RU2694965C1 - Установка для моделирования условий деструкции шламов углеобогащения и низкокачественных углей микробиологическим воздействием - Google Patents

Установка для моделирования условий деструкции шламов углеобогащения и низкокачественных углей микробиологическим воздействием Download PDF

Info

Publication number
RU2694965C1
RU2694965C1 RU2018130188A RU2018130188A RU2694965C1 RU 2694965 C1 RU2694965 C1 RU 2694965C1 RU 2018130188 A RU2018130188 A RU 2018130188A RU 2018130188 A RU2018130188 A RU 2018130188A RU 2694965 C1 RU2694965 C1 RU 2694965C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
coal
reactor
low
baly
tube
Prior art date
Application number
RU2018130188A
Other languages
English (en)
Inventor
Денис Владимирович Дягилев
Владимир Алексеевич Шаврин
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кемеровский государственный университет" (КемГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кемеровский государственный университет" (КемГУ) filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кемеровский государственный университет" (КемГУ)
Priority to RU2018130188A priority Critical patent/RU2694965C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2694965C1 publication Critical patent/RU2694965C1/ru

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P1/00Preparation of compounds or compositions, not provided for in groups C12P3/00 - C12P39/00, by using microorganisms or enzymes

Landscapes

  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mycology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Treatment Of Sludge (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области биотехнологии, в частности к оборудованию – биореакторной системе, которая при работе обеспечивает моделирование условий для эффективного производства жидких и газообразных продуктов из шлама углеобогащения и низкокачественных углей с обеспечением предварительной обработки, которая делает шламы углеобогащения и низкокачественные угли восприимчивыми к микробиологическому воздействию. Установка для моделирования условий деструкции шламов углеобогащения и низкокачественных углей микробиологическим воздействием содержит термостатированный корпус с крышкой реактора. В корпусе расположены осветительная ультрафиолетовая лампа, датчики влажности температуры. Установка имеет контур реакторных газов, включающий циркуляционный насос, ресивер и гребенку со штуцерами для установки датчиков, подключения ресивера, впускного клапана газовых сенсоров для газообразных углеводородов, метана, диоксида углерода, оксида углерода, сероводорода. В корпусе реактора размещена стеклянная кювета. Кювета имеет расположенную над днищем кюветы полимерную сеточку со слоем хлопчатобумажного ватного диска для размещения на нем образца. При этом корпус выполнен с возможностью подачи в стеклянную кювету с размещенным в ней образцом посредством перистальтических насосов питательного раствора и раствора, содержащего микроорганизмы, из колб с заданной скоростью. В крышке выполнено окно из кварцевого стекла, а над ним установлена осветительная ультрафиолетовая лампа. Изобретение обеспечивает при реализации достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности исследований. 1 ил.

