[實用新型]一種二氧化碳和氫氣生物甲烷化的裝置

有效

• 申請號: 201520080113.7
• 申請日: 2015-02-05
• 公開（公告）號: CN204589159U
• 公開（公告）日: 2015-08-26
• 發明（設計）人: 蘇有勇;李珍;李思梅;廖小華;馬汶絹;李關艷
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C12M1/107
• 分類號: C12M1/107
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種二氧化碳和氫氣生物甲烷化的裝置，屬沼氣發酵領域。

背景技術

有機物在隔絕空氣保持一定水分、溫度、酸堿度等條件下，經過微生物作用轉化成沼氣的過程稱為沼氣發酵，也叫甲烷發酵。1979年，M．PBryant根據大量的科學事實，把甲烷發酵過程分為三個階段，即水解階段、酸化階段、甲烷化階段。水解是復雜的非溶解性的聚合物被轉化為簡單的溶解性的單體的過程。高分子有機物因相對分子量巨大，不能透過細胞膜，因此不能被細菌直接利用。他們首先在細菌胞外酶的水解作用下轉變為小分子物質。如纖維素被纖維素酶水解為纖維二糖與葡萄糖，淀粉被淀粉酶水解為麥芽糖和葡萄糖，蛋白質被蛋白酶水解為氨基酸和短肽等。酸化階段由產氫產乙酸菌群利用第一階段產生的各種有機酸，分解成乙酸，H₂和CO₂。產氫產乙酸菌能把含偶數碳的脂肪酸，如丁酸、己酸、辛酸等，轉化為乙酸和氫氣；把含奇數碳的脂肪酸，如戊酸和庚酸等，轉化為乙酸丙酸和氫氣。在沼氣發酵過程中，甲烷的形成是由一群高度專業細菌一產甲烷菌所引起的。產甲烷茵包括食氫產甲烷菌和食乙酸產甲烷菌，產甲烷菌代謝底物簡單，只能以H₂和CO₂、甲酸、甲醇、乙酸為底物生成甲烷。

目前發現的甲烷生物合成過程有3種途徑。第一種途徑是以乙酸為原料的甲烷生物合成，第二種是以氫、二氧化碳為原料的生物合成途徑，第三種是以甲基化合物為原料的生物合成途徑，如甲醇，甲基胺，甲基硫等。目前發現的產甲烷菌產生甲烷多是以二氧化碳還原方式生成的。從總的來看，厭氧發酵反應可分為產酸反應和產甲烷反應兩個階段，反應式如下：

(1)?由醇和二氧化碳形成甲烷

2CH₃CH₂OH+CO_2???????2CH₃COOH+CH₄

(2)?由揮發酸形成甲烷

2CH₃CH₂CH₂COOH+2H₂O+CO₂??????4CH₃COOH+CH₄

(3)二氧化碳被還原生成甲烷

CO₂+4H₂??????CH₄+H₂O

從以上三類反應方程式可以看出，CO₂在厭氧發酵產沼氣的過程中作為必不可少的原料對沼氣中的CH₄含量起決定性作用，而沼氣中有效成分為CH₄，目前厭氧發酵產生CH₄的占總氣體體積的百分之60%左右。如何有效提高沼氣中CH₄的含量是目前CH4發酵過程中面臨的難題。此外大氣中CO₂的含量的持續走高，已經帶來一些不好影響，各國都在積極減少CO₂排放量，同時尋找有效手段固定已排放的CO₂。

沼氣發酵，是可再生資源開發和利用的重要途徑，在沼氣發酵過程中，為產甲烷菌額外提供一定配比的CO₂和H₂在厭氧條件下合成CH₄，一方面可以提高沼氣中的CH₄含量為實現戶用沼氣的??有效利用提供基礎，另一方面外加CO₂來源廣，可以是富含CO₂的高爐工業尾氣，或者發電廠排放氣體及其他含CO₂較多的尾氣，這些CO₂在產甲烷菌作用下，轉化成CH₄減少了排放到大氣中CO₂的，在一定程度上緩解溫室效應的加劇。

發明內容