Способ анаэробной переработки жидких органических отходов с предварительной обработкой озоном в аппарате вихревого слоя




Владельцы патента RU 2788787:

Федеральное государственное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Фундаментальные основы биотехнологии" Российской академии наук" (ФИЦ Биотехнологии РАН) (RU)

Изобретение относится к области утилизации концентрированных органических субстратов, пригодных к дальнейшему использованию в условиях производств - их источников или в смежных областях. Способ анаэробной переработки жидких органических отходов включает предварительную обработку отходов в аппарате вихревого слоя, сбраживание в метантенке, разделение сброженной массы на фракции. В рабочую камеру аппарата вихревого слоя дополнительно подают озоносодержащий воздух с концентрацией озона 70 мг/л со скоростью 20 л/мин. Предварительную обработку осуществляют в рабочей камере аппарата вихревого слоя в течение 0,5 мин при частоте вращения магнитного поля 50 Гц. Тепловую энергию, образующуюся в результате работы аппарата вихревого слоя, используют для обеспечения термофильного температурного режима работы метантенка. Технический результат: повышение эффективности анаэробной переработки жидких органических отходов. 1 ил.

 

Изобретение относится к области утилизации концентрированных органических субстратов, пригодных к дальнейшему использованию в условиях производств - их источников или в смежных областях.

Источниками концентрированных органических субстратов являются предприятия агропромышленного комплекса - животноводческие и птицеводческие комплексы (бесподстилочный навоз, помет), перерабатывающие предприятия. В жилищно-коммунальном хозяйстве такими субстратами являются избыточный активный ил, осадки городских очистных сооружений.

К перспективному развитию биотехнологии для утилизации органических отходов относится интенсификация биопроцессов как за счет повышения потенциала биологических агентов и усовершенствования оборудования, так и за счет использования катализаторов процесса. Важным этапом биотехнологического производства полезных продуктов из органических отходов является тщательная подготовка исходного сырья перед анаэробной обработкой с целью создания питательной среды для жизнедеятельности микробного сообщества и получение качественной смеси, подаваемой для переработки в основной аппарат-биореактор (метантенк).

Все известные устройства и способы с единой технологией переработки, заключающейся в создании условий для микробиологической переработки биомассы метанобразующими анаэробными бактериями в одном или нескольких этапах, предусматривают подготовку сырья от простого перемешивания до тщательного измельчения смеси перед загрузкой в биореактор.

Клетчатка (целлюлоза, входящая в состав клеточных оболочек всех высших растений) не переваривается животными, поэтому навоз содержит её в большом количестве, причём в измельчённом виде.

Известно, что предварительное озонирование образцов (целлолигнин, древесные опилки, подсолнечная лузга, пшеничная солома) в процессе их биоконверсии в сахара, увеличивает скорость и степень их гидролиза под действием целлюлолитических ферментов. (Ковалева Валентина Владимировна. Окислительная деструкция лигнина и лигноцеллюлозных материалов под действием озона. Диссертация кандидата химических наук, МГУ, 2000 г.)

Известен способ для переработки различных жидких органических отходов, например навоза, птичьего помета и т.п., в биогаз и жидкое органическое удобрение (патент РФ №2370457, МПК C02F 3/28, опубл. 20.10.2009). Для интенсификации процесса сбраживания при подготовке сырья исходное сырье измельчают, перемешивают и дополнительно подают жидкость, полученную из влажного органического удобрения после слива из анаэробного биореактора.

Недостатком известного способа являются высокие энергетические затраты на процесс измельчения и перемешивания.

Известен способ получения органических удобрений из продуктов жизнедеятельности животных с целью их утилизации и получения высокоэффективного удобрения диспергированием органической составляющей, гидроударным воздействием на смесь в процессе ее циркуляции по замкнутому контуру (патент РФ №2258686, МПК C05F 3/00, опубл. 20.08.2005).

Недостатком известного способа являются высокие затраты электрической энергии на процесс диспергирования, поскольку энергия привода диспергатора расходуется на нагрев жидкости до высоких температур (97°С).

Известен способ переработки органических субстратов в удобрения и газообразный энергоноситель, в котором исходный субстрат подвергают аэробной обработке с образованием нагретого и гидролизованного субстрата и нагретых влажных кислородосодержащих газов, анаэробный обработке с образованием нагретого эффлюента и биогаза и разделению на фракции, в котором разделение на фракции производят после аэробной обработки, анаэробной обработке подвергают жидкую фракцию, нагретый эффлюент используют в качестве теплоносителя для регулирования теплового режима аэробной обработки и в качестве источника аммонийного азота для обогащения твердой фракции, а нагретые влажные кислородосодержащие газы используют для предварительного нагрева и аэрации исходного субстрата (патент РФ №2500628, МПК C02F 11/02, C02F 11/12, B09B 3/00, опубл. 10.12.2013, Бюл. №34).

