EA017934B1 - Способ обработки биогаза и биогазовая установка - Google Patents
Способ обработки биогаза и биогазовая установка Download PDFInfo
- Publication number
- EA017934B1 EA017934B1 EA201170436A EA201170436A EA017934B1 EA 017934 B1 EA017934 B1 EA 017934B1 EA 201170436 A EA201170436 A EA 201170436A EA 201170436 A EA201170436 A EA 201170436A EA 017934 B1 EA017934 B1 EA 017934B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- biogas
- gas
- exhaust gas
- fermentation
- methane
- Prior art date
Links
Classifications
-
- 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, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
- 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
- C10L3/08—Production of synthetic natural gas
-
- 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
- C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
- C12M21/04—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses for producing gas, e.g. biogas
-
- 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
- C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
- C12M23/36—Means for collection or storage of gas; Gas holders
-
- 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
-
- 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
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Zoology (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Microbiology (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Clinical Laboratory Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Treatment Of Sludge (AREA)
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
Abstract
Описывается способ обработки биогаза, при осуществлении которого газ из ферментации разделяется на пригодный для использования, состоящий главным образом из метанового газа поток биогаза и содержащий примеси поток отработавшего газа, который подвергается термическому или каталитическому окислению. Согласно изобретению поток отработавшего газа перед окислением пропускается через закрытые промежуточные резервуары и/или хранилища для остаточного брожения для создания атмосферы инертного газа в образующихся там взрывоопасных концентрациях газа.
Description
Изобретение относится к способу обработки биогаза, согласно которому газ из ферментации разделяется на пригодный для использования и состоящий главным образом из метана поток биогаза и содержащий примеси, главным образом, диоксид углерода, поток отработавшего газа, который окисляется термическим или каталитическим способом.
Далее изобретение относится к биогазовой установке с одним или несколькими ферментационными резервуарами и при необходимости с резервуарами для вторичного брожения, с установкой обработки биогаза для разделения биогаза и отработавшего газа, причем отвод отработавших газов включает заключительную термическую или каталитическую окислительную ступень, а также по меньшей мере с одним промежуточным резервуаром и/или хранилищем для остаточного брожения.
Под действием анаэробного брожения органических веществ образуется, в частности, метан, который представляет собою высокоценный энергоноситель, энергетическая ценность которого может использоваться, например, для отопления. К следующим компонентам газа, образующегося в процессе ферментации, относится диоксид углерода, сероводород, азот и другие примеси. Известно, что в области обработки биогаза производят отвод газового потока, содержащего главным образом метан, который можно подводить непосредственно в газовую сеть. При обработке неочищенных биогазов из ферментации необходимо производить обессеривание биогаза, осушку биогаза и, в особенности, отделение диоксида углерода. Отделение диоксида углерода в соответствии с уровнем техники можно производить, например, с помощью абсорбционной очистки газов промывочной жидкостью (например, водой, полигликолем, промывкой МЭА), с помощью адсорбции переменой давления (АПД), с помощью способа мембранного разделения (мокрый или сухой способ) или с помощью сжижения диоксида углерода.
С экологической и экономической точки зрения при обработке неочищенного биогаза потери метана необходимо сводить до минимума. Необходимо также исключать выбросы метана или диоксида углерода в атмосферу в соответствии с требованиями соглашения о защите климата от воздействия парниковых эффектов. При осуществлении известных в соответствии с уровнем техники способов отделения диоксида углерода возникает технически обусловленная потеря метана, которая в зависимости от используемого способа отделения СО2 составляет от 2 до 6 об.% (так как относительно всех присутствующих в биогазовой установке газах речь идет в значительной мере об идеальных газах, то в связи с этим показания в об.% можно приравнять к мол.%). По этой причине поток отработавшего газа при осуществлении почти всех способов обработки биогазов необходимо подвергать обработке. В кругу специалистов существует принципиальное различие между потерей метана, следовательно, количеством метана, которое нельзя подавать в газовую сеть, и концентрацией метана в потоке отработавшего газа. Например, при обработке биогаза с содержанием метана 53 об.% и потерей метана в количестве 3 об.%, а также с содержанием метана в подаваемом образующемся газе в количестве 96 об.%, концентрация метана в отработавшем газе составляет 3,42 об.%. Для сведения до минимума выбросов метана из биогазовой установки в окружающую среду законодатель принял финансовые меры поощрения (например, Технологический бонус на основании БЕС (Закон о возобновляемых источниках энергии) в Германии), согласно которому все же максимальное содержание метана в отработавшем газе из биогазовой установки ограничено до 0,5 об.% от выработанной при осуществлении биопроцесса массы метана. Для того чтобы сократить концентрацию метана, которая указана в приведенном выше примере, до требуемого значения 0,5 об.%, отработавший газ подвергают обычно термическому или каталитическому окислению. Для этой цели используют так называемые известные горелки на жидком кислороде, то есть горелки с беспламенным окислением, или каталитическое вторичное окисление (КВО). Для того чтобы можно было произвести вторичное окисление, требуется при необходимости добавлять биогаз, природный газ или сжиженный газ.
