RU2571146C2 - Способ выделения - Google Patents

Abstract

Изобретения могут быть использованы в химической и энергетической области, а также в области переработки органических отходов. Устройство для выделения аммиака из ферментационных жидкостей или остатков брожения на установках по производству биогаза включает флэш-испаритель F, соединенный с ферментером (A) или со складом остатков брожения, для подачи субстрата по трубам (1, 2, 3, 4, 5, 6). Выпар из флэш-испарителя F отводится, а горячая жидкая фаза из трубопроводов (7, 8, 9) либо возвращается по трубопроводу (11) в ферментер А или на склад остатков брожения, либо подается по трубопроводу (10) во второй ферментер (I), на склад остатков брожения или в дополнительный резервуар. В трубопроводе (2, 3) от ферментера А предусмотрено отделение С примесей, которое соединено трубопроводами с теплообменником D для жидких составляющих субстрата, с одной стороны, а по трубопроводу (22) со вторым ферментером I для твердых составляющих субстрата, с другой стороны. Изобретения позволяют повысить стабильность эксплуатации, окислительную мощность и выход метана на установке по производству биогаза, а также снизить теплопроизводительность процесса. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к способу выделения аммиака или восстановления аммиака из ферментационных жидкостей или остатков брожения, используемых для производства биогаза.

Использование отходов и побочных продуктов в энергетических целях приобретает все большее значение в неослабном производстве потребительских товаров. В частности, в производстве продуктов питания поступающие органические отходы за счет применения технологии получения биогаза могут быть использованы для (частичного) покрытия потребностей производства в энергии. Таким образом, использование отходов в рамках защиты окружающей среды, интегрированной в производство, и производство возобновляемой энергии может внести вклад в неуклонное развитие бизнеса. С точки зрения государственных интересов такие меры также желательны, поскольку они способствуют достижению «климатических целей ЕС на 2020 г.».

Биогаз, получаемый из побочных продуктов производства, на теплоэнергоцентрали (ТЭЦ) может быть преобразован в ток и тепло. В порядке альтернативы биогаз мог бы обогащаться и замещать ископаемый природный газ. Включением в производство может быть обеспечено круглогодичное потребление тепловой энергии. Таким образом, гарантировано эффективное использование энергоносителя с высоким общим коэффициентом полезного действия. Положительным побочным эффектом благодаря своему высокому содержанию влаги является энергоемкое удаление этих материалов и ценные питательные вещества, как-то: азот, фосфор и калий, с остатками брожения могут быть возвращены сельскохозяйственным угодьям.

Растущий во всем мире спрос на мясо и мясопродукты и на связанные с ними продукты вызывает увеличение доли неупотребляемых побочных продуктов животноводства. Отходы скотобоен как возможные новые субстраты промышленного происхождения обладают большим потенциалом для образования метана и ни в коей мере не конкурируют с производством продуктов питания. Однако эти и многие другие аналогичные побочные продукты, как, например, отходы фармацевтической промышленности, а также кроветворения (отходы плазмы), отходы производства белков и мясопереработки, а также дрожжи и барда как результат ферментации этанола, при нынешнем уровне техники могут перерабатываться лишь в сложных условиях на анаэробных установках для обработки отходов.

Во многих регионах в результате интенсивного ведения сельского хозяйства и животноводства уже преобладает высокий уровень содержания азота в почвах. Дополнительное внесение питательных веществ может привести к повышенной эвтрофикации вод и к нагрузке на грунтовые воды. Методы удаления азота из остатков брожения биогаза обеспечили бы сжижение образующегося аммиака в транспортабельную форму, удобную для транспортировки за пределы региона, и тем самым сокращение нагрузки на окружающую среду. Таким образом, можно было бы снова прибегнуть к расширенному использованию производства биогаза в регионах, где оно вследствие отсутствия сельскохозяйственных угодий используется лишь с трудом.

