(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210973513.5 (22)申请日 2022.08.15 (71)申请人 浙江大学 地址 310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘 路866号 (72)发明人 余春江　江秉义　 (74)专利代理 机构 杭州天勤知识产权代理有限 公司 33224 专利代理师 胡红娟 (51)Int.Cl. C12M 1/107(2006.01) C12M 1/04(2006.01) C12M 1/12(2006.01) C12M 1/02(2006.01) C12M 1/34(2006.01)C12M 1/36(2006.01) C12M 1/38(2006.01) C12M 1/00(2006.01) C12P 5/02(2006.01) (54)发明名称 一种生物质 合成气厌氧消化产甲烷系统及 方法 (57)摘要 本发明公开了一种生物质 合成气厌氧消化 产甲烷系统， 包括进气流量控制器， 与高温反应 装置的底部通过管路连接， 以便将计量后的生物 质合成气输送至高温反应装置； 高温反应装置的 顶部与中温反应装置的底部通过管路连接， 以便 于将在温度为45 ‑65℃下发酵产生的气体输送至 中温反应装置中， 高温反应装置的侧部、 发酵液 传输装置和 中温反应装置的侧部依次通过管路 连接， 以便将发酵产生的有机酸输送至中温反应 装置； 中温反应装置， 用于在2 5‑40℃下对高温反 应装置输送的气体进行二次发酵并对有机酸进 行分解。 该系统能够对生物质合成气进行发酵产 气得到具有较高甲烷产率和原料利用率。 本发明 还公开了一种生物质合成气厌氧消化产甲烷方 法。 权利要求书3页 说明书8页 附图2页 CN 115232716 A 2022.10.25 CN 115232716 A 1.一种生物质合成气厌氧消化产甲烷系统， 其特 征在于， 包括： 进气流量控制器(1)， 与高温反应装置的底部通过管路连接， 以便将计量后的生物质合 成气输送至高温反应装置(3)； 高温反应装置(3)， 所述高温反应装置(3)的顶部与中温反应装置(5)的底部通过管路 连接， 以便于将在温度为45 ‑65℃下发酵产生的气体输送至中温反应装置(5)中， 高温反应 装置(3)的侧部、 发酵液传输装置(4)和中温反应装置(5)的侧部依次通过管路连接， 以便将 发酵产生的有机酸输送至中温反应装置(5)； 以及 中温反应装置(5)， 用于在25 ‑40℃下对高温反应装置(3)输送的气体进行二次发酵并 对有机酸进行分解。 2.根据权利要求1所述的生物质合成气厌氧消化产甲烷系统， 其特征在于， 还包括第 一 气体循环泵(2)， 所述第一气体循环泵(2)的一端与所述高温反应装置(3)的顶部相连， 另一 端与所述高温反应装置(3)的底部相连， 以便将所述高温反应装置(3)顶部的气体循环至所 述高温反应装置(3)的底部 。 3.根据权利要求2所述的生物质合成气厌氧消化产甲烷系统， 其特征在于， 还包括第 一 曝气装置， 所述第一曝气装置位于高温反应装置(3)液相内， 与所述第一气体循环泵(2)连 接， 用于将气体分散 至液相内。 4.根据权利要求1所述的生物质合成气厌氧消化产甲烷系统， 其特征在于， 还包括第 二 气体循环泵(6)， 所述第二气体循环泵(6)的一端与所述中温反应装置(5)的顶部相连， 另一 端与所述中温反应装置(5)的底部相连， 以便将所述中温反应装置(5)顶部的气体循环至所 述中温反应装置(5)的底部 。 5.根据权利要求4所述的生物质合成气厌氧消化产甲烷系统， 其特征在于， 还包括第 二 曝气装置， 所述第二曝气装置位于中温反应装置(5)液相内， 与所述第二气体循环泵(6)连 接， 用于将气体分散 至液相内。 6.根据权利要求1所述的生物质合成气厌氧消化产甲烷系统， 其特征在于， 高温反应装 置(3)包括： 高温反应腔体(39)， 所述高温反应腔体(39)的底部与所述进气流量控制器(1)通过管 路相连， 所述高温反应腔体(39)的顶部与所述中温反应装置(5)的底部通过第一排气管路 连接， 所述第一排气管路上分别设有第一气相取样口(33)和第一气相调控口(36)， 所述高 温反应腔体(39)位于第一加热夹套(38)内， 所述高温反应腔体(39)侧部 分别设有第一排液 排泥出口(31)和第一液相取样口(32)， 且与所述 发酵液传输装置(4)通过管路连接， 通过所 述第一液相取样口(32)获得液相样品， 所述第一排液排泥出口(31)、 第一加热夹套(38)和 第一气相调控口(3 