一种沼气减碳提质系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种沼气减碳提质系统及方法，该系统包括：电解水制氢系统，用于电解制取氢气；供电系统，用于为电解水制氢系统提供电能；吸附

【技术实现步骤摘要】
一种沼气减碳提质系统及方法


[0001]本专利技术属于沼气提质
，具体涉及一种沼气减碳提质系统及方法。

技术介绍

[0002]从目前应用角度来看，生物质燃烧利用的规模大，但其烟气中二氧化碳浓度较低；生物质厌氧发酵利用的规模小，然而沼气中二氧化碳浓度相对较高。通过发酵生产沼气是生物质废弃物(比如农业废弃物、林业边角料、畜禽粪便等)实现资源化利用的有效途径。在全球气候变暖、碳达峰与碳中和背景下，对其产品气或者沼气燃烧后产生的烟气中进行二氧化碳捕集，容易实现零碳或负碳排放。
[0003]发酵沼气主要由甲烷和二氧化碳组成，一般情况下，甲烷的体积占比45％
‑
75％，二氧化碳的体积占比20％
‑
50％，由于甲烷含量高，沼气可用作汽车的燃料，也可用作锅炉、内燃机或涡轮机中的燃料。但在实际使用时，为了增加其热值，需要去除二氧化碳来“升级”沼气。
[0004]固体吸附法碳捕集是利用多孔材料吸附二氧化碳的方法，属于中低温碳捕集技术。它既适用于燃烧烟气中二氧化碳的捕集，也适用于空气中二氧化碳的捕集。当使用负载型Ni基、Rh基催化剂，可发生的合成甲烷化学反应方程式为：CO2+4H2O
→
4CH4+2H2O。将捕集的二氧化碳就地转化为甲烷，省去了二氧化碳封存和运输环节，节约了成本支出。
[0005]授权公布号为CN212505091U的中国专利公布了一种间歇式二氧化碳捕集与转化耦合的装置，包括：CO2捕集器、CO2解吸装置、CO2催化转化装置和甲醇膜分离装置，CO2分离膜用于从富液中分离出CO2，能够实现低浓度二氧化碳的捕集，捕集后可就地转化，以减少储存与运输成本。但是该装置不能够连续运行，且需要使用市场价格较高的质子交换膜(用于在阴极和阳极之间传递氢离子)和甲醇膜分离膜(用于分离甲醇水溶液)，更换频繁，运行维护成本较高。