Основной проблемой на пути широкомасштабного освоения анаэробной технологии при энергетическом использовании, например, отходов скотобоен является их высокое содержание азота. Содержащиеся в субстрате продукты разложения соединений азота аммиак (NH₃) и аммоний (NH₄ ⁺) с определенных концентраций приводят к торможению процессов микробиологии. Эти токсичные вещества приводят к сокращению распада используемых отходов, а в дальнейшем к нестабильности процесса производства биогаза. Поэтому азотосодержащие субстраты часто передавались для коферментации на чужеродные установки для производства биогаза, вследствие чего возможность подачи отходящего тепла ТЭЦ на производственное предприятие отпадает, а общий коэффициент полезного действия скотобойни снижается.

Процесс, описываемый в данном патенте, представляет собой ключевую технологию для анаэробного использования обогащенных азотом отходов и побочных продуктов. Удаление азотного фрахта из процесса производства биогаза обеспечивает стабильный и эффективный процесс.

Биогаз играет значительную роль в контексте возобновляемой энергии и промышленной защиты окружающей среды. Примером этого является боенская и мясоперерабатывающая промышленности. Неупотребляемые побочные животноводческие продукты при анаэробной утилизации представляют собой большой энергетический потенциал. При нынешнем уровне техники такие субстраты с высоким содержанием азота в установках по производству биогаза приходится использовать лишь в сложных условиях.

При анаэробной ферментации используемые органические вещества (как, например, протеины, нуклеиновые кислоты, жиры и углеводы) в отсутствие кислорода ступенчато разлагаются различными анаэробными микроорганизмами на более простые соединения. Конечными продуктами процесса образования биогаза являются метан (CH₄), диоксид углерода (СО₂), а также неразлагаемые далее соединения углерода и минералов. Связанный в биомассе азот высвобождается в виде аммония (NH₄ ⁺) и остается в конечном продукте брожения. Чересчур высокие концентрации могут затормозить микробный процесс или даже оказать на микроорганизмы токсическое действие. Аммоний находится в зависящем от температуры и величины рН равновесном состоянии с аммиаком (NH₄ ⁺), считающимся цитотоксином и действующим даже в малых концентрациях как ингибитор.

Для переработки сырья с высокими концентрациями азота (например, обогащенных протеином побочных продуктов со скотобоен, отходов пищевой промышленности, остатков производства биотоплива и т.п.) с помощью анаэробных процессов ферментации необходима разработка новых стратегий.

Для микробиологии в ферментере важно, чтобы в распоряжении имелись определенные количества компонентов азота. Последние необходимы для роста биомассы, правда, количество, поглощаемое микроорганизмами, составляет лишь малую долю количества, содержащегося в данном субстрате. В ходе процесса производства биогаза в отсутствие растворенного кислорода полимерные соединения гидролизуются различными гетеротрофными анаэробными микроорганизмами.

Азотосодержащие полимеры, протеины и нуклеиновые кислоты на первом этапе разлагаются в аминокислоты, пурины и пиримидины. В ходе дальнейшего биологического процесса разложения азот высвобождается в виде аммония и остается в отличие от биологически присутствующих органических веществ, преобразуемых в биогаз, в ферментационной жидкости. В результате продукты разложения азота даже сжижаются. С увеличением величины рН и при повышенных температурах процесса равновесная реакция смещается от аммония к аммиаку.

Аммиак оказывает на бактерии токсичное действие, поскольку почти все биологические мембраны благодаря малым размерам молекулы NH₃, а также растворимости ее липидов являются для аммиака прозрачными.

Среди различных микроорганизмов, участвующих в анаэробном переваривании, метаногены наименее толерантны в отношении больших концентраций аммония и поэтому скорее всего в отношении торможений и токсических воздействий. В этом случае в результате торможения дело доходит до незначительного выхода биогаза и до накопления промежуточных продуктов распада, как-то свободных летучих жирных кислот. Наряду с уменьшением выхода возобновляемой энергии биологические нарушения процесса приводили также к повышенным выбросам запахов из конечного продукта брожения из-за недостаточно разложившихся субстратов.

