Колобродов В.Г. и др.

УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАНА И ДИОКСИДА УГЛЕРОДА ИЗ БИОГАЗА МЕТОДОМ КОРОТКОЦИКЛОВОЙ БЕЗНАГРЕВНОЙ АДСОРБЦИИ

Колобродов В. Г., Хажмурадов М. А., Емлянинов В. А., Куценко П. А., Круголь М. С., Юркин А. Ю., Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт», Харьков, Украина

Биогаз — это газовая смесь метана и диоксида углерода, образующаяся в результате анаэробного сбраживания органических отходов в присутствии метанобразующих бактерий. И хотя биогаз является горючей смесью, его энергетическая ценность существенно снижена из-за присутствия в нем негорючего балласта — диоксида углерода. Негативную роль играют и другие примеси, имеющиеся в биогазе в незначительных количествах.
Одним из путей повышения эффективности использования биогаза является разделение его на основные компоненты: метан и диоксид углерода. Получение двух товарных продуктов существенно улучшает экономику использования биогаза, т. к. стоимость получаемого метана и диоксида углерода примерно одинакова.
Существует много способов разделения биогаза на основные компоненты. Одним из наиболее перспективных, по нашему мнению, является метод короткоцикловой безнагревной адсорбции. В основу этого метода разделения положена различная адсорбируемость молекул метана и диоксида углерода при разных давлениях на различных микропористых адсорбентах. Продолжительность цикла адсорбция-десорбция при использовании этого метода разделения составляет несколько минут; десорбция проводится при комнатной температуре, что существенно уменьшает энергоемкость процесса. Кроме того, малая продолжительность цикла и комнатная температура десорбции позволяют сделать небольшие мобильные разделительные установки.
В ННЦ ХФТИ разработана и изготовлена установка небольшой производительности (до 3 нм³/ч), в которой использован метод короткоцикловой безнагревной адсорбции (рисунок).
В основу конструкции установки положена схема полного разделения бинарной газовой смеси, т. е. в результате разделения получаются два товарных продукта — метан и диоксид углерода.
Разделительная установка имеет две параллельные газовые линии с разделительными адсорберами, заполненными цеолитом СаА. Объемы каждого адсорбера — около 5 л. Рабочее давление в адсорбере — от 0,01 МПа при десорбции до 0,6 МПа при адсорбции. Продолжительность цикла адсорбция-десорбция — до 5 мин. Десорбция поглощенных газов производится путем форвакуумной откачки при комнатной температуре. Для создания давления биогаза верхнего уровня (адсорбция) используется компрессор Dari HP-2 производительностью 150 л/мин, а для получения нижнего уровня давления (десорбция) используется форвакуумный насос 2HBP-5D производительностью 5 л/с. Сглаживание колебания давления на входе форвакуумного насоса происходит за счет буферного объема 5 л, а стабилизацию давления на выходе компрессора обеспечивает его ресивер объемом 20 л. Наличие влаги в биогазе оказывает существенное влияние на адсорбционную емкость цеолита по основному сорбируемому компоненту — диоксиду углерода, поэтому в газовую схему установки после компрессора введен влагопоглотитель, заполненный цеолитом NaA. Он изготовлен из нержавеющей стали, имеет металлические уплотнения, допускающие прогрев до 400°С при регенерации. Объем влагопоглотителя — около 2 л. Для коммутации газовых потоков в установке использовано девять электромагнитных отсекающих клапанов, четыре шаровых крана и один регулирующий игольчатый вентиль. Управление клапанами может осуществляться как в ручном, так и в автоматическом режиме. В ручном режиме управление клапанами производится девятью микровыключателями, расположенными на панели управления, а в автоматическом режиме — микросхемой серии 7000 фирмы «Altera». Габаритные размеры установки 1700х650х650. Вес ~ 150 кг. Потребляемая мощность — 2 кВт.

Рисунок. Схема установки по разделению биогаза на основные компоненты методом короткоцикловой безнагревной адсорбции

Работа выполняется по проекту УНТЦ.

BIOGAS RECIVERY FACILITY FOR METHANE AND CARBON DIOXIDE PRODUCTION USING THE PRESSURE SWING METHOD

Kolobrodov V. G., Khazhmuradov M. A., Yemlyaninov V. A., Kutsenko P. A., Krugol M. S., Yurkin A. Yu., National Scientific Center «Kharkiv Institute of Physics and Technology», Kharkiv, Ukraine

The paper describes the facility design for methane and carbon dioxide production from biogas using the pressure swing method. The design is based on the full separation of the binary gaseous mixture. The key parameters of the separation facility are presented.

Главная страница

Сведения об авторах

Колобродов Виктор Григорьевич, н. с, Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт», ул. Академическая, 1, Харьков, 61108, Украина. Тел. (057) 700-24-98

Хажмурадов Манап Ахмадович, д. т. н., проф., нач. отдела, Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт», ул. Академическая, 1, Харьков, 61108, Украина. Тел. (057) 335-68-46. E-mail: khazhmdogkipt.kharkov.ua

Емлянинов Владимир Анатольевич, зам. нач. отдела, Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт», ул. Академическая, 1, Харьков, 61108, Украина. Тел. (057) 700-26-69

Куценко Петр Алексеевич, инженер-исследователь, Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт», ул. Академическая, 1, Харьков, 61108, Украина. Тел. (057) 700-24-98

Круголь Михаил Савельевич, нач. группы, Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт», ул. Академическая, 1, Харьков, 61108, Украина. Тел. (057) 335-68-46

Юркин Анатолий Юрьевич, ведущий инженер, Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт», ул. Академическая, 1, Харьков, 61108, Украина. Тел. (057) 335-68-46

Последние изменения внесены 24.04.07