[实用新型]一种二氧化碳和氢气生物甲烷化的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种二氧化碳和氢气生物甲烷化的装置，属沼气发酵领域。

背景技术

有机物在隔绝空气保持一定水分、温度、酸碱度等条件下，经过微生物作用转化成沼气的过程称为沼气发酵，也叫甲烷发酵。1979年，M．PBryant根据大量的科学事实，把甲烷发酵过程分为三个阶段，即水解阶段、酸化阶段、甲烷化阶段。水解是复杂的非溶解性的聚合物被转化为简单的溶解性的单体的过程。高分子有机物因相对分子量巨大，不能透过细胞膜，因此不能被细菌直接利用。他们首先在细菌胞外酶的水解作用下转变为小分子物质。如纤维素被纤维素酶水解为纤维二糖与葡萄糖，淀粉被淀粉酶水解为麦芽糖和葡萄糖，蛋白质被蛋白酶水解为氨基酸和短肽等。酸化阶段由产氢产乙酸菌群利用第一阶段产生的各种有机酸，分解成乙酸，H₂和CO₂。产氢产乙酸菌能把含偶数碳的脂肪酸，如丁酸、己酸、辛酸等，转化为乙酸和氢气；把含奇数碳的脂肪酸，如戊酸和庚酸等，转化为乙酸丙酸和氢气。在沼气发酵过程中，甲烷的形成是由一群高度专业细菌一产甲烷菌所引起的。产甲烷茵包括食氢产甲烷菌和食乙酸产甲烷菌，产甲烷菌代谢底物简单，只能以H₂和CO₂、甲酸、甲醇、乙酸为底物生成甲烷。

目前发现的甲烷生物合成过程有3种途径。第一种途径是以乙酸为原料的甲烷生物合成，第二种是以氢、二氧化碳为原料的生物合成途径，第三种是以甲基化合物为原料的生物合成途径，如甲醇，甲基胺，甲基硫等。目前发现的产甲烷菌产生甲烷多是以二氧化碳还原方式生成的。从总的来看，厌氧发酵反应可分为产酸反应和产甲烷反应两个阶段，反应式如下：

(1) 由醇和二氧化碳形成甲烷

2CH₃CH₂OH+CO₂       2CH₃COOH+CH₄

(2) 由挥发酸形成甲烷

2CH₃CH₂CH₂COOH+2H₂O+CO₂      4CH₃COOH+CH₄

(3)二氧化碳被还原生成甲烷

CO₂+4H₂      CH₄+H₂O

从以上三类反应方程式可以看出，CO₂在厌氧发酵产沼气的过程中作为必不可少的原料对沼气中的CH₄含量起决定性作用，而沼气中有效成分为CH₄，目前厌氧发酵产生CH₄的占总气体体积的百分之60%左右。如何有效提高沼气中CH₄的含量是目前CH4发酵过程中面临的难题。此外大气中CO₂的含量的持续走高，已经带来一些不好影响，各国都在积极减少CO₂排放量，同时寻找有效手段固定已排放的CO₂。

沼气发酵，是可再生资源开发和利用的重要途径，在沼气发酵过程中，为产甲烷菌额外提供一定配比的CO₂和H₂在厌氧条件下合成CH₄，一方面可以提高沼气中的CH₄含量为实现户用沼气的  有效利用提供基础，另一方面外加CO₂来源广，可以是富含CO₂的高炉工业尾气，或者发电厂排放气体及其他含CO₂较多的尾气，这些CO₂在产甲烷菌作用下，转化成CH₄减少了排放到大气中CO₂的，在一定程度上缓解温室效应的加剧。

发明内容