一种利用微藻对沼气进行碳负排的装置，涉及二氧化碳捕集利用封存技术。是在微藻养殖的光生物反应器(2)内设置复合膜分离器(1)，复合膜分离器外为含有微藻的藻液(3)，沼气从复合膜分离器(1)内通过；通过复合分离膜，沼气中CO2通过膜层扩散至藻液，而以CH4为主的渗余气则沿着膜内通道排出分离器外，对沼气直接进行提纯，含CH4气体和微藻养殖产生的O2分通道不接触运转，避免了两者聚集引起的安全风险，同时也避免了沼气提纯过程中因O2含量增加而影响生物质天然气品质。响生物质天然气品质。响生物质天然气品质。
【技术实现步骤摘要】
一种利用微藻对沼气进行碳负排的装置
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[0001]本技术涉及二氧化碳捕集利用封存技术，特别涉及利用微藻固定沼气中CO2或利用微藻进行沼气提纯净化领域。
技术介绍
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[0002]二氧化碳捕集、利用将是实现碳中和的必要技术选择。生物固碳尤其是微藻固碳即通过微藻的自养方式将气体中的CO2转换成为高附加值微藻产品被认为是一种环境友好、经济可持续的碳捕集技术。同时沼气是一种清洁、可再生的生物质能源，其成分以甲烷、二氧化碳为主，对沼气中CO2进行捕集利用，形成碳负排技术BECCS，对CO2的排放总量控制意义重大。
[0003]已有多项专利提出利用微藻对沼气进行提纯，去除CO2，制取生物质天然气，但已有专利还有亟待解决的问题。
[0004]专利CN202010442920.4提出将“脱硫处理后的沼气通入光生物反应器中，利用微藻的光合作用固化吸附沼气中的CO
2”，但沼气中富含CH4气体，微藻光合作用产生O2，如何避免CH4气体在光生物反应器内聚集产生的安全风险？车用压缩天然气标准(GB18047
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2017)要求天然气中O2含量不大于0.3％，沼气经微藻固碳去除了CO2，却混入了O2,为沼气提纯后续处理带来了麻烦。面对这些问题，此专利没有给出解决方案。
[0005]专利CN201710933440.6提出“基于微藻光合固碳原理的间接式沼气脱碳提纯方法及系统”，即利用碳酸钠吸收沼气中CO2，转化为NaHCO3，供给微藻碳源。该专利解决了CH4气体可能引起的安全风险，但需要在藻液循环系统中额外设置碳酸钠调节系统、CO2吸收系统等，流程加长，系统复杂；此外HCO3‑
作为碳源，需要微藻体外碳酸酐酶转运吸收，而碳酸酐酶的活性受制于微藻属性、藻液PH值等，此PH值，与CO2吸收系统所需最佳PH值可能无法统一。故很多藻种不适合采用该种方式供给碳源。
技术实现思路
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[0006]基于上述背景，本申请提出一种利用微藻对沼气进行碳负排的装置，可以直接以气态形式向微藻供给碳源，在沼气脱碳提纯的同时又避免了CH4聚集引起的风险。
[0007]一种利用微藻对沼气进行碳负排的装置，是在微藻养殖的光生物反应器(2)内设置复合膜分离器(1)，复合膜分离器外为含有微藻的藻液(3)，沼气从复合膜分离器(1)内通过；所述复合膜分离器的结构分为如下两种形式。
[0008]第一种方式复合膜分离器(1)为中空纤维膜结构；由中空纤维膜膜丝束组成，膜丝管束两端固定于上管板、下管板上；每一根膜丝由内而外由三层膜材料复合而成，内层为没有选择性的第一疏水性微孔高分子膜(6)，中间层为对CH4、CO2具有较好分离特性的玻璃态高分子膜(7)，外层为没有选择性的第二疏水性微孔高分子膜(8)；所述内外层对应的疏水性微孔高分子膜可以是聚丙烯PP、聚偏氟乙烯PVDF、聚四氟乙烯PTFE中的任意一种。所述中间层对应的玻璃态高分子膜可以是聚砜PS、聚酰亚胺PI、聚碳酸脂PC中的任意一种。内外层
膜通过浸渍或喷涂方法固着于中间层膜之上。
[0009]第二种方式，复合膜分离器(1)整体为与光生物反应器相对应和适应的圆筒或长方形筒结构；由内部复合分离膜与外部支撑骨架组成，外部支撑骨架位于筒结构的最外层将复合分离膜包覆住；所述内部复合分离膜由内而外有四层结构复合而成：第一层为没有选择性的第一疏水性微孔高分子膜，第二层为膜支撑层，第三层为对CH4、CO2具有较好分离特性的玻璃态高分子膜，第四层为没有选择性的第二疏水性微孔高分子膜；所述第一层和第四层的疏水性微孔高分子膜材料可以是聚丙烯PP、聚偏氟乙烯PVDF、聚四氟乙烯PTFE中的任意一种；所述第二层的膜支撑材料可以是玻璃纤维、涤纶、氯纶或锦纶中的任意一种；所述第三层的玻璃态高分子膜材料可以是聚砜PS、聚酰亚胺PI、聚碳酸脂PC中的任意一种；第三层的玻璃态高分子膜通过物理或化学方法附着于第二层的支撑层外，第一层和第四层的疏水性微孔高分子膜通过浸渍或喷涂方法分别固着于第二层的内侧和第三层的外侧；所述外部支撑骨架采用金属网骨架、塑料网骨架等，复合膜分离器(1)的两端均固定于上端板、下端板上。
