RU2778321C1 - Способ и устройство для получения биогаза из массива бытовых отходов - Google Patents
Способ и устройство для получения биогаза из массива бытовых отходов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2778321C1 RU2778321C1 RU2021128450A RU2021128450A RU2778321C1 RU 2778321 C1 RU2778321 C1 RU 2778321C1 RU 2021128450 A RU2021128450 A RU 2021128450A RU 2021128450 A RU2021128450 A RU 2021128450A RU 2778321 C1 RU2778321 C1 RU 2778321C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- array
- gas
- biogas
- water
- caps
- Prior art date
Links
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 57
- 239000010791 domestic waste Substances 0.000 title claims abstract description 20
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 43
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 10
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims abstract description 10
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000005442 atmospheric precipitation Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000007654 immersion Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 39
- 230000005591 charge neutralization Effects 0.000 abstract description 9
- 230000001264 neutralization Effects 0.000 abstract description 9
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 abstract description 9
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 7
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 abstract description 7
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 abstract description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 8
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 239000008262 pumice Substances 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium monoxide Chemical compound [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 4
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 239000003925 fat Substances 0.000 description 3
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 3
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 3
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 3
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 2
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 2
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 2
- 230000002378 acidificating Effects 0.000 description 2
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 2
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 2
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 2
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 2
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000000614 Ribs Anatomy 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 240000005332 Sorbus domestica Species 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 150000004945 aromatic hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- OYACROKNLOSFPA-UHFFFAOYSA-N calcium;dioxido(oxo)silane Chemical compound [Ca+2].[O-][Si]([O-])=O OYACROKNLOSFPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 229910052570 clay Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004035 construction material Substances 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 231100000078 corrosive Toxicity 0.000 description 1
- 231100001010 corrosive Toxicity 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- HGCYUAJUOYGULZ-UHFFFAOYSA-N dialuminum;dicalcium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3].[Ca+2].[Ca+2] HGCYUAJUOYGULZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 description 1
- 230000029087 digestion Effects 0.000 description 1
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 1
- -1 etc.) Substances 0.000 description 1
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 description 1
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 description 1
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000852 hydrogen donor Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011068 load Methods 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 1
- VASIZKWUTCETSD-UHFFFAOYSA-N manganese(II) oxide Inorganic materials [Mn]=O VASIZKWUTCETSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 239000010813 municipal solid waste Substances 0.000 description 1
- 230000003472 neutralizing Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000010801 sewage sludge Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing Effects 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано для получения биогаза при обезвреживании и утилизации городских и промышленных отходов органического происхождения за счет солнечной энергии и атмосферных осадков. Способ для получения биогаза из массива бытовых отходов содержит бурение скважин в толще массива и установку в них вертикальных перфорированных отводящих труб, солнечный нагрев и увлажнение массива, размещенного под пирамидальными прозрачными колпаками, атмосферными осадками и питательной водой из канавок между колпаками, анаэробное брожение в толще массива с получением биогаза (метана), вывод его из колпаков и пор массива через вертикальные перфорированные отводящие трубы, соединенные через газопроводы с компрессором, который создает разрежение в полости колпаков и соединенных с ним на всасе газопроводов и сжимает на выходе биогаз, поступающий далее под давлением в трубное пространство воздушного холодильника, охлаждаемого наружным воздухом за счет естественной тяги, где происходит его охлаждения с конденсацией значительной части водяных паров и тяжелых углеводородов. Далее биогаз поступает в адсорбер, где осуществляется его очистка от балластных и вредных примесей, например, таких как углекислый газ и сероводород, после чего газ, состоящий в основном из CH4, поступает в газосборник, а конденсат, состоящий из воды и тяжелых углеводородов, направляют в накопительную емкость. Устройство содержит участок массива на подошве полигона захоронения отходов, пробуренные в массиве по рассчитанной сетке N скважин, над которыми установлены N прозрачных герметичных пирамидальных колпаков с зазорами между собой по горизонту шириной Δ1 и глубиной погружения в массив Δ2, образующими канавки, соединенные с распределительным лотком, причем в каждом колпаке пропущены в скважины сквозные отводящие вертикальные перфорированные трубы, достигающие нижним торцом подошвы полигона, верхним торцом соединенные с рядовым газовым коллектором, соединенным с общим газовым коллектором и всасывающим газопроводом, расположенные за границей полигона компрессор, воздушный трубчатый холодильник, адсорбер, который состоит из вертикального цилиндрического корпуса с верхней и нижней крышками, обрамленного снаружи кольцевыми водосборниками, снабженного сбоку и сверху входным и выходным газовыми патрубками, снизу водным штуцером, причем внутри корпуса в шахматном порядке сверху вниз размещены перфорированные корзины, заполненные гранулированным доменным шлаком, над корзинами размещены разбрызгиватели, соединенные патрубками с кольцевыми водосборниками, при этом входной газовый патрубок соединен с трубчатым холодильником, выходной газовый патрубок соединен с газосборником, водный штуцер с распределительным лотком, который соединен, в свою очередь, с питательным насосом. Технический результат: повышение экологической эффективности способа и устройства для получения биогаза из массива бытовых отходов. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Предлагаемое изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано для получения биогаза при обезвреживании и утилизации городских и промышленных отходов органического происхождения за счет солнечной энергии и атмосферных осадков.
