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Erfindung
Russische Föderation Patent RU2295502

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Wasserstoff
Aus der anaeroben abbaubaren organischen Material

Name des Erfinders: ROYCHOUDHURI Sukomal (US); Roy Edward McAllister (US)
Der Name des Patentinhabers: ROYCHOUDHURI Sukomal (US); Roy Edward McAllister (US)
Korrespondenzanschrift: 103735, Moskau, ul. Ilinka, 5/2 "Sojuzpatent" pat.pov. S.B.Felitsynoy, reg. Nummer 303
Startdatum des Patents: 2000.02.01

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur anaerob zerlegt organische Materialien wie Abfallmaterialien zu behandeln und Schlämme, und eine Vorrichtung zum durch die Zersetzung des organischen Materials erzeugten Kohlendioxid aus anderen gasförmigen Stoffen abtrennt. Das Verfahren umfasst das Bilden eines Reaktionsgemisches, das anaerob abbaubaren organischen Materialien, die Anwendung des elektrischen Potentials daran und Gasladung. Für Gas eine erhöhte Menge an Wasserstoff und eine verminderte Methanmenge im Vergleich mit Gasen gebildet spontan aus dem anaerob zerlegt organische Materialien enthält, wird durchgeführt, intermittierend einen elektrischen Strom in Intervallen in Übereinstimmung mit dem Gehalt an Wasserstoff und / oder Methan in detektierende Gas bestimmt Erzeugungs erhalten von organischem Material. Technische Effekt - die Produktivität zu erhöhen, indem Wasserstoff Verringerung des Energieverbrauchs, die erforderliche Zeit für die Verarbeitung von organischen Materialien zu reduzieren.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff zu anaeroben Abbau von organischen Materialien einschließlich solcher anaerob zerlegt organische Materialien wie Müll Komponenten und Klärschlamm unterworfen aus, ein Verfahren zur Herstellung der so erhaltenen Wasserstoff - Abtrennung und zusammen Kohlendioxid bilden, sondern auch auf Vorrichtungen , die für diese Trennung.

Es wird anerkannt, dass die zusätzliche Energie für die kontinuierliche Wachstum der Industrie erforderlich. Derzeit gibt es eine reale Gefahr, übermäßige Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen. Fossile Brennstoffe (Kohlenwasserstoffe) eine begrenzte Quelle gespeicherter Energie, die in der Regel während des Verbrennungsprozesses freigesetzt wird. Als Ergebnis der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen in die Atmosphäre der Menschheit wirft Milliarden Tonnen von toxischen Schadstoffen. Daher ist die Entwicklung von alternativen Quellen erneuerbarer Brennstoffe ist wesentlich sowohl in ökologischer und ökonomischer Sicht.

Wasserstoff ist ein Brennstoff, nicht bilden Schadstoffe, da die einzige Verbrennungsprodukt Wasser ist. Wasserstoff hat eine Vielzahl von industriellen Anwendungen, beispielsweise bei der Herstellung von Düngemitteln, Farbstoffen, Pharmazeutika, Kunststoffen, hydrierte Öle und Fette und Methanol, und wird in verschiedenen Industrien eingesetzt. Diese Substanz wird auch als Raketentreibstoff und in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann als ein negativer emissions Brennstoff verwendet werden, die die Luft von herkömmlichen Motoren zu reinigen kann.

Herkömmliche Verfahren zur Wasserstoff bei industriell relevanten Mengen produzieren, sind: (1) Dampfreformierung von Kohlenwasserstoffen, (2) teilweise Oxidation von Kohle, (3) Elektrolyse von Wasser, und (4) direkte Nutzung von Sonnenstrahlung (Photovoltaik-Methode).

Der Nachteil der Dampf von Kohlenwasserstoffen und Kohlenteiloxidationsreformierungs ist, dass fossile Kohlenwasserstoffbrennstoffen verbraucht werden. Herstellung von Wasserstoff durch Elektrolyse von Wasser, das eine relativ einfache und umweltfreundliche Verfahren ist, ist teuer und daher wirtschaftlich nachteilig für die meisten industriellen Anwendungen, da die Menge an Energie für die Elektrolyse von Wasser benötigt, um die durch die Verbrennung des Wasserstoffs erhaltenen Energie übersteigt. Photovoltaik-Methoden der Wasserstoffproduktion werden durch den schlechten Zugang zu Solarenergie für die meisten der Völker der Welt beschränkt.

Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff aus Zucker wie Glucose produzieren und Maltose in Energie und Umwelt, Proceedings of ^{1. Welt erneuerbare Energien Kongress diskutiert.} Reading, UK 23-28 September 1990 S.Roychowdhury und D.Cox ( «Roychowdhury»). Das beschriebene Verfahren umfasst eine "Junk-Inokula" von Materialien aus verschiedenen Tiefen in Abfalldeponie durch Trocknen genommen Vorbereitung, Schleifen und Inkubation "in place" (auf "Junk-Pulver" erhalten). Es wurde festgestellt, daß die resultierende inkubierten Kulturmedium hauptsächlich aus Kohlendioxid und Methan gebildet wird, und eine kleine Menge anderer Substanzen, die das Vorhandensein von hoch methanogenen Flora Inokulum anzeigt. Jedoch wurde gezeigt, dass der Inokulation verschiedener Zuckerlösungen mit Überstand von einem solchen Kulturmedium oder in einigen Fällen garbage Pulver, Ausbeuten an Wasserstoff und Kohlendioxid, ohne Bildung von Methan und Sauerstoff gefunden. Dieses Ergebnis zeigt das Vorhandensein von Wasserstoff-produzierenden Bakterien in dem Inokulum trash und / oder Wirkung von Wasserstoff in den Abfallstoffen und dem Inokulum erzeugt. Es wurde festgestellt, daß die Bildung von Wasserstoff mit zunehmender Acidität abnimmt.

