RU2549237C1

RU2549237C1 - Continuous underground generator of biohydrogen

Info

Publication number: RU2549237C1
Application number: RU2014150648/93A
Authority: RU
Inventors: Николай Михайлович Стоянов; Надежда Николаевна Криковцова
Original assignee: Николай Михайлович Стоянов
Priority date: 2014-11-24
Filing date: 2014-11-24
Publication date: 2015-04-20

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: objective of the invention is to convert an operable periodical biogenerator plant with manual charging-discharging for production of low-pressure biogas into an industrial continuous plant for production of biogas (biohydrogen) of high pressure (10-12 MSh) by installation of a bioreactor in the ground at the depth of around 2000 m, which will provide for optimal temperature conditions of reactions of anaerobic conversion of biomass, will develop conditions for self-flowing charging of a bioreactor with biomass, gaslift discharging of biogas and residual biopulp. For production of biohydrogen the following systems are provided: for biomass acidification up to pH=5.49: sowing of biomass with hydrogen-producing microorganisms; supply of biological catalyst into a zone of reaction of the bioreactor. Standard drilling equipment and materials may be used for arrangement of continuous underground generators of biogas (biohydrogen).

EFFECT: invention is ideally energy-saving and environmentally safe.

Description

Изобретение относится к области установок, предназначенных для утилизации сточных вод от жизнедеятельности животных и людей с целью получения биогаза (биоводорода).The invention relates to the field of installations intended for the disposal of wastewater from the livelihoods of animals and people in order to obtain biogas (biohydrogen).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является "Установка для получения биогаза" (см. Интернет-информацию "Биогаз. Сделай сам" http://www.akclub.narod.ru, http://akclub.narod. ru/06 Tematicheskije Napravlenija /01 Poselenija iz Rodovich Pomestij / 02, C.3). Указанная установка состоит из: биореактора, устроенного в Земле в бетонированной яме цилиндрической формы, заполненной до определенного уровня биомассой (навозом с мочой и добавкой воды), металлического колпака конической формы, газоотводящей трубы в верхней части колпака, а также водяного затвора, устроенного в бетонированной канавке за пределами ямы биореактора.The closest in technical essence to the proposed invention is the "Installation for biogas production" (see Internet information "Biogas. Do it yourself" http://www.akclub.narod.ru, http: //akclub.narod. Ru / 06 Tematicheskije Napravlenija / 01 Poselenija iz Rodovich Pomestij / 02, C.3). The specified installation consists of: a bioreactor arranged in the Earth in a concrete cylindrical pit filled to a certain level with biomass (manure with urine and added water), a conical metal cap, a gas outlet pipe in the upper part of the cap, and a water shutter arranged in a concrete groove outside the bioreactor pit.

Главными недостатками описанной выше установки являются: необходимость вручную периодического заполнения и опорожнения полости биореактора; необходимость обогрева биореактора, особенно в зимний период, для обеспечения оптимальной температуры переработки биомассы (+35°С); сравнительно невысокое давление биогаза на выходе из установки, которое определяется глубиной слоя воды и водяном затворе (500-800 мм в.с); необходимость периодического демонтажа и последующего монтажа верхней части установки при проведении погрузсчно-разгрузочных операций,The main disadvantages of the setup described above are: the need for manually periodically filling and emptying the bioreactor cavity; the need to heat the bioreactor, especially in winter, to ensure the optimum temperature of biomass processing (+ 35 ° C); the relatively low pressure of biogas at the outlet of the installation, which is determined by the depth of the water layer and the water gate (500-800 mm v.s); the need for periodic dismantling and subsequent installation of the upper part of the installation during loading and unloading operations,

