一种同步沼气升级产中链脂肪酸的方法技术

一种同步沼气升级产中链脂肪酸的方法，涉及可再生能源技术领域。本发明专利技术的目的是为了解决生物法沼气升级过程中主要产物乙酸附加值低、水溶性好，难以从液相中分离的问题。本发明专利技术基于双膜曝气膜生物膜反应器以及获得的沼气升级和碳链延长富集培养物，在沼气升级微生物转化H2和沼气中的CO2为乙酸的同时，外源加入乙醇作为电子供体，乙酸和乙醇在反应器中碳链延长微生物的作用下产生中链脂肪酸，从而实现了同步沼气升级产中链脂肪酸。本发明专利技术可获得一种同步沼气升级产中链脂肪酸的方法。种同步沼气升级产中链脂肪酸的方法。种同步沼气升级产中链脂肪酸的方法。

【技术实现步骤摘要】
一种同步沼气升级产中链脂肪酸的方法


[0001]本专利技术涉及可再生能源
，具体涉及一种同步沼气升级产中链脂肪酸的方法。

技术介绍

[0002]能源是经济社会发展的重要物质基础和和动力，但随着人类社会的快速发展，煤炭、石油和天然气等化石能源消耗持续增长，而化石能源燃烧引发的生态环境污染又不断恶化，特别是温室气体排放导致日益严峻的全球气候变化，将严重威胁人类的生存和发展。因此，大力发展可再生能源、减少对化石燃料的依赖是实现经济社会可持续发展的重要任务。
[0003]沼气作为极具潜力的可再生生物能源，可通过厌氧发酵有机废弃物(如畜禽粪便、农作物秸秆、餐厨垃圾和城镇污水等)获得，全球每年可用于生产沼气的有机废弃物产量高达700亿立方米，获得沼气潜力2000亿立方米。然而，厌氧发酵产生的沼气中甲烷(CH4)仅占45％
‑
70％，此外还含有大量的二氧化碳(30％
‑
55％)，二氧化碳(CO2)降低了沼气的热值(2.1
×
104～2.8
×
104kJ
·
m3)，使沼气的用途单一、低效，仅能应用于燃烧。但是，若将沼气中甲烷纯度升级至95％及以上，其相应热值达到3.3
×
104～3.8
×
104kJ
·
m3，可作为天然气的替代品，在补充我国天然气能源不足和实现能源永续以及应对全球气候变化方面具有广阔的前景。
[0004]当前，传统物化沼气升级方法(如水洗、膜分离和胺溶液吸收)已投入实际应用，但是这些物化方法或者需要高温高压条件，或者需要有毒有害溶剂辅助，并且在此过程中CO2通常作为废气被排放到大气。近年来，随着生物技术的发展，生物法沼气升级因在温和的条件下实施和能够实现CO2资源化越来越受到关注。在众多的生物法沼气升级中，氢气(H2)辅助的同步沼气升级和液态化学品生产是一种环境友好并极具发展潜力的策略，其最大优势是在纯化沼气为生物甲烷的同时，在H2的辅助下将沼气中的CO2转化为以乙酸为主要产物的液态化学品。然而，该技术产生的主要液态化学品
‑
乙酸附加值有限且水溶性好，其分离的成本较高，是该技术面向实际工程应用中的一个关键挑战。
[0005]近几年，微生物碳链延长乙酸产生中链脂肪酸是一项新兴的资源回收技术。相比较乙酸，中链脂肪酸溶解度低，易于从液相中分离。而且，中链脂肪酸是附加值更高的液态化学品，可作为香料、医药、润滑剂和增塑剂的合成原料，应用极为广泛。因此，为了推动沼气高值化利用的大规模应用，开发一种同步沼气升级产中链脂肪酸的技术势在必行。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是为了解决生物法沼气升级过程中主要产物乙酸附加值低、水溶性好，难以从液相中分离的问题，而提供一种同步沼气升级产中链脂肪酸的方法。
[0007]一种同步沼气升级产中链脂肪酸的方法，按以下步骤进行：
[0008]步骤一：沼气升级和碳链延长微生物的富集；
[0009]将沼气升级微生物接种物和碳链延长微生物接种物混合，然后接入到已预先加入沼气升级和碳链延长微生物液体培养基的厌氧瓶，并加入H2和CO2混合气体，富集培养6～8d，连续传代培养3
‑
5次，得到富集后的沼气升级和碳链延长微生物接种物；所述的沼气升级和碳链延长微生物液体培养基与沼气升级微生物接种物和碳链延长微生物接种物的总体积的体积比为9：1，所述的沼气升级微生物接种物与碳链延长微生物接种物的体积比为1：1；所述的H2与CO2的体积比为3：2；
