CN104830911A - 一种基于生物质气化-厌氧消化联合制取高品位燃气的方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于生物质气化-厌氧消化联合制取高品位燃气的方法，属于环境保护与可再生能源利用领域，其步骤依次为：(1)建立区域化生物质综合利用园区，分别搭建生物质气化系统和生物质厌氧消化系统；(2)对收集的难生物降解型生物质进行气化处理，产生合成气，同时对收集的可生物降解型生物质进行厌氧消化处理，产生沼气；(3)将合成气引入厌氧消化系统中，一方面实现合成气的生物甲烷化，另一方面利用合成气中富余氢气实现沼气提纯，最终制取成高品位燃气；本发明将难生物降解型和可生物降解型生物质统一纳入制取高品位燃气体系中，有效实现生物质区域化综合利用；同时克服催化甲烷化及传统物化法沼气提纯技术操作复杂、投资运行成本高的难题。
Description
技术领域
本发明属于环境保护与可再生能源利用领域，特别涉及一种基于生物质气化-厌氧消化联合制取高品位燃气的方法。
背景技术
近年来，由于传统能源(如石油、煤炭等)的逐渐耗竭，加之其燃烧引发的大气污染问题，可再生能源的开发与利用受到了极大重视。生物质是可再生能源中最重要的一种，其在国内外的发展和应用已经初具规模，而且前景广阔。
每个区域内的生物质按性质可分为难生物降解型(农作物秸秆、木材废弃物、塑料制品等)和可生物降解型(污泥、餐厨垃圾、食品酿造类废水等)两类。目前，气化和厌氧消化分别作为这两类生物质资源化利用的最佳可行技术之一，已经得到了广泛应用。然而，他们的产物(合成气和沼气)均属于低品位燃气，需要精制成生物合成天然气才能实现其高效高值利用。一般而言，合成气(主要含H2、CO、CO2等)精制的核心过程即指化学催化甲烷化；而沼气(主要含CH4、CO2等)精制的核心过程即指提纯。化学催化甲烷化涉及高温高压条件，提纯目前同样主要依赖变压吸附(PSA)、膜分离等物化技术，操作复杂、投资成本及运行费用较高。此外，目前生物质气化和厌氧消化系统相对分散、独立，不利于区域内生物质资源化与能源化综合利用与规模化推广。因此，探究生物质综合利用方法具有重要的现实和科学意义。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于生物质气化-厌氧消化联合制取高品位燃气的方法，同步解决了传统生物质气化和厌 氧消化产物(合成气、沼气)利用操作复杂、成本运行费用高等问题，同时实现生物质区域化综合利用。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于生物质气化-厌氧消化联合制取高品位燃气的方法，包括以下步骤：
步骤一，建立区域化生物质综合利用园区，分别搭建生物质气化系统和生物质厌氧消化系统；
步骤二，在所述生物质气化系统中，对收集的难生物降解型生物质进行气化处理，产生合成气；同时在所述生物质厌氧消化系统中，对收集的可生物降解型生物质进行厌氧消化处理，产生沼气；
步骤三，将合成气引入厌氧消化系统中，一方面实现合成气的生物甲烷化，另一方面利用合成气中富余氢气实现沼气提纯，最终制取成高品位燃气。
其中：所述步骤二中：
合成气的生产采用水蒸气作为气化介质，气化设备采用流化床气化炉，并在其顶部装有氧化钙固定床，用于吸收合成气中部分二氧化碳，气化温度为500-800℃；产生的合成气中氢气(H2)体积含量为50-90％，其余主要组分为二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)和甲烷(CH4)。
沼气的生产采用单相厌氧反应器，温度为35℃，污泥停留时间(SRT)30d以上。产生的沼气中二氧化碳(CO2)体积含量为30-50％，其余主要组分为甲烷(CH4)。
所述步骤三中：
将所述合成气直接引入所述生物质厌氧消化系统中的厌氧消化反应器；或者，
将所述合成气与所述沼气混合，引入单独的厌氧消化反应器。
最终所得到的高品位燃气中甲烷含量为80％以上。
本发明的技术原理：
a)合成气生物甲烷化，是指厌氧微生物将合成气中的H2、CO、CO2转 化成CH4(CO+3H2→CH4+H2O；CO2+4H2→CH4+2H2O)；
b)利用合成气中富余氢气实现沼气提纯主要通过嗜氢甲烷菌作用将沼气中的CO2转化成CH4(CO2+4H2→CH4+2H2O)。
与现有技术相比，本发明将难生物降解型和可生物降解型生物质统一纳入制取高品位燃气体系中，能有效实现生物质区域化综合利用。此外，本发明能同步实现合成气生物甲烷化和沼气提纯，克服了合成气化学催化甲烷化以及传统物化法沼气提纯技术操作复杂、投资成本及运行费用较高等难题。
附图说明
图1为本发明实施例1的流程图。
