěsná nádoba, 6 - modul, 7 -vstup bioplynu, 8 -výstup bioplynu, 9 - přepážka mezi moduly, 10 - vstup vzduchu, 11 - kalový prostor, 12 -ventil skrápění membrán, 13 - skrápěč membrán, 14 - čerpadlo, 15 - dmychadlo vzduchu, 16 - ventil vzduchu, 17 - výstup vzduchu, 18 membránový svazek).

Navržené řešení bude pomocí těchto obrázků popsáno v následující textové části.

Příklad uskutečnění technického řešení

Biochemická oxidace sulfanu probíhá na membráně 2, jejíž vnější strana je porostlá biofilmem 3, do kterého je sorbován sirovodík z bioplynového prostoru zařízení 4. Do biofilmů 3 současně z vnitřního prostoru I membrány proniká vzduch obsahující kyslík. Uvnitř biofilmů 3 pak dochází k oxidaci sulfidické síry na síru elementární, která již dále nereaguje a jako pevná síra spolu s odumřelým biofilmem průběžně odpadá z membrány 2 do kalového prostoru 11. Elementární šíraje z kalového prostoru pravidelně vyklízena a může být dále využita.

Zařízení pro odstraňování sulfanu z plynu pomocí biomembránové oxidace je plynotěsná nádoba 5 libovolně rozšiřitelná o moduly 6. Zařízení je umístěno na plynové trase mezi místem vzniku plynu obsahujícího sulfan přivedený do zařízení přes vstup 7 bioplynu a mezi místem jeho využití, do kterého je plyn odváděn ze zařízení z výstupu 8 bioplynu. Upravovaný bioplyn je do zařízení vháněn buď na základě rozdílu tlaků před zařízením a za ním, nebo aktivně, například dmychadlem. Pomocí přepážek 9 mezi moduly je vlastní plynotěsná nádoba 5 rozdělena na jednotlivé moduly 6 tak, že je tvořen koridor, kterým je veden upravovaný plyn bioplynovým prostorem zařízení 4, a to tak, aby byl zajištěn co nej lepší kontakt plynu s membránou 2 sdruženou do membránových svazků 18. V každém modulu 6 je umístěn alespoň jeden membránový svazek 18, který je skrápěn recyklátem směsi kondenzátu, nutrientů a mikroorganismů, shromažďovaným v kalovém prostoru 11. Tato směs recyklátů shromaždovaná v kalovém prostoru lije čerpána čerpadlem 14 a pomocí skrápěče 13 membrán, regulovaných ventilem 12 skrápění membrán dopravována na povrch membrán. Do jednotlivých membrán 2 v membránových svazcích 18 je vháněn dmychadlem vzduchu 15 vzduch, nebo jiný plyn obsahující kyslík vstupem 10 vzduchu, jehož průtok je regulován ventilem 16 vzduchu na výstupu 17 vzduchu. Vzduch, nebo jiný plyn obsahující kyslík je zpravidla vháněn trvale a v přebytku oproti stechiometrické dávce. Na membránách 2 narůstající biofilm 3 a vrstva elementární síry po dosažení určité mocnosti odpadá do kalového prostoru LL

-2CZ 28828 Ul

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (1)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Zařízení pro odstraňování sulfanu z plynu pomocí biomembránové oxidace, vyznačuje setím, že jeho obal tvoří plynotěsná nádoba (5) umístěná na plynové trase, uvnitř rozdělená přepážkami (9) mezi moduly do modulů (6), které obsahují alespoň jeden skrápěč (13)

   5 membrán a alespoň jeden membránový svazek (18) složený z membrán (2), na jejímž povrchu probíhá biomembránová oxidace odstraňující sulfan z proudícího bioplynu.

   1 výkres

   -3 CZ 28828 Ul

   OBR. č. 1