Наряду с этим в соответствии с уровнем техники известно также, что используемые для брожения органические вещества подвергают перед брожением подготовке или промежуточному хранению. Так, например, вполне приемлемо, если твердые вещества или загружают непосредственно прямо в ступень брожения, или промывают через различные системы, в то время как жидкие сырьевые вещества, например, навозная жижа или другие поддающиеся перекачке органические отходы буферизируют в большинстве случаев в одном или нескольких промежуточных резервуарах. В такие промежуточные резервуары могут отводиться также рециркуляты, то есть субстраты из различных участков установки и/или из сепарации, прежде чем их подадут в один или несколько ферментеров и в заключение в имеющиеся резервуары для вторичного брожения. Имеющийся остаток брожения отправляют на промежуточное хранение в так называемые хранилища для остаточного брожения или резервуары для остаточного брожения, или резервуары для хранения субстрата, или же конечные хранилища для дальнейшей переработки или для внесения на сельскохозяйственные угодья. В промежуточных резервуарах и в хранилищах для остаточного брожения образуются газы, вид и состав которых зависят от биологической активности и от органической степени расщепления хранящихся в резервуарах субстанций. В то время как образование биогаза в ферментерах или в резервуарах для остаточного брожения является целесообразным и с помощью предварительно отрегулированных условий стимулируется, образование газа в промежуточных резервуарах и хранилищах для остаточного брожения оказывает отрицательное влияние. Также с помощью
- 1 017934 добавления свежих и относительно сухих органических веществ, например, силосной массы с содержанием активных ферментов, или с помощью начала жидкой фазы из разделения твердых веществ/жидкости активных ферментов в процесс ферментации в резервуарах для предварительного хранения и заключительного хранения происходит отрицательное образование газа.
В соответствии с известным до настоящего времени уровнем техники промежуточные резервуары и/или хранилища для остаточного брожения являются частично открытыми, частично выполнены без герметичной крышки, так что образующиеся газы беспрепятственно вытекают в атмосферу. Эмитированные газовые смеси содержат не только газы с интенсивным запахом, например, сероводород, аммиак и меркаптаны и, соответственно, тиоспирт, но также и, в особенности, диоксид углерода и метан, которые хотя и не имеют запаха, однако представляют собою главные виновники антропогенного климатического потепления.
Метан представляет собою создающий парниковый эффект газ, который примерно в 25 раз более активный по сравнению с диоксидом углерода и, таким образом, всемирно считается одним из ответственных газов за возникновение парникового эффекта. Уже окисление метана до диоксида углерода и воды приводит к снижению парникового эффекта на фактор 25. В этом кроется также и причина того, почему в соответствии с новыми законодательными положениями требуется снизить долю выбросов метанового газа из биогазовых установок. Частично побуждение для принятия законодательных мер по снижению выбросов метана было основано на том, что в противном случае отпадала необходимость в дозволенных подъёмно-транспортных средствах, поскольку биогазовая установка не была снабжена резервуарами с герметичными крышками. Однако герметичные крышки хранилищ для остаточного брожения и промежуточных резервуаров служат причиной возникновения новых проблем, так как образующиеся метановые газы при нормальном давлении в контакте с воздухом при температуре окружающей среды, начиная с определенной концентрации, являются взрывоопасными, так что необходимо принимать дополнительные меры по защите от взрыва. Самая большая опасность заключается в том, что во время вывоза остатков брожения происходит опорожнение хранилища для остаточного брожения так, что образующее в результате такого опоражнивания пространство может принять большой объём взрывоопасных газов. Однако законодательные требования к биогазовым установкам в отношении предотвращения взрывов приводят к тому, что меры по защите от взрыва служат в конечном итоге причиной подорожания производства биогаза. Так, например, в Германии в отношении биогазовых установок необходимо соблюдать следующие административные постановления:
- Четвертое административное постановление по выполнению федерального закона о защите атмосферы от выбросов вредных веществ (Постановление об установках, нуждающихся в разрешении, 4.В1т8сйУ);
- Двенадцатое административное постановление по выполнению федерального закона о защите атмосферы от выбросов вредных веществ (Постановление о неполадках - 12.В1т8сйУ); и
- Правила по технике безопасности для сельскохозяйственных биогазовых установок, безопасные расстояния согласно пп.2.4.5.4 баллонных и подушечных накопителей, а также пленочных накопителей над хранилищами для навозной жижи или над резервуарами для брожения.
В других странах действуют постановления подобного рода.
Задача настоящего изобретения направлена на создание способа обработки биогаза, а также биогазовой установки, которая обеспечивает достаточную защиту от взрыва и, несмотря на это, обладает простым конструктивным исполнением, благодаря чему обеспечивается оптимальная экономичная эксплуатация.
Эта задача решается с помощью способа согласно по п.1, а также биогазовой установки по п.4 формулы изобретения. Усовершенствованные варианты описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.
Основная мысль настоящего изобретения заключается в том, что поток отработавшего газа из установки по обработке биогаза перед заключительным окислением пропускается через закрытый промежуточный резервуар и/или хранилище для остаточного брожения. Этот поток отработавшего газа, который состоит в основном из диоксида углерода и включает только незначительную часть метана, служит, таким образом, для создания атмосферы инертного газа в газовых объёмах промежуточного резервуара и/или хранилища для остаточного брожения. Таким образом, через эти свободные объёмы пропускается поток отработавшего газа, который предотвращает образование взрывоопасных газовых смесей и, соответственно, превышение таких концентраций, которые стимулировали бы взрывы. Этот эффект продувки можно осуществлять без больших затрат и исключать инвестиции для осуществления мер по защите от взрывов, которые необходимо производить в соответствии с предписанными положениями по защите от взрывов.
