початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2295502

СПОСІБ І ПРИСТРІЙ ОДЕРЖАННЯ ВОДНЮ
З анаеробних розкладають органічні МАТЕРІАЛУ

Ім'я винахідника: Ройчоудхурі Сукомал (US); Макалістер Рой Едвард (US)
Ім'я патентовласника: Ройчоудхурі Сукомал (US); Макалістер Рой Едвард (US)
Адреса для листування: 103735, Москва, вул. Іллінка, 5/2, ТОВ "Союзпатент", пат.пов. С.Б.Феліциной, рег. № 303
Дата початку дії патенту: 2000.02.01

Винахід відноситься до способу обробки анаеробно розкладаються органічних матеріалів, наприклад сміттєвих матеріалів або осадів стічних вод, і до пристрою для відділення діоксиду вуглецю від інших газоподібних речовин, отриманих при розкладанні органічного матеріалу. Спосіб включає формування реакційної суміші, що містить анаеробно розкладаються органічні матеріали, додаток до неї електричного потенціалу і збір газу. Для отримання газу, що містить підвищену кількість водню і знижена кількість метану в порівнянні з газами, що утворюються мимовільно із зазначених анаеробно розкладаються органічних матеріалів, здійснюють переривчасту генерацію електричного струму з інтервалами, визначеними відповідно до змісту водню і / або метану, детектіруемих в газі, отриманому з органічного матеріалу. Технічний ефект - підвищення продуктивності за воднем при зменшенні енерговитрат, скорочення часу, необхідного для переробки органічних матеріалів.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до способу отримання водню з підданих анаеробного розкладання органічних матеріалів, що включають такі анаеробно розкладаються органічні матеріали, як компоненти сміття і осади стічних вод, до способу поділу отриманого таким чином водню і спільно утвориться діоксиду вуглецю, а й до пристроїв, призначених для здійснення такого поділу.

Загальновизнано, що для безперервного промислового зростання необхідні додаткові джерела енергії. В даний час існує реальна небезпека надмірної залежності від викопного палива. Викопне паливо (вуглеводні) являє собою обмежений джерело збереженої енергії, яка зазвичай виділяється в ході процесу горіння. В результаті згорання вуглеводнів людство вкидає в атмосферу мільярди тон токсичних забруднювачів. У зв'язку з цим, розробка альтернативних джерел поновлюваних палив є істотним чинником як з екологічної, так і з економічної точки зору.

Водень є паливо, яке не утворює забруднюючих речовин, оскільки єдиним продуктом його згоряння є вода. Водень має різноманітне промислове застосування, наприклад, у виробництві добрив, барвників, лікарських засобів, пластмас, гідрованих олій і жирів, а й метанолу, і використовується в різних галузях промисловості. Ця речовина використовується і в якості ракетного палива і, відповідно до цього винаходу, може застосовуватися в якості мінус-емісійного палива, що дозволяє очищати повітря за допомогою традиційних двигунів.

Загальноприйнятими способами отримання водню в промислово значних кількостях є: (1) паровий реформінг вуглеводнів, (2) парціальний окислення вугілля, (3) електроліз води і (4) безпосереднє використання сонячного випромінювання (фотоелектричний метод).

Недоліком парового риформінгу вуглеводнів і парціального окислення вугілля є той факт, що витрачаються копалини вуглеводневі палива. Виробництво водню електролізом води, що представляє собою відносно простий і екологічно чистий процес, є дорогим і тому економічно невигідним для більшості промислових застосувань, оскільки кількість енергії необхідне для електролізу води перевищує енергію, одержувану спалюванням отриманого водню. Фотоелектричні методи виробництва водню лімітуються обмеженим доступом до сонячної енергії для більшості народів світу.

Спосіб отримання водню з таких цукрів, як глюкоза і мальтоза, обговорюється в Energy and the Environment, Proceedings of 1 ^{st World renewable energy congress.} Reading, UK 23-28 September 1990, S.Roychowdhury and D.Cox ( «Roychowdhury»). Описаний спосіб включає приготування «сміттєвого інокулята» з матеріалів взятих з різних глибин сміттєвих відходів в результаті сушки, подрібнення (з отриманням «сміттєвого порошку») і інкубації «на місці». Було відзначено, що отримана в результаті инкубировались культурне середовище утворює, головним чином, діоксид вуглецю і метан, а й невелика кількість інших речовин, що вказує на наявність в інокуляти високо метаногенной флори. Однак було встановлено, що інокуляція розчинів різних цукрів супернатантом такий культурного середовища, або в деяких випадках сміттєвим порошком, призводить до отримання водню і діоксиду вуглецю без утворення метану або кисню. Отриманий результат вказує на присутність водень-які виробляють бактерій в сміттєвому інокуляти і / або вплив виділяється водню на сміттєві матеріали і інокулят. Було виявлено, що утворення водню зменшується з підвищенням кислотності.