Для решения проблемы азота до настоящего времени принципиально подлежали обсуждению несколько концепций:

- исключение специфических субстратов с высоким содержанием азота,

- разбавление субстратов, обогащенных азотом, или

- выделение азота из субстрата.

Хотя исключение и разбавление специфических субстратов может рассматриваться в случае отдельных эксплуатационников установок в качестве решения поставленной проблемы использования отходов и побочных продуктов, обогащенных азотом, этот путь все же не ведет к достижению цели. Разбавление субстратов, например, в отработанных водах с низкими концентрациями азота ведет к чрезвычайной потребности в дополнительном метатенке. Одновременно многократно увеличиваются расходы на складирование и транспортировку остатка брожения. Поэтому многообещающей концепцией является вышлюзовывание компонентов азота из процесса производства биогаза.

Этот способ уменьшает ингибирование микроорганизмов за счет повышенных концентраций NH₄ ⁺/NH₃ и поэтому оказывает следующие положительные воздействия на процесс производства биогаза:

- увеличение выхода метана при неизменном объеме ферментера,

- более высокие скорости распада обеспечивают большую загрузку метатенка,

- более стабильный биологический процесс за счет предотвращения накопления свободных летучих жирных кислот (FFS), которые вредят производительности процесса,

- сокращение нежелательных выбросов запахов в результате полного распада органической массы.

Путем выделения значительных количеств аммония-азота в существующей установке по производству биогаза может обеспечиваться улучшенная, более стабильная эксплуатация, а окислительная мощность и тем самым выход метана могут быть значительно увеличены. Таким образом, нагрузка на метатенк ферментеров может повышаться, вследствие чего в будущем может быть использован весь спектр субстратов, а также его максимальный выход газа для производства энергии.

В результате этого значительного увеличения производительности, соответственно, возрастает выход нейтральных по отношению к СО₂ электричества и тепла за счет повышенного использования мощностей ТЭЦ. Для целевого удаления аммиака из жидких сред прежде всего в технологии очистки сточных вод уже разработан ряд способов. Некоторые из них уже давно частично опробованы в промышленных масштабах и являются уровнем техники. К относительно молодому сектору биогаза эти технологии адаптировались и могут использоваться в области обогащения остатков брожения. Все же эти технологии из-за больших затрат на энергию, оборудование и предварительную обработку субстратов находят применение лишь в исключительных случаях.

В общем, методы удаления азота можно подразделить на биологические и физико-химические способы.

Нитрификация/денитрификация как биологический способ представляет собой принятую технологию в биологической очистке сточных вод. При этом удаление азота осуществляется в два подэтапа:

1. Нитрификация

Превращение аммония в нитрат в аэробных условиях с помощью химико-литотрофных нитрифицирующих бактерий. Это окисление осуществляется в две ступени. Бактерии из «нитрозогруппы» могут окислять аммиак или аммоний до нитрита (NO₂) (окислитель аммония). Дальнейшее окисление в нитрат (NO₃) происходит с помощью некоторых видов нитрифицирующих бактерий или других представителей «нитрогруппы» (нитрит-окислители).

2. Денитрификация

Из-за недостатка кислорода различные аэробные бактерии сточных вод могут окислять органические соединения нитратом вместо О₂. При денитрификации из нитрата образуются газообразные конечные продукты, главным образом, молекулярный азот (N₂). В качестве побочного продукта может высвобождаться также оксид диазота (веселящий газ, N₂O).

Поскольку первая из обеих ступеней превращения должна осуществляться в аэробной атмосфере, то этот способ, часто опробованный в технологии очистки сточных вод, для данного случая анаэробного производства биогаза не подходит, так как на аэробной ступени большая часть химической энергии расходовалась бы вместо того, чтобы превращаться в биогаз.

