二氧化碳化学吸收耦合同步生物解吸转化的方法技术

本发明专利技术涉及环境保护技术领域，公开一种二氧化碳化学吸收耦合同步生物解吸转化的方法

【技术实现步骤摘要】
二氧化碳化学吸收耦合同步生物解吸转化的方法、系统及应用


[0001]本专利技术涉及环境保护
，具体地，涉及一种二氧化碳化学吸收耦合同步生物解吸转化的方法
、
系统及应用
。

技术介绍

[0002]二氧化碳
(CO2)
是形成温室效应的主要气体，为应对气候变化和促进可持续发展，对烟气中
CO2进行捕集利用成为能源化工行业实现低碳目标的重要技术手段之一
。
[0003]化学吸收法是目前最为成熟和有望实现大规模商业化推广应用的
CO2捕集技术，但其面临吸收剂再生能耗高的问题
。
目前，捕集后的
CO2驱油与地质封存是
CO2非转化利用的一种主要途径，因其能产生较好的经济效益，在国内外应用较广泛
。
然而，在
CO2地质封存全过程中可能存在
CO2逃逸及潜在的环境影响
、
风险
。
近年来，
CO2转化利用开始受到广泛关注
。CO2转化利用的主流技术主要有热转化
、
电化学转化
、
光催化
、
酶催化和生物转化等
。
其中，大部分都属于纯化学催化过程，转化速率高，但对催化剂要求较高，目前面临着选择性差和运行成本高等问题
。
生物转化以微生物作为催化剂，可在温和条件下高选择性地实现
CO2转化，与其他技术相比，具有如下独特优势：
①
运行成本低；
②
操作条件温和；
③
共存杂质适应性强；
④
绿色
、
可持续
。CO2生物转化将
CO2作为能源载体，能同步实现
CO2利用与间歇性可再生电能存储利用，在能源
、
气候变化和环保领域内都起到重要作用
。CO2生物转化的产物主要包括甲烷
(CH4)、
酸类
、
醇类等能源物质或化学品
。
其中，以
CH4为目标产物具有产品易分离和适用性高等优点，可补充天然气供需缺口，为我国天然气困境提供一种长远且可持续的解决方案
。
然而，
CO2生物甲烷化速率偏低限制了其进一步推广应用
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了克服现有技术的存在
CO2生物甲烷化速率低的问题，提供一种二氧化碳化学吸收耦合同步生物解吸转化的方法
、
系统及应用，该方法通过将
CO2生物转化过程与传统化学吸收过程进行耦合，并结合颗粒型厌氧生物膜与膜曝气技术，不仅能提高
CO2生物转化速率，而且还能低成本实现吸收剂生物解吸与再生
。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种二氧化碳化学吸收耦合同步生物解吸转化的方法，其特征在于，所述方法包括：
[0006]S1、
含有
CO2的混合气体与吸收剂进行第一接触，得到脱除
CO2后的混合气体和吸收剂吸收
CO2后生成的吸收液；
[0007]S2、
在颗粒型生物膜的存在下，将所述吸收液与
H2进行第二接触，得到
CH4和再生吸收剂；
[0008]S3、
所述再生吸收剂循环至步骤
S1
中进行再利用
。
[0009]本方面第二方面提供一种二氧化碳化学吸收耦合同步生物解吸转化的装置，其特征在于，所述装置包括：化学吸收柱1和生物反应器2；
吸收，产生的吸收液在生物反应器内，在
H2的存在下，颗粒型生物膜促使吸收液中碳酸氢盐解离生成
CO2和碳酸盐，生成的
CO2与
H2接触进一步被转化为
CH4，最终使吸收液再生，得到再生吸收剂，完成生物解吸过程；最后，再生吸收剂返回至步骤
S1
中再次利用
。
[0030]本专利技术中，所述方法通过吸收剂直接对含有
CO2的混合气体进行碳捕集，并通过颗粒型生物膜进行转化解吸，操作过程简单
、
对含有
CO2的混合气体中的杂质适应性高
。
[0031]本专利技术中，专利技术人发现，颗粒型生物膜内的微生物会在实际运行中利用营养液
、H2和
CO2进行代谢增殖，能够提高
CO2解吸效率
。
如果不是以“颗粒型生物膜”这种形态存在的话，很容易从生物反应器内流失
。
[0032]本专利技术中，所述逆流接触为能够使得含有
CO2的混合气体与吸收剂接触更均匀充分，提高吸收效率
。
[0033]本专利技术中，对所述含有
CO2的混合气体种类没有特别的限定，例如本专利技术实施例采用的为烟气，所述烟气组成为
