[发明专利]一种负碳排放生物质产沼气的系统及方法

说明书

本发明涉及一种负碳排放生物质产沼气的系统及方法，系统包括高压水塔、减压单元、供氢单元、储CO₂罐、甲烷化装置、干燥器和储甲烷罐，高压水塔设有粗沼气进料口、循环进料口、底端出料口和顶端出料口，高压水塔的顶端出料口通过管路连接干燥器，高压水塔的底端出料口通过管路连接减压单元，减压单元的出料口连接储CO₂罐，减压单元还设有与高压水塔的粗沼气进料口或循环进料口相连的回流管路，储CO₂罐与供氢单元分别连接甲烷化装置，甲烷化装置的出料口连接干燥器，干燥器的出料口连接储甲烷罐。本发明甲烷与二氧化碳分离彻底、可充分利用由清洁能源产生的废置电能，实现沼气中的碳资源的全利用。

技术领域

本发明属于碳减排及清洁能源高效利用领域，具体涉及一种负碳排放生物质产沼气的系统及方法。

背景技术

工业化以来，全球能源需求迅猛增长，而目前化石燃料占据超过70％的比例。尽管可再生能源增长潜力强劲，但未来30年中仍难撼动化石能源的主体地位。欧盟在1997年就制定和发布了《可再生能源发展战略白皮书》，规定了可再生能源在所有消费能源中的占比，而可再生能源的组成中87％为生物质沼气。生物质沼气是农林废弃有机物(秸秆、藻类、厨餐垃圾等)在厌氧环境中，于一定的温度、湿度、pH值条件下，通过微生物发酵作用，产生的一种可燃气体。它由50％-80％甲烷(CH₄)、20％-40％二氧化碳(CO₂)、0％-5％氮气(N₂)、1％的氢气(H₂)、0.4％的氧气(O₂)与0.1％-3％硫化氢(H₂S)等气体组成。化石能源的使用导致大量二氧化碳排放，占排放总量的90％以上，而由生产沼气而产生的二氧化碳也是不可忽略的。2017年全球与能源有关的二氧化碳排放量再度恢复增长，达325亿吨的历史最高点，打破了三年全球二氧化碳排放量持平的状态。CO₂浓度急剧增长，带来一系列严峻的问题，如极端天气，冰川融化和海洋酸化等，已经严重威胁到人类的生存环境。

随着社会的不断发展，能源的需求量也在持续的上涨，同时人们对环境的要求也在不断的提高，沼气作为清洁能源也越来越受到大家的关注。由于沼气含有较高浓度的CO₂和H₂S，所以需要相应的净化工艺脱除其中的杂质气体。通常沼气需要通过提纯设备进行净化分离，净化后的沼气可采用气态或液态的方式进行储存和输送。欧洲国家的沼气提纯技术较为成熟，提纯后的沼气中CH4的浓度能到达95％左右，相当于天然气的标准(优质天然气中CH4的浓度在95％以上)。

沼气生产过程中，提纯后的甲烷可用作燃料等，而二氧化碳通常直接排放，不符合低碳和可持续发展策略。将沼气生产过程中的二氧化碳捕集用于加氢转化，可以实现组合过程的二氧化碳负排放目标，是温室气体治理的有效途径，也对其它减排需求具有借鉴意义。

专利CN104003832B公开了一种从沼气中同时提纯甲烷和二氧化碳的工艺及装置系统：沼气原料经压缩机Ⅰ压缩增压后，进入预处理装置Ⅰ进行预处理；然后进入第一级中空纤维膜分离出CH₄粗品和CO₂粗品；CH₄粗品再经第二级中空纤维膜进行深度提纯，分离得到满足车用燃气标准GB18047-2000的CH₄产品；CO₂粗品再经CO₂回收装置进行提纯，分离得到满足工业二氧化碳标准GB/T6052-2011的CO₂产品，但该系统不能实现碳资源的全利用，无法实现温室气体零排放。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种负碳排放生物质产沼气的系统及方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：