В основу предлагаемого изобретения поставлена задача преобразования работоспособной периодически действующей примитивной биогенераторной установки в промышленную непрерывнодействующую биогенераторную установку, исключающую ручной труд, обеспечивающую получение биогаза (биоводорода) высокого давления (10-12 МПа) путем заглубления биореактора в Землю на глубину порядка 2000 м.The basis of the invention is the task of converting a workable periodically operating primitive biogenerator plant into an industrial continuous biogenerator plant, excluding manual labor, providing high pressure biogas (biohydrogen) (10-12 MPa) by deepening the bioreactor into the Earth to a depth of about 2000 m.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого изобретения, включающего в себя: ёмкость с биомассой 1, трубу подвода биомассы в биореактор 2, корпус биореактора 3. кондуктор - конструктивную и экологическую защиту биореактора 4, тепловой поток от Земли к активной зоне биореактора 5, торцевой башмак корпуса биореактора б, трубу отвода биогаза из корпуса биореактора 7, трубу отвода остаточной биопульпы 8, ёмкость с укислителем 9, дозатор подачи укислителя в биомассу 10, датчик щелочности биомассы 11, датчик кислотности биомассы 12, магистраль подвода укислителя в трубу подвода биомассы в биореактор 13, ёмкость с посевной микрофауной 14, дозатор подачи посевной микрофауны 15, магистраль подачи посевной микрофауны в биомассу 16, ёмкость с биостимулятором переработки биомассы 17, дозатор подачи биостимулятора в биореактор 18, магистраль подвода биостимулятора в биореактор 19, распределительное устройство подачи биостимулятора в корпусе биореактора 20, рабочий напор биомассы H₁, рабочий напор биопульпы Н₂, активную зону биореактора Н₃.In FIG. 1 is a diagram of the invention, including: a tank with biomass 1, a biomass supply pipe to the bioreactor 2, a bioreactor body 3. a conductor is the structural and environmental protection of the bioreactor 4, the heat flux from the Earth to the active zone of the bioreactor 5, the end shoe of the bioreactor body b , a biogas removal pipe from the bioreactor body 7, a residual biopulse removal pipe 8, a container with an oxidizing agent 9, a dispenser for supplying an oxidizing agent to biomass 10, an alkalinity sensor for biomass 11, an acidity sensor for biomass 12, an oxidizer supply line cutting biomass into bioreactor 13, tank with seed microfauna 14, seed meter for feeding microfauna 15, feed line for seed microfauna in biomass 16, tank with biostimulator for biomass processing 17, meter for supplying biostimulator to bioreactor 18, biostimulator feed line for biostimulator 19, feed biostimulator in the housing of the bioreactor 20, the working pressure of the biomass H ₁ , the working pressure of the biopulp H ₂ , the active zone of the bioreactor H ₃ .

Предлагаемое устройство работает следующим образом: биомасса из ёмкости, 1 через трубу подвода биомассы в биореактор 2 за счет действия силы тяжести столба биомассы и действия подъёмных сил газлифта

самотеком перемещается в межтрубную полость биореактора, где анаэробные бактерии посевной микрофауны, находясь при оптимальных температурах +35...+55 °С за счет внутреннего тепла Земли и при кислотности биомассы рН=5,49 за счет подачи укислителя преобразуют биомассу в биогаз (смесь биоводорода, двуокиси углерода и других компонентов), биоил и воду. Биопульпа с пузырьками биогаза поднимается в верхнюю часть корпуса биогенератора, где разделяется на биогаз и остаточную биопульпу (смесь биоила, воды и растворенного в них биогаза), по трубе отвода 7 биогаз направляется на очистку, разделение на компоненты и на потребление, остаточная биопульпа по трубе 8 отводится на дальнейшую переработку. Элементы установки 9...20 представляют собой системы, предназначенные для обеспечения оптимальных условий работы водородогенных анаэробных микроорганизмов. Система укисления биомассы включает в себя: укислитель (уксусная кислота СН₃СООН), который из ёмкости 9 с помощью дозатора подачи 10.по команде датчиков щелочности 11 и кислотности 12 через магистраль подвода укислителя 13 подается в трубу 2 подвода биомассы в биореактор, обеспечивая кислотность перерабатываемой биомассы рН 5,49.The proposed device works as follows: biomass from a tank, 1 through a biomass supply pipe to a bioreactor 2 due to the action of gravity of the biomass column and the action of the lifting forces of a gas lift

