Газоразделительный модуль для разделения биогаза на основе композиционной мембраны
Полезная модель к устройствам с композиционной мембраной из политриметилсилилпропина для разделения углеводородсодержащих газовых смесей, в частности биогаза. Газоразделительный модуль для разделения биогаза на основе композиционной мембраны содержит установленный в модуле фильтрующий элемент с мембраной, при этом мембрана представляет собой непористый селективный слой из политриметилсилилпропина, нанесенный на поверхность ленты из пористого материала, а толщина слоя политриметилсилилпропина на поверхности ленты из пористого материала составляет от 0,5 до 5 мкм, причем после формирования монолитного слоя политриметилсилилпропина на ленте последнюю высушивают при комнатной температуре и атмосферном давлении до достижения постоянной массы, а затем композиционную полимерную мембрану помещают в бутиловый спирт на 24 часа и после этого высушивают на воздухе до постоянной массы. В результате достигается высокая объемная производительность газоразделительного модуля при высоком качестве получаемого биогаза.
Полезная модель относится к устройствам с композиционной мембраной из политриметилсилилпропина, предназначенным для разделения углеводородсодержащих газовых смесей, в частности для разделения биогаза, и может быть использована в химической и нефтехимической промышленности, а также в биотехнологии.
Известно устройство сбора и отвода биогаза, содержащее вертикальное дренажное средство для отвода и фильтрации биогаза и газосборник (см патент RU 
2242299, Кл. В09 В 1/00, 20.12.2004).
Однако устройство имеет ограниченные технологические возможности, что связано с отсутствием возможности отделения от биогаза энергетически бесполезных примесей, в частности углекислого газа, который может составлять 40% от первоначально полученного состава биогаза.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к настоящей полезной модели является газоразделительный модуль для отбора биогаза на основе дренажной мембраны, включенной в состав модуля в виде фильтрующего элемента (см патент RU 2320426, Кл. В09В 1/00, 27.03.2008).
Однако выполнение фильтрующего слоя с мембраной заданной проницаемости не дает возможности проводить эффективное разделение получаемого биогаза на компоненты, что приводит к снижению качественных характеристик, главным образом теплотворности получаемого биогаза, что сужает возможности для его промышленного использования.
Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является создание газоразделительного модуля на основе композиционной мембраны с повышенной газопроницаемостью и удельной производительностью для выделения из полученного биогаза энергетически активной составляющей, в частности, метана.
Технический результат заключается в том, что достигается получение биогаза с содержанием метана не менее 95 объемных % и, как следствие, повышение качества получаемого биогаза при высокой объемной производительности модуля.
Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что газоразделительный модуль для разделения биогаза на основе композиционной мембраны содержит установленный в модуле фильтрующий элемент с мембраной, при этом мембрана выполнена с непористым монолитным селективным слоем из политриметилсилилпропина на поверхности ленты из пористого материала, а толщина слоя политриметилсилилпропина на поверхности ленты из пористого материала составляет от 0,5 до 5 мкм, причем после формирования монолитного слоя политриметилсилилпропина на ленте последнюю высушивают при комнатной температуре и атмосферном давлении до достижения постоянной массы, а затем композиционную полимерную мембрану помещают в бутиловый спирт на 24 часа и после этого высушивают на воздухе до постоянной массы.
Биогаз - это газообразный продукт, получаемый в результате анаэробной, то есть происходящей без доступа воздуха, ферментации органических веществ самого разного происхождения. Его основные компоненты: метан (СН4) - 55-70% и углекислый газ (СО2 ) - 28-43%, а также в очень малых количествах другие газы, например - сероводород (H2S). Для получения биогаза можно использовать твердые бытовые отходы, растительные и хозяйственные отходы, навоз, сточные воды и т.п. Однако для эффективного использования биогаза в качестве топлива необходимо удалить из биогаза значительное количество углекислого газа. Поэтому организация эффективного процесса газоразделения во многом определяет промышленную привлекательность использования биогаза, как топлива.
Только после очистки биогаза от СO2 получается биометан, поскольку только метан составляет энергетическую составляющую биогаза. Полученный таким образом биометан - полный аналог природного газа, отличие только в его происхождении.
Газоразделительный модуль с повышенной удельной производительностью на основе композиционной мембраны с непористым селективным слоем из политриметилсилилпропина является одним из основных элементов в системе получения биогаза, обогащенного метаном. Причем важно отметить, что для достижения повышенной производительности важно сочетание чисто конструктивных признаков модуля, таких как выполнение мембраны, так и условия при которых формируется слой политриметилсилилпропина на поверхности пористой подложки, а именно высушивание при комнатной температуре и атмосферном давлении до достижения постоянной массы, а затем помещение композиционной полимерной мембраны в бутиловый спирт на 24 часа и после этого высушивание на воздухе до постоянной массы. Все это позволяет сделать систему получения биогаза более привлекательной для промышленного использования.
На чертеже схематический показан газоразделительный модуль.
Газоразделительный модуль для разделения биогаза на основе композиционной мембраны 1 содержит установленный в модуле фильтрующий элемент 2 с мембраной 1, при этом мембрана 1 выполнена с непористым монолитным селективным слоем из политриметилсилилпропина на поверхности ленты 3 из пористого материала. Толщина слоя политриметилсилилпропина на поверхности ленты 3 из пористого материала составляет от 0,5 до 5 мкм. После формирования монолитного слоя политриметилсилилпропина на ленте 3 последнюю высушивают при комнатной температуре и атмосферном давлении до достижения постоянной массы, а затем композиционную полимерную мембрану 1 помещают в бутиловый спирт на 24 часа и после этого высушивают на воздухе до постоянной массы.
Полученный в результате анаэробной ферментации органических веществ биогаз имеющий состав: метан (CH4) - 55-70% и углекислый газ (CO2) - 28-43% направляют в газоразделительный модуль, где биогаз пропускают над мембранной, под которой создают вакуум посредством вакуумного насоса. Как результат на выходе из газоразделительного блока получают биогаз состава метан (СН 4) - 95-97% и углекислый газ (СО2) - 3-5%. Проницаемость мембраны составила: Q(CO2)=13,5 м3/(м 2*ч*aтм), Q(CH4)=5,4 м3/(м2 *ч*aтм), селективность разделения 2.5. Производительность модуля при указанной выше селективности составила 20 м3/ч при площади мембраны 1,18 м2.
Настоящая полезная модель может быть использовано в химической и нефтехимической промышленности, а также в биотехнологии.
Газоразделительный модуль для разделения биогаза на основе композиционной мембраны, содержащий установленный в модуле фильтрующий элемент с мембраной, отличающийся тем, что мембрана выполнена с непористым монолитным селективным слоем из политриметилсилилпропина на поверхности ленты из пористого материала, а толщина слоя политриметилсилилпропина на поверхности ленты из пористого материала составляет от 0,5 до 5 мкм, причем после формирования монолитного слоя политриметилсилилпропина на ленте последнюю высушивают при комнатной температуре и атмосферном давлении до достижения постоянной массы, а затем композиционную полимерную мембрану помещают в бутиловый спирт на 24 ч и после этого высушивают на воздухе до постоянной массы.
