RU2608495C1 - Method of recycling of combustion products of power plants using natural gas - Google Patents

Abstract

FIELD: biochemistry.

SUBSTANCE: invention relates to biochemistry. Method of recycling of combustion products of power plants is disclosed, using mainly natural gas. Method includes pumping of part of flue gases from stack of power plant, direction of gases through sprayers in vessel for production of microalgae biomass; pumping of water with microalgae from tanks through filter-concentrator with reverse osmosis for separation of fluid to water and microalgae concentrate; supply of concentrate into bioreactor, enrichment of concentrate with carbon dioxide from flue gases; plasma treatment of algal concentrate using incombustible electrodes under increased pressure; separation of algal concentrate as result of plasma processing into components with extraction of biofuel; supply of processed algal concentrate in rectification column, where free ethanol is released.

EFFECT: invention provides reduction of environmental load from SDPP, as well as possibility of obtaining algal biomass for further use.

1 cl

Description

Изобретение относится преимущественно к области утилизации уходящих газов энергетических установок для культивирования водорослей.The invention relates primarily to the field of waste gas utilization of power plants for the cultivation of algae.

Известен способ получения массы сухих сине-зеленых водорослей, характеризующийся тем, что осуществляют забор из водоема воды, содержащей водоросли, центрифугирование смеси при скоростях не более 1000 об/мин с последующим воздействием светодиодным устройством, включающим излучатели синего, зеленого и красного света, которые устанавливают на расстоянии не более 50 см от поверхности центрифугированной массы водорослей, при одновременной просушке их сухим теплым воздухом без доступа прямых солнечных лучей (патент на ИЗ РФ №2454504).A known method of obtaining a mass of dry blue-green algae, characterized in that they take water from the reservoir containing algae, centrifuging the mixture at speeds of not more than 1000 rpm, followed by exposure to an LED device including emitters of blue, green and red light, which set at a distance of not more than 50 cm from the surface of the centrifuged mass of algae, while drying them with dry warm air without direct sunlight (patent for RF FR No. 2454504).

Недостатком известного способа является то, что он не обеспечивает утилизацию уходящих газов энергетических установок.The disadvantage of this method is that it does not provide for the disposal of flue gases of power plants.

Наиболее близким к заявляемому изобретению (прототипом) является способ обеспечения растений или водорослей теплом и углекислым газом с использованием уходящих газов энергетической установки по патенту РФ №2548951. Способ обеспечения растений и/или водорослей тепловой энергией и углекислым газом с использованием уходящих газов энергетической установки включает следующие этапы:Closest to the claimed invention (prototype) is a method of providing plants or algae with heat and carbon dioxide using the flue gases of the power plant according to the patent of the Russian Federation No. 2548951. The method of providing plants and / or algae with thermal energy and carbon dioxide using flue gases of a power plant includes the following steps:

1) подача уходящего газа энергетической установки в первичный теплообменник через магистраль подвода уходящего газа для проведения первого косвенного теплообмена между уходящим газом и воздухом из системы подачи тепла в теплицу с растениями и/или установку культивирования водорослей для обеспечения теплом теплицы с растениями и/или установки культивирования водорослей;1) supplying the flue gas of the power plant to the primary heat exchanger through the flue gas supply line for conducting the first indirect heat exchange between the flue gas and air from the heat supply system to the greenhouse with plants and / or the algae cultivation plant to provide heat to the greenhouse with plants and / or cultivation plants seaweed;

2) подача части уходящих газов, прошедшей первый косвенный теплообмен в первичном теплообменнике, во вторичный теплообменник через переходный трубопровод уходящего газа для проведения вторичного косвенного теплообмена между уходящим газом и атмосферным воздухом с дополнительным снижением температуры уходящих газов и улучшением условий адсорбции углекислого газа;2) supply of a part of the flue gases that underwent the first indirect heat exchange in the primary heat exchanger to the secondary heat exchanger through the transition pipe of the flue gas to conduct secondary indirect heat exchange between the flue gas and atmospheric air with an additional decrease in the temperature of the flue gases and improvement of carbon dioxide adsorption conditions;

3) подача уходящего газа, прошедшего второй косвенный теплообмен во вторичном теплообменнике, в устройство адсорбции CO₂ при переменном давлении, отделение углекислого газа от уходящего газа и перекачивание углекислого газа в резервуар хранения углекислого газа; и3) supplying off-gas passing through a second indirect heat exchange in the secondary heat exchanger to a CO ₂ adsorption apparatus at variable pressure, separating carbon dioxide from the off-gas, and pumping carbon dioxide into the carbon storage tank; and

4) подача углекислого газа из резервуара хранения углекислого газа в теплицу с растениями и/или бак для поглощения углерода установки культивирования водорослей в период роста растений и/или водорослей.4) supply of carbon dioxide from the carbon dioxide storage tank to the greenhouse with plants and / or the carbon absorption tank of the algae cultivation plant during the growth period of plants and / or algae.

