[实用新型]利用可再生生物质制取甲烷集成工艺装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及可再生生物质能的回收和处理装置。

背景技术

随着一次能源(如煤、石油、天然气)的日益枯竭，能源短缺成为制约当今经济发展的瓶颈。世界各国都在积极开发可再生的二次能源，而生物质能作为一种二次能源，具有可再生性、低污染性和分布广泛等特点。生物质能主要是以农作物秸秆、畜禽粪便、有机垃圾等废弃物为原料，通过生物质转化技术进行资源深度开发和循环利用。

目前，世界上很多经济迅速发展的国家，都面临着经济增长和环境保护的双重压力。因此寻求替代能源，改变传统化石能源生产和消费方式，开发利用生物质能等可再生的清洁能源对可持续性的发展和环境保护具有重大意义。

我国是一个农业大国，生物质能原料相当丰富，但是却未能有效加以利用，以农作物秸秆为例，我国每年农作物秸秆年产出量为6亿吨左右，其中一小部分作为农户炊事、取暖燃料，直接在柴灶上被燃烧掉，这种利用方式十分低效，能量转换效率仅为10％一20％左右，还有一部分被用做禽畜饲料，而其余的大部分则被弃于地头田间直接烧掉，许多地区废弃秸秆量已占总秸秆量的60％以上，既危害环境，又浪费资源。如果能将其进行生物质能的转化，则可以减少排放、保护环境。

禽畜粪便也是一种重要的生物质能来源。我国很多禽畜类产品，如鸡、猪和牛的产量都居世界首位，在粪便资源中，大中型养殖场的粪便是易于集中开发、规模化利用的。我国目前大中型牛、猪、鸡场约6000多家，每天排出粪尿及冲洗污水80多万吨，如果能将其进行生物质能的转化，则可以减少污染，还可以生产出许多有机肥料。

随着经济的发展，城市规模的扩大和城市化进程的加速，我国城镇垃圾的产生量和堆积量逐年增加，垃圾中的食品类废弃物等有机物含量接近1/3甚至更高；如果能将其进行生物质能的转化，则可以减少垃圾填埋对环境及地下水造成的污染。

生物质能的回收途径虽然很多，但从能量转移、物质循环和生态平衡三个方面进行综合分析对比可知，沼气发酵是生物质能利用最合理、最经济、最高效的方式。

沼气是各种生物质在隔绝空气的条件下，经过沼气发酵微生物的作用产生的一种可燃烧气体。沼气发酵微生物是一个统称，包括发酵性细菌、产氢产乙酸菌、耗氢产乙酸菌、食氢产甲烷菌、食乙酸产甲烷菌五大类群。五大类群细菌构成一条食物链，从各群细菌的生理代谢产物或它们的活动对发酵液pH值的影响来看，沼气发酵过程可分为水解、产酸和产甲烷三个阶段。

沼气的主要成分是甲烷。沼气由50％～80％甲烷、20％～40％二氧化碳、0％～5％氮气、小于1％的氢气、小于0.4％的氧气与0.1％～3％硫化氢等气体组成。

然而，沼气作为一种产品，其品质水平很低，仅能用于农用炊事燃料等用途，如果不作纯化加工处理，沼气产品附加值与成本相比太低，难以商业化普及，成为推广应用的瓶颈难题。现有的用生物质生产沼气的设备都是独立的，功能单一，生产效率低，能耗高，没有形成工业化、集约化生产系统，不能对生产出的沼气做后续处理，沼气中的大量CO₂等不可燃成分会使得运输成本增大，沼气中的H₂S气体还会腐蚀管道系统，这些因素制约了沼气的大规模生产和应用。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型的目的是提供一整套利用可再生生物质制取甲烷集成工艺装置，以可再生生物质、有机废料为原料，制取富含甲烷成分的可燃气体、并将可燃气体纯化，进行脱硫、脱碳、脱水，从而达到实现工业化大规模生产的目的。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：