[0010]步骤二：试运行双膜曝气膜生物膜反应器；
[0011]利用纯度为99.9％的氮气对双膜曝气膜生物膜反应器曝气10～20min后，启动进水泵22，通过进水装置23向双膜曝气膜生物膜反应器内泵入超纯水，然后分别通过氢气高压气瓶2和沼气高压气瓶1向双膜曝气膜生物膜反应器内通入H2和沼气，并调节H2和沼气的分压分别为1.5atm和1.3atm，运行4～6d；所述的氢气的纯度为99.9％，所述的沼气由40％ CO2和60％ CH4组成，所述的H2、CH4与CO2的体积比为3：3：2；
[0012]步骤三：启动双膜曝气膜生物膜反应器；
[0013]排空双膜曝气膜生物膜反应器内的超纯水，先利用纯度为99.9％的氮气对双膜曝气膜生物膜反应器曝气10～20min后，启动进水泵22，通过进水装置23向双膜曝气膜生物膜反应器内泵入沼气升级和碳链延长微生物培养基，并分别通过氢气高压气瓶2和沼气高压气瓶1向双膜曝气膜生物膜反应器内通入H2和沼气，并调节H2和沼气的分压分别为1.5atm和1.3atm，使H2与CO2的体积比为3：2；然后接入步骤一中得到的富集后的沼气升级和碳链延长微生物接种物，富集培养10d；所述的沼气升级和碳链延长微生物培养基与富集后的沼气升级和碳链延长微生物接种物的体积比为9：1；所述的氢气的纯度为99.9％，所述的沼气由40％ CO2和60％ CH4组成；所述的沼气升级和碳链延长微生物培养基中含有乙醇；
[0014]步骤四：连续运行双膜曝气膜生物膜反应器；
[0015]第11天开始，半连续进水模式运行150d，运行期共分为6个阶段，第一阶段运行时间为40天，第二阶段运行时间为30天，第三阶段运行时间为20天，第四阶段运行时间为30天，第五阶段运行时间为10天，第六阶段运行时间为20天；经升级后的沼气在液封装置20顶部的气体收集袋21中收集，中链脂肪酸在液封装置20中回收；所述的六个阶段水力停留时间分别为8d、6d、4d、2d、1d和2d；
[0016]所述的半连续进水模式运行过程中，持续通过氢气高压气瓶2和沼气高压气瓶1向双膜曝气膜生物膜反应器内通入H2和沼气，并调节H2和沼气的分压分别为1.5atm和1.3atm，使H2与CO2的体积比为3：2。
[0017]本专利技术的原理：
[0018]本专利技术基于双膜曝气膜生物膜反应器以及获得的沼气升级和碳链延长富集培养物，在沼气升级微生物转化H2和沼气中的CO2为乙酸的同时，外源加入乙醇作为电子供体，乙酸和乙醇在反应器中碳链延长微生物的作用下产生中链脂肪酸，从而实现了同步沼气升级产中链脂肪酸。
[0019]本专利技术的有益效果：
[0020]本专利技术在纯化沼气的同时，将CO2转化为附加值更高的以己酸为主的中链脂肪酸(其中正己酸、正辛酸和正庚酸市场价格分别为33600元/吨、11800元/吨和39000元/吨，溶解度分别为10.8g L
‑1、2.4g L
‑1和0.7g L
‑1)。其中升级纯化后的沼气可替代天然气扩大其
应用范围，产生的中链脂肪酸易于从液相中分离，也是高附加值平台化合物。该专利技术显著提高了产物从分离到应用的经济性，有助于推动沼气升级技术的实际工程应用发展。
[0021]此外，本专利技术通过双膜曝气膜生物膜反应器控制H2和CO2气体比例，可以有效保证升级后沼气中甲烷的纯度和较高的乙酸产本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种同步沼气升级产中链脂肪酸的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：步骤一：沼气升级和碳链延长微生物的富集；将沼气升级微生物接种物和碳链延长微生物接种物混合，然后接入到已预先加入沼气升级和碳链延长微生物液体培养基的厌氧瓶，并加入H2和CO2混合气体，富集培养6～8d，连续传代培养3