Процесс Anammox (Anaerobe Ammonium Oxidation - анаэробное окисление аммония) предлагает альтернативу классическому методу нитрификации/денитрификации. При этом аммоний с нитритом в анаэробных условиях превращается в молекулярный азот. Несмотря на множество описаний в литературе этот процесс еще нельзя назвать общим уровнем техники.

По сравнению с биологическими способами преимущество большинства физико-химических способов по существу заключается в том, что данный аммонийный азот не превращается в элементарный азот. Поэтому азот не улетучивается в атмосферу, а входит в зависимости от способа в различные химические соединения в качестве сырья.

Удаление растворенных соединений азота из ферментационной среды может происходить с использованием способов отгонки легких фракций (так называемого Stripping). Под отгонкой в общем случае понимают удаление летучих соединений из жидкости с помощью газа. В результате снижения парциального давления более легко летучей компоненты она переходит из растворенного состояния в газообразное, в газовую фазу и обедняется в жидкости. Основной принцип представляется как единство двух этапов основного способа:

- исключение аммиака из субстрата с помощью отгоняющего газа (воздуха или пара),

- регенерация отгоняющего газа и превращение аммония в снова используемый поток массы.

При переводе растворенного аммиака в газовую фазу (десорбции) в промышленных масштабах хорошо зарекомендовала себя отгонка в насадочные колонны с помощью воздуха и пара. Ее основной признак состоит в том, что обрабатываемая жидкость вводится в возможно более интенсивный контакт с газовым потоком. Важной для этого является возможно большая поверхность обмена. Это достигается путем внесения наполнителей, вдоль поверхности которых жидкая фаза движется в виде пленки.

Условием безаварийной работы отгонной установки является всемерное удаление твердых веществ, поскольку в противном случае происходит блокировка/закупорка слоя наполнителей. Степень необходимого удаления твердых веществ в каждом случае зависит от вида наполнителей и остальной структуры установки.

С помощью способов ионного обмена заряженные ингредиенты (ионы, например аммоний NH₄ ⁺) связываются путем адсорбции и обмениваются на ионы одинакового заряда. При этом используются преимущественно синтетические смолы, так называемые, ионообменные смолы. Большая предварительная обработка субстрата, в частности удаление твердых веществ, является необходимым условием. На основе структуры ионообменного материала последний является относительно чувствительным к закупорке полостей, например, органическими коллоидами, вследствие чего производительность сильно сокращается. Сообразно этому наполнитель оправдывает себя в соответствии с современным уровнем техники только для последующей обработки, например, после уже произошедших нанофильтрации или обратного осмоса для надежного соблюдения заданных предельных значений и поэтому для желательной обработки ферментационной среды он не годится.

Вариантом экстракции аммония, исследовавшимся в последнее время, является использование экстрактивных мембран в мембранных контакторах. Под мембранными контакторами с первапорацией следует понимать новые аппараты для проведения процессов экстракции и отгонки, в которых на поверхности мембран происходит смена фаз. В обычных отгонных колоннах жидкая и газообразная фазы находятся в непосредственном контакте, причем необходимое интенсивное перемешивание достигается путем орошения наполнителей. В мембранных контакторах обе фазы отделены друг от друга мембраной, прозрачной только для газообразного аммиака.

В случае мембранных реакторов все же еще имеется ряд невыясненных вопросов, как, например, долговременной стабильности мембран и их склонности к засариванию. В общем, эти способы находятся в ранней стадии разработки и в настоящее время еще не известно, удастся ли их претворение в практику.

