RU217503U1

RU217503U1 - Device for cryogenic extraction of carbon dioxide from a biogas stream

Info

Publication number: RU217503U1
Application number: RU2022132663U
Authority: RU
Inventors: Алексей Викторович Чечевичкин; Виктор Николаевич Чечевичкин; Владимир Иванович Масликов; Александр Николаевич Чусов; Наталья Анатольевна Политаева
Filing date: 2022-12-13
Publication date: 2023-04-04

Abstract

Полезная модель относится к области очистки газов, в частности, бизогаза, а именно к устройствам для очистки и криогенного извлечения углекислого газа из потока биогаза, содержащего сероводород и аммиак, состоящим из очистителя потока и криогенного отделителя углекислого газа из потока, последовательно соединенных между собой трубопроводом. Сущность полезной модели заключается в том, что устройство для очистки и криогенного извлечения углекислого газа из потока биогаза, содержащего сероводород и аммиак, состоит из очистителя потока и криогенного отделителя углекислого газа из потока, последовательно соединенных между собой трубопроводом, очиститель потока снабжен адсорбером, заполненным зернистым материалом, имеющим алюмосиликатную основу, обладающую катионообменными свойствами и оксидный слой диоксида марганца на наружной поверхности зёрен. Технический результат заключается в обеспечении эффективного удаления сероводорода и аммиака из потока биогаза при его разделении. 2 ил.

The utility model relates to the field of gas purification, in particular biogas, namely to devices for purification and cryogenic extraction of carbon dioxide from a biogas stream containing hydrogen sulfide and ammonia, consisting of a stream cleaner and a cryogenic carbon dioxide separator from the stream, connected in series by a pipeline . The essence of the utility model lies in the fact that the device for purification and cryogenic extraction of carbon dioxide from a biogas stream containing hydrogen sulfide and ammonia consists of a stream purifier and a cryogenic carbon dioxide separator from the stream, connected in series by a pipeline, the stream purifier is equipped with an adsorber filled with granular a material having an aluminosilicate base with cation-exchange properties and an oxide layer of manganese dioxide on the outer surface of the grains. The technical result consists in ensuring efficient removal of hydrogen sulfide and ammonia from the biogas stream during its separation. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к области очистки газов, в частности, бизогаза, а именно к устройствам для очистки и криогенного извлечения углекислого газа из потока биогаза, содержащего сероводород и аммиак, состоящим из очистителя потока и криогенного отделителя углекислого газа из потока, последовательно соединенных между собой трубопроводом.The utility model relates to the field of gas purification, in particular biogas, namely to devices for purification and cryogenic extraction of carbon dioxide from a biogas stream containing hydrogen sulfide and ammonia, consisting of a stream cleaner and a cryogenic carbon dioxide separator from the stream, connected in series by a pipeline .

В технике известны устройства, использующиеся для криогенной очистки газовых потоков.Devices are known in the art that are used for cryogenic purification of gas streams.

Известны устройства для очистки криогенных газов, содержащие адсорбционный элемент, расположенный в ванне с жидким криоагентом (патент на изобретение РФ № 2111425, кл. F25B43/00 (Установка для глубокой очистки криогенных газов от микропримесей, содержащая последовательно соединенные рекуперативный теплообменник и адсорбер, помещенные в ванну с жидким азотом, отличающаяся тем, что внутренняя полость адсорбера разделена на две сообщающиеся внизу зоны вертикальной перегородкой, а верхняя часть его обечайки служит сердечником, на который навит рекуперативный теплообменник с секцией для прохождения паров испаряющегося в ванне жидкого азота, наружный диаметр которого равен внутреннему диаметру ванны с жидким азотом по высоте навивки теплообменника)и патент на изобретение РФ № 2256857 кл. F25B3/00 (Устройство для глубокой очистки криогенных газов, содержащее цилиндрическую ванну с жидким криоагентом, в которую помещен цилиндрический адсорбер с навитым по его высоте рекуперативным теплообменником, соединенным с патрубком подачи газа на очистку в адсорбер через рекуперативный теплообменник, патрубок вывода очищенного газа из адсорбера, трубопровод для отвода паров испаряющегося в ванне жидкого криоагента, отличающееся тем, что устройство снабжено блоком регенерации адсорбера, имеющим измеритель его сопротивления газовому потоку, накопитель очищенного газа, соединенный с патрубком вывода очищенного газа, и трубопровод для удаления микропримесей из цилиндрического адсорбера, и двумя цилиндрическими металлокерамическими многослойными фильтропатронами, которые коаксиально установлены внутри цилиндрического адсорбера, причем объем между фильтропатронами заполнен адсорбентом)), позволяющие задерживать примеси из газового потока на адсорбенте при низких температурах.Devices for the purification of cryogenic gases are known, containing an adsorption element located in a bath with a liquid cryoagent (patent for the invention of the Russian Federation No. bath with liquid nitrogen, characterized in that the internal cavity of the adsorber is divided into two zones connected at the bottom by a vertical partition, and the upper part of its shell serves as a core, on which a recuperative heat exchanger is wound with a section for the passage of vapors of liquid nitrogen evaporating in the bath, the outer diameter of which is equal to the inner the diameter of the bath with liquid nitrogen along the height of the coiling of the heat exchanger) and patent for the invention of the Russian Federation No. 2256857 class F25B3/00 (Device for deep purification of cryogenic gases, containing a cylindrical bath with a liquid cryoagent, in which a cylindrical adsorber is placed with a recuperative heat exchanger wound along its height, connected to the branch pipe for supplying gas for purification to the adsorber through a recuperative heat exchanger, a branch pipe for the outlet of purified gas from the adsorber, a pipeline for the removal of vapors of liquid cryoagent evaporating in the bath, characterized in that the device is equipped with an adsorber regeneration unit having a meter of its resistance to gas flow, a purified gas accumulator connected to the outlet pipe of the purified gas, and a pipeline for removing microimpurities from the cylindrical adsorber, and two cylindrical ceramic-metal multilayer filter cartridges, which are coaxially installed inside the cylindrical adsorber, and the volume between the filter cartridges is filled with adsorbent)), allowing to retain impurities from the gas stream on the adsorbent at low temperatures.