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5次，得到富集后的沼气升级和碳链延长微生物接种物；所述的沼气升级和碳链延长微生物液体培养基与沼气升级微生物接种物和碳链延长微生物接种物的总体积的体积比为9：1，所述的沼气升级微生物接种物与碳链延长微生物接种物的体积比为1：1；所述的H2与CO2的体积比为3：2；步骤二：试运行双膜曝气膜生物膜反应器；利用纯度为99.9％的氮气对双膜曝气膜生物膜反应器曝气10～20min后，启动进水泵(22)，通过进水装置(23)向双膜曝气膜生物膜反应器内泵入超纯水，然后分别通过氢气高压气瓶(2)和沼气高压气瓶(1)向双膜曝气膜生物膜反应器内通入H2和沼气，并调节H2和沼气的分压分别为1.5atm和1.3atm，运行4～6d；所述的氢气的纯度为99.9％，所述的沼气由40％CO2和60％CH4组成，所述的H2、CH4与CO2的体积比为3：3：2；步骤三：启动双膜曝气膜生物膜反应器；排空双膜曝气膜生物膜反应器内的超纯水，先利用纯度为99.9％的氮气对双膜曝气膜生物膜反应器曝气10～20min后，启动进水泵(22)，通过进水装置(23)向双膜曝气膜生物膜反应器内泵入沼气升级和碳链延长微生物培养基，并分别通过氢气高压气瓶(2)和沼气高压气瓶(1)向双膜曝气膜生物膜反应器内通入H2和沼气，并调节H2和沼气的分压分别为1.5atm和1.3atm，使H2与CO2的体积比为3：2；然后接入步骤一中得到的富集后的沼气升级和碳链延长微生物接种物，富集培养10d；所述的沼气升级和碳链延长微生物培养基与富集后的沼气升级和碳链延长微生物接种物的体积比为9：1；所述的氢气的纯度为99.9％，所述的沼气由40％CO2和60％CH4组成；所述的沼气升级和碳链延长微生物培养基中含有乙醇；步骤四：连续运行双膜曝气膜生物膜反应器；第11天开始，半连续进水模式运行150d，运行期共分为6个阶段，第一阶段运行时间为40天，第二阶段运行时间为30天，第三阶段运行时间为20天，第四阶段运行时间为30天，第五阶段运行时间为10天，第六阶段运行时间为20天；经升级后的沼气在液封装置(20)顶部的气体收集袋(21)中收集，中链脂肪酸在液封装置(20)中回收；所述的六个阶段水力停留时间分别为8d、6d、4d、2d、1d和2d；所述的半连续进水模式运行过程中，持续通过氢气高压气瓶(2)和沼气高压气瓶(1)向双膜曝气膜生物膜反应器内通入H2和沼气，并调节H2和沼气的分压分别为1.5atm和1.3atm，使H2与CO2的体积比为3：2。2.根据权利要求1所述的一种同步沼气升级产中链脂肪酸的方法，其特征在于步骤一中沼气升级微生物接种物在温度为37℃、转速为150rpm的空气浴摇床培养以及初始pH为7.0的条件下培养得到。3.根据权利要求1所述的一种同步沼气升级产中链脂肪酸的方法，其特征在于步骤一中碳链延长微生物接种物在温度为37℃、转速为150rpm的空气浴摇床培养以及初始pH为7.0的条件下培养得到。4.根据权利要求2或3所述的一种同步沼气升级产中链脂肪酸的方法，其特征在于培养
沼气升级微生物接种物所采用的微生物培养基成分由0.53g Na2HPO4·
12H2O、0.41gKH2PO4、0.3g NH4Cl、0.11g CaCl2·
2H2O、0.10g MgCl2·
6H2O、0.3g NaCl、1g NaHCO3、1g酵母粉、10mL微量金属元素贮液、10mL维生素贮液、2g 2
‑
溴乙烷磺酸钠、0.5g半胱氨酸和980mL水组成；所述的微量金属元素贮液由0.18g/L ZnSO4·
7H2O、0.1g/LFeCl2·
4H2O、0.01g/L CuSO4·
5H2O、0.18g/L CoCl3、0.02g/L KAl(SO4)2·
12H2O、0.5g/LMnSO4·
H2O、0.03g/L NiCl2·
6H2O、0.3mg/L Na2SeO3·
5H2O、0.01g/L Na2MoO4·
2H2O和0.01g/L H3BO3组成；所述的维生素贮液由2mg/L生物素、2mg/L叶酸、10mg/L盐酸维生素B6、5mg/L盐酸硫胺素、5mg/L维生素B2、5mg/L烟酸、5mg/L泛...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵磊，毋凯凯，郭旭超，陈川，任南琪，王子寒，谭菁妍，孙忠芳，
申请(专利权)人：黑龙江农业工程职业学院，
类型：发明
国别省市：