6)分别与第一PLC集成控制(37)系统相连； 第一补液模块(35)， 所述第一补液模块(35)的一端伸入所述高温反应腔体(39)内， 用 于补充培 养液， 所述第一补液模块(3 5)的另一端与第一PLC集成控制系统(37)连接； 第一监测模块(34)， 所述第一监测模块(34)位于所述高温反应腔体(39)内部， 向第一 PLC集成控制系统(37)提供监测信息， 所述第一监测 模块(34)包括气压传感器、 pH电极、 温 度电极、 液位传感器和溶 氧电极； 以及 第一PLC集成控制系统(37)， 用于基于监测信息调控所述第一加热夹套(38)的温度、 排 液排泥量、 培养液补充量、 pH值和气体排出量， 还用于控制高温反应装置(3)中的有机酸浓权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115232716 A 2度在3000mg/L以下。 7.根据权利要求1所述的生物质合成气厌氧消化产甲烷系统， 其特征在于， 中温反应装 置(5)包括： 中温反应腔体(59)， 所述中温反应腔体(59)的底部与所述高温反应装置(3)的顶部相 连， 所述中温反应腔 体(59)的顶部与所述发酵液传输装置(4)通过第二排气管路连接， 所述 第二排气管路上分别设有第二气相取样口(53)和第二气相调控口(56)， 所述中温反应腔体 (59)位于第二加热夹套(58)内， 所述中温反应腔 体(59)的侧部 分别设有第二排液排泥出口 (51)和第二液相取样口(52)， 且与所述 发酵液传输装置(4)通过管路连接， 通过所述第二液 相取样口(52)获得液相样 品， 所述第二排液排泥出口(51)、 所述第二加热夹套(58)和第二 气相调控口(5 6)分别与第二PLC集成控制系统(57)相连； 第二补液模块(55)， 所述第二补液模块(55)的一端伸入所述中温反应腔体(59)内， 用 于补充培 养液， 所述第二补液模块(5 5)的另一端与第二PLC集成控制系统(57)连接； 第二监测模块(54)， 所述第二监测模块(54)位于中温反应腔体(59)内部， 向第二PLC集 成控制系统(57)提供监测信息， 所述第二监测模块(54)包括气压传感器、 pH电极、 温度电 极、 液位传感器和溶 氧电极； 以及 第二PLC集成控制系统(57)， 用于基于监测信息调控所述加热夹套的温度、 排液排泥 量、 培养液补充量、 pH值和气体排出量， 还用于控制中温反应装置(5)中的有机酸浓度在 5000mg/L以下。 8.根据权利要求1所述的生物质合成气厌氧消化产甲烷系统， 其特征在于， 发酵液传输 装置(4)包括微生物过滤装置(41)和液体蠕动泵(42)， 微生物过滤装置(41)与高温反应装 置(3)的侧部相连， 液体蠕动泵(42)与中温反应装置(5)的侧部相连。 9.根据权利要求1所述的生物质合成气厌氧消化产甲烷系统， 其特征在于， 所述中温反 应装置(5)的顶部还与产气质量检测系统(7)相连， 所述产气质量检测系统(7)包括湿式流 量计(71)和在线气体分析仪(72)， 所述中温反应装置(5)的顶部与湿式流量计(71)和在线 气体分析仪(72)依次通过 管路连接， 用于监测最终甲烷混合气体的成分及其含量。 10.一种生物质合成气厌氧消化产甲烷的方法， 其特征在于， 采用 如权利要求1 ‑9任一 项所述的生物质合成气厌氧消化产甲烷系统， 包括： (1)在所述高温反应装置(3)中放入第一接种物， 设置高温反应装置(3)中的发酵温度 为45‑65℃， pH为5.5 ‑9.0， 厌氧颗粒污泥接种量为反应装置工作体积的10 ‑30％， 并补充培 养液使接种量与培养液总量达到 反应装置工作体积的60％ ‑80％， 所述第一接种物 为在45‑ 65℃温度下驯化 富集后的厌氧颗粒污泥； 在所述中温反应装置(5)中放入第二接种物， 设置中温反应装置(5)中的发酵温度为 25‑40℃， pH为5.0 ‑8.5， 厌氧颗粒污泥接种量为反应装置工作体积的10 ‑30％， 并补充培养 液使接种量与培养液总量达到 反应装置工作体积的60％ ‑80％， 所述第二接种物 为在25‑40 ℃温度下驯化 富集后的厌氧颗粒污泥； (2)通入生物质合成气， 通过高温反应装置(3)得到混合产品气， 混合产品气包括氢气、 一氧化碳、 二氧化 碳和甲烷， 并控制高温反应装置 (3)中的有机酸浓度为3000mg/L以下， 将多余的有机酸和所述混合气体传送至中温反 应装置(5)中， 控制中温反应装置(5)中的有机酸浓度为5000mg/L以下， 通过中温反应装置权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115232716 A 3