PL212645B1 - Urzadzenie do usuwania siarkowodoru z biogazu - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do usuwania siarkowodoru z biogazu.

Metan jest drugim po dwutlenku węgla gazem odpowiedzialnym za efekt cieplarniany. Jego źródłem są zarówno procesy naturalne, np. fermentacja metanowa zachodząca na obszarach bagiennych powstawanie metanu na polach uprawy ryżu. Także znaczącym źródłem metanu są zwierzęta przeżuwające, które w procesie trawienia paszy wytwarzają pewne ilości metanu. Poważnym źródłem metanu mogą być również składowiska odpadów, z których metan, można odzyskiwać w postaci biogazu i wykorzystywać go do celów energetycznych. Jednak w sytuacji, kiedy zawartość metanu w biogazie spada poniżej 30% wykorzystanie biogazu do celów energetycznych staje się nieopłacalne. Emisja biogazu zawierającego metan poniżej 30%, trwa jednak przez dziesiątki lat wnosząc znaczący wkład do efektu cieplarnianego. Dlatego też prowadzone są prace nad usuwaniem metanu z biogazu emitowanego ze składowisk odpadów komunalnych. Jednym ze sposobów jest usuwanie metanu na biofiltrach. Biogaz wprowadza się do złoża, które stanowi materiał porowaty stwarzający dobre warunki do zasiedlenia przez mikroorganizmy. Złoże musi mieć zapewniony ciągły dostęp powietrza. Napowietrzanie intensyfikuje proces oczyszczania biogazu z metanu. W zależności od charakteru składowiska, systemu jego uszczelniania i odgazowania możliwe jest zastosowanie złoża metanotroficznego w postaci biofiltra wbudowanego w warstwę przykrywającą czaszę składowiska - tzw. „Bio-okna”, bio-windows, lub też umieszczenie go na zewnątrz tej warstwy. W pierwszym przypadku biogaz migrujący przez warstwę odpadów, będący pod pewnym ciśnieniem, natrafiając na materiał porowaty przechodzi przez niego oczyszczając się ze składników biodegradowalnych. W drugim przypadku biogaz zostaje doprowadzony do biofiltra z systemu odgazowującego. Istnieje także możliwość przykrywania całej powierzchni składowiska warstwą materiału stanowiącego złoże, bezpośrednio na warstwę odpadów, jednak to rozwiązanie przy obowiązujących dziś przepisach nie jest praktykowane. Ewentualnie jego wykorzystanie jest możliwe w przypadku starych składowisk, emitujących niewielkie ilości biogazu do atmosfery.

W procesie biofiltracji biogazu wykorzystuje się naturalne zdolności mikroorganizmów do utleniania metanu w warunkach tlenowych. W procesie tym metan zostaje utleniony do dwutlenku węgla. Drugim produktem reakcji jest woda.

CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O

Mikroorganizmy utleniające metan (metanotrofy) to głównie bakterie, które są rozpowszechnione w środowisku glebowym i wodnym. Należą do tlenowców mikroaerofilnych - preferujących niższe niż atmosferyczne stężenia tlenu. Mają one określone wymagania środowiskowe, w stosunku do pH i wilgotności podłoża, dostępności w nim biogenów i soli mineralnych, temperatury, powierzchni możliwej do zasiedlenia. Są one wrażliwe na działanie różnych związków chemicznych, np. amoniaku, pestycydów, siarkowodoru, których obecność powoduje obniżenie aktywności metanotroficznej. Jednak w procesie rozkładu odpadów powstają pewne ilości siarkowodoru, który zakłóca procesy biochemiczne odpowiedzialnych za biochemiczne utlenianie metanu do CO2 w biofiltrach. Zwiększenie sprawności biochemicznego utleniania metanu wymaga usunięcia siarkowodoru z biogazu kierowanego na biofiltr.

W czasopiśmie „Waste Management” w 2007 opisano próby usuwania siarkowodoru z zastosowaniem sorbenta uzyskanego z pirolizy mieszaniny osadów ścieków i pyłów dymnicowych w temperaturze 950°C. Wadą tej metody jest skomplikowany sposób produkcji sorbentu oraz to, że powstają stosunkowo duże ilości wtórnych odpadów jakim jest sorbent z zabsorbowanym siarkowodorem.

W patencie chińskim nr 2870960 siarkowodór utleniany jest biologicznie w dwu wieżach, w których znajduje się warstwa osadzonych mikroorganizmów.

