Биоэнергетическая установка

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(71) Заявитель Гродненский сельскохозяйственный институт(73) Патентообладатель Гродненский сельскохозяйственный институт(57) 1. Биоэнергетическая установка, содержащая приемный резервуар, теплообменник, подогреватель, метантенк, компрессор, газгольдер, водогрейную котельную, теплообменник для воды, хранилище остатка, причем приемный резервуар последовательно через первые вход и выход теплообменника и подогреватель связан с первым входом метантенка, второй выход которого последовательно через вторые вход и выход теплообменника и вторые вход и выход теплообменника для воды связан с хранилищем остатка, компрессор последовательно через газгольдер связан с первым входом водогрейной котельной, первый выход которой по воде связан со вторым входом подогревателя, а второй - со вторым входом метантенка, второй вход водогрейной котельной, при этом, по воде связан с первым выходом теплообменника для воды, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит абсорбер установленный между первым выходом метантенка и компрессором, электролизер связанный по выходу газа с третьим входом водогрейной котельной, а по рабочей жидкости - с абсорбером, и блок питания электролизера. 2. Биоэнергетическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что электролизер выполнен диафрагменным с графитовым анодом и стальным катодом, дополнительно содержит насос, установленный на его жидкостном выходе, при этом электролизер по выходу водорода связан с водогрейной котельной. 3. Биоэнергетическая установка по . 1, отличающаяся тем, что абсорбер выполнен в виде вертикально установленного закрытого цилиндра с верхним основанием в виде конфузора, переходящего в газовый выход, и двойным нижним основанием с газовым входом, расположенным в нижней стенке, и отверстиями для прохождения газа внутрь, в верхней стенке, жидкостные вход и выход установлены, соответственно, сверху и снизу в боковой стенке цилиндра, заполненного до уровня жидкостного входа - водным раствором едкого натра . Изобретение относится к устройствам для получения биогаза и может быть использовано для производства биогаза и органических удобрений из биомассы, отходов животноводства и растениеводства. Известна биоэнергетическая установка, содержащая метантенк, первый теплообменник и газгольдер . Недостатком данного устройства является то, что производимый ею биогаз имеет низкую теплотворную способность из-за большого процентного содержания (30-50 ) углекислого газа и связанный с этим низкий к.п.д. тепловых установок и двигателей, где он используется. Кроме того, при накоплении и хранении такого биогаза требуется неоправданно большие емкости газгольдеров и баллонов. Все это снижает эффективность биоэнергетической установки как источника энергоносителя. Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранная в качестве прототипа биоэнергетическая установка 2, содержащая приемный резервуар, теплообменник, подогреватель,метантенк компрессор, газгольдер, водогрейную котельную, теплообменник для воды и хранилище остатка,у которой приемный резервуар последовательно через первые входы и выходы теплообменника и подогревателя связан с первым входом метантенка, второй выход которого последовательно через вторые входы и выходы теплообменника и теплообменника для воды подсоединен к хранилищу остатка, а газовый выход через компрессор и газгольдер связан с водогрейной котельной, у которой вход по воде связан с первым выходом теплообменника для воды, первый выход - со вторым входом подогревателя, а второй выход - со вторым входом метантенка. Установка обеспечивает сбор исходного сырья и его подготовку в приемнике, подогрев в первом теплообменнике и в подогревателе и сбраживание этого сырья в метантенке с образованием биогаза и остатка. Биогаз сжимается с помощью компрессора и поступает в газгольдер и далее его часть в котельную. Остаток через вторые входы и выходы первого и второго теплообменников подается в хранилище остатка. Утилизация теплоты остатка происходит в первом и втором теплообменниках. Подогретая в котельной вода поступает в подогреватель для подогрева сырья и в метантенк для поддержания постоянной температуры. Недостатком известной установки является то, что получаемый в ней биогаз имеет низкую теплотворную способность из-за большого процентного содержания углекислого газа и связанный с этим низкий к.