RU2577575C2

RU2577575C2 - Automated membrane-absorption gas separating system ensuring biogas use properties

Info

Publication number: RU2577575C2
Application number: RU2014121247/05A
Authority: RU
Inventors: Денис Владимирович Костромин; Юрий Николаевич Сидыганов; Дмитрий Николаевич Шамшуров; Евгений Владимирович Левин; Александр Юрьевич Окунев; Роман Васильевич Яблонский; Марина Викторовна Костромина
Priority date: 2014-05-26
Filing date: 2014-05-26
Publication date: 2016-03-20
Also published as: RU2014121247A

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: automated membrane-absorption gas separating system comprising two connected in series membrane-contactor modules, wherein each membrane-contactor module comprises a contactor absorber and a contactor desorber with the system ensuring a recirculation flow between the absorber and desorber. The first membrane-contactor module is intended to clean biogas from CO₂ admixtures, and the second membrane-contactor module is intended to dry the biogas from water vapours, the difference is that at the output of the second membrane-contactor module a gas mixture humidity sensor is installed, it is connected with a unit of regulating the recirculation flow during the biogas dehydration in the second membrane-contactor module, and a sensor of carbon dioxide content in the gas mixture connected with the unit of regulating the flow and temperature of the recirculating medium during biogas cleaning in the first membrane-contactor module.

EFFECT: automation of biogas cleaning and dehydration.

1 dwg

Description

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.The invention relates to the field of membrane technology, and more specifically, to a system for improving the consumer properties of biogas obtained by anaerobic processing of organic waste, and can be used in the processing of municipal waste, forest waste and farms to obtain a high-quality target product as an energy carrier.

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).A well-known system for the integrated processing of organic waste containing a reactor block for biogas production, a gas separation unit, pipe and stop valves, control and management tools (see Pantskhava E.S. Biogas technologies - a radical solution to the problems of ecology, energy and agricultural chemistry. No. 4, p. 36).

К недостаткам известной системы следует отнести несовершенство имеющихся средств управления и малую глубину очистки исходного биогаза.The disadvantages of the known system include the imperfection of the available controls and the small depth of purification of the original biogas.

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).The closest technical solution to the proposed one is a system for the integrated processing of organic waste, containing a reactor block for biogas production, drying, purification and gas separation units, waste treatment and withdrawal products, pipeline and stop valves (see RF patent No. 65048, publ. 27.07 .2007, bull. No. 21 - prototype).

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.A feature of the known system is that the reactor block contains means for maintaining the level of operating temperatures and the concentration of gases in the waste mass, the biogas output of the reactor block is connected through drying, purification units and a storage receiver with an inlet of the gas separation unit including at least one membrane contactor module for the selective separation of methane, carbon dioxide and additional components from biogas.

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.The known system is characterized by a low level of gas separation. This problem is due to the lack of a system for automatically adjusting the flow parameters of membrane-contactor modules. This leads to a decrease in the quality of biogas treatment.

Техническим результатом является создание автоматизированной системы, позволяющей в автоматическом режиме производить очистку и осушку биогаза, получаемого в процессе анаэробной переработки органических отходов.The technical result is the creation of an automated system that allows the automatic cleaning and drying of biogas obtained in the process of anaerobic processing of organic waste.

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.The technical result is achieved by the fact that in an automated membrane absorption gas separation system that provides improved biogas consumer properties, consisting of two membrane-contactor modules connected in series, each membrane-contactor module consists of a contactor absorber and a contactor stripper with a recirculation flow system between the absorber and a stripper, the first membrane-contactor module designed to clean biogas, and the second membrane The o-contactor module is designed to dry the biogas; at the outlet of the second membrane-contactor module, a gas mixture humidity sensor is installed, the signal from which is fed through an automated system unit to control the parameters of the biogas drying process of the second membrane-contactor module.

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.In addition, at the outlet of the second membrane-contactor module, a sensor of carbon dioxide content in the gas mixture is installed, a signal from which is supplied through an automated system unit to control the parameters of the biogas purification process of the first membrane-contactor module.

