MD171Y - Gazometru umed de capacitate variabila - Google Patents

Abstract

Inventia se refera la domeniul agriculturii, si anume la gazometre utilizate la fermele zootehnice, la complexe si fabrici. Gazometrul umed de capacitate variabila contine un clopot plutitor (1), un rezervor (4) cu fund conic (5), stuturi pentru umplerea (7) si pentru golirea (6) rezervorului cu apa uzata, care serveste drept perdea hidraulica pentru clopotul plutitor (1), stuturi pentru debitarea si pentru evacuarea (13) biogazului. Dispozitivul este dotat suplimentar cu un cap distribuitor (9) racordat la o conducta (8) de debitare a biogazului, o conducta de legatura (10) si o conducta in forma de cerc perforata (11), montate cu posibilitatea reglarii amplasarii lor la diferite niveluri ale conductei (8) de debitare a biogazului; de asemenea este dotat cu un dispozitiv de curatare (16) a biogazului, constituit dintr-un corp cilindric (17) cu fund conic (18) si o vana (19) si fixat cu ecartament de peretele lateral al rezervorului (4) cu ajutorul unor console (20) cu arcuri (21) cu posibilitatea vibrarii de la un vibrator electric (22), amplasat pe capacul (23) corpului (17). Dispozitivul de curatare (16) a biogazului este racordat cu stutul (13) de evacuare a biogazului din rezervor (4) printr-un furtun flexibil (14), racordat cu un stut (15) de debitare si cu o conducta inferioara perforata (24) de distributie a biogazului. In interiorul corpului (17) pe un gratar (25) este instalat un container (26) din plasa cu umplutura (27) de fier si cocs, iar in partea superioara a corpului (17) este amplasat un stut (28) pentru evacuarea biogazului.

Description

Invenţia se referă la domeniul agriculturii, şi anume la gazometre utilizate la fermele zootehnice, la complexe şi fabrici.

Se cunoaşte un gazometru umed de capacitate variabilă, care conţine un rezervor umplut cu apă, având un sistem de încălzire cu elevator de aburi pentru menţinerea temperaturii stabile a apei şi un clopot umplut cu gaz, care pluteşte în acest rezervor [1].

Dezavantajul acestei soluţii constă în faptul că consumul de energie termică constituie 70…120 kcal/m3 de apă.

Se cunoaşte, de asemenea, un gazometru umed de capacitate variabilă, care conţine un clopot, ce pluteşte într-un rezervor cu fund plat şi ştuţuri pentru umplerea şi golirea rezervorului cu apă curgătoare, care joacă rolul de perdea hidraulică pentru clopotul plutitor, dotat cu ştuţul de evacuare a biogazului, la fermentarea anaerobă a deşeurilor organice [2].

Dezavantajul acestei soluţii constă în faptul că necesită un consum mare de apă curgătoare, pentru încălzirea căreia pe timp de iarnă se consumă multă căldură.

Cea mai apropiată soluţie este un gazometru umed de capacitate variabilă, care conţine un clopot plutitor în lichid şi un rezervor cu fund conic cu ştuţ pentru evacuarea rezervorului, precum şi ştuţuri pentru umplerea şi golirea rezervorului, lichidul servind în calitate de perdea hidraulică pentru clopotul plutitor şi ştuţurile de debitare şi evacuare a biogazului [3].

Dezavantajele acestei soluţii constau în faptul că sunt insuficiente absorbţia impurităţilor şi curăţarea biogazului barbotat din cauza introducerii lui localizate în masa de lichid, totodată existând necesitatea curăţării lui suplimentare de componenţii sulfurici şi a eliminării umidităţii excesive.

Problema pe care o rezolvă invenţia este ridicarea eficienţei proceselor de curăţare prin absorbţie a biogazului barbotat, de impurităţi cu ajutorul apei uzate fermentate şi încălzite în prealabil în metantancuri, precum şi eliminarea hidrogenului sulfurat agresiv şi concomitent a umidităţii excesive a biogazului prin condensarea şi absorbţia vaporilor de apă.

