一种生物燃气中二氧化碳高值利用方法技术

本发明专利技术提供了一种生物燃气中CO2高值利用方法。预处理后的原料经厌氧发酵后，产生由CO2和CH4为主要成分的混合气体，混合气体输送到光照生物反应器内，光照生物反应器内的藻类利用混合气体中CO2作为生长所需的碳源和能源，同时附着在自养型微生物燃料装置中的生物阳极上的藻类将呼吸代谢产生的电子通过外电路输出到达空气阴极，并在催化剂作用下反应产生电流，所产生的电可用于光照生物反应器所需的光照系统电源。而藻类则可以通过进一步的利用用作厌氧发酵的原料或用于提取高附加值物质。生物燃气经过光照生物反应器和微生物燃料电池的利用后降低了其中的CO2含量，并提高了CH4含量。本发明专利技术提高整个系统的能源转化效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物燃气中二氧化碳的利用，尤其是二氧化碳的藻类吸收利用及自养型生物燃料电池产电的资源循环及能源转化领域。
技术介绍
在生物燃气成分中甲烷含量为55% 70%、二氧化碳含量为观％ 44%。通过去除CO2可以提高单位体积气体的能量值，此外，去除(X)2也可以提高沼气品质，用作甲烷汽车燃料。当前，从沼气中去除(X)2以使沼气达到汽车燃料的标准或者达到输入天然气网的质量标准，共有4种不同的工艺在工业中常用。(1)水洗工艺因为CO2和H2S在水中的溶解度比甲烷大，所以水洗不但可以去除CO2还可以去除 H2S,此吸收过程是纯粹的物理反应。通常沼气通过压缩后从吸收柱底部进入，水从顶部进人进行反相流动吸收。因为H2S在水中的溶解度比CO2大，所以水洗也可以去除H2S。吸收了(X)2和H2S的水可以再生循环使用，可以在吸收柱中通过减压或者用空气吹脱再生，当水中的H2S浓度比较高的时候，一般不推荐使用空气吹脱，因为水很快又会被硫污染。如果有废水可以利用，不推荐对水进行再生。(2)聚乙二醇洗涤工艺聚乙二醇洗涤和水洗一样也是一个物理吸收过程。Selexol是一种溶剂的商品名， 主要成份为二甲基聚乙烯乙二醇(DMPEG)。和在水中一样，CO2和H2S在Selexol中的溶解度比甲烷大，不同之处是(X)2和吐3在％1^01中溶解度比水中大，这样所需％16101的量也会减少，更加经济和节能。另外，水和卤化烃(填埋场沼气中的成份)也可以用Selexol 洗涤去除。Selexol可以再生重复使用，可以使用水蒸汽或者惰性气体(净化后的沼气和天然气)吹脱klexol中的元素硫，但是不推荐使用空气。(3)碳分子筛工艺分子筛在分离沼气中特定的气体组分上是一种非常好的产品。通常分子被松散地吸附在炭孔隙中，并且可以析出。通过不同的网孔大小或者压力可进行选择性的吸收。当压力减小时，分子筛中吸收的化合物组分会释放出来。所以这个过程常常被称作“变压吸附”(PSA)。可以用焦炭制作富有微米级孔隙结构的分子筛净化沼气。(4)膜分离工艺膜法分离主要有两种方法，一种是膜的两边都是气相的高压气体分离；另一种是通过液体吸收扩散穿过膜的分子的低压气相一液相吸收分离。高压气相分离压缩到36X IO5Pa的沼气首先通过活性炭床以去除卤化烃和H2S, 接着便通人滤床和加热器。膜是由醋酸纤维素制成，可以用来分离像CO2、水蒸汽和残留的 H2S等极性分子，它有一定的选择性，即在不同的区域吸收和C02，但不能分离甲烷中的 N2。膜可以持续使用三年.在使用一年半后，因为萎缩的缘故，膜的渗透性会减少30%。气相一液相吸收膜分离气相一液相吸收膜工艺最近才被用在沼气净化上，其实\质是沼气中的和CO2分子穿过一个多孔的疏水膜在液相中被吸收去除。CO2可以通过胺溶液作液相去除，胺溶液可以通过加热再生，释放处纯净的(X)2可作工业应用。可见，以上方法中生物燃气中CO2的去除多以吸附为主，而未达到(X)2的循环利用。利用生物的光合作用吸收固定CO2技术，由于不需要捕集分离CO2，安全性高，技术基本成熟，而且还可以在(X)2利用过程中获取具有经济价值的副产品，是目前具有发展前景的技术之一。微藻吸收CO2后通过光合作用，可有效转化成碳水化合物(糖类)、氢和氧。 由于微藻具有光合速率高、繁殖快、环境适应性强、处理效率高以及易与其它工程技术集成等优点，已针对藻类在烟气中(X)2的脱除性能进行了大量的研究，如^iler等在1995年研究了微藻对化石燃料火电厂所排放出的烟气中的CO2的吸收和利用(Zeiler，1995, The use of microalgae for assimilation and utilization of carbon dioxide from fossil fuel-fired power plant flue gas.)。微生物燃料电池(MFCs)是一种利用微生物的催化，将储存于有机物的化学能转换为电能的装置。由于其可在进行生物代谢时同时产生电能，引起了研究学者们广泛的兴趣。