[发明专利]一种填埋气或沼气的处置系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种填埋气或沼气的处置系统。

背景技术

填埋气和沼气的主要成分为CH₄和CO₂，CH₄含量分别为35％～65％和53％～70％，CO₂含量分别为15％～50％和30％～47％。由于CO₂会极大地降低填埋气和沼气的热值，一般将填埋气和沼气作为一种能源使用前，先分离CH₄和CO₂，分离出的CO₂直接排放，不仅造成温室效应，还是大大的浪费。

利用太阳能将CO₂转化为燃料已经成为了一个巨大的能源挑战。它可以在全球范围内关闭人为的碳循环，使能源再生。与其它醇类或碳氢化合物的反应相比较，CO₂甲烷化的反应速度非常快，在反应热力学方面具有明显的优势。

CO₂甲烷化反应所需的氢一般利用多余的风电、光电通过电解获得。光电法应用中，光子能量必须大于半导体禁带宽度，方可产生电子-空穴对，电子-空穴对大部分，即仅可利用一个波段的太阳能，太阳能利用率低。目前报道的太阳能驱动电化学和光化学过程中，太阳能利用率最高为6.5％(光伏电解槽)、2％(太阳能光化学电池)、＜1％(光化学电池)。

CO₂甲烷化反应所用CO₂通常是从空气中捕捉或来自生物质源，需要耗费一定的成本。

另外，CO₂甲烷化过程中可能发生如下反应：

反应存在副反应(2)。反应(1)放热，反应(2)吸热，从热力学分析，通常情况下是有利于甲烷生成的，但随着温度的升高(>500℃)，平衡会逐渐向生成CO的方向移动。从而，反应所得气体中混杂CO和未反应完全的CO₂，需要后续投入大量资金进行分离纯化。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种填埋气或沼气的处置系统，将填埋气/沼气分离提纯后的副产物CO₂回收利用制甲烷，在杜绝温室气体排放的问题的同时，将太阳能转化为化学能。

本发明的目的是这样实现的：

一种填埋气或沼气的处置系统，包括压缩机、脱硫塔、冻干机、变压吸附装置、甲烷合成装置、制氢装置、甲烷储罐、水储罐和氧气储罐，压缩机、脱硫塔、冻干机和变压吸附装置依次相连，变压吸附装置的底部出口通过真空罐和真空泵与甲烷合成装置的入口相连，制氢装置的氢气出口与甲烷合成装置的入口相连，甲烷合成装置的出口与甲烷储罐相连，变压吸附装置的顶部出口与甲烷储罐相连，制氢装置的氧气出口与氧气储罐相连，水储罐与制氢装置的入口相连，甲烷合成装置底部的出口与制氢装置的入口相连；所述填埋气/沼气处置系统还包括太阳能收集装置，其分别与甲烷合成装置和制氢装置相连。

进一步，甲烷合成装置中，催化剂为含质量分数为3％Ru的Rh/γ-Al₂O₃，反应过程控制温度135～200℃，，保证甲烷的转化率为100％。

进一步，所述制氢装置中，催化剂为SnO₂。首先控制反应温度为1500～1600℃，发生反应：SnO₂→SnO+0.5O₂，之后控制反应温度500～600℃，发生反应：SnO+H₂O→SnO₂+H₂，通过不断变换反应温度，控制产物，从而分别制取H₂和O₂。由于该过程利用的是太阳能全部波段的能量，太阳能利用率高，理论利用率可达68％，实际利用率为50％左右，远远超过将太阳能转化为电能，再电解产生氢气的方式(6.5％)。