CZ29848U1

CZ29848U1 - Apparatus for local production of biomethane for driving motor vehicles

Info

Publication number: CZ29848U1
Application number: CZ2016-32413U
Authority: CZ
Inventors: Karel Ciahotný; Jan Matějka; Zdeněk Prokopec; Jan Štambaský; Veronika Vrbová
Original assignee: Eco Trend S.R.O.; Vysoká škola chemicko-technologická v Praze
Priority date: 2016-05-26
Filing date: 2016-05-26
Publication date: 2016-10-04

Description

CZ 29848 UlCZ 29848 Ul

Zařízení na lokální produkci biomethanu pro pohon motorových vozidelInstallations for the local production of biomethane for propulsion of motor vehicles

Oblast technikyTechnical field

Užitný vzor se týká zařízení pro úpravu bioplynu či skládkového plynu na biomethan, který lze použít pro pohon motorových vozidel. Zařízení je využitelné k výrobě plynného paliva pro motorová vozidla jako doplňkové tam, kde existuje technologie na výrobu bioplynu či získávání skládkového plynu.The utility model relates to a device for treating biogas or landfill gas to biomethane which can be used to power motor vehicles. The equipment can be used to produce gaseous fuel for motor vehicles as ancillary where there is technology for producing biogas or landfill gas extraction.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Bioplyn ěi skládkový plyn se využívá z velké většiny pouze pro výrobu elektrické energie, případně tepla, v kogeneraěních jednotkách. V ojedinělých případech je bioplyn upravován na biomethan, tato úprava však probíhá ve velkých objemech v zařízeních, která jsou technologicky a investičně náročná. Dochází zde k určitým ztrátám methanu v odpadním plynu. Vyrobený biomethan se zpravidla vtláčí do existující plynovodní sítě.Biogas or landfill gas is used for the most part only for the production of electricity or heat in cogeneration units. In rare cases, biogas is treated to biomethane, but this treatment takes place in large volumes in equipment that is technologically and investment intensive. There is some loss of methane in the waste gas. The produced biomethane is usually injected into the existing gas network.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Zařízení je koncipováno tak, že bioplyn/skládkový plyn je komprimován v kompresoru na tlak až 1 MPa, shromažďuje se v tlakovém zásobníku, který je opatřen odkalovacím ventilem a následně vstupuje do membránového modulu, jehož stěnami procházejí nežádoucí složky plynné směsi se zbytky methanu na druhou stranu jako zbytkový bioplyn a biomethan zbylý uvnitř vláken je odváděn do druhého tlakového zásobníku - vyrovnávací nádrže. Nízkotlaká část je vybavena redukčním a odvzdušňovacím ventilem. Za uzavíracím ventilem oddělujícím části zařízení následuje blok vysokotlakého kompresoru, který se skládá z 1. stupně komprese, separátoru kondenzátu, ventilu kondenzátu a 2. stupně kompresoru. Vysokotlakým kompresorem je biomethan komprimován na tlak 25 MPa a následně je po dosušení a dočištění na molekulových sítech prostřednictvím výdejního stojanu a distribučního ventilu vtláčen přímo do nádrží motorových vozidel v době jejích odstávky (např. v nočních hodinách). Čerpání vozidel je závislé na výkonu zařízení a trvá zpravidla několik hodin. Typickou aplikací je využití v zemědělských podnicích produkujících bioplyn, provozujících dodávková vozidla a traktory.The device is designed so that biogas / landfill gas is compressed in a compressor to a pressure of up to 1 MPa, is collected in a pressure tank equipped with a blowdown valve and subsequently enters the membrane module, through which undesirable components of the gas mixture with methane residues pass. side as residual biogas and biomethane remaining inside the fibers is discharged to the second pressure reservoir - a buffer tank. The low-pressure part is equipped with a pressure reducing and venting valve. The shut-off valve separating parts of the equipment is followed by a high-pressure compressor block consisting of the 1st stage of compression, the condensate separator, the condensate valve and the 2nd stage of the compressor. The biomethane is compressed to a pressure of 25 MPa with a high-pressure compressor and after drying and purification on molecular sieves it is injected directly into the tanks of motor vehicles at the time of its shutdown (eg at night) by means of a dispenser and a distribution valve. Pumping of vehicles depends on the performance of the equipment and usually takes several hours. Typical applications are biogas farms, vans and tractors.

Zařízení Gas2Drive 20, které je náplní užitného vzoru, je určeno pro úpravu malých množství bioplynu nebo skládkového plynu na biomethan. Zařízení je možné jednoduchým způsobem integrovat do technologie výroby bioplynu či skládkového plynu a vyrábět takové množství biomethanu, které lze spotřebovat lokálně vlastními motorovými vozidly k tomu uzpůsobenými.The utility model Gas2Drive 20 is designed to treat small amounts of biogas or landfill gas to biomethane. The device can be easily integrated into biogas or landfill gas production technology and produce a quantity of biomethane that can be consumed locally by own motor vehicles adapted for this purpose.