[0010]复合膜分离器(1)的两端的上端板、下端板分别对应为光生物反应器(2)的上端部和下底部。
[0011]利用上述装置实现利用微藻对沼气进行碳负排的方法，具体包括以下步骤：
[0012]沼气脱硫加压压缩后，从分离器的一端进入分离器内通道，因分离器的复合分离膜对沼气中CH4、CO2气体的渗透速率不同，CO2通过复合分离膜进入藻液，供给碳源给微藻，以CH4为主的渗余气则排出分离器，沼气也由此得以提纯；因为分离器内侧压力高于外侧，且复合分离膜的外层是疏水层，阻止了藻液及其中的O2向膜内的渗透，含CH4气体和微藻自养产生的O2分通道不接触运转，避免了两者聚集可能引起的安全风险；CO2在通过复合分离膜向外扩散时，在压差作用下，起到了对膜外表面的清洁作用；沼气中含有大量气态H2O，因为气态H2O在通过复合分离膜时，与CO2产生竞争吸附，且对中间层的玻璃态高分子膜产生塑化作用，所以在分离器的复合分离膜最内层设置了疏水层，以阻止气态H2O通过。
[0013]第一种实施方式中的中空纤维膜膜丝，因为内外径较小，具有足够的耐压强度，无需设置支撑层和内部骨架。第二种实施方式中，圆筒形或矩筒形结构，承压能力较弱，在复合分离膜内设置膜支撑层和并在外侧设置外部支撑骨架，正是为了对抗气侧和液侧压差带来的冲击力，以避免膜层塑化变形。
[0014]本技术中所述分离器有如下优点：
[0015]1、直接内置于微藻光生物反应器之内，使得沼气直接通入光反应器内，且其中CO2直接以气态形式供给微藻碳源，适合多种微藻养殖，系统简单，便于操作；
[0016]2、通过复合分离膜，沼气中CO2通过膜层扩散至藻液，而以CH4为主的渗余气则沿着膜内通道排出分离器外，对沼气直接进行提纯，含CH4气体和微藻养殖产生的O2分通道不接触运转，避免了两者聚集引起的安全风险，同时也避免了沼气提纯过程中因O2含量增加而影响生物质天然气品质；
[0017]3、CO2在通过复合分离膜向外扩散时，在压差作用下，起到了对膜外表面的清洁作用。
[0018]4、无论是第一种实施方式还是第二种实施方式，分离器都有足够的耐压强度以对抗气侧和液侧压差带来的冲击力，避免了膜层塑化变形。
附图说明：
[0019]图1：实施方式1示意图。
[0020]图中：1复合膜分离器、2光生物反应器、3微藻藻液、4分离器膜丝、5分离器端板、6疏水性微孔高分子膜、7玻璃态高分子膜、8疏水性微孔高分子膜。
[0021]图2：实施方式2示意图。
[0022]图中：1复合膜分离器、2光生物反应器、3微藻藻液、4分离器内部复合分离膜、5分离器端板、6分离器外部支撑骨架、7疏水性微孔高分子膜、8膜支撑层、9玻璃态高分子膜、10疏水性微孔高分子膜。
具体实施方式
[0023]下本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种利用微藻对沼气进行碳负排的装置，其特征在于，是在微藻养殖的光生物反应器(2)内设置复合膜分离器(1)，复合膜分离器外为含有微藻的藻液(3)，沼气从复合膜分离器(1)内通过。2.按照权利要求1所述的一种利用微藻对沼气进行碳负排的装置，其特征在于，所述复合膜分离器的结构分为如下两种形式；第一种方式复合膜分离器(1)为中空纤维膜结构；由中空纤维膜膜丝束组成，膜丝管束两端固定于上管板、下管板上；每一根膜丝由内而外由三层膜材料复合而成，内层为没有选择性的第一疏水性微孔高分子膜(6)，中间层为对CH4、CO2具有较好分离特性的玻璃态高分子膜(7)，外层为没有选择性的第二疏水性微孔高分子膜(8)；第二种方式，复合膜分离器(1)整体为与光生物反应器相对应和适应的圆筒或长方形筒结构；由内部复合分离膜与外部支撑骨架组成，外部支撑骨架位于筒结构的最外层将复合分离膜包覆住；所述内部复合分离膜由内而外有四层结构复合而成：第一层为没有选择性的第一疏水性微孔高分子膜，第二层为膜支撑层，第三层为对CH4、CO2具有较好分离特性的玻璃态高分子膜，第四层为没有选择性...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐杰英，付显利，高彦宁，李志建，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团环境工程有限公司，
类型：新型
国别省市：
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