Задачей настоящего изобретения является устранение недостатков вышеупомянутых способов уровня техники и создание способа выделения аммиака, или восстановления аммония, из сточных вод скотобоен, используемых для производства биогаза, а также устройства для осуществления этого способа. Эта задача согласно изобретению решается за счет того, что в способе вышеприведенного типа аммиак, или аммоний, восстанавливается с помощью выпаривания при пониженном давлении, отделяется от сточных вод скотобоен и выделяется в виде аммиака. При этом часть содержания воды из циркулирующей ферментационной жидкости выпаривается путем перегрева и последующего распыления в вакуумированном резервуаре. Благодаря этому часть азота в виде аммиака отделяется, а затем улавливается как ценное сырье. Разработанный процесс удаления азота из сточных вод скотобоен, используемых для производства биогаза, основывается на принципе флэш-выпаривания (Flash). В этом способе обрабатываемая жидкость после грубого отделения примесей (например, с помощью шнекового пресса, виброгрохота) и нагрева разбрызгивается распыляющим соплом в вакуумированном резервуаре. Превышение точки кипения, связанное с уменьшением давления, ведет к спонтанному выпариванию (Flash) на поверхности каждой отдельной из мелких капель. Это выпаривание является движущей силой удаления легколетучих веществ, как, например, аммиака. Нагруженный пар (выпар) отводится и конденсируется. В отстойнике резервуара уменьшенная в объеме жидкость отгоняется и после дальнейшего нагрева в циркуляционном контуре, возможно, подается на дальнейшее расширение и тем самым на выпаривание. Эта технология первоначально разрабатывалась для опреснения морской воды, поэтому обработка сред из биогазовых ферментеров представляет собой новую область применения таких флэш-испарителей.

Предпочтительно, на установках по производству биогаза выделяются до 50%, особенно предпочтительно до 30% всего азота ферментационных жидкостей или остатков брожения. Благодаря этому удалению может быть обеспечен беспрепятственный процесс производства биогаза. Таким образом, в будущем все потоки, возникающие, например, на скотобойне или на каком-либо другом предприятии с отходами, обогащенными азотом, и пригодные для анаэробной утилизации, при одновременно повышенных степенях разложения могут найти энергетическое применение. Это ведет к увеличению производства возобновляемой энергии, которая может покрывать энергетические потребности промышленного предприятия. В случае субстратов с очень высоким содержанием азота целесообразно, чтобы для максимизации выхода биогаза удаление аммиака предшествовало анаэробной утилизации или интегрировалось в нее.

Особенно благоприятно, чтобы ферментационные жидкости или остатки брожения на установках по производству биогаза перед выпариванием при пониженном давлении предварительно нагревались за счет остаточного тепла уже обработанной среды. В процессе (см. фиг. 2) материал изымается непосредственно из биогазового ферментера или со склада остатков брожения. Среда в теплообменнике с противотоком предварительно нагревается стоком из установки, нагретым до 80°С, и подается во внутренний рециркуляционный контур. Внутренняя рециркуляция является управляющим воздействием для желательных скоростей удаления, поскольку оно, в числе прочего, зависит от скорости выпаривания, которая может устанавливаться с помощью скорости рециркуляции. Во втором теплообменнике среда нагревается до необходимой на входе флэш-испарителя температуры порядка 90°С. При поступлении во флэш-испаритель под действием тамошнего разрежения происходит моментальное выпаривание воды, в которой часть аммиака также переводится в газовую фазу. Пары выпара из флэш-испарителя, нагруженные аммиаком, конденсируются и водный раствор аммиака улавливается как продукт. Из рециркулирующего потока среда, непрерывно обрабатываемая после флэш-реактора, отводится, в теплообменнике с противотоком с помощью свежего сырого материала охлаждается и возвращается обратно в установку по производству биогаза.

Необходимая энергия выпаривания поставляется газовым котлом. Вследствие дальнейшей энергетической оптимизации часть этой энергии может замещаться местным (отходящим) теплом. Точно так же отходящее тепло, высвобождающееся при конденсации выпара, может включаться в процесс теплоснабжения установки и предприятия.

Водный раствор аммиака может, с одной стороны, использоваться как ценное удобрение в местном сельском хозяйстве или, с другой стороны, находить применение как основной исходный материал для удаления азота при очистке дымового газа электростанций.