Dispozitivul, conform invenţiei, înlătură dezavantajele menţionate mai sus prin aceea că conţine un clopot plutitor, un rezervor cu fund conic, ştuţuri pentru umplerea şi golirea rezervorului cu apă uzată, care serveşte drept perdea hidraulică pentru clopotul plutitor, ştuţuri pentru debitarea şi evacuarea biogazului. Dispozitivul este dotat suplimentar cu un cap distribuitor racordat la o conductă de debitare a biogazului, o conductă de legătură şi o conductă în formă de cerc perforată, montate cu posibilitatea reglării amplasării lor la diferite niveluri ale conductei de debitare a biogazului; mai este dotat cu un dispozitiv de curăţare a biogazului, constituit dintr-un corp cilindric cu fund conic şi o vană şi fixat cu ecartament de peretele lateral al rezervorului cu ajutorul unor console cu arcuri cu posibilitatea vibrării de la un vibrator electric, amplasat pe capacul corpului. Dispozitivul de curăţare a biogazului este racordat cu ştuţul de evacuare a biogazului din rezervor printr-un furtun flexibil, racordat cu un ştuţ de debitare şi cu o conductă inferioară perforată de distribuţie a biogazului. În interiorul corpului pe un grătar este instalat un container din plasă cu umplutură de fier şi cocs, iar în partea superioară a corpului este amplasat un ştuţ pentru evacuarea biogazului.

Rezultatul invenţiei constă în ridicarea eficienţei absorbţiei impurităţilor şi curăţării biogazului barbotat ca urmare a posibilităţii de reglare pe verticală a capului distribuitor cu cercul perforat de introducere a biogazului în apa uzată prealabil încălzită şi fermentată anaerob în metantancuri. Concomitent datorită prezenţei dispozitivului cu umplutură din fier şi cocs se asigură uscarea biogazului de excesul de vapori de apă, din contul condensării acestora pe suprafaţa volumică a umpluturii şi eliminarea hidrogenului sulfurat rezidual prin legarea acestuia în sulfura de fier prin metoda semiuscată şi evacuarea acesteia. Procesele care au loc sunt bazate pe solubilizarea electrochimică a talaşului de fier, datorită electrolizei interioare ce se derulează la contactarea cu particulele de cocs polarizate catodic, în condiţii de vibraţie a acestora, cu acţiunea reciprocă ulterioară a ionilor de fier sau a hidroxizilor acestuia cu hidrogenul sulfurat, formându-se particule greu solubile de sulfură de fier. Datorită acesteia se asigură curăţarea suplimentară a biogazului de pe componenţii agresivi cu conţinut de sulf, prezenţa cărora scoate din uz conductele metalice de gaz şi ale arzătoarelor în cazanele de ardere directă a gazului, sau ale motoarelor cu ardere internă, precum şi ale instalaţiilor de cogenerare în cazul obţinerii energiei electrice şi termice.

Gazometrul umed de capacitate variabilă propus poate intra în componenţa bioreactoarelor anaerobe, care funcţionează în regimuri termice mezofile (cca 35°C) sau termofile (cca 55°C) cu utilizarea deşeurilor organice preîncălzite şi fermentate anaerob în flux continuu, acestea având o umiditate de 94…97% şi conţinând materii organice în suspensie decantabile.

În calitate de umplutură cu caracter galvanic se utilizează talaş din fier şi oţel-carbon fracţionat şi spălat de uleiuri şi activat în soluţie de acid clorhidric, care se formează la prelucrarea metalelor, particule cu dimensiuni de 5…7 mm, iar în calitate de umplutură din cocs, particule cu dimensiuni de 10…15 mm, menţinându-se în raport masic fier-cocs (3…5)/1.

Invenţia se explică prin desenul din figură, în care este reprezentată vederea generală a gazometrului umed de capacitate variabilă.

Gazometrul conţine un clopot plutitor 1 cu capac 2, un ventil 3 şi un rezervor 4 cu fund conic 5, ştuţuri pentru golirea 6 şi pentru umplerea 7 rezervorului cu apă uzată, care serveşte drept perdea hidraulică pentru clopotul plutitor 1, o conductă 8 de debitare a biogazului cu un cap distribuitor 9 cu o conductă de legătură 10 şi o conductă în formă de cerc perforată 11, o conductă verticală 12 cu un ştuţ 13 pentru evacuarea biogazului racordat printr-un furtun flexibil 14 cu un ştuţ 15 pentru debitare al dispozitivului de curăţare 16 a biogazului, care include un corp cilindric ermetic 17 cu fund conic 18 şi o vană 19, fixat cu ecartament de peretele lateral al rezervorului 4 cu ajutorul unor console 20 cu arcuri 21 cu posibilitatea vibrării de la un vibrator electric 22, amplasat pe capacul 23 corpului 17, care are în interiorul său amplasată o conductă inferioară perforată 24 de distribuţie a biogazului, iar pe un grătar 25 este instalat un container 26 din plasă cu umplutură 27 galvanică de fier şi cocs, în partea superioară a corpului 17 este amplasat un ştuţ 28 pentru evacuarea biogazului curăţat şi uscat. Clopotul plutitor 1 este suspendat de un scripete 29 cu greutăţile echilibrate 30 instalate pe suportul 31 cu grinda 32.

