生物质气二氧化碳分离生产藻类及燃料的联合系统装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种生物质气二氧化碳分离生产藻类及燃料的联合系统装置，主要由藻类生长及有机废物处理器、开合阀门、生物质原料分离器、发酵罐、碳捕集系统装置、生物质气燃料存储罐等组成。藻类消耗废水中的有机废物生长并实现水体净化。长成的藻类用于生物质发酵得到生物质气。发酵所得生物质气中的二氧化碳可利用碳捕集技术捕获并循环使用。碳捕集系统可采用多重技术如吸附法、化学吸收法、低温冷凝法、膜分离法及物理吸收法等。本发明专利技术将藻类进行有机废物处理与生物质燃料生产创造性地集成，提高藻类利用价值。利用多种碳捕集技术对生物质气中二氧化碳进行捕集并循环利用，降低了二氧化碳排放，提高了生物质天然气燃料的纯度，增加系统经济性。

【技术实现步骤摘要】
生物质气二氧化碳分离生产藻类及燃料的联合系统装置
本专利技术涉及一种利用藻类生产同时进行有机废物处理及燃料生产的系统装置，具体涉及利用气体分离回收生物质气中二氧化碳用以藻类生产并与有机废物处理及燃料生产联合的系统装置。
技术介绍
根据世界能源报告，全世界对能源的需求将持续增长。据预测，未来世界能源需求将维持近1.2％的增长率。一方面，随着工农业生产的高速发展，工业废水大量排放，水体污染日趋严重。富含的硝酸盐、磷等物质的大量富集，造成水体的富营养化。为了缓解水体污染，降低工业废水排放对环境的影响，需要对水体进行净化。藻类是能进行光合作用且在水中以浮游方式生活的自养型微生物，在其生长过程中可以消耗污水中的有机物质，从而达到净化水体的作用。然而，藻类的生长同净化过程中需要大量的高纯度二氧化碳作为原料，使得废水中有机废物处理的成本很高。除此之外，完成水体净化后的成熟藻类往往作为工业初级原料或饲料，并未得到高效利用，导致整个过程的经济性不佳。世界能源需求的增长另一方面加大了燃料的生产和供应压力。然而，为了实现巴黎协定设定的在2050年之前全球气温升温严格控制在2℃之内的目标，世界能源结构需要进行优化。世界能源结构将实现从化石能源为主、清洁能源为辅，向以清洁能源为主、化石能源为辅的根本性转变。清洁能源中，生物质能源具有低成本储存等特点，更具稳定持续供能的优势。生物质能源的各项优势让其成为解决世界能源危机的理想途径之一。然而，在生物质气燃料生产的过程中，往往会产生额外的二氧化碳排放到大气中，这样会加剧温室效应。此外，生产出的生物质天然气往往纯度不高，其中夹杂了高浓度的二氧化碳气体等杂质。利用气体分离技术对生物质气燃料生产过程中的二氧化碳进行捕集，不仅可以使得生物质气燃料的纯度得到提升，还能够获得二氧化碳。二氧化碳作为原料在藻类生产中进行循环利用，既能降低二氧化碳的排放，也能有效地降低利用藻类生长进行有机废物处理的成本。而在完成有机废物处理后的藻类，可以作为生物质原料进行生物质气燃料的生产，不仅能够完成可再生能源的供应，还能最大限度地降低藻类生产过程中大流量的有机废物处理的成本，提高了废水处理及燃料生产联合系统的经济性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：为了实现高效利用藻类同时进行有机废物处理及生物质燃料生产，减少二氧化碳排放并提纯生物质气燃料，提供五种利用气体分离技术回收生物质气过程中二氧化碳用以藻类生长并与有机废物处理及燃料生产联合的系统装置及方法。生物质气二氧化碳分离生产藻类及燃料的联合系统装置包括：藻类生长及有机废物处理器、阀门、生物质原料分离器、发酵罐、二氧化碳捕集系统及生物质气燃料存储罐等。其技术连接方案是：藻类生长及有机废物处理器的出口与生物质原料分离器的进口相连，中间设置阀门控制连接的开合；生物质原料分离器的其中一个出口与发酵罐进口连接，中间设置阀门控制开合，另一个出口与藻类生长及有机废物处理器进口相连，中间设置阀门控制连接开合；发酵罐的一个出口与二氧化碳捕集系统进口连接，中间设置阀门控制连接开合，另一个出口与藻类生长及有机废物处理器进口连接，中间设置阀门控制连接开合。二氧化碳捕集系统其中一个出口与藻类生长及有机废物处理器的进口连接，另一个出口与生物质气燃料存储罐连接。生物质气二氧化碳分离生产藻类及燃料的联合系统装置的工作原理是：利用所提供的二氧化碳、光照、以及含有机废物的待处理水体，筛选的初期藻类在藻类生长及有机废物处理器中进行培育生长，长成成熟藻类的同时实现有机废物处理的功能。此时藻类含量较低(浓度约0.1％)，随后藻类成品作为生物质原料通过管道进入生物质原料分离器，多余的水分将滤出并通过管道进入藻类生长及有机废物处理器中循环处理，分离所得的高浓度生物质原料成品(浓度约6.6％的藻类)将进入发酵罐进行发酵，产生生物质气，其主要成分为二氧化碳和甲烷。发酵所得生物质气通过管道进入二氧化碳捕集系统，在该系统中，二氧化碳气体被捕获、提纯后返回藻类生长及有机废物处理器循环利用，用以另一批藻类生产及有机废物处理。分离提纯的生物质气燃料将被存储在存储罐中，用于直接利用或运输。在生物质气二氧化碳分离生产藻类及燃料的联合系统装置中，二氧化碳分离捕集过程可采用多种技术方案，包括吸附法二氧化碳捕集装置、化学吸收法二氧化碳捕集装置、低温冷凝法二氧化碳捕集装置、膜分离法二氧化碳捕集装置、物理吸收法二氧化碳捕集装置。因此，利用气体分离技术捕集回收生物质气中二氧化碳用以培育藻类生产并与有机废物水处理及燃料生产联合的系统装置具体可以分为五种方法及系统装置，具体如下。利用吸附法二氧化碳捕集装置分离生物质气中二氧化碳生产藻类及燃料的联合系统装置的技术方案是：由发酵罐产生的生物质气被压缩、冷却后进入吸附塔，生物气中的二氧化碳在吸附塔中被吸附剂吸附，高纯度的生物质天然气则进入生物质气燃料存储罐存储。吸附有二氧化碳的吸附剂通过真空阀降压、换热器升温，释放吸附的二氧化碳，高浓度的二氧化碳进入藻类生长及有机废物处理器中循环使用，完成解吸的吸附剂重新进入吸附塔中循环使用。利用化学吸收法二氧化碳捕集装置分离生物质气中二氧化碳生产藻类及燃料的联合系统装置的技术方案是：由发酵罐产生的生物质气从底部进入化学吸收塔，与从塔顶喷射的贫化学吸收溶液接触并反应。生物质气中的二氧化碳被贫化学吸收液吸收，升温加压后进入解析塔。生物质气中的甲烷则从吸收塔塔顶排出，进入生物质气燃料存储罐存储。进入化学解析塔中含有二氧化碳的富化学吸收液在升温后解析出吸收的二氧化碳，高浓度二氧化碳从解析塔塔顶排出，经冷却后回收进入藻类生长及有机废物处理器中循环使用。解析完成的贫化学吸收液经降温后重新进入化学吸收塔循环使用。利用低温冷凝法二氧化碳捕集装置分离生物质气中二氧化碳生产藻类及燃料的联合系统装置的技术方案是：由发酵罐产生的生物质气经压缩加压及冷凝过程后，进入分离器和脱水塔去除水分。干燥的生物质气经进一步加压、冷凝后进入蒸馏塔和冷凝器进行低温冷凝。二氧化碳在低温中凝结为液体，从蒸馏塔的底部排出，经升温后进入藻类生长及有机废物处理器中循环使用。未凝结为液体的生物质天然气从蒸馏塔顶排出进入生物质气燃料存储罐中存储。利用膜分离法二氧化碳捕集装置分离生物质气中二氧化碳生产藻类及燃料的联合系统装置的技术方案是：由发酵罐产生的生物质气经压缩、冷凝后，干燥的生物质气进入一级膜分离装置，选择性膜系统能够将二氧化碳和甲烷分离，高浓度二氧化碳气体经压缩降温后进入二级膜分离装置，进行进一步分离，最终得到高纯度二氧化碳气体进入藻类生长及有机废物处理器中循环使用。两级膜系统中分离的生物质天然气则进入存储罐中存储。利用物理吸收法二氧化碳捕集装置分离生物质气中二氧化碳生产藻类及燃料的联合系统装置的技术方案是：由发酵罐产生的生物质气经加压后进入物理吸收塔中，与塔顶喷射的贫物理吸收液接触并反应，生物质气中的二氧化碳被贫物理吸收液吸收从塔底排出。未被吸收的生物质天然气从塔顶排出进入生物质气燃料存储罐存储。塔底排出的含二氧化碳的富物理吸收液混合物进入一级中压闪蒸罐，闪蒸产生的混合气体经加压冷却后进入物理吸收塔中再次与贫物理吸收液反应。一级中压闪蒸罐的富物理吸收液继而进入二级低温闪蒸罐，闪蒸所得高浓度二氧化碳气体从罐本文档来自技高网...

