撬装型自给式沼气发电方法技术

本发明专利技术提供了一种撬装型自给式沼气发电方法，属于能源综合利用回收领域。撬装型自给式沼气发电方法包括沼气和水的预处理，沼气与水蒸气在微通道反应器内进行多级转化反应以生成合成气，将合成气与水在微通道反应器内进行多级变换反应，以得到混合产物，通过对混合产物中的CO2、H2以及余气进行分离并收集分离后的CO2和H2，对余气进行循环使用，部分H2输入燃料电池进行发电，并将电能用于装置的加热。本发明专利技术的撬装型自给式沼气发电方法通过将反应器设为微通道反应器，以提高反应物之间的热交换效率，且能够高效地控制反应器温度；通过将部分氢气用于燃料电池发电用于加热，使得本方法中的能量完全自给，无需外部热源。无需外部热源。无需外部热源。

【技术实现步骤摘要】
撬装型自给式沼气发电方法


[0001]本专利技术涉及一种撬装型自给式沼气发电方法，属于能源综合利用回收领域。

技术介绍

[0002]沼气是各种有机物质(养殖业禽畜粪污、填埋垃圾、工业有机废水、水处理污泥等)经过微生物的发酵作用(厌氧发酵)产生的一种可燃烧混合气体。沼气主要有三种来源：城市生活垃圾填埋后降解产生的垃圾填埋气(LFG)，废水处理过程中生物反应器或消化池中产生的消化气，农村农林废弃物发酵气。垃圾填埋气约占世界沼气排放总量的80％，沼气的典型组成(体积浓度)为40％～70％的CH4、30％～45％的CO2、0.03％的H2S及微量其它杂质气体。厌氧消化池消化过程产生的沼气中甲烷含量可高达80％。
[0003]CH4和CO2是主要的温室气体，其中CH4对臭氧层的破坏作用是CO2的40倍，对红外线的吸收效率是CO2的20倍，产生的温室效应比同体积CO2高20倍以上。在人为CH4排放源中，垃圾填埋场排放列第3位。然而，目前甲烷的收集和利用占比不到10％，农林废弃物发酵产生的沼气更未得到有效利用。CH4和CO2等温室气体产生的温室效应使全球气候变暖，是各种自然灾害频发的诱因之一。因此，对沼气加以收集并利用，以减少温室气体的排放便富有现实意义。
[0004]沼气经过净化、除去惰性组分和有害污染物后，其主要成分甲烷是一种清洁的可再生能源，可以加以利用。沼气的主要利用途径包括：(1)直接燃烧产生蒸汽，用于生活或工业供热；(2)通过内燃机发电；(3)作为运输工具的动力燃料；(4)经脱水净化处理后用作管道煤气；(5)用于CO2制造工业；(6)用于制造甲醇原料。其中第一种利用途径被广泛采用，第二种利用途径次之，前两种利用途径约占总利用量的90％以上。但沼气直燃或发电时，因沼气内含不可燃成分较高，导致燃烧不充分，且发电时的温度高，余热很难利用，烟气中的N
X
O超标现象严重，一定程度上造成能源浪费及环境污染。
[0005]有鉴于此，确有必要提出一种撬装型自给式沼气发电方法，以解决上述问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种撬装型自给式沼气发电方法，以解决现有技术中沼气的利用率低，发电成本较高的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种撬装型自给式沼气发电方法，包括：
[0008]S1、对沼气进行脱氨脱硫处理后存储于第一储罐中，将水输入位于加热炉内的第一换热器中进行加热并汽化为水蒸气；
[0009]S2、所述加热炉内设有第二换热器和多级转化反应器，所述第一储罐中的沼气与水蒸气混合并输入所述第二换热器进行加热，随后输入所述多级转化反应器进行转化反应，以得到合成气，并对所述合成气进行降温，所述多级转化反应器为微通道反应器；
[0010]S3、合成气与水混合并输入多级变换反应器进行变换反应，以得到混合产物，对所述混合产物进行冷却并进行气液分离，所述多级变换反应器为微通道反应器；
[0011]S4、分离后的液体水输入S3中与合成气混合并循环，分离后的变换气输入脱碳塔与脱碳液充分接触，以将变换气中的CO2脱除，剩余气体从所述脱碳塔的顶部输出并输入膜分离塔，将剩余气体中的H2与余气进行分离，H2输入第二储罐中进行储存，余气输入S3与合成气和液体水混合并循环；
[0012]S5、将第二储罐中的部分H2输入燃料电池进行发电，并将电能传输至加热炉以对加热炉进行加热；
[0013]S6、所述脱碳液从所述脱碳塔的塔釜流出并输入再生塔，以将所述脱碳液内的CO2析出，所述再生塔的塔顶处设有第二冷凝器，以将气态CO2冷凝后输入第三储罐内存储，析出CO2后的脱碳液从所述再生塔的塔釜处流出并输入S4中的脱碳塔进行循环。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，S1包括：沼气通过压缩机进行加压至4.5～7.5atm后输入脱氨塔，以将沼气中的氨气含量降低至10ppm以下，随后输入脱硫塔中，以将沼气中的硫化合物含量降低至10ppm以下，并存储于第一储罐中；所述第一换热器位于所述加热炉的顶部，水在第一换热器内加热至145～175℃以汽化为水蒸气。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，S2包括：所述多级转化反应器包括自上而下排布的第一、第二和第三转化反应器，所述第二换热器设于所述第一转化反应器和第一换热器之间，所述第二换热器将沼气和水蒸气加热至800
±