Поток отработавшего газа может последовательно пропускаться через имеющиеся промежуточные резервуары и/или хранилища для остаточного брожения, которые, впрочем, герметично закрыты. Такое конструктивное исполнение имеет преимущество, заключающееся в том, что только в последнем резервуаре, через который протекает газ, необходимо аккумулировать объём газа (рабочий объём), который
- 2 017934 необходим для управления термическим или каталитическим окислением с возможностью слежения за уровнем заполнения.
Следующее преимущество заключается в том, что газовые камеры всех резервуаров непрерывно промываются общим потоком отработавшего газа, и в результате этого исключается образование участков, в которых может возникать концентрация метана.
Следовательно, настоящее изобретение включает способ обработки биогаза, согласно которому биогаз из ферментации разделяется непосредственно на используемый и состоящий главным образом из метана газовый поток и на поток отработавшего газа, содержащий примеси, который подвергается термическому или каталитическому окислению. Поток отработавшего газа перед окислением пропускается через закрытые промежуточные резервуары и/или хранилища для остаточного брожения.
Под понятием газовый поток, состоящий главным образом из метана в рамках настоящего изобретения подразумевается газовый поток, который содержит по меньшей мере 90 об.% метана, предпочтительно по меньшей мере 95 об.% метана.
Само собой разумеется, что можно использовать и параллельное пропускание через резервуары, а это требует, чтобы поток отработавшего газа из биогазовой установки разделялся на такое соответствующее количество частичных потоков, которое необходимо для прохождения через резервуары, так чтобы в каждый промежуточный резервуар и/или резервуар для остаточного брожения обеспечивался подвод соответствующего газа в достаточном количестве. Выпуски для газа всех имеющихся резервуаров заходят в общий трубопровод для отработавшего газа, который ведет к стадии термического или каталитического окисления.
Отработавший газ в заключение преимущественно сжигается, а теплота сгорания используется для покрытия потребности в теплоте биогазовой установки и, при необходимости, внешних потребителей тепла.
В противоположность способам, которые известны из уровня техники, поток отработавшего газа, содержащий главным образом СО2, а также небольшие количества метана, пропускается не через ферментационные резервуары, резервуары для вторичного брожения или биореакторы, которые служат для выработки биогаза, а только лишь через герметично закрытые резервуары биогазовой установки, как промежуточный резервуар и/или хранилище для остаточного брожения, в которых образование метана и содержащего СО2 газа в принципе является нежелательным, так как в результате этого возникали бы проблемы, взаимосвязанные с вредными для климата выбросами в окружающую среду, а также проблемы, взаимосвязанные с техникой безопасности. Поток отработавшего газа, содержащий главным образом СО2, а также небольшие количества метана, подводится не в жидкие фазы с долей твердого вещества, которое включает субстрат, а подводится только через другие газообразные фазы, чтобы в соответствии со способом согласно настоящему изобретению изменить концентрацию присутствующих там газовых смесей. Обработка потока отработавшего газа согласно изобретению хотя и служит не для повышения выхода метана в выработанном в процессе ферментации биогазе, однако положительное воздействие на энергетический баланс всей установки возникает в результате того, что содержащийся в потоке отработанного газа метан, а также образованный в промежуточных резервуарах и в хранилищах для остаточного брожения метан, может преобразоваться через находящуюся ниже по технологической цепочке ступень окисления в тепловую энергию, которую также можно использовать (например, для покрытия потребности в теплоте самой биогазовой установки).
Уменьшение в промежуточных резервуарах и в хранилищах для остаточного брожения согласно настоящему изобретению массы горючих и быстро воспламеняющихся газов сокращает дорогостоящие меры по защите от взрыва.
Поток отработавшего газа из биогазовых установок содержит, как правило, от 2,3 до 6,4 об.% метана и от 96,7 до 93,6 об.% диоксида углерода. К остаткам относятся небольшие доли азота, кислорода, водорода и сероводорода. Смеси метанового газа при нормальном давлении и при 20°С с содержанием метана 4,3 об.% может быть взрывоопасными с нижним пределом взрывоопасности и с 16,3 об.% с верхним пределом взрывоопасности (при 100°С нижний предел 4,0%, верхний предел 17,3%), разумеется только в том случае, если доля инертного газа (например, СО2) будет составлять менее 30,5 об.% (при 100°С доля инертного газа составляет минимум 33,5 об.%). Дополнительные данные о пределах взрывоопасности смесей метанового газа специалисту известны из диаграмм с изображением треугольных координат. Отработавший газ установки по обработке биогаза с высоким содержанием инертного газа более 90 об.% не является взрывоопасным и может использоваться для создания атмосферы инертного газа свободных пространств в промежуточных резервуарах и в хранилищах для остаточного брожения. Вытеснение имеющегося воздуха через поток отработавшего газа для создания атмосферы инертного газа свободных пространств в промежуточных резервуарах и в хранилищах для остаточного брожения проводится уже до заполнения соответствующих резервуаров субстратом для брожения. В процессе эксплуатации установки непрерывное создание атмосферы инертного газа газовых участков в промежуточных резервуарах и хранилищах для остаточного брожения служит для того, чтобы образующийся в них в небольшом количестве биогаз разбавить газом с большим содержанием метана и для поддержания соответ
- 3 017934 ственно высокого содержания инертного газа (здесь СО2), в результате чего можно обеспечить защиту от взрыва. Предельное значение 17,5 об.% метана, при котором смесь метанового газа при нормальном давлении после контактирования с воздухом, и вследствие этого разбавления, воспламеняется при температуре окружающей среды, постоянно в значительной мере занижается.