Die vorliegende Erfindung ist teilweise basierend auf der Bestimmung, ob Verarbeitungsfähigkeiten anaerob abbaubaren organischen Materialien, indem sie durch einen relativ kleinen und / oder intermittierenden elektrischen Strom, um das Bestehen der Leistung von Wasserstoff und Unterdrückung der Methanproduktion zu verbessern. Eine solche Behandlung erzeugt in solchen Mengen zur Behandlung von Abwasser Wasserstoff aus einem solchen typischen Abfällen als Materialien der Elemente Sammlung von Siedlungsabfällen und Pflanzen, dass die chemisch gespeicherte potentielle Energie des erzeugten Wasserstoff die Energie übersteigt, einen elektrischen Strom zu erzeugen, erforderlich, während Abfallmasse zu reduzieren und / oder Verringerung der Zeit zu verarbeiten oder zu veräußern Materials erforderlich. Daher stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren der Wasserstofferzeugung, die nicht die Verwendung von fossilen Brennstoffen erfordert, die nicht abhängig ist, zu einem gewissen Grad, versehentliche Vorhandensein von Sonnenlicht und die verwendet werden können, beispielsweise für die Gruppen mit einer relativ unentwickelt Elektrizität und andere Energieinfrastruktur System bereitgestellt Nutzenergie aus gesammelten Abfälle.

Von besonderem Interesse ist die Fähigkeit, Abfallstoffe zu verarbeiten, da diese Materialien allgegenwärtiges Problem für viele Städte in der Welt sind, Ansteckung der Lebensraum der Hausierer des Seins, wie Nagetiere, Schaben und Mikroorganismen, die Infektionskrankheiten verursachen, sondern auch Quellen von Treibhausgasen und Verschmutzung des Grundwassers durch die Bildung von toxischen Kochern. gemäß der vorliegenden Erfindung Verarbeitung stellt eine Kohlenstoff-Sequestrierung von Müllabfälle, einschließlich derer, die Einlagen für Klärschlamm darstellen.

Somit stellt in Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Erzeugung von elektrischem Strom anaerob abbaubaren organischen Materials, umfassend das in dem Material, das die Aktivität der Mikroorganismen und die Verringerung vodorodoprodutsiruyuschih Aktivität von methanogenen Mikroorganismen zu verbessern.

Anaerob zerlegt organische Materialien, die mit diesem Aspekt der Erfindung behandelt werden können, umfassen anaerob kompostoobrazuyuschie Zellulosematerialien und anaerob verdaute Klärschlamm kann. Anaerobe Kompostieren cellulosischen Materialien, die üblicherweise in Deponiematerialien gefunden, die im allgemeinen 70% Cellulosematerialien enthalten und haben einen Feuchtigkeitsgehalt von 36-46%. Anaerob Klärschlamm enthalten in der Regel Schlamm aus Kläranlagen für kommunales Abwasser; in der Regel sind sie hauptsächlich flüssig und enthalten 3,2% Feststoffe. Die natürliche Form von Abfällen und Klärschlamm enthalten Methan produzierenden Bakterien und Bakterien vodorodobrazuyuschie.

Andere organische Materialien, die für die Verarbeitung unterworfen werden können, beschrieben sind Hlevnoe Gülle, Abfälle aus der Landwirtschaft und Lebensmittelabfälle. Diese Materialien können sein inokuliert, beispielsweise Proben von Deponiematerial oder Klärschlamm vor der Elektrobehandlung. Falls gewünscht, kann das Inokulum durch Hindurchführen dort hindurch einen elektrischen Strom oder durch Fermentation in Gegenwart erhöhter Konzentrationen von Wasserstoff vorbehandelt werden, eingesetzt.

Der Begriff "anaerobe Zersetzung" bezeichnet ein Verfahren , bei dem organische Verbindungen, wie Kohlenhydrate der allgemeinen Formel C _n H _2n O _n und andere Nährstoffe, in die Umgebung zu zersetzen, einem Sauerstoffspender. Unter solchen anaeroben Zersetzung treten typischerweise in relativ großen Mengen an flüchtigen Carbonsäuren, wie Essigsäure; Ein weiteres typisches Produkt der Zersetzung ist Ammoniumbicarbonat. Obwohl in einigen Fällen durch aerobe Zersetzung von anaeroben Zersetzung voran ist diese Tatsache nicht Voraussetzung für die mit diesem Aspekt der Erfindung anaerob abbaubaren organischen Materials nach der Behandlung. Es versteht sich, dass das Verfahren auf organischen Materialien in verschiedenen Stadien der anaeroben Zersetzung und daß die Erzeugung eines elektrischen Stroms angewendet werden kann, kann vor oder in Verbindung durchgeführt werden, mit der Zersetzung.

Ohne durch die Theorie eingeschränkt zu sein, wird angenommen, dass der elektrische Strom Hydrolyse der flüchtigen Carbonsäuren fördert, die als Elektrolyte sind bekannt funktionieren und möglicherweise Ammoniumbicarbonat, wobei Wasserstoff gebildet wird. Da es keine Bildung von Sauerstoff ist, kann angenommen werden, dass die Elektrolyse von Wasser nicht in dem beobachteten Bildung von Wasserstoff beteiligt ist. und es wird angenommen, daß der Wasserstoff so hemmt Teilung, das Wachstum und die Aktivität der methanogenen Mikroorganismen erhalten werden, damit weitgehend aufrechterhalten Herstellung von Wasserstoff freisetzenden Enzymen.