Даний винахід частково базується на встановленні факту можливості обробки анаеробно розкладаються органічних матеріалів шляхом пропускання через них щодо малого і / або переривчастого електричного струму з метою підвищення продуктивності за воднем і придушення утворення метану. Така обробка дозволяє отримувати водень з таких типових відходів, як матеріали з пунктів збору муніципальних відходів і установок по обробці стічних вод, в таких кількостях, що хімічно накопичена потенційна енергія отриманого водню перевищує енергію, необхідну для генерації електричного струму, при одночасному зменшенні маси відходів і / або зменшенні часу, необхідного для обробки або утилізації такого матеріалу. Отже, даний винахід передбачає спосіб отримання водню, який не потребує використання викопних палив, який не залежить від, в деякій мірі, випадкового наявності сонячного світла і який може використовуватися, наприклад, для забезпечення спільнот з відносно нерозвиненими системами електропостачання та іншими енергетичними інфраструктурами системою, що забезпечує корисну енергію з зібраних відходів.

Особливий інтерес викликає можливість обробки сміттєвих матеріалів, оскільки такі матеріали являють повсюдну проблему для багатьох міст світу, будучи житлами таких рознощиків зарази, як гризуни, таргани і мікроорганізми, що викликають інфекційні захворювання, а й джерелами парникових газів і забруднення грунтових вод за рахунок утворення отруйних вищелачівателей. Обробка в відповідно до даного винаходу забезпечує секвестрацію вуглецю із сміттєвих відходів, включаючи ті, що представляють собою відкладення для осадів стічних вод.

Таким чином, відповідно до одним з аспектів даного винаходу передбачається спосіб обробки анаеробно розкладається органічного матеріалу, що включає генерацію електричного струму всередині зазначеного матеріалу з метою посилення активності водородопродуцірующіх мікроорганізмів і зниження активності метанобразующих мікроорганізмів.

Анаеробно розкладаються органічні матеріали, які можуть піддаватися обробці відповідно до такого аспектом винаходу, включають анаеробно компостообразующіх целюлозні матеріали і анаеробно переварювані осади стічних вод. Анаеробно компостируемой целюлозні матеріали зазвичай знаходяться в сміттєвих матеріалах, які, як правило, містять 70% целюлозних матеріалів і мають вміст вологи 36-46%. Анаеробно зброджені осади стічних вод зазвичай включають мул з установок по обробці муніципальних стічних вод; як правило, вони представляють собою головним чином рідина і містять 2-3% твердих речовин. У природному вигляді сміттєві матеріали і осади стічних вод містять метанобразующие бактерії і водородобразующіе бактерії.

Інші органічні матеріали, які можна піддавати описаної обробці, включають хлевний гній, сільськогосподарські відходи та харчові відходи. Зазначені матеріали можуть інокулював, наприклад, зразками сміттєвих матеріалів або осадом стічних вод перед електрообработкі. Якщо бажано, то використовуваний інокулят може бути підданий попередній обробці шляхом пропускання через нього електричного струму або шляхом зброджування в присутності підвищених концентрацій водню.

Термін «анаеробне розкладання» відноситься до процесу, в якому органічні сполуки, наприклад, карбогідрати загальної формули С _n Н _2n Про _n і інші поживні речовини, розкладають в навколишньому середовищі, що не містить донорів кисню. При такому анаеробному розкладанні зазвичай утворюються у відносно великих кількостях такі леткі карбонові кислоти, як оцтова кислота; іншим типовим продуктом розкладання є бікарбонат амонію. Хоча в деяких випадках анаеробного розкладання передує аеробне розкладання, цей факт не є причиною для обробки анаеробно разлагаемого органічного матеріалу відповідно до цього аспектом винаходу. Слід мати на увазі, що розглянутий спосіб може застосовуватися до органічних матеріалів на різних стадіях анаеробного розкладання, і що генерацію електричного струму можна здійснювати до або спільно з зазначеним розкладанням.

Не обмежуючись конкретною теорією, передбачається, що електричний струм сприяє гідролізу летючих карбонових кислот, які, як відомо, виконують функції електролітів, і, можливо, бікарбонату амонію, в результаті чого утворюється водень. Оскільки не спостерігається утворення кисню, можна припустити, що електроліз води не бере участі в спостережуваному освіту водню. і передбачається, що отриманий таким чином водень пригнічує поділ, ріст і активність метаногенних мікроорганізмів, при цьому в значній мірі підтримується продукування водень-виділяють ферментів.