п.д. водогрейной котельной. При накоплении и хранении такого биогаза снижается эффективность работы компрессора и газгольдера и, как результат - низкая эффективность работы установки. Задачей изобретения является улучшение качества биогаза и повышение эффективности работы отдельных элементов и всей установки в целом. Решение указанной задачи достигается тем, что биоэнергетическая установка, содержащая приемный резервуар, теплообменник, подогреватель, метантенк, компрессор, газгольдер, водогрейную котельную, теплообменник для воды, хранилище остатка, у которой приемный резервуар последовательно через первые вход и выход теплообменника и подогреватель связан с первым входом метантенка, второй выход которого последовательно через вторые вход и выход теплообменника и вторые вход и выход теплообменника для воды связан с хранилищем остатка, компрессор последовательно через газгольдер связан с первым входом водогрейной котельной, первый выход которой по воде связан со вторым входом подогревателя, а второй - со вторым входом метантенка, второй вход водогрейной котельной, при этом по воде связан с первым выходом теплообменника для воды дополнительно снабжена абсорбером, установленным между первым выходом метантенка и компрессором, электролизером, связанным по рабочей жидкости с абсорбером, а по выходу газа с третьим входом водогрейной котельной, и блок питания электролизера. Электролизер выполнен диафрагменным с графитовым анодом и стальным катодом, дополнительно содержит насос, установленный на его жидкостном выходе, при этом электролизер по выходу водорода связан с водогрейной котельной. Абсорбер выполнен в виде вертикально установленного закрытого цилиндра с верхним основанием в виде конфузора, переходящего в газовый выход, и двойным нижним основанием с газовым входом, расположенным в нижней стенке, и отверстиями для прохождения газа внутрь, в верхней стенке. Жидкостные вход и выход установлены, соответственно, сверху и снизу в боковой стенке цилиндра, заполненного до уровня жидкостного входа - водным раствором едкого натра (аОН). Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых блоков абсорбера, электролизера, блока питания и их связями с остальными элементами схемы. На фиг. 1 представлена схема биоэнергетической установки. На фиг. 2 изображен электролизер. На фиг. 3 показано устройство абсорбера. Биоэнергетическая установка (фиг. 1) содержит приемник 1 исходного сырья, связанный через первые вход и выход первого теплообменника 2 и подогреватель 3 с первым входом метантенка 4, вторым выходом 2 2145 1 через газовые вход и выход абсорбера 5, компрессор 6 выходом связанный с входом газгольдера 7, водогрейную котельную 8, первым входом связанную с выходом газгольдера 7, а первым и вторым выходами - с вторыми входами подогревателя 3 и метантенка 4 соответственно, электролизер 9, жидкостными входом и выходом подсоединенный к жидкостным выходу и входу абсорбера 5, блок 10 питания, выходами подсоединенный к электрическим входам электролизера 9, у которого первый газовый выход подсоединен к третьему дополнительному входу котельной 8, а второй газовый выход сообщен с атмосферой, второй теплообменник 11 и хранилища 12 остатка, причем второй выход метантенка 2 последовательно через вторые входы и выходы первого 2 и второго 11 теплообменников соединен с входом хранилища 12 остатка. Электролизер 9 (фиг. 2) содержит диафрагменный электролизер 13 и установленный на его жидкостном выходе перекачивающий насос 14, входом связанный с катодным пространством 15, анодное пространство 16 и разделяющую их диафрагму 17, выполненную из асбеста или стеклоткани, стальной катод 18, графитовый анод 19, катодный 20 и анодный 21 газовые объемы, причем первый газовый выход связан с катодным газовым объемом 20, второй - с анодным газовым объемом 21, жидкостный вход связан с анодным пространством 16, стальной катод 18 электрически соединен с отрицательным, а анод - с положительным входами. Абсорбер 5 (фиг. 3) выполнен в виде вертикально установленного цилиндра, содержит двойное нижнее основание 22, образующее полость 23, имеющую снизу газовый вход, а сверху - множество отверстий для выхода газа, верхнее основание 24 (в виде