一種基于生物質(zhì)氣化-厭氧消化聯(lián)合制取高品位燃氣的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境保護與可再生能源利用領(lǐng)域，特別涉及一種基于生物質(zhì)氣化-厭氧消化聯(lián)合制取高品位燃氣的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，由于傳統(tǒng)能源(如石油、煤炭等)的逐漸耗竭，加之其燃燒引發(fā)的大氣污染問題，可再生能源的開發(fā)與利用受到了極大重視。生物質(zhì)是可再生能源中最重要的一種，其在國內(nèi)外的發(fā)展和應(yīng)用已經(jīng)初具規(guī)模，而且前景廣闊。
[0003]每個區(qū)域內(nèi)的生物質(zhì)按性質(zhì)可分為難生物降解型(農(nóng)作物秸桿、木材廢棄物、塑料制品等)和可生物降解型(污泥、餐廚垃圾、食品釀造類廢水等)兩類。目前，氣化和厭氧消化分別作為這兩類生物質(zhì)資源化利用的最佳可行技術(shù)之一，已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。然而，他們的產(chǎn)物(合成氣和沼氣)均屬于低品位燃氣，需要精制成生物合成天然氣才能實現(xiàn)其高效高值利用。一般而言，合成氣(主要含h2、CO、0)2等)精制的核心過程即指化學(xué)催化甲烷化；而沼氣(主要含ch4、0)2等)精制的核心過程即指提純?；瘜W(xué)催化甲烷化涉及高溫高壓條件，提純目前同樣主要依賴變壓吸附(PSA)、膜分離等物化技術(shù)，操作復(fù)雜、投資成本及運行費用較高。此外，目前生物質(zhì)氣化和厭氧消化系統(tǒng)相對分散、獨立，不利于區(qū)域內(nèi)生物質(zhì)資源化與能源化綜合利用與規(guī)?；茝V。因此，探宄生物質(zhì)綜合利用方法具有重要的現(xiàn)實和科學(xué)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種基于生物質(zhì)氣化-厭氧消化聯(lián)合制取高品位燃氣的方法，同步解決了傳統(tǒng)生物質(zhì)氣化和厭氧消化產(chǎn)物(合成氣、沼氣)利用操作復(fù)雜、成本運行費用高等問題，同時實現(xiàn)生物質(zhì)區(qū)域化綜合利用。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種基于生物質(zhì)氣化-厭氧消化聯(lián)合制取高品位燃氣的方法，包括以下步驟:
[0007]步驟一，建立區(qū)域化生物質(zhì)綜合利用園區(qū)，分別搭建生物質(zhì)氣化系統(tǒng)和生物質(zhì)厭氧消化系統(tǒng)；
[0008]步驟二，在所述生物質(zhì)氣化系統(tǒng)中，對收集的難生物降解型生物質(zhì)進行氣化處理，產(chǎn)生合成氣；同時在所述生物質(zhì)厭氧消化系統(tǒng)中，對收集的可生物降解型生物質(zhì)進行厭氧消化處理，產(chǎn)生沼氣；
[0009]步驟三，將合成氣引入?yún)捬跸到y(tǒng)中，一方面實現(xiàn)合成氣的生物甲烷化，另一方面利用合成氣中富余氫氣實現(xiàn)沼氣提純，最終制取成高品位燃氣。
[0010]其中:所述步驟二中:
[0011]合成氣的生產(chǎn)采用水蒸氣作為氣化介質(zhì)，氣化設(shè)備采用流化床氣化爐，并在其頂部裝有氧化鈣固定床，用于吸收合成氣中部分二氧化碳，氣化溫度為500-800°C ;產(chǎn)生的合成氣中氫氣(H2)體積含量為50-90%，其余主要組分為二氧化碳(C02)、一氧化碳(CO)和甲烷(CH4)。
[0012]沼氣的生產(chǎn)采用單相厭氧反應(yīng)器，溫度為35°C，污泥停留時間(SRT)30d以上。產(chǎn)生的沼氣中二氧化碳(CO2)體積含量為30-50%，其余主要組分為甲烷(CH4)。
[0013]所述步驟三中:
[0014]將所述合成氣直接引入所述生物質(zhì)厭氧消化系統(tǒng)中的厭氧消化反應(yīng)器；或者，
[0015]將所述合成氣與所述沼氣混合，引入單獨的厭氧消化反應(yīng)器。
[0016]最終所得到的高品位燃氣中甲烷含量為80%以上。
[0017]本發(fā)明的技術(shù)原理:
[0018]a)合成氣生物甲烷化，是指厭氧微生物將合成氣中的H2、CO、0)2轉(zhuǎn)化成CH4(CO+3H2— CH 4+H20 ;C02+4H2— CH 4+2H20)；