10
‑
20vol
％
CO2，
75
‑
85vol
％
N2，5‑
15vol
％
O2。
[0034]所述吸收剂中含有微生物营养液
。
[0035]根据本专利技术，所述微生物营养液包含：1‑
20g/L
的无机盐
、1
‑
10mg/L
的微量元素和
0.1
‑
0.5mg/L
的维生素
。
[0036]根据本专利技术，所述无机盐含有能够提供铵根离子
、
钠离子
、
镁离子
、
钙离子
、
碳酸根离子
、
碳酸氢根离子
、
硫酸根离子
、
磷酸一氢根离子和磷酸二氢根离子的无机盐
。
[0037]本专利技术中，专利技术人发现，将所述无机盐优选分为
A1、A2、A3
三种母液进行配制能够获得更好的效果，具体地，母液
A1
含有铵根离子
、
钠离子
、
镁离子和钙离子，母液
A2
中含有磷酸一氢根离子和磷酸二氢根离子
、
母液
A3
中含有硫酸根离子
。
在配制微生物营养液时，每种母液只取少量，再进行稀释，就能够避免同时混合配制无机盐溶液过程中发生反应的情况，如硫酸钠与氯化钙会生成硫酸钙，形成沉淀，不利微生物利用
。
[0038]其中，
A1、A2、A3
仅是对母液进行命名，并非对其限制
。
[0039]进一步地，将含有碳酸根和碳酸氢根的盐命名为无机盐
A4
，但不以配制母液的方式投加，而是在配制微生物营养液的时候直接投加例如碳酸钠和碳酸氢钠固体，能够提高所述吸收液对
CO2的吸收能力...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种二氧化碳化学吸收耦合同步生物解吸转化的方法，其特征在于，所述方法包括：
S1、
含有
CO2的混合气体与吸收剂进行第一接触，得到脱除
CO2后的混合气体和吸收剂吸收
CO2后生成的吸收液；
S2、
在颗粒型生物膜的存在下，将所述吸收液与
H2进行第二接触，得到
CH4和再生吸收剂；
S3、
所述再生吸收剂循环至步骤
S1
中进行再利用
。2.
根据权利要求1所述的方法，其中，所述吸收剂包含微生物营养液；优选地，所述微生物营养液包含：1‑
20g/L
的无机盐
、1
‑
10mg/L
的微量元素和
0.1
‑
0.5mg/L
的维生素；优选地，所述第一接触为逆流接触
。3.
根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述无机盐含有能够提供铵根离子
、
钠离子
、
镁离子
、
钙离子
、
碳酸根离子
、
碳酸氢根离子
、
硫酸根离子
、
磷酸一氢根离子和磷酸二氢根离子的无机盐；优选地，所述微量元素含有铁
、
硼
、
锌
、
铜
、
锰
、
钼
、
镍
、
钴和硒元素；优选地，所述维生素选自维生素
H
和维生素
B
群
。4.
根据权利要求1‑3中任意一项所述的方法，其中，所述吸收剂的
pH
为8‑
11
，优选为
10
‑
11。5.
根据权利要求1‑4中任意一项所述的方法，其中，所述颗粒型生物膜为颗粒型厌氧生物膜；优选地，所述颗粒型厌氧生物膜的粒径为1‑
4mm
，优选为2‑
3mm。6.
一种二氧化碳化学吸收耦合同步生物解吸转化的装置，其特征在于，所述装置包括：化学吸收柱
(1)
和生物反应器
(2)
；所述化学吸收柱
(1)
用于将来自化学吸收柱
(1)
下部的含有
CO2的混合气体与来自化学吸收柱
(1)
上部的吸收剂进行第一接触，得到脱除
CO2后的混合气和吸收剂吸收
CO2后生成的吸收液；所述生物反应器
(2)
中设有颗粒型生物膜和膜曝气组件
(4)
；所述生物反应器
(2)
的上部入口与所述化学吸收柱
(1)
的下部出口连通，用于将所述吸收液与
H2和颗粒型生物膜进行第二接触，得到
CH4和再生吸收剂；所述生物反应器
(2)
分为
N
个隔室，
N
取3‑8的整数；所述再生吸收剂循环至化学吸收柱
(1)
中进行再利用
。7.
根据权利要求6所述的装置，其中，所述装置还包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴长江，徐恒，张新妙，栾金义，何绪文，苗佳慧，魏玉梅，
申请(专利权)人：中石化北京化工研究院有限公司中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：