Недостатком данных устройств является невозможность отделения углекислого газа от сопутствующих ему в биогазе сероводорода и аммиака, поскольку они имеют близкие температурные диапазоны существования жидкой фазы и величин температур плавления.The disadvantage of these devices is the impossibility of separating carbon dioxide from hydrogen sulfide and ammonia accompanying it in biogas, since they have close temperature ranges for the existence of a liquid phase and melting point values.

Метансодержащий газ используется в качестве топлива, а углекислый газ – в производственной деятельности. Оба продукта не должны содержать дурнопахнущих и токсичных примесей – сероводорода и аммиака, содержание которых в «сыром» биогазе может составлять до 0,5 и 1,0 об.%. Выделение же углекислого газа из биогаза также необходимо, поскольку его наличие (которое может составлять 25 – 55 об.%) существенно снижает теплотворную способность биогаза.Methane-containing gas is used as fuel, and carbon dioxide is used in production activities. Both products should not contain foul-smelling and toxic impurities - hydrogen sulfide and ammonia, the content of which in "raw" biogas can be up to 0.5 and 1.0 vol.%. The release of carbon dioxide from biogas is also necessary, since its presence (which can be 25 - 55 vol.%) significantly reduces the calorific value of biogas.

Сложность криогенного отделения токсичных примесей (сероводорода и аммиака) от углекислого газа заключается в близости температурных диапазонов существования этих газов в жидком состоянии (

= -78°С

= -65°С;

= -60°С;

= -82°С;

= -38,5°С;

= -75°С). Это обстоятельство не позволяет получить как чистый углекислый газ, так и чистый метансодержащий газ только криогенным способом.The complexity of the cryogenic separation of toxic impurities (hydrogen sulfide and ammonia) from carbon dioxide lies in the proximity of the temperature ranges for the existence of these gases in the liquid state (

= -78°C

= -65°С;

= -60°С;

= -82°C;

= -38.5°C;

= -75°C). This circumstance does not allow obtaining both pure carbon dioxide and pure methane-containing gas only by cryogenic method.

Известно устройство для криогенного отделения углекислого газа с использованием охлаждающей системы, состоящим из адсорбционного осушителя газового потока и конденсатора углекислого газа охлаждающего типа, последовательно соединенных между собой трубопроводами (патент на изобретение РФ № 2554697 кл. F25J3/06 (Охлаждающая система (50 – нумерация соответствует описанию аналога) для конденсации двуокиси углерода (CO₂) в потоке топочного газа, содержащая контур (51) охлаждения, содержащий хладагент, причем упомянутый контур охлаждения содержит многоступенчатый компрессор (52) хладагента, конденсатор (53) хладагента, охладитель (80) хладагента, охладитель (60) топочного газа, первый конденсатор (64) CO₂, второй конденсатор (70) CO₂, причем многоступенчатый компрессор хладагента выполнен с возможностью сжатия хладагента из охладителя топочного газа, первого конденсатора CO₂ и второго конденсатора CO₂ до давления P0, причем конденсатор хладагента выполнен с возможностью конденсации сжатого хладагента, охладитель хладагента выполнен с возможностью охлаждения, по меньшей мере, части конденсировавшегося хладагента, используя жидкий CO₂, отделенный в первом и/или втором конденсаторах CO₂, причем охладитель топочного газа выполнен с возможностью охлаждения потока топочного газа, используя первую часть охлажденного конденсировавшегося хладагента при первом давлении P1 расширения, которое ниже, чем P0, первый конденсатор CO₂ выполнен с возможностью конденсации и отделения первой части CO₂ от охлажденного потока топочного газа, используя вторую часть охлажденного конденсировавшегося хладагента при втором давлении P2 расширения, которое ниже, чем P1, второй конденсатор CO₂ выполнен с возможностью конденсации и отделения второй части CO₂ от охлажденного потока топочного газа, используя третью часть охлажденного конденсировавшегося хладагента при третьем давлении расширения P3, которое ниже, чем P2)).A device for cryogenic separation of carbon dioxide using a cooling system, consisting of an adsorption dryer of the gas stream and a cooling-type carbon dioxide condenser connected in series by pipelines (RF patent No. 2554697 class F25J3/06 (Cooling system (50 - numbering corresponds analogue description) for condensing carbon dioxide (CO ₂ ) in a flue gas stream, containing a cooling circuit (51) containing a refrigerant, and said cooling circuit contains a multi-stage refrigerant compressor (52), a refrigerant condenser (53), a refrigerant cooler (80), flue gas cooler (60), first CO ₂ condenser (64), second CO ₂ condenser (70), wherein the multistage refrigerant compressor is configured to compress the refrigerant from the flue gas cooler, first CO ₂ condenser and second CO ₂ condenser to pressure P0, wherein the refrigerant condenser is configured to condense the compressed refrigerant, the refrigerant cooler is configured to cool at least a portion of the condensed refrigerant using liquid CO ₂ separated in the first and/or second CO ₂ condensers, the flue gas cooler is configured to cool the flow of the flue gas using the first part of the cooled condensed refrigerant at the first expansion pressure P1 which is lower than P0, the first CO ₂ condenser is configured to condense and separate the first part of CO ₂ from the cooled flue gas stream using the second part of the cooled condensed refrigerant at the second pressure P2 expansion, which is lower than P1, the second CO ₂ condenser is configured to condense and separate the second part of CO ₂ from the cooled flue gas stream using the third part of the cooled condensed refrigerant at a third expansion pressure P3, which is lower than P2)).

