[發(fā)明專利]一種簡易制取高質(zhì)量生物甲烷的方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201810069047.1
• 申請日: 2018-01-24
• 公開（公告）號: CN108265081A
• 公開（公告）日: 2018-07-10
• 發(fā)明（設計）人: 江皓;郝文川;丁江濤;李葉青;徐泉;周紅軍
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（北京）
• 主分類號: C12P5/02
• 分類號: C12P5/02;C12R1/01
• 代理公司: 北京紀凱知識產(chǎn)權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢;趙靜

本發(fā)明提供了一種生物轉(zhuǎn)化制取高質(zhì)量生物甲烷的方法。該方法包括下述步驟：首先，在反應器中富集氫營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷古菌，使其表現(xiàn)出良好的食氫產(chǎn)甲烷能力；在此基礎上，通過裝置控制臺對反應器進行操作，使裝置能夠在中溫下，僅需要控制裝置的進氣量、進氣比以及轉(zhuǎn)速的條件下制取高質(zhì)量的生物甲烷。該過程不需要加入任何其他營養(yǎng)物質(zhì)或者營養(yǎng)液。為實現(xiàn)生物甲烷入天然氣基礎設施提供一種思路。

技術領域

本發(fā)明涉及一種簡易制取高質(zhì)量生物甲烷的方法。

背景技術

近幾十年來，伴隨著能源需求越來越大以及環(huán)境問題日益突出，傳統(tǒng)能源的開采量以及利用方式發(fā)生了巨大的變化，新型可再生清潔能源的開發(fā)及利用也逐漸受到人們的關注。

生物質(zhì)能是一種清潔的可再生能源，利用厭氧發(fā)酵技術可將生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化成為沼氣，其中包括50％至70％的甲烷、30％至50％的二氧化碳及少量其它氣體雜質(zhì)。

沼氣中甲烷純度不夠會導致其能量密度低，不能進入國家天然氣管道網(wǎng)絡設施。目前有三種方法可以降低厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣中的二氧化碳含量：1.采用后續(xù)技術對沼氣中的二氧化碳進行脫除；2.采用后續(xù)技術將沼氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)化成為甲烷；3. 向沼氣發(fā)酵裝置中加入外源氫氣，直接將沼氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)化成為甲烷，實現(xiàn)沼氣原位提純化技術。厭氧發(fā)酵過程分為水解階段、酸化階段、產(chǎn)乙酸階段和產(chǎn)甲烷階段。傳統(tǒng)厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣過程中前幾個階段耗時較長，限制了產(chǎn)沼氣的速率。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術的缺陷，本發(fā)明的目的是改善現(xiàn)有在原位對沼氣進行提純的操作，提供一種以相對簡易的裝置流程，利用氫氣和二氧化碳在厭氧條件及氫營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷古菌的作用下，通過生物轉(zhuǎn)化制取高質(zhì)量生物甲烷的方法。

本發(fā)明所提供的制取高質(zhì)量生物甲烷的方法，包括下述步驟：

(1)產(chǎn)甲烷古菌活化：將一定體積沼液加入至厭氧生物反應器中，并向其中充入N₂以置換空氣，保障嚴格的厭氧環(huán)境，待空氣置換之后，加入活化物質(zhì)，活化2-3 天，待所述厭氧生物反應器中不再產(chǎn)生沼氣，產(chǎn)甲烷古菌活化工作完成；

(2)氫營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷古菌富集：經(jīng)過產(chǎn)甲烷古菌活化后，待裝置不再產(chǎn)沼氣，向所述厭氧生物反應器中按照H₂/CO₂的體積比為1至3的比例充入H₂和CO₂進行氫營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷古菌的富集，當沼氣中甲烷含量迅速上升至60％以上時，完成氫營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷古菌的富集；

(3)穩(wěn)定產(chǎn)甲烷：經(jīng)過氫營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷古菌富集后，調(diào)節(jié)通入所述厭氧生物反應器中H₂/CO₂的體積比為2.5—4.5(優(yōu)選3.5-4.0)，即可持續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)生物甲烷；

在穩(wěn)定產(chǎn)甲烷階段如若發(fā)生以下現(xiàn)象，可通過下述方法解決：

I.pH迅速增加，乙酸含量增加迅速。該現(xiàn)象說明反應裝置中CO₂被氫氣大量消耗，CO₂緩沖體系被破壞，可在短時間內(nèi)增加CO₂注入速率，該方法對沼氣氣體成分影響極小；

II.沼氣中H₂含量增加，并有逐漸上升趨勢。可通過控制臺減少H₂注入速率，使裝置達到新的產(chǎn)氣平衡。

本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在穩(wěn)定產(chǎn)甲烷階段實際操作中進氣比并不需要嚴格按照化學反應計量比滿足H₂/CO₂值為4，因為發(fā)酵裝置需要額外的CO₂維持體系的緩沖體系以保障 pH的穩(wěn)定。本次實驗裝置最終穩(wěn)定產(chǎn)氣時實際H₂/CO₂值為3.6。本發(fā)明人證實實際操作過程中該體系處于封閉營養(yǎng)平衡狀態(tài)，內(nèi)部通過生化過程可以滿足微生物處于活躍狀態(tài)，不需要加入任何其他營養(yǎng)物質(zhì)或營養(yǎng)液成分。最終沼氣中甲烷含量穩(wěn)定在95％以上。