Розглянутий аспект винаходу може бути реалізований практично на будь-якій великій установці для переробки міського сміття або стічних вод, наприклад, в резервуарах для озоления стічних вод. Цей процес може і реалізуватися на практиці в менших масштабах в будь-яких місцях, де є або можуть утворюватися такі анаеробно розкладаються органічні матеріали, як анаеробно компостируемой целюлозні матеріали або анаеробно зброджені осади стічних вод. Так, наприклад, можна проводити розкладання целюлозних матеріалів і / або осадів стічних вод «на місці», наприклад, в локальному бункері або камері, а не в централізованій установці для обробки сміття або стічних вод. Такі анаеробно розкладаються органічні матеріали необов'язково можуть транспортуватися на перекачувальних станцій, забезпечену обладнанням для отримання водню шляхом обробки відповідно до даного винаходу, або можуть бути підготовлені для отримання водню «на місці» обробкою в локальному бункері або камері. При таких технічних рішеннях водень можна акумулювати або використовувати на місці з отриманням корисних форм енергії, що включають то відносно невелика кількість енергії, яка потрібна для генерації електричного струму.

Електричний струм можна генерувати, наприклад, додатком електричного потенціалу між електродами, що знаходяться в контакті з органічним матеріалом, наприклад, коли один або більше наборів електродів розміщені всередині матеріалу. Розглянуті електроди можуть бути виготовлені, наприклад, зі свинцю, міді, сталі, латуні, або вуглецю, більш переважно зі сталевих брусків, і найбільш переважно, з просоченого металом графіту, що володіє підвищеною електропровідністю. Набори електродів можуть мати будь-яку форму, наприклад, вони можуть бути виконані у вигляді пластин, брусків, сітки і т.п.

Обробка відповідно до розглянутого втіленням цього винаходу може здійснюватися шляхом застосування електричного потенціалу в 1-7 вольт, переважно, 3-6 вольт, найбільш переважно, 3,0-4,5 вольт.

Бажано генерувати електричний струм при низьких діелектричних і омічних втрати. Розміщення і поділ електродів може регулюватися таким чином, щоб створити зазначені вище умови, і може виявитися корисним застосування програми регулювання напруги, що включає періодичну зміну полярності. Напруга, середня відстань між електродами і число електродів можуть змінюватися в залежності від розміру і складу органічного матеріалу, що підлягає обробці.

Відповідно до кращим втіленням розглянутого аспекту винаходу кожен окремий електрод поміщають в сміттєвий матеріал і оточують інертною «кліткою», яка ефективно забезпечує безпосереднє сусідство вологого компонента сміттєвого матеріалу, а не компонента, що негативно впливає на електричну активність, з кожним електродом. Слід мати на увазі, що оптимальне розміщення кожного електрода в сміттєвому матеріалі може зажадати застосування методу проб і помилок.

Електричний струм можна генерувати переривчасто, переважно, з інтервалами, які вибирають так, щоб мінімізувати споживання електричної потужності і при цьому максимізувати вироблення водню, наприклад, з інтервалами, визначеними з урахуванням рівнів вмісту водню і / або метану в газі з органічного матеріалу. Так, наприклад, робочий цикл додатки електричного потенціалу може адаптивно регулюватися за інформацією, отриманою за допомогою зворотного зв'язку від газового детектора і пов'язаного з ним регулятора. В одному з таких технічних рішень електричний потенціал докладають при детекції слідів метану та його підтримують до моменту практично повного придушення утворення метану; відповідні часові періоди реєструють. Після припинення застосування електричного потенціалу регулятор реєструє час до нового визначення освіти слідів метану і після цього запускає робочий цикл, в рамках якого електричний потенціал додається протягом кілька більш тривалого часу, ніж час, що відповідає придушення утворення метану, а відключення здійснюється на дещо менший тимчасової інтервал, ніж час, що відповідає повторному детекції слідів метану. Напруга прикладеного електричного потенціалу, якщо бажано, може зменшуватися контрольованим чином, що становить частину адаптивного управління, спрямованого на мінімізацію енергетичних витрат.

У типовому прикладі способу обробки відповідно до розглянутого аспектом цього винаходу утворення водню починається в ході генерації електричного струму в анаеробно розкладаються органічних матеріалі, і кількість утвореного водню підвищується до 70-75% від загального обсягу отриманих газів. Рівень вмісту утворився метану знижується з приблизно 70% від загального обсягу отриманих газів, що має місце при першому пропущенні електричного струму, до слідів. Продуктивність процесу по діоксиду вуглецю і азоту залишається майже незмінною і істотно не змінюється в залежності від виходу метану або водню.

При обробці анаеробно разлагаемого органічного матеріалу в відповідно до даного винаходу утворюються значні кількості діоксиду вуглецю. Бажано здійснювати економічне відділення водню від зазначеного діоксиду вуглецю з тим, щоб підвищити цінність водню, наприклад, шляхом збільшення щільності його акумуляції і полегшення його застосування в паливних елементах. Відокремлений діоксид вуглецю може використовуватися, наприклад, в теплицях або в гідропоніці.