Известен способ для термической утилизации твердых бытовых отходов, содержащий бурение скважины на полигоне захоронения отходов и проведение газификации органических компонентов отходов непосредственно в массиве складированных отходов при помощи контролируемого нагрева, включающего подачу топлива и воздуха, горение топлива, в результате чего температура в прилегающей к горелке зоне и начинается горение отходов до температуры 900°С, при которой внутри участка массива отходов образуется реакторная зона, где происходит контролируемая газификация органических компонентов твердых отходов в автотермическом режиме и образование синтез-газа, который извлекается из тела полигона. Способ осуществляют с помощью устройства, содержащего проложенную в скважине газовоздушной магистрали, снабженной горелкой и электрическим поджигом (камеры сгорания), которую перемещают внутри массива по вертикали путем погружения-извлечения подводящих и отводящих труб, а по горизонтали - путем бурения скважин по рассчитанной сетке с чередованием подводящих и отводящих труб. [Патент РФ №2536944, МПК В09В 3/00, В09С 1/06, F23G 5/027, F23G 5/34, 2014].
Основными недостатками известного способа и устройства являются необходимость камеры сгорания с подводящими и отводящими трубопроводами, ее монтажа и перемещения внутри массива по вертикали путем погружения-извлечения подводящих и отводящих труб, а по горизонтали - нулем бурения скважин по рассчитанной сетке с чередованием подводящих и отводящих труб, что обусловливает технические трудности, низкую надежность и высокие издержки на создание и эксплуатацию известного устройства и, в конечном итоге снижает его надежность, экологическую и экономическую эффективность.
Более близким к предлагаемому изобретению является способ и устройство для обезвреживания и утилизации массива бытовых отходов, содержащий бурение скважин в толще массива и установку в них вертикальных перфорированных отводящих труб, солнечный нагрев и увлажнение массива, размещенного под пирамидальными прозрачными колпаками, атмосферными осадками и питательной водой из канавок между колпаками, анаэробное брожение в толще массива с получением био-газа (метана), вывод его из колпаков и пор массива через вертикальные перфорированные отводящие трубы, соединенные через газопроводы с компрессором, который создает разрежение в полости колпаков и соединенных с ним на всасе газопроводов и сжимает на выходе биогаз, поступающий далее под давлением в трубное пространство воздушного холодильника, охлаждаемого наружным воздухом за счет естественной тяги, где происходит его охлаждения с конденсацией значительной части водяных паров и тяжелых углеводородов, после чего очищенный и охлажденный биогаз поступает в газосборник, а конденсат, состоящий из воды и тяжелых углеводородов направляют в накопительную емкость.
Устройство для обезвреживания и утилизации массива бытовых отходов, содержит участок массива на подошве полигона захоронения отходов, пробуренные в массиве по рассчитанной сетке N скважин, над которыми установлены N прозрачных герметичных пирамидальных колпаков с зазорами между собой по горизонту шириной Δ1 и глубиной погружения в массив Δ2, образующими канавки, причем в каждом колпаке через верхнее кольцо пропущены в скважины сквозные отводящие вертикальные перфорированные трубы, достигающие нижним торцом подошвы полигона, а верхним соединен с рядовым газовым коллектором, соединенного с общим газовым коллектором, компрессором, воздушным трубчатым холодильником и газосборником, а канавки пограничных колпаков соединены через распределительный лоток с питательным насосом [Патент РФ №2701678, МПК В09В 3/00, 2019].