技术实现思路

[0006]为解决现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种沼气减碳提质系统及方法。
[0007]为实现上述目的，达到上述技术效果，本专利技术采用的技术方案为：
[0008]一种沼气减碳提质系统，包括：
[0009]电解水制氢系统，用于电解制取氢气；
[0010]供电系统，用于为电解水制氢系统提供电能；
[0011]吸附
‑
催化反应系统，所述吸附
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催化反应系统与电解水制氢系统相连通，所述吸附
‑
催化反应系统用于捕集CO2与转化CO2为甲烷；
[0012]沼气提质净化系统，所述沼气提质净化系统与吸附
‑
催化反应系统相连通，所述沼气提质净化系统用于收集并处理来自吸附
‑
催化反应系统的甲烷。
[0013]进一步的，所述电解水制氢系统包括电解水槽，所述电解水槽通过氢气纯化干燥
罐与氢气缓冲储罐入口相连通，所述氢气缓冲储罐出口与吸附
‑
催化反应系统相连通。
[0014]进一步的，所述吸附
‑
催化反应系统包括吸附
‑
催化反应器，所述吸附
‑
催化反应器内设置有若干个吸附
‑
催化剂单元，所述电解水制氢系统通过若干个布氢管连通吸附
‑
催化反应器，所述布氢管的管壁上设置有若干个氢气出口，所述布氢管与氢气缓冲储罐出口相连通，所述布氢管喷出的氢气与吸附
‑
催化剂单元表面吸附的CO2进行反应并生成甲烷。
[0015]进一步的，所述吸附
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催化反应器内设置4
‑
10排吸附
‑
催化剂单元，每排设置20
‑
60个吸附
‑
催化剂单元，相邻两个吸附
‑
催化剂单元错列布置，吸附
‑
催化剂单元之间使用固定杆稳固。
[0016]进一步的，每个吸附
‑
催化剂单元内置一个布氢管且二者同轴。
[0017]进一步的，所述吸附
‑
催化剂单元通过将用于实现CO2捕集的CO2吸附剂与转化CO2为甲烷的催化剂进行机械混炼、挤压成型、煅烧制成，使用的载体为Al2O3或者TiO2，搭载的吸附组分为MgO、NaNO3或NaCO3，催化组分为氧化镍、乙酸铑或氧化铁等金属，吸附
‑
催化反应温度范围90℃
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300℃。
[0018]进一步的，所述吸附
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催化剂单元呈空心圆柱筒型结构。
[0019]进一步的，所述供电系统包括风/光互补发电装置和电网备用供电系统，所述风/光互补发电装置为电解水制氢系统供电，所述电网备用供电系统作为备用电源，其与风/光互补发电装置实现自动切换。
[0020]进一步的，所述吸附
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催化反应系统通过换热系统分别连通沼气提质净化系统和沼气收集供给系统，所述沼气收集供给系统包括沼气收集供给罐，用于收集沼气池产生的含CO2的低品质沼气，所述沼气收集供给罐与换热系统相连通再连通吸附
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催化反应系统的吸附
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催化反应器，所述换热系统包括气气管式换热器，用于预热含CO2的低品质沼气，同时将从吸附
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催化反应器排出的提质沼气携带的显热回收降温，所述沼气提质净化系统包括沼气提质净化器，其与换热系统连通。
[0021]本专利技术还公开了一种沼气减碳提质方法，包括以下步骤：
[0022]沼气池产生的含CO2的低品质沼气通过沼气收集供给系统进行汇集，含CO2的低品质沼气进入换热系统进行预热，随后进入吸附
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催化反应系统的吸附
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催化反应器内；
[0023]通过风/光互补发电装置为电解水制氢系统供电，所述电网备用供电系统作为备用电源，其与风/光互补发电装置实现自动切换；通过电解水制氢系统发生电解水反应，制得的氢气流入布氢管，再通过布氢管进入吸附
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催化反应器内；
[0024]低品质沼气中的CO2被吸附
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催化反应系统的吸附
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催化剂单元吸附并同氢气被催化转化成甲烷，进入换热系统进行回收热量后进入沼气提质净化系统进行净化和除水，最终得到高品质沼气。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0026]本专利技术公开了一种沼气减碳提质系统及方法，吸附
‑
催化剂单元通过将用于实现CO2捕集的CO2吸附剂与转化CO2为甲烷的催化剂进行机械混炼、挤压成型、煅烧制成，实现捕集CO2与转化成CH4在同一个设备即吸附
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催化反应器中发生，吸附捕集CO2不需要单独解吸收集，减少了设备数量，省去了常规技术中去除沼气中CO2的工艺过程，降低了沼气中CO2的含量，同时实现了沼气的提质，可达到减少碳排放的目的；由于吸附和催化转化在中低温条件下原位发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种沼气减碳提质系统，其特征在于，包括：电解水制氢系统，用于电解制取氢气；供电系统，用于为电解水制氢系统提供电能；吸附
‑
催化反应系统，所述吸附
‑
催化反应系统与电解水制氢系统相连通，所述吸附
‑
催化反应系统用于捕集CO2与转化CO2为甲烷；沼气提质净化系统，所述沼气提质净化系统与吸附
‑
催化反应系统相连通，所述沼气提质净化系统用于收集并处理来自吸附
‑
催化反应系统的甲烷。2.根据权利要求1所述的一种沼气减碳提质系统，其特征在于，所述电解水制氢系统包括电解水槽，所述电解水槽通过氢气纯化干燥罐与氢气缓冲储罐入口相连通，所述氢气缓冲储罐出口与吸附
‑
催化反应系统相连通。3.根据权利要求1所述的一种沼气减碳提质系统，其特征在于，所述吸附
‑
催化反应系统包括吸附
‑
催化反应器，所述吸附
‑
催化反应器内设置有若干个吸附
‑
催化剂单元，所述电解水制氢系统通过若干个布氢管连通吸附
‑
催化反应器，所述布氢管的管壁上设置有若干个氢气出口，所述布氢管与氢气缓冲储罐出口相连通，所述布氢管喷出的氢气与吸附
‑
催化剂单元表面吸附的CO2进行反应并生成甲烷。4.根据权利要求3所述的一种沼气减碳提质系统，其特征在于，所述吸附
‑
催化反应器内设置4
‑
10排吸附
‑
催化剂单元，每排设置20
‑
60个吸附
‑
催化剂单元，相邻两个吸附
‑
催化剂单元错列布置，吸附
‑
催化剂单元之间使用固定杆稳固。5.根据权利要求3所述的一种沼气减碳提质系统，其特征在于，每个吸附
‑
催化剂单元内置一个布氢管且二者同轴。6.根据权利要求4所述的一种沼气减碳提质系统，其特征在于，所述吸附
‑
催化剂单元通过将用于实现CO2捕集的CO2吸附剂与转化C...

【专利技术属性】
技术研发人员：方朝君，姚燕，孔凡海，王乐乐，雷嗣远，鲍强，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：