Скачать PDF файл.

Текст

Смотреть все

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Учреждение образования Гродненский государственный аграрный университет(72) Авторы Пестис Витольд Казимирович Григорьев Дмитрий Алексеевич Богданович Петр Францевич(73) Патентообладатель Учреждение образования Гродненский государственный аграрный университет(57) 1. Биоэнергетическая установка, содержащая биогазовую установку, имеющую вход и выход по субстрату, абсорбер, газгольдер, электролизер с газовым выходом, снабженный блоком питания и выполненный в виде диафрагменного электролизера, содержащего анод, катод и диафрагму, образующие анодную и катодную камеры, причем биогазовая установка газовым выходом соединена с газовым входом абсорбера, абсорбер газовым выходом соединен с газовым входом газгольдера, жидкостные выход и вход абсорбера соединены соответственно с жидкостными входом и выходом электролизера, отличающаяся тем, что дополнительно содержит мини-ТЭЦ, тепловые выход и вход которой соединены соответственно с тепловыми входом и выходом биогазовой установки, и десорбер, снабженный газовыми входом и выходом, по рабочей жидкости связанный с электролизером, при этом мини-ТЭЦ газовым входом соединена с газовым выходом газгольдера, газовый выход электролизера и газовый выход мини-ТЭЦ соединены с атмосферой, электрический выход мини-ТЭЦ соединен с электрическим входом электролизера и с электрической сетью. 42832008.04.30 2. Биоэнергетическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что электролизер дополнительно снабжен вторыми жидкостными входом и выходом, являющимися жидкостными входом и выходом анодной камеры электролизера и соединенными соответственно с жидкостными выходом и входом десорбера, при этом первые жидкостные вход и выход электролизера являются входом и выходом катодной камеры электролизера и соединены соответственно с жидкостными выходом и входом абсорбера, газовый выход электролизера является газовым выходом анодной камеры электролизера. 3. Биоэнергетическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что анод электролизера имеет электрохимически стойкое покрытие, диафрагма электролизера выполнена ионопроницаемой и исключающей жидкостный и газовый обмен между анодной и катодной камерами электролизера.(56) 1. Шадурский Г.П. , Стужинский Н.Н. Использование биогазовых энергетических комплексов в Германии // Энергоэффективность. - 2006. -9. - С. 14-15. 2. Заявка 2004104324 АА 4234014002 . Способ и устройство для получения метана, электрической и тепловой энергии / Крылович Адам, Хжановски Казимеж, Усидус Януш. - РСТ 03/00638 (23.01.2003). 3. Пат. 2145 , МПК 6 С 02 11/04. Биоэнергетическая установка / П.Ф.Богданович,П.П.Богданович, Н.А.Глущенко, А.Н.Филоник (прототип). 4. Основы химической технологии Учеб. для студентов хим.-технол. спец. вузов / И.П. Мухленов, А.Е. Горщтейн, Е.С. Тумаркина под ред. И.П. Мухленова. - 4-е изд., перераб. и доп. - М. Высш. шк., 1991. - С. 110-112. 5. Щаулов В.Ю. Об опыте внедрения и эксплуатации газопоршневых мини-ТЭЦ // Энергоэффективность. - 2007. -1. - С. 12-15 2007. -2. С. 20-22. Полезная модель относится к устройствам для получения биогаза, электрической и тепловой энергии и может быть использована для переработки отходов сельскохозяйственных и перерабатывающих предприятий. Известна биоэнергетическая установка 1, содержащая биогазовую установку, миниТЭЦ и обеспечивающая переработку субстрата (отходов животноводства и перерабатывающих предприятий), получение биогаза и выработку электрической и тепловой энергии. Недостатком данной установки является невысокий КПД мини-ТЭЦ из-за большого содержания (3050 ) углекислого газа в получаемом биогазе. Известно также устройство для получения метана, электрической и тепловой энергии 2, содержащее биогазовую установку, мини-ТЭЦ и установку для разложения биогаза,включающую в себя двухкамерный реактор, при этом первая камера реактора заполнена жидкостью, поглощающей только диоксид углерода, а вторая камера заполнена той же жидкостью, выделяющей СО 2. Недостатками данного устройства являются низкая эффективность процесса очистки биогаза и отсутствие возможности регенерации рабочей жидкости. Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому устройству является выбранная в качестве прототипа ранее заявленная биоэнергетическая установка 3, содержащая биогазовую установку, имеющую вход и выход по субстрату, абсорбер, газгольдер,электролизер с газовым выходом, снабженный блоком питания и выполненный в виде диафрагменного электролизера, содержащего анод, катод и диафрагму, образующие анодную и катодную камеры, причем биогазовая установка газовым выходом соединена с газовым входом абсорбера, абсорбер газовым выходом соединен с газовым входом газгольдера, жидкостные выход и вход абсорбера соединены соответственно с жидкостными входом и выходом электролизера. 