Основными недостатками известного способа и устройства являются невозможность очистки полученного биогаза от балластных и вредных примесей, например, таких как углекислый газ и сероводород и отсутствие установки очистки полученного биогаза от вышеупомянутых примесей, что снижает его экологическую и экономическую эффективность.
Техническим результатом, на решение которого направлено заявляемое изобретение, является повышение экологической и экономической эффективности способа и устройства для получения биогаза из массива бытовых отходов.
Технический результат достигается тем, что способ для получения биогаза из массива бытовых отходов содержит бурение скважин в толще массива и установку в них вертикальных перфорированных отводящих труб, солнечный нагрев и увлажнение массива, размещенного под пирамидальными прозрачными колпаками, атмосферными осадками и питательной водой из канавок между колпаками, анаэробное брожение в толще массива с получением био-газа (метана), вывод его из колпаков и пор массива через вертикальные перфорированные отводящие трубы, соединенные через газопроводы с компрессором, который создает разрежение в полости колпаков и соединенных с ним на всасе газопроводов и сжимает на выходе биогаз, поступающий далее под давлением в трубное пространство воздушного холодильника, охлаждаемого наружным воздухом за счет естественной тяги, где происходит его охлаждения с конденсацией значительной части водяных паров и тяжелых углеводородов, далее предварительно очищенный и охлажденный биогаз, поступает в адсорбер, в котором размещены корзины с гранулированным доменным шлаком, где осуществляется его очистка от балластных и вредных примесей, например, таких как углекислый газ и сероводород, после чего газ, состоящий в основном из СН4, поступает в газосборник, а конденсат, состоящий из воды и тяжелых углеводородов направляют в накопительную емкость.
Устройство для реализации предлагаемого способа и устройства для получения биогаза из массива бытовых отходов приведено на фиг. 1, 2 (фиг. 1 - общий вид, фиг. 2 - адсорбер).
Устройство для получения метана из массива бытовых отходов, содержит участок массива 1 на подошве 2 полигона захоронения отходов, пробуренные в массиве 1 по рассчитанной сетке (на фиг. 1, 2 не показана) N скважин 3, над которыми установлены N прозрачных герметичных пирамидальных колпаков 4 с зазорами между собой по горизонту шириной Δ1 и глубиной погружения в массив 1 Δ2 (на фиг. 1, 2 не показаны), образующими канавки (на фиг. 1, 2 не показаны), соединенные с распределительным лотком 5, причем в каждом колпаке 4 пропущены в скважины 3 сквозные отводящие вертикальные перфорированные трубы 6, достигающие нижним торцом подошвы 2 полигона, верхним торцом соединенные с рядовым газовым коллектором 7, соединенным с общим газовым коллектором 8 и всасывающим газопроводом 9, с расположенными за границей полигона компрессором 10, воздушным трубчатым холодильником 11, адсорбером 12, состоящим из вертикального цилиндрического корпуса 13 с верхней и нижней крышками 14 и 15, обрамленного снаружи кольцевыми водосборниками 16, снабженного сбоку и сверху входным и выходным газовыми патрубками 17, 18, снизу водным штуцером 19, причем внутри корпуса 13 в шахматном порядке сверху-вниз размещены перфорированные корзины 20, заполненные гранулированным доменным шлаком 21, над корзинами 20 размещены разбрызгиватели 22, соединенные патрубками 23 с кольцевыми водосборникапми 16, при этом входной газовый патрубок 17 соединен с трубчатым холодильником 11, выходной газовый патрубок 18 соединен с газосборником (на фиг. 1, 2 не показан), водный штуцер 19 с распределительным лотком 5, который, в свою очередь, с питательным насосом (на фиг. 1, 2 не показан).