Zařízení využívá membránové separační moduly 4, sestavené na principu dutých polyamidových vláken, pracující za zvýšeného tlaku až 1 MPa, kde je bioplyn přiváděn dovnitř jednotlivých vláken. Po průchodu nežádoucích složek bioplynu stěnami vláken na jejich druhou stranu se navýší obsah methanu zbylého v plynu na více než 90 %. Takto upravený biomethan je veden do druhého kompresoru 10, kde se dále stlačuje až na 25 MPa a je možné ho čerpat do motorových vozidel ktomu upravených. Počet membránových modulů v zařízení je dán požadavkem na jeho výkon (hodinovou produkci biomethanu).The device uses membrane separation modules 4, built on the principle of hollow polyamide fibers, operating at elevated pressure up to 1 MPa, where the biogas is fed inside the individual fibers. After passing undesirable biogas components through the fiber walls to the other side, the methane content of the gas increases to more than 90%. The biomethane treated in this way is fed to a second compressor 10, where it is further compressed up to 25 MPa and can be pumped into motorized vehicles. The number of membrane modules in the device is determined by its performance requirement (hourly biomethane production).

Objasnění výkresůClarification of drawings

1) Zařízení odebírá pouze malou část z produkovaného surového bioplynu/skládkového plynu a je snadno integrovatelné do stávající technologie.1) The plant draws only a small part of the produced raw biogas / landfill gas and is easily integrated into existing technology.

2) Odpadní část plynu J9 prošlého stěnami vláken v membránových modulech 4 s navýšeným obsahem oxidu uhličitého je vrácena zpět do hlavního toku bioplynu/skládkového plynu a je dále využita v kogenerační jednotce 23. V zařízení na úpravu bioplynu/skládkového plynu na biomethan tak nedochází k žádným ztrátám methanu ani dalších energeticky využitelných plynů.2) The waste portion of the gas 9 passed through the fiber walls in the carbon dioxide-enhanced membrane modules 4 is returned to the main biogas / landfill gas flow and is further utilized in the cogeneration unit 23. Thus, the biogas / landfill gas treatment plant does not no losses of methane or other energy-efficient gases.

3) Zařízení Gas2Drive 20 je umístěno v rámci výrobny bioplynu/skládkového plynu těsně před kogenerační jednotkou 23, za chlazením bioplynu 22 a separací kondenzátu 21.3) The Gas2Drive 20 is located within the biogas / landfill plant just before the cogeneration unit 23, after cooling the biogas 22 and separating the condensate 21.

- 1 CZ 29848 Ul- 1 CZ 29848 Ul

Produkce biomethanu v zařízení Gas2Drive je v malých množstvích (řádově jednotky až desítky m³/h), takže je možné plyn spotřebovat lokálně jako palivo pro pohon motorových vozidel. Příklady uskutečnění technického řešeníThe production of biomethane in the Gas2Drive is in small quantities (on the order of units up to tens of m ³ / h), so that gas can be consumed locally as fuel for motor vehicles. Examples of technical solutions

Příklad 1Example 1

Zařízení je koncipováno tak, že bioplyn/skládkový plyn 18 je komprimován v kompresoru 1 na tlak až 1 MPa, shromažďuje se v tlakovém zásobníku 2, který je opatřen odkalovacím ventilem 3 a následně vstupuje do membránového modulu 4, jehož stěnami procházejí nežádoucí složky plynné směsí se zbytky methanu na druhou stranu jako zbytkový bioplyn 19 a biomethan zbylý uvnitř vláken je odváděn do druhého tlakového zásobníku 6 - vyrovnávací nádrže. Nízkotlaká část je vybavena redukčním 8 a odvzdušňovacím 7 ventilem. Za uzavíracím ventilem 9 oddělujícím částí zařízení následuje blok vysokotlakého kompresoru, který se skládá z 1. stupně 10 komprese, separátoru 11 kondenzátu, ventilu 12 kondenzátu, a 2. stupně 13 kompresoru. Vysokotlakým kompresorem je biomethan komprimován na tlak 25 MPa a následně je po dosušení a dočištění na molekulových sítech J4 prostřednictvím výdejního stojanu J_5 a distribučního ventilu 16 vtláčen přímo do nádrží motorových vozidel v době jejich odstávky (např. v nočních hodinách). Čerpání vozidel je závislé na výkonu zařízení a trvá zpravidla několik hodin. Typickou aplikací je využití v zemědělských podnicích produkujících bioplyn, provozujících dodávková vozidla a traktory.The device is designed such that the biogas / landfill gas 18 is compressed in the compressor 1 to a pressure of up to 1 MPa, collected in a pressure tank 2 equipped with a sludge valve 3 and subsequently enters the membrane module 4, with methane residues on the other hand as residual biogas 19 and the biomethane remaining inside the fibers is discharged to the second pressure reservoir 6 of the buffer tank. The low-pressure part is equipped with a pressure reducing valve 8 and a venting valve 7. The shut-off valve 9 separating the plant part is followed by a high-pressure compressor block consisting of a compression stage 1, a condensate separator 11, a condensate valve 12, and a compressor stage 13. The biomethane is compressed to a pressure of 25 MPa with a high-pressure compressor and, after drying and purification on molecular sieves 14, is dispensed directly through the fuel tanks at the time of shutdown (e.g. at night) via the fuel dispenser 15 and the distribution valve 16. Pumping of vehicles depends on the performance of the equipment and usually takes several hours. Typical applications are biogas farms, vans and tractors.

