[发明专利]一种CO2

说明书

本发明涉及一种CO₂生物转化为甲烷的装置及方法，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。把氢气和CO₂通入生物转化系统中，由产甲烷菌在合适的厌氧条件下进行转化，监测体系中的反应参数及物质组成，根据参数定期补给物料及排出顶空；气体产物经膜分离装置最终实现甲烷的分离并收集，非甲烷气体重新循环回注于转化系统。与现有技术相比，本发明有效地实现了CO₂的长期连续资源转化，具有操作简便、条件温和、成本低、适用范围广等优点。

技术领域

本发明属于CO₂减排及资源化利用的技术领域，尤其是涉及一种CO₂生物转化为甲烷的装置及方法。

背景技术

随着全球人口和经济的高速增长，化石燃料燃烧释放的CO₂持续增加，作为大气中主要的温室气体，CO₂减排问题备受关注。如何有效地减少CO₂并实现资源转化已成为当今国际高度关注的问题之一。利用微生物将CO₂转化为天然气(甲烷)，可有效减少CO₂并再生清洁能源，具有重要的经济价值和实用价值。同时，微生物转化法既经济环保，又可以避免化学转化中反应条件苛刻、能耗高等问题，具有可行性和应用前景。产甲烷菌是一类可以厌氧转化无机或有机化合物生成甲烷的古菌，其中，氢营养型产甲烷菌可直接利用CO₂和氢气产甲烷(CO₂+4H₂→CH₄ +2H₂O)，且整个反应热力学上可自发进行。

现有技术将CO₂和氢气通入厌氧液体培养体系中，由氢营养型产甲烷菌转化产生甲烷。本发明(1)在无机盐培养基中添加聚丙烯酰胺(30～100ppm)，增大了反应气体在体系中的移动阻力，延长了其在体系中的停留时间；(2)采用低压通气方式，将气体反应物缓慢经由微孔装置(10～100μm)通入反应液中，大大减小了气泡体积；(3)采用螺旋/盘式布局，将微孔遍布反应液中，增大了反应液中气泡的密度，由以上措施，增大了细胞与微生物的接触面积，进而提高了微生物对反应气体的利用转化率。同时，现有技术采用一种膜将CO₂分离返回生物反应器，未将氢气进一步分离利用，降低了氢气的利用率。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种有效地实现了CO₂的连续资源转化与分离，并通过反应参数和产物的在线监测保证转化过程的持续运行的CO₂生物转化为甲烷的装置及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：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。该物料供应系统还包括必要的阀门和气泵。

进一步地，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。供氢反应罐其内部采用包括但不仅限于零价金属、金属氧化物、废铁渣等与水反应制氢，氢气由气泵经阀门排出到生物转化系统；CO₂储罐可使用CO₂高压钢瓶或工厂捕集的CO₂废气，由气泵经阀门排出到生物转化系统。