В основу работы предлагаемого способа и устройства положены хорошая растворимость диоксида углерода, находящегося в дождевой воде, в сыром массиве бытовых отходов, ввиду наличия в нем белков, жиров и других органических соединений [К. Неницеску. Общая химия. - М.: Мир, 1968, 4, с. 490], возможность получения метана при сбраживании сырого массива бытовых отходов [С.В. Яковлев и др. Канализация. - М.: Госстройизд. 1976, с. 263] и использование в качестве адосрбента для очистки полученного биогаза от балластных и вредных примесей (таких как углекислый газ и сероводород). Так, по данным [Рекомендации по расчету образования биогаза и выбору систем дегазации на полигонах захоронения твердых бытовых отходов, М. ФГУП, Федеральный центр по благоустройству и обращению с отходами, 2003 г. ], биогаз имеет следующий усредненный состав, %: метан - 50-65, диоксид углерода - 30-45, сероводород - 0,2-0,8, азот, кислород, водород - 1-2, ароматические углеводороды, сложные эфиры - до 1. Средняя влажность биогаза - 35-40%. Шлаковая пемза, изготовленная из основных металлургических шлаков, представляет собой материал с высокопористой механически прочной структурой (прочность на сдавливание до 2,7 МПа), состоящий из оксида кальция, оксида кремния, оксида алюминия и частично из оксида магния (СаО, SiO2, Al2O3, MnO) с модулем основности М>1 [Строительные материалы. Справочник. Под ред. Болдырева А.С. и др. - М.: Стройизд.,1989, с. 423; Домокеев А.К. Строительные материалы. - М.: Высш. школа, 1989, с. 163]. Высокое значение модуля основности придает гранулам шлаковой пемзы основные свойства, позволяющие сорбировать на их поверхности вещества, обладающие кислыми свойствами, к которым относятся и вредные примеси, которые присутствуют в полученном биогазе (СО2, H2S, О2), а высокая пористость их структуры обеспечивает высокую удельную поверхность. Кроме того, исходя из своего состава, гранулы шлаковой пемзы устойчивы к коррозионному воздействию кислых компонентов биогаза, широкодоступны и дешевы.
Предлагаемый способ получения биогаза из массива бытовых отходов осуществляется в предлагаемом устройстве следующим образом.
Предварительно, вблизи полигона захоронения отходов монтируют стационарное оборудование установки (место установки этого оборудования желательно располагать также поблизости от источника водоснабжения), а именно: компрессор 10, воздушный трубчатый холодильник 11, распределительный лоток 5, адсорбер 12, газосборник, накопительную емкость и питательный насос (на фиг. 1, 2 не показаны), на участке массива 1 полигона захоронения бурят скважины 3, куда вставляют отводящие вертикальные перфорированные трубы 6, достигающие нижним торцом подошвы 2 полигона, после чего засыпают свободное пространство скважин 3. Затем на вышеупомянутом участке массива 1 устанавливают N предварительно собранных, прозрачных герметичных пирамидальных колпаков 4 с зазорами между собой по горизонту шириной Δ1 и глубиной погружения в массив 1 Δ2, образующими канавки (на фиг. 1, 2 не показаны). При этом, глубина погружения Δ2 должна обеспечивать достаточную герметичность колпаков 4, а ширина заторов Δ1 и их глубина должны обеспечивать надежное увлажнение площади и толщи массива 1 под колпаками 4. Далее верхние торцы труб 6 соединяют с рядовыми газовыми коллекторами 7, соединяют их с общим газовым коллектором 8, который соединяют через всасывающий газопровод 9 с компрессором 10.
Примечание. Площадь колпаков 4 находят, исходя из оптимального расстояния всасывания биогаза всасывающим газопроводом 9 и увлажнения массива 1 из канавок (на фиг. 1, 2 не показаны), а угол наклона ребер колпаков 4 должен быть не меньше угла естественного откоса воды. Количество пирамидальных прозрачных колпаков 4 N и соответствующее им количество скважин 3 с отводящими трубами 6 лимитируется аэродинамическим сопротивлением всасывающей части газопроводов установки.