by gravity it moves to the annulus of the bioreactor, where the anaerobic bacteria of the planting microfauna, being at optimal temperatures of +35 ... + 55 ° C due to the internal heat of the Earth and at pH biomass pH = 5.49, biomass is converted into biogas by feeding an oxidizing agent (mixture biohydrogen, carbon dioxide and other components), bioil and water. A biopulp with biogas bubbles rises to the upper part of the biogenerator body, where it is separated into biogas and residual biopulse (a mixture of bioil, water and biogas dissolved in them), biogas is sent through a discharge pipe 7 for purification, separation into components and for consumption, and residual biopulse through a pipe 8 is reserved for further processing. Elements of the installation 9 ... 20 are systems designed to ensure optimal working conditions of hydrogenogenic anaerobic microorganisms. The biomass acidification system includes: an oxidizing agent (acetic acid CH ₃ COOH), which is supplied from the tank 9 using a feed meter 10. by the command of alkalinity sensors 11 and acidity 12 through the feed line of oxidizer 13 is fed into the pipe 2 for supplying biomass to the bioreactor, providing acidity recyclable biomass pH 5.49.

Система подачи посевной микрофауны в биомассу: посевная микрофауна (Caldicellusraptor saecharoluticus и Termatoga elfi) из ёмкости 14 с помощью дозатора 15 через магистраль подачи микрофауны 16 подается в трубу 2 подвода биомассы в биореактор.System for feeding inoculated microfauna to biomass: inoculated microfauna (Caldicellusraptor saecharoluticus and Termatoga elfi) from tank 14, using batcher 15, is fed through microfauna supply line 16 to pipe 2 for supplying biomass to the bioreactor.

Система подачи биостимулятора в биомассу: биостимулятор (ацетилен С₂Н₂) из ёмкости 17с помощью дозатора подачи биостимулятора в биомассу 18 через магистраль подачи биостимулятора 19 и распределительное устройство 20 подводится в биомассу на начальном участке активной зоны биореактора (Н₃).System for supplying a biostimulator to biomass: a biostimulator (acetylene C ₂ H ₂ ) from a tank 17 using a dispenser for supplying a biostimulator to biomass 18 through a biostimulator supply line 19 and a switchgear 20 is fed into the biomass at the initial section of the bioreactor active zone (Н ₃ ).

Для устройства непрерывнодействующих подземных генераторов биоводорода может быть использовано штатное буровое оборудование и материалы.For the installation of continuous underground generators of biohydrogen, regular drilling equipment and materials can be used.

Предлагаемое изобретение является энергосберегающим и экологически безопасным, способным стать неиссякающим источником биоводорода высокого давления - энергетического ресурса для многих отраслей народного хозяйства.The present invention is energy-saving and environmentally friendly, able to become an inexhaustible source of high pressure biohydrogen - an energy resource for many sectors of the economy.

Claims

A continuous underground biohydrogen generator, consisting of a bioreactor filled to a certain level with biomass, and a gas outlet pipe, characterized in that the bioreactor is located in the Earth at a depth of 2000 m, a gravity bioreactor loading system is provided, which includes a tank with biomass and a biomass supply pipe to the bioreactor , a gas lift bioreactor discharge system, including the annulus of the bioreactor, a biogas drain pipe (a mixture of biohydrogen, carbon dioxide and other components), a drain pipe Yes, the residual biopulp, as well as systems to ensure optimal conditions for the operation of hydrogenogenic bacteria: a system for ensuring the necessary acidity of the working medium, including a container with an oxidizing agent, alkalinity sensors of the initial biomass and acidity of the acidified biomass, an oxidizer feed meter, an oxidizer feed line into the biomass feed pipe bioreactor; seed microfauna feeding systems, including a seed microfauna tank, seed microfauna dispenser, seed microfauna feed line to the biomass feed pipe to the bioreactor; a biostimulator supply system including a container with a biostimulator, a biostimulator feed dispenser, a biostimulator feed line and a biostimulator dispenser in the initial section of the bioreactor core.