[发明专利]一种利用风电的甲烷制备工艺

说明书

技术领域

本发明属于能源利用领域，尤其涉及一种换热器及包括换热器的甲烷制备工艺和系统，属于换热器及其应用领域。

背景技术

随着现代社会经济的高速发展，人类对能源的需求量越来越大。然而煤、石油、天然气等传统能源储备量不断减少、日益紧缺，造成价格的不断上涨，同时常规化石燃料造成的环境污染问题也愈加严重，这些都大大限制着社会的发展和人类生活质量的提高。沼气是低成本可再生能源，但实际中通常需要对沼气进行提纯，产生甲烷，以满足不同用途(比如：作为汽车燃料)的有关技术要求。传统沼气提纯技术需要消耗大量能源，不符合当前节能减排和保护环境的要求。

在甲烷生产的过程中，一般需要经过换热器进行冷凝，目前的换热器都是使用通用的常见的换热器，并不能很好的适用气体的冷凝提纯，因此需要开发一种新的类型的换热器，使其满足沼气生产过程中气体的冷凝提纯。

此外，对于甲烷的生产过程，如何提高甲烷的产出率，也是甲烷生产工艺中一直在追求的，利用氢气提纯生物质气是提高生产生物质甲烷效率的有效方法，这一方法基于Sabatier反应：CO₂+4H₂-CH₄+2H₂O。传统上，该反应一般使用钌(Ru)基和镍(Ni)基催化剂实现。但是目前并没有一套成型的工艺或设备来实现氢气提出甲烷。

发明内容

本发明旨在提供一种氢气提纯生物质气中使用的换热器及其利用电能电解产生氢气提纯生物质气是提高生产生物质甲烷效率的工艺，该工艺利用生物方法来实现Sabatier反应。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种混合气体冷凝使用的板翅式换热器，所述板翅式换热器包括互相平行的板片，所述板片之间设置翅片，所述翅片包括倾斜于板片的倾斜部分，在倾斜部分上通过冲压方式加工突起，且倾斜部分两侧的流体通过倾斜部分上冲压方式形成的孔连通；所述突起从倾斜部分沿着混合气体流动方向向外延伸。

作为优选，所述突起的延伸方向与混合物的流动方向的夹角为a，同一个倾斜部分设置多个突起，沿着混合物的流动方向，所述的夹角a越来越小。

一种生物质甲烷的制备工艺，包括厌氧发酵罐、生物反应器、风力发电装置和电解水装置，所述风力发电装置与电解水装置连接，以便向电解水装置输送电，电解水装置与生物反应器连接，将产生的氢气输入到生物反应器中，所述厌氧发酵罐产生的沼气进入生物反应器，进入生物反应器的所述沼气中含有甲烷和二氧化碳；在生物反应器中，进行合成甲烷的反应。

作为优选，生物反应器中使用的催化剂是氢营养型产甲烷菌。

作为优选，沼气在进入生物反应器之前，还经过沼气洁净装置进行净化。

作为优选，进入生物反应器的沼气，甲烷的摩尔百分含量45％以上，二氧化碳的摩尔百分含量为30％以上。

作为优选，所述生物反应器与冷凝器相连，用于冷凝合成后的甲烷。

作为优选，厌氧发酵罐与生物反应器之间的管路上设置沼气阀门，电解水装置与生物反应器连接的管路上设置氢气阀门，通过阀门来控制进入生物反应器中的沼气和氢气的数量。

作为优选，还包括与生物反应器相连的氢气管道、甲烷管道及其二氧化碳管道，用于向生物反应器中输入氢气、甲烷和二氧化碳，同时每个管道上设置阀门和速度检测装置，所述阀门和速度检测装置与控制器进行数据联接。

作为优选，所述的冷凝器为权利要求1-2之一所述的换热器。

与现有技术相比较，本发明具有如下的优点：

1)本发明利用风力或者太阳能发电装置连接电解水装置，通过电解产生的氢气制备甲烷，节约了能源。

2)开发了一种适应气体的冷凝提纯的换热器，可以提高冷凝的效率。

3)本发明通过设置生物反应器，通过生物方法来实现甲烷的生产，加大的提高了甲烷的生产效率。

4)本发明提出了一种全新的生产生物质甲烷的工艺方法，将厌氧发酵和生物质气化过程结合起来，降低沼气提纯过程耗能的同时，大幅增加甲烷产量，从而提高厌氧发酵和生物质气化的整体效率。

5)本发明的膜分离器是采用中空纤维和Matrimid聚合材料制成的，是一种像玻璃一样的聚合膜。通过膜分离器的作用，分离可以达到分子级。

附图说明

图1是本发明的制备生物质甲烷的工艺流程图；

图2是本发明一种板翅式换热器换热板片结构示意图；

图3是本发明一个板翅单元的结构示意图；

图4是本发明设置突起结构倾斜部分平面的示意图；