Відповідно до іншого аспекту винаходу передбачається спосіб відділення діоксиду вуглецю, що утворився з органічного матеріалу, від водню, і отриманого з органічного матеріалу, в результаті переважної абсорбції зазначеного діоксиду вуглецю в рідині при підвищеному тиску, в результаті чого водень вловлюється в спеціальних колекторах.

Як знаходиться під тиском рідини найкраще використовувати воду. Розчинність діоксиду вуглецю у воді становить 21,6 обсягів газу на обсяг води при тиску в 25 атмосфер і 12 ° С (54 ° F). При підвищенні тиску або зниженні температури кількість діоксиду вуглецю, розчинена в обсязі води, збільшується, тоді як зниження тиску або підвищення температури сприяє виділенню розчиненого діоксиду вуглецю. На більшості територій Землі температура ґрунтових вод підтримується на значенні, рівному середньорічній температурі повітря плюс 0,55 ° С (1,0 ° F) для кожних 24,4 метрів (80 ') покривають пластів грунтового шару в напрямку зони насичення.

Газова суміш, що складається, наприклад, з водню, діоксиду вуглецю і невеликої кількості азоту та інших газів, може примусово подаватися знизу водяного стовпа висотою, щонайменше, 300 метрів (приблизно 1000 ') при температурі 4-16 ° С (40-60 ° F). Такий стовп може, наприклад, являти собою свердловину, що проходить на 300 метрів вниз від насиченої зони локальної грунтової води. При такому підході забезпечується надзвичайно великий поглинач тепла за рахунок підґрунтя, що включає ґрунтову воду в зоні насичення, температура якої для більшості кліматичних зон протягом року зазвичай має постійне значення в бажаному інтервалі температур. Для цих цілей і можуть використовуватися водяні стовпи, розташовані на гірських схилах, проте в цьому випадку може позначатися негативний вплив зимових заморозків і небажане нагрівання в літній сезон.

В умовах підтримуваної температури і тиску діоксид вуглецю легко переходить в розчин, тоді як газоподібний водень може бути зібраний і поданий на поверхню для різних застосувань.

Як докладно описується нижче, рідина під тиском, що містить діоксид вуглецю, може бути залучена, і після необов'язкового підведення тепла, їй може бути надано можливість дросселирования з метою виділення діоксиду вуглецю і передачі енергії двигуну. Після цього дросселірованную рідина можна піддати охолодженню, підвищити її тиск і реціркуліровать для подальшої абсорбції діоксиду вуглецю.

Згідно ще одному аспекту винаходу пропонується пристрій, призначений для використання в розділових процесах, як правило, для відділення діоксиду вуглецю від інших газоподібних речовин, отриманих в результаті розкладання органічних матеріалів, наприклад таких горючих газів, як водень, метан і їх суміші. Такий пристрій розкрито в пунктах 13-20 прикладеної формули винаходу.

Короткий опис креслень

На супровідних кресленнях, що ілюструють винахід і не обмежують його область:

Фігура 1 зображує схему послідовних операцій, яка ілюструє отримання водню і придушення метаногенеза з анаеробно разлагаемого органічного матеріалу при наявності прикладеної електропотенціалу, а й метаногенеза з анаеробно розкладаються органічних матеріалів без додатка електропотенціалу; фігура 2 - схему послідовних операцій, яка ілюструє процес отримання водню, що включає Приоб'єктний анаеробне розкладання органічного матеріалу.

Фігура 3 - інформацію, наведену в Таблиці 1 Прикладу 1 Гістограмний; фігура 4 - інформацію, наведену в Таблиці 2 Прикладу 2 у вигляді гістограми.

Фігура 5 - інформацію, наведену в Таблиці 3 Прикладу 3 Гістограмний; фігура 6 - інформацію, наведену в Таблиці 5 Прімера 5 у вигляді гістограми.

Фігура 7 - інформацію, наведену в Таблиці 6 Прімера 5 Гістограмний; фігура 8 - інформацію, наведену в Таблиці 8 Прімера 6 у вигляді гістограми.

Фігура 9 - інформацію, наведену в Таблиці 9 Прімера 7 Гістограмний; фігура 10 - інформацію, наведену в Таблиці 10 Прімера 8 у вигляді гістограми.

Фігура 11 - варіант виконання винаходу, в якому адаптивно регулюється додаток переривчасто напруги, що подається для максимізації освіти водню при мінімізації утворення метану; фігура 12 - варіант виконання винаходу, що демонструє генерацію напруги для отримання водню.

Фігура 13 - інший варіант виконання винаходу; фігура 14 - ще один варіант виконання винаходу.

Фігура 11 зображує пристрій 200, в якому на відповідні електроди, наприклад концентричні електроди 202 і 204, переривчасто подається напруга для впливу на сольватовані органічні відходи, розташований між електродами з метою отримання водню. В робочому стані напруга подається від джерела 216 у відповідність з робочим циклом, регульованим за допомогою реле 212, яке постійно управляється контролером 210 з метою полегшення генерації водню та запобігання істотного утворення метану.