Атмосферный воздух нагревают с помощью уходящего газа и подают в третичный теплообменник для теплообмена с циркулирующей водой системы подачи теплой воды бака для поглощения углерода, для подогрева воды в баке для поглощения углерода.Atmospheric air is heated with the help of the exhaust gas and fed to a tertiary heat exchanger for heat exchange with the circulating water of the warm water supply system of the carbon absorption tank, for heating water in the carbon absorption tank.

Недостатком известного способа является сложность его реализации из-за нескольких ступеней теплообмена, а также высокая себестоимость получаемых водорослей.The disadvantage of this method is the difficulty of its implementation due to several stages of heat transfer, as well as the high cost of the resulting algae.

Задачей изобретения является создание простого и экономичного способа утилизации продуктов сгорания в энергоустановках, использующих природный газ.The objective of the invention is to provide a simple and economical method of utilizing combustion products in power plants using natural gas.

Поставленная задача решается предлагаемым способом утилизации продуктов сгорания энергоустановок, использующих преимущественно природный газ, содержащим следующие этапы: откачку части топочных газов из дымовой трубы энергоустановки, например ГРЭС, направление указанных газов, например через распылители, на производство биомассы микроводорослей (сине-зеленых, в том числе хлореллы) в емкостях необходимого объема, в качестве которых могут использоваться, например, фитореакторы, центробежные растильни или шлюзовые емкости водоемов вблизи энергоустановки, прокачку воды с микроводорослями из указанных емкостей через фильтр-концентратор с обратным осмосом, где происходит разделение жидкости на чистую воду и концентрат микроводорослей, подачу указанного концентрата в биореактор и дополнительное обогащение концентрата диоксидом углерода из топочных газов, плазменную обработку концентрата водорослей путем использования несгораемых электродов под повышенным давлением, разделение концентрата водорослей в результате плазменной обработки на составляющие с выделением биотоплива, подачу обработанного таким образом концентрата водорослей в ректификационную колонну, где выделяется свободный этанол, используемый далее как горючее вещество для двигателей или горелокThe problem is solved by the proposed method for the disposal of combustion products of power plants that use mainly natural gas, containing the following steps: pumping part of the flue gases from the chimney of a power plant, such as a state district power station, directing these gases, for example, through atomizers, to the production of microalgae biomass (blue-green, including the number of chlorella) in containers of the required volume, which can be used, for example, phytoreactors, centrifugal germinators or lock containers of water bodies power plants, pumping water with microalgae from the indicated containers through a reverse osmosis filter concentrator, where the liquid is separated into clean water and microalgae concentrate, supplying the specified concentrate to the bioreactor and additional enrichment of the concentrate with carbon dioxide from flue gases, plasma treatment of algae concentrate by using non-combustible electrodes under high pressure, separation of algae concentrate as a result of plasma treatment into components with release iotopliva, feeding the thus treated seaweed concentrate to a fractionator, where it stands free ethanol is used as a further fuel material for engines or burners

Предлагаемый способ утилизации продуктов сгорания используется следующим образом. Способ утилизации продуктов сгорания предназначен преимущественно для ГРЭС, использующих природный газ. Для снижения выброса вредных веществ в атмосферу и утилизации продуктов сгорания, прежде всего углекислого газа, производят откачку части топочных газов из дымовой трубы ГРЭС и направляют указанные газы на производство биомассы микроводорослей (сине-зеленых, в том числе хлореллы). Микроводоросли производят в естественных или искусственных емкостях необходимого объема, в качестве которых могут использоваться, например, фитореакторы, центробежные растильни или шлюзовые емкости водоемов вблизи ГРЭС. Углекислый газ в эти емкости подается, например, через распылители. Кроме того, углекислый газ имеет высокую температуру за счет чего подогревает воду в емкости и тем самым создаются благоприятные условия для быстрого размножения микроводорослей. В шлюзовых емкостях водоемов размножение водорослей идет при естественном освещении, в фитореакторах и в центробежных растильнях - при искусственном освещении. После того как микроводоросли размножились в необходимом количестве, осуществляют прокачку воды с микроводорослями из указанных емкостей через фильтр-концентратор с обратным осмосом, где происходит разделение жидкости на чистую воду и концентрат микроводорослей. Затем подают указанный концентрат в биореактор и дополнительно обогащают концентрат диоксидом углерода из топочных газов. В биореакторе проводят плазменную обработку концентрата водорослей путем использования несгораемых электродов. Плазменную обработку проводят под повышенным давлением. Под действием плазмы, температура которой составляет около 300 градусов, происходит разделение концентрата водорослей на составляющие с выделением биотоплива. Из концентрата сине-зеленых водорослей можно выделять биоэтанол, так как его содержание в сине-зеленых водорослях достигает 50% от сухого веса. Разделенный таким образом концентрат подают по трубопроводу в ректификационную колонну, где выделяется свободный этанол, используемый далее как горючее вещество для двигателей или горелок, и концентрат водорослей, который может использоваться для приготовления кормов, в фармакологии и косметологии или в качестве органических удобрений.The proposed method of disposal of combustion products is used as follows. The method of utilizing combustion products is intended primarily for state district power plants using natural gas. To reduce the emission of harmful substances into the atmosphere and to utilize combustion products, primarily carbon dioxide, a part of the flue gases is pumped out from the chimney of the state district power station and these gases are sent to the production of microalgae biomass (blue-green, including chlorella). Microalgae are produced in natural or artificial containers of the required volume, which can be used, for example, phytoreactors, centrifugal germinators or lock tanks of reservoirs near the state district power station. Carbon dioxide is supplied to these tanks, for example, through atomizers. In addition, carbon dioxide has a high temperature due to which it heats the water in the tank and thereby creates favorable conditions for the rapid multiplication of microalgae. In sluice tanks of water bodies, algae propagation occurs under natural light, in phytoreactors and in centrifugal germinators under artificial lighting. After the microalgae has multiplied in the required amount, water is pumped with microalgae from the indicated containers through a reverse osmosis filter concentrator, where the liquid is separated into pure water and the microalgae concentrate. Then the specified concentrate is fed into the bioreactor and the concentrate is additionally enriched with carbon dioxide from flue gases. In the bioreactor, plasma treatment of algae concentrate is carried out using non-combustible electrodes. Plasma treatment is carried out under increased pressure. Under the influence of plasma, whose temperature is about 300 degrees, algae concentrate is divided into components with the release of biofuel. Bioethanol can be isolated from a concentrate of blue-green algae, since its content in blue-green algae reaches 50% of dry weight. The concentrate thus separated is fed through a pipeline to a distillation column, where free ethanol is released, which is further used as a combustible substance for engines or burners, and algae concentrate, which can be used for the preparation of feed, in pharmacology and cosmetology, or as organic fertilizer.