Согласно одному из очередных вариантов выполнения настоящего изобретения оно относится к устройству для выделения аммиака, или восстановления аммиака, из жидкости или остатков брожения на установках по производству биогаза, причем флэш-испаритель F соединен с ферментером А для подачи субстрата по трубопроводам (1, 2, 3, 4, 5, 6), причем выпар из флэш-испарителя F отводится по трубопроводу 14, а горячая жидкая фаза из трубопроводов (7, 8, 9) или возвращается по трубопроводу (11) в ферментер А, или подается по трубопроводу (10) во второй ферментер I.

При этом благоприятно, чтобы в трубопроводе (2, 3) от ферментера А было предусмотрено отделение С примесей при наличии трубного соединения с теплообменником D для жидких составляющих субстрата, с одной стороны, а по трубопроводу (22) - со вторым ферментером I для твердых составляющих субстрата, с другой стороны.

Предпочтительно, чтобы в устройстве согласно изобретению теплообменник D по трубопроводу (9) обогревался горячей жидкой фазой из флэш-испарителя F.

Согласно одному из предпочтительных вариантов выполнения предварительно нагретая жидкая фаза подается из теплообменника D по трубопроводу (4) в циркуляционный контур, включающий трубопровод (5), теплообменник Е, трубопровод (6), флэш-испаритель F, трубопровод (7) и насос (G).

Согласно еще одному варианту выполнения предусмотрено, чтобы горячая жидкая фаза подавалась по трубопроводу (10) в смесительный резервуар Р, в свою очередь, соединенный трубопроводами с ферментерами А и I.

Более подробно настоящее изобретение теперь поясняется со ссылкой на приложенные чертежи, которыми оно, однако, не должно ограничиваться.

На фиг. 1 и 2 изображен, соответственно, возможный вариант выполнения настоящего изобретения, в котором:

А означает ферментер 1,

В - насос для сырого субстрата,

С - отделение примесей (виброгрохот, шнековый пресс),

D - теплообменник для предварительного нагрева,

Е - теплообменник,

F - флэш-испаритель,

G - циркуляционный насос,

H - вытяжной насос,

I - ферментер 2,

J - каплеотделение (например, циклон),

K - конденсатор, ступень 1,

L - конденсатный насос 1,

М - конденсатор, ступень 2,

N - конденсатный насос 2,

О - система подачи инертного газа,

Р - смесительный резервуар; ресуспендирование отделенных твердых веществ,

Q - насос для субстрата,

1 - трубопровод для потока субстрата,

2 - трубопровод для потока субстрата,

3 - трубопровод для субстрата, очищенного от примесей,

4 - трубопровод для предварительно нагретого субстрата,

5 - трубопровод для субстрата в циркуляционном контуре флэш-испарителя,

6 - трубопровод для субстрата в циркуляционном контуре флэш-испарителя, предварительно нагретого для стадии испарения,

7 - исходящий поток от флэш-испарителя (жидкая фаза),

8 - трубопровод для отвода субстрата, обедненного NH₃, (вышлюзовывание из циркулирующего потока),

9 - трубопровод для потока субстрата,

10 - трубопровод для охлажденного субстрата, обедненного NH₃, подача в ферментер,

11 - трубопровод для охлажденного субстрата, обедненного NH₃, возможная обратная подача в ферментер отбора,

12 - трубопровод для притока нагревающей среды,

13 - трубопровод для отвода нагревающей среды,

14 - трубопровод для фазы выпара из флэш-испарителя,

15 - трубопровод для капель, выделенных из выпара,

16 - трубопровод для потока выпара,

17 - трубопровод для остаточного выпара после конденсатора первой ступени,

18 - трубопровод для инертных газов после конденсатора второй ступени,

19 - трубопровод для обработки инертных газов (например, биофильтр),

20 - трубопровод для потока конденсата конденсатора первой ступени,

21 - трубопровод для потока обогащенного NH₃ конденсата конденсатора второй ступени,

22 - трубопровод для составляющей твердого вещества, выделенного из сырого субстрата.

