RU127061U1 - Устройство для получения водородсодержащего газа - Google Patents
Устройство для получения водородсодержащего газа Download PDFInfo
- Publication number
- RU127061U1 RU127061U1 RU2012147295/05U RU2012147295U RU127061U1 RU 127061 U1 RU127061 U1 RU 127061U1 RU 2012147295/05 U RU2012147295/05 U RU 2012147295/05U RU 2012147295 U RU2012147295 U RU 2012147295U RU 127061 U1 RU127061 U1 RU 127061U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reactor
- hydrogen
- gas
- cavity
- containing gas
- Prior art date
Links
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 39
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 26
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 10
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 14
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 9
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000012531 culture fluid Substances 0.000 description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 3
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 3
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 3
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 2
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 2
- 238000012258 culturing Methods 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 2
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000620137 Carboxydothermus hydrogenoformans Species 0.000 description 1
- 241000542005 Carboxydothermus islandicus Species 0.000 description 1
- PLXBWHJQWKZRKG-UHFFFAOYSA-N Resazurin Chemical compound C1=CC(=O)C=C2OC3=CC(O)=CC=C3[N+]([O-])=C21 PLXBWHJQWKZRKG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000131970 Rhodospirillaceae Species 0.000 description 1
- 241001235254 Thermococcus kodakarensis Species 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 235000021582 food-grade substance Nutrition 0.000 description 1
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000011081 inoculation Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000011573 trace mineral Substances 0.000 description 1
- 235000013619 trace mineral Nutrition 0.000 description 1
- 235000013343 vitamin Nutrition 0.000 description 1
- 239000011782 vitamin Substances 0.000 description 1
- 229940088594 vitamin Drugs 0.000 description 1
- 229930003231 vitamin Natural products 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/32—Hydrogen storage
Landscapes
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Abstract
1. Устройство для получения водородсодержащего газа, характеризующееся тем, что оно содержит цилиндрический реактор с установленным коаксиально в его полости цилиндрическим патрубком, по оси которого установлена мешалка, и с размещенными соответственно на его нижнем торце барботером для подачи синтез-газа в полость цилиндрического патрубка и выходным патрубком для водородсодержащего газа на верхнем торце.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что мешалка выполнена в виде гребного винта.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что мешалка выполнена в виде шнека.
Description
Полезная модель относится к области биотехнологии, в частности, к техническим средствам производства водорода с помощью микроорганизмов.
Особенностью процессов получения водорода с помощью микроорганизмов является низкая по сравнению с термокаталитическими методами производительность, выраженная в (м3 H2)·(м3 объема реактора)-1·ч-1. Типичная производительность устройств для получения водорода с помощью микроорганизмов составляет от 0,05(м3 Н2)·(м3 объема реактора)-1·ч-1 для устройств в виде спиральных трубок (Sergei А. Markov and Paul F. Weaver (2008) Bioreactors for H2 Production by Purple Nonsulfur Bacteria // Biotechnology for fuels and chemicals, ABAB Symposium, 2008, Part 2, 79-86) до 1,1(м3 Н2)·(м3 объема реактора)-1·ч-1 для устройств в виде колонны с насадкой, представляющей собой стеклянные шарики диаметром 3 мм (E.J.Wolfrum and A.S.Watt (2002) Bioreactor Design Studies for a Hydrogen-Producing Bacterium // Appl Biochem Biotechnol., 98-100, 611-625).
Известно устройство для получения водорода с помощью микроорганизмов, таких как археи Thermococcus kodakaraensis (JP 2008061521, 2008), представляющее собой сосуд для культивирования указанных микроорганизмов, оснащенный насадкой для обеспечения прикрепленного роста микроорганизмов, средствами введения питательного раствора, содержащего аминокислоты и источник углерода для роста микроорганизмов (крахмал), средствами удаления отработанного питательного раствора и средствами выделения получаемого водорода.
Недостатками известного устройства являются необходимость использования питательного раствора, содержащего сравнительно дорогостоящие вещества пищевого назначения, такие как аминокислоты и крахмал, а также невозможность использования устройства для получения водорода из дешевого сырья непищевого назначения, такого как продукты газификации низкосортных углеродсодержащих топлив (синтез-газ).
Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для получения водородсодержащего газа с помощью микроорганизмов, (WO2010056462, 2010), состоящее из шахтного реактора глубиной от 50 до 600 м, в который подается газ, полученный из углеродсодержащего сырья в плазменном газификаторе, причем шахтный реактор оснащен разделительной стенкой, разделяющей объем реактора на части с восходящим потоком жидкости и с нисходящим потоком жидкости. Восходящий поток жидкости обеспечивается подачей перерабатываемого газа.
