[发明专利]用于合成气生物甲烷化的设备和方法

说明书

本发明涉及废物处理、热解和气化领域，并且涉及一种用于合成气生物甲烷化的设备(40)，所述设备包括：接收有机材料的热解/气化单元(12)，所述热解/气化单元(12)产生合成气；位于包括至少一种细菌群体的液浴(17)内部的至少一个膜反应器(16)，所述膜反应器(16)包括与所述液浴(17)接触的至少一根中空纤维(5)，所述至少一根中空纤维周围形成生物膜，并且来自所述热解/气化单元(12)的所述合成气流入所述至少一根中空纤维中，从而将所述合成气转化成甲烷。

技术领域

本发明涉及废物处理、热解和气化领域，并且涉及一种用于合成气生物甲烷化的设备。本发明还涉及一种用于合成气生物甲烷化的方法，并且目的在于从低甲烷潜力(methane potential)的有机材料提供甲烷。

背景技术

甲烷化包括氢气、一氧化碳和二氧化碳生成甲烷和水和/或二氧化碳的反应。当前正在开发各种甲烷化工艺，包括催化转化或生物甲烷化(来自微生物的生物催化)。

化学催化工艺昂贵并且通常需要高压和高温。通过使用生物途径在正常温度和压力下将合成气化合物转化成甲烷，可以避免这些缺点。若干研究表明，微生物能够在厌氧条件下将一氧化碳(CO)转化成甲烷(CH4)。

厌氧消化产生生物气(biogas)，这是由于原料所提供的有机固体经过生物发酵。处理复杂有机底物的消化器通常实现固体量减少30％至60％。可将消化残留物(digestate)脱水以产生通常具有20％至30％固体的饼。

但是，随原料提供的某些固体可能具有较低的甲烷潜力。例如富含木质素的固体就是这种情况。这样的有机原料具有低生化甲烷潜力。此外，有机原料可能过干(>30％的悬浮固体)，使得无法在厌氧消化器中消化。在这种情况下，可以使用热解。

热解是有机材料在高温无氧条件下的热化学分解。有机材料可以是固体或液体材料。通常，有机物质的热解产生气体和液体产物，并且留下富含碳(称为生物炭(biochar))的固体残留物。高温热解称为气化，并且主要产生合成气体。

合成气体也称为合成气，是一种包括CO、H₂、CO₂和少量CH₄的气体，它是由生物质不燃烧而通过热解或气化而发生热降解产生的。

此外，有机原料可能含有厌氧消化抑制剂或受控的化合物(regulatedcompound)，例如微污染物、PAH、PCB、芳香环(aromatic cycle)等。这些有机化合物可能降解动力学低，致使停留时间较长。因此，消化器可能体积大并且占地面积高(have animportant volume and have a high footprint)。

此外，如果将合成气注入到无限混合的消化器(也称为连续搅拌槽反应器)中，则其在液体中的质量转移可能会受到限制，需要气相的气态再循环，其进一步增加了整个工艺的复杂性。此外，在处理有机原料的消化器中，所使用的细菌群体可能并不特异于合成气的转化。

最后，在消化器的维护或停机期间，整个系统缺乏灵活性，因为不可能将合成气生物转化成甲烷。这会降低生物CH₄年产量的保证，并且存在所产生合成气不具备价值的风险。

发明内容

本发明的目的是提供一种增加消化器中生物气的甲烷含量，同时提高有机原料的转化率的解决方案(甚至用产甲烷潜力低的原料)，通过偶联来自有机原料热解/气化的合成气生物甲烷化进行。