Недостатком известного способа является распад части органического вещества (до 15%) на стадии аэробной предобработки, за счет аэробного окисления органического вещества, что приводит к пропорциональному снижению выхода биогаза.

Известен способ подготовки сырья для анаэробной переработки органических отходов, а также установка подготовки сырья (патент РФ №2535967, МПК С12М 1/42, C05F 3/06, C05F 9/00, опубл. 20.12.2014). Способ характеризуется тем, что в едином объеме герметичной емкости одновременно с подогревом производят дегазацию смеси путем вакуумирования и последующую обработку. Обработку осуществляют воздействием энергией ультразвукового гидродинамического излучателя на поток смеси при ее циркуляции в замкнутом контуре герметичной емкости. В качестве жидкости для смешивания сырья используют жидкую фракцию слива из биореактора. Процесс подготовки сырья завершают после нагрева смеси до заданной температуры, соответствующей температуре первой стадии процесса биореактора.

Недостатком известного способа являются высокие энергетические затраты на процесс предварительной обработки, при его низкой эффективности, длительность процесса сбраживания в мезофильном режиме (37°С), а также невозможность обеспечения санитарно-гигиенических требований к обработанным отходам.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ анаэробной переработки жидких органических отходов, в котором предварительную обработку отходов осуществляют посредством тонкодисперсного измельчения малорастворимых компонентов органических отходов, частичного гидролиза органических веществ, а также внесения в субстрат микрочастиц железа, образующихся за счет истирания рабочего органа в первичном аппарате вихревого слоя(патент РФ 2690463, МПК C02F 11/04, C02F 3/28, C12M 1/42, B02C 13/12, C02F 9/00, опубл. 3.06.2019, Бюл. №16). Затем полученный субстрат подают в метантенк для анаэробного сбраживания в термофильных условиях. Сброженную массу обрабатывают во вторичном аппарате вихревого слоя. После обработки в аппарате вихревого слоя сброженную массу направляют для разделения на фракции. Тепловую энергию, образующуюся в результате работы первичного и вторичного аппаратов вихревого слоя, используют для обеспечения термофильного температурного режима работы метантенка. Предварительную обработку осуществляют в рабочей камере первичного аппарата вихревого слоя в течение от 0,5 до 1 мин при частоте вращения магнитного поля от 50 до 120 Гц, сброженную массу обрабатывают во вторичном аппарате вихревого слоя в течение от 1 до 4 мин при частоте вращения магнитного поля от 50 до 120 Гц.

Недостатками известного способа являются высокие энергетические затраты на работу вторичного аппарата вихревого слоя, наличие которого не требуется для обеззараживания сброженной массы, поскольку ее обеззараживание происходит в результате анаэробной обработки в термофильном режиме, а метаногенные микроорганизмы в результате обработки в АВС не уничтожаются (Эффект обеззараживания субстратов анаэробных биореакторов в аппарате вихревого слоя / Д. А. Ковалев, А. А. Ковалев, И. В. Катраева [и др.] // Химическая безопасность. - 2019. - Т. 3. - № 1. - С. 56-64. - DOI 10.25514/CHS.2019.1.15004.) и низкая эффективность процесса анаэробной обработки, поскольку обработка в первичном аппарате вихревого слоя в течение от 0,5 до 1 мин при частоте вращения магнитного поля от 50 до 120 Гц не обеспечивает деструкцию лигно-целлюлозных компонентов входящих в состав органических отходов до более простых соединений, разлагающихся с образованием метана.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение энергетической эффективности процесса анаэробной переработки жидких органических отходов.

В результате использования предлагаемого изобретения появляется возможность повысить эффективность процесса анаэробной переработки жидких органических отходов путем предварительной обработки в аппарате вихревого слоя, за счет тонкодисперсного измельчения, улучшающего реологические свойства субстрата и доступность питательных веществ для микроорганизмов, частичного гидролиза органических соединений, увеличивающего степень разложения органического вещества и соответственно выход целевого продукта - биогаза и внесения микрочастиц железа истирания рабочего органа (стальные иглы) и дополнительного введения газообразного озона в рабочую камеру аппарата вихревого слоя, позволяющего произвести деструкцию (озонолиз) лигно-целлюлозных компонентов входящих в состав органических отходов до более простых соединений, разлагающихся с образованием метана, при этом увеличивается скорость образования и конечный выход метана, обеспечивается более полное разложение субстрата, повышается адаптивная способность микробного сообщества к неблагоприятным условиям (например, избыточное накопление летучих жирных кислот (ЛЖК) или водорода, снижение рН).

