[發(fā)明專利]由生物材料厭氧發(fā)酵進行生物氣提質(zhì)和產(chǎn)氫的方法和設備

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780055785.4
• 申請日: 2017-07-07
• 公開（公告）號: CN110035974A
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發(fā)明（設計）人: A·拉黑姆;J·邁耶;B·安德森;N·迪圭里奧;O·烏里比爾格
• 申請（專利權(quán)）人: ZEG動力股份公司
• 主分類號: C01B3/34
• 分類號: C01B3/34;C12P5/02
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 王長青

在生產(chǎn)富能氣體甲烷(24)和/或氫(16,26)時由生物材料厭氧發(fā)酵進行生物氣提質(zhì)及產(chǎn)氫的方法和設備。所述方法包括向發(fā)酵步驟(50)加入氫氣以增加所產(chǎn)生的粗生物氣(12)中甲烷：CO₂的比。在無在先分離CO₂的情況下使至少部分粗生物氣經(jīng)受吸收強化的重整步驟(70)，其中應用CaO作為吸收劑捕獲粗生物氣中的CO₂以及重整反應釋放出的CO₂。在吸熱反應(80)中應用至少部分由待提質(zhì)生物氣直接或間接提供的熱再生CaO，從而產(chǎn)生基本純的氫(15)和基本純的CO₂(23)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及權(quán)利要求1的前序部分公開的在生產(chǎn)選自甲烷和氫的富能氣體時進行生物材料厭氧發(fā)酵的方法，還涉及權(quán)利要求12的前序部分公開的實施所述方法的設備。

背景技術(shù)

生物氣可以由生物可降解材料如糞便、廢水和污水、污泥、城市廢物、綠色廢物、植物材料和農(nóng)作物的厭氧消化(AD)或發(fā)酵產(chǎn)生。生物氣主要包含甲烷(CH₄)和二氧化碳(CO₂)以及少量的硫化氫(H₂S)、水分和硅氧烷。

如果厭氧產(chǎn)生的生物氣被用作運輸燃料(車用級)，其首先必須提質(zhì)以脫除雜質(zhì)和增加其熱值(發(fā)熱值)。這類提質(zhì)步驟包括干燥、脫硫和CO₂脫除。取決于系統(tǒng)的位置和大小，CO₂分離通常通過水洗、應用有機溶劑的物理或化學吸收、變壓吸附或應用膜的滲透實施。

在Group Exhibit 2015 Hydrogen Fuel Cells Batteries,April 14,2015)的演講(也記錄在Elsevier Ltd.出版的Energia Procedia 63(2014)279-285)中，給出并討論了所謂的生物-ZEG甲烷裝置，包括應用固體氧化物燃料電池和應用CaO作CO₂清除劑。但其中沒有提到應用含CO₂的粗生物氣作為這種方法的原料來源。

US 2015 0284247 A1教導了一種用于生產(chǎn)高純氣的設備，所述設備包括構(gòu)造用于通過催化反應脫除副產(chǎn)品的吸收強化反應(SE-SMR)的塔。所述塔被劃分為多個區(qū)，各區(qū)具有降低比例的催化劑和增加比例的吸收劑。

US 2013 011326 A1和DE 19 946 381 A1是該技術(shù)領(lǐng)域的其它出版物。

但應用生物氣的一個主要缺點和挑戰(zhàn)是需要提質(zhì)至生物甲烷，以使其質(zhì)量可用作(生物)氣車輛燃料或作為氫燃料電池電動車(FCEV)的能源。來自食物廢物(或其它來源如糞便和廢水)處理設施的生物氣通常包含55-65％的CH₄和35-45％的CO₂。提質(zhì)(CO₂脫除)將消耗能量和使整個系統(tǒng)增加大量成本(Luo and Angelidaki,2012)。因此，需要找到一種新的、更有效和成本更低的方法來用于提質(zhì)厭氧產(chǎn)生的生物氣，例如直接用作機車燃料，和用作氫燃料電池電動車中應用的產(chǎn)氫源。

但在該領(lǐng)域仍需要進一步的改進，以使通過消化有機廢物產(chǎn)生的燃料作為機車燃料具有競爭力。

這在某種程度上可以通過減少CO₂含量和增加甲烷含量實現(xiàn)，通過向厭氧消化(AD)過程中加入氫，從而將甲烷含量增加至約80％。

發(fā)明目的

因此，本發(fā)明的主要目的是開發(fā)一種新的和成本有效的方法，該方法可基于濕有機底物的厭氧消化生產(chǎn)車用級燃料，同時捕集CO₂或沒有負面的氣候影響。

發(fā)明內(nèi)容

上述目的通過權(quán)利要求1定義的本發(fā)明的方法實現(xiàn)。

按另一個方面，本發(fā)明涉及權(quán)利要求12定義的實施本發(fā)明方法的設備。