本發(fā)明涉及一種填埋氣或沼氣的處置系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

填埋氣和沼氣的主要成分為ch4和co2，ch4含量分別為35％～65％和53％～70％，co2含量分別為15％～50％和30％～47％。由于co2會(huì)極大地降低填埋氣和沼氣的熱值，一般將填埋氣和沼氣作為一種能源使用前，先分離ch4和co2，分離出的co2直接排放，不僅造成溫室效應(yīng)，還是大大的浪費(fèi)。

利用太陽(yáng)能將co2轉(zhuǎn)化為燃料已經(jīng)成為了一個(gè)巨大的能源挑戰(zhàn)。它可以在全球范圍內(nèi)關(guān)閉人為的碳循環(huán)，使能源再生。與其它醇類(lèi)或碳?xì)浠衔锏姆磻?yīng)相比較，co2甲烷化的反應(yīng)速度非常快，在反應(yīng)熱力學(xué)方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

co2甲烷化反應(yīng)所需的氫一般利用多余的風(fēng)電、光電通過(guò)電解獲得。光電法應(yīng)用中，光子能量必須大于半導(dǎo)體禁帶寬度，方可產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，電子-空穴對(duì)大部分，即僅可利用一個(gè)波段的太陽(yáng)能，太陽(yáng)能利用率低。目前報(bào)道的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)電化學(xué)和光化學(xué)過(guò)程中，太陽(yáng)能利用率最高為6.5％(光伏電解槽)、2％(太陽(yáng)能光化學(xué)電池)、＜1％(光化學(xué)電池)。

co2甲烷化反應(yīng)所用co2通常是從空氣中捕捉或來(lái)自生物質(zhì)源，需要耗費(fèi)一定的成本。

另外，co2甲烷化過(guò)程中可能發(fā)生如下反應(yīng)：

反應(yīng)存在副反應(yīng)(2)。反應(yīng)(1)放熱，反應(yīng)(2)吸熱，從熱力學(xué)分析，通常情況下是有利于甲烷生成的，但隨著溫度的升高(>500℃)，平衡會(huì)逐漸向生成co的方向移動(dòng)。從而，反應(yīng)所得氣體中混雜co和未反應(yīng)完全的co2，需要后續(xù)投入大量資金進(jìn)行分離純化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種填埋氣或沼氣的處置系統(tǒng)，將填埋氣/沼氣分離提純后的副產(chǎn)物co2回收利用制甲烷，在杜絕溫室氣體排放的問(wèn)題的同時(shí)，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種填埋氣或沼氣的處置系統(tǒng)，包括壓縮機(jī)、脫硫塔、凍干機(jī)、變壓吸附裝置、甲烷合成裝置、制氫裝置、甲烷儲(chǔ)罐、水儲(chǔ)罐和氧氣儲(chǔ)罐，壓縮機(jī)、脫硫塔、凍干機(jī)和變壓吸附裝置依次相連，變壓吸附裝置的底部出口通過(guò)真空罐和真空泵與甲烷合成裝置的入口相連，制氫裝置的氫氣出口與甲烷合成裝置的入口相連，甲烷合成裝置的出口與甲烷儲(chǔ)罐相連，變壓吸附裝置的頂部出口與甲烷儲(chǔ)罐相連，制氫裝置的氧氣出口與氧氣儲(chǔ)罐相連，水儲(chǔ)罐與制氫裝置的入口相連，甲烷合成裝置底部的出口與制氫裝置的入口相連；所述填埋氣/沼氣處置系統(tǒng)還包括太陽(yáng)能收集裝置，其分別與甲烷合成裝置和制氫裝置相連。

進(jìn)一步，甲烷合成裝置中，催化劑為含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3％ru的rh/γ-al2o3，反應(yīng)過(guò)程控制溫度135～200℃，，保證甲烷的轉(zhuǎn)化率為100％。

進(jìn)一步，所述制氫裝置中，催化劑為sno2。首先控制反應(yīng)溫度為1500～1600℃，發(fā)生反應(yīng)：sno2→sno+0.5o2，之后控制反應(yīng)溫度500～600℃，發(fā)生反應(yīng)：sno+h2o→sno2+h2，通過(guò)不斷變換反應(yīng)溫度，控制產(chǎn)物，從而分別制取h2和o2。由于該過(guò)程利用的是太陽(yáng)能全部波段的能量，太陽(yáng)能利用率高，理論利用率可達(dá)68％，實(shí)際利用率為50％左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，再電解產(chǎn)生氫氣的方式(6.5％)。

使用時(shí)，填埋氣/沼氣首先經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)壓縮，進(jìn)入脫硫塔脫硫，脫硫后進(jìn)入冷干機(jī)脫水，脫水后進(jìn)入變壓吸附裝置(psa)分離二氧化碳和甲烷。分離出的甲烷進(jìn)入甲烷儲(chǔ)罐作為產(chǎn)品氣輸出系統(tǒng)，分離出的二氧化碳進(jìn)入甲烷合成裝置合成甲烷，進(jìn)入甲烷儲(chǔ)罐作為產(chǎn)品氣輸出系統(tǒng)。甲烷合成裝置中發(fā)生sabatier反應(yīng)：4h2+co2＝ch4+2h2o(δh273k＝-164kj/molco2)，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所需少量外部熱量由太陽(yáng)能收集裝置供給。甲烷合成裝置中采用rh的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3％的rh/γ-al2o3作為催化劑，反應(yīng)過(guò)程控制為大氣壓、135℃～200℃，保證甲烷的轉(zhuǎn)化率為100％。反應(yīng)副產(chǎn)物水進(jìn)入制氫裝置，作為原料補(bǔ)給，反應(yīng)原料氫氣由制氫裝置供給。

