[发明专利]一种沼气甲烷化脱碳系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种沼气的处理技术，具体涉及一种沼气甲烷化脱碳的技术，属于有 机废弃物处理和清洁能源开发领域。

背景技术

生物燃气(俗称沼气)产业是生物质能源领域发展较好、较成熟，且已步入商业化 阶段的可再生能源产业，在缓解能源短缺、优化能源结构，减少环境污染、应对气候变化，缓 解三农问题、推进城镇化建设以及发展循环经济、建设生态文明方面已显示出了其不可替 代的作用。沼气经过净化提纯后可以得到与天然气品质相当的生物天然气。

截至2012年底，我国沼气产量已达160亿立方米/年，规模化沼气工程近8万个，大 型沼气工程约4000多个，但与国家能源局、科技主管部门制定的至2020年实现年产500亿立 方米的生物燃气发展目标还有巨大的差距。据初步统计，可用于生产生物燃气的资源量约 折合2.5亿吨标准煤，能转化当量天然气2000亿立方米，相当于2014年全国天然气消费量 (1930亿立方米)。沼气的成分主要为甲烷和二氧化碳，将二氧化碳分离出后可得到与天然 气成分完全一样的生物天然气(生物甲烷)，生物天然气可以利用现有的天然气输送和利用 设施进行安全高值利用。

目前工程应用的沼气脱碳制备生物天然气的工艺主要有高压水洗、物理吸收、化 学吸收、变压吸附、膜分离等，这些脱碳方法需要单独的分离设备才能进行，而且这些工艺 由于需要高压或高温条件，脱碳能耗较高。为了减少设备投资和降低分离能耗，国外学者尝 试通过厌氧消化工艺控制和二氧化碳吹脱的方法进行原位分离脱碳。他们利用甲烷和二氧 化碳的溶解度差异，将部分发酵液转移至吹脱塔内进行空气或氮气吹脱，将二氧化碳分离 出厌氧消化系统中，实现甲烷富集。

无论是离位分离脱碳，还是原位分离脱碳，其共性和本质均是将二氧化碳从沼气 中分离出并排放到大气中，将这类方法不仅造成了温室气体排放，而且极大地浪费了资源。 因此，为了减少温室气体排放，提高资源利用率，开发二氧化碳甲烷化沼气脱碳技术对沼气 的高值利用显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种沼气甲烷化脱碳的系统和方 法，将沼气中无用的二氧化碳转化为目标产物甲烷，提高甲烷产量，实现沼气中二氧化碳的 高值利用，并降低沼气脱碳成本。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

首先，本发明提供了一种沼气甲烷化脱碳系统，该系统包括通过气体流通管路依 次连接的储氢罐1、调节阀2A、气体流量计3A、气体增压泵4、原位甲烷化厌氧反应器5、离位 甲烷化厌氧反应器6；原位甲烷化厌氧反应器5上设置有发酵物料进料口7、进料泵8、出料口 9、进气口5A、出气口5C、菌液补充口5D，储氢罐的出气口1A和原位甲烷化厌氧反应器5的进 气口5A连通，进气口5A处设置射流曝气器5B；离位甲烷化厌氧反应器6下部设置中空纤维膜 组件12，上部设置填料13，同时设置液体下出上进的液体循环管路16，中空纤维膜组件的进 气口6A与原位甲烷化厌氧反应器的出气口5C连通，离位甲烷化厌氧反应器6上设置菌液补 充口18、营养液补充口19和排泥口20。

为便于工艺操作，控制气体、液体和物料的流动，在各管路上设置有阀门21A～ 21L。

进一步，可以在原位甲烷化厌氧反应器5上设置气体上出下进的气体循环管路11， 气体循环管路与储氢罐1的出气口1A以及原位甲烷化厌氧反应器的进气口5A连通，气体循 环管路上设置有原位甲烷化厌氧反应器5的出气口10。

为便于调整氢气的加入位点，设置一条气路连通储氢罐和中空纤维膜组件的进气 口，并在此气路上设置调节阀2B和气体流量计3A。

结合上述系统，本发明还提供了一种沼气甲烷化脱碳方法，包括以下步骤：