Проведение процесса получения биогаза совместно с обезвреживанием органических компонентов полигона захоронения отходов осуществляют в теплое время года непосредственно в массиве 1 складированных отходов при помощи солнечного нагрева и дождевого увлажнения (при недостаточном естественном увлажнении используют подачу воды в канавки (на фиг. 1, 2 не показаны) и в кольцевые водосборники 16 адсорбера 12 из постороннего источника водоснабжения посредством питательною насоса и распределительного лотка 5) с последующим выводом биогаза через отводящие трубы 6 из пор массива 1 в пространство под колпаками 4 и газопроводы 7. При насыщении массива 1 дождевой водой или водой из источника водоснабжения и нагрева его солнечными лучами через прозрачную оболочку пирамидальных колпаков 4, в толще массива 1 образуется нечто подобное сырому осадку в метантенке с температурой (20-30)°С, которая достаточно близка к оптимальной температуре анаэробного брожения (30-50)°С. Температура в толще массива 1 может также повышаться за счет экзотермических реакции, происходящих между его компонентами. В тоже время, наряду с увлажнением, массив 1 насыщается примесями, присутствующими в дождевой или подпиточной воде (СО2, NOx, SOx, соли Са, Mg и пр.), а также воды, сливаемой из адсорбера 12 и насыщенной СО2, в результате процессов абсорбции, адсорбции и хемосорбции, которые протекают с компонентами массива бытовых отходов (частицами белков, жирами, песком, глиной и. д.), причем в массиве 1 при разложения жиров, белков, минеральных солей и пр. образуется CO2, а дождевая вода уменьшает- рН массива 1, что также интенсифицирует- процессы образования СН4. В результате взаимодействия вышеперечисленных факторов происходит обезвреживание органических компонентов сырого массива 1 путем анаэробного сбраживания, которое является основным методом обезвреживания сырых осадков сточных вод, имеющих приблизительно тот же состав, что и массив бытовых отходов. При этом, в результате распада органических веществ бытовых отходов и взаимодействия продуктов распада с диоксидом углерода в качестве основных продуктов получается метан.
Метан образуется в результате восстановления СО2 или метильной группы уксусной кислоты
где AH2 - органическое вещество, служащее для метанобразующих бактерий донором водорода (жирные кислоты кроме уксусной и спирты кроме метилового);
Кроме этого многие виды метанообразуюших бактерий окисляют молекулярный водород, образующийся в кислой фазе по реакции:
Микроорганизмы, использующие уксусную кислоту и метиловый спирт, осуществляют реакции:
При этом, если в массиве 1 имеется свободный СО2, скорость реакций (1), (2) увеличивается, а реакций (3), (4) уменьшается, что повышает долю метана в получаемом газе.
Полученный биогаз компрессором 10 подают в трубное пространство воздушного холодильника 11, который охлаждается наружным воздухом за счет естественной тяги, где происходит его охлаждения с конденсацией значительной части водяных паров и тяжелых углеводородов. Частично очищенный и охлажденный биогаз, состоящий в основном из CH4 и CO2, после холодильника 11 поступает в адсорбер 12, где последовательно проходит через все перфорированные корзины 20, заполненные гранулированным доменным шлаком 21. Биогаз через отверстия в перфорированных корзинах 20 заполняет свободное пространство между гранулами шлаковой пемзы 21, находящиеся в газовой смеси молекулы H2S, СО2 контактируют с гранулами 21, адсорбируясь на поверхности их пор. Поток биогаза, многократно попадая на поверхность гранул 21 и вовнутрь их, очищается от балластных и вредных примесей (СО2, H2S), которые сорбируются на поверхности и внутри гранул 21. После прохождения самой верхней корзины 20 адсорбера 12 очищенный до требуемой степени биогаз поступает в газосборник (на фиг. 1, 2 не показан) 1 и выбрасываются в атмосферу.
При падении активности гранул 21 их следует подвергать регенерации. Процесс регенерации заключается в очистке поверхности и пор гранул шлаковой пемзы 21 от мелкодисперсных частиц и абсорбированных молекул вредных примесей и осуществляется путем промывки гранул 21 из кольцевых водосборников 16 дождевой водой (при отсутствии дождей вода подается из источника водоснабжения). Дождевая или резервная вода из кольцевых водосборников 16 через патрубки 23 и оросители 22, орошает гранулированный шлак 21 в корзинах 20, после чего, насыщенная СО2 и H2S, через водяной штуцер 19 сливается в распределительный лоток 5, откуда поступает в массив 1, интенсифицируя там по вышеприведенным реакциям (1), (2) процесс образования метана. Регенерацию загрузки проводят без остановки процесса очистки. Замену адсорбента (гранул 21) на свежий производят при окончании работы установки.
Полученный метан может быть использован как топливо для теплогенераторов, конденсат в зависимости от типа и концентрации в нем углеводородов направляют на дальнейшую переработку или сбрасывают с питательной водой на увлажнение массива 1, а сброженный массив после отделения от него посторонних предметов используется как высокоэффективное удобрение для сельского хозяйства.