Description

Изобретение направлено на создание биореакторных систем, которые обеспечивают моделирование условий для эффективного производства жидких и газообразных продуктов из шламов углеобогащения и низкокачественных углей. При этом обеспечивается предварительная обработка, которая делает шламы углеобогащения и низкокачественные угли восприимчивыми к микробиологическому разложению.
Общая проблема при сжигании низкокачественных углей или отходов углеобогащения - это низкая теплотворная способность, значительное загрязнение окружающей среды и высокие транспортные издержки. Реализовать эффективное, чистое и «зеленое» использование такого топлива можно с помощью биосинтеза газа. Уголь может анаэробно разлагаться микроорганизмами до метана, при этом состав питательной среды, температура, рН и другие условия окружающей среды существенно влияют на выход и скорость производства биометана.
Другим применением микробиологического разложения шламов углеобогащения и низкокачественных углей является получение биоорганических удобрений. Например, в изобретении [1] используют микробную ферментацию, а в качестве сырья используют отходы сталеплавильного производства (шлак), отходы производства уксуса и окисленные угли.
Известно изобретение [2], описывающее устройство и способ получения биометана из угля с целью реализации моделирования реальных геологических условий угольного пласта в лаборатории и технико-экономического обоснования производства биометана в подземном угольном пласте.
Несмотря на широкий диапазон давлений и возможность изменения атмосферы, использовать указанную установку для моделирования условий на шламовых отвалах невозможно из-за отсутствия лампы для облучения образца УФ светом для ускоренного окисления. Также в камере описываемой установки отсутствует датчик влажности, а в контуре реактора не осуществляется непрерывный контроль выделяющихся газов.
Известна также биореакторная система с псевдоожиженным слоем для превращения угля в микробно-солюбилизированные угольные продукты [3]. Биореактор с псевдоожиженным слоем непрерывно или периодически получает уголь и биологические реагенты и обеспечивает экономичное и эффективное производство микробиологически солюбилизированных углей. Изобретение направлено на создание крупномасштабных биореакторных систем, которые обеспечивают биологические и экологические условия для эффективного производства жидких и газообразных продуктов из углей.
В указанной биореакторной установке предусмотрен процесс облучения угля УФ лампой в потоке кислорода, только реализовано это в отдельной камере, что требует дополнительной загрузки и выгрузки образца, что снижает производительность установки в целом.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является биореакторная установка, предложенная в [4]. Состоит установка из герметичной камеры, в которой расположена пластинка из кварцевого стекла для размещения угля и осветительных УФ ламп. В потоке кислорода под действием УФ излучения уголь окисляется, после чего в отдельной емкости окисленный пылевидный уголь подвергается воздействию бактерий. Через 8-14 дней центрифугированием отделяют гуминовую кислоту.
Недостатками данного технического решения являются двухстадийность процесса (окисление угля в одном реакторе, а микробная солюбилизация в другом); отсутствие контроля газовыделения как при предварительной обработке, так и при микробиологическом воздействии; невозможность создания анаэробной среды.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является моделирование условий для эффективного производства жидких и газообразных продуктов из углей микробиологическим воздействием. Предлагаемое техническое решение позволяет проводить исследовательские эксперименты по биогазификации и ожижению углесодержащих веществ, осуществлять разработку и технико-экономическое обоснование технологии биогазификации и ожижения, а также моделировать процессы, протекающие на отвалах углеобогатительных фабрик, где углесодержащие отходы подвергаются воздействию окружающей среды.
Данная задача решается за счет того, что заявленная установка для моделирования условий газификации и ожижения шламов углеобогащения и низкокачественных углей микробиологическим воздействием состоящая из термостатированного реактора, контура реакторных газов включающего циркуляционный насос, ресивер и гребенку для установки датчиков, отличающаяся тем, что позволяет непрерывно осуществлять предварительную обработку углесодержащих образцов УФ светом в потоке кислорода и последующее микробиологическое воздействие, заключающееся в биогазификации и/или солюбилизации в атмосфере, воздуха, кислорода, азота или инертного газа и при этом контролировать в реакторе температуру, влажность, состав атмосферы.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является биореакторная система, которая обеспечивает моделирование условий для эффективного производства жидких и газообразных продуктов из шламов углеобогащения и низкокачественных углей. При этом обеспечивается предварительная обработка, которая делает шламы углеобогащения и низкокачественные угли восприимчивыми к микробиологическому разложению.
Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором изображена схема установки для моделирования условий деструкции шламов углеобогащения и низкокачественных углей микробиологическим воздействием.