[0019]b)利用合成氣中富余氫氣實現(xiàn)沼氣提純主要通過嗜氫甲烷菌作用將沼氣中的CO2轉(zhuǎn)化成 CH4 (C02+4H2— CH 4+2H20)。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明將難生物降解型和可生物降解型生物質(zhì)統(tǒng)一納入制取高品位燃氣體系中，能有效實現(xiàn)生物質(zhì)區(qū)域化綜合利用。此外，本發(fā)明能同步實現(xiàn)合成氣生物甲烷化和沼氣提純，克服了合成氣化學(xué)催化甲烷化以及傳統(tǒng)物化法沼氣提純技術(shù)操作復(fù)雜、投資成本及運行費用較高等難題。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明實施例1的流程圖。
[0022]圖2為本發(fā)明實施案例2的流程圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和實施例詳細說明本發(fā)明的實施方式。
[0024]如圖1所示，
[0025]實施例1
[0026]一種基于生物質(zhì)氣化-厭氧消化聯(lián)合制取高品位燃氣方法，其流程如圖1所示，包括以下步驟:
[0027]步驟一，建立區(qū)域化生物質(zhì)綜合利用園區(qū)，分別搭建生物質(zhì)氣化系統(tǒng)和生物質(zhì)厭氧消化系統(tǒng)；
[0028]生物質(zhì)氣化系統(tǒng)主要包括蒸汽發(fā)生器單元、流化床氣化爐、氧化鈣固定床、氣體冷卻單元等。
[0029]生物質(zhì)厭氧消化系統(tǒng)主要包括生物質(zhì)預(yù)處理單元、厭氧消化反應(yīng)器、攪拌及保溫單元等。
[0030]步驟二，在生物質(zhì)氣化系統(tǒng)中，對收集的難生物降解型生物質(zhì)進行氣化處理，產(chǎn)生合成氣，難生物降解型生物質(zhì)主要包括農(nóng)作物秸桿、木材廢棄物、塑料制品等，工藝過程采用水蒸氣作為氣化介質(zhì)，氣化設(shè)備采用普通流化床氣化爐，并在其頂部裝有氧化鈣固定床，用于吸收合成氣中部分二氧化碳。得到的合成氣中氫氣體積含量約為82%。
[0031]同時，在生物質(zhì)厭氧消化系統(tǒng)中，對收集的可生物降解型生物質(zhì)進行一級厭氧消化處理，產(chǎn)生沼氣，可生物降解型生物質(zhì)主要包括污泥、餐廚垃圾、食品釀造類廢水等，工藝過程采用普通的單相厭氧反應(yīng)器，溫度為35°C，污泥停留時間(SRT)30d以上。得到的沼氣中二氧化碳體積含量約為40%。
[0032]步驟三，將一級厭氧消化產(chǎn)生的沼氣和氣化產(chǎn)生的合成氣同時引入一個單獨的厭氧消化反應(yīng)器中，通過厭氧微生物作用，一方面實現(xiàn)合成氣的生物甲烷化，另一方面利用合成氣中富余氫氣實現(xiàn)沼氣提純，最終制取成高品位燃氣，經(jīng)檢測，燃氣中甲烷含量為80%以上。
[0033]實施例2
[0034]一種基于生物質(zhì)氣化-厭氧消化聯(lián)合制取高品位燃氣方法，其流程如圖2所示，包括以下步驟:
[0035]步驟一，建立區(qū)域化生物質(zhì)綜合利用園區(qū)，分別搭建生物質(zhì)氣化系統(tǒng)和生物質(zhì)厭氧消化系統(tǒng)；
[0036]生物質(zhì)氣化系統(tǒng)主要包括蒸汽發(fā)生器單元、流化床氣化爐、氧化鈣固定床、氣體冷卻單元等。
[0037]生物質(zhì)厭氧消化系統(tǒng)主要包括生物質(zhì)預(yù)處理單元、厭氧消化反應(yīng)器、攪拌及保溫單元等。
[0038]步驟二，在生物質(zhì)氣化系統(tǒng)中，對收集的難生物降解型生物質(zhì)進行氣化處理，產(chǎn)生合成氣，難生物降解型生物質(zhì)主要包括農(nóng)作物秸桿、木材廢棄物、塑料制品等，工藝過程采用水蒸氣作為氣化介質(zhì)，氣化設(shè)備采用普通流化床氣化爐，并在其頂部裝有氧化鈣固定床，用于吸收合成氣中部分二氧化碳。得到的合成氣中氫氣體積含量約為82%。
[0039]同時，在生物質(zhì)厭氧消化系統(tǒng)中，對收集的可生物降解型生物質(zhì)進行一級厭氧消化處理，產(chǎn)生沼氣，可生物降解型生物質(zhì)主要包括污泥、餐廚垃圾、食品釀造類廢水等，工藝過程采用普通的單相厭氧反應(yīng)器，溫度為35°C，污泥停留時間(SRT)30d以上。得到的沼氣中二氧化碳體積含量為約40%。