Gesehen Aspekt der Erfindung kann für Abwasser in dem Faulbehälter für das Recycling von Siedlungsabfällen oder Abwasser, beispielsweise praktisch jede große Anlage implementiert schaltet werden. Dieser Prozess kann in der Praxis und in geringerem Maße auch in beliebigen Stellen realisiert werden, wo es bzw. können solche anaerob zerlegt organische Materialien wie anaerob kompostierbare Cellulose-Materialien oder anaerob verdaute Klärschlamm gebildet werden. Zum Beispiel kann die Zersetzung können cellulosehaltige Materialien und / oder "vor Ort" Klärschlamm, beispielsweise in einem lokalen Behälter oder die Kammer getragen wird, anstatt an einer zentralen Aufbereitungsanlage für Abwasser oder Abwasser. Solche anaerob zerlegt organischen Materialien wahlweise mit der Pumpstation transportiert werden kann, mit einer Ausrüstung ausgestattet Wasserstoff durch Behandlung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung herzustellen, oder sie können für die "on-site" durch Behandeln mit Wasserstoff in der lokalen Behälter oder einer Kammer hergestellt werden. In diesen technischen Lösungen kann der Wasserstoff ansammeln oder in situ verwendet werden, um nützliche Energieformen zu erhalten, einschließlich der relativ geringe Energiemenge für die Erzeugung von elektrischem Strom erforderlich ist.

Elektrischer Strom kann beispielsweise erzeugt werden, indem ein elektrisches Potential zwischen den Elektroden in Kontakt mit organischem Material Anwendung, beispielsweise wenn ein oder mehrere Sätze von Elektroden innerhalb des Materials angeordnet. In Betracht gezogene Elektroden können hergestellt werden, beispielsweise Blei, Kupfer, Stahl, Messing, oder Kohlenstoff, vorzugsweise aus Stahlstäben und am meisten bevorzugt aus metallimprägnierter Graphit elektrische Leitfähigkeit verbessert haben. Elektrodensätze kann von beliebiger Form sein, beispielsweise sie in Form von Platten sein können, Stäbe, Gitter, usw.

Behandlung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann durch Anlegen eines elektrischen Potentials bis 1-7 Volt, vorzugsweise 6,3 Volt, am meisten bevorzugt 3,0-4,5 Volt durchgeführt werden.

Es ist wünschenswert, einen elektrischen Strom mit niedriger Dielektrizität und ohmsche Verluste zu erzeugen. Platzierung der Elektroden und der Trennung kann in einer solchen Weise gesteuert werden, wie die oben genannten Bedingungen zu schaffen, und kann nützlich sein, eine Spannungssteuerprogramm zu verwenden, einschließlich einer periodischen Änderung der Polarität. Die Spannung, die durchschnittliche Abstand zwischen den Elektroden und der Anzahl der Elektroden kann abhängig von der Größe und Zusammensetzung des organischen Materials abhängig verarbeitet werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist jede einzelne Elektrode wird als Aspekt der Erfindung in einem Recyclingmaterial angeordnet ist und von einem inerten "Käfig" umgeben, die effektiv eine Nebeneinanderstellung von Nassmüll Materialkomponente bereitstellt, nicht die Komponente, die sich nachteilig auf die elektrische Aktivität beeinflußt, wobei jede Elektrode. Es versteht sich, dass eine optimale Platzierung von jeder Elektrode in dem Abfallmaterial trial and error erfordern.

Elektrischer Strom kann diskontinuierlich, vorzugsweise in Intervallen erzeugt werden, die ausgewählt sind elektrische Stromverbrauch zu minimieren und damit die Erzeugung von Wasserstoff zu maximieren, beispielsweise in Intervallen bestimmt unter Berücksichtigung der Höhe der Wasserstoffgehalt und / oder Methangas aus organischem Material. Beispielsweise kann der Arbeitszyklus des elektrischen Potentials Anwendung angepasst werden, adaptiv gemäß den Informationen über die Rückkopplung von einem Gasdetektor empfangen und Steuereinheit zugeordnet. In einer dieser Lösungen elektrische Potential in der Detektion von Spurenmengen von Methan angewendet wird, und, bis praktisch vollständige Unterdrückung der Methanproduktion aufrechterhalten wird; jeweiliger Zeitperioden wurden aufgezeichnet. Nach Beendigung der elektrischen Potentialsteuerung registriert die Zeit, bis eine neue Definition für die Bildung von Spurenmengen von Methan und startet dann den Arbeitszyklus in dem elektrischen Potential für eine etwas längere Zeit angelegt wird als die Zeit der Unterdrückung der Methanbildung und Trennung entspricht, auf einem etwas kleineren Zeit durchgeführt Intervall als die Zeit für die Wiedererkennung von Spuren von Methan entspricht. Die Spannung des elektrischen Potentials angelegt wird, falls gewünscht, auf eine kontrollierte Weise reduziert werden, das ist ein Teil der adaptiven Steuerung, zur Minimierung des Energieverbrauchs ausgerichtet.

In dem beispielhaften Verarbeitungsverfahren in Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung unter Berücksichtigung Wasserstoffbildung beginnt bei der Erzeugung eines elektrischen Stroms in der anaerob zerlegt organischem Material und erhöht die Menge an erzeugtem Wasserstoff bis zu 70-75% der gesamten Gase. Die Höhe der Methan gebildet wird, mit rund 70% der gesamten Gase reduziert erzeugt, der Ort, an dem ersten Durchgang des elektrischen Stroms nimmt, um Spurenmengen. Durchführung des Verfahrens für Kohlendioxid und Stickstoff im wesentlichen konstant bleibt und variieren nicht wesentlich in Abhängigkeit von dem Ausgang von Methan oder Wasserstoff ist.

Bei der Verarbeitung von anaerob abbaubaren organischen Materials in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung große Mengen an Kohlendioxid. Es ist wünschenswert, eine wirtschaftliche Abtrennung von Wasserstoff aus dem Kohlendioxid, um den Wert des Wasserstoffs zu erhöhen, beispielsweise zur Durchführung von durch die Dichte der Akkumulation zu erhöhen und seine Verwendung in Brennstoffzellen zu erleichtern. Abgetrennte Kohlendioxid kann verwendet werden, beispielsweise in Gewächshäusern oder Hydroponik.