Недостатками указанного устройства являются низкая производительность, связанная с отсутствием перемешивающих устройств в объеме реактора, а также необходимость использования дорогостоящего оборудования для подачи перерабатываемого газа под давлением, превышающем давление столба жидкости в реакторе, поскольку заявленная глубина шахтного реактора от 50 до 600 м, что примерно соответствует давлению от 5 до 60 атм.
Задачей предлагаемой полезной модели является разработка устройства для получения водородсодержащего газа из синтез-газа с помощью микроорганизмов, обеспечивающего повышение производительности по водороду и сокращение затрат на реализацию технологии.
Поставленная задача достигается тем, устройство для получения водородсодержащего газа содержит цилиндрический реактор с установленным коаксиально в его полости цилиндрическим патрубком, по оси которого установлена мешалка, и с размещенными, соответственно, на его нижнем торце барботером для подачи синтез-газа в полость цилиндрического патрубка и выходным патрубком для водородсодержащего газа на верхнем торце.
Целесообразно мешалку выполнять в виде гребного винта или в виде шнека.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 и 2 приведены принципиальные схемы устройства.
Устройство для получения водородсодержащего газа с помощью микроорганизмов состоит из цилиндрического реактора 1, в полости которого коаксиально установлен цилиндрический патрубок 2 с образованием в реакторе внутренней полости 3 и внешней 4. На нижнем торце реактора 1 установлен барботер 5 для подачи синтез-газа в полость 3. При подаче синтез-газа обеспечивается восходящее движение культуральной жидкости с газом в полости 3 реактора 1 и нисходящее движение культуральной жидкости без газа в полости 4 реактора 1. В верхнем торце реактора 1 расположен выходной патрубок 6 для выхода переработанного газа. В полости 3 реактора 1 установлена мешалка, выполненная в виде системы перемешивающих элементов 7, закрепленных на валу 8. Перемешивающие элементы 7 предназначены для замедления восходящего потока культуральной жидкости с газом в полости 3 реактора 1 с целью увеличения времени контакта культуральной жидкости с газом и, вследствие этого, увеличения производительности реактора 1 по водороду. Мешалка может быть исполнена в различных вариантах, таких как гребной винт или шнек.
Устройство работает следующим образом.
Предварительно реактор 1 продувают инертным газом (азотом или аргоном), и помещают в него среду для культивирования микроорганизмов, обладающих свойством катализировать реакцию водяного газа. Затем помещают в реактор 1 микроорганизмы. После получения культуральной жидкости в полость 3 реактора 1 с помощью барботера 5 подают синтез-газ. Задают скорость вращения вала 8, чтобы его значение обеспечивало минимальную скорость всплытия пузырьков перерабатываемого газа. При этом число перемешивающих элементов 7 выбирают, исходя из условия обеспечения вышеуказанной скорости. Переработанный водородсодержащий газ выводят через патрубок 6 в резервуар для хранения переработанного газа с целью последующего выделения из него водорода.
Работа устройства иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. В стерилизованный паром и продутый аргоном реактор с установленными в нем внутриреакторной колонной, средствами подачи газа и перемешивающими элементами типа «гребной винт» помещают предварительно приготовленную стерильную среду для культивирования (состав указан в г/л), содержащую NH4Cl (0,66), MgCl2·6H2O (0,16), СаСl2·6Н2O (0,10), КСl (0,33), КН2РO4 (0,50) в дистиллированной воде, также добавлялись растворы микроэлементов по Кевбрину-Заварзину и витаминов по Волину из расчета 1,0 мл/л, а также резазурин до розового окрашивания раствора. После кипячения и охлаждения под током азота в среду также добавлялись NaHСО3 (0,50) и Na2S·9H2O (1,0), среда титровалась до рН=6,5 с помощью 6МНСl. Таким образом поучают среду для культивирования. Осуществляют засев биореактора культурой микроорганизмов Carboxydothermus hydrogenoformans DSM6008 с получением культуральной жидкости. В реактор подают порцию перерабатываемого синтез-газа из расчета 2-3 объема реактора, затем выдерживают реактор при температуре 65-70°С в течение 12 часов для обеспечения достаточной численности бактерий. Затем в непрерывном режиме производят подачу в реактор перерабатываемый синтез-газ, подбирают скорость вращения вала с перемешивающими элементами таким образом, чтобы скорость всплытия пузырьков перерабатываемого газа была минимальной. Производят анализ газа на входе и на выходе реактора методами газовой хроматографии. Из концентраций водорода на входе и на выходе реактора рассчитывают производительность реактора по водороду. Производительность реактора по водороду для описанного примера составляет 2,14 (м3 Н2)·(м3 объема реактора)-1·ч-1, что на 40% превышает производительность реактора в тех же условиях без установленных перемешивающих элементов.
