устройство для разделения биогаза на метан и двуокись углерода

Формула изобретения

Устройство для разделения биогаза на метан и двуокись углерода, включающее компрессор высокого давления, отличающееся тем, что оно снабжено холодильником, корпусом ожижителя, в котором закреплена трубка, выпускным и впускным штуцерами, причем на корпусе ожижителя установлена дополнительная замкнутая камера, заполненная, например, двуокисью углерода, с одной стороны которой установлена эластичная мембрана, перекрывающая выход метана из трубки в кольцевую полость, соединенную с сосудами высокого давления, вокруг трубки установлено пористое тело (путаная металлическая проволока) с отбойником, а в нижней части корпуса установлен выпускной клапан для отвода жидкой двуокиси углерода.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для разделения смеси газов, в частности разделения биогаза на составляющие его части, метан и двуокись углерода, полученные анаэробным сбраживанием органических отходов сельскохозяйственного производства, и последующего хранения метана в сосудах высокого давления.

Прототипом может быть устройство, реализующее способ разделения биогаза в газгольдере, заполненном водой с температурой 5°С, до достижения давления 50 МПа (патент № RU 2118560 от 10.09.1998).

Недостатком аналога является малая эффективность устройства.

Задача изобретения состоит в создании эффективного и простого устройства для разделения биогаза и закачивания метана в сосуды высокого давления с целью накопления и хранения, для дальнейшего использования полученного метана, например, для заправки автотранспорта.

Задача решается так: биогаз закачивается из биореактора компрессором высокого давления в холодильник, где происходит сжижение газовой смеси при давлении и температуре ниже критической точки СО₂, которая соответствует температуре 31,05°С при давлении 7383 кПа (ГОСТ 8050-85). Свойства жидкого метана относятся к температуре кипения (112 К или минус 161°С) при нормальном давлении, поэтому в холодильнике он остается в газообразном состоянии.

Условия сжижения поддерживаются за счет того, что в верхней части корпуса ожижителя установлена дополнительная замкнутая камера, заполненная, например, двуокисью углерода, находящейся в равновесном состоянии (жидкая и газовая фазы CO₂). В нижней части дополнительной камеры установлена эластичная мембрана, перекрывающая выход биогаза в кольцевую полость, соединенную с сосудами высокого давления. По центру корпуса ожижителя жестко закреплена трубка. Достижение в холодильнике критического для определенной температуры давления создает условия для выделения из биогаза жидкой фазы, при этом превышение в полости трубки давления в дополнительной замкнутой камере вызывает деформацию эластичной мембраны, газовая смесь (газообразный метан и сжиженный СО₂) проходит через пористое тело (путаная металлическая проволока) с отбойником, сжиженная двуокись углерода стекает вниз по корпусу ожижителя, а метан остается газообразным и по центральной трубке через зазор между деформируемой мембраной и трубкой поступает в кольцевую полость, соединенную с выпускным штуцером и баллонами высокого давления.

В начальный момент, когда в сосудах высокого давления для хранения метана нет газа, эластичная мембрана перекрывает выход из центральной трубки в кольцевую полость, это позволяет быстро создать в холодильнике газа условия для сжижения CO₂.

При превышении в холодильнике критического давления эластичная мембрана прогибается, и газообразный метан поступает в кольцевую полость и сосуды высокого давления, а жидкая двуокись углерода остается в ожижителе. Эластичная мембрана прогнута и метан свободно продолжает поступать в сосуды высокого давления до полного их заполнения до рабочего давления.

При наполнении корпуса ожижителя двуокисью углерода клапан всплывает и жидкая двуокись углерода вытекает в штуцер для отвода жидкой двуокиси углерода.

Другие преимущества будут видны из описания изобретения и рисунков, общий вид устройства показан на фиг.1, на фиг.2 представлен фрагмент дополнительной замкнутой камеры.

Устройство состоит из компрессора 1, холодильника 2, корпуса ожижителя 3, в центре которого жестко закреплена трубка 11, в верхней части которой выполнена кольцевая полость 8 для сбора газа метан, дополнительной замкнутой камеры 4, заполненной двуокисью углерода 5, находящейся в равновесном состоянии (жидкая и газовая фазы), в нижней части дополнительной камеры 4 установлена эластичная мембрана 7, перекрывающая выход метана в кольцевую полость 8 через штуцер 9, подводящий метан в сосуды высокого давления 10, и центральное отверстие трубки 11, подводящее газовую смесь, в нижней части трубки 11 расположены боковые отверстия 12. На подводящей трубке 11 установлено пористое тело (путаная металлическая проволока) 13 с отбойником 14. В нижней части корпуса ожижителя 3 расположен штуцер 15 с шариковым клапаном 16 для выпуска жидкой двуокиси углерода 17.

Перфорированная мембрана 18 служит для ограничения хода эластичной мембраны 7.

Устройство работает следующим образом биогаз под небольшим давлением поступает в холодильник, где охлаждается до температуры и давления ниже критической точки CO₂ , в холодильнике образуется жидкая двуокись углерода и газообразный метан. В ожижителе происходит разделение жидкой двуокиси углерода и газообразного метана, который поступает в сосуды высокого давления для хранения метана.

Жидкая двуокись углерода сливается в специальный сосуд или сбрасывается в атмосферу.