In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Abtrennung von Kohlendioxid aus dem organischen Material erzeugten vorgesehen ist, aus Wasserstoff und einem organischen Material, das als Ergebnis der bevorzugte Absorption erhaltene des Kohlendioxids in einer Flüssigkeit unter erhöhtem Druck, wobei Wasserstoff in speziellen Sammler gesammelt wird.

Wie unter Druck stehende Fluid ist am besten, um das Wasser zu verwenden. Die Löslichkeit von Kohlendioxid in Wasser beträgt 21,6 Volumina Gas pro Volumen Wasser bei 25 Atmosphären Druck und 12 ° C (54 ° F). Wenn der Druck ansteigt oder die Temperatur verringert sich die Menge an Kohlendioxid in dem Wasservolumen gelöst wird, erhöht, während die Druckverringerung oder Temperaturanstieg die Freisetzung von gelöstem Kohlendioxid fördert. In den meisten Gebieten der Erde, der Temperatur des Grundwassers auf einen Wert gleich der durchschnittlichen jährlichen Lufttemperatur plus 0,55 ° C (1,0 ° F) pro 24,4 m (80 ') Abraum Bodenschicht in Richtung der Zone der Sättigung gehalten.

Gasgemisch, bestehend beispielsweise Wasserstoff, Kohlendioxid und geringen Mengen Stickstoff und andere Gase können unten zugeführt werden, aus wird Wassersäulenhöhe gezwungen, mindestens 300 Metern (etwa 1,000 ") bei einer Temperatur von 4-16 ° C (40-60 ° F). Diese Spalte kann zum Beispiel ein Loch 300 Meter weiter von der geschäftigen lokalen Grundwasserbereich erstreckt. Bei diesem Ansatz stellt eine extrem große Wärmesenke aufgrund des Untergrunds, des Grundwassers in der gesättigten Zone umfasst, in dem die Temperatur für die meisten Klimazonen während des ganzen Jahres im allgemeinen einen konstanten Wert in dem gewünschten Temperaturbereich aufweist. Für diese Zwecke und können auf den Pisten Wassersäulen verwendet werden, aber der negative Effekt von Winterfrost und unerwünschte Hitze im Sommer eine Maut auf dieser Gelegenheit nehmen.

Unter den Bedingungen der Temperatur und des Drucks von Kohlendioxid geht leicht in Lösung, während das Wasserstoffgas für verschiedene Anwendungen auf die Oberfläche aufgefangen und eingespeist werden kann.

Wie unten im Detail beschrieben, unter Druck stehende Fluid Kohlendioxid enthält, kann zurückgewonnen werden, und gegebenenfalls nach Wärmezufuhr, um es zu drosseln erlaubt werden kann, das Kohlendioxid und Energieübertragungsmaschine zu beseitigen. Danach kann die Flüssigkeit unterzogen werden, um die Kühlung zu drosseln und seinen Druck zu erhöhen und zur weiteren Absorption von Kohlendioxid zurückgeführt.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung eine Vorrichtung zur Verwendung in Trennverfahren vorgesehen neigen Kohlendioxid aus anderen gasförmigen Substanzen aus der Zersetzung von organischem Material, wie brennbare Gase, wie Wasserstoff, Methan und Mischungen daraus ergebende zu trennen. Eine solche Vorrichtung ist 13-20 der beigefügten Ansprüche in Absätzen offenbart.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

In den beigefügten Zeichnungen, die die Erfindung veranschaulichen und nicht ihren Umfang zu beschränken:

Figur 1 ist ein Flußdiagramm, das die Erzeugung von Wasserstoff und Unterdrückung der Methanogenese von anaerob abbaubaren organischen Materials in Gegenwart eines angelegten Elektropotential und die Methanogenese von anaerob und abbaubaren organischen Materials ohne elektrische Potential Anwendungen; Figur 2 - ein Ablaufdiagramm eines Prozesses zur Herstellung von Wasserstoff darstellt, einschließlich Vor-Ort anaerobe Zersetzung von organischem Material.

Figur 3 - die Informationen, die in Tabelle 1 von Beispiel 1 als ein Histogramm; Figur 4 - die Informationen, die in Tabelle 2 von Beispiel 2 als Histogramm.

Abbildung 5 - die Angaben in Tabelle 3 von Beispiel 3 als Histogramm; Abbildung 6 - die Angaben in Tabelle 5 von Beispiel 5 in Histogrammform.

Figur 7 - den Angaben in Tabelle 6 von Beispiel 5 als ein Histogramm; Abbildung 8 - Informationen in der Tabelle 8 von Beispiel 6 als Histogramm.

Figur 9 - die Informationen, die in Tabelle 9 von Beispiel 7 in Form eines Histogramms; Figur 10 - die Informationen in der Tabelle 10 des Beispiels 8 in Form eines Histogramms.

Figur 11 - eine Ausgestaltung der Erfindung, bei der die Anwendung adaptiv intermittierend angelegte Spannung eingestellt wird, die Wasserstoffproduktion zu maximieren, während die Methanproduktion minimiert wird; Figur 12 - eine Ausgestaltung der Erfindung, Spannungen zur Erzeugung von Wasserstoff zeigt.

Figur 13 - eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist; Figur 14 - eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

Figur 11 zeigt eine Vorrichtung 200, in dem geeignete Elektroden auf, beispielsweise konzentrische Elektroden 202 und 204 intermittierend erregt wird solvatisierten organischen Abfall zwischen den Elektroden, um Wasserstoff zu erhalten, positioniert zu beeinflussen. Im Betrieb wird die Spannung aus der Quelle 216 in Übereinstimmung mit einem Tastverhältnis angelegt durch Relais gesteuert 212, die ständig durch die Steuerung 210 gesteuert wird, eine Wasserstofferzeugung zu erleichtern und wesentliche Methanproduktion zu verhindern.

