[发明专利]一种CO2

权利要求书

1.一种CO₂生物转化为甲烷的装置，其特征在于，包括物料供应系统、生物转化系统、产物分离与循环系统、物质组成分析系统，以及参数监测与调节系统，所述的生物转化系统分别连接物料供应系统、产物分离与循环系统和物质组成分析系统；

所述的物料供应系统包括供氢反应罐、CO₂储罐、除氧装置和无机盐培养基及产甲烷菌液储罐，所述的氢反应罐、CO₂储罐并联后通过除氧装置连接至生物转化系统；所述的无机盐培养基及产甲烷菌液储罐联通生物转化系统；

所述的除氧装置包括内设铜丝或铜柱外壁缠绕加热带的玻璃管，该玻璃管的温度为360℃以上，以除去CO₂中的氧气，另外，被氧化的铜丝或铜柱采用通入氢气的办法还原；

所述的生物转化系统包括反应罐、通气装置和气液出入口，所述的气液出入口包括气体和液体的注入和排放口，其中，所述的通气装置为不锈钢或其他惰性材质的螺旋状气管或者多层的圆盘，气管或圆盘的壁上设有多个微小的孔洞，孔洞的直径为10～100μm；所述的产物分离与循环系统包括膜分离装置和除硫除湿装置，其中膜分离装置包括至少一个分离箱体，分离箱体内设有至少两个高性能膜，通过二次膜分离过程，获得甲烷并收集，非甲烷气体可循环使用；

所述的除硫除湿装置内填充有吸附剂，吸附剂包括活性炭或硅胶；所述的除硫除湿装置接收从生物转化系统排出的气体，进行脱硫除湿后进入膜分离装置；

所述的物质组成分析系统包括气体流量监测与控制装置、气相色谱、液质联用；针对注入生物转化系统前、进入膜分离装置前后的气体，都由气体流量监测与控制装置在线监测并控制流量，再由气相色谱在线分析气体的组成及含量；生物转化系统内的液体由液泵排出，经由液质联用进行有机物的在线定量分析，同时，排出部分液体进行微生物组成及无机组分的分析；

所述的参数监测与调节系统分别连接物料供应系统、生物转化系统、产物分离与循环系统和物质组成分析系统；

所述的参数监测与调节系统包括参数监测与反控装置、液罐、液泵和阀门，其中，参数监测与反控装置测量个反应参数，反应参数包括但不仅限于温度、pH、氧化还原电位，当反应参数超出允许的变化范围，启动反控装置进行调节；参数监测与调节系统监测的温度变化±3℃，启动控温装置调节；pH变化±1.0，可反控液泵和阀门注入盐酸/氢氧化钠溶液；氧化还原电位变化20mV，可反控液泵和阀门注入硫化钠溶液；根据物质组成分析结果，可反控液泵和阀门，更换无机盐培养基进行连续培养。

2.一种根据权利要求1所述的CO₂生物转化为甲烷的装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)打开CO₂储罐开关和除氧装置，用CO₂冲扫生物转化系统、产物分离与循环系统，达到除氧的目的；

(2)向生物转化系统中的反应罐注入无机盐培养基及产甲烷菌液，打开供氢反应罐和CO₂储罐的阀门，经由通气装置在反应罐内的液相中泵入气体；

(3)由反应罐的控温装置设置培养温度，进行培养反应；

(4)打开反应罐的气体出口阀门，由气泵排出顶空的混合气体；

(5)混合气体经除硫除湿装置后，被泵入膜分离装置进行分离，收集终产物甲烷于储罐，非甲烷气体重新循环进入反应罐，过程中在线监测气体的流量、组成及含量；

(6)反应过程中，打开反应罐的液相出口阀门，由液质联用在线定量分析液相有机物组成，同时，取样分析微生物及无机物组成；

(7)通过参数监测与调节系统在线监测反应参数，并进行系统调节。

3.根据权利要求2所述的CO₂生物转化为甲烷的装置的使用方法，其特征在于，步骤(2)中所述的产甲烷菌包括但：甲烷微菌目(Methanomicrobiales)、甲烷杆菌目(Methanobacteriales)、甲烷球菌目(Methanococcales)或甲烷胞菌目(Methanocellales)；

步骤(2)中所述的产甲烷菌液接种量为10～25％；

步骤(2)中所述的无机盐培养基中添加聚丙烯酰胺，浓度30～100ppm；

步骤(3)中所述的培养温度为25～60℃。