Следует отметить, что адсорбционная осушка газа, реализованная в решении по патенту на изобретение РФ № 2554697, является частным случаем очистки этого газа, а именно от одного компонента - воды.It should be noted that the adsorption drying of gas, implemented in the solution according to the patent for the invention of the Russian Federation No. 2554697, is a special case of purification of this gas, namely from one component - water.

Недостатком этого устройства также является невозможность криогенного отделения углекислого газа не только от воды, но и от сероводорода и аммиака.The disadvantage of this device is also the impossibility of cryogenic separation of carbon dioxide not only from water, but also from hydrogen sulfide and ammonia.

Решение по патенту на изобретение РФ № 2554697 является наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемой полезной модели и принято за прототип.The decision on the patent for the invention of the Russian Federation No. 2554697 is the closest in terms of essential features to the claimed utility model and is taken as a prototype.

Технической проблемой, решаемой заявляемой полезной моделью, является получение из «сырого» неочищенного биогаза, образующегося из различного рода отходов (мусора, навоза, растительных отходов сельского хозяйства и др.) очищенного метансодержащего газа и очищенного углекислого газа.The technical problem solved by the claimed utility model is the production of purified methane-containing gas and purified carbon dioxide from "raw" untreated biogas generated from various types of waste (garbage, manure, agricultural waste, etc.).

Технический результат полезной модели заключается в обеспечении эффективного удаления сероводорода и аммиака из потока биогаза при его разделении.The technical result of the utility model is to ensure efficient removal of hydrogen sulfide and ammonia from the biogas stream during its separation.

Заявляемый технический результат достигается тем, что в состав устройства для очистки и криогенного извлечения углекислого газа из потока биогаза, содержащего сероводород и аммиак, состоящее из очистителя потока и криогенного отделителя углекислого газа из потока, последовательно соединенных между собой трубопроводом, входит адсорбер, заполненный зернистым материалом, имеющим алюмосиликатную основу, обладающую катионообменными свойствами и оксидный слой диоксида марганца на наружной поверхности зёрен.The claimed technical result is achieved by the fact that the device for purification and cryogenic extraction of carbon dioxide from a biogas stream containing hydrogen sulfide and ammonia, consisting of a stream cleaner and a cryogenic carbon dioxide separator from the stream, connected in series by a pipeline, includes an adsorber filled with granular material having an aluminosilicate base with cation-exchange properties and an oxide layer of manganese dioxide on the outer surface of the grains.

Для лучшего понимания сущности полезной модели рассматривается её описание с привлечением сопровождающих чертежей.For a better understanding of the essence of the utility model, its description is considered with the involvement of the accompanying drawings.

Фиг. 1. Схема заявляемого устройства.Fig. 1. Scheme of the proposed device.

Фиг. 2. Схема строения частицы зернистого материала в адсорбере.Fig. 2. Scheme of the structure of a particle of granular material in an adsorber.

Предлагаемые чертежи иллюстрируют только один предпочтительный вариант выполнения полезной модели, в рамках вариантности присущей ее отличительным признакам, и поэтому не могут рассматриваться в качестве ограничения содержания полезной модели, которая не включает другие варианты её исполнения.The proposed drawings illustrate only one preferred embodiment of the utility model, within the variance inherent in its distinctive features, and therefore cannot be considered as limiting the content of the utility model, which does not include other variants of its execution.