Конструктивное исполнение резервуара, согласно которому он остается закрытым до поступления и отвода потока отработавшего газа, предотвращает наряду с этим распространение запаха, а также вытекания метана и/или диоксида углерода. Поток отработавшего газа, который параллельно или последовательно протекает через промежуточные резервуары и хранилища для остаточного брожения, в заключение окисляется, в частности, сжигается. При этом образующийся в резервуаре метан, а также утечка метана служит в процессе обработки в качестве топлива. Избыточная тепловая мощность экзотермической реакции в процессе обработки отработавшего газа отбирается в системе отопления и может использоваться, например, для покрытия потребности в теплоте биогазовой установки и, при необходимости, других потребителей тепла. При этом в соответствии со способом согласно настоящему изобретению используется не только энергетическая ценность доли метана из потока отработавшего газа, следовательно, в принципе потеря метана при обработке биогаза, но также и энергетическая ценность доли метана из дополнительного - сравнительно незначительного - производства биогаза в промежуточных резервуарах и в хранилищах для остаточного брожения. Использование этих долей метана является с экономической точки зрения целесообразным, так как использование согласно настоящему изобретению потока отработавшего газа можно осуществлять без больших технических затрат.
Примеры исполнения настоящего изобретения приведены на прилагаемых чертежах, а также на других примерах осуществления для технического исполнения.
Показано:
на фиг. 1 и 2 - соответственно блок-схемы прохождения биогаза и отработавшего газа и на фиг. 3 - схема биогазовой установки мощностью 6,5 МВт согласно настоящему изобретению.
Как показано на фиг. 1, биогаз из ферментации 10 подводится в установку 11 обработки биогаза, в которой производится разделение производственного газового потока 12, содержащего главным образом метановый газ, от потока 13 отработавшего газа, который содержит главным образом СО2. Производственный газовый поток можно подавать в газовую сеть 14. Поток отработавшего газа в соответствии со схемой расположения на фиг. 1 последовательно подводится в промежуточный резервуар 15, а также в хранилища 16, 17 и 18 для остаточного брожения, которые проходят последовательно, перед тем, как поток отработавшего газа будет подан в термическую или каталитическую ступень 19 окисления (последовательное расположение). Показанное на фиг. 2 расположение отличается от описанного выше расположения тем, что поток 13 отработавшего газа разделяется на несколько частичных потоков 13а, 13Ь, 13с и 134, которые подводятся соответственно раздельно в резервуары 15-18 (параллельное расположение). Эти резервуары содержат наряду с подводящим трубопроводом для газа отводящий трубопровод для газа, причем отводящие трубопроводы для газа из различных резервуаров 15, 16, 17 и 18 заходят в общий трубопровод, который ведет к термической или каталитической ступени 19 окисления. Полученные из термической или каталитической ступени окисления отработавшие газы 20 можно выпускать в атмосферу или подавать для дальнейшей обработки или использования. Образующаяся в термической или каталитической ступени окисления теплота 21 может использоваться для покрытия потребности в теплоте биогазовой установки и, при необходимости, внешних потребителей тепла.
Независимо от того, выберут ли для использования установку согласно фиг. 1 или 2, количество горючих или быстро воспламеняющихся газов, которые образуются в промежуточных резервуарах и в хранилищах для остаточного брожения, можно благоприятным образом свести до такого минимального содержания, которое уже не является взрывоопасным. Закрытое исполнение всех резервуаров 15-18 предотвращает диффузную эмиссию газа. Эмиссия метана предотвращается с помощью вторичного окисления. Вся установка и управление процессом построены простым образом и выполняют требования нормативных документов.
На приведенном на фиг. 3 варианте исполнения показано, каким образом можно осуществить в реальном техническом исполнении биогазовую установку мощностью 6,5 МВт, которая работает согласно изображенному на фиг. 1 способу в соответствии с настоящим изобретением с последовательным пропусканием потоков отработавшего газа.
Выработанный в реакторе 1 для ферментации биогаза биогаз поступает по газопроводу 2 (объёмный расход 1,200 м3/ч, содержание метана 53%) в установку 3 для обработки биогаза. После обработки биогаза (обессеривание, сжигание диоксида углерода с помощью АПД) поток производственного газа (объёмный расход 643 м3/ч, содержание метана 96%) по трубопроводу 4 поступает в установку 5 для подачи производственного газа. Состоящий главным образом из инертного газа СО2 поток отработавшего газа по трубопроводу 6 (объёмный расход 572 м3/ч, содержание метана 3,3%) подается последовательно через герметично закрытые хранилища 7, 8 и 9 для остаточного брожения, а также в заключение через герметично закрытый промежуточный резервуар 10 для создания атмосферы инертного газа. Между хранилищами 7, 8 и 9 для остаточного брожения образуются потоки 6а (объёмный расход 580 м3/ч) и 6Ь (объёмный расход 588 м3/ч) отработавшего газа, между последним хранилищем 9 для остаточного бро
- 4 017934 жения и промежуточным резервуаром 10 образуется поток 6с (объёмный расход 596 м3/ч, содержание метана 5,3%) отработавшего газа и после промежуточного резервуара 10 образуется поток 66 (объёмный расход 601 м3/ч, содержание метана 5,8%) отработавшего газа. Поток 66 отработавшего газа поступает по трубопроводу в известную горелку на жидком кислороде и котельную установку 11, в которой происходит беспламенное окисление. Из известной горелки на жидком кислороде и котельной установки 11 остаточный отработавший газ по трубопроводу 12 отводится в окружающую среду. Как в установке 3 для обработки биогаза, так и в известной горелке на жидком кислороде и котельной установке 11 образуется теплота, которая по каналам 13а и 13Ь снова подводится в биогазовую установку. При этом через теплообменник производится зарядка теплового аккумулятора (буферный накопитель), из которого производится отбор теплоты для биогазовой установки. В качестве передающей среды используется при этом, как правило, вода или смесь воды/гликоля.