Der Controller 210 ist mit Feedback-Informationen von Gasdetektor 206/208 zur Verfügung gestellt. Der Nachweis von Spurenmengen von Methan zwischen den Elektroden 202 und 204 wird eine Spannung während der Zeitdauer aufgezeichnet angewendet Methanbildung unterdrücken. Zeit, um die Neubildung von Spurenmengen von Methan wird durch die Steuerung 210 festgestellt, und wird durch den Arbeitszyklus, mit einem Spannungsanlegung zwischen den Elektroden 202 und 204 für ein paar länger als die Zeit festgestellt, für die Unterdrückung der Methanproduktion, gefolgt von Neutralelektrode Betrieb für eine etwas kleiner als die Zeit verwendet, entsprechende Bestimmung von Spurenmengen von Methan bereits erwähnt,.

Tastverhältnisses das adaptiv geändert, um die Anlegezeit der Spannung zu reduzieren und die Erhöhung der Zeit zwischen dem Anlegen der Spannung die Methanproduktion minimiert wird, während der Wasserstoff mit dem Aufbringen der mindestens Spannung Der Spannungswert an die Elektroden 202 und 204 maximiert Bildung wird mit dem Aufkommen von anderen Variablen reduziert und adaptiv eingestellt, Einhaltung der Zeit der Spannungsanlegung der Energieverbrauch zu minimieren. Ein solcher Algorithmus ist adaptiv Anpassung schnell auf Veränderungen in der Zusammensetzung der organischen Abfälle, Feuchtigkeitsgehalt, der Temperatur und anderen Variablen anpaßt.

Figur 12 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei dem das Brenngas durch die vorliegende Erfindung in der Gegenwart von Elektroden 230 und 232 teilweise zur Verfügung stehen erzeugt zur Umwandlung in Elektrizität, die durch eine Brennstoffzelle oder einen Motor-Generator 240. Adaptive gesteuerte Anlegen einer Spannung an die Elektroden 230 und 232 vorgesehen, Controller 236 und der Schalter 234 erzeugt, um den Energieverbrauch pro therm von Wasserstoff zu minimieren. Zusätzlich stellt adaptive Controller 236 Anpassungsalgorithmus, um die Bildung von Methan und Wasserstoff bereitzustellen, um den maximalen Grad zu minimieren. Das Magnetventil arbeitet 238 der Brenngasstrom durch die Leitung 242 zur Wasserkraftumwandlungsanordnung 240, so dass es im Einklang mit adaptiven einstellbaren Tastverhältnis und andere Bedürfnisse in Elektrizität, die auf isolierte Kabel verteilt 244. Die erforderliche Leistung zur Pumpe regelt, Zyklus Wärmepumpe liefern oder Elektrizitätserzeugung am Knoten 240 kann durch eine Wärmekraftmaschine oder einen Generator, eine Brennstoffzelle, einem thermoelektrischen Generator oder andere Geräte, die Kraftstoffpotential erzeugt werden, um Energie in Elektrizität umwandeln.

In vielen Anwendungen ist es bevorzugt, einen hin- und hergehenden Motor oder Wechselstromgenerator zu verwenden, der mit Kraftstoff unter Verwendung des Kraftstoffeinspritzsmartplug gefüllt werden kombiniert und den Betrieb des Zündsystems verwenden, da diese Elemente Arbeit in extrem rauen Umgebungen zu erleichtern. Action Smartplug-System ist in US Patent 5.343.699 offenbart und №№5394852 und dieses System ermöglicht die Verwendung einer Mischung aus Wasserstoff und Kohlendioxid als sehr geringen Kraftstoff ohne weitere Konditionierung, eine sehr hohe thermische Effizienz sichergestellt und volle Leistung im Vergleich zu den Motorbetrieb mit Benzin oder Dieselkraftstoff. Diese Tatsache ist sehr wichtiger Vorteil für die Fern Aktionen und Treibstoff- und Energiekosten im Falle des Verbots der Einfuhr von fossilen Brennstoffen zu reduzieren.

Die bevorzugte Herstellung von Wasserstoff bietet thermodynamischen Vorteile basierend auf schnelleren Verbrennung von Kraftstoff, größeren Bereich Luft / Kraftstoff-Verhältnis in den brennbaren Mischungen, und mit dem System Smartmotor ohne Drosselverluste praktisch arbeitet. Diese thermodynamischen Vorteile, die mit einer höheren mittleren effektiven Drucks in dem Bremssystem (BMEP) gleichzeitig die Wärmeerzeugung im Vergleich zu Benzin und Dieselkraftstoff.

Wie aus Tabelle A folgt, gibt es eine reale Möglichkeit, die Umgebungsluft über den Motor-Generator der Reinigung bei der speziellen Wasserstoffbrennstoff aus Abfällen oder Klärschlamm erhalten arbeiten, im Gegensatz zum Betrieb Benzin als Kraftstoff verwendet wird.

Figur 13 zeigt ein System für Kohlendioxid aus Wasserstoff durch differentielle Absorption von Kohlendioxid in einem geeigneten Medium wie Wasser oder ein gehindertes Amin abtrennt. Während des Betriebs des Systems ein Gasgemisch, das Wasserstoff, Kohlendioxid und geringen Mengen Stickstoff und anderen Gasen aus dem Boden des Wassersäulenhöhe von etwa 302 bis 300 Meter (1000 ') oder mehr gedrückt wird.