Корпус реактора (1) выполнен из нержавеющей стали с двойными стенками (рубашка) для циркуляции теплоносителя. Рубашка реактора гибкими трубками соединена с лабораторным термостатом (16) объемом 10 л для поддержания заданной температуры в диапазоне от комнатной (20-25°С) до 100°С. В верхней крышке реактора сделано окно из кварцевого стекла (3), над которым размещена ртутная лампа (2) высокого давления мощностью 120 Вт. Внутри реактора расположены датчики влажности (4) и температуры (5). Датчик температуры выполнен в виде гибкой термопары в защитной оболочке. В боковых стенках реактора выполнены штуцеры для контура реакторных газов, включающий насос (6), гребенку (7), два клапана (8) и соединительные трубки. Впускной и выпускной клапаны (8) предназначены для продува всего контура реактора азотом, кислородом или воздухом. На гребенке размещены 6 штуцеров для подключения ресивера (9), клапана (8) и газовых сенсоров (10) для газообразных углеводородов (СxНy), метана (СН4), диоксида углерода (СO2), оксида углерода (СО), сероводорода (H2S).
Работает устройство следующим образом: образец шлама (13) углеобогащения или низкокачественный уголь, измельченный до размеров менее 0,2 мм, в количестве 2 г помещается на слой хлопчатобумажного ватного диска (14) и размещается в стеклянной кювете (17) диаметром 3,5 см и высотой 3 см. На высоте 0,5 см от дна в кювету помещается полимерная сеточка (15). Кювета (17) реактора расположена внутри реактора.
На первом этапе камера реактора через клапаны (8) продувается током кислорода при включенной лампе (2) в течении времени от 30 мин до 8 ч. При этом в реакторе поддерживается постоянная температура в интервале от 30 до 100°С. Изменение времени и температуры при фотоокислении в потоке кислорода позволяет моделировать и определять оптимальные условия для биоизвлечения вторичных гуминовых кислот из шламов углеобогащения и низкокачественных углей. Также на этом этапе можно моделировать условия отвалов углеобогатительных фабрик, где шламы углеобогащения подвержены фото- и термической деструкции.
Второй этап начинается с установки в реакторе наиболее подходящей для культивирования используемых микроорганизмов температуры в интервале 20-40°С и продува камеры реактора кислородом, азотом, воздухом или инертным газом в зависимости от применяющегося консорциума микроорганизмов. Затем в кювету с образцом с помощью перистальтических насосов (11) подается питательный раствор и раствор, содержащий микроорганизмы из колб (12) с заданной скоростью от 0,1 до 1 мл/мин. Растворы подаются в объемах, необходимых для поддержания достаточной концентрации микроорганизмов, причем питательный раствор в последующем подается неоднократно. Одновременно контролируется состав атмосферы реактора и объем ресивера. Общее время второго этапа может варьироваться от 4 часов до 16 суток. На этом этапе подбираются условия, при которых максимален выход продуктов биогазификации и/или ожижения из шламов углеобогащения или низкокачественных углей. Количество выделяющегося биогаза определяют по его концентрации в контуре реактора и изменению объема ресивера (9).
По завершении второго этапа камеру реактора продувают воздухом, выключают термостат, насосы, датчики, контролирующие атмосферу, температуру и влажность в ректоре. Затем открывают верхнюю крышку (3) и извлекают кювету. Образец промывают водой, центрифугируют и полученный фугат анализируют на содержание гуминовых кислот.
При микробиологическом воздействии на отходы углеобогащения и низкокачественные угли установка позволяет варьировать: температуру, количество и состав питательных растворов, состав консорциума микроорганизмов. При этом контролируется температура в образце, состав выделяющихся газов, объем выделяющихся газов и количество гуминовых кислот перешедших в жидкую фазу.
Пример
Угольный шлам от обогащения угля марки «Ж» измельчают до размеров менее 0,2 мм. Навеску измельченного шлама в количестве 2 г помещают на слой хлопчатобумажного ватного диска (14), который размещают в стеклянной кювете (17).
На первом этапе происходит окисление шлама в токе кислорода под действием УФ света в течении 1 ч. Для этого камеру реактора через клапаны (8) продувают током кислорода при включенной лампе (2). При этом в реакторе поддерживается постоянная температура 60°С.
Во время второго этапа осуществляют продув камеры реактора воздухом в течении 5 мин.
Затем в кювету с образцом с помощью перистальтических насосов (11) подается питательный раствор (состава: сок картофеля - 20 масс. %, глюкоза - 2 масс. %, агар - масс. 2%, вода - 76 масс. %.) с раствором, содержащим микроорганизмы Penicillium simplicissimum F327 из колб (12) в объеме 1 мл с заданной скоростью 0,5 мл/мин. Выдерживают при температуре в реакторе 28°С в течении 1 часа.
По истечении указанного времени проводят повторную подачу раствора питательной среды - 0,2 мл. В последующие 9 часов с интервалом в 1 час подается еще по 0,2 мл раствора питательной среды до общего объема 2 мл. После чего в реакторе в течении 10 часов продолжают поддерживать температуру 28°С. Таким образом общее время биотрансформации составляет 20 часов.
По завершении второго этапа камеру реактора продувают воздухом, выключают термостат, насосы, датчики, контролирующие атмосферу, температуру и влажность в ректоре. Затем открывают верхнюю крышку (3) и извлекают кювету. Образец промывают в 50 мл дистиллированной воды, центрифугируют и полученный фугат анализируют на содержание гуминовых кислот. В сравнении с результатами определения гуминовых кислот по ГОСТ 9517-94 «Топливо твердое. Методы определения выхода гуминовых кислот» выход увеличивается в 1,2-2,5 раза.
Литература:
1. Патент CN 101786916: Bio-fertilizer produced by fermenting steel slag, vinegar residue and weathered coal through microbes and preparation method thereof
2. Патент CN 106405043: Device for coal-derived bio-methane and method thereof
3. Патент US 4,846,964: Fluidized-bed bioreactor process for the microbial solubiliztion of coal
4. Патент CN 101580851: Method for directionally transforming low-deterioration coal through photo-bio coupling

