[发明专利]应用可再生氨水的沼气提纯及肥料生产一体化系统与方法

说明书

本发明所设计的一种应用可再生氨水的沼气提纯及肥料生产一体化系统，它包括厌氧发酵罐、沼气储气罐、第一阀门、沼气热电联产系统、第二阀门、沼气提纯设备、CH₄储气瓶、第一沼液输送泵、固液分离器、沼液储存设备、第二沼液输送泵和可再生氨水回收设备，本发明利用热电联产系统产生的热和电为驱动力实现沼液氨氮回收并获得可再生氨水，在降低氨氮对环境造成威胁的同时，也大幅降低沼气提纯过程中化学吸收剂的成本。

技术领域

本发明涉及设施农业气体环境调控技术领域，具体地指一种应用可再生氨水的沼气提纯及肥料生产一体化系统与方法。

技术背景

厌氧消化技术已广泛应用于将有机废弃物转化为沼气(典型为50～70％CH₄和20～40％CO₂)，此法除了有助于降低有机废弃物对环境带来的风险外，还可产生可再生能源，并减少温室气体排放。如果对沼气中的CO₂进行分离、储存和利用，不仅可获得生物甲烷，用于缓解天然气的供需矛盾问题，还可以实现CO₂的负排放。以沼气为原料制备生物天然气的关键问题在于如何从沼气中分离CO₂，同时减少对环境的影响。

常用的沼气提纯方法，主要包括水洗、变压吸附、化学吸收和膜分离等。相比之下，化学吸收法因CO₂和CH₄在吸收剂中显著的溶解度差异，从而使得其在沼气提纯时CH₄损失可忽略(<0.1％)，且可收获更高纯度的CH₄。然而，化学吸收法工艺的主要问题在于系统能耗巨大，尤其是吸收剂富CO₂溶液需要消耗大量的高品位热能(一般使用超过140℃的饱和蒸汽)来用于CO₂的再生。其次，由于现有常用吸收剂的挥发特性、热降解与氧化降解特性，吸收剂的损失不可忽略，从而导致在运行中需要补充大量的新鲜吸收剂，这将会增加运行成本，同时因常用吸收剂均为化工产品，其工业化生产过程中的耗能将会导致CO₂排放，因而从全寿命周期角度还可能会造成沼气提纯设备碳减排能力的下降。例如，一乙醇胺(MEA)和氨(NH₃)生产中的能量消耗分别为88.4MJ/kg和52.8MJ/kg，其导致的CO₂排放量分别为5.78kgCO₂/kgMEA和3.45kgCO₂/kgNH₃。

因此，需要开发一套新的沼气提纯系统，其可以有效降低系统能耗，同时还能减少对化学吸收剂这一商品的依赖。厌氧发酵过程中除产生沼气作为生物能源外，超过90％的总物质仍然留在发酵剩余物中，如何开发厌氧发酵剩余物的有效价值对提升沼气工程整个经济性能至关重要。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种应用可再生氨水的沼气提纯及肥料生产一体化系统与方法，本发明利用热电联产系统产生的热和电为驱动力实现沼液中氨氮回收并获得可再生氨水，在降低氨氮对环境造成威胁的同时，也大幅降低沼气提纯过程中化学吸收剂的补充成本。