Пример 2. В стерилизованный паром и продутый аргоном реактор с установленными в нем внутриреакторной колонной, средствами подачи газа и перемешивающими элементами типа «архимедов винт» помещают стерильную среду для культивирования по примеру 1. Осуществляют засев биореактора культурой микроорганизмов Carboxydothermus islandicus DSM21830. В реактор подают перерабатываемый газ из расчета 2-3 объема реактора, затем выдерживают реактор при температуре 65-70°С в течение 12 часов для обеспечения достаточной численности бактерий. Затем в непрерывном режиме подают в реактор перерабатываемый газ, подбирают скорость вращения вала с перемешивающими элементами таким образом, чтобы скорость всплытия пузырьков перерабатываемого газа была минимальной. Производят анализ газа на входе и на выходе реактора методами газовой хроматографии. Из концентраций водорода на входе и на выходе реактора рассчитывают производительность реактора по водороду. Производительность реактора по водороду для описанного примера составляет 2,17 (м3 Н2)·(м3 объема реактора)-1·ч-1, что на 42% превышает производительность реактора в тех же условиях без установленных перемешивающих элементов.
Таким образом, предлагаемая полезная модель обеспечивает повышенную производительность по водороду.
Claims (3)
1. Устройство для получения водородсодержащего газа, характеризующееся тем, что оно содержит цилиндрический реактор с установленным коаксиально в его полости цилиндрическим патрубком, по оси которого установлена мешалка, и с размещенными соответственно на его нижнем торце барботером для подачи синтез-газа в полость цилиндрического патрубка и выходным патрубком для водородсодержащего газа на верхнем торце.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что мешалка выполнена в виде гребного винта.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что мешалка выполнена в виде шнека.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012147295/05U RU127061U1 (ru) | 2012-11-07 | 2012-11-07 | Устройство для получения водородсодержащего газа |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012147295/05U RU127061U1 (ru) | 2012-11-07 | 2012-11-07 | Устройство для получения водородсодержащего газа |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU127061U1 true RU127061U1 (ru) | 2013-04-20 |
Family
ID=49153835
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012147295/05U RU127061U1 (ru) | 2012-11-07 | 2012-11-07 | Устройство для получения водородсодержащего газа |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU127061U1 (ru) |
-
2012
- 2012-11-07 RU RU2012147295/05U patent/RU127061U1/ru not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2018200574B2 (en) | Method for producing compound and compound production system used in said production method | |
| Lecker et al. | Biological hydrogen methanation–a review | |
| Savvas et al. | Biological methanation of CO2 in a novel biofilm plug-flow reactor: A high rate and low parasitic energy process | |
| RU2580646C1 (ru) | Ферментационная установка для метанассимилирующих микроорганизмов | |
| US20240254398A1 (en) | High productivity bioprocesses for the massively scalable and ultra-high throughput conversion of co2 into valuable products | |
| TWI835833B (zh) | 二氧化碳之生物轉換方法 | |
| RU2607782C1 (ru) | Биореактор для выращивания метанутилизирующих микроорганизмов | |
| WO2009020747A1 (en) | Moving bed biofilm reactor (mbbr) system for conversion of syngas components to liquid products | |
| CN113966387B (zh) | 用于产生甲烷的方法和装置 | |
| EA032296B1 (ru) | Способ ферментации синтез-газа с высоким коэффициентом массопереноса | |
| FI20195648A1 (en) | Bioreactors for growing micro-organisms | |
| KR101999106B1 (ko) | 고압 교반 반응기를 사용한 생물학적 수성가스 전환반응에서의 수소 생산성 증진 방법 | |
| CN105087441A (zh) | 一种复合菌群及其在合成气发酵产醇中的应用 | |
| CN110462051A (zh) | 用于气体发酵产品的方法和生物反应器 | |
| CN205953996U (zh) | 一种生物反应器 | |
| Palazzi et al. | Mathematical modelling and optimization of hydrogen continuous production in a fixed bed bioreactor | |
| RU2743581C1 (ru) | Ферментационная установка для культивирования метанокисляющих бактерий Methylococcus capsulatus | |
| US9732312B2 (en) | Method and device for feeding gases or gas mixtures into a liquid, suspension or emulsion in a reactor in a specific manner | |
| WO2012109379A2 (en) | Carbon management system | |
| CN102389707A (zh) | 基于自动化控制的桨降式持气内循环反硝化型甲烷厌氧氧化反应器 | |
| JP2012060957A (ja) | ガス供給方法及びガス供給装置 | |
| JP2007082437A (ja) | 微生物による有価物生産方法および有価物生産装置 | |
| WO2010110773A1 (en) | Methanogenic reactor | |
| CN102311923B (zh) | 一种微藻培养方法 | |
| RU2769129C1 (ru) | Ферментационная установка для культивирования метанокисляющих бактерий Methylococcus capsulatus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20201108 |