um、Methanohalophilus oregonense、Methanolobus taylorii、Methanobacterium subterraneurn、 Methanohalophilus zhilinae的菌液和营养液，再添加碳酸氢钠调节混合液的pH值为8.3， 控制液面刚刚浸没中空纤维膜组件12,将通过调节阀B和气体流量计A的来自储氢罐的 1100m 3氢气与从原位甲烷化厌氧反应器顶部出气口 5C排出的气体一并通入离位甲烷化厌 氧反应器内置的中空纤维膜组件，在中空纤维膜生物膜25的作用下氢气和二氧化碳反应生 成甲烷，少量未反应完全的残余二氧化碳和氢气从中空纤维膜23外侧进入到液相中，并进 一步被悬浮氢营养型产甲烷菌27利用产甲烷，微量的残余二氧化碳和氢气与大量的甲烷一 起上浮，经过离位甲烷化厌氧反应器上部的填料13时，与来自液体循环管路16上部喷淋器 22喷淋滴流下来的来自反应器6的液体逆流接触，在氢营养型产甲烷菌的作用下进一步产 甲烷，最后得到的1020m 3的高浓度甲烷气体（甲烷体积浓度97.5%、二氧化碳0.5%、氢气体 积浓度2.0 % )从离位甲烷化厌氧反应器顶部的出气口 6B排出。
[0053] 整个系统的甲烷产量从500m3提高到995m3，提高了73.3% ;甲烷浓度从50%提高到 97.5%〇
[0054] 实施例4
[0055] 以餐厨垃圾为发酵物料进行沼气发酵以及沼气甲烷化脱碳。
[0056] 取某沼气工程的发酵液作为接种物从进料口 7通过进料栗8栗入到原位甲烷化厌 氧反应器5中，随后加入餐厨垃圾进行高温(55°C)沼气发酵，经过10天启动成功，每天产气 约2000m 3,其中甲烷体积浓度65%，二氧化碳体积浓度35% ;此时将嗜碱耐碱产甲烷混合 菌：Methanobacterium thermoalcaliphilum、Methanobacterium thermoflexum和 Methanohalophilus zhilinae的混合菌液从菌液补充口5D栗入原位甲烧化厌氧反应器5， 添加碳酸氢钠和碳酸钠调节原位甲烷化厌氧反应器内的pH值为9.0,从原位甲烷化厌氧反 应器进气口 5A处的射流曝气器5B通入氢气2500m3，部分氢气与二氧化碳反应生成甲烧，最 终从原位甲烷化厌氧反应器顶部排出气体2900m 3,其中甲烷体积浓度58.6%，氢气体积浓 度31.1 %，二氧化碳体积浓度10.3 % ;
[0057] 分别通过菌液补充口 18和营养液补充口 19向离位甲烷化厌氧反应器6内预先栗入 嗜喊耐喊产甲烧混合菌：Methanobacterium thermoalealiphilum、Methanobacterium thermoflexum、Me thanohalophi lus zhilinae菌液和营养液，再添加碳酸钠调节混合液的 pH值为9.0,控制液面刚刚浸没中空纤维膜组件12,将从原位甲烷化厌氧反应器顶部出气口 5C排出的气体通过气体流通管路经中空纤维膜组件12上的进气口 6A通入离位甲烷化厌氧 反应器内置的中空纤维膜组件12,在中空纤维膜生物膜25的作用下氢气和二氧化碳反应生 成甲烷，少量未反应完全的残余二氧化碳和氢气从中空纤维膜23外侧进入到液相中，并进 一步被悬浮氢营养型产甲烷菌27利用产甲烷，微量的残余二氧化碳和氢气与大量的甲烷一 起上浮，经过离位甲烷化厌氧反应器上部的填料13时，与来自液体循环管路16上部的喷淋 器22喷淋滴流下来的来自反应器6的液体逆流接触，在氢营养型产甲烷菌的作用下进一步 产甲烷，最后得到的1975m3的高浓度甲烷气体（甲烷体积浓度97.4%、二氧化碳2.5%、氢气 体积浓度〇. 1 % )从离位甲烷化厌氧反应器顶部的出气口排出。
[0058] 整个系统的甲烷产量从1300m3提高到1925m3,提高了65% ;甲烷浓度从60%提高到 95.2%〇
【主权项】