50℃并输入所述第一转化反应器进行转化反应，随后输入并在第二转化反应器内升温至1000
±
50℃进行转化反应，然后输入并在第三转化反应器内升温至1100
±
50℃进行转化反应，所述转化反应包括：
[0016]CH4+H2O＝CO+3H2；
[0017]CH4+2H2O＝CO2+4H2；
[0018]CH4+CO2＝2CO+2H2；
[0019]CH4+3CO2＝4CO+2H2O。
[0020]作为本专利技术的进一步改进，合成气自第三转化反应器输出后输入第三换热器，在所述第三换热器内与导热油换热，以将合成气的温度降至650
±
50℃。
[0021]作为本专利技术的进一步改进，S3包括：所述多级变换反应器包括第一、第二和第三变换反应器，所述合成气与水依次输入第一、第二和第三变换反应器，并在450℃的温度下进行变换反应，所述第一变换反应器和第二变换反应器之间以及第二变换反应器和第三变换反应器之间均补加水，以提高氢气的生成率；
[0022]所述变换反应包括：
[0023]CO+H2O＝CO2+H2；
[0024]CH4+CO2＝2CO+2H2；
[0025]CH4+3CO2＝4CO+2H2O。
[0026]作为本专利技术的进一步改进，混合产物自第三变换反应器输出后输入第四换热器，并在所述第四换热器内与导热油换热，以将混合产物的温度降低200℃，随后输入第一冷凝器将混合产物的温度降至100℃以下，并在分离器中进行气液分离。
[0027]作为本专利技术的进一步改进，所述加热炉内设有电加热模块，所述燃料电池为氢燃料电池，部分氢气输入所述燃料电池进行发电，并将产生的部分电能输送至电加热模块，以对加热炉进行加热，其余电能能够向外输出，以对外界进行供电。
[0028]作为本专利技术的进一步改进，所述再生塔的塔釜与再沸器连接，以对脱碳液进行加
热，并使得CO2从脱碳液中析出。
[0029]作为本专利技术的进一步改进，本方法中通过导热油传递热量，油罐中的导热油流出并与所述合成气以及所述混合产物进行换热，以提高导热油的温度，所述导热油流入所述再沸器与所述脱碳液进行换热，以加热所述脱碳液，随后流入第五换热进行降温并将降温后的导热油输入油罐进行循环。
[0030]作为本专利技术的进一步改进，本方法中通过冷凝水进行降温冷凝，水罐中的冷凝水流出并对所述混合产物、所述第二冷凝器中的CO2以及第二换热器中的导热油进行冷却，随后输入空冷机进行降温后输入水罐中进行循环。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种撬装型自给式沼气发电方法，其特征在于，包括：S1、对沼气进行脱氨脱硫处理后存储于第一储罐中，将水输入位于加热炉内的第一换热器中进行加热并汽化为水蒸气；S2、所述加热炉内设有第二换热器和多级转化反应器，所述第一储罐中的沼气与水蒸气混合并输入所述第二换热器进行加热，随后输入所述多级转化反应器进行转化反应，以得到合成气，并对所述合成气进行降温，所述多级转化反应器为微通道反应器；S3、合成气与水混合并输入多级变换反应器进行变换反应，以得到混合产物，对所述混合产物进行冷却并进行气液分离，所述多级变换反应器为微通道反应器；S4、分离后的液体水输入S3中与合成气混合并循环，分离后的变换气输入脱碳塔与脱碳液充分接触，以将变换气中的CO2脱除，剩余气体从所述脱碳塔的顶部输出并输入膜分离塔，将剩余气体中的H2与余气进行分离，H2输入第二储罐中进行储存，余气输入S3与合成气和液体水混合并循环；S5、将第二储罐中的部分H2输入燃料电池进行发电，并将电能传输至加热炉以对加热炉进行加热；S6、所述脱碳液从所述脱碳塔的塔釜流出并输入再生塔，以将所述脱碳液内的CO2析出，所述再生塔的塔顶处设有第二冷凝器，以将气态CO2冷凝后输入第三储罐内存储，析出CO2后的脱碳液从所述再生塔的塔釜处流出并输入S4中的脱碳塔进行循环。2.根据权利要求1所述的撬装型自给式沼气发电方法，其特征在于，S1包括：沼气通过压缩机进行加压至4.5～7.5atm后输入脱氨塔，以将沼气中的氨气含量降低至10ppm以下，随后输入脱硫塔中，以将沼气中的硫化合物含量降低至10ppm以下，并存储于第一储罐中；所述第一换热器位于所述加热炉的顶部，水在第一换热器内加热至145～175℃以汽化为水蒸气。3.根据权利要求1所述的撬装型自给式沼气发电方法，其特征在于，S2包括：所述多级转化反应器包括自上而下排布的第一、第二和第三转化反应器，所述第二换热器设于所述第一转化反应器和第一换热器之间，所述第二换热器将沼气和水蒸气加热至800
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50℃并输入所述第一转化反应器进行转化反应，随后输入并在第二转化反应器内升温至1000
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50℃进行转化反应，然后输入并在第三转化反应器内升温至1100
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50℃进行转化反应，所述转化反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎汉生，王振，王素峰，张耀远，吴芹，史大昕，陈康成，魏崧，胡子恒，
申请(专利权)人：北京微通道科技有限公司，
类型：发明
国别省市：