Claims (1)

  1. Установка для моделирования условий деструкции шламов углеобогащения и низкокачественных углей микробиологическим воздействием, состоящая из имеющего термостатированный корпус с крышкой реактора, расположенной в корпусе осветительной ультрафиолетовой лампы, отличающаяся тем, что она снабжена установленными в корпусе датчиками влажности температуры, контуром реакторных газов, включающим циркуляционный насос, ресивер и гребенку со штуцерами для установки датчиков, подключения ресивера, впускного клапана газовых сенсоров для газообразных углеводородов, метана, диоксида углерода, оксида углерода, сероводорода, при этом корпус реактора выполнен с возможностью размещения в нем стеклянной кюветы, имеющей расположенную над днищем полимерную сеточку со слоем хлопчатобумажного ватного диска для размещения на нем образца, и подачи в стеклянную кювету с размещенным в ней образцом посредством перистальтических насосов питательного раствора и раствора, содержащего микроорганизмы, из колб с заданной скоростью, в крышке выполнено окно из кварцевого стекла, а над ним установлена осветительная ультрафиолетовая лампа.
RU2018130188A 2018-08-20 2018-08-20 Установка для моделирования условий деструкции шламов углеобогащения и низкокачественных углей микробиологическим воздействием RU2694965C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018130188A RU2694965C1 (ru) 2018-08-20 2018-08-20 Установка для моделирования условий деструкции шламов углеобогащения и низкокачественных углей микробиологическим воздействием

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018130188A RU2694965C1 (ru) 2018-08-20 2018-08-20 Установка для моделирования условий деструкции шламов углеобогащения и низкокачественных углей микробиологическим воздействием

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2694965C1 true RU2694965C1 (ru) 2019-07-18

Family

ID=67309166

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018130188A RU2694965C1 (ru) 2018-08-20 2018-08-20 Установка для моделирования условий деструкции шламов углеобогащения и низкокачественных углей микробиологическим воздействием

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2694965C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114166969A (zh) * 2021-11-30 2022-03-11 西安科技大学 模拟微生物代谢煤中可燃性气体的反应装置及其试验方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4846964A (en) * 1987-09-14 1989-07-11 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Fluidized-bed bioreactor process for the microbial solubiliztion of coal
RU2264263C1 (ru) * 2004-05-24 2005-11-20 ООО "Международный научный центр по теплофизике и энергетике" Способ обогащения угля и устройство для его осуществления
CN101580851B (zh) * 2009-06-19 2011-04-06 西安科技大学 一种光-生耦合定向转化低变质煤的方法
MD4244C1 (ru) * 2012-06-11 2014-02-28 Государственный Университет Молд0 Комбинированный анаэробный реактор для получения биометана