【技术保护点】
生物质气二氧化碳分离生产藻类及燃料的联合系统装置，包括藻类生长及有机废物处理器(101)、开合阀门(102)(104)(105)(107)(108)、生物质原料分离器(103)、发酵罐(106)、碳捕集系统装置(109)、生物质气燃料存储罐(110)；其特征在于：藻类生长及有机废物处理器(101)与生物质原料分离器(103)相连，中间设置开和阀门(102)，生物质原料分离器(103)的其中一个出口与发酵罐(106)连接，中间设置开和阀门(105)，另一个出口与藻类生长及有机废物处理器(101)相连，中间设置开和阀门(104)，发酵罐(106)的一个出口与碳捕集系统装置(109)连接，中间设置开和阀门(108)，另一个出口与藻类生长及有机废物处理器(101)连接，中间设置开和阀门(107)，碳捕集系统装置(109)其中一个出口与藻类生长及有机废物处理器(101)连接，另一个出口与生物质气燃料存储罐(110)连接。

【技术特征摘要】
1.生物质气二氧化碳分离生产藻类及燃料的联合系统装置，包括藻类生长及有机废物处理器(101)、开合阀门(102)(104)(105)(107)(108)、生物质原料分离器(103)、发酵罐(106)、碳捕集系统装置(109)、生物质气燃料存储罐(110)；其特征在于：藻类生长及有机废物处理器(101)与生物质原料分离器(103)相连，中间设置开和阀门(102)，生物质原料分离器(103)的其中一个出口与发酵罐(106)连接，中间设置开和阀门(105)，另一个出口与藻类生长及有机废物处理器(101)相连，中间设置开和阀门(104)，发酵罐(106)的一个出口与碳捕集系统装置(109)连接，中间设...

【专利技术属性】
技术研发人员：严晋跃，谭雨亭，瓦若娜，王甫，
申请(专利权)人：宁波瑞信能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33