Das Gasgemisch wird dem Boden des Rohrs 304 durch eine geeignete Pumpe (nicht gezeigt) zugeführt und gelangt in einen geeigneten Wäscher Zone wie die Spiralrippe 306, die mit dem Rohr 304 verbunden ist, so dass der Punkt der Befestigung an dem Rohr verglichen und Ebene aller anderen Punkte auf dem Rotationselement, das eine spiralförmige Oberfläche beschreibt. Als Ergebnis, da das Reinigungsgas absorbierenden Flüssigkeit, steigen sie in der Richtung des Rohrs 304. Kohlendioxid tritt leicht in Lösung bei den vorhandenen Druck und der Temperatur in dem System. Der Wasserstoff der oberen Spirale verlass tritt in die Röhre 308 und wird für verschiedene Anwendungen auf die Oberfläche zugeführt wird.

Wie in der Zeichnung dargestellt, angereichertes Wasser mit Kohlendioxid fließt an der Oberfläche durch koaxiale Rohr 310 mit Kopfdruck abnimmt, erscheinen Blasen Kohlendioxid, das eine geringere Dichte Mischung erheben und erstellen, die 312 in gazoseparatornuyu Abschnitt kommt, die dichter ist Wasser, die Fähigkeit verloren, Kohlendioxid zu behalten 302 zum Ringraum zurückgeführt wird, und wird am Boden abgeführt Wasserversorgung zu ersetzen, nach oben bewegt, steigt durch das Rohr 310. Kohlendioxid an der Oberseite 310 gesammelt wird, wird 314 durch das Rohr entfernt werden.

Figur 14 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die Energie verwendet, um den Wasserstoff und Kohlendioxid durch das regenerative Expanders erzeugt zu komprimieren. Die Vorrichtung 400 gemäß dieser Ausführungsform ist ein einfaches Energieumwandlungssystem, das für die Stromerzeugung, Wasserstoff und Kohlendioxid, diese verschiedenen erneuerbaren Energiequellen, wie Abwasser, Müll und Abfälle aus der Landwirtschaft mit Solarenergie kombiniert.

In vielen Situationen und Anwendungen vorzugsweise Wasser in einem geeigneten Behälter unter Druck zu 402 unterschiedliche Löslichkeiten Trennung bereitzustellen Wasserstoff zu reinigen. Während des Betriebs des Systems wird ein Gemisch von Wasserstoff mit Kohlendioxid wird durch das Rohr 404 in den Autoklaven 402 bei einem Nenndruck von 3100 kPa (450 lb / ^{in2) gezwungen.} Vorzugsweise verwenden, um einen Spiralmischer einer spiralförmigen Rippe 406 bestehend Bereitstellen Gas über die Oberfläche gespült und mit einer hohen Oberfläche-Volumen-Verhältnis zu schaffen. Da die Absorption des Gasgemisches Kohlendioxid durch einen großen Weg des Wassers geleitet wird, wobei der Wasserstoff an der Spitze der Spiralwäscher 406 und 408 durch die Leitung abgeführt, wie in der Figur gezeigt, wird Kohlendioxid in Wasser absorbiert und der Wasserstoff mit dem Kopf des Abscheiders 406 gehen.

Wasserstoff wird über die Leitung 408 zur sofortigen Verwendung in einem Motor oder einer Brennstoffzelle entnommen oder, falls erforderlich können für die zukünftige Verwendung gespeichert werden. Wasser mit Kohlendioxid gesättigt ist, wird aus dem Absorber 402 durch das Rohr 410 ausgestoßen und wird an einen Ventilblock 426 zugeführt, der ein Regelventil zur Zufuhr von Wasser hat mit Kohlendioxid angereichert ist, in jeder der Gruppen von Wärmetauschern 414, 416, 418, 420, 422 und 424. Jede Wärmetauscher mit einer Austrittsdüse versehen, die auf die Schaufeln von jeder der benachbarten Fluidrotationsmotor 430, 432, 434, 436, 438 und 440, die Arbeit übertragen gerichtet ist mit einer gemeinsamen Abtriebswelle.

Wasser unter Druck und gelöstem Kohlendioxid schnell und zwangsweise zugeführt werden, beispielsweise in einem vorgewärmten Wärmetauscher 414 als Folge der kurzen Öffnung des Steuerventils, das Betätigungsglied 414. Wenn die Flüssigkeit erwärmt wird, seine Temperatur und Druckanstieg, so daß die Flüssigkeit verdampft und fließt mit einer sehr hohen Impuls ein Antriebsmotor 430. jeder der anderen Wärmetauschkammer einen flüssigen Anteil der berechneten Zeiten aufnimmt, wobei davon ausgegangen werden kann, dass die Antriebswelle mit einer Gruppe von Motormoment zugeordnet eine mehrphasige hat, z.B. sechsphasigen wenn jeder empfängt Wärmetauscher einen Teil der Flüssigkeit zu unterschiedlichen Zeiten oder drei Phasen, wenn zwei Wärmetauscher werden gleichzeitig gefüllt. Eine geeignete Flüssigkeit Verbraucher Motorleistung Generator 428 kann oder andere Nutzlasten dienen.

Vorzugsweise weisen die Wärmetauscher mit der konzentrierten Strahlung aus einer geeigneten Kollektor von Sonnenlicht vorgesehen sind, beispielsweise aus der Heliostat oder dargestellt in der eine parabolische Schüssel 442. Im Fall zeichnen, wo die Sonnenenergie nicht ausreicht für eine Operation ist, die Energie, zusätzliche Wärme umwandeln kann, die durch die Verbrennung in dem entsprechenden erzeugt werden Brenner 448. Für den betrachteten Zusatzheizung ist bevorzugt, ein Gemisch aus Kohlendioxid und Wasserstoff und / oder andere brennbare Gase während der anaeroben Gärung von organischem Material freigesetzt zu verwenden.