2 42832008.04.30 Биоэнергетическая установка обеспечивает получение биогаза из исходного сырья(навозных стоков, отходов растительного происхождения и др.) в биогазовой установке, а также очистку полученного биогаза от углекислого газа. Выделение углекислого газа обеспечивается в абсорбере путем барботирования полученного биогаза в жидком абсорбенте, в качестве которого используется водный раствор . Установка также обеспечивает регенерацию абсорбента в электролизере за счет протекания электрохимической реакции образования щелочи и выделения углекислого газа. Недостатком известной установки является низкая эффективность процесса регенерации абсорбента в электролизере, а также то, что ее конструкция обеспечивает возможность производства только тепловой энергии, значительная часть которой используется для собственных нужд установки, а для питания электролизера необходимо использовать энергию из электрической сети, что в совокупности приводит к низкой эффективности использования полученного биогаза. Заявляемая полезная модель направлена на улучшение качества полученного биогаза и повышение эффективности его использования. Решение указанной задачи достигается тем, что биоэнергетическая установка, содержащая биогазовую установку, имеющую вход и выход по субстрату, абсорбер, газгольдер,электролизер с газовым выходом, снабженный блоком питания и выполненный в виде диафрагменного электролизера, содержащего анод, катод и диафрагму, образующие анодную и катодную камеры, причем биогазовая установка газовым выходом соединена с газовым входом абсорбера, абсорбер газовым выходом соединен с газовым входом газгольдера, жидкостные выход и вход абсорбера соединены соответственно с жидкостными входом и выходом электролизера, дополнительно содержит мини-ТЭЦ, тепловые выход и вход которой соединены соответственно с тепловыми входом и выходом биогазовой установки, и десорбер, снабженный газовыми входом и выходом, по рабочей жидкости связанный с электролизером, при этом мини-ТЭЦ газовым входом соединена с газовым выходом газгольдера, газовый выход электролизера и газовый выход мини-ТЭЦ соединены с атмосферой, электрический выход мини-ТЭЦ соединен с электрическим входом электролизера и с электрической сетью. Электролизер дополнительно снабжен вторыми жидкостными входом и выходом, являющимися жидкостными входом и выходом анодной камеры электролизера и соединенными соответственно с жидкостными выходом и входом десорбера, при этом первые жидкостные вход и выход электролизера являются входом и выходом катодной камеры электролизера и соединены соответственно с жидкостными выходом и входом абсорбера,газовый выход электролизера является газовым выходом анодной камеры электролизера. Анод электролизера имеет электрохимически стойкое покрытие, диафрагма электролизера выполнена ионопроницаемой и исключающей жидкостный и газовый обмен между анодной и катодной камерами электролизера. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых блоков мини-ТЭЦ и десорбера, измененной конструкцией электролизера, а также наличием новых связей между элементами схемы. Биоэнергетическая установка (фиг. 1) содержит биогазовую установку 1, имеющую вход и выход по субстрату, абсорбер 2, газгольдер 3, электролизер 4, мини-ТЭЦ 5 и десорбер 6, снабженный газовыми входом и выходом, причем биогазовая установка газовым выходом соединена с газовым входом абсорбера, абсорбер газовым выходом соединен с газовым входом газгольдера, жидкостные выход и вход абсорбера соединены соответственно с первыми жидкостными входом и выходом электролизера, тепловые выход и вход мини-ТЭЦ соединены соответственно с тепловыми входом и выходом биогазовой установки, жидкостные выход и вход десорбера соединены соответственно со вторыми жидкостными входом и выходом электролизера, мини-ТЭЦ газовым входом соединена с газовым выходом газгольдера, газовый выход электролизера и газовый выход мини-ТЭЦ 3 42832008.04.30 соединены с атмосферой, электрический выход мини-ТЭЦ соединен с электрическим входом электролизера и с электрической сетью. Электролизер (фиг. 2) снабжен блоком питания 7 и выполнен в виде диафрагменного электролизера, содержащего анод 8, катод 9 и диафрагму 10, образующие анодную 11 и катодную 12 камеры, причем первые жидкостные вход 13 и выход 14 электролизера являются входом и выходом катодной камеры электролизера, вторые жидкостные вход 15 и выход 16 являются жидкостными входом и выходом анодной камеры электролизера, газовый выход 17 электролизера является газовым выходом анодной камеры электролизера. Анод электролизера имеет электрохимически стойкое покрытие, диафрагма электролизера выполнена ионопроницаемой и исключающей жидкостный и газовый обмен между анодной и катодной камерами электролизера. Биоэнергетическая установка работает следующим образом. Исходный субстрат подается в биогазовую установку, где происходит процесс получения биогаза путем анаэробного сбраживания. Отработанный субстрат удаляется из биогазовой установки для дальнейшего использования. Полученный биогаз представляет собой смесь газов, включающую 5070 метана (СН 4) и 3050 углекислого газа (СО 2). С газового выхода биогазовой установки полученный биогаз поступает