АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ МЕМБРАННО-АБСОРБЦИОННАЯ ГАЗОРАЗДЕЛИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩАЯ УЛУЧШЕНИЕ ПОТРЕБИТЕЛЬСКИХ СВОЙСТВ БИОГАЗА

Изобретение относится к области мембранной технологии, более конкретно, к системе улучшения потребительских свойств биогаза, получаемого при анаэробной переработке органических отходов, и может найти применение при переработке муниципальных отходов, отходов лесопереработки и фермерских хозяйств для получения качественного целевого продукта в качестве энергоносителя.

Известна система комплексной переработки органических отходов, содержащая реакторный блок для выработки биогаза, газоразделительный блок, трубопроводную и запорную арматуру, средства контроля и управления (см. Панцхава Е.С. Биогазовые технологии - радикальное решение проблем экологии, энергетики и агрохимии. Теплоэнергетика, 1994, №4, с. 36).

К недостаткам известной системы следует отнести несовершенство имеющихся средств управления и малую глубину очистки исходного биогаза.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является система комплексной переработки органических отходов, содержащая реакторный блок для выработки биогаза, блоки осушки, очистки и газоразделения, средства подготовки отходов и вывода продуктов переработки, трубопроводную и запорную арматуру (см. патент РФ №65048, опубл. 27.07.2007, бюл. №21 - прототип).

Особенностью известной системы является то, что реакторный блок содержит средства для поддержания уровня рабочих температур и концентрации газов в массе отходов, выход реакторного блока по биогазу соединен через блоки осушки, очистки и накопительный приемник с входом блока газоразделения, включающего по крайней мере один мембранный контакторный модуль для селективного выделения из биогаза метана, диоксида углерода и дополнительных компонентов.

Известная система характеризуется низким уровнем газоразделения. Данная проблема связана отсутствием системы автоматической настройки параметров потоков мембранно-контакторных модулей. Это приводит к снижению качества очистки биогаза.

Техническим результатом является создание автоматизированной системы, позволяющей в автоматическом режиме производить очистку и осушку биогаза, получаемого в процессе анаэробной переработки органических отходов.

Технический результат достигается тем, что в автоматизированной мембранно-абсорбционной газоразделительной системе, обеспечивающей улучшение потребительских свойств биогаза, состоящей из двух последовательно соединенных мембранно-контакторных модулей, причем каждый мембранно-контакторный модуль состоит из контакторного абсорбера и контакторного десорбера с системой обеспечения рециркуляционного потока между абсорбером и десорбером, причем первый мембранно-контакторный модуль предназначен для очистки биогаза, а второй мембранно-контакторный модуль предназначен для осушки биогаза, на выходе из второго мембранно-контакторного модуля установлен датчик влажности газовой смеси, сигнал с которого подается через блок автоматизированной системы для управления параметрами процесса осушки биогаза второго мембранно-контакторного модуля.

Кроме того, на выходе из второго мембранно-контакторного модуля установлен датчик содержания диоксида углерода в газовой смеси, сигнал с которого подается через блок автоматизированной системы для управления параметрами процесса очистки биогаза первого мембранно-контакторного модуля.

В основу технического решения положено то, что очистка биогаза и последующая его осушка проводятся в едином технологическом процессе, в основу которого положены только мембранно-контакторные методы. Процесс является двухступенчатым, на первой ступени которого используется мембранно-контакторная абсорбционная установка для очистки биогаза от диоксида углерода, а на второй ступени - мембранно-контакторная абсорбционная установка для последующей осушки биогаза.

На фиг. 1 представлена блок-схема автоматизированной мембранно-абсорбционной газоразделительной системы, обеспечивающей улучшение потребительских свойств биогаза.

Автоматизированная мембранно-абсорбционная газоразделительная система, обеспечивающая улучшение потребительских свойств биогаза, состоит из общего побудителя расхода биогаза 1, который служит только для прокачки газа в абсорберах ступеней 2 и 3.

Первый мембранно-контакторный модуль 2 предназначен для очистки биогаза от примесей CO₂ и конструктивно состоит из контакторного абсорбера и контакторного десорбера с системой обеспечения рециркуляционного потока между абсорбером и десорбером. В качестве рециркулята используется вода.

Второй мембранно-контакторный модуль 3 предназначен для осушки биогаза от водяных паров, так же конструктивно состоит из контакторного абсорбера и контакторного десорбера с системой обеспечения рециркуляционного потока между абсорбером и десорбером. При этом в качестве рециркулята используется раствор LiCl.

Автоматизированная система управления процессом улучшения потребительских свойств биогаза состоит из двух систем автоматического управления: САУ-1, состоящей из датчика влажности газовой смеси 4 и блока автоматизированной системы 5; САУ-2, состоящей из датчика содержания диоксида углерода газовой смеси 6 и блока автоматизированной системы 7.

Автоматизированная мембранно-абсорбционная газоразделительная система, обеспечивающая улучшение потребительских свойств биогаза, функционирует следующим образом.

Переработка биогаза производится в двухступенчатом процессе - очистка и последующая осушка. С помощью общего побудителя расхода 1 на первый мембранно-контакторный модуль 2 подается поток неочищенного биогаза, из которого удаляется CO₂, при этом очищенный биогаз имеет высокую влажность. Увлажненный поток биогаза подается на вход второго мембранно-контакторного модуля 3, в котором происходит осушка биогаза и выдача его потребителю.

Из первого мембранно-контакторного модуля 2 отводится удаленный диоксид углерода, а из второго мембранно-контакторного модуля 3 отводится удаленная вода либо в виде жидкости, либо в виде пара.

Автоматизация управлением процесса осуществляется с помощью регулирования параметров технологического процесса (величин потоков и температур) на каждой из ступеней. Для этого используются: САУ-1, которая, используя величину влажности биогаза с датчика влажности газовой смеси 4, при помощи блока автоматизированной системы 5 производит управление процессом осушки биогаза при помощи регулирования величин потока рециркулята; САУ-2, которая, используя величину содержания в биогазе CO₂ с датчика содержания диоксида углерода газовой смеси 6, при помощи блока автоматизированной системы 7 производит управление процессом очистки биогаза при помощи регулирования величины потока и температуры рециркулята.

Каждая из ступеней является универсальной в том смысле, что в ее качестве можно использовать любое доступное серийное или несерийное мембранно-контакторное устройство, позволяющее организовать потоки газа и жидкости, которые отделены друг от друга поверхностью раздела фаз в виде проницаемой для газов мембраны. Принципиальные отличия между ступнями 2 и 3 состоят только в том, что в ступени 2 используется жидкий абсорбент, хорошо поглощающий кислые газовые компоненты, например абсорбент на основе водных растворов аминов, растворов щелочных солей (карбонатов щелочных металлов, трикалийфосфата и др.) или просто воды. В ступени 3 используется другой абсорбент, который хорошо поглощает только воду (водные растворы этиленгликолей или некоторых солей щелочных металлов).