Nach dem Erhitzen und Expansion auf einen geeigneten Niederdruck-Kohlendioxid wird in das Rohr 458 geliefert und an die entsprechende Stelle der Anwendung gerichtet. Das Wasser wird kondensiert und in Reservoir 450 gesammelt, die durch Gegenstrom-Wärmetauscher 456 durch Zirkulation eines geeigneten Wärmeübertragungsflüssigkeit von dem Punkt 446-456, gefolgt von 448 gekühlt wird, um die entsprechende sogenerator zu ergeben. Kaltwasser wird durch die Pumpe 454 und zurück zum Autoklaven 402, wo wieder verwendet zu entfernen Kohlendioxid und Energieumwandlungszyklus gepumpt.

Die folgenden Beispiele beschränken nicht den Umfang der Erfindung und sind lediglich veranschaulichend es.

Materialien und Methoden

Die Elektroden verwendet wurden, waren Stahlstäbe 300 mm lang, 25 mm breit und 2,5 mm dick. Und mit anderen Metallelektroden, aus Blei, Kupfer, Stahl und Messing. Und verwendet, um ein Paar von Elektroden mit den oben genannten Dimensionen aus Graphit mit Kupfer imprägniert ist; nennenswerte Zerstörung Graphitelektrode wurde nicht beobachtet.

Die Proben wurden aus den Abfallstoffen von Sanitärmüllstation in Staten Island, New York mit einer Tiefe von 9,1 bis 15,2 m (30 bis 50 Fuß) entnommen. In-situ-Bildung von Abfallstoffen gewonnenes Methan und Kohlendioxid als das Hauptgas (Verhältnis 55:35) durch Methanogenese-Reaktion und einen pH-Wert von 6,5-7,0.

Die Proben von Abwasser wurden für die Verarbeitung von Klärschlamm in Brooklyn, New York aus primären Autoklaven Anlage entnommen. Im natürlichen Zustand Klärschlamm produzieren Bildung von Methan und Kohlendioxid (Verhältnis 65:30) durch Methanogenese und haben einen pH-Wert von 7,0-7,5.

In einer Versuchsreihe wurde jede Probe in einem ml-Dreihalskolben 800 untersucht, von denen jede Löcher mit einem Gummistopfen verschlossen wurden. In zwei dieser Elektroden werden in die Löcher eingesetzt ist; eine dritte Öffnung ist mit dreidimensionalen Glasrohr mit einem Gasanalysator ausgestattet zur Verfügung gestellt. Parallel Elektroden mit einer Batteriespannung von 1,5 Volt angebracht ist, wodurch das Potential des Zuführungs etwa 3,0 Volt betrug. Die zusammengesetzte Vorrichtung wird in einem Thermostaten bei einer Temperatur von 37 ° C oder 55 ° C aufgestellt Andere Versuche wurden mit einem Fassungsvermögen von 6-8 Liter unter Verwendung eines Fermenters New Brunswick Fermenter, einem Glasbehälter durchgeführt, der die Temperatur und der Rührgeschwindigkeit einstellen.

Beispiel 1

Als experimentelle Kontrolle, frisch von Klärschlamm in der 800-l-Kolben in einem Inkubator bei 37 ° C platziert vorbereitet Wie in Tabelle 1 und 3 gezeigt ist, enthalten Produktgase hauptsächlich Methan.

Beispiel 2

Klärschlamm aus dem Primär-Autoklav wurde in einem 800 l-Kolben, der wiederum platziert wurde bei 37 ° C in einen vorgeheizten Inkubator Um Methangas bilden. Zur Erzielung optimaler Ausbeuten von Methan durch die Flüssigkeit in dem Kolben wurde elektrischer Strom geleitet. Methan Leistung allmählich abnehmenden Prozesses, und der gebildete Wasserstoff und Kohlendioxid. Wie in Tabelle 2 und veranschaulicht in 4 gezeigt ist, wurde die Methanbildung vollständig gehemmt, wenn eine maximale Produktivität von Wasserstoff erreicht.

Beispiel 3

Klärschlamm aus dem Primär-Autoklav wurde in einem 800 ml-Kolben gegeben, der wiederum bei 37 ° C in einen Inkubator Elektrischer Strom wurde mit einer Gesamtspannung von 3 Volt von zwei 1,5 Volt-Batterien durch den Schlamm geleitet parallel geschaltet. Seit dem Beginn des Stromflusses wurde sehr wenig Methanbildung beobachtet. Wie aus den in der Tabelle dargestellten Daten 3 und für 3 Tage auf Wasserstoffproduktivität in Figur 5 veranschaulicht hat seinen Maximalwert und die Methanbildung nahezu vollständig unterdrückt erreicht.

Beispiel 4

Eine Probe von Schlamm wurde in einem 5-Liter-Kolben, New Brunswick Fermenter 4 und eingefügt Elektrode angeordnet. Eine Probe von einem elektrischen Strom (2,5 Volt, 0,05 Ampere). Zunächst beobachtet nur die Bildung von Methan und Kohlendioxid, mit nur einer geringen Wasserstofferzeugung. Da die Spannung auf 4,0-4,5 V und Strom bis zu 0,11-0,15 Ampere allmählich Methanbildung verhindert und wie in Tabelle 4 gezeigt Erzeugung von Wasserstoff erhöht.

Beispiel 5

Abfallstoffe aus einer Stichprobe von Bohrbrunnen erhalten, war die Studie die geringste Menge an Energie pro erzeugter Energieeinheit zu bestimmen. Die Experimente wurden unter Verwendung von Deponiematerial (kompostiert festen Siedlungsabfälle) sind in zwei Kolben von 800 ml durchgeführt, die (1) nur Abfallmaterial (2) Abfallstoffe mit Strom behandelt. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 5 und 6 und in den Figuren 6 und 7 gezeigt.

Beispiel 6

Verwendung von (1) nur Klärschlamm, (2) unter Verwendung eines Schlammes behandelt electrocution Das Verfahren von Beispiel 5 wurde wiederholt. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 7 und 8 und 8 und Fig.