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4846964A (en) * 1987-09-14 1989-07-11 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Fluidized-bed bioreactor process for the microbial solubiliztion of coal
RU2264263C1 (ru) * 2004-05-24 2005-11-20 ООО "Международный научный центр по теплофизике и энергетике" Способ обогащения угля и устройство для его осуществления
CN101580851B (zh) * 2009-06-19 2011-04-06 西安科技大学 一种光-生耦合定向转化低变质煤的方法
MD4244C1 (ru) * 2012-06-11 2014-02-28 Государственный Университет Молд0 Комбинированный анаэробный реактор для получения биометана

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114166969A (zh) * 2021-11-30 2022-03-11 西安科技大学 模拟微生物代谢煤中可燃性气体的反应装置及其试验方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9593300B2 (en) Device for fuel and chemical production from biomass-sequestered carbon dioxide and method therefor
Sforza et al. Anaerobic digestion of lipid-extracted microalgae: Enhancing nutrient recovery towards a closed loop recycling
KR100909273B1 (ko) 수소와 이산화탄소를 이용한 고효율의 생물학적 메탄제조방법
Jin et al. Enhancement of nitric oxide solubility using Fe (II) EDTA and its removal by green algae Scenedesmus sp.
RU2694965C1 (ru) Установка для моделирования условий деструкции шламов углеобогащения и низкокачественных углей микробиологическим воздействием
CN113966387A (zh) 用于产生甲烷的方法和装置
US20140338361A1 (en) Method And An Apparatus For Producing Energy By Recycling Materials During A Fuel Combustion Process
Vlaskin et al. Effectiveness of CO2 Capture by Arthrospira platensis Microalgae from a Mixture Simulating Flue Gases
Kovalev et al. The synergistic effect of the thickened digestate treatment in the vortex layer apparatus prior to its recirculation into the reactor on the characteristics of anaerobic bioconversion of organic waste
CN107265809B (zh) 一种厌氧共代谢降解污泥中多环芳烃的方法
Hajji et al. The effect of light on anaerobic digestion process of household and similar waste under Mesophilic regime
JP2000153292A (ja) 光を利用した有機性廃水及び/又は有機性廃棄物の嫌気的消化方法及び光合成細菌の生産方法
CN101130787A (zh) 微生物法处理沼气中硫化氢和二氧化碳气体并回收菌液的方法及装置
KR100990167B1 (ko) 낮은 pH 조건에서의 메탄 생성 미생물 활성 억제제 및가스 퍼징을 이용한 유기성 폐기물로부터의 바이오 수소가스 생산 장치 및 방법
KR20210039848A (ko) 고순도의 바이오메탄을 생산하기 위한 바이오메탄 생산 시스템 및 이를 이용한 바이오메탄 생산 방법
CN111056631B (zh) 一种应用裂解气厌氧反硝化的方法
Mann et al. Experimental system for the prevention of O 2-and air contamination during biogas upgrading with phototrophic microalgae.
EP4163358A1 (en) Sustainably boosting carbon dioxide fixation for growing micro-algae
JPS603877B2 (ja) 汚泥処理法
Hamidah et al. Growth pattern of Chlorella vulgaris and Arthrospira platensis using CO2 in biogas from anaerobic digestion of tofu wastewater: A preliminary study
Carpenter Study Investigates Conversion of Biomethane From CO2 and Biohydrogen
Silva Screening of process conditions for the production of biogas from diluted organic waste streams using microreactors
Blanes et al. Scaling Microalgal Biotechnology for Enhanced Biomethane Production (Video)| JoVE
Elsamadony et al. Bio-H2 conversion of wastewater via hybrid dark/photo fermentation reactor
Alemian et al. Anaerobic Oxidation of Hydrogen Sulfide in Batch Bioreactor Using Micro Organism Isolated from Ramsar Hot Spring

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20200302

Effective date: 20200302