Контролер 210 забезпечується інформацією зворотного зв'язку від газового детектора 206/208. При детекції слідів метану між електродами 202 і 204 прикладається напруга протягом записаного періоду часу до придушення утворення метану. Час до нового утворення слідового кількості метану відзначається контролером 210 і використовується робочий цикл, що включає додаток напруги між електродами 202 і 204 протягом кілька більш тривалого часу, ніж час зазначене для придушення утворення метану з подальшим нейтральній роботою електродів протягом трохи меншого часу, ніж час зазначене раніше, відповідне визначення слідів метану.

Наведений робочий цикл адаптивно змінюють з метою зменшення часу прикладання напруги і збільшення часу між додатками напруги з метою мінімізації утворення метану, при максимізації освіти водню з додатком найменшого напруги до електродів 202 і 204. Значення напруги зменшують з появою ще однієї змінної величини і адаптивно регулюють в відповідність з часом прикладення напруги з метою зменшення споживання енергії. Такий алгоритм адаптаційний регулювання швидко пристосовується до змін складу органічного відходу, вмісту вологи, температури і інших змінних.

На фігурі 12 зображений варіант виконання винаходу, в якому паливний газ, одержуваний способом винаходу в присутності електродів 230 і 232, частково доступний для перетворення в електрику за допомогою паливного елемента або двигуна-генератора 240. Адаптивно регульоване додаток напруги до електродів 230 і 232 забезпечується контролером 236 і реле 234 з метою мінімізації споживання енергії в розрахунку на терм одержуваного водню. Крім цього адаптивний контролер 236 забезпечує алгоритм регулювання, що дозволяє мінімізувати утворення метану і забезпечувати максимальне утворення водню. Соленоїдний операційний клапан 238 регулює подачу паливного газу по лінії 242 до вузла перетворення енергії 240 таким чином, щоб це відповідало адаптивно регульованим робочого циклу і іншим потребам в електриці, яке розподіляться по ізольованим кабелям 244. Необхідна потужність для перекачування води, забезпечення циклу тепло-накачування або генерації електрики в вузлі 240 може вироблятися тепловим двигуном або генератором, паливним елементом, термоелектричним генератором або іншими пристроями, що перетворюють потенційну енергію палива в електрику.

У багатьох додатках переважно використовувати поршневий двигун або генератор, які заповнюються паливом з використанням комбінованого паливного інжектора SmartPlug і працюють з використанням системи запалювання, оскільки зазначені елементи полегшують роботу в надзвичайно жорстких умовах. Дія системи SmartPlug розкрито в патентах США №№5394852 і 5343699 і така система дозволяє використовувати суміш водню і діоксиду вуглецю в якості дуже низькосортного палива без додаткового кондиціонування, забезпечуючи дуже високий термічний к.к.д. і повноцінну енергію в порівнянні з роботою двигуна на бензині або дизельному паливі. Цей факт є дуже важливою перевагою для дистанційної дії і для зниження вартості палива і енергії в разі заборони на імпорт викопного палива.

Бажаний отримання водню забезпечує термодинамічні переваги, що базуються на більш швидкому згоранні палива, більш широких межах співвідношення повітря / паливо в горючих сумішах, причому за допомогою системи SmartPlug двигун працює практично без дросельних втрат. Зазначені термодинамічні переваги обумовлюють більш високий середній ефективний тиск в гальмівній системі (вмер) при однаковому виділення тепла в порівнянні із бензиновим і дизельним паливом.

Як випливає з Таблиці А, існує реальна можливість очищення навколишнього повітря за допомогою двигуна-генератора, що працює на спеціальному водневому паливі, отриманому зі сміття або осадів стічних вод, на відміну від роботи з використанням бензину в якості палива.

На фігурі 13 зображена система, призначена для відділення діоксиду вуглецю від водню методом диференціальної абсорбції діоксиду вуглецю в такий підходящої середовищі, як вода або стерически утруднений амін. В ході роботи такої системи газова суміш, що складається з водню, діоксиду вуглецю і невеликих кількостей азоту та інших газів, примусово подається знизу водяного стовпа 302 висотою близько 300 метрів (1000 ') або більше.

Газова суміш подається на дно труби 304 за допомогою відповідного насоса (не показаний) і надходить в таку відповідну скрубберную зону, як спіральне ребро 306, яке приєднане до труби 304 таким чином, що точка приєднання до труби знаходиться на узвишші в порівнянні з будь-якими іншими точками на елементі обертання, що описує спіральну поверхню. В результаті, у міру очищення газів абсорбуючій рідиною, вони піднімаються в напрямку труби 304. Діоксид вуглецю легко переходить в розчин при існуючих в системі тиску і температурі. Водень, що виходить зверху спіралі, надходить в трубу 308 і подається на поверхню для різних застосувань.