Gazometrul funcţionează în modul următor.

Prin ştuţul 7 în rezervorul 4 se introduce lichidul fermentat în bioreactorul anaerob până la nivelul C de vărsare a lui prin ştuţul de preaplin, apoi se deschide capacul 2 al clopotului 1, care sub acţiunea greutăţii sale se cufundă până la nivelul stabilit în lichidul fermentat cu diferenţa de cote B în raport cu nivelul lui în rezervorul 4, care poate fi reglat la niveluri stabilite la valori A conform înălţimii de plasare a capului distribuitor 9 instalat pe conducta 8 de debitare a biogazului, în aşa mod încât conducta în formă de cerc perforată 11 să se afle permanent în stratul de lichid. Concomitent cu aceasta se selectează greutatea contragreutăţii detaşabile echilibrate 30, suspendată cu ajutorul scripetelui 29 de grinda 32 a suportului 31. Greutatea se va alege ţinând cont de diametrul şi greutatea clopotului 1, respectând valoarea presiunii stabilită de normele în vigoare pentru biogaz în metantancuri şi gazometre. Dispozitivul funcţionează în flux continuu al lichidului fermentat, care se evacuează din rezervorul 4 prin ştuţul 6 spre tratarea ulterioară prin epurarea biologică aerobă şi eventual la o epurare terţiară cu ajutorul plantelor acvatice. După aceasta capacul 2 este închis ermetic şi se alimentează gazometrul cu biogaz, ceea ce face ca clopotul 1 să se ridice. Concomitent, datorită barbotării biogazului prin lichid, are loc absorbţia impurităţilor conţinute în el: bioxid de carbon (CO2), hidrogen sulfurat (H2S), parţial azot (N2) şi oxigen (O2), conducând la curăţarea biogazului. Apoi biogazul curăţat sub acţiunea surplusului de presiune, stabilit după diferenţa de greutăţi a clopotului 1 şi a greutăţii echilibrate 30, este evacuat prin ştuţul 13, furtunul flexibil 14, ştuţul pentru debitare 15 şi conducta inferioară perforată 24 în dispozitivul 16. Ultimul este constituit dintr-un corp cilindric ermetic 17 cu fund conic 18 şi o vană 19, aici efectuându-se curăţarea şi uscarea biogazului. Corpul 17 este fixat cu ecartament de peretele lateral al rezervorului 4 cu ajutorul unor console 20 cu arcuri 21 pentru facilitarea regenerării umpluturii 27 de fier-cocs prin vibrare, efectuată de către vibratorul electric 22. Umplutura 27 de fier-cocs galvanic, plasată în containerul 26 din plasă instalat, la rândul său, pe grătarul 25, execută două funcţii: curăţarea biogazului de hidrogen sulfurat şi uscarea lui de umiditatea excesivă, care trebuie să constituie în biogaz cca 2…3% volumice. Vaporii de apă conţinuţi în biogaz se condensează şi sunt absorbiţi pe umplutura de fier-cocs 27, ca urmare a cărui fapt în mediul umed al umpluturii, datorită diferenţei mari a red-ox potenţialelor electrochimice ale fierului şi cocsului, apare elementul galvanic, în care fără suprapunerea surselor exterioare de curent şi în lipsa reacţiilor chimice cocsul se polarizează catodic şi pe suprafaţa lui are loc reacţia de reducere a oxigenului cu alcalinizarea soluţiei, iar pe suprafaţa talaşului, fierul se corodează, urmare a desfăşurării reacţiei anodice de oxidare a fierului metalic în ioni de Fe2+ şi Fe3+:

Fe = Fe2+ + 2e- şi Fe = Fe3+ + 3e-

Apoi are loc legarea ionilor de fier formaţi cu radicalul hidrohil urmare a hidrolizei Fe2+ + 2HOH→Fe(OH)2 + 2H+ şi

Fe3+ + 3HOH→Fe(OH)3 + 3H+

care după aceasta reacţionează cu hidrogenul sulfurat formând sulfuri conform reacţiilor:

Fe(OH)2 + H2S = FeS + 2H2O + 2e,

Fe(OH)3 + 2H2S = FeS2 + 2H2O + 2H+ + 2e,

Fe(OH)3 + 15H2S = 4FeS2 + 3H2SO4 + 36H+ + e,

sau în câmpul S2-:

Fe(OH)2 + S2- + 2H+ = FeS + 2H2O + 2e,

Fe(OH)3 + S2- + 3H+ = FeS + 3H2O + 2e,

Fe(OH)3 + 2S2- + 3H+ = FeS2 + 3H2O + 2e.