На фигуре 1 представлена схема заявляемого устройства для криогенного извлечения углекислого газа из потока биогаза, где обозначены: 1 – трубопровод подачи «сырого» (неочищенного) биогаза, 2 – очиститель потока, 3 – адсорбер, 4 – зернистый материал, имеющий алюмосиликатную основу 10, обладающую катионообменными свойствами, и оксидный слой 11 диоксида марганца на наружной поверхности зёрен, 5 – трубопровод очищенного биогаза, 6 – криогенный отделитель, 7 – трубопровод слива жидкого углекислого газа, 8 – трубопровод для отвода очищенного метансодержащего газа, 9 – корпус устройства.The figure 1 shows a diagram of the proposed device for cryogenic extraction of carbon dioxide from a biogas stream, where: 1 - pipeline for supplying "raw" (unpurified) biogas, 2 - stream purifier, 3 - adsorber, 4 - granular material having an aluminosilicate base 10, having cation-exchange properties, and an oxide layer 11 of manganese dioxide on the outer surface of the grains, 5 - pipeline of purified biogas, 6 - cryogenic separator, 7 - pipeline for draining liquid carbon dioxide, 8 - pipeline for removal of purified methane-containing gas, 9 - body of the device.

Сырой (неочищенный) биогаз подается по трубопроводу 1 в очиститель потока 2, в состав которого входит адсорбер 3, заполненный зернистым материалом 4, где после очистки (в т.ч. удаления сероводорода и аммиака) биогаз поступает в криогенный отделитель 6, где путём его охлаждения выделяется жидкий углекислый газ, отводимый по трубопроводу 7, а очищенный (от углекислого газа, сероводорода и аммиака) поток метансодержащего газа по трубопроводу 8 направляется для необходимого использования.Raw (untreated) biogas is supplied via pipeline 1 to flow cleaner 2, which includes an adsorber 3 filled with granular material 4, where, after purification (including removal of hydrogen sulfide and ammonia), biogas enters cryogenic separator 6, where, through its cooling, liquid carbon dioxide is released, which is discharged through pipeline 7, and the purified (from carbon dioxide, hydrogen sulfide and ammonia) flow of methane-containing gas through pipeline 8 is sent for the required use.

На фигуре 2 представлена схема строения частицы (зерна) зернистого материала 4 в адсорбере 3 заявляемого устройства. Зерно материала 4 состоит из его сердцевины10 (основы) алюмосиликатной природы и слоя оксида 11, расположенного на наружной поверхности этого зерна. Газообразный аммиак из потока диффундирует через слой оксида 11(с которым он не взаимодействует) и поглощается сердцевиной (основой)10по адсорбционному механизму. Газообразный сероводород из потока окисляется оксидом в наружном слое до элементарной серы, не взаимодействуя с сердцевиной (основой) зерна. Таким образом один материал, находящийся в адсорбере, одновременно удаляет из потока биогаза и аммиак, и сероводород.The figure 2 shows a diagram of the structure of the particle (grain) of the granular material 4 in the adsorber 3 of the proposed device. The grain of material 4 consists of its core 10 (base) of aluminosilicate nature and an oxide layer 11 located on the outer surface of this grain. Gaseous ammonia from the flow diffuses through the oxide layer 11 (with which it does not interact) and is absorbed by the core (base) 10 by the adsorption mechanism. Gaseous hydrogen sulfide from the flow is oxidized by the oxide in the outer layer to elemental sulfur without interacting with the core (base) of the grain. Thus, one material in the adsorber simultaneously removes both ammonia and hydrogen sulfide from the biogas stream.

Признак полезной модели «устройство для очистки и криогенного извлечения углекислого газа из потока биогаза содержащего сероводород и аммиак», присущий ограничительной части формулы настоящей полезной модели, является существенным признаком и необходимым условием для достижения технического результата в рамках области техники, заявляемого устройства, так как:The attribute of the utility model "device for purification and cryogenic extraction of carbon dioxide from a biogas stream containing hydrogen sulfide and ammonia", inherent in the restrictive part of the formula of this utility model, is an essential feature and a necessary condition for achieving a technical result within the scope of the claimed device, since:

а) обеспечивает взаимосвязь заявляемого устройства и прототипа, которому также присущ данный признак;a) provides the relationship of the claimed device and the prototype, which also has this feature;

б) относит заявляемое устройство к присущей ему области техники, а потому является существенным признаком и необходимым условием достижения технического результата, в рамках области техники заявляемого устройства.b) relates the claimed device to its inherent field of technology, and therefore is an essential feature and a necessary condition for achieving a technical result within the field of technology of the claimed device.

Признак полезной модели «состоящее из очистителя потока», присущий ограничительной части формулы настоящей полезной модели, является существенным признаком и необходимым условием для достижения технического результата в рамках области техники заявляемого устройства, так как:The attribute of the utility model “consisting of a flow cleaner”, inherent in the restrictive part of the formula of this utility model, is an essential feature and a necessary condition for achieving a technical result within the scope of the claimed device, since:

б) относит заявляемое устройство к присущей ему области техники, а потому является существенным признаком и необходимым условием достижения технического результата, в рамках области техники заявляемого устройства;b) relates the claimed device to its inherent field of technology, and therefore is an essential feature and a necessary condition for achieving a technical result within the scope of the claimed device;

в) обеспечивает принципиальную возможность очистки потока биогаза на заявляемом устройстве, то есть способствует достижению технического результата в рамках области техники заявляемого устройства.c) provides a fundamental possibility of cleaning the biogas flow on the claimed device, that is, it contributes to the achievement of a technical result within the scope of the claimed device.

Признак полезной модели «и криогенного отделителя углекислого газа из потока», присущий ограничительной части формулы настоящей полезной модели, является существенным признаком и необходимым условием для достижения технического результата в рамках области техники заявляемого устройства, так как:The feature of the utility model “and a cryogenic separator of carbon dioxide from the stream”, inherent in the restrictive part of the formula of this utility model, is an essential feature and a necessary condition for achieving a technical result within the scope of the claimed device, since:

б) относит заявляемое устройство к присущей ему области техники, а потому является существенным признаком и необходимым условием достижения технического результата в рамках области техники заявляемого устройства;b) relates the claimed device to its inherent field of technology, and therefore is an essential feature and a necessary condition for achieving a technical result within the field of technology of the claimed device;

в) обеспечивает принципиальную возможность отделения (выделения) углекислого газа из потока очищенного биогаза, то есть способствует достижению технического результата в рамках области техники заявляемого устройства.c) provides a fundamental possibility of separating (separating) carbon dioxide from a stream of purified biogas, that is, it contributes to the achievement of a technical result within the scope of the claimed device.

Признак полезной модели «последовательно соединенных между собой трубопроводами», присущий ограничительной части формулы настоящей полезной модели, является существенным признаком и необходимым условием для достижения технического результата в рамках области техники заявляемого устройства, так как:The attribute of the utility model "connected in series with each other by pipelines", inherent in the restrictive part of the formula of this utility model, is an essential feature and a necessary condition for achieving a technical result within the scope of the claimed device, since:

в) обеспечивает единство конструкции и функциональное единство заявляемого устройства, так как обеспечивает взаимодействие очистителя потока и криогенного отделителя углекислого газа между собой, а, следовательно, является необходимым условием достижения технического результата в рамках области техники заявляемого устройства.c) ensures the unity of design and functional unity of the claimed device, as it ensures the interaction of the flow cleaner and the cryogenic carbon dioxide separator with each other, and, therefore, is a necessary condition for achieving a technical result within the scope of the claimed device.

Данный обобщённый признак может быть реализован в виде конструкций, соединенных между собой трубопроводы, например, в вариантности: трубопроводы из металла или пластика, соединение может быть неразборным (например, сварным) или разборным (например, на фланцах или резьбах).This generalized feature can be implemented in the form of structures interconnected by pipelines, for example, in the variant: pipelines made of metal or plastic, the connection can be non-separable (for example, welded) or collapsible (for example, on flanges or threads).

Признак полезной модели «в состав очистителя потока входит адсорбер», присущий отличительной части формулы настоящей полезной модели, является существенным признаком и необходимым условием для достижения технического результата в рамках области техники заявляемого устройства, так как:The attribute of the utility model “the composition of the flow cleaner includes an adsorber”, inherent in the distinctive part of the formula of this utility model, is an essential feature and a necessary condition for achieving a technical result within the scope of the claimed device, since:

а) адсорбер – это аппарат для поглощения какого-либо компонента потока из основного потока газа, обеспечивающий замкнутый объём, в котором расположен поглощающий материал и в котором происходит взаимодействие потока газа и поглощающего материала;a) an adsorber is an apparatus for absorbing any component of the flow from the main gas flow, providing a closed volume in which the absorbing material is located and in which the gas flow and the absorbing material interact;

б) без этого замкнутого объёма поглощающий материал не будет очищать поток газа, так как не будет потока газа, ввиду того, что газ не будет находиться в замкнутом объеме;b) without this enclosed volume, the absorbent material will not clean the gas flow, since there will be no gas flow, due to the fact that the gas will not be in the closed volume;

Признак полезной модели «заполненный зернистым материалом», присущий отличительной части формулы настоящей полезной модели, является существенным признаком и необходимым условием для достижения технического результата в рамках области техники заявляемого устройства, так как:The attribute of the utility model “filled with granular material”, inherent in the distinctive part of the formula of this utility model, is an essential feature and a necessary condition for achieving a technical result within the scope of the claimed device, since:

а) зернистая форма материала обеспечивает максимальную площадь контакта компонентов очищаемого биогаза и материала в потоке, что в свою очередь обеспечивает переход части этих компонентов (сероводород и аммиак) из биогаза в зерно материала;a) the granular form of the material provides the maximum area of contact between the components of the biogas being treated and the material in the stream, which in turn ensures the transfer of some of these components (hydrogen sulfide and ammonia) from the biogas to the grain of the material;

б) зернистая форма материала обеспечивает малое сопротивление газовому потоку, что в свою очередь обеспечивает возможность движения биогаза через слой зерен, являющейся необходимым условием очистки этого биогаза;b) the granular form of the material provides a low resistance to the gas flow, which in turn allows the movement of biogas through a layer of grains, which is a necessary condition for the purification of this biogas;

в) зернистая форма материала наиболее просто загружается (перед проведением очистки) и выгружается (после её завершения) из замкнутого объёма адсорбера;c) the granular form of the material is most simply loaded (before cleaning) and unloaded (after cleaning) from the closed volume of the adsorber;

Признак полезной модели «имеющим алюмосиликатную основу, обладающую катионообменными свойствам», присущий отличительной части формулы настоящей модели, является существенным признаком и необходимым условием для достижения технического результата в рамках области техники заявляемого устройства, так как:The feature of a utility model "having an aluminosilicate base with cation-exchange properties", inherent in the distinctive part of the formula of this model, is an essential feature and a necessary condition for achieving a technical result within the scope of the claimed device, since:

а) алюмосиликатная основа за счёт своей структуры структурных элементов [SiO₄]^4- и [AlO₄]^5- обладает нескомпенсированным отрицательным зарядом, т.е. способна к катионному обмену;a) the aluminosilicate base due to its structure of structural elements [SiO ₄ ] ^4- and [AlO ₄ ] ^5- has an uncompensated negative charge, i.e. capable of cation exchange;

б) газообразный аммиак в условиях очистки потока биогаза на поверхности алюмосиликатной основыпосле поглощения частицей из потока будет находится в виде иона NH₄ ⁺, который хорошо удерживается по катионообменному механизму;b) gaseous ammonia under the conditions of purification of the biogas flow on the surface of the aluminosilicate base, after being absorbed by a particle from the flow, will be in the form of an NH ₄ ⁺ ion, which is well retained by the cation exchange mechanism;

в) алюмосиликатная основа, обладая хорошими катионообменными и прочностными характеристиками, лучше всего подходит для получения на наружной поверхности её частиц оксидного слоя диоксида марганца.c) the aluminosilicate base, having good cation-exchange and strength characteristics, is best suited for obtaining an oxide layer of manganese dioxide on the outer surface of its particles.

Таким образом алюмосиликатная основа позволит поглотить ион аммония, образовавшийся из аммиака, который содержится в биогазе, и одновременно с этим позволит нанести на себя слой оксидного материала, предназначенный для окисления сероводорода из потока биогаза.In this way, the aluminosilicate base will allow to absorb the ammonium ion formed from the ammonia contained in the biogas, and at the same time will allow to deposit a layer of oxide material on itself, designed to oxidize hydrogen sulfide from the biogas stream.

Признак полезной модели «и оксидным слоем диоксида марганца на наружной поверхности зёрен», присущий ограничительной части формулы настоящей полезной модели, является существенным признаком и необходимым условием для достижения технического результата в рамках области техники заявляемого устройства, так как:The attribute of the utility model “and an oxide layer of manganese dioxide on the outer surface of the grains”, inherent in the restrictive part of the formula of this utility model, is an essential feature and a necessary condition for achieving a technical result within the scope of the claimed device, since:

а) оксидный слой диоксида марганца в качестве твёрдого окислителя нужен для окисления (за счёт «активного» кислорода окисла) сероводорода до элементарной серы, что в свою очередь обеспечивает исключение загрязнителя из потока биогаза и фиксацию загрязнителя на поверхности частицы в твердой форме, то есть производит очистку;a) an oxide layer of manganese dioxide as a solid oxidizer is needed for the oxidation (due to the “active” oxygen of the oxide) of hydrogen sulfide to elemental sulfur, which in turn ensures the exclusion of the pollutant from the biogas flow and the fixation of the pollutant on the surface of the particle in solid form, that is, it produces cleaning;

б) расположение оксидного диоксида марганца слоя на наружной поверхности зёрен материала обеспечивает окисление сероводорода и отложение продукта этого окисления (элементарной серы) на поверхности (или в небольшом по глубине слое), что не препятствует поступлению (диффузии) аммиака (иона аммония) внутрь основы зерна.b) the location of oxide manganese dioxide layer on the outer surface of the grains of the material ensures the oxidation of hydrogen sulfide and the deposition of the product of this oxidation (elemental sulfur) on the surface (or in a layer with a small depth), which does not prevent the entry (diffusion) of ammonia (ammonium ion) into the base of the grain .

Особенности частных форм реализации устройства в части материала, из которого оно изготовлено, не влияют на достижение технического результата, который обеспечивается в любом из случаев, присущих данной степени обобщения признака, так как если заявляемое устройство изначально предназначено для криогенного извлечения углекислого газа из потока биогаза, согласно заявляемой области техники, то оно по своему определению всегда может использоваться для осуществления этой задачи. В рамках материала, из которого изготовлено устройство, этот материал не может повлиять на способность устройства извлекать углекислый газ из потока биогаза.Features of private forms of implementation of the device in terms of the material from which it is made do not affect the achievement of the technical result, which is provided in any of the cases inherent in this degree of generalization of the feature, since if the claimed device is originally intended for cryogenic extraction of carbon dioxide from a biogas stream, according to the claimed field of technology, then by definition it can always be used to carry out this task. Within the limits of the material from which the device is made, this material cannot affect the ability of the device to extract carbon dioxide from the biogas stream.

Данный обобщенный признак может быть реализован в материальном носителе, например, в вариантности: сталь, стекло, композитный материал, пластик.This generalized feature can be implemented in a material carrier, for example, in the variant: steel, glass, composite material, plastic.

Особенности частных форм реализации устройства в части составных частей, из которого оно образовано, не влияют на достижение технического результата, который обеспечивается конкретным назначением этих составных частей для достижения технического результата в заявляемой области техники, так как:Features of private forms of implementation of the device in terms of the components from which it is formed do not affect the achievement of the technical result, which is ensured by the specific purpose of these components to achieve the technical result in the claimed field of technology, since:

а) если в состав заявляемого устройства входит какой-либо очиститель потока, то по определению он очищает поток биогаза, т.е. способствует достижению технического результата;a) if the proposed device includes any stream cleaner, then by definition it cleans the biogas stream, i.e. contributes to the achievement of the technical result;

б) если в состав заявляемого устройства входит какой-либо криогенный отделитель углекислого газа, то по определению он выделяет из потока биогаза углекислый газ, т.е. способствует достижению технического результата.b) if the composition of the claimed device includes any cryogenic carbon dioxide separator, then by definition it releases carbon dioxide from the biogas stream, i.e. contributes to the achievement of technical results.

Данный обобщённый признак может быть реализован:This generalized feature can be implemented:

а) в вариантности типа адсорбера – с прямой или развернутой шихтой, вертикальный или горизонтальный;a) in the variant of the adsorber type - with a straight or expanded charge, vertical or horizontal;

б) в вариантности типа криогенного отделителя углекислого газа – вымораживателя углекислоты накопительного типа, криодистилляционной колонны, криосепаратора жидкой фазы.b) in the variant of the type of cryogenic carbon dioxide separator - accumulative carbon dioxide freezer, cryodistillation column, liquid phase cryoseparator.

Особенности частных форм реализации устройства в части конструкции адсорбера не влияют на достижение технического результата, который обеспечивается в любом из случаев, присущих данной степени обобщения признака, так как любой адсорбер по своему определению предназначен для поглощения компонентов газового потока твёрдым материалом, находящимся внутри него, и поэтому по своему определению его конструкция не может повлиять на способность его удалять те или иные компоненты из потока биогаза;Features of private forms of implementation of the device in terms of the design of the adsorber do not affect the achievement of the technical result, which is provided in any of the cases inherent in this degree of generalization of the feature, since any adsorber, by its definition, is designed to absorb the components of the gas flow by the solid material inside it, and therefore, by definition, its design cannot affect its ability to remove certain components from the biogas stream;

Данный обобщённый признак может быть реализован в виде конструкций адсорбера, например, в вариантности: вертикальный адсорбер с восходящим и нисходящим током биогаза, горизонтальный адсорбер, адсорбер с шихтой прямого сечения и адсорбер с развёрнутой шихтой, адсорбер периодического действия с заменой шихты или её химической регенерацией, адсорбер с регенерацией паром, растворителями, солевыми растворами.This generalized feature can be implemented in the form of adsorber designs, for example, in the variant: a vertical adsorber with an upward and downward flow of biogas, a horizontal adsorber, an adsorber with a direct section charge and an adsorber with an expanded charge, a batch adsorber with charge replacement or its chemical regeneration, adsorber with regeneration by steam, solvents, saline solutions.

Особенности частных форм зернистого материала в заявляемом устройстве в части размеров и формы зёрен не влияют на достижение технического результата, который обеспечивается в любом из случаев, присущих данной степени обобщения признака, так как:Features of private forms of granular material in the claimed device in terms of the size and shape of the grains do not affect the achievement of the technical result, which is provided in any of the cases inherent in this degree of generalization of the feature, since:

а) зернистый материал состоит из совокупности зёрен (частиц) материала, которые через свою наружную поверхность контактируют с компонентами потока биогаза, а следовательно участвуют в поглощении их. Размер зёрен (частиц) материала может влиять на количество поглощённой примеси, но не на принципиальную возможность этого, т.е. не влияет на достижение технического результата;a) granular material consists of a set of grains (particles) of the material, which, through their outer surface, are in contact with the components of the biogas flow, and therefore participate in their absorption. The size of the grains (particles) of the material can affect the amount of absorbed impurity, but not the fundamental possibility of this, i.e. does not affect the achievement of the technical result;

б) форма зёрен материала также не влияет на возможность материала удалять (поглощать) из потока биогаза примеси, поскольку частицы любой формы имеют наружную поверхность, на которой и происходит удаление примесей, т.е. достижение технического результата.b) the shape of the grains of the material also does not affect the ability of the material to remove (absorb) impurities from the biogas flow, since particles of any shape have an outer surface on which impurities are removed, i.e. achieving a technical result.

Данный обобщённый признак может быть реализован в материальном носителе (гранулах) в вариантности размеров 1,0 – 5,0 мм (для шихты прямого сечения адсорбера) и 0,1 – 1,0 мм (для развёрнутой шихты), а в вариантности формы гранул: круглой (овальной), цилиндрической, пластинчатой, игольчатой, а также неправильной формы.This generalized feature can be implemented in a material carrier (granules) in the size variation of 1.0–5.0 mm (for an adsorber straight-section charge) and 0.1–1.0 mm (for an expanded charge), and in the variation in the shape of the granules : round (oval), cylindrical, lamellar, needle-shaped, as well as irregular in shape.

Особенности частных форм зернистого материала, находящегося в адсорбере заявляемого устройства, в части количества не влияют на достижение технического результата, который обеспечивается в любом из случаев, присущих данной степени обобщения признака, так как количество зернистого материала влияет на количество удаляемых примесей, т.е. на ресурс работы адсорбера, а не на принципиальную возможность удаления примесей из потока биогаза, т.е. достижение технического результата.Features of private forms of granular material located in the adsorber of the proposed device, in terms of quantity, do not affect the achievement of the technical result, which is provided in any of the cases inherent in a given degree of generalization of the feature, since the amount of granular material affects the amount of impurities removed, i.e. on the service life of the adsorber, and not on the fundamental possibility of removing impurities from the biogas flow, i.e. achieving a technical result.

Особенности частных форм алюмосиликатной основы, обладающей катионообменными свойствами, в части их типа и состава не влияют на достижение технического результата, который обеспечивается в любом из случаев, присущих данной степени обобщения результата в заявляемой области техники, так как по определению алюмосиликат образован совокупностью структурных элементов [SiO₄]^4- и [Al(OH)₄]^5-, образующих более сложные структуры (кубооктаэдры) из которых построен их каркас, обладающий за счёт нескомпенсированного отрицательного заряда катионообменными свойствами.Features of particular forms of the aluminosilicate base with cation-exchange properties, in terms of their type and composition, do not affect the achievement of the technical result, which is provided in any of the cases inherent in this degree of generalization of the result in the claimed field of technology, since, by definition, aluminosilicate is formed by a combination of structural elements [ SiO ₄ ] ^4- and [Al(OH) ₄ ] ^5- , forming more complex structures (cuboctahedrons) from which their framework is built, which has cation-exchange properties due to the uncompensated negative charge.

Данный обобщённый признак может быть реализован в материальном носителе в вариантности: природные и синтетические цеолиты, формованные глинистые материалы, слюды.This generalized feature can be implemented in a material carrier in the following variants: natural and synthetic zeolites, molded clay materials, micas.

Данная полезная модель может быть осуществлена, например, в виде металлического корпуса, в который заключены мембранный фильтр, адсорбционная колонна (которые в совокупности являются очистителем потока) и проточного трубчатого охладителя потока (криогенный отделитель углекислого газа), причем все эти части соединенные между собой металлическими трубопроводами с фланцевым соединением, а адсорбционная колонна заполнена зернистым цеолитом, с нанесенной на его поверхностью диоксидом марганца (зернистый материал, имеющий алюмосиликатную основу, обладающую катионообменными свойствами и оксидным слоем диоксида марганца на наружной поверхности зёрен).This utility model can be implemented, for example, in the form of a metal case, which contains a membrane filter, an adsorption column (which together are a stream cleaner) and a flow tubular stream cooler (cryogenic carbon dioxide separator), all these parts being interconnected by metal pipelines with flange connection, and the adsorption column is filled with granular zeolite, with manganese dioxide deposited on its surface (granular material having an aluminosilicate base with cation-exchange properties and an oxide layer of manganese dioxide on the outer surface of the grains).

Заявляемое устройство для криогенного извлечения углекислого газа из потока биогаза найдет широкое применение в народном хозяйстве России, так как получение чистого углекислого газа крайне необходимо для развития многих отраслей промышленности, а также снижения его выбросов в атмосферу. Кроме того, заявляемое устройство способствует решению ещё одной важной народнохозяйственной задачи – получению очищенного метансодержащего газа, являющегося перспективным видом топлива из «сырого» биогаза.The proposed device for cryogenic extraction of carbon dioxide from a biogas stream will find wide application in the national economy of Russia, since the production of pure carbon dioxide is essential for the development of many industries, as well as reducing its emissions into the atmosphere. In addition, the proposed device contributes to the solution of another important national economic problem - obtaining purified methane-containing gas, which is a promising type of fuel from "raw" biogas.

Claims

A device for purification and cryogenic extraction of carbon dioxide from a biogas stream containing hydrogen sulfide and ammonia, consisting of a stream cleaner and a cryogenic carbon dioxide separator from the stream, connected in series by a pipeline, characterized in that the stream cleaner is equipped with an adsorber filled with granular material having an aluminosilicate a base with cation-exchange properties, and an oxide layer of manganese dioxide on the outer surface of the grains.