Для отдельных газовых потоков описанной со ссылками на фиг. 3 биогазовой установки определяют характеристические величины, которые сведены в табл. 1.
Таблица 1. Характеристические величины для газовых потоков описанной биогазовой установки мощностью 6,5 МВт.
Биогаз:
Объёмный расход Содержание метана
Объёмный расход метана
Внутреннее обессеривание
Объёмный расход воздуха
Объёмный расход кислорода биогаза Объёмный расход азота биогаза Содержание кислорода в биогазе Содержание азота в биогазе Общий объёмный расход биогаза/воздуха Неочищенный биогаз после обессеривания
Объёмный расход
Содержание метана
Обработка биогаза (АПД)
Утечка метана
Объёмный расход производственного газа Содержание метана в производственном газе Доля осаждения кислорода Доля осаждения азота
Объёмный расход кислорода в производственном газе Объёмный расход кислорода в производственном газе Содержание кислорода в производственном газе Содержание азота в производственном газе Объёмный расход отработавшего газа Объёмный расход метана в отработавшем газе Объёмный расход кислорода в отработавшем газе Объёмный расход азота в отработавшем газе Содержание кислорода в отработавшем газе Содержание азота в отработавшем газе Содержание метана в отработавшем газе
1.200 м^ч объемный %
636 м3/ч м3/ч
3,15 м3/ч
11,85 м3/ч
0,26 объемный %
0,98 объемный %
1.215 м3/ч
1.215 м3/ч
52,3 объемный %
3,0 объемный % 643 м3/ч
96,0 объемный % 50,0 %
50,0 %
1,58 м3/ч
5,93 м3/ч
0,25 объемный %
0,92 объемный %
572 м3/ч
19,1 м3/ч
1,58 м3/ч
5,93 м3/ч
0,28 объемный %
1,04 объемный %
3,33 объемный %
Хранилище для остаточного брожения в качестве буфера для отработавшего газа из АПД: % от указанного
| Образование биогаза | выше 2,0 производства биогаза |
| Образование биогаза Содержание сероводорода (Н28) в полученном биогазе, макс. Образование метана Внесение метана через отработавший газ АПД Доля метана Необходимый рабочий объём газохранилища | 24,0 м3/ч 300,00 ррт 12,7 м3/ч 19,1 м3/ч 5,33 объемный % 1.622 м3 |
Промежуточный резервуар в качестве буфера для отработавшего газа из АПД:
- 5 017934
Образование биогаза
Содержание сероводорода (Н28) в образованном биогазе,
5,0 м3/ч
300,00 ррт макс.
Образование метана
Внесение метана из хранилища для остаточного брожения Общая доля метана
2,7 м3/ч
43,1 м3/ч
5,84 объемный % Отработавший газ из промежуточного резервуара для обработки отработавшего газа
Объёмный расход Содержание сероводорода (II-, 8) Общая доля метана Содержание кислорода в отработавшем газе Содержание азота в отработавшем газе Температура, минимальная Температура, максимальная Содержание влаги, макс.
601 м3/ч
14,47 ррт
5,84 объемный %
0,26 объемный %
0,99 объемный %
5°С °с
100%
Объёмные расходы отработавшего газа, используемого для создания атмосферы инертного газа, определяют в соответствии с данными табл. 2. Нумерация компонентов биогазовой установки обозначена теми же позициями, как и на фиг. 3.
Таблица 2. Потоки отработавшего газа, которые используются для создания атмосферы инертного газа в хранилищах для остаточного брожения и в промежуточных резервуарах.
Трубопровод из АПД 3 к хранилищу 7 для остаточного брожения
Объёмный расход 572 м3/ч
Размер Γ1Ν150
Внутренний диаметр 152,2 мм
Скорость потока 8,74 м/с
Падение давления 7,3 мбар
Трубопровод из хранилища 7 для остаточного брожения к хранилищу 8 для остаточного брожения Объёмный расхоД[п1] 580 м3/ч
Размер ϋΝ 300
Внутренний диаметр 302,6 мм
Скорость потока 4,41 м/с
Падение давления 0,3 мбар
Трубопровод из хранилища 8 для остаточного брожения к хранилищу 9 для остаточного брожения Объёмный расход^] 588 м3/ч
Размер ΠΝ 300
Внутренний диаметр 302,6 мм
Скорость потока 6,61 м/с
Падение давления 0,7 мбар
Трубопровод из хранилища 9 для остаточного брожения к хранилищу 10 для остаточного брожения Объёмный расход^] 596 м3/ч
Размер ϋΝ 300
Внутренний диаметр 302,6 мм
Скорость потока 2,51м/с
Падение давления 0,15 мбар
Трубопровод из промежуточного резервуара 10 к известной горелке 11 на жидком кислороде
Объёмный расход^)
Размер
Внутренний диаметр Скорость потока Падение давления
601 м3/ч ϋΝ 200 206,5 мм
5,39 м/с
1,25 мбар
В балансе массы образованных газов из всей установки вытекает сведенное в табл. 3 количество газа с их соответствующим пропорционально доле участия составом газов метана, кислорода, азота, сероводорода и диоксида углерода. При этом исходили из предположительной работы установки в течение 365 дней в году и соответственно по 24 ч в день.