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.The technical solution is based on the fact that the purification of biogas and its subsequent drying are carried out in a single technological process, which is based only on membrane-contactor methods. The process is a two-stage process, the first stage of which uses a membrane-contactor absorption unit for cleaning biogas from carbon dioxide, and the second stage uses a membrane-contactor absorption unit for subsequent drying of biogas.

На фиг. 1 представлена блок-схема автоматизированной мембранно-абсорбционной газоразделительной системы, обеспечивающей улучшение потребительских свойств биогаза.In FIG. 1 shows a block diagram of an automated membrane-absorption gas separation system that provides improved consumer properties of biogas.

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.The automated membrane-absorption gas separation system, which provides improved biogas consumer properties, consists of a common biogas consumption inducer 1, which serves only for pumping gas in stage 2 and 3 absorbers.

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.The first membrane-contactor module 2 is designed to purify biogas from CO ₂ impurities and structurally consists of a contactor absorber and a contactor stripper with a recirculation flow system between the absorber and stripper. Water is used as recirculate.

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.The second membrane-contactor module 3 is designed to dry biogas from water vapor, it also constructively consists of a contactor absorber and a contactor stripper with a system for providing a recirculation flow between the absorber and the stripper. In this case, LiCl solution is used as recirculate.

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.The automated control system for the process of improving the consumer properties of biogas consists of two automatic control systems: SAU-1, consisting of a humidity sensor for gas mixture 4 and an automated system unit 5; SAU-2, consisting of a carbon dioxide sensor of the gas mixture 6 and an automated system unit 7.

Автоматизированная мембранно-абсорбционная газоразделительная система, обеспечивающая улучшение потребительских свойств биогаза, функционирует следующим образом.Automated membrane-absorption gas separation system, which provides improved consumer properties of biogas, operates as follows.

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.Biogas processing is carried out in a two-stage process - cleaning and subsequent drying. Using a common flow driver 1, a stream of untreated biogas is supplied to the first membrane contactor module 2, from which CO ₂ is removed, while the purified biogas has high humidity. The humidified biogas stream is fed to the input of the second membrane-contactor module 3, in which the biogas is dried and delivered to the consumer.

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.Remote carbon dioxide is discharged from the first membrane-contactor module 2, and removed water is discharged from the second membrane-contactor module 3 either in the form of liquid or in the form of steam.

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.Automation of process control is carried out by controlling the parameters of the process (values of flows and temperatures) at each stage. For this, the following are used: SAU-1, which, using the moisture content of biogas from the humidity sensor of the gas mixture 4, using the unit of the automated system 5, controls the process of drying the biogas by adjusting the values of the recirculate flow; SAU-2, which, using the amount of CO ₂ content in biogas from the carbon dioxide sensor of the gas mixture 6, using the unit of the automated system 7, controls the biogas purification process by adjusting the flow rate and temperature of the recirculate.

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).Each of the steps is universal in the sense that any available serial or non-serial membrane contactor device can be used as its component, which allows to organize gas and liquid flows, which are separated from each other by a phase interface in the form of a membrane permeable to gases. The principal differences between steps 2 and 3 are that step 2 uses a liquid absorbent that absorbs acid gas components well, for example, absorbent based on aqueous solutions of amines, solutions of alkaline salts (alkali metal carbonates, tripotassium phosphate, etc.) or just water . In step 3, another absorbent is used that absorbs only water well (aqueous solutions of ethylene glycols or some alkali metal salts).

Claims

An automated membrane-absorption gas separation system consisting of two series-connected membrane-contactor modules, each membrane-contactor module consisting of a contactor absorber and a contactor stripper with a recirculation flow system between the absorber and a stripper, the first membrane-contactor module designed to clean biogas from CO ₂ impurities, and the second membrane-contactor module for drying biogas from water vapor, characterized in that at the outlet de from the second membrane-contactor module, a gas mixture humidity sensor is connected, connected to the recirculate flow control unit during biogas drying in the second membrane-contactor module, and a carbon dioxide content sensor in the gas mixture, connected to the recirculate flow and temperature control unit biogas purification process in the first membrane-contactor module.