W pracy opublikowanej w „Bioresource Technology”, 2006, s. 518-524 autor F.P. Van Der Zee i inni proponuje się zastosowanie anaerobowego reaktora - z małą ilością tlenu, w którym H2S zawarty 33 w biogazie jest mikrobiologicznie utleniany przy niskim, bo wynoszącym 0,7-0,9 m³/m³ dzień przepływie i zapewnieniu stosunku molarnego tlenu do siarki mieszczącym się w przedziale 8-10. Wadą tej metody jest mała wydajność jednostkowa procesu.

Podobnie w patencie chińskim nr 1724635 przedstawiono urządzenie do usuwania siarkowodoru i innych związków organicznych usuwających siarkę w filtrze wodnym. Następnie roztwór wodny zawierający H2S kieruje się do zbiornika, w którym jest odsiarczany i po odsiarczeniu kierowany jest do skrubera w celu usunięcia CO2. Po odpędzeniu CO2 w skruberze woda jest zawracana do procesu. Wadą tej metody jest to, że z uwagi na małą rozpuszczalność H2S w wodzie zachodzi potrzeba opePL 212 645 B1 rowania dużą ilością wody. Ponadto w czasie napowietrzania pewne, niewielkie ilości siarkowodoru przedostają się do otoczenia, z którego z uwagi na wysoką toksyczność muszą być usuwane, co wydatnie komplikuje proces.

Wadą wszystkich wymienionych metod jest niepełne, z reguły nie przekraczające 90%, usunięcie siarkowodoru z biogazu.

Istotą urządzenia do usuwania siarkowodoru z biogazu jest to, że składa się z komory, która w dolnej części przechodzi w stożkowy lej i kończy się króćcem wylotowym do odprowadzania osadu, zaś w górnej części leja wewnątrz komory znajduje się półwypukła, nieprzepuszczalna pokrywa z poziomymi porowatymi płytkami, przy czym w środkowej części komory od dołu znajduje się rura doprowadzająca biogaz do komory, w której znajduje się roztwór absorbujący, zaś w części górnej komory znajduje się króciec odpływowy, a w części bocznej komory znajduje się króciec wprowadzający.

Korzystnym skutkiem urządzenia według wynalazku jest to, że uzyskuje się osad siarczku miedzi, który stanowi surowiec wyjściowy do produkcji miedzi. Urządzenie jest proste, funkcjonalne i niezawodne w działaniu.

Urządzenie zostało przedstawione w przykładzie wykonania na rysunku w widoku.

Urządzenie do usuwania siarkowodoru z biogazu składa się z komory 8, która w dolnej części przechodzi w stożkowy lej 9 kończący się króćcem 6 wylotowym do odprowadzania osadu. Lej 9 od góry przykryty jest półwypukłą, nieprzepuszczalną pokrywą 2, której poziome płytki 4 są porowate tak, aby były przepuszczalne dla gazu. Koncentrycznie w leju 9 zamocowana jest rura i doprowadzająca biogaz. W komorze 8 znajduje się roztwór 3 absorbujący siarkowodór np. roztwór siarczanu miedzi, z którym siarkowodór tworzy trudno rozpuszczalny, łatwo krystalizujący osad.

Działanie urządzenia jest następujące: Biogaz wprowadzany jest do komory 8 rurą 1, wypływając z jej górnego końca, napotyka nieprzepuszczalną półwypukłą pokrywę 2, wtłaczany jest do roztworu 3 absorbującego przechodzi przez niego i przez porowate płyty 4, cały czas kontaktując się z roztworem. Po czym pozbawiony siarkowodoru opuszcza komorę 8 króćcem 5 odpływowym znajdującym się w górnej części komory 8. Roztworem absorbującym jest 1 molowy roztwór CuSO₄, który reagując z H₂S tworzy słabo rozpuszczalny siarczek miedzi, który krystalizując opada na dno leja 9. Okresowo króćcem 6 wylotowym odprowadza się zawiesinę siarczku miedzi i równocześnie króćcem 7 wprowadza się zawiesinę wodorotlenku miedzi.

Claims (1)

1. Urządzenie do usuwania siarkowodoru z biogazu, znamienne tym, że składa się z komory (8), która w dolnej części przechodzi w stożkowaty lej (9) i kończy się króćcem (6) wylotowym do odprowadzania osadu, zaś w górnej części leja (9) wewnątrz komory (8) znajduje się półwypukłą, nieprzepuszczalna pokrywa (2) z poziomymi płytkami (4), przy czym w środkowej części komory (8) od dołu znajduje się rura (1) doprowadzająca biogaz do komory, w której znajduje się roztwór (3) absorbujący, zaś w części górnej komory (8) znajduje się króciec (5) odpływowy, zaś w części bocznej komory znajduje się króciec (7) wprowadzający.