Як показано на кресленні, вода, збагачена діоксидом вуглецю, проходить на поверхню по коаксіальної трубці 310. У міру зменшення напірного тиску, з'являються бульбашки діоксиду вуглецю, які піднімаються вгору і створюють суміш з низькою щільністю, що надходить в газосепараторную секцію 312, в якій більш щільна вода, яка втратила здатність утримувати діоксид вуглецю, повертається в круговий простір 302 і зливається на дно для заміни рухаються вгору запасів води, що піднімаються по трубі 310. діоксид вуглецю зібраний нагорі 310 відводиться по трубі 314.

На фігурі 14 зображений варіант втілення винаходу, в якому енергія, яка використовується для стиснення водню і діоксиду вуглецю, регенеративно виробляється детандером. Пристрій 400 згідно з цим варіантом є простою систему перетворення енергії, що об'єднує такі різні поновлювані джерела енергії, як стічні води, сміття і сільськогосподарські відходи з сонячною енергією для вироблення електрики, водню і діоксиду вуглецю.

У багатьох ситуаціях і додатках переважно створювати тиск на воду в потрібному посудині 402 для забезпечення поділу за різними розчинними з метою очищення водню. В ході роботи даної системи, суміші водню з діоксидом вуглецю примусово подаються по трубці 404 в автоклав 402 при номінальному тиску 3100 кПа (450 фунт / дюйм ^2). Переважно використовувати спіральний міксер, що складається з спіральних ребер 406, що забезпечують промивання газів по поверхні і створюють високі співвідношення поверхні до об'єму. У міру абсорбції діоксиду вуглецю газова суміш проходить великий шлях через воду, внаслідок чого водень збирається нагорі спірального скруббера 406 і виводиться по трубі 408. Як показано на кресленні, діоксид вуглецю абсорбується в воді, а водень збирається нагорі сепаратора 406.

Водень відводиться по трубопроводу 408 для негайного використання в двигуні або паливному елементі, або в разі необхідності може зберігатися для майбутнього застосування. Вода, насичена діоксидом вуглецю, відводиться з абсорбера 402 по трубці 410 і подається в клапанний колектор 426, який має регулюючі клапани для подачі води, збагаченої діоксидом вуглецю, в кожну з груп теплообмінників 414, 416, 418, 420, 422 і 424. Кожен з теплообмінників забезпечений вихідним соплом, яке націлене на леза або лопаті кожного з сусідніх рідинних роторних двигунів 430, 432, 434, 436, 438 і 440, які передають роботу на загальний вихідний вал.

Вода і розчин діоксиду вуглецю під тиском швидко і примусово подаються, наприклад, у попередньо нагрітий теплообмінник 414 в результаті короткочасного відкриття контрольного клапана, обслуговуючого елемент 414. Оскільки рідина нагрівається, її температура і тиск підвищуються, внаслідок чого рідина випаровується і надходить з дуже високим імпульсом в приводний двигун 430. Кожна з інших теплообмінних камер отримує порцію рідини в розраховані моменти часу, внаслідок чого можна вважати, що потужність вала, пов'язаного з групою двигунів, володіє багатофазним крутним моментом, наприклад шестифазний, якщо кожен теплообмінник отримує порцію рідини в різні моменти часу , або трифазним, якщо два теплообмінника заповнюються одночасно. Відповідним споживачем вихідної потужності рідинного двигуна може служити генератор 428 або інші корисні навантаження.

Переважно, щоб теплообмінники були забезпечені концентрованим опроміненням від відповідного колектора сонячного освітлення, наприклад, від геліостат або зображеної на кресленні параболічної тарілки 442. У тому випадку, коли сонячної енергії не вистачає для операції по перетворенню енергії, додаткове тепло може вироблятися за рахунок згорання у відповідній пальнику 448. Для розглянутого додаткового обігріву переважно використовувати суміші діоксиду вуглецю і водню і / або інші горючі гази, що виділяються при анаеробному зброджуванні органічного матеріалу.

Після нагрівання і розширення до відповідного низького тиску діоксид вуглецю надходить в трубу 458 і направляється в пункт відповідного застосування. Вода конденсується і збирається в резервуарі 450, який охолоджується протитечійним теплообмінником 456 в результаті циркуляції підходящої теплообмінної рідини від пункту 446 до 456 з подальшим виходом через 448 у відповідний согенератор. Холодна вода нагнітається насосом 454 і повертається в автоклав 402, де знову використовується для видалення діоксиду вуглецю і в циклі перетворення енергії.

Наступні нижче Приклади не обмежують область винаходи і служать лише його ілюстрацією.

матеріали та методи

Використовувані електроди представляли собою сталеві бруски довжиною 300 мм, шириною 25 мм і товщиною 2,5 мм. Використовували і та інші металеві електроди, виконані зі свинцю, міді, сталі і латуні. Використовувалася і пара електродів з зазначеними вище розмірами з графіту, просоченого міддю; помітного руйнування графітових електродів не спостерігалося.