на газовый вход абсорбера. На жидкостный вход абсорбера подается циркулирующий по замкнутому контуру (абсорбер электролизер) абсорбент, в качестве которого используется водный раствор едкого натра или другой щелочи. Абсорбер представляет собой реактор для гетерогенных процессов и может быть выполнен в виде колонного барботажного реактора 4. В результате взаимодействия газа и абсорбента протекает реакция поглощения углекислого газа с образованием карбоната натрияСО 22 СО 3 Н 2 О. Метан не вступает в химическую реакцию. Очищенный биогаз с газового выхода абсорбера подается на вход газгольдера, где сжимается и хранится до момента использования. С газового выхода газгольдера очищенный биогаз подается на газовый вход мини-ТЭЦ, где используется для получения тепловой и электрической энергии. В качестве мини-ТЭЦ может быть использована газопоршневая установка 5. Полученная на мини-ТЭЦ тепловая энергия используется для нужд биогазовой установки, при этом соединение тепловых входов и выходов биогазовой установки и мини-ТЭЦ обеспечивает циркуляцию теплоносителя по замкнутому контуру. Полученная электрическая энергия направляется в электрическую сеть, а также используется для питания электролизера. В блоке питания электролизера переменный ток, полученный из сети или от мини-ТЭЦ, преобразуется в постоянный ток и подается на электроды электролизера (- на анод,-- на катод). В катодную камеру с жидкостного выхода абсорбера через первый жидкостный вход электролизера подается использованный абсорбент. В катодной камере электролизера абсорбент подвергается воздействию электрического тока. В результате разряда молекул воды у катода протекает реакция с образованием ионов гидроксила и атомарного водорода с последующим образованием щелочи. Образование щелочи в катодной камере обеспечивает регенерацию абсорбента, который подается через первый жидкостный выход электролизера на жидкостный вход абсорбера. Образовавшийся в катодной камере водород уносится абсорбентом и смешивается с биогазом в абсорбере. Ионопроницаемая диафрагма исключает переток жидкости и газовый обмен между анодной и катодной камерами. В анодную камеру электролизера через жидкостный вход анодной камеры подается циркулирующая по замкнутому контуру (десорбер - электролизер) рабочая жидкость, в качестве которой также используется водный раствор щелочи. Ионы соли и воды, преодолевая диафрагму, попадают в анодную камеру, где участвуют в электрохимической реакции с образованием кислоты, углекислого газа и кислорода. Растворенный углекислый газ уходит с рабочей жидкостью через второй жидкостный выход электролизера и подается на жидкостный вход десорбера, а выделившийся из раствора кислород попадает в атмосферу через газовый выход электролизера. Процесс химических преобразований в электролизере протека 4 42832008.04.30 ет по общей реакции 2234 Н 2 О 42 Н 22 СО 2 О 2. Десорбер представляет собой реактор для гетерогенных процессов и может быть выполнен в виде колонного реактора с разбрызгиванием или распылением жидкости 4. В результате взаимодействия распыленной жидкости с потоком воздуха, подаваемого через газовый вход десорбера,происходит отделение углекислого газа, который вместе с отработанным воздухом удаляется через газовый выход десорбера. Освобожденная от углекислого газа рабочая жидкость подается через жидкостный выход десорбера и второй жидкостный вход электролизера в анодную камеру электролизера. Предлагаемая биоэнергетическая установка обладает рядом преимуществ. Обеспечена возможность комплексного использования электрической энергии, которая может быть направлена в сеть или использована для регенерации абсорбента и других собственных нужд биоэнергетической установки. Измененная конструкция электролизера позволяет повысить эффективность регенерации абсорбента за счет использования ионопроницаемой диафрагмы, которая исключает попадание аборбента в анодную камеру электролизера и, как следствие, делает невозможным процесс нейтрализации производимой в катодной камере щелочи образующимися в анодной камере кислотами. Увеличение кислотности рабочей жидкости, подаваемой в десорбер, способствует выделению СО 2. Наличие десорбера позволяет более эффективно выделить и при необходимости утилизировать полученный углекислый газ. Повышение эффективности процесса регенерации абсорбента в электролизере не только снижает энергетические затраты, но и повышает эффективность очистки биогаза за счет более высокой концентрации щелочи. В результате появляется возможность получения более чистого и с более высоким энергосодержанием биогаза, что существенно расширяет возможности его использования, позволяет повысить эффективность и увеличить ресурс мини-ТЭЦ и других элементов установки. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5

МПК / Метки

МПК: C02F 11/04

Метки: установка, биоэнергетическая

Код ссылки

<a href="http://bypatents.com/5-u4283-bioenergeticheskaya-ustanovka.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Биоэнергетическая установка</a>

Похожие патенты