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе анаэробной переработки жидких органических отходов, включающем предварительную обработку отходов в аппарате вихревого слоя в течение 0,5-1 мин при частоте вращения магнитного поля 50-120 Гц и их анаэробное сбраживание в метантенке, использование тепловой энергии, образующейся в результате работы аппарата вихревого слоя, для обеспечения термофильного температурного режима работы метантенка, разделение сброженной массы на фракции, согласно изобретению, при предварительной обработке отходов в аппарате вихревого слоя в рабочую камеру дополнительно подают озоносодержащий воздух (концентрация озона 70 мг/л) со скоростью 20 л/минуту, причем предварительную обработку осуществляют в рабочей камере аппарата вихревого слоя в течение 0,5 мин при частоте вращения магнитного поля 50 Гц.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, на которых представлены блок-схема способа анаэробной переработки жидких органических отходов с предварительной обработкой озоном в аппарате вихревого слоя (фиг. 1).

Способ анаэробной переработки жидких органических отходов с предварительной обработкой озоном в аппарате вихревого слоя осуществляют следующим образом:

Из исходных органических отходов извлекают крупные включения, затем отходы подвергают комплексной предварительной обработке в аппарате вихревого слоя в течение 0,5 мин при частоте вращения магнитного поля 50 Гц, заключающейся в одновременном электромагнитном, механическом и химическом воздействии. При этом происходит тонкодисперсное измельчение малорастворимых компонентов органических отходов, частичный гидролиз органических веществ, деструкция лигно-целлюлозных компонентов, входящих в состав органических отходов до более простых соединений, а также внесение в субстрат микрочастиц железа, образующихся за счет истирания рабочего органа (стальные иглы). Тонкодисперсное измельчение малорастворимых компонентов органических отходов и частичный гидролиз органических веществ увеличивают доступность питательных веществ для консорциума микроорганизмов в метантенке. Деструкция лигно-целлюлозных компонентов, входящих в состав органических отходов до более простых соединений позволяет увеличить степень разложения органического вещества и соответственного выход метана. Внесение микрочастиц железа увеличивает скорость образования и конечный выход метана, обеспечивает более полное разложение субстрата и снижение необходимого объема метантенка. Подготовленный субстрат направляют в метантенк для анаэробного сбраживания с получением биогаза и сброженной массы (эффлюента). Сброженную массу подают в известные устройства для разделения на фракции (отстойники, центрифуги, сепараторы и т.п.). Тепловую энергию, образующуюся в процессе работы аппарата вихревого слоя, используют для подогрева метантенка.

Пример конкретного выполнения способа анаэробной переработки жидких органических отходов с предварительной обработкой озоном в аппарате вихревого слоя.

Из жидких органических отходов извлекают крупные включения и с помощью насоса подают в аппарат вихревого слоя для предварительной обработки, при этом в рабочую камеру аппарата подают озонсодержащий воздух, получаемый в озонаторе, концентрация озона 70 мг/л, расход воздуха 20 л/мин. Время пребывания субстрата в рабочей камере аппарата составляет 30 сек, частоту вращения магнитного поля устанавливают 50 Гц. Затем обработанный субстрат направляют в метантенк для анаэробной переработки в термофильных условиях. Сброженную массу из метантенка направляют в отстойник для разделения на фракции. При работе аппарата вихревого слоя выделяется значительное количество теплоты, которая передается теплоносителю, циркулирующему по контуру «теплообменник индуктора аппарата вихревого слоя - теплообменник метантенка». Выделяющийся биогаз из метантенка используют для получения тепловой и электрической энергии. Теплоноситель, охлаждающий индуктор аппарата вихревого слоя с температурой 60°C направляют в теплообменник метантенка для поддержания температурного термофильного режима.

Способ анаэробной переработки жидких органических отходов, включающий предварительную обработку отходов в аппарате вихревого слоя и их анаэробное сбраживание в метантенке, тепловую энергию, образующуюся в результате работы аппарата вихревого слоя, используют для обеспечения термофильного температурного режима работы метантенка, отличающийся тем, что при предварительной обработке отходов в аппарате вихревого слоя в рабочую камеру дополнительно подают озоносодержащий воздух с концентрацией озона 70 мг/л со скоростью 20 л/мин, причем предварительную обработку осуществляют в рабочей камере аппарата вихревого слоя в течение 0,5 мин при частоте вращения магнитного поля 50 Гц.



