沼气烷碳比精准调控方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了一种调控沼气中甲烷和二氧化碳比例的方法和系统，所述方法为将原始沼气分为两条不同的气体流路，其中一条流路进行脱二氧化碳处理，进而实现纯甲烷流路，再与另一路未经处理的气体流路汇合，从而达到控制合适甲烷与二氧化碳比例沼气的目的。本方法利用固定甲烷二氧化碳比例的沼气为原料，可直接制取满足下游利用的具有合适甲烷二氧化碳比例的沼气，既可以避免在沼气制氢产醇过程中沼气二氧化碳含量过高影响氢气质量，同时又可以避免在产醇过程中因合成气比例失调导致甲醇转化率降低；在得到高能源效率的下游产物的同时，避免了反应废弃物污染环境。避免了反应废弃物污染环境。避免了反应废弃物污染环境。

【技术实现步骤摘要】
沼气烷碳比精准调控方法与系统


[0001]本专利技术属于一种沼气深度利用
，更具体地，涉及一种调控沼气中甲烷和二氧化碳比例的方法。

技术介绍

[0002]当今世界的能源供应主要是以煤、石油、天然气这三种不可再生化石资源为主。虽然目前仍然存在深海油气、可燃冰、煤层气及页岩气等多种资源可供开发和利用。能源分布存在的不均衡问题，也导致并加剧了石油危机等现实的社会连锁矛盾。能源作为人类文明生存和发展的根本，也是用来衡量综合国力和制约国民经济的重要指标，因此对于国家安全具有关键性作用。CO2是温室气体的主要成分，大量的温室气体排放使大气中温室气体浓度增加、温室效应增强，从而导致全球气候变暖，海平面上升等诸多问题。开发化石能源的替代清洁能源，对于国家安全和经济发展具有重大意义。当人类面临化石能源储量逐年降低的现实威胁时，利用甲醇或氢作为新能源已经发展为一种趋势。
[0003]沼气是有机物质在厌氧条件下，经过微生物的发酵作用而生成的一种混合气体，主要成分是甲烷(CH4)、二氧化碳(CO2)和少量的硫化氢(H2S)、氢(H2)、一氧化碳(CO)、氮(N2)等气体，其中甲烷约占60
‑
70％，二氧化碳约占30
‑
40％，其他成分含量极少。由于天然沼气中甲烷和二氧化碳比例不固定，且在以沼气为原料制备可再生氢能或甲醇时合适的甲烷和二氧化碳比例直接影响了反应过程中的效率以及能耗问题，由此需要对沼气中甲烷和二氧化碳比例进行调控以满足实际需求。现有常规能够改变沼气中甲烷二氧化碳比例的方法是通过对发酵菌株的筛选，通过生物发酵手段进行气体比例调节，然而该气体调节方式不够灵活方便，无法满足不同比例的调节需求，且过程繁琐。因此亟需开发一种可快速、灵活调节甲烷和二氧化碳至合适原料比的调控沼气中甲烷和二氧化碳比例的新方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的上述缺陷和不足，提供一种利用可再生的沼气为原料，在沼气深度利用过程中调控沼气中甲烷和二氧化碳体积比例的新方法。
[0005]本专利技术的另一目的在于提供一种用于调控沼气中甲烷和二氧化碳体积比例的系统。
[0006]本专利技术的上述目的是通过以下技术方案给予实现的：
[0007]一种调控沼气中甲烷和二氧化碳体积比的方法，包括如下步骤：
[0008]S1.测定原始沼气中甲烷和二氧化碳的体积分数；
[0009]S2.将原始沼气经干燥、脱硫处理后得净化沼气；
[0010]S3.将净化沼气分成两路气体，其中一路气体进行脱二氧化碳处理后与另一路不经处理的气体混合，得到目标体积比的新沼气；脱二氧化碳处理的气体与另一路不经处理的气体的体积百分比根据原始沼气中甲烷和二氧化碳的体积百分比与新沼气的中甲烷和二氧化碳的目标体积比进行确定。
[0011]本专利技术提供了一种以可再生的固定的甲烷二氧化碳体积比的沼气为原料直接制取可满足下游利用的具有合适甲烷二氧化碳体积比沼气的新技术，通过将原始沼气分为两条不同的气体流路，其中一条流路进行脱二氧化碳处理，进而实现纯甲烷流路，再与另一路不经处理的气体流路汇合，从而达到调控原始沼气中甲烷与二氧化碳体积比至合适比例的目的。本专利技术可根据以下公式来计算两路分流气体分别在净化沼气总气体中的体积百分比：
[0012]进行脱二氧化碳处理的气体流路在总气体中的体积分数(％)＝1
‑
(调整前原始沼气中甲烷的体积分数(％)
÷
调整后新沼气中甲烷与二氧化碳的体积比)
÷
调整前原始沼气中二氧化碳的体积分数(％)；
[0013]不做处理的气体流路在总气体中的体积分数(％)＝(调整前原始沼气中甲烷的体积分数(％)
÷
调整后新沼气中甲烷与二氧化碳的体积比)
÷
调整前原始沼气中二氧化碳的体积分数(％)；