1. 一种沼气甲烷化脱碳系统，其特征在于：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)、气体增压栗(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上设置有发酵物料进料口（7)、进料栗 (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上设置菌液补充口（18)、营养液补充口（19)和排泥口（20)。2. 如权利要求1所述的一种沼气甲烷化脱碳系统，其特征在于:在原位甲烷化厌氧反应 器上设置气体上出下进的气体循环管路（11)，气体循环管路上设置有原位甲烷化厌氧反应 器的出气口（ 10)，所述气体循环管路与储氢罐的出气口（ 1A)和原位甲烷化厌氧反应器的进 气口（5A)连通。3. 如权利要求1或2所述的一种沼气甲烷化脱碳系统，其特征在于:储氢罐和中空纤维 膜组件的进气口通过一条气路连通，并在此气路上设置有调节阀（2B)和气体流量计(3B)。4. 一种沼气甲烷化脱碳方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 原位甲烷化沼气脱碳:将沼气发酵接种物和发酵物料先后从进料口（7)栗入原位甲 烷化厌氧反应器(5)，将嗜碱耐碱产甲烷菌菌液从菌液补充口（5D)栗入原位甲烷化厌氧反 应器(5)，添加碳酸钠或碳酸氢钠调节原位甲烷化厌氧反应器内的pH值为7.5~9.0;再从原 位甲烷化厌氧反应器进气口处通入氢气进行反应;原位甲烷化厌氧反应器内未参与反应的 气体从液相转移到气相中： (a) 在无气体循环管路（11)的情况下：气体从原位甲烷化厌氧反应器顶部出气口（5C) 出来进入离位甲烷化厌氧反应器(6); (b) 在有气体循环管路（11)的情况下：气体通过气体循环管路（11)上的出气口（10)出 来后，再次通过气体增压栗(4)、射流曝气器(5B)将气体栗入原位甲烷化厌氧反应器(5)内 的液相中，气体从原位甲烷化厌氧反应器(5)顶部出气口（5C)出来进入离位甲烷化厌氧反 应器(6); 2) 离位甲烷化沼气脱碳:将嗜碱耐碱产甲烷菌菌液和营养液分别从菌液补充口（ 18)和 营养液补充口（19)栗入离位甲烷化厌氧反应器(6)，添加碳酸钠或碳酸氢钠调节pH值为7.5 ~9.0,液面刚刚浸没中空纤维膜组件（12);将从原位甲烷化厌氧反应器顶部排出的气体通 入离位甲烷化厌氧反应器内置的中空纤维膜组件，离位甲烷化厌氧反应器(6)内的液体通 过液体循环管路（16)循环进入喷淋器(22)喷淋滴流下，得到的高纯度甲烷从离位甲烷化厌 氧反应器(6)顶部的出气口（6B)排出。5. 如权利要求4所述的一种沼气甲烷化脱碳方法，其特征在于，在离位甲烷化沼气脱碳 阶段，还从储氢罐(1)向离位甲烷化厌氧反应器(6)内置的中空纤维膜组件(12)通入氢气。
【专利摘要】本发明涉及一种沼气甲烷化脱碳系统，属于有机废弃物处理和清洁能源开发领域。该系统包括气路连通的储氢罐、调节阀、气体流量计、气体增压泵、原位和离位甲烷化厌氧反应器；原位甲烷化厌氧反应器上有进料口、进料泵、出料口、进气口、出气口、菌液补充口；离位甲烷化厌氧反应器中有中空纤维膜组件和填料，设置有液体下出上进的液体循环管路，中空纤维膜组件的进气口与原位甲烷化厌氧反应器的出气口连通，离位甲烷化厌氧反应器上设置菌液补充口、营养液补充口和排泥口。本发明还提供了一种沼气甲烷化脱碳方法。本发明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。
【IPC分类】C12M1/00, C12M1/107, C12P5/02
【公开号】CN105602838
【申请号】CN201610071545
【发明人】黄亚军, 李 东, 刘晓风, 黄显波, 周一民, 潘启华
【申请人】中国科学院成都有机化学有限公司, 中国科学院成都生物研究所, 成都中科能源环保有限公司
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2016年2月2日