 

Похожие патенты:

КАТАЛИЗАТОР, СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА И СПОСОБЫ ОКИСЛИТЕЛЬНОЙ КОНВЕРСИИ УГЛЕВОДОРОДОВ, ГИДРИРОВАНИЯ ОКСИДОВ УГЛЕРОДА И УГЛЕВОДОРОДОВ. .

Изобретение относится к способу разделения углеводородного газа, содержащего, по меньшей мере, этан и С3 и более тяжелые компоненты на фракцию, содержащую преобладающую порцию этана и более легкие компоненты, и фракцию, содержащую преобладающую порцию С3 и более тяжелые компоненты, в котором (a) сырой газ обрабатывают в одном или более теплообменниках, а также на этапах расширения для обеспечения, по меньшей мере, одного частично конденсированного углеводородного газа, обеспечивая тем самым, по меньшей мере, один первый остаточный пар и, по меньшей мере, одну С2 или С3-содержащую жидкость, которая также содержит более легкие углеводороды; и (b) по меньшей мере, одну из С2 или С3-содержащих жидкостей направляют в дистилляционную колонну, в которой упомянутую жидкость разделяют на второй остаток, содержащий более легкие углеводороды, и С2 или С3-содержащий продукт.

Изобретение относится к двум вариантам способа получения метана. Один из вариантов включает в себя приведение в контакт водной текучей среды, содержащей по меньшей мере одно нежелательное составляющее, с гетерогенным катализатором при давлении от приблизительно 20 атм до приблизительно 240 атм и температуре от 150°C до приблизительно 373°C для гидролиза по меньшей мере одного нежелательного составляющего в текучей среде и генерирования количества метана, причем гетерогенный катализатор содержит элемент, выбранный из группы, состоящей из рутения, никеля, кобальта, железа и их сочетаний, и твердую подложку, выбранную из группы, состоящей из оксида алюминия, диоксида кремния и карбида.

Настоящее изобретение относится к способам и композициям для ингибирования коррозии металлов, конкретно нержавеющих и дуплексных сталей. Коррозия металлических трубопроводов составами ингибиторов гидратообразования, в частности локализованная коррозия, уменьшается, когда состав ингибитора гидратообразования содержит эффективное количество по меньшей мере одной гидроксикислоты или эквивалента, выбранной из группы, состоящей из гидроксикислот, имеющих от 2 до 20 атомов углерода и по меньшей мере одну гидроксильную группу, и по меньшей мере один ион неорганического галогенида, а также не содержит метанол.
Изобретение относится к способу переработки природных и попутных нефтяных углеводородных газов с повышенным содержанием тяжелых гомологов метана в топливный газ путем смешивания углеводородного газа с кислородом или кислородсодержащим газом в мольном соотношении углерод тяжелых компонентов : кислород 10÷1:1 и проведения прямого парциального окисления тяжелых компонентов при температуре 350-420°С и давлении 10-40 бар с получением паро-газовой смеси, содержащей углеводородные газы, СО, оксигенаты и Н2О, которую затем смешивают с кислородом или кислородсодержащим газом до содержания кислорода 2-5% об.

Изобретение относится к способу получения метанола из богатого диоксидом углерода потока в качестве первого сырьевого потока и богатого углеводородами потока в качестве второго сырьевого потока, а также к установке для его осуществления. Способ включает следующие стадии: подачу первого богатого диоксидом углерода сырьевого потока по меньшей мере к одной стадии метанизации и превращение первого сырьевого потока с водородом в условиях метанизации в богатый метаном поток, подачу богатого метаном потока по меньшей мере к одной стадии получения синтез-газа и превращение его вместе со вторым богатым углеводородами сырьевым потоком в поток синтез-газа, содержащий оксиды углерода и водород, в условиях получения синтез-газа, подачу потока синтез-газа к стадии синтеза метанола, встроенной в цикл синтеза, и превращение его в поток содержащего метанол продукта в условиях синтеза метанола, отделение метанола от потока содержащего метанол продукта и, факультативно, очистку метанола до потока конечного продукта метанола и выделение продувочного потока, содержащего оксиды углерода и водород, из установки синтеза метанола.

Изобретение относится к способу переработки природного углеводородного газа с варьируемым содержанием азота, включающему стадию подготовки газа к криогенному разделению, стадию криогенного разделения газов с использованием метана в качестве хладагента в криогенном блоке, стадию компримирования внутренних и внешних технологических продуктов, стадию фракционирования тяжелой углеводородной части природного газа (С2 и выше).