- 6 017934
Таблица 3. Баланс массы газа и состав газа для биогазовой установки мощностью 6,5 МВт согласно фиг. 3
| Газ | Количеств О [м3/а] | СН4 [%] | о2 [%] | ν2 [%] | Н,8 [ррт] | со2 [%] |
| Неочищенный биогаз | 10.643.400 | 52,3 | 0,26 | 0,98 | <300 | 46,42 |
| Производственный газ | 5.629.395 | 96,0 | 0,25 | 0,92 | 0 | 2,83 |
| Инертный газ | 5.014.005 | 3,3 | 0,28 | 1,04 | 0 | 95,36 |
| Образование газа в резервуаре для остаточного брожения | 210.240 | 53 | 0 | 0 | <300 | 47,00 |
| Образование газа в промежуточном резервуаре | 43.800 | 53 | 0 | 0 | <300 | 47,00 |
| Использование газа в | 5.268.045 | 5,84 | 0,26 | 0,99 | 14,47 | 92,91 |
| известной горелке на жидком [ кислороде | |
Было установлено, что способ согласно настоящему изобретению, в соответствии с которым поток отработавшего газа из биогазовой установки перед заключительным окислением пропускается через закрытые хранилища для остаточного брожения и промежуточные резервуары, в выполненной согласно настоящему изобретению биогазовой установке доводиться до такого состояния, чтобы обеспечить, как защиту от взрыва, так и энергетически использовать биогаз, который был дополнительно получен в хранилищах для остаточного брожения и в промежуточных резервуарах. Отработавший газ из биогазовой установки имел концентрацию 3,3 об.% метана и 95,4 об.% диоксида углерода, так что он в связи со своим составом очень хорошо пригоден в качестве газа для создания атмосферы инертного газа в резервуарах для остаточного брожения и в промежуточных резервуарах. Выходящие потоки отработавшего газа по своему объёму были полностью достаточными для создания из биогаза атмосферы инертного газа в резервуарах для остаточного брожения и в сборных резервуарах, так что доля метана после последовательного протекания 3 хранилищ для остаточного брожения составила 5,33 об.%, а после дополнительного прохождения промежуточного резервуара составила 5,84 об.%. Следовательно, в любом случае концентрация метана в свободных объёмах газа внутри промежуточных резервуаров и резервуаров для остаточного брожения значительно ниже предельного показателя 17,5%, после которого в контакте с воздухом могла бы образоваться взрывоопасная газовая смесь. Внутри закрытых промежуточных резервуаров и резервуаров для остаточного брожения и без того предотвращается опасность взрыва вследствие наличия большой доли СО2, который действует как инертный газ. Образованный в промежуточных резервуарах и в резервуарах для остаточного брожения биогаз при объёме 254,040 м3/а составляет долю 2,4% от образованного в ферментационном реакторе биогаза и может дополнительно использоваться под действием заключительного окисления в известной горелке на жидком кислороде в качестве тепловой энергии для обогрева биогазового ферментёра. В результате закрытого исполнения промежуточных резервуаров и резервуаров для остаточного брожения, а также беспламенного окисления остаточного отработавшего газа предотвращается выброс в окружающую среду метана и диоксида углерода, так что в способе согласно настоящему изобретению и в биогазовой установке согласно настоящему изобретению учитываются также и аспекты защиты климата.
Claims (6)
- ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ1. Способ обработки биогаза, при осуществлении которого биогаз из ферментации разделяют на непосредственно пригодный для использования, состоящий главным образом из метанового газа газовый поток и содержащий примеси поток отработавшего газа, который подвергают термическому или каталитическому окислению, отличающийся тем, что поток отработавшего газа перед окислением пропускают через закрытые промежуточные резервуары и/или хранилища для остаточного брожения.
- 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отработавший газ последовательно пропускают через промежуточные резервуары и/или хранилища для остаточного брожения или разделяют на несколько частей, которые раздельно пропускают соответственно через промежуточные резервуары и/или хранилища для остаточного брожения.
- 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что отработавший газ в заключение сжигают, а теплоту сгорания используют для покрытия потребности в теплоте биогазовой установки и, при необходимости, внешних потребителей тепла.
- 4. Биогазовая установка содержит один или несколько ферментационных резервуаров, установку обработки биогаза для разделения биогаза и отработавшего газа, причем одна линия для отработавшего газа включает заключительную термическую или каталитическую ступень окисления и по меньшей мере один промежуточный резервуар и/или хранилище для остаточного брожения, отличающаяся тем, что линия для отработавшего газа проходит через промежуточный резервуар и/или хранилище для остаточного брожения, которые выполнены закрытыми до подвода газа и отвода газа.- 7 017934
- 5. Биогазовая установка по п.4, отличающаяся тем, что промежуточный резервуар и/или хранилище для остаточного брожения для направления отработавшего газа подключены последовательно или параллельно.