[0040]步驟三，將氣化產(chǎn)生的合成氣直接引入所述生物質(zhì)厭氧消化系統(tǒng)中的厭氧消化反應(yīng)器，通過厭氧微生物作用，一方面實現(xiàn)合成氣的生物甲烷化，另一方面利用合成氣中富余氫氣實現(xiàn)沼氣提純，最終制取成高品位燃氣。
[0041]對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述原理的基礎(chǔ)上，還可以對本發(fā)明所述方法做出若干改變和改進，這些改變和改進也應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于生物質(zhì)氣化-厭氧消化聯(lián)合制取高品位燃氣的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一，建立區(qū)域化生物質(zhì)綜合利用園區(qū)，分別搭建生物質(zhì)氣化系統(tǒng)和生物質(zhì)厭氧消化系統(tǒng)； 步驟二，在所述生物質(zhì)氣化系統(tǒng)中，對收集的難生物降解型生物質(zhì)進行氣化處理，產(chǎn)生合成氣；同時在所述生物質(zhì)厭氧消化系統(tǒng)中，對收集的可生物降解型生物質(zhì)進行厭氧消化處理，產(chǎn)生沼氣； 步驟三，將合成氣引入?yún)捬跸到y(tǒng)中，一方面實現(xiàn)合成氣的生物甲烷化，另一方面利用合成氣中富余氫氣實現(xiàn)沼氣提純，最終制取成高品位燃氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于生物質(zhì)氣化-厭氧消化聯(lián)合制取高品位燃氣的方法，其特征在于，所述步驟二中: 合成氣的生產(chǎn)采用水蒸氣作為氣化介質(zhì)，氣化設(shè)備采用流化床氣化爐，并在其頂部裝有氧化鈣固定床，用于吸收合成氣中部分二氧化碳，氣化溫度為500-800°C ; 沼氣的生產(chǎn)采用單相厭氧反應(yīng)器，溫度為35°C，污泥停留時間(SRT) 30d以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于生物質(zhì)氣化-厭氧消化聯(lián)合制取高品位燃氣的方法，其特征在于，所述步驟二: 產(chǎn)生的合成氣中氫氣(H2)體積含量為50-90% ； 產(chǎn)生的沼氣中二氧化碳(CO2)體積含量為30-50%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于生物質(zhì)氣化-厭氧消化聯(lián)合制取高品位燃氣的方法，所述步驟三中: 將所述合成氣直接引入所述生物質(zhì)厭氧消化系統(tǒng)中的厭氧消化反應(yīng)器；或者， 將所述合成氣與所述沼氣混合，引入單獨的厭氧消化反應(yīng)器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于生物質(zhì)氣化-厭氧消化聯(lián)合制取高品位燃氣的方法，其特征在于，所述步驟三中，得到的高品位燃氣中甲烷含量為80%以上。
【專利摘要】一種基于生物質(zhì)氣化-厭氧消化聯(lián)合制取高品位燃氣的方法，屬于環(huán)境保護與可再生能源利用領(lǐng)域，其步驟依次為：(1)建立區(qū)域化生物質(zhì)綜合利用園區(qū)，分別搭建生物質(zhì)氣化系統(tǒng)和生物質(zhì)厭氧消化系統(tǒng)；(2)對收集的難生物降解型生物質(zhì)進行氣化處理，產(chǎn)生合成氣，同時對收集的可生物降解型生物質(zhì)進行厭氧消化處理，產(chǎn)生沼氣；(3)將合成氣引入?yún)捬跸到y(tǒng)中，一方面實現(xiàn)合成氣的生物甲烷化，另一方面利用合成氣中富余氫氣實現(xiàn)沼氣提純，最終制取成高品位燃氣；本發(fā)明將難生物降解型和可生物降解型生物質(zhì)統(tǒng)一納入制取高品位燃氣體系中，有效實現(xiàn)生物質(zhì)區(qū)域化綜合利用；同時克服催化甲烷化及傳統(tǒng)物化法沼氣提純技術(shù)操作復(fù)雜、投資運行成本高的難題。
【IPC分類】C12P5-02
【公開號】CN104830911
【申請?zhí)枴緾N201510206066
【發(fā)明人】王凱軍, 徐恒
【申請人】王凱軍, 徐恒
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年4月27日