[实用新型]以沼液和秸秆水解液制备氨基酸及分离CO2的系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及沼气工程与CO₂吸收分离一体化的技术领域，具体地指一种以沼液和秸秆水解液制备氨基酸及分离CO₂的系统。

技术背景

目前沼气、垃圾填埋气和生物质热解气等富CO₂气体中CO₂分离技术主要有化学吸收法、物理吸附法、膜分离技术等，其中技术最成熟、工程应用最广泛的是化学吸收法。CO₂化学吸收法具有CO₂分离效率高、分离过程中目标气体损失少等优点。如分离沼气中的CO₂时以CH₄为目标气体，具有对气体分压适应性广、操作简单和商业应用广等优点，是近期可以大规模推广应用的技术之一。但传统化学吸收技术存在CO₂分离成本过高及环境风险较大等关键瓶颈亟待解决。CO₂化学分离成本高，主要归因于常规吸收剂高CO₂反应速率与低再生能耗特性不能完美匹配，从而导致吸收剂富CO₂溶液再生热耗巨大或系统投资巨大。同时，吸收剂在循环运行中存在挥发、降解、夹带等问题，从而造成吸收剂的补充量大，且挥发的吸收剂和降解产物处理不当也易造成对人体健康与环境的威胁。

为解决此问题，满足“低降解、低再生能耗、高CO₂吸收速率和高CO₂携带能力”的新型单一吸收剂或混合吸收剂成为目前的研究重点。在众多吸收剂中，由氨基酸与强碱中和反应而生成的AAS(Aminoacidsalt，氨基酸盐吸收剂)值得重视。氨基酸盐吸收剂分子结构中拥有与传统有机胺相同的氨基官能团，其CO₂吸收能力可与有机胺相比，甚至更高。同时，氨基酸盐吸收剂的离子特性使其具有零蒸气分压及抗氧化降解等特性，因而其挥发损失和氧化降解损失可忽略不计。另外，由于氨基酸大多源于自然界，因而具有良好的生物降解特性，处理处置容易，环境风险小。因此，氨基酸盐吸收剂被称为绿色吸收剂或环境友好型吸收剂，可用于解决目前CO₂化学吸收法工艺中存在的高吸收剂损失及环境威胁较大等难题。但是，在CO₂吸收-再生循环工艺中，氨基酸盐吸收剂依然需要采用热再生工艺，因而其能耗与传统有机胺吸收剂相当、甚至更高。如果仅仅采用氨基酸盐吸收剂来替换传统有机胺吸收剂，依然不能解决CO₂再生能耗高的问题。由于氨基酸盐吸收剂具有优异的生物降解特性，处理处置容易，如果能在使用氨基酸盐吸收剂的基础上，将能耗巨大的再生过程摒弃，将CO₂吸收-再生工艺简化为仅存在CO₂吸收过程的单流程工艺，并将生成的富CO₂吸收剂溶液与沼气工程中产生的沼液按比例混合后应用于农业生产，促进农林作物或植物生长发育，将CO₂固化在植物机体或土壤中，势必会大幅降低CO₂分离成本，同时亦可实现CO₂的低成本储存与应用。显然，基于氨基酸盐吸收剂的CO₂吸收单循环工艺需要解决的主要瓶颈为氨基酸的来源，需要满足低价、量广的基本要求。

尽管目前氨基酸生产工艺已经比较成熟，但大多采用微生物发酵方式直接生产单一型氨基酸，原料成本较高，过程控制较严格。如果将氨基酸应用到CO₂吸收单循环工艺中，势必会造成氨基酸的供不应求，同时还将造成CO₂吸收成本的大幅上升。因此，如能以有机废弃物作为发酵底物制备廉价的复合型氨基酸，不仅可以实现基于氨基酸盐吸收剂的CO₂吸收单循环工艺，同时可以减少相关废弃物随意排放所造成的环境污染风险。在传统发酵型氨基酸生产工艺中，微生物生长所必需的碳源和氮源添加成本较高，如使用葡萄糖作为碳源、豆粕作为氮源等。沼液是沼气发酵过程中产生的一种高氨氮、高COD(ChemicalOxygenDemand，化学需氧量)的废液，尽管其可以作为肥料浇灌农作物，但大量的过剩沼液成为难以处理的废弃物，极易造成环境的二次污染。沼液中的氨氮能够作为假丝酵母菌生长的氮源，而秸秆水解液中高浓度葡萄糖可为其生长提供碳源，利用两种废弃物进行发酵，理论上在得到廉价氨基酸的同时，还可降低沼液中大部分氨氮，使之更容易处理或应用于农业生产。