При производстве в шлюзовой емкости водоемов микроводорослей штамма хлорелла они могут использоваться не только для производства биотоплива, но и для борьбы с сине-зелеными водорослями и цианобактериями в естественных водоемах (реках, озерах, водохранилищах), особенно в застойных районах русла рек (заливах).In the production of microalgae strain of microalgae in the lock water reservoirs, they can be used not only for biofuel production, but also for controlling blue-green algae and cyanobacteria in natural water bodies (rivers, lakes, reservoirs), especially in stagnant riverbeds (bays).

Изобретение позволяет снизить выброс углекислого газа в атмосферу, уменьшить экологическую нагрузку от ГРЭС на окружающую среду, получить дешевое биотопливо и биомассу водорослей для дальнейшего использования в кормовых, медицинских, косметических целях или в качестве органических удобрений.The invention allows to reduce carbon dioxide emissions into the atmosphere, to reduce the environmental burden from the state district power station on the environment, to obtain cheap biofuel and algae biomass for further use in fodder, medical, cosmetic purposes or as organic fertilizers.

Claims (2)

1. Способ утилизации продуктов сгорания энергоустановок, использующих преимущественно природный газ, содержащий откачку части топочных газов из дымовой трубы энергоустановки, такой как ГРЭС, направление указанных газов через распылители на производство биомассы микроводорослей в емкостях необходимого объема, в качестве которых используют фитореакторы, центробежные растильни или шлюзовые емкости водоемов вблизи энергоустановки, прокачку воды с микроводорослями из указанных емкостей через фильтр-концентратор с обратным осмосом, где происходит разделение жидкости на воду и концентрат микроводорослей, подачу указанного концентрата в биореактор и дополнительное обогащение концентрата диоксидом углерода из топочных газов, плазменную обработку концентрата водорослей путем использования несгораемых электродов под повышенным давлением, разделение концентрата водорослей в результате плазменной обработки на составляющие с выделением биотоплива, подачу обработанного таким образом концентрата водорослей в ректификационную колонну, где выделяется свободный этанол.1. The method of disposal of the combustion products of power plants that use primarily natural gas, containing the pumping of part of the flue gases from the chimney of a power plant, such as a state district power station, directing these gases through sprayers to produce microalgae biomass in containers of the required volume, which are used as phytoreactors, centrifugal germinators or lock capacities of reservoirs near the power plant, pumping water with microalgae from these reservoirs through a filter concentrator with reverse osmosis, where the liquid is separated into water and the microalgae concentrate, the specified concentrate is fed into the bioreactor and the concentrate is additionally enriched with carbon dioxide from the flue gases, the algae concentrate is plasma treated by using non-combustible electrodes under increased pressure, the algae concentrate is separated into plasma components by separation from the biofuel, and the biomass is released the algae concentrate thus treated in a distillation column where free ethanol is released. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве микроводорослей используют сине-зеленые водорости, а также хлореллу.2. The method according to p. 1, characterized in that as the microalgae use blue-green vodorosti, as well as chlorella.