Изобретение относится к способу выделения метана из метановоздушной смеси, заключающемуся в сжатии метановоздушной смеси, разделении ее на метан и воздух и отборе метана. Способ характеризуется тем, что после сжатия метановоздушную смесь при давлении не менее 5 МПа пропускают через емкость, содержащую графеновую пемзу, где метан адсорбируется в порах графеновой пемзы, а воздух возвращают в исходный объем, причем после прекращения адсорбции проводят освобождение графеновой пемзы от метана в метановую магистраль путем снятия давления и повторяют цикл.

Изобретение относится к способу синтеза Фишера-Тропша. Способ синтеза Фишера-Тропша и рециркулирования отработанных газов из этого синтеза содержит:1) транспортировку произведенного газификацией биомассы сырого синтез-газа на установку синтеза Фишера-Тропша для синтеза Фишера-Тропша в присутствии катализатора на основе Fe или на основе Со, регулирование температуры реакции синтеза Фишера-Тропша на уровне между 150 и 300°С и давления реакции между 2 и 4 МПа (А) с целью производства жидкого углеводородного продукта и воды, которую отводят с установки синтеза Фишера-Тропша, 2) подачу отработанных газов с установки синтеза Фишера-Тропша на первый короткоцикловой адсорбер для извлечения водорода и регулирование чистоты водорода на уровне 80-99% об., 3) подачу отработанных газов со стадии 2) на второй короткоцикловой адсорбер для извлечения метана и регулирование чистоты метана на уровне 80-95% об., 4) возвращение части водорода, полученного на стадии 2), на стадию 1) для смешивания с сырым синтез-газом и преобразование конечного смешанного газа с целью регулирования соотношения водород/углерод сырого синтез-газа для синтеза Фишера-Тропша, и 5) подачу метана на стадии 3) на установку риформинга метана для риформинга с целью производства синтез-газа, имеющего высокое соотношение водород/углерод, транспортировку синтез-газа на стадию 1) для смешивания с сырым синтез-газом и преобразование конечного смешанного газа для регулирования соотношения водород/углерод сырого синтез-газа.

Изобретение относится к способу преобразования диоксида углерода в отходящем газе в природный газ с использованием избыточной энергии. Причем способ включает стадии, в которых: 1) выполняют трансформацию напряжения и выпрямление избыточной энергии, которая выработана из возобновляемого источника энергии, и которую затруднительно хранить или подключить к энергетическим сетям, направляют избыточную энергию в раствор электролита для электролиза воды в нем на Н2 и O2, и удаляют воду из Н2; 2) проводят очистку промышленного отходящего газа для отделения из него CO2, и очищают выделенный из него CO2; 3) подают Н2, генерированный на стадии 1), и CO2, отделенный на стадии 2), в оборудование для синтеза, включающее по меньшей мере два реактора со стационарным слоем, чтобы высокотемпературную газовую смесь с основными компонентами СН4 и водяным паром получить в результате высокоэкзотермической реакции метанирования между Н2 и CO2, причем первичный реактор со стационарным слоем сохраняют при температуре на входе 250-300°С, давлении реакции 3-4 МПа, и температуре на выходе 600-700°С; вторичный реактор со стационарным слоем сохраняют при температуре на входе 250-300°С, давлении реакции 3-4 МПа, и температуре на выходе 350-500°С; причем часть высокотемпературной газовой смеси из первичного реактора со стационарным слоем перепускают для охлаждения, удаления воды, сжатия и нагревания, и затем смешивают со свежими Н2 и CO2, чтобы транспортировать газовую смесь обратно в первичный реактор со стационарным слоем после того, как объемное содержания CO2 в ней составляет 6-8%; 4) используют высокотемпературную газовую смесь, генерированную на стадии 3), для проведения косвенного теплообмена с технологической водой для получения перегретого водяного пара; 5) подают перегретый водяной пар, полученный на стадии 4), в турбину для выработки электрической энергии, и возвращают электрическую энергию на стадию 1) для трансформации напряжения и выпрямления тока, и для электролиза воды; и 6) конденсируют и высушивают газовую смесь на стадии 4), охлажденную в результате теплообмена, до тех пор пока не будет получен природный газ с содержанием СН4 вплоть до стандартного.

Изобретение относится к области утилизации концентрированных органических субстратов, пригодных к дальнейшему использованию в условиях производств - их источников или в смежных областях. Заявлен способ анаэробной переработки жидких органических отходов, включающий предварительную обработку отходов в аппарате вихревого слоя в течение 0,5 мин при частоте вращения магнитного поля 50 Гц и их анаэробное сбраживание в метантенке в термофильных условиях.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2022-07-07 2023-01-24T13:40:29
Наверх