Согласно фиг. 1 обрабатываемый сырой субстрат с помощью насоса В изымается непосредственно из биогазового ферментера или со склада А остатков брожения. Твердые вещества, содержащиеся в среде, при отделении С примесей (например, с помощью шнекового пресса, виброгрохота) выделяются из жидкости и заносятся в ферментер 1. Жидкая составляющая субстрата (трубопровод 3) предварительно нагревается в противотоке с окончательно обработанным субстратом из трубопровода 9 в теплообменнике D (например, в спиральном теплообменнике) до температуры 65-75°С, а затем по трубопроводу 5 подается во внутренний циркулирующий поток. Во втором теплообменнике Е (это, например, конденсатор, свежий пар из трубопровода 12) среда нагревается до необходимой для процесса испарения температуры на входе порядка 80-95°С.

При распылении среды во флэш-испаритель предварительное давление в трубопроводе 6 понижается в результате потери давления в распылителе примерно с 1,5-3,0 бара до рабочего давления во флэш-испарителе порядка 500-700 милибар. На входе во флэш-испаритель вследствие действующего там разрежения происходит мгновенное понижение температуры ниже точки кипения и тем самым спонтанное испарение тумана, распыляемого с поверхности капель. Это испарение является движущей силой удаления легколетучих веществ, как, например, аммиака и растворенного диоксида углерода. На этом этапе часть воды испаряется также из субстрата. Выпар, нагруженный NH₃ и СО₂, подается по трубопроводу 14 на капелеотделение J (например, в циклон). Жидкость, выделенная из газового потока, снова подается по трубопроводу 15 жидкой фазы, отведенной из отстойника ступени испарителя, в трубопровод 7. Поток, циркулирующий по трубопроводам 5, 6, 7, поддерживается посредством насоса G. Число циркуляций как отношение циркулирующего потока к свежему субстрату может устанавливаться с помощью производительности насоса G и служит таким образом в качестве управляющего воздействия для скорости удаления NH₃.

Обработанный субстрат непрерывно отводится из циркулирующего потока (по трубопроводу 8). Этот субстрат, обедненный NH₃ и CO₂, поступает при температуре порядка 75-90°C. Перед перекачкой (посредством насоса Н) в ферментер I теплосодержание потока в трубопроводе 9 уменьшается с помощью теплообменника D с противотоком (например, спирального теплообменника) примерно до 40-55°C, а сырой субстрат, напротив, нагревается. Используемая теплопроизводительность в результате такой интеграции энергии может капитально сокращаться; кроме того, среда может подаваться в ферментер без угрозы для газообразующей микробиологии в результате «сверхтемператур». Затем охлажденный обработанный субстрат подается или по трубопроводу 10 в ферментер I, на склад остатков брожения или в дополнительный резервуар, или по желанию, в порядке альтернативы или дополнения, по трубопроводу 11 в ферментер А или на склад остатков брожения.

Выпар из флэш-испарителя, нагруженный NH₃, подается на конденсацию выпара. После охлаждения в конденсаторе примерно до 50-60°C водный раствор 21 аммиака с содержанием NH₃ порядка 20-80 г/кг направляется на дальнейшую вещественную утилизацию (например, на производство удобрений, использование в качестве реагента SNCR (Selective non-catalytic reduction - селективное бескатализаторное восстановление) в энергетике и т.п.).

В изображенном варианте выполнения конденсация выпара выполнена в две ступени. На первой ступени K конденсации выпар охлаждается до температуры порядка 75-85°С. После дальнейшего охлаждения в конденсаторе М до 50-60°С водный раствор 21 аммиака с повышенным содержанием NH₃ порядка 40-80 г/кг может направляться на дальнейшую вещественную утилизацию (например, на производство удобрений, использование в качестве реагента SNCR в энергетике и т.п.).