图2为本发明实施案例2的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
如图1所示，
实施例1
一种基于生物质气化-厌氧消化联合制取高品位燃气方法，其流程如图1所示，包括以下步骤：
步骤一，建立区域化生物质综合利用园区，分别搭建生物质气化系统和生物质厌氧消化系统；
生物质气化系统主要包括蒸汽发生器单元、流化床气化炉、氧化钙固定床、气体冷却单元等。
生物质厌氧消化系统主要包括生物质预处理单元、厌氧消化反应器、搅拌及保温单元等。
步骤二，在生物质气化系统中，对收集的难生物降解型生物质进行气化处理，产生合成气，难生物降解型生物质主要包括农作物秸秆、木材废弃物、塑料制品等，工艺过程采用水蒸气作为气化介质，气化设备采用普通流化床气化炉，并在其顶部装有氧化钙固定床，用于吸收合成气中部分二氧化碳。得到的合成气中氢气体积含量约为82％。
同时，在生物质厌氧消化系统中，对收集的可生物降解型生物质进行一级厌氧消化处理，产生沼气，可生物降解型生物质主要包括污泥、餐厨垃圾、食品酿造类废水等，工艺过程采用普通的单相厌氧反应器，温度为35℃，污泥停留时间(SRT)30d以上。得到的沼气中二氧化碳体积含量约为40％。
步骤三，将一级厌氧消化产生的沼气和气化产生的合成气同时引入一个单独的厌氧消化反应器中，通过厌氧微生物作用，一方面实现合成气的生物甲烷化，另一方面利用合成气中富余氢气实现沼气提纯，最终制取成高品位燃气，经检测，燃气中甲烷含量为80％以上。
实施例2
一种基于生物质气化-厌氧消化联合制取高品位燃气方法，其流程如图2所示，包括以下步骤：
步骤一，建立区域化生物质综合利用园区，分别搭建生物质气化系统和生物质厌氧消化系统；
生物质气化系统主要包括蒸汽发生器单元、流化床气化炉、氧化钙固定床、气体冷却单元等。
生物质厌氧消化系统主要包括生物质预处理单元、厌氧消化反应器、搅拌及保温单元等。
步骤二，在生物质气化系统中，对收集的难生物降解型生物质进行气化处理，产生合成气，难生物降解型生物质主要包括农作物秸秆、木材废弃物、塑料制品等，工艺过程采用水蒸气作为气化介质，气化设备采用普通流化床气化炉，并在其顶部装有氧化钙固定床，用于吸收合成气中部分二氧化碳。得到的合成气中氢气体积含量约为82％。
同时，在生物质厌氧消化系统中，对收集的可生物降解型生物质进行一级厌氧消化处理，产生沼气，可生物降解型生物质主要包括污泥、餐厨垃圾、食品酿造类废水等，工艺过程采用普通的单相厌氧反应器，温度为35℃，污泥停留时间(SRT)30d以上。得到的沼气中二氧化碳体积含量为约40％。
步骤三，将气化产生的合成气直接引入所述生物质厌氧消化系统中的厌 氧消化反应器，通过厌氧微生物作用，一方面实现合成气的生物甲烷化，另一方面利用合成气中富余氢气实现沼气提纯，最终制取成高品位燃气。
对于本技术领域的普通技术人员来说，在上述原理的基础上，还可以对本发明所述方法做出若干改变和改进，这些改变和改进也应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于生物质气化-厌氧消化联合制取高品位燃气的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，建立区域化生物质综合利用园区，分别搭建生物质气化系统和生物质厌氧消化系统；
步骤二，在所述生物质气化系统中，对收集的难生物降解型生物质进行气化处理，产生合成气；同时在所述生物质厌氧消化系统中，对收集的可生物降解型生物质进行厌氧消化处理，产生沼气；
步骤三，将合成气引入厌氧消化系统中，一方面实现合成气的生物甲烷化，另一方面利用合成气中富余氢气实现沼气提纯，最终制取成高品位燃气。
2.根据权利要求1所述基于生物质气化-厌氧消化联合制取高品位燃气的方法，其特征在于，所述步骤二中：
合成气的生产采用水蒸气作为气化介质，气化设备采用流化床气化炉，并在其顶部装有氧化钙固定床，用于吸收合成气中部分二氧化碳，气化温度为500-800℃；
沼气的生产采用单相厌氧反应器，温度为35℃，污泥停留时间(SRT)30d以上。
3.根据权利要求1所述基于生物质气化-厌氧消化联合制取高品位燃气的方法，其特征在于，所述步骤二：
产生的合成气中氢气(H2)体积含量为50-90％；
产生的沼气中二氧化碳(CO2)体积含量为30-50％。
4.根据权利要求1所述基于生物质气化-厌氧消化联合制取高品位燃气的方法，所述步骤三中：
将所述合成气直接引入所述生物质厌氧消化系统中的厌氧消化反应器；或者，
将所述合成气与所述沼气混合，引入单独的厌氧消化反应器。
5.根据权利要求1所述基于生物质气化-厌氧消化联合制取高品位燃气的方法，其特征在于，所述步骤三中，得到的高品位燃气中甲烷含量为80％以上。
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