北京科技大学的冯雅丽等证实以小球藻构建微生物燃料电池是可行的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，通过对生物燃气中 CO2的吸收及利用，形成CO2的多循环利用和能源转化，将生物燃气净化、CO2吸收、藻类培养及生物燃料电池产电集成为一体化的方法，提高系统的经济、社会和环境效益。本专利技术主要是通过藻类的呼吸代谢吸收利用生物燃气中的CO2，并利用微生物燃料电池利用呼吸代谢过程中产生的电子从而产生电流，以此通过藻类的生长实现了(X)2的吸收，净化生物燃气，并通过微生物燃料电池提高整个系统的能源转化效率。本专利技术的具体技术方案如下，如图1所示，包括如下步骤(1)原料预处理对生物质原料进行除杂、破碎处理，采用现有技术预处理。所述预处理的现有技术指现有技术中对原料进行厌氧发酵前预处理的技术手段。调节原料液的pH至7. 0左右。(2)厌氧发酵对处理后的原料采用现有技术进行厌氧发酵以得到(X)2和CH2混合气体。所述厌氧发酵，通过水解、产酸和产甲烷三个主要阶段，使原料转化为以ω2和CH4为主要成分的混合气体。(3)光照生物反应将步骤(2)得到的混合气体输送到光照生物反应器内，并以混合气体中(X)2为光照生物反应器内的藻类生长所需的碳源和能源；(4)自养型微生物燃料装置发电与光照生物反应器相结合设置自养型微生物燃料装置，由附着在阳极上的藻类构成生物阳极，生物阳极、外电路、空气阴极组成微生物燃料电池系统回收电能。其中的生物阳极传递藻类呼吸代谢产生的电子，通过外电路输出电子到达空气阴极，并在Pt催化剂作用下反应产生电流。(5)生物燃气经过光照生物反应器和微生物燃料电池的利用后降低了其中的CO2含量，并提高了 CH4含量。可排出备用。上述步骤还可以有以下补充光照生物反应器内的藻类可选用绿藻门的小球藻，其生长后可用作厌氧发酵的原料或用于提取高附加值物质。自养型微生物燃料装置所产生的电可用于光照生物反应器所需的光照系统电源。 所述的光照生物反应器中的藻类在进行自身代谢时可同时利用由藻类生物阳极、外电路、 空气阴极所组成的微生物燃料电池系统回收电能。所述的光照生物反应器的光照系统所需电能可来源于微生物燃料电池系统所回收电能，实现光照系统电能的自给自足。本专利技术中，光照生物反应器和微生物燃料电池的设计均可采用现有技术。生物燃气经过光照生物反应器和微生物燃料电池的利用后降低了其中的CO2含量，并提高了 014含量。本专利技术与常规的生物燃气中(X)2吸收利用技术不同，由于本专利技术中生物燃气中的 CO2可用于藻类的生长繁殖，本专利技术在不影响CH2含量的同时提高了 CO2的利用效率，并在此过程中回收电能用于系统自身所需的电能，其提高了系统的物质流和能量流的转化效率。附图说明图1是本专利技术的工艺流程图。 具体实施例方式下面结合实施例对本专利技术的内容做进一步说明。实施例1 :以能源草为原料的厌氧发酵与(X)2高值利用系统(1)能源草的预处理将刈割后的能源草用破碎机将原料粉碎，使原料的长度在 l-2cm之间，将粉碎的原料用2%浓度碱50°C处理他，碱法可中和产酸阶段产生的酸，调节原料液的pH至7. 0左右，可在一定程度上避免酸过度积累所导致的本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种生物燃气中ＣＯ２高值利用方法，其特征在于包括如下步骤：（１）原料预处理：对生物质原料进行除杂、破碎处理，并进行预处理，调节原料液的ｐＨ至７．０左右，；（２）厌氧发酵：对处理后的原料进行厌氧发酵以得到ＣＯ２和ＣＨ２混合气体；（３）光照生物反应：将步骤（２）得到的混合气体输送到光照生物反应器内，并以混合气体中ＣＯ２为光照生物反应器内的藻类生长所需的碳源和能源；（４）自养型微生物燃料装置发电：与光照生物反应器相结合设置自养型微生物燃料装置，由附着在阳极上的藻类构成生物阳极，生物阳极、外电路、空气阴极组成微生物燃料电池系统回收电能；（５）经光照生物反应器和微生物燃料电池处理后降低了ＣＯ２含量的生物燃气排出备用。

【技术特征摘要】
1.一种生物燃气中(X)2高值利用方法，其特征在于包括如下步骤(1)原料预处理对生物质原料进行除杂、破碎处理，并进行预处理，调节原料液的PH 至7.0左右，；(2)厌氧发酵对处理后的原料进行厌氧发酵以得到(X)2和CH2混合气体；(3)光照生物反应将步骤(2)得到的混合气体输送到光照生物反应器内，并以混合气体中(X)2为光照生物反应器内的藻类生长所需的碳源和能源；(4)自养型微生物燃料装置发电与光照生物反应器相结合设置自养型微生物燃料装置，由附着在阳极上的藻类构成生物阳极，生物阳极、外电...

【专利技术属性】
技术研发人员：李连华，孙永明，李东，孔晓英，袁振宏，王忠铭，杨改秀，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：81