[0014]例如：(1)当提供的原始沼气中CH4的体积分数为60％，CO2的体积分数为40％，为了获得CH4和CO2体积比例为3的沼气，根据上述公式计算得到，进行脱二氧化碳处理的气体流路的体积为总气体的50％，另一路不做处理的气体流路体积也占总气体的50％，脱二氧化碳处理后的纯甲烷气体与另一路不做处理气体汇合即可得到甲烷和二氧化碳体积比例为3的沼气。(2)当提供的原始沼气中CH4的体积分数为70％，CO2的体积分数为30％，为了获得CH4和CO2体积比例为5的沼气，根据上述公式计算得到，进行脱二氧化碳处理的气体流路的体积占总气体的53.33％，另一路不做处理的气体流路的体积占总气体的46.67％，脱二氧化碳处理后，两路气体汇合即可得到甲烷和二氧化碳体积比例为5的沼气。
[0015]优选地，所述原始沼气的来源包括但不限于畜禽粪便、林业废物或城市污泥等。
[0016]优选地，所述干燥、脱硫处理后的净化沼气中H2S体积含量＜1.0ppm。
[0017]优选地，所述原始沼气中甲烷和二氧化碳的体积分数为采用气相色谱法进行测定。
[0018]优选地，所述脱二氧化碳处理采用吸附剂吸附处理。
[0019]本专利技术还提供一种调控沼气中甲烷和二氧化碳比例的系统，包括供气模块，气体净化模块，净化气分流模块，净化气吸附模块，总阀，气体输出模块；供气模块中的原料沼气进入气体净化模块中进行干燥、脱硫处理，干燥、脱硫处理后的净化沼气进入净化气分流模块中分为两条流路，第一流路进入净化气吸附模块中进行脱二氧化碳处理，脱二氧化碳处理后的气体与第二流路中不做处理的气体在总阀中进行汇合，汇合后的气体通过气体输出模块输出；所述净化气分流模块包括分流阀及配合的质量流量计，用于精确控制两股分流气体的体积分数。
[0020]优选地，所述气体净化模块为气体干燥和脱硫塔。
[0021]优选地，所述净化气吸附模块为二氧化碳脱除塔。
[0022]优选地，还包括供能模块，通过提供一部分净化沼气作为燃料进行燃烧供热，为系统供能。
[0023]优选地，还包括增压模块，干燥、脱硫处理后的净化沼气先经过增压模块增压再进入净化气分流模块中。
[0024]本专利技术上述方法和系统可直接制取满足下游利用的具有合适甲烷二氧化碳体积
比例的沼气，通过引入合适甲烷二氧化碳体积比的沼气，既可以避免在沼气制氢产醇过程中沼气二氧化碳含量过高影响氢气质量，同时又可以避免在产醇过程中因合成气比例失调导致甲醇转化率降低；在得到高能源效率的下游产物的同时，避免了反应废弃物污染环境。因此，本专利技术还提供上述任一所述方法或系统在沼气重整制氢或沼气重整制备甲醇中的应用。
[0025]与现有沼气利用技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0026]本专利技术利用可再生的固定甲烷二氧化碳体积比的沼气为原料直接制取满足下游利用的具有合适甲烷二氧化碳体积比的沼气，相较于现有通过生物发酵手段进行气体比例调节的方式，不仅快速、高效且灵活方便。通过引入合适甲烷、二氧化碳体积比的沼气，既可以避免在沼气制氢产醇过程中沼气二氧化碳含量过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种调控沼气中甲烷和二氧化碳比例的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.测定原始沼气中甲烷和二氧化碳的体积分数；S2.将原始沼气经干燥、脱硫处理后得净化沼气；S3.将净化沼气分成两路气体，其中一路气体进行脱二氧化碳处理后与另一路不处理的气体混合，得到目标体积比的新沼气；所述进行脱二氧化碳处理的气体的体积分数(％)＝1
‑
(原始沼气中甲烷的体积分数(％)
÷
新沼气中甲烷与二氧化碳的体积比)
÷
原始沼气中二氧化碳的体积分数(％)；另一路不处理的气体的体积分数(％)＝(原始沼气中甲烷的体积分数(％)
÷
新沼气中甲烷与二氧化碳的体积比)
÷
原始沼气中二氧化碳的体积分数(％)。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述原始沼气来源于畜禽粪便、林业废物或城市污泥。3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述脱硫处理后的净化沼气中H2S体积含量＜1.0ppm。4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述原始沼气中甲烷和二氧化碳的体积分数为采用气相色谱法测定。5.一种调控沼气中甲烷和二氧化碳比例的系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢君，张止戈，谭涛，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：