[發明專利]利用電解水技術實現沼氣電化學提純制取生物天然氣的系統及方法

在審

• 申請號: 201910541764.4
• 申請日: 2019-06-21
• 公開（公告）號: CN110272770A
• 公開（公告）日: 2019-09-24
• 發明（設計）人: 曾慶;胡強;林今;孫小毛;龔靖博
• 申請（專利權）人: 清華四川能源互聯網研究院
• 主分類號: C10L3/08
• 分類號: C10L3/08;C10L3/10
• 代理公司: 浙江永鼎律師事務所 33233
• 代理人: 陸永強

本發明提供了一種利用電解水技術實現沼氣電化學提純制取生物天然氣的系統及方法。它包括沼氣發生機構，沼氣發生機構連接氣體混合器的第一氣體入口，氣體混合器的第二氣體入口連接氫氣發生機構，氣體混合器的氣體出口連接甲烷化裝置，甲烷化裝置通過第一換熱器連接第一氣液分離器，第一氣液分離器連接第一水箱和天然氣儲罐，第一水箱通過第一換熱器連接沼氣池，沼氣發生機構包括沼氣池，沼氣池連接沼氣儲罐，沼氣儲罐連接沼氣凈化組件，沼氣凈化組件連接氣體混合器的第一氣體入口。本發明將沼氣經過凈化、甲烷化后，將沼氣中絕大多數CO₂轉化為CH₄，實現沼氣的凈化提純，得到高熱值的生物天然氣。

技術領域

本發明屬于沼氣回收利用領域，涉及一種利用電解水技術實現沼氣電化學提純制取生物天然氣的系統及方法。

背景技術

沼氣的主要成分是甲烷。沼氣由50％-80％甲烷(CH₄)、20％-40％二氧化碳(CO₂)、0％-5％氮氣(N₂)、小于1％的氫氣(H₂)、小于0.4％的氧氣(O₂)與0.1％-3％硫化氫(H₂S)等氣體組成。由于沼氣含有少量硫化氫，所以略帶臭味，其特性與天然氣相似。沼氣的主要成分甲烷是一種理想的氣體燃料，它無色無味，與適量空氣混合后即會燃燒，每立方米純甲烷的發熱量為34000千焦，每立方米沼氣的發熱量約為20800－23600千焦。即1立方米沼氣完全燃燒后，能產生相當于0.7千克無煙煤提供的熱量。與其它燃氣相比，其抗爆性能較好，是一種很好的清潔燃料。

但由于沼氣中含有20％-40％的二氧化碳，使其燃燒值降低，另一方面，二氧化碳的存在，使沼氣不易儲存也不易運輸。中國專利文獻公開了一種利用沼氣制液化天然氣的系統[申請號： 201720951628.9]，包括：壓縮機，與沼氣氣源通過管道連接；用于對壓縮后的沼氣分離處理的二氧化碳膜分離裝置，與壓縮機通過管道連接；用于對分離處理后的沼氣進行脫酸處理的脫酸塔，與二氧化碳膜分離裝置通過管道連接；用于對脫酸處理后的沼氣進行干燥處理的干燥塔，與脫酸塔通過管道連接；用于對干燥處理后的沼氣進行脫汞處理的脫汞塔，與干燥塔通過管道連接，脫汞塔通過輸出管道連接液化天然氣儲罐；用于對脫汞處理后的沼氣進行冷卻處理，使脫汞處理后的沼氣液化成液化天然氣的冷卻裝置，輸出管道經過冷卻裝置。該專利利用沼氣制液化天然氣的系統可以充分利用沼氣。然而，仔細分析，該專利采用膜分離的方法，使二氧化碳和甲烷分離，從而得到含量較高的甲烷，采用的膜是醋酸纖維，乙基纖維，聚酰亞胺膜，丙烯酸酯等低分子膜，但對于膜的道爾頓數值并未給出，本領域技術人員難以從上述給出的分離膜基礎上，對甲烷和二氧化碳進行分離；此外，分離過程中實際并沒有對二氧化碳進行處理，而是直接排放，不符合環保要求。

發明內容

本發明的目的是針對上述問題，提供一種利用電解水技術實現沼氣電化學提純制取生物天然氣的系統。

本發明的另一目的是針對上述問題，提供一種利用電解水技術實現沼氣電化學提純制取生物天然氣的方法。

為達到上述目的，本發明采用了下列技術方案：

一種利用電解水技術實現沼氣電化學提純制取生物天然氣的系統，包括沼氣發生機構，所述的沼氣發生機構連接氣體混合器的第一氣體入口，所述的氣體混合器的第二氣體入口連接氫氣發生機構，氣體混合器的氣體出口連接甲烷化裝置，甲烷化裝置通過第一換熱器連接第一氣液分離器，所述的第一氣液分離器連接第一水箱和天然氣儲罐，所述的第一水箱通過第一換熱器連接沼氣池，所述的沼氣發生機構包括沼氣池，沼氣池連接沼氣儲罐，沼氣儲罐連接沼氣凈化組件，沼氣凈化組件連接氣體混合器的第一氣體入口。