[发明专利]一种可提纯生物天然气和二氧化碳的生物质处理系统

说明书

本发明提供了一种可提纯生物天然气和二氧化碳的生物质处理系统，涉及沼气分离提纯技术领域，包括依次连接的生物质原料预处理系统、生物质发酵系统、沼气后处理系统、生物天然气提纯系统和二氧化碳提纯系统，生物天然气提纯系统包括依次连接的第一压缩机和膜分离装置，二氧化碳提纯系统包括低温液化精馏塔；本发明中的沼气提纯使用膜分离装置，排除了吸收法提纯所带来的水分增加，且可保证提纯后的甲烷纯度达到生物天然气所要求的97％。通过将各个装置有机、合理、高效的结合在一起形成完整的生物质处理系统，将生物质废弃物转变成可再利用的生物天然气和食品级二氧化碳，丰富了产品的多样性，避免了资源的浪费，减少了碳排放。

技术领域

本发明属于沼气分离提纯技术领域，尤其涉及一种可提纯生物天然气和二氧化碳的生物质处理系统。

背景技术

畜禽粪污、餐厨、厨余垃圾等原料在厌氧发酵过程后会产生沼气，沼气由大量的甲烷(约 50-80％)、二氧化碳(约20-40％)以及少量硫化氢、氮气、氧气、水蒸气等杂质气体组成。

目前国内对于沼气的利用集中在沼气燃烧发电和提纯生物天然气，这两种均为针对沼气中甲烷的利用，而沼气中另一重要资源二氧化碳则被普遍忽视了。二氧化碳在沼气中占比将近一半，仅次于甲烷含量。在甲烷提纯过后，剩余气体中二氧化碳占比可高达93％，是不可多得的制造食品级二氧化碳的原料。且沼气中不含有NOx、SOx等杂质气体，处理方式对比锅炉烟气等成分复杂的原料气来说更为方便容易。

目前的沼气提纯工程与碳捕集工程还未有同时实现的先例，沼气提纯后副产物利用不彻底，这不仅造成了能源的浪费，还排放了大量的碳，污染了大气环境。所以提供一种可提纯生物天然气和二氧化碳的生物质处理系统显得十分重要，不仅可以变废为宝，将生物质废弃物利用起来，提高资源利用率，丰富产出物，且可以减少能源、设备与材料的浪费，进而减少工程造价，提升整体工程的经济性，同时减少了碳排放。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种生物质厌氧发酵后在沼气中同时提纯生物天然气和食品级二氧化碳的生物质处理系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种可提纯生物天然气和二氧化碳的生物质处理系统，包括依次连接的生物质原料预处理系统、生物质发酵系统、沼气后处理系统、生物天然气提纯系统和二氧化碳提纯系统，所述生物天然气提纯系统包括依次连接的第一压缩机和膜分离装置，所述二氧化碳提纯系统包括低温液化精馏塔。

膜分离装置运用分子筛原理，通过管路加压将小分子甲烷分离到膜的另一边，将二氧化碳、水分等留在膜的进气侧，从而达到分离气体的效果，膜分离装置进行气体分离的过程中不吸收任何气体。

现有技术中吸收法是另一种分离甲烷和二氧化碳的方法，可用吸收法代替膜分离装置，吸收法是用吸收液吸收混合气体中的二氧化碳变成富液，再通过将富液中的二氧化碳分离出来，达到分离二氧化碳和甲烷和目的，吸收液变为贫液循环利用。但是吸收法会带来系统水分的增加。

本发明中的沼气提纯使用膜分离装置，排除了吸收法提纯所带来的水分增加，避免再次在生物天然气产出端增加干燥系统，且可保证提纯后的甲烷纯度达到生物天然气所要求的 97％。

进一步地，所述生物质原料预处理系统包括依次连接的格栅、水解沉砂池和混合调节池，所述生物质发酵系统包括厌氧发酵罐。

通过格栅过滤生物质原料中的大件杂质，利用水解沉砂池过滤原料中的砂石，然后进入混合调节池调节原料的含固率，最后将混合好的原料送至厌氧发酵罐进行发酵产生沼气。

其中，含固率TS指某一混合物中固体成分含量的百分比。混合调节池通过加水或者加入固形物，例如畜禽粪便来调节调节含固率TS。不同的发酵方式需要的TS值也不同，TS的值会影响后期发酵的效果，通常表现为影响产气量的多少。通常，湿式发酵的TS值最好为8％-10％，半干法15％左右，干法发酵20％左右。