Процесс получения биогаза, совмещенный с обезвреживанием участка массива 1 проводят в течении теплого периода одного года (длительность процесса зависит от средней температуры теплого периода, толщины и пористости массива 1, содержания и характера органических компонентов отходов). По окончании обезвреживания демонтируют все оборудование одновременно с вывозом сброженных бытовых отходов и устанавливают его на следующем участке полигона захоронения отходов. Для увеличения количества биогаза и ускорения процесса обезвреживания полигона можно устраивать несколько одновременно функционирующих участков массива 1.
Таким образом, предлагаемые способ и устройство за счет использования природных факторов (солнечного тепла и атмосферных осадков), наряду с улучшением экологической ситуации в местах обезвреживания бытовых отходов, обеспечивают утилизацию их наиболее опасной (органической) части с получением биогаза (топливного газа-метана), очищенного от большей части балласта и вредных примесей без существенных энергетических затрат (энергия тратится только на привод компрессора и питательного насоса), что повышает экологическую и экономическую эффективность процесса получения биогаза при обезвреживании и утилизации массива бытовых отходов.
Claims (2)
1. Способ для получения биогаза из массива бытовых отходов, содержащий бурение скважин в толще массива и установку в них вертикальных перфорированных отводящих труб, солнечный нагрев и увлажнение массива, размещенного под пирамидальными прозрачными колпаками, атмосферными осадками и питательной водой из канавок между колпаками, анаэробное брожение в толще массива с получением биогаза (метана), вывод его из колпаков и пор массива через вертикальные перфорированные отводящие трубы, соединенные через газопроводы с компрессором, который создает разрежение в полости колпаков и соединенных с ним на всасе газопроводов и сжимает на выходе биогаз, поступающий далее под давлением в трубное пространство воздушного холодильника, охлаждаемого наружным воздухом за счет естественной тяги, где происходит его охлаждение с конденсацией значительной части водяных паров и тяжелых углеводородов, поступление конденсата, состоящего из воды и тяжелых углеводородов, в накопительную емкость, отличающийся тем, что из воздушного холодильника биогаз поступает в адсорбер, в котором размещены корзины с гранулированным доменным шлаком, где осуществляется его очистка от балластных и вредных примесей, после чего биогаз, состоящий в основном из CH4, поступает в газосборник.
2. Устройство по реализации способа по п. 1, содержащее участок массива на подошве полигона захоронения отходов, пробуренные в массиве по рассчитанной сетке N скважин, над которыми установлены N прозрачных герметичных пирамидальных колпаков с зазорами между собой по горизонту шириной Δ1 и глубиной погружения в массив Δ2, образующими канавки, соединенные с распределительным лотком, причем в каждом колпаке пропущены в скважины сквозные отводящие вертикальные перфорированные трубы, достигающие нижним торцом подошвы полигона, верхним торцом соединенные с рядовым газовым коллектором, соединенным с общим газовым коллектором и всасывающим газопроводом, расположенные за границей полигона компрессор, воздушный трубчатый холодильник, газосборник, источник водоснабжения и питательный насос, накопительная емкость, отличающееся тем, что воздушный холодильник соединен по биогазу с адсорбером, который состоит из вертикального цилиндрического корпуса с верхней и нижней крышками, обрамленного снаружи кольцевыми водосборниками, снабженного сбоку и сверху входным и выходным газовыми патрубками, снизу водным штуцером, причем внутри корпуса в шахматном порядке сверху вниз размещены перфорированные корзины, заполненные гранулированным доменным шлаком, над корзинами размещены разбрызгиватели, соединенные патрубками с кольцевыми водосборниками, при этом входной газовый патрубок соединен с трубчатым холодильником, выходной газовый патрубок соединен с газосборником, водный штуцер – с распределительным лотком, который соединен, в свою очередь, с питательным насосом.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2778321C1 true RU2778321C1 (ru) | 2022-08-17 |