Газы, неконденсируемые при температурах, указанных для ступеней конденсации, вытягиваются по трубопроводу 18 с помощью системы О подачи инертного газа, поддерживающей во флэш-испарителе системное давление порядка 500-700 миллибар. В одном из особых вариантов выполнения эта система О подачи инертного газа для вытяжки неконденсируемых газов выполнена в виде водоструйного насоса с водой в качестве циркулирующей среды. Это имеет то преимущество, что откачанные неконденсируемые газы одновременно промываются водой водоструйного насоса и таким образом освобождаются от остаточных следов NH₃.

Согласно фиг. 2 охлажденный обработанный субстрат подается в смесительный резервуар Р, где он перемешивается с твердыми веществами после отделения С примесей (например, в шнековом прессе, виброгрохоте), вслед за чем среда подается или по трубопроводу 11 в ферментер А, или пожеланию, в порядке альтернативы или дополнения, по трубопроводу 10 или с помощью насоса Q для субстрата в ферментер I.

Claims (10)

1. Способ выделения аммиака на установках по производству биогаза из ферментационных жидкостей или остатков брожения, которые производятся из отброда отходов со скотобоен, где, соответственно, аммиак выделяют или аммоний восстанавливают посредством выпаривания при понижении давления, отделяют от ферментационных жидкостей или остатков брожения и выделяют в виде аммиака, отличающийся тем, что ферментационную жидкость или остаток брожения из установки по производству биогаза распыляют во флэш-испаритель (F) при температуре на входе 80-95°C через распыляющее сопло, посредством чего предварительное давление ферментационной жидкости или остатка брожения из установки по производству биогаза перед выпариванием при понижении давления понижается, в результате потери давления в распылителе с величины 1,5-3,0 бара до рабочего давления во флэш-испарителе (F), составляющего 500-700 милибар.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отделяют в виде аммиака до 50% всего азота из ферментационных жидкостей или остатков брожения на установках по производству биогаза.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отделяют в виде аммиака до 30% всего азота из ферментационных жидкостей или остатков брожения на установках по производству биогаза.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что удаление аммиака осуществляют перед анаэробной утилизацией.

5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что ферментационные жидкости или остатки брожения на установках по производству биогаза перед выпариванием при пониженном давлении предварительно нагреваются за счет остаточного тепла уже обработанной среды.

6. Устройство для выделения аммиака из ферментационных жидкостей или остатков брожения на установках по производству биогаза, в котором флэш-испаритель F соединен с ферментером или со складом остатков брожения для подачи субстрата по трубам (1, 2, 3, 4, 5, 6), причем выпар из флэш-испарителя F отводится, а горячая жидкая фаза из трубопроводов (7, 8, 9) либо возвращается по трубопроводу (11) в ферментер А или на склад остатков брожения, либо подается по трубопроводу (10) во второй ферментер (I), на склад остатков брожения или в дополнительный резервуар, и в котором в трубопроводе (2, 3) от ферментера А предусмотрено отделение С примесей, которое соединено трубопроводами с теплообменником D для жидких составляющих субстрата, с одной стороны, а по трубопроводу (22) со вторым ферментером I для твердых составляющих субстрата, с другой стороны.

7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что теплообменник D по трубопроводу (9) обогревается горячей жидкой фазой из флэш-испарителя F.

8. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что предварительно нагретая жидкая фаза подается из теплообменника D по трубопроводу (4) в циркуляционный контур, включающий трубопровод (5), теплообменник Е, трубопровод (6), флэш-испаритель F, трубопровод (7) и насос (G).

9. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что предварительно нагретая жидкая фаза подается из теплообменника D по трубопроводу (4) в циркуляционный контур, включающий трубопровод (5), теплообменник Е, трубопровод (6), флэш-испаритель F, трубопровод (7) и насос (G).

10. Устройство по любому из пп. 6-9, отличающееся тем, что горячая жидкая фаза подается по трубопроводу (10) в смесительный резервуар Р, в свою очередь, соединенный трубопроводами с ферментерами А и I.

Images