Příklad 2Example 2

Zařízení uvedené v příkladu 1 je doplněno o tlakový zásobník komprimovaného biomethanu, zapojený mezi vysokotlaký kompresor - 2. stupeň 13. komprese a molekulové síto J_4· Jednotlivá vozidla jsou pak plněna biomethanem komprimovaným v tomto zásobníku. Tím se umožní rychlé plnění vozidel trvající řádově několik minut a navýší se tak využitelná kapacita zařízení. Zároveň je zařízení vybaveno systémem řízení pro automatickou regulaci chodu zařízení na základě sledování tlaku plynů v jednotlivých zásobnících.The apparatus shown in Example 1 is supplemented with a compressed biomethane pressure reservoir connected between a high pressure compressor - 2nd stage 13 compression and a molecular sieve 14. The individual vehicles are then filled with the biomethane compressed in this reservoir. This will allow fast filling of vehicles lasting in the order of several minutes and increase the usable capacity of the device. At the same time the device is equipped with a control system for automatic regulation of the operation of the device based on monitoring of gas pressure in individual tanks.

Příklad 3Example 3

Zařízení je možné dovybavit komponenty na snížení množství simých příměsí v surovém bioplynu (tam, kde je obsah síry v plynu vysoký). Ke snížení obsahu síry dochází zařazením adsorpčního modulu 5, tedy tlakové nádoby naplněné adsorpčním materiálem.The equipment can be retrofitted with components to reduce the amount of carbon dioxide in the raw biogas (where the sulfur content of the gas is high). The sulfur content is reduced by the inclusion of an adsorption module 5, a pressure vessel filled with adsorbent material.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Zařízení Gas2Drive je využitelné u všech producentů bioplynu/skládkového plynu (typicky zemědělské farmy, čistírny odpadních vod nebo skládky komunálního odpadu), kteří zároveň provozují početný park motorových vozidel majících potenciál pro spotřebování vyrobeného biomethanu.The Gas2Drive is applicable to all biogas / landfill gas producers (typically agricultural farms, sewage treatment plants or municipal waste landfills) who also operate a large fleet of motor vehicles with the potential to consume biomethane produced.

Další aplikací může být pohánění vozidel svozu komunálního odpadu biomethanem vyrobeným ze skládkového plynu produkovaného na skládkách.Another application may be to drive municipal waste collection vehicles with biomethane produced from landfill gas produced in landfills.

NÁROKY NA OCHRANUPROTECTION REQUIREMENTS

Claims

An apparatus for the local production of biomethane with a capacity of 5 to 50 m ³ / h, comprising a low-pressure compressor (1), a pressure tank (2), membrane modules (4) for separating carbon dioxide and other constituents from raw biogas forming part of biogas a station, characterized in that it comprises at least one separation module (4) with biogas inlet and methane and waste gas outlet and at least one high-pressure compressor (13) into which methane line flows, wherein the separation module (4) is connected by a raw biogas line with pressure

The fuel tank (1) and the waste gas line (19) with the main raw biogas flow at the biogas plant.

The device according to claim 1, further comprising an adsorption module (5) connected downstream of the separation module (4).

Apparatus according to claim 1 or 2, further comprising a condensate separator (11), the inlet of which is connected to a high-pressure compressor (10) and an outlet to the high-pressure compressor (13), to which a drying device with a molecular sieve (14), to the output of which a dispenser (15) is connected.

Device according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises three parallel-connected separation modules (4).

2 drawings

List of reference marks:

1 - Low pressure compressor

2 -Pressure reservoir 1

3-Purge valve

4 -Separation modules

5 -Adsorption module

6 -Pressure reservoir 2

7 - Bleed valve

8 -Reduction valve

9 - Shut-off valve

10 -High pressure compressor 1st stage

11 - Condensate Separator

12 - Condensate valve

13 -High pressure compressor 2nd stage

14-Molecular sieve drying equipment

15 -Dispenser stand

16 -Distribution valve

17 - Biomethane pipe

18 - Biogas pipes

19 - Residual biogas piping

20 -Gas2drive Technology

21 -Separation of condensate

22 - Cooling of biogas

23 -Cogeneration unit.