Зразки сміттєвих матеріалів брали з санітарної сміттєвої станції в Staten Island, New York з глибини залягання від 9,1 до 15,2 метрів (30-50 футів). У природному стані сміттєві матеріали продукують утворення метану і діоксиду вуглецю в якості основних газів (в співвідношенні 55:35) по реакції метаногенеза і мають рН 6,5-7,0.

Зразки стічних вод брали з первинного автоклава установки для переробки осадів стічних вод в Brooklyn, New York. У природному стані осади стічних вод продукують утворення метану і діоксиду вуглецю (в співвідношенні 65:30) в результаті метаногенеза і мають рН 7,0-7,5.

В одній з експериментальних серій кожен зразок вивчали в трехгорлую колбі ємністю 800 мл, кожний з отворів якої було закрито гумовою пробкою. Через два із зазначених отворів вставляли електроди; третій отвір забезпечено скляній мірної трубкою, з'єднаної з газовим аналізатором. Електроди паралельно приєднували до батареї з напругою 1,5 вольт, в результаті чого подається потенціал становив близько 3,0 вольт. Зібране пристрій поміщали в термостат при температурі 37 ° С або 55 ° С. Інші експерименти проводили з використанням ферментора New Brunswick Fermenter, зі скляною посудиною ємністю 6-8 л, в якому можна регулювати температуру і швидкість перемішування.

приклад 1

В якості експериментального контролю, свежеполученний осад стічних вод в колбі ємністю 800 л поміщали в інкубатор при 37 ° С. Як показано в Таблиці 1 і на фіг.3, отримані гази містили, головним чином, метан.

приклад 2

Осад стічних вод з первинного автоклава поміщали в колбу ємністю 800 л, яку, в свою чергу, поміщали в попередньо нагрітий інкубатор при 37 ° С. Утворювався газоподібний метан. По досягненню оптимального виходу метану через рідину в колбі пропускали електричний струм. Поступово продуктивність процесу за метаном знижувалася, і утворювався водень і діоксид вуглецю. Як показано в Таблиці 2 і зображено на фігурі 4, утворення метану придушувалося повністю при досягненні максимальної продуктивності за воднем.

приклад 3

Осад стічних вод з первинного автоклава поміщали в колбу ємністю 800 мл, яку, в свою чергу, поміщали в інкубатор при 37 ° С. Електричний струм пропускали через осад при загальному напрузі в 3 вольти від двох 1,5 вольтів батарей, з'єднаних паралельно. З початку пропускання струму спостерігалося дуже незначне утворення метану. Як випливає з даних, представлених в Таблиці 3 і зображених на фігурі 5, протягом 3 днів продуктивність за воднем досягала максимального значення і утворення метану практично повністю придушувалися.

приклад 4

Зразок осаду стічних вод поміщали в 5 літрову колбу ферментора New Brunswick і вставляли 4 електрода. Через зразок пропускали електричний струм (2,5 вольта, 0,05 ампера). Спочатку спостерігалося утворення тільки метану і діоксиду вуглецю, при лише незначною генерації водню. У міру збільшення напруги до 4,0-4,5 вольта і сили струму до 0,11-0,15 ампер утворення метану поступово придушувалися, і, як показано в таблиці 4, генерація водню посилювалася.

приклад 5

Сміттєві матеріали, отримані випадкової вибірки з пробурених свердловин, піддавали дослідженню на предмет визначення найменших витрат енергії в розрахунку на одиницю виробленої енергії. Експерименти проводили з використанням сміттєвих матеріалів (компостувати міські тверді відходи), що знаходяться в двох колбах ємністю 800 мл, що містять (1) тільки сміттєві матеріали, (2) сміттєві матеріали, оброблені електрикою. Отримані результати представлені в Таблицях 5 та 6, а і на фігурах 6 і 7.

приклад 6

Методику Прімера 5 повторювали з використанням (1) тільки осаду стічних вод, (2) з використанням осаду стічних вод, обробленого електричним струмом. Отримані результати представлені в Таблицях 7 і 8, а і на фігурі 8.

приклад 7

Електричний струм пропускали через сміттєві матеріали, вміщені в посудину ємністю 6 л, забезпечений електродами, в результаті подачі електричного потенціалу в 3,5 вольта. Отримані результати представлені в Таблиці 9 і зображені на фігурі 9.

Пример 8

Сміттєві матеріали, що знаходяться в 6-літровому посудині, забезпеченому електродами, поміщали в попередньо нагрітий до 55 ° С інкубатор. Через 4 дні на електроди подавали електричний потенціал в 3,5 вольта. Отримані результати представлені в Таблиці 10 та зображені на фігурі 10.