Beispiel 7

Elektrischer Strom wurde in einem 6-Liter-Gefäß mit Elektroden durch Zuführen eines elektrischen Potentials von 3,5 Volt ausgestattet war, gegeben durch das Abfallmaterial geleitet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 9 dargestellt, und in 9 gezeigt.

Beispiel 8

Abfallmaterialien in 6 Liter-Gefäß mit Elektroden ausgerüstet war, wurden in einen vorgeheizten 55 ° C-Inkubator platziert. Nach 4 Tagen zugeführt werden, an die Elektroden in dem elektrischen Potential von 3,5 Volt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 10 dargestellt und in Figur 10 gezeigt.

Ähnliche Ergebnisse wurden durch Mischen von relativ geringen Mengen von Inokula von Klärschlamm mit Stall Düngemitteln und landwirtschaftlichen Abfällen gewonnen. Nach Inkubationszeiten in dem anaeroben Bedingungen wurden etabliert wurde Methanbildung beobachtet, und das Kohlendioxid mit wenig Wasserstofferzeugung. ein elektrisches Potential von 2,0-5,0 Volt nach Zuführen eines Stromleistungsverstärkers 0,10-0,20 um die Bildung von Methan und Wasserstoff in Mengen ähnlich denen in Tabelle 10 Ähnliche Ergebnisse zeigten gebildet unterdrückt zu erzeugen, wurden ein Inokulum, erhalten unter Verwendung früheren Experimenten in Beispiel 4 beschrieben.

FORDERUNGEN

1. Verfahren zur Herstellung von Gas aus anaerob zerlegt organischen Materialien, umfassend das Bilden einer Reaktionsmischung, umfassend die anaerob zerlegt organischen Materialien, die Anwendung des elektrischen Potentials zu der Reaktionsmischung und Sammeln des Gases, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gas zu erhalten, die eine erhöhte Menge an Wasserstoff enthält und eine verringerte Menge an Methan gegenüber Gasen spontan aus dem anaerob zerlegt organischen Materialien gebildet wird, durchgeführt wird intermittierend um einen elektrischen Strom in Intervallen in Übereinstimmung mit dem Gehalt an Wasserstoff und / oder Methan in Gas aus dem organischen Material erhalten detektiert bestimmt Erzeugen, bei dem das elektrische Potential von 3 bis 6 V.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der anaerob abbaubaren organischen Material Zellulosematerialien und / oder anaerob verdaute Klärschlamm anaerob kompostierbaren umfasst.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, erzeugen einen elektrischen Strom, ein elektrisches Potential zwischen den Elektroden in Kontakt mit dem organischen Material erzeugt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Wasserstoffs aus dem organischen Material in einem Energieumwandlungsprozess Energie bereitzustellen zur Erzeugung von elektrischem Strom verwendet, hergestellt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Kohlendioxid aus dem organischen Material hergestellt ist aus Wasserstoff aus dem organischen Material aufgrund der Absorption von Kohlendioxid in einem unter Druck stehenden Fluid erzeugt getrennt, wodurch der Wasserstoff mit den jeweiligen Sammeleinrichtung zugeordnet ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei Fluid unter Druck gesetzt ist, wobei eine Wassersäulenhöhe von mindestens 300 m, einer Temperatur von 4-16 ° C

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die gedrosselten Druck stehenden Flüssigkeit, umfassend Kohlendioxid, das Kohlendioxid und Energieübertragungsmaschine zu beseitigen.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Drosselung des unter Druck stehenden Fluid Kohlendioxid enthält, wird Wärme dorthin zugeführt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel zu einer nachfolgenden Kühlfluid ausgesetzt ist, erhöht dessen Druck und wird zum Zwecke der zusätzlichen Kohlendioxid-Absorption zurückgeführt.

10. Vorrichtung Abtrennen von Kohlendioxid aus anderen gasförmigen Materialien, die durch die Zersetzung des organischen Materials enthaltende Reservoirelementen erzeugt ein Druckfluid zum Aufnehmen einer Vorzugs Fähigkeit, Kohlendioxid im Vergleich zu der Auflösung darin von anderen gasförmigen Substanzen, Nährstoffvorrichtung aufzulösen angeordnet die Mischung aus Kohlendioxid und anderen gasförmigen Substanzen in dem unteren Teil der Tanks Zugabe werden die Kollektorelemente anderer ungelöster gasförmigen Substanzen aus dem Zwischenabschnitt der Sammeleinrichtung zum sammeln angeordnet ist, und Mittel enthaltenden Flüssigkeit Kohlendioxid zum Entladen, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter Elemente haben die Form von vertikalen Spalten mit zumindest einer spiralförmigen Rippe auf der Spaltenachse positioniert ist, wird der Scheitelpunkt der Spiralrippe an die Kollektorelemente verbunden ist, und ein flüssiges Kohlendioxid enthält und vorzugsweise zur Entfernung, das Kohlendioxid in dem oberen Teil des Tanks gebildet Elemente.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Säule eine Höhe von mindestens 300 m aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei weiteren Temperatursteuermittel in den Tankelementen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10, weiterhin umfassend: eine Expansionsvorrichtung zur Herstellung einer unter Druck stehenden Flüssigkeit, umfassend Kohlendioxid eingerichtet sind, Mittel, die Flüssigkeit zur Entfernung.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ferner eine Einrichtung zum Sammeln von Kohlendioxid angepaßt Kohlendioxid Verlassen des Expanders sammeln.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner den Fluidheizelemente angepasst umfasst von der Ablen Kohlendioxid aufzuheizen Mittel enthält, in Expander kommen, Kühlelemente und Druckerzeugungselementen, die jeweils angeordnet, um einen Druck und Kühlung zu schaffen, die Flüssigkeit aus dem Expander und einem Mittel gewonnen für das gekühlte und unter Druck stehende Fluid in den unteren Teil des Reservoirs Elemente einzuführen.

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Erscheinungsdatum 02.03.2007gg

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