конфузора) переходящего в газовый выход, а также абсорбент 25 водный раствор едкого натраи имеет жидкостный вход в верхней части, жидкостный выход в нижней части. Биоэнергетическая установка работает следующим образом. Исходное сырье (навозные стоки, отходы растительного происхождения и др.) поступают в приемник 1, где происходит их предварительная подготовка(измельчение, перемешивание, предварительная ферментация), а затем в виде субстрата - на первый вход теплообменника 2, на второй вход которого поступает сброженный остаток с второго выхода метантенка 4. За счет теплоты остатка происходит подогрев исходного сырья. Окончательную температуру субстрат приобретает в подогревателе 3, на первый вход которого он поступает с второго выхода теплообменника 2. С выхода подогревателя 3 субстрат подается на первый вход метантенка. На вторые входы подогревателя 3 и метантенка 4 для подогрева субстрата и для поддержания необходимой температуры с первого и второго выходов водогрейной котельной 8 поступает нагретая вода. Второй подогреватель 11 обеспечивает дальнейшую утилизацию тепла остатка поступающего через его вторые вход и выход с второго выхода теплообменника 2 на вход хранилища 12 и подогрев воды, поступающий через первые его вход и выход на второй вход котельной 8. Образующийся в результате анаэробного брожения в метантенке 4 биогаз, состоящий, в основном, из 50 70 метана (СН 4) и 30 50 углекислого газа (СО 2) поступает с его первого выхода через газовый вход в полость 23 основания 22 абсорбера 5 (фиг. 3). Давление газа в полости 23 должно поддерживаться таким, чтобы обеспечивался непрерывный процесс барботирования газом абсорбента 25 через мелкие отверстия внешней стенки газовой полости основания 22 абсорбера. При взаимодействии биогаза и абсорбента 25 будет происходить реакция поглощения углекислого газа и образования карбоната натрия, т.е. 2223 Н 2 О. Метан не вступает в реакцию с абсорбентом и через газовый выход поступает на вход компрессора 6, где сжимается и под большим давлением подается в газгольдер 7. В электролизере 9 (фиг. 2) происходит процесс регенерации абсорбента, т.е. непрерывное восстановление гидроокиси натрия из карбоната натрия с одновременным образованием свободного водорода, кислорода и углекислого газа 2 а 2 СО 34 Н 2 О 4 аОН 2 Н 22 СО 2 О 2. Перекачивающий насос 14 обеспечивает непрерывную циркуляцию абсорбента по контуру жидкостный выход абсорбера 5, жидкостный вход электролизера 9, анодное пространство 16, пористая диафрагма 17, катодное пространство 15, жидкостный выход электролизера, перекачивающий насос 14,жидкостный вход абсорбера. Блок питания 10 обеспечивает непрерывное электрическое питание электролизера 9. Водород, образующийся в катодном газовом объеме 20 электролизера через его первый газовый выход поступает на третий дополнительный вход котельной 8. Сжигание водорода в котельной вместо накопления в газгольдере является целесообразным ввиду его меньшей удельной теплоты сгорания (10,8 мдж/м 3) по сравнению с метаном (35,9 мдж/м 3). Образующиеся в анодном пространстве 16 диафрагменного электролизера 13 углекислый газ и кислород выделяются в анодном газовом объеме 21 и выпускаются через второй газовый выход в атмосферу. Применение предлагаемой биоэнергетической установки позволяет получать биогаз высокого качества практически чистый метан, обладающий высокой теплотой сгорания, за счет использования абсорбера и электролизера, обеспечивающих поглощение углекислого газа из исходного биогаза, получаемого в метантенке, и непрерывную регенерацию абсорбента - водного раствора едкого натра. Использование высококачественного биогаза и водорода, получаемого в электролизере, обеспечивает увеличение к.п.д. водогрейной котельной, имеющейся в установке. Ввиду повышения объемной удельной теплоты сгорания биогаза повышается эффективность использования газгольдера установки, а также газовых баллонов для двигателей внутреннего сгорания транспортных средств. Кроме того, к.п.д. двигателей внутреннего сгорания, котельных, использующих получаемый в уста 3 2145 1 новке высококачественный биогаз будет выше, что соответственно повышает эффективность биоэнергетической установки в целом. оставитель Д.Ф. Крылов Редактор В.Н. Позняк Корректор Т.Н. Никитина Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 4