- 6. Биогазовая установка по п.4 или 5, отличающаяся тем, что дополнительно содержит средство для обработки биогаза посредством абсорбционной очистки газа с помощью промывочной жидкости, например воды, полигликоля, промывки МЭА посредством адсорбции переменой давления, посредством способа мембранного разделения (мокрый или сухой способ) или посредством сжижения диоксида углерода.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102008046879A DE102008046879A1 (de) | 2008-09-11 | 2008-09-11 | Verfahren zur Biogasaufbereitung und Biogasanlage |
| PCT/DE2009/075044 WO2010028643A2 (de) | 2008-09-11 | 2009-08-24 | Verfahren zur biogasaufbereitung und biogasanlage |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201170436A1 EA201170436A1 (ru) | 2011-10-31 |
| EA017934B1 true EA017934B1 (ru) | 2013-04-30 |
Family
ID=41396441
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201170436A EA017934B1 (ru) | 2008-09-11 | 2009-08-24 | Способ обработки биогаза и биогазовая установка |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8759601B2 (ru) |
| EP (1) | EP2334768B1 (ru) |
| DE (1) | DE102008046879A1 (ru) |
| DK (1) | DK2334768T3 (ru) |
| EA (1) | EA017934B1 (ru) |
| HR (1) | HRP20160423T1 (ru) |
| PL (1) | PL2334768T3 (ru) |
| UA (1) | UA97073C2 (ru) |
| WO (1) | WO2010028643A2 (ru) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102010028707B4 (de) * | 2010-05-06 | 2014-12-18 | GICON-Großmann Ingenieur Consult GmbH | Verfahren und Anlage zur gasdichten Prozessführung von Perkolatoren in einem zwei- oder mehrstufigen Biogasverfahren |
| DE102011109430A1 (de) * | 2011-08-04 | 2013-02-07 | Hans Friedmann | Fermentersystem sowie Verfahren zur kontinuierlichen Fermentation |
| DE102011111529B4 (de) | 2011-08-31 | 2016-03-17 | Siegfried Woitkowitz | Verfahren und Vorrichtung zur katalytischen, regenerativen und thermischen Oxydation von brennbaren Bestandteilen in bei einer sorptiven Aufbereitung von Biogas entstehenden Abgasen |
| EP2570164B1 (de) | 2011-09-16 | 2013-10-23 | MT-Biomethan GmbH | Verfahren und Vorrichtung zur absorptiven Entfernung von Kohlendioxid aus Biogas |
| WO2018226766A1 (en) * | 2017-06-05 | 2018-12-13 | Cambrian Innovation, Inc. | Process for a fixed film reactor and apparatus related thereto |
| DE102017007547A1 (de) * | 2017-08-10 | 2019-02-14 | Martin GmbH für Umwelt- und Energietechnik | Energieerzeugungssystem mit einem Heizkraftwerk und einer Vergärungsanlage und Verfahren zur Energieerzeugung |
| FR3112085B1 (fr) * | 2020-07-03 | 2023-11-17 | Air Liquide | Utilisation d’un flux de dioxyde de carbone issu de la séparation membranaire de biogaz pour inerter un moyen de stockage d’au moins une denrée agricole |
| FR3114515B1 (fr) * | 2020-09-28 | 2023-01-13 | Air Liquide | Installation de production de biométhane comprenant une structure de stockage inertée de déchets alimentaires ou agricoles |
| IT202100009929A1 (it) * | 2021-04-20 | 2022-10-20 | Alvus S R L | Sistema di sicurezza per operazioni su un digestore in presenza di biogas |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19947339A1 (de) * | 1999-10-01 | 2001-04-12 | Wolfgang Tentscher | Verfahren und Anlage zur Erzeugung und Aufbereitung von Biogas |
| DE10047264A1 (de) * | 2000-09-23 | 2002-04-25 | G A S Energietechnik Gmbh | Verfahren zur Nutzung von methanhaltigem Biogas |
| AT410273B (de) * | 2000-05-25 | 2003-03-25 | Herbert Josef Karlsreiter | Anlage zum abbau von biomasse durch mikroorganismen |
| EP1811011A1 (en) * | 2006-01-13 | 2007-07-25 | Gasrec Ltd | Methane recovery from a landfill gas |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5476001A (en) | 1977-11-30 | 1979-06-18 | Pioneer Electronic Corp | Audio multiplex broadcasting receiver |
| JPS57105296A (en) * | 1980-12-19 | 1982-06-30 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Methane gas generator |
| US4780415A (en) * | 1981-07-29 | 1988-10-25 | Gilbert Ducellier | Method of degrading organic products, by-products and scraps in an anaerobic medium |
| FR2607543B1 (fr) * | 1986-12-02 | 1991-11-15 | Valorga Sa | Procede de realisation d'un reservoir et reservoir ainsi obtenu |
| DE20104047U1 (de) * | 2000-07-14 | 2001-10-25 | BEKON Energy Technologies GmbH, 84032 Landshut | Bioreaktor zur Methanisierung von Biomasse und eine Biogasanlage zur Erzeugung von thermischer, elektrischer oder mechanischer Energie aus Biomasse mit einem solchen Bioreaktor |
| EP1681274A3 (en) * | 2005-01-17 | 2006-09-06 | Orgaworld B.V. | Method and device for carrying out a fermentation process in a reactor. |
-
2008
- 2008-09-11 DE DE102008046879A patent/DE102008046879A1/de not_active Ceased
-
2009