本發(fā)明的有益效果是：填埋氣和沼氣進(jìn)入該系統(tǒng)，投入少量水和電，可以產(chǎn)出甲烷和氧氣，無(wú)其他副產(chǎn)物排出，保護(hù)環(huán)境。系統(tǒng)中采用太陽(yáng)能收集裝置收集太陽(yáng)能，利用其產(chǎn)生的熱量為制氫裝置和催化合成甲烷裝置供熱，節(jié)能環(huán)保。系統(tǒng)流程簡(jiǎn)單，無(wú)需h2和o2分離設(shè)備，甲烷選擇率100％，無(wú)副產(chǎn)物co產(chǎn)生，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化率高達(dá)50％左右。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明填埋氣或沼氣的處置系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1-壓縮機(jī)；2-脫硫塔；3-冷干機(jī)；4-變壓吸附裝置；5-真空罐；6-真空泵；7-甲烷合成裝置；8-制氫裝置；9-太陽(yáng)能收集裝置；10-甲烷儲(chǔ)罐；11-水儲(chǔ)罐；12-氧氣儲(chǔ)罐。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1，一種填埋氣或沼氣的處置系統(tǒng)，包括壓縮機(jī)1、脫硫塔2、凍干機(jī)3、變壓吸附裝置4、甲烷合成裝置7、制氫裝置8、甲烷儲(chǔ)罐10、水儲(chǔ)罐11和氧氣儲(chǔ)罐12，壓縮機(jī)1、脫硫塔2、凍干機(jī)3和變壓吸附裝置4依次相連，變壓吸附裝置4的底部出口通過(guò)真空罐5和真空泵6與甲烷合成裝置7的入口相連，制氫裝置8的氫氣出口與甲烷合成裝置7的入口相連，甲烷合成裝置7的出口與甲烷儲(chǔ)罐10相連，變壓吸附裝置4的頂部出口與甲烷儲(chǔ)罐10相連，制氫裝置8的氧氣出口與氧氣儲(chǔ)罐12相連，水儲(chǔ)罐11與制氫裝置8的入口相連，甲烷合成裝置7底部的出口與制氫裝置8的入口相連；所述填埋氣/沼氣處置系統(tǒng)還包括太陽(yáng)能收集裝置9，其分別與甲烷合成裝置7和制氫裝置8相連。

使用時(shí)，填埋氣或沼氣首先進(jìn)入壓縮機(jī)1壓縮，然后進(jìn)入脫硫塔2脫硫，脫硫后進(jìn)入冷干機(jī)3脫水，脫水后進(jìn)入變壓吸附裝置4，變壓吸附裝置4中包含平行設(shè)置的幾個(gè)反應(yīng)柱，反應(yīng)柱中填充分子篩、活性炭、沸石、硅膠和碳分子篩等氣體吸附劑，反應(yīng)柱分別用于升壓、吸附、順?lè)?、逆放和解吸過(guò)程，甲烷作為輕組分由變壓吸附裝置4塔頂排出，進(jìn)入甲烷儲(chǔ)罐10作為產(chǎn)品氣收集輸出，二氧化碳為吸附組分，解吸后由塔底排出，排出的二氧化碳進(jìn)入甲烷合成裝置7，控制反應(yīng)條件，與氫氣發(fā)生sabatier反應(yīng)：4h2+co2＝ch4+2h2o(δh273k＝-164kj/molco2)，生成甲烷和水。sabatier反應(yīng)所用催化劑為rh的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3％的rh/γ-al2o3，sabatier反應(yīng)過(guò)程控制為大氣壓、135℃～200℃，選擇性100％，無(wú)副產(chǎn)物co產(chǎn)生。反應(yīng)啟動(dòng)時(shí)間短，為放熱過(guò)程，所需能量輸入量低。甲烷合成裝置7中制得的甲烷進(jìn)入甲烷儲(chǔ)罐10作為產(chǎn)品氣收集輸出，水作為副產(chǎn)品供給制氫裝置8，反應(yīng)過(guò)程中所需的熱量由太陽(yáng)能收集裝置9供給。甲烷合成裝置7中的氫氣從制氫裝置8中輸出，制氫裝置8中，催化劑為sno2，控制反應(yīng)溫度為1500～1600℃，發(fā)生反應(yīng)：sno2→sno+0.5o2，之后控制反應(yīng)溫度500～600℃，發(fā)生反應(yīng)：sno+h2o→sno2+h2，通過(guò)不斷變換反應(yīng)溫度，控制產(chǎn)物，從而分別制取h2和o2。所生成的氧氣進(jìn)入氧氣儲(chǔ)罐12作為產(chǎn)品氣輸出系統(tǒng)，所制得的氫氣進(jìn)入甲烷合成裝置7作為反應(yīng)原料。

該填埋氣/沼氣處置系統(tǒng)，操作簡(jiǎn)單，節(jié)能環(huán)保，只需投入少量水和電，可以產(chǎn)出甲烷和氧氣，無(wú)其他副產(chǎn)物排出，系統(tǒng)中采用太陽(yáng)能收集裝置收集太陽(yáng)能，利用其產(chǎn)生的熱量為制氫裝置和催化合成甲烷裝置供熱，節(jié)能環(huán)保。系統(tǒng)流程簡(jiǎn)單，無(wú)需h2和o2分離設(shè)備，甲烷選擇率100％，無(wú)副產(chǎn)物co產(chǎn)生，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化率高達(dá)50％左右。