一种生物质气化与气化合成气生物甲烷化耦合系统及方法

本发明公开涉及合成气甲烷化，尤其涉及一种生物质气化与气化合成气生物甲烷化耦合系统及方法。

背景技术：

1、沼气或生物甲烷作为一种可再生能源，在发电、取暖等领域中有诸多应用。目前实验甲烷化的技术主要分为化学法和生物法。化学法制甲烷需要在高温高压条件下进行，金属催化剂易烧结失活；生物甲烷化则在微生物作为催化剂的室温和常压下进行，有机结合了气化技术和甲烷化工艺的优势，实现生物质的高效清洁利用。

2、故提出一种将生物质气化技术与生物甲烷化工艺相结合的方法是非常有意义的。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明公开提供了一种生物质气化与气化合成气生物甲烷化耦合系统及方法，以实现促进甲烷化反应进行，从而提高甲烷产量。

2、本发明提供的技术方案，具体为，一种生物质气化与气化合成气生物甲烷化耦合系统，包括生物质气化系统、微泡发生系统和生物反应系统，所述生物质气化系统与微泡发生系统连通，所微泡发生系统与生物反应系统的出气口连通；

3、所述生物质气化系统用于产生气化合成气，并对所述合成气进行过滤、冷凝和净化；

4、所述微泡发生系统用于将净化后的所述合成气与培养液充分混合，以产生含合成气微泡的有机质培养液；

5、所述生物反应系统用于接收含合成气微泡的有机质培养液，并与其内部聚偏二氟乙烯(pvdf)球形膜包裹的厌氧微生物进行生物甲烷化反应，以生成富甲烷的产品气。

6、进一步地，所述生物质气化系统包括流化床、旋风分离器、落料罐，其中所述流化床包括流化床气化段、流化床扩大段，旋风分离器设置在流化床扩大段顶部，旋风分离器下端与落料罐连接；

7、所述旋风分离器上部设有出气管路；

8、所述微泡发生系统包括微泡发生器、储液箱，所述微泡发生器设置在储液箱底部，所述出气管路的出气口与微泡发生器连通，所述出气管路沿着出气方向依次设有过滤器、冷凝器及净化装置；

9、所述生物反应系统包括生物反应器；

10、所述储液箱8通过管道一18及培养液回流管道15分别与生物反应器10的进料口、出料口连通；

11、所述生物反应器中添加有有机质培养液、pvdf球形膜包裹的厌氧微生物。

12、进一步地，所述生物反应器内部布置有防水透气膜及多孔挡板，所述防水透气膜在下层，多孔挡板在上层；

13、所述生物反应器顶部连接有出气管道，防水透气膜下方设有培养液回流管道。

14、进一步地，所述pvdf球形膜是通过热密封形成的球形膜袋，其孔径、厚度和直径分别为0.1μm，125μm和90mm。

15、进一步地，所述培养液回流管道在生物反应器出料口处设有筛孔尺寸为30mm的过滤网。

16、另一方面，本发明还提供了一种实施所述系统的生物质气化与气化合成气生物甲烷化耦合方法，包括：

17、步骤一，利用流化床对经预处理的生物质进行气化得到气化合成气，所述气化合成气经过滤、冷凝及净化后输入微泡发生器；

18、步骤二，微泡发生器中合成气充分溶于储液箱内的有机质培养液，并将含合成气微泡的有机质培养液输入生物反应器中；

19、步骤三，生物反应器内、在产甲烷微生物的作用下，气化气合成甲烷，实现合成气甲烷化；

20、步骤四，生物反应器中部分培养液经出料口回流至储液箱，实现培养液循环利用。

21、进一步地，反应开始前，有机质培养液被输入至生物反应器直至淹没所有pvdf球形膜包裹的厌氧微生物，持续浸泡5-30分钟。

22、进一步地，步骤一中，预处理是对生物质原料进行烘焙，烘焙温度为200～300℃，循环流化床气化温度为500～900℃。

23、进一步地，生物反应器中的ph值由补液器16补充碳酸氢钠溶液控制在7.0±0.2范围内。

24、本发明提供了一种生物质气化与气化合成气生物甲烷化耦合系统及方法，本发明将生物质气化技术与生物甲烷化工艺相结合，通过微泡发生器解决了气液传质效率低的问题，将厌氧微生物接种到pvdf包裹的球形膜上，增大产甲烷微生物与合成气的接触面积，提高了甲烷产率，具有广泛的应用前景和较高的经济效益。

25、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明的公开。

技术特征：

1.一种生物质气化与气化合成气生物甲烷化耦合系统，其特征在于，包括生物质气化系统、微泡发生系统和生物反应系统，所述生物质气化系统与微泡发生系统连通，所微泡发生系统与生物反应系统的出气口连通；

2.根据权利要求1所述的一种生物质气化与气化合成气生物甲烷化耦合系统，其特征在于，所述生物质气化系统包括流化床、旋风分离器(3)、落料罐(4)，其中所述流化床包括流化床气化段(1)、流化床扩大段(2)，旋风分离器(3)设置在流化床扩大段(2)顶部，旋风分离器(3)下端与落料罐(4)连接；

3.根据权利要求2所述的一种生物质气化与气化合成气生物甲烷化耦合系统，其特征在于，所述生物反应器(10)内部布置有防水透气膜(12)及多孔挡板(13)，所述防水透气膜(12)在下层，多孔挡板(13)在上层；

4.根据权利要求2所述的一种生物质气化与气化合成气生物甲烷化耦合系统，其特征在于，所述pvdf球形膜是通过热密封形成的球形膜袋，其孔径、厚度和直径分别为0.1μm，125μm和90mm。

5.根据权利要求3所述的一种生物质气化与气化合成气生物甲烷化耦合系统，其特征在于，所述培养液回流管道(15)在生物反应器(10)出料口处设有筛孔尺寸为30mm的过滤网。

6.一种实施权利要求1-5任一项所述系统的生物质气化与气化合成气生物甲烷化耦合方法，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述生物质气化与气化合成气生物甲烷化耦合方法，其特征在于，反应开始前，有机质培养液被输入至生物反应器(10)直至淹没所有pvdf球形膜包裹的厌氧微生物(11)，持续浸泡5-30分钟。

8.根据权利要求6所述生物质气化与气化合成气生物甲烷化耦合方法，其特征在于，步骤一中，预处理是对生物质原料进行烘焙，烘焙温度为200～300℃，循环流化床气化温度为500～900℃。

9.根据权利要求6所述生物质气化与气化合成气生物甲烷化耦合方法，其特征在于，生物反应器(10)中的ph值由补液器16补充碳酸氢钠溶液控制在7.0±0.2范围内。

技术总结
本发明公开了一种生物质气化与气化合成气生物甲烷化耦合系统及方法，其中所述生物质气化与气化合成气生物甲烷化耦合系统包括：生物质气化系统、微泡发生系统和生物反应系统；该方法将生物质气化技术与合成气甲烷化工艺通过流化床与生物甲烷化反应器实现耦合，在流化床内进行生物质气化还原反应生成合成气，气化合成气经过滤器、冷凝器、净化装置及微泡发生器后，在生物甲烷化反应器中发生甲烷化反应，生成高品位甲烷。本发明能在较低成本下保持微生物高细胞密度，提高气液传质效率，增大反应物接触面积，促进甲烷化反应进行，从而提高甲烷产量。

技术研发人员：邢万丽,林闯,杨天华,张万里,开兴平,孙洋
受保护的技术使用者：沈阳航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15