În urma reacţiilor menţionate pe suprafaţa talaşului de fier se formează o peliculă afânată poroasă slab aderată la metalul-bază, constituită dintr-o masă lichidă a sulfurii de fier, ca urmare a procesului de vibrare a corpului 17 aceasta se scurge în jos în zona fundului conic 18 şi apoi, pe măsura acumulării în interiorul vanei 19, este evacuată din instalaţie. Astfel, vibrarea umpluturii 27 nu numai asigură eliminarea umidităţii excedente din biogaz, ci şi facilitează eliminarea suspensiei de sulfuri, formate la curăţarea biogazului de cantităţile reziduale ale hidrogenului sulfurat. Acest lucru asigură, de asemenea, regenerarea umpluturii 27 nu numai ca urmare a curăţării suprafeţei sale prin vibrare, ci şi a spălării cu fluxul de apă uzată tratată, ceea ce facilitează contactarea particulelor de fier cu cele de cocs şi desfăşurarea procesului de electroliză internă în scopul continuării reacţiilor de desulfitare şi uscare a biogazului în urma uscării vaporilor de apă pe umplutura 27.

În acest proces cocsul reprezintă un produs insolubil, care se consumă infinit de puţin, doar din contul uzurii mecanice prin frecare. Talaşul de fier reprezintă un component consumabil care, pe măsura consumului, trebuie compensat. Datorită faptului că containerul 26 cu umplutura 27 din fier cu cocs este sub formă de plasă şi este detaşabil, precum şi datorită capacului 23, el poate fi uşor schimbat cu altul nou, iar cel utilizat se spală şi se completează cu cantitatea necesară de talaş de fier, apoi din nou se utilizează în ciclul de curăţare şi uscare a biogazului.

Biogazul curăţat şi uscat se evacuează pentru utilizare în punctele termice sau instalaţiile de cogenerare. Instalarea aparatajului de control şi termoizolarea rezervorului 4 nu sunt arătate în figură, deoarece acestea pot fi realizate în diferite variante.

Pentru golirea rezervorului 4 de lichid, pentru lucrări de profilaxie sau de curăţare a fundului conic 5 al rezervorului, care se efectuează de 1…2 ori pe an, este prevăzut ştuţul 6 cu ventilul corespunzător.

Astfel se asigură atingerea scopurilor stabilite, de ridicare a eficienţei proceselor de curăţare prin absorbţie a biogazului barbotat de impurităţile conţinute prin trecerea lui prin lichidul deşeurilor organice fermentate anaerob, preîncălzite în flux continuu, îndeosebi de hidrogenul sulfurat agresiv şi concomitent de vaporii de apă saturaţi prin condensare şi absorbţie.

1. Типовой проект № 707-2-18-24с-86 «Мокрые газгольдеры различной емкости». Разработан ГИАП, утвержден и введен в действие Минудобрений протоколом № 25-III от 10 сентября 1985 г.

2. GB 2190682 A 1987.11.25

3. RU 2244203 C1 2005.01.10

Claims (1)

1. Gazometru umed de capacitate variabilă, care conţine un clopot plutitor, un rezervor cu fund conic, ştuţuri pentru umplerea şi golirea rezervorului cu apă uzată, care serveşte drept perdea hidraulică pentru clopotul plutitor, ştuţuri pentru debitarea şi evacuarea biogazului, caracterizat prin aceea că este dotat suplimentar cu un cap distribuitor racordat la o conductă de debitare a biogazului, o conductă de legătură şi o conductă în formă de cerc perforată, montate cu posibilitatea reglării amplasării lor la diferite niveluri ale conductei de debitare a biogazului; mai este dotat cu un dispozitiv de curăţare a biogazului, constituit dintr-un corp cilindric cu fund conic şi o vană şi fixat cu ecartament de peretele lateral al rezervorului cu ajutorul unor console cu arcuri cu posibilitatea vibrării de la un vibrator electric, amplasat pe capacul corpului, totodată dispozitivul de curăţare a biogazului este racordat cu ştuţul de evacuare a biogazului din rezervor printr-un furtun flexibil, racordat cu un ştuţ de debitare şi cu o conductă inferioară perforată de distribuţie a biogazului; în interiorul corpului pe un grătar este instalat un container din plasă cu umplutură de fier şi cocs, iar în partea superioară a corpului este amplasat un ştuţ pentru evacuarea biogazului.