Аналогічні результати були отримані при змішуванні відносно невеликої кількості інокулята з осадів стічних вод зі стійлового добривами і сільськогосподарськими відходами. Після інкубаційних періодів, в ході яких створювалися анаеробні умови, спостерігалося утворення метану і діоксиду вуглецю, при незначній генерації водню. Після подачі електричного потенціалу в 2,0-5,0 вольт з метою генерації струму силою 0,10-0,20 ампер утворення метану придушувалося, а водень утворювався в кількостях, аналогічних зазначеним у Таблиці 10. Аналогічні результати і були отримані при використанні інокулята з попередніх дослідів, описаних в Прімері 4.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Спосіб отримання газу з анаеробно розкладаються органічних матеріалів, що включає формування реакційної суміші, що містить зазначені анаеробно розкладаються органічні матеріали, додаток електричного потенціалу до зазначеної реакційної суміші і збір зазначеного газу, який відрізняється тим, що для отримання газу, що містить підвищену кількість водню і знижена кількість метану в порівнянні з газами, що утворюються мимовільно із зазначених анаеробно розкладаються органічних матеріалів, здійснюють переривчасту генерацію електричного струму з інтервалами, визначеними відповідно до змісту водню і / або метану, детектіруемих в газі, отриманому з органічного матеріалу, при цьому величина електричного потенціалу становить від 3 до 6 В.

2. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що анаеробно розкладається органічний матеріал включає анаеробно компостируемой целюлозні матеріали та / або анаеробно зброджені осади стічних вод.

3. Спосіб за п.1 або 2, який відрізняється тим, що електричний струм виробляють створенням електричного потенціалу між електродами, що контактують з органічним матеріалом.

4. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що частина водню, отриманого з органічного матеріалу, використовують в процесі перетворення енергії з метою забезпечення енергії для генерації електричного струму.

5. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що діоксид вуглецю, отриманий з органічного матеріалу, відокремлюють від водню, отриманого з органічного матеріалу в результаті абсорбції діоксиду вуглецю в знаходиться під тиском рідини, внаслідок чого виділяється водень збирається у відповідних колекторних засобах.

6. Спосіб за п.5, що відрізняється тим, що знаходиться під тиском рідина є водяний стовп заввишки, щонайменше, 300 м, що має температуру від 4 до 16 ° С.

7. Спосіб за п.5, що відрізняється тим, що Дросселирующий знаходиться під тиском рідина, що містить діоксид вуглецю, з метою виділення діоксиду вуглецю і передачі енергії двигуну.

8. Спосіб за п.7, що відрізняється тим, що перед дроселюванням знаходиться під тиском рідини, що містить діоксид вуглецю, до неї підводять тепло.

9. Спосіб за п.8, який відрізняється тим, що дросселірованную рідина піддають подальшого охолодження, підвищують її тиск і рециркулируют з метою додаткової абсорбції діоксиду вуглецю.

10. Пристрій відділення діоксиду вуглецю від інших газоподібних речовин, отриманих при розкладанні органічного матеріалу, що містить резервуарні елементи для приміщення знаходиться під тиском рідини, що володіє переважною здатністю до розчинення діоксиду вуглецю в порівнянні з розчиненням в ній інших газоподібних речовин, поживні пристрої, виконані з можливістю введення суміші, що складається з діоксиду вуглецю та інших газоподібних речовин, в нижню частину резервуарів, колекторні елементи, виконані з можливістю збору інших нерозчинних газоподібних речовин з проміжної частини колекторних коштів, і кошти для відводу рідини, що містить діоксид вуглецю, що відрізняється тим, що резервуарні елементи мають форму вертикальної колони, що містить, щонайменше, одне спіральне ребро, розташоване по осі колони, причому вершина спірального ребра з'єднана з колекторними елементами, а кошти для відводу рідини, що містить діоксид вуглецю, і, переважно, діоксиду вуглецю виконані у верхній частині резервуарних елементів.

11. Пристрій за п.10, що відрізняється тим, що колона має висоту, щонайменше, 300 м.

12. Пристрій за п.10, що відрізняється тим, що додатково включає засоби контролю температури в резервуарних елементах.

13. Пристрій за п.10, що відрізняється тим, що додатково містить детандер, пристосований для прийняття знаходиться під тиском рідини, що містить діоксид вуглецю, з коштів для відводу рідини.

14. Пристрій за п.13, що відрізняється тим, що додатково включає засоби збору діоксиду вуглецю, пристосовані для збору діоксиду вуглецю, що виходить з детандера.

15. Пристрій за п.14, що відрізняється тим, що додатково містить нагрівають елементи, виконані з можливістю нагріву рідини, що містить діоксид вуглецю, що надходить з відвідних засобів в детандер, охолоджуючі елементи і елементи для створення тиску, відповідно виконані з можливістю охолодження та створення тиску рідини, зібраної з детандера, а й засоби введення охолодженої і знаходиться під тиском рідини в нижню частину резервуарних елементів.

Версія для друку
Дата публікації 02.03.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів