CN116947585A - 一种基于碳基生物碳原提取甲烷的方法及提取装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及甲烷提取技术领域，具体公开了一种基于碳基生物碳原提取甲烷的方法及提取装置，该方法先将碳基生物体或碳基生物体附属物及化合物进行水解生成混合液，再将混合液进行过滤，并使用强碱中和得到脱氨基酸液，使用酵母菌对脱氨基酸液进行发酵生成酒精液和二氧化碳，将发酵后的酒精液和二氧化碳一起通入反应器中，并在反应器中通入催化剂，以便于发生还原反应生成甲烷气体，提高了甲烷气体的产生率，最后再使用吸附方式或低温精馏方式对反应生成的甲烷气体进行精制，以得到燃料等级纯度的甲烷，该提取装置通过水解装置、处理装置、发酵装置、反应器和精制装置的配合，便于将碳基生物体可以采取流水线式的加工以进行甲烷的提取。
Description
技术领域
本发明属于甲烷提取技术领域，具体涉及一种基于碳基生物碳原提取甲烷的方法及提取装置。
背景技术
甲烷是最简单的一种有机物，主要由两种方式产生：一种是自然环境中分解分离，如在沼泽和沼气池中分离；另一种是通过化学方法产生，利用碳基生物碳原为原材料，如头发等，通过对头发进行分解产生二氧化碳，再将二氧化碳与氢在催化剂作用下生成甲烷和氧气，最后提纯制得。
经检索，中国专利文件申请号为202210823097.0，公开了一种从头发中萃取高纯度甲烷气体的装置和方法，其包括发酵罐，所述发酵罐顶面固定安装有驱动电机；第一排气管，所述第一排气管一端固定安装在发酵罐顶面，所述除杂罐侧壁顶部固定安装有加料管，所述第一排气管另一端底部贯穿分散网，所述分散网固定安装在除杂罐内壁上，所述除杂罐顶端另一侧固定安装有第二排气管，所述除杂罐上安装有干燥机构。该从头发中萃取高纯度甲烷气体的装置和方法，采用头发作为原料，利用头发本身不易腐烂变质的特点，实现原材料的便捷运输和长期存储，实现可持续生产，同时对生产流程进行了优化，且由于头发所含杂质较少，发酵产生的混合气体中杂质较少，能够便捷的提纯得到高纯甲烷。
但是，上述提取甲烷的方法仍存在以下缺陷：
上述方法在对甲烷提纯时，将反应生成的甲烷气体干燥后直接进行收集，没有对产生的甲烷气体进一步精制后再收集，从而使得收集的甲烷气体中含有部分杂质，导致甲烷的纯度达不到燃料等级，因此我们需要提出一种基于碳基生物碳原提取甲烷的方法及提取装置来解决上述存在的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于碳基生物碳原提取甲烷的方法及提取装置，先将碳基生物体进行水解、过滤，并使用强碱中和、发酵和还原反应生成甲烷气体，最后再使用吸附方式或低温精馏方式对反应生成的甲烷气体进行精制，以得到燃料等级纯度的甲烷，以解决上述背景技术中提出现有的问题。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种基于碳基生物碳原提取甲烷的方法，包括如下步骤：
S1、将碳基生物体或碳基生物体附属物及化合物进行水解，使将碳基生物体或碳基生物体附属物及化合物中的蛋白质水解为含有氨基酸小分子化合物的混合液；
S2、将混合液进行过滤，并使用强碱中和以进行氨气移除反应，得到脱氨基酸液；
S3、使用酵母菌对脱氨基酸液进行发酵生成酒精液和二氧化碳；
S4、将发酵后的酒精液与二氧化碳一起通入反应器中，并在反应器中通入催化剂，使发酵后的酒精液在催化剂作用下发生还原反应生成甲烷气体；
S5、使用吸附方式或低温精馏方式对反应生成的甲烷气体进行精制，并对精制后的甲烷进行收集，得到燃料等级纯度的甲烷。
优选的，步骤S1中，所述碳基生物体或碳基生物体附属物及化合物在水解时使用强酸进行水解，且水解过程中需要将强酸加热到150℃-200℃，并且将碳基生物体在强酸中搅拌6小时-12小时，获得含有氨基酸和糖类的混合液。
优选的，所述强酸使用的为浓度95％的硝酸、硫酸、氯酸、盐酸、高锰酸和氢溴酸中的任意一种。
优选的，步骤S2中，所述强碱使用的为浓度为95％的氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化钾、氢氧化钡和氢氧化锂中的任意一种。
优选的，所述混合液在过滤时通过滤纸进行过滤，以去除混合液中的悬浮物和固体颗粒，过滤后的混合液在进行中和反应时，需使用搅拌器对混合液进行搅拌混合，使混合液与强碱进行均匀混合，中和反应产生的氨气需进行收集处理。
优选的，步骤S3中，所述脱氨基酸液与酵母菌发酵时先将脱氨基酸液加入密封的发酵罐中，再在发酵罐中加入发酵菌，利用发酵罐中的搅拌器进行搅拌混合，混合10分钟-20分钟后停止搅拌，使脱氨基酸液与发酵菌进行发酵反应，产生酒精液和二氧化碳，并对产生的二氧化碳气体进行收集，其中生成的酒精液浓度为10％-15％。
优选的，步骤S4中，所述反应器中通入的催化剂为铜基催化剂、镍金催化剂和钯金催化剂中的任意一种。
优选的，步骤S5中，所述甲烷气体在使用吸附方式进行精制时，包括如下步骤：
A1、将甲烷气体通过吸附柱或吸附塔；
A2、选择活性炭或分子筛为吸附剂，将吸附剂填充至吸附柱或吸附塔中；
A3、调节甲烷气体进入吸附柱或吸附塔的速度和压力，以保证吸附剂能够有效的吸附甲烷气体；
A4、当甲烷气体达到饱和时，停止甲烷气体的进入，将吸附柱或吸附塔中的吸附剂取出；
A5、通过热解的方式将甲烷从吸附剂中吸出，获得纯度大于95％的甲烷气体。
优选的，所述甲烷气体在使用低温精馏方式进行精制时，包括如下步骤：
B1、将甲烷气体通过低温精馏柱；
B2、选择硅胶或活性炭为填充物，将填充物填充至低温精馏柱中；
B3、降低低温精馏柱中的温度，使低温精馏柱的温度在-155℃至-165℃，将甲烷气体加压送入低温精馏柱中；
B4、在低温下不同组他的气体因其沸点不同会出低温精馏柱中分离出来，当低温精馏柱中的分离效果不再变化时，停止加热和加压，取出低温精馏柱中的甲烷气体，即可获得纯度大于95％的燃料等级的甲烷。
基于以上叙述的一种基于碳基生物碳原提取甲烷的方法，本发明还提供一种基于碳基生物碳原提取甲烷的提取装置，包括将碳基生物体或碳基生物体附属物及化合物水解的水解装置、将混合液过滤和中和的过滤中和的处理装置、对脱氨基酸液发酵的发酵装置、使发酵后的酒精液在催化剂作用下发生还原反应的反应器和精制装置，所述水解装置与处理装置电性连接，所述处理装置与发酵装置电性连接，所述发酵装置与反应器电性连接，所述反应器与精制装置电性连接，所述精制装置设置为吸附塔、吸附柱和低温精馏柱中的其中一种，所述发酵装置和处理装置上均设置有气体收集器。
本发明提出的一种基于碳基生物碳原提取甲烷的方法及提取装置，与现有技术相比，具有以下优点：
本发明先将碳基生物体进行水解生成混合液，再将混合液进行过滤，并使用强碱中和得到脱氨基酸液，使用酵母菌对脱氨基酸液进行发酵生成酒精液和二氧化碳，将发酵后的酒精液和二氧化碳一起通入反应器中，并在反应器中通入催化剂，以便于发生还原反应生成甲烷气体，提高了甲烷气体的产生率，最后再使用吸附方式或低温精馏方式对反应生成的甲烷气体进行精制，以得到燃料等级纯度的甲烷。水解装置、处理装置、发酵装置、反应器和精制装置的配合，便于将碳基生物体可以采取流水线式的加工进行甲烷的提取，且通过反应器和处理器上设置的气体收集器便于在对碳基生物体进行处理时产生的氨气和二氧化碳气体进行收集，以便于对收集的气体进行回收使用。
附图说明
图1为本发明的流程框图；
图2为本发明的使用吸附方式对甲烷气体进行精制的流程框图；
图3为本发明的使用低温精馏方式对甲烷气体进行精制的流程框图；
图4为本发明的提取装置系统框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了如图1-3所示的一种基于碳基生物碳原提取甲烷的方法，包括如下步骤：
S1、将碳基生物体或碳基生物体附属物及化合物进行水解，使将碳基生物体或碳基生物体附属物及化合物中的蛋白质水解为含有氨基酸小分子化合物的混合液，其中所述碳基生物体设置为毛发、骨灰和指甲中的任意一种，碳基生物体还可以为碳基生物体附属物；
所述碳基生物体或碳基生物体附属物及化合物在水解时使用强酸进行水解，且水解过程中需要将强酸加热到150℃-200℃，并且将碳基生物体在强酸中搅拌6小时-12小时，获得含有氨基酸和糖类的混合液。
所述强酸使用的为浓度95％的硝酸、硫酸、氯酸、盐酸、高锰酸和氢溴酸中的任意一种；由于强酸具有强腐蚀性和刺激性，在使用时应做好个人防护，且在干燥、通风、阴凉的地方储存。
S2、将混合液进行过滤，并使用强碱中和以进行氨气移除反应，得到脱氨基酸液；
所述强碱使用的为浓度为95％的氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化钾、氢氧化钡和氢氧化锂中的任意一种；由于强碱具有腐蚀性和刺激性，因此在使用过程中应穿戴合适的防护装置，避免对皮肤和眼睛等造成伤害，还要避免强碱与其他物质接触，根据需要控制用量，避免过量使用，以免产生不必要的废物和环境污染。
所述混合液在过滤时通过滤纸进行过滤，以去除混合液中的悬浮物和固体颗粒，过滤后的混合液在进行中和反应时，需使用搅拌器对混合液进行搅拌混合，使混合液与强碱进行均匀混合，中和反应产生的氨气需进行收集处理。
S3、使用酵母菌对脱氨基酸液进行发酵生成酒精液和二氧化碳；
所述脱氨基酸液与酵母菌发酵时先将脱氨基酸液加入密封的发酵罐中，再在发酵罐中加入发酵菌，利用发酵罐中的搅拌器进行搅拌混合，混合10分钟-20分钟后停止搅拌，使脱氨基酸液与发酵菌进行发酵反应，产生酒精液和二氧化碳，并对产生的二氧化碳气体进行收集，其中生成的酒精液浓度为10％-15％。
S4、将发酵后的酒精液与二氧化碳一起通入反应器中，并在反应器中通入催化剂，使发酵后的酒精液在催化剂作用下发生还原反应生成甲烷气体；
所述反应器中通入的催化剂为铜基催化剂、镍金催化剂和钯金催化剂中的任意一种，通过催化剂的使用可加快洒精液与二氧化碳反应的速率，提高甲烷气体的生成率。
S5、使用吸附方式或低温精馏方式对反应生成的甲烷气体进行精制，并对精制后的甲烷进行收集，得到燃料等级纯度的甲烷；
所述甲烷气体在使用吸附方式进行精制时，包括如下步骤：
A1、将甲烷气体通过吸附柱或吸附塔；
A2、选择活性炭或分子筛为吸附剂，将吸附剂填充至吸附柱或吸附塔中；
A3、调节甲烷气体进入吸附柱或吸附塔的速度和压力，以保证吸附剂能够有效的吸附甲烷气体；
A4、当甲烷气体达到饱和时，停止甲烷气体的进入，将吸附柱或吸附塔中的吸附剂取出；
A5、通过热解的方式将甲烷从吸附剂中吸出，获得纯度大于95％的甲烷气体。
所述甲烷气体在使用低温精馏方式进行精制时，包括如下步骤：
B1、将甲烷气体通过低温精馏柱；
B2、选择硅胶或活性炭为填充物，将填充物填充至低温精馏柱中；
B3、降低低温精馏柱中的温度，使低温精馏柱的温度在-155℃至-165℃，将甲烷气体加压送入低温精馏柱中；
B4、在低温下不同组他的气体因其沸点不同会出低温精馏柱中分离出来，当低温精馏柱中的分离效果不再变化时，停止加热和加压，取出低温精馏柱中的甲烷气体，即可获得纯度大于95％的燃料等级的甲烷。
综上，通过先将碳基生物体进行水解生成混合液，再将混合液进行过滤，并使用强碱中和得到脱氨基酸液，使用酵母菌对脱氨基酸液进行发酵生成酒精液和二氧化碳，将发酵后的酒精液和二氧化碳一起通入反应器中，并在反应器中通入催化剂，以便于发生还原反应生成甲烷气体，提高了甲烷气体的产生率，最后再使用吸附方式或低温精馏方式对反应生成的甲烷气体进行精制，以得到燃料等级纯度的甲烷。
采用气相色谱法对上述精制后收集的甲烷及现有技术(现有技术为申请号为202210823097.0，公开了一种从头发中萃取高纯度甲烷气体的装置和方法)收集的甲烷分别进行纯度检测，测试结果为上述精制后收集的甲烷纯度达到了95％以上，现有技术收集的甲烷纯度为88％-90％，经过检测对比得出，采用本发明提供的方法提取甲烷的纯度比现有技术中提取的甲烷纯度要高。
基于以上叙述的一种基于碳基生物碳原提取甲烷的方法，本发明还提供一种基于碳基生物碳原提取甲烷的提取装置，包括将碳基生物体或碳基生物体附属物及化合物水解的水解装置、将混合液过滤和中和的过滤中和的处理装置、对脱氨基酸液发酵的发酵装置、使发酵后的酒精液在催化剂作用下发生还原反应的反应器和精制装置，所述水解装置与处理装置电性连接，所述处理装置与发酵装置电性连接，所述发酵装置与反应器电性连接，所述反应器与精制装置电性连接，通过水解装置、处理装置、发酵装置、反应器和精制装置的配合，便于将碳基生物体可以采取流水线式的加工进行甲烷的提取；
其中，水解装置包括水解桶，水解桶的内部设置有搅拌杆，搅拌杆的一端通过第一电机驱动，水解桶的侧壁内部设置有加热线圈，加热线圈的一端连接有温控器，通过温控器控制加热线圈的加热温度，以对水解桶内部的强酸溶液进行加热，再通过第一电机带动搅拌杆转动，使搅拌杆对水解桶内的强酸溶液进行混合搅拌，以增加碳基生物体与强酸溶液的溶解速率。
处理装置包括中和罐，中和罐内设置有过滤器，通过过滤器对混合液进行过滤，去除混合液中的杂质和颗粒物，再将过滤后的混合液加入中和罐内，中和罐内安装有搅拌器，搅拌器通过第二驱动，通过第二电机带动搅拌器对过滤后的混合液进行搅拌，加快混合液与强碱中和的速率。
发酵装置设置为发酵罐，所述精制装置设置为吸附塔、吸附柱和低温精馏柱中的其中一种，所述发酵装置和处理装置上均设置有气体收集器，发酵装置上的气体收集器用于收集二氧化碳，处理装置上的气体收集器用于收集氨气。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于碳基生物碳原提取甲烷的方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、将碳基生物体或碳基生物体附属物及化合物进行水解，使将碳基生物体或碳基生物体附属物及化合物中的蛋白质水解为含有氨基酸小分子化合物的混合液；
S2、将混合液进行过滤，并使用强碱中和以进行氨气移除反应，得到脱氨基酸液；
S3、使用酵母菌对脱氨基酸液进行发酵生成酒精液和二氧化碳；
S4、将发酵后的酒精液与二氧化碳一起通入反应器中，并在反应器中通入催化剂，使发酵后的酒精液在催化剂作用下发生还原反应生成甲烷气体；
S5、使用吸附方式或低温精馏方式对反应生成的甲烷气体进行精制，并对精制后的甲烷进行收集，得到燃料等级纯度的甲烷。
2.根据权利要求1所述的一种基于碳基生物碳原提取甲烷的方法，其特征在于：步骤S1中，所述碳基生物体或碳基生物体附属物及化合物在水解时使用强酸进行水解，且水解过程中需要将强酸加热到150℃-200℃，并且将碳基生物体在强酸中搅拌6小时-12小时，获得含有氨基酸和糖类的混合液。
3.根据权利要求2所述的一种基于碳基生物碳原提取甲烷的方法，其特征在于：所述强酸使用的为浓度95％的硝酸、硫酸、氯酸、盐酸、高锰酸和氢溴酸中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种基于碳基生物碳原提取甲烷的方法，其特征在于：步骤S2中，所述强碱使用的为浓度为95％的氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化钾、氢氧化钡和氢氧化锂中的任意一种。
5.根据权利要求4所述的一种基于碳基生物碳原提取甲烷的方法，其特征在于：所述混合液在过滤时通过滤纸进行过滤，以去除混合液中的悬浮物和固体颗粒，过滤后的混合液在进行中和反应时，需使用搅拌器对混合液进行搅拌混合，使混合液与强碱进行均匀混合，中和反应产生的氨气需进行收集处理。
6.根据权利要求5所述的一种基于碳基生物碳原提取甲烷的方法，其特征在于：步骤S3中，所述脱氨基酸液与酵母菌发酵时先将脱氨基酸液加入密封的发酵罐中，再在发酵罐中加入发酵菌，利用发酵罐中的搅拌器进行搅拌混合，混合10分钟-20分钟后停止搅拌，使脱氨基酸液与发酵菌进行发酵反应，产生酒精液和二氧化碳，并对产生的二氧化碳气体进行收集，其中生成的酒精液浓度为10％-15％。
7.根据权利要求6所述的一种基于碳基生物碳原提取甲烷的方法，其特征在于：步骤S4中，所述反应器中通入的催化剂为铜基催化剂、镍金催化剂和钯金催化剂中的任意一种。
8.根据权利要求7所述的一种基于碳基生物碳原提取甲烷的方法，其特征在于：步骤S5中，所述甲烷气体在使用吸附方式进行精制时，包括如下步骤：
A1、将甲烷气体通过吸附柱或吸附塔；
A2、选择活性炭或分子筛为吸附剂，将吸附剂填充至吸附柱或吸附塔中；
A3、调节甲烷气体进入吸附柱或吸附塔的速度和压力，以保证吸附剂能够有效的吸附甲烷气体；
A4、当甲烷气体达到饱和时，停止甲烷气体的进入，将吸附柱或吸附塔中的吸附剂取出；
A5、通过热解的方式将甲烷从吸附剂中吸出，获得纯度大于95％的甲烷气体。
9.根据权利要求7所述的一种基于碳基生物碳原提取甲烷的方法，其特征在于：所述甲烷气体在使用低温精馏方式进行精制时，包括如下步骤：
B1、将甲烷气体通过低温精馏柱；
B2、选择硅胶或活性炭为填充物，将填充物填充至低温精馏柱中；
B3、降低低温精馏柱中的温度，使低温精馏柱的温度在-155℃至-165℃，将甲烷气体加压送入低温精馏柱中；
B4、在低温下不同组他的气体因其沸点不同会出低温精馏柱中分离出来，当低温精馏柱中的分离效果不再变化时，停止加热和加压，取出低温精馏柱中的甲烷气体，即可获得纯度大于95％的燃料等级的甲烷。
10.一种基于碳基生物碳原提取甲烷的提取装置，基于权利要求1-9任意一项所述的一种基于碳基生物碳原提取甲烷的方法，其特征在于：包括将碳基生物体或碳基生物体附属物及化合物水解的水解装置；将混合液过滤和中和的过滤中和的处理装置；对脱氨基酸液发酵的发酵装置；使发酵后的酒精液在催化剂作用下发生还原反应的反应器和精制装置；
其中，所述水解装置与处理装置电性连接，所述处理装置与发酵装置电性连接，所述发酵装置与反应器电性连接，所述反应器与精制装置电性连接，所述精制装置设置为吸附塔、吸附柱和低温精馏柱中的其中一种，所述发酵装置和处理装置上均设置有气体收集器。
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