Family
ID=
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2856319A1 (fr) * | 2003-06-19 | 2004-12-24 | Grangeon Et Fils | Installation de biotraitement et de stockage de dechets |
| CN104148358B (zh) * | 2014-07-04 | 2017-08-08 | 浙江海亮固废处理科技有限公司 | 一种用于处理有机固体废弃物的方法和装置 |
| RU2630456C1 (ru) * | 2016-10-21 | 2017-09-08 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Способ и устройство для обезвреживания и утилизации массива бытовых отходов |
| RU2685394C1 (ru) * | 2018-04-24 | 2019-04-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Устройство для дезодорации и обезвреживания газовых выбросов |
| RU2700817C1 (ru) * | 2018-09-20 | 2019-09-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр новых энергетических технологий" (ООО "ЦНЭТ") | Устройство для увеличения объемов извлекаемого биогаза с полигонов твердых бытовых отходов |
| RU2700862C1 (ru) * | 2019-03-26 | 2019-09-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Способ утилизации полимерных компонентов коммунальных и промышленных отходов и устройство для его осуществления |
| RU2701678C2 (ru) * | 2017-10-02 | 2019-09-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет "(ЮЗГУ) | Способ и устройство для обезвреживания и утилизации массива коммунальных отходов |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2856319A1 (fr) * | 2003-06-19 | 2004-12-24 | Grangeon Et Fils | Installation de biotraitement et de stockage de dechets |
| CN104148358B (zh) * | 2014-07-04 | 2017-08-08 | 浙江海亮固废处理科技有限公司 | 一种用于处理有机固体废弃物的方法和装置 |
| RU2630456C1 (ru) * | 2016-10-21 | 2017-09-08 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Способ и устройство для обезвреживания и утилизации массива бытовых отходов |
| RU2701678C2 (ru) * | 2017-10-02 | 2019-09-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет "(ЮЗГУ) | Способ и устройство для обезвреживания и утилизации массива коммунальных отходов |
| RU2685394C1 (ru) * | 2018-04-24 | 2019-04-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Устройство для дезодорации и обезвреживания газовых выбросов |
| RU2700817C1 (ru) * | 2018-09-20 | 2019-09-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр новых энергетических технологий" (ООО "ЦНЭТ") | Устройство для увеличения объемов извлекаемого биогаза с полигонов твердых бытовых отходов |
| RU2700862C1 (ru) * | 2019-03-26 | 2019-09-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Способ утилизации полимерных компонентов коммунальных и промышленных отходов и устройство для его осуществления |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102607035B (zh) | 一种城市生活垃圾处理和利用系统工艺 | |
| CN100381352C (zh) | 用垃圾、生物质和水为原料的等离子体制氢方法及设备 | |
| CN204338559U (zh) | 城市垃圾与污泥综合处理系统 | |
| CN102216229A (zh) | 用于使由污物收集的含甲烷生物气体的量最大化的主处理单元和系统 | |
| PL194933B1 (pl) | Urządzenie do wytwarzania biogazu | |
| CN208995480U (zh) | 一种城市有机垃圾厌氧消化联产氢气甲烷的系统 | |
| RU2778321C1 (ru) | Способ и устройство для получения биогаза из массива бытовых отходов | |
| NO174545B (no) | Fremgangsmaate og system for aa om-danne forurensende biproduktgasse r | |
| RU2371239C2 (ru) | Комплексный способ и устройство для очистки и утилизации дымовых газов с получением метана | |
| RU2630456C1 (ru) | Способ и устройство для обезвреживания и утилизации массива бытовых отходов | |
| WO2017035923A1 (zh) | 一种生物质气化发电系统 | |
| RU2090245C1 (ru) | Способ нейтрализации вредных газообразных примесей и устройство для его осуществления | |
| CN217964069U (zh) | 一种降低餐厨垃圾处理碳排放的处理系统 | |
| CN105695014A (zh) | 一种沼气提纯初级过滤装置 | |
| JP6940713B1 (ja) | 水素製造システム | |
| CN112226250B (zh) | 一种煤制气多污染物净化治理系统 | |
| CN1699543A (zh) | 沼气发生装置及其污水处理方法 | |
| RU2701678C2 (ru) | Способ и устройство для обезвреживания и утилизации массива коммунальных отходов | |
| CN103570206A (zh) | 低干度、多次排、脱水法(l.m.d法)专用热水解反应釜 | |
| CN208995482U (zh) | 城市有机垃圾厌氧消化联产氢气甲烷的系统 | |
| Mohanty et al. | Industrial applications of anaerobic digestion | |
| CN101274202A (zh) | 组合制氢催化回收资源装置 | |
| RU2700087C1 (ru) | Способ снижения выделения метана, содержащегося в биогазе, на полигоне твердых коммунальных отходов | |
| Ezhov et al. | Technology for utilization and neutralization of municipal waste | |
| CN202936293U (zh) | 低干度、多次排、脱水法(l.m.d法)专用热水解反应釜 |