- 2009-08-24 US US13/063,645 patent/US8759601B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2009-08-24 PL PL09776150T patent/PL2334768T3/pl unknown
- 2009-08-24 WO PCT/DE2009/075044 patent/WO2010028643A2/de active Application Filing
- 2009-08-24 EA EA201170436A patent/EA017934B1/ru not_active IP Right Cessation
- 2009-08-24 UA UAA201104271A patent/UA97073C2/ru unknown
- 2009-08-24 EP EP09776150.6A patent/EP2334768B1/de not_active Not-in-force
- 2009-08-24 DK DK09776150.6T patent/DK2334768T3/en active
-
2016
- 2016-04-21 HR HRP20160423TT patent/HRP20160423T1/hr unknown
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19947339A1 (de) * | 1999-10-01 | 2001-04-12 | Wolfgang Tentscher | Verfahren und Anlage zur Erzeugung und Aufbereitung von Biogas |
| AT410273B (de) * | 2000-05-25 | 2003-03-25 | Herbert Josef Karlsreiter | Anlage zum abbau von biomasse durch mikroorganismen |
| DE10047264A1 (de) * | 2000-09-23 | 2002-04-25 | G A S Energietechnik Gmbh | Verfahren zur Nutzung von methanhaltigem Biogas |
| EP1811011A1 (en) * | 2006-01-13 | 2007-07-25 | Gasrec Ltd | Methane recovery from a landfill gas |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| UA97073C2 (ru) | 2011-12-26 |
| WO2010028643A2 (de) | 2010-03-18 |
| DE102008046879A1 (de) | 2010-03-25 |
| US8759601B2 (en) | 2014-06-24 |
| WO2010028643A3 (de) | 2010-07-15 |
| EA201170436A1 (ru) | 2011-10-31 |
| HRP20160423T1 (hr) | 2016-06-03 |
| US20110245572A1 (en) | 2011-10-06 |
| DK2334768T3 (en) | 2016-05-02 |
| EP2334768B1 (de) | 2016-03-16 |
| EP2334768A2 (de) | 2011-06-22 |
| PL2334768T3 (pl) | 2016-08-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EA017934B1 (ru) | Способ обработки биогаза и биогазовая установка | |
| Hren et al. | Hydrogen production, storage and transport for renewable energy and chemicals: An environmental footprint assessment | |
| Rafiee et al. | Biogas as an energy vector | |
| Junior et al. | Advancing anaerobic digestion of sugarcane vinasse: Current development, struggles and future trends on production and end-uses of biogas in Brazil | |
| Santarelli et al. | Carbon recovery and re-utilization (CRR) from the exhaust of a solid oxide fuel cell (SOFC): Analysis through a proof-of-concept | |
| Montingelli et al. | Influence of mechanical pretreatment and organic concentration of Irish brown seaweed for methane production | |
| da Silva Neto et al. | Production and use of biogas from vinasse: Implications for the energy balance and GHG emissions of sugar cane ethanol in the brazilian context | |
| Scarponi et al. | Risk assessment of a biogas production and upgrading plant | |
| Kunz et al. | Fundamentals of anaerobic digestion, biogas purification, use and treatment of digestate. | |
| Lacour et al. | Energy and environmental balance of biogas for dual-fuel mobile applications | |
| Full et al. | Carbon-negative hydrogen production (HyBECCS): An exemplary techno-economic and environmental assessment | |
| Park | Study for the bio-CNG recovery of methane gas in the anaerobic co-digestion using Malaysian POME (palm oil mill effluent) | |
| Owuor | Use of Biogas From Brewery Waste Water: a Case Study of Kenya Breweries Limited | |
| Moon et al. | A Study on Establishment of Technical Guideline of the Installation and Operation for the Biogas Utilization of Transportation and City Gas: Results of the Field Investigation | |
| Burkhardt et al. | Biologica l methanation by GICON®-trickle bed process–an upgrade for conventional bioga s plants | |
| Bukhmirov et al. | Increase Methane Emission of Biogas Plant Using Combined Charging Raw Materials | |
| RU2806323C1 (ru) | Углероднейтральная энергетическая система с жидким энергоносителем | |
| Ortiz et al. | ORANGE PEEL MANAGEMENT CAN MAKE THE SHIFT TO CLEANER SMALL-SCALE ORANGE JUICE INDUSTRIES. A COLOMBIAN CASE STUDY | |
| Shtefan et al. | Energy independence problem solving by biomass technologies | |
| Perrot | Installation of high efficiency fuel cells within the ACEA Pinerolese waste treatment site: an energy and economic analysis | |
| Katariya et al. | Biogas up-gradation by using packed bed water scrubber. | |
| Goňo et al. | Energy Use of biogas from waste water | |
| Gobarbhai | Experimental Studies on Biogas Enrichment and Comparative Performance Evaluation of Spark Ignition Engine with Enriched Biogas as Fuel | |
| Kouvo | High Efficiency Landfill Gas Fired Power Plant Process with ORC | |
| Aragão et al. | Energy use of biogas generated in a sewage treatment plant: potential to reduce eletricity costs and atmospheric emissions in northeast Brazil |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ KZ KG MD TJ TM |
|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): BY RU |