CN101654688A - 高效生产沼气的方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

一种高效生产沼气的方法及其装置，主要以城镇生活垃圾以及农村废弃物为原料，将生活垃圾放入发酵池初步腐化，然后将预处理后的发酵液体输入到厌氧反应器发酵产生沼气，沼气脱硫后输送到灶具燃烧使用，厌氧反应器内的料液可重新输入到发酵池；该沼气制备装置特点在于管道设计，发酵池的出水管道从出水口方向分别与厌氧反应器的中部管道、顶部管道和底部管道连通，管道上设置有管道开关，可以根据需要通过打开或关闭管道开关来实现反应器自动冲洗、反应器料液返流发酵池、自动排水排污等功能，提高了反应器有机负荷率和处理效率，具有清洗容易、排污方便，以及沼气产气效率高的优点，并且产生的沼气甲烷浓度高、硫化氢浓度极低，是良好的清洁能源。

Description

高效生产沼气的方法及其装置
技术领域
本发明涉及沼气生产的方法，以及利用该方法来产生沼气的装置。
背景技术
沼气是一种混合气体，它的主要成分是甲烷，其次有二氧化碳、硫化氢(H2S)、氮及其他一些成分，在沼气成分中甲烷含量为55％～70％、二氧化碳含量为28％～44％、硫化氢平均含量为0.034％。
根据当地使用要求和气温、地质等条件，家用沼气池的类型有固定拱盖的水压式池、大揭盖水压式池、吊管式水压式池、曲流布料水压式池、顶返水水压式池、分离浮罩式池、半塑式池、全塑式池和罐式池，形式虽然多种多样，但是归总起来大体由水压式沼气池、浮罩式沼气池、半塑式沼气池和罐式沼气池四种基本类型。
水压式沼气池上部气室完全封闭，随着沼气的不断产生，沼气压力相应提高。这个不断增高的气压，迫使沼气池内的一部分料液进到与池体相通的水压间内，使得水压间内的液面升高。这样一来，水压间的液面跟沼气池体内的液面就产生了一个水位差。用气时，沼气开关打开，沼气在水压下排出；当沼气减少时，水压间的料液又返回池体内，使得水位差不断下降，导致沼气压力也随之相应降低，这种利用部分料液来回串动，引起水压反复变化来贮存和排放沼气。
水压式沼气池型有以下几个优点：
(1)池体结构受力性能良好，而且充分利用土壤的承载能力，所以省工省料，成本比较低；
(2)适于装填多种发酵原料，特别是大量的作物秸秆，对农村积肥十分有利；
(3)为便于经常进料，厕所、猪圈可以建在沼气池上面，粪便随时都能打扫进池；
(4)沼气池周围都与土壤接触，对池体保温有一定的作用。
水压式沼气池型也存在一些缺点，主要是：
(1)由于气压反复变化，而且一般在4～16千帕(即40～160厘米水柱)压力之间变化。这对池体强度和灯具、灶具燃烧效率的稳定与提高都有不利的影响；
(2)由于没有搅拌装置，池内浮渣容易结壳，又难于破碎，所以发酵原料的利用率不高，池容产气率(即每立方米池容积一昼夜的产气量)偏低，一般产气率每天仅为0.15米3/米3左右；
(3)由于活动盖直径不能加大，对发酵原料以秸秆为主的沼气池来说，大出料工作比较困难。因此，出料的时候最好采用出料机械；
(4)新鲜的原料常和发酵后的旧料液混在一起，原料的利用率有所下降。
专利申请号为“200810233329.7”，公开日为“2009年5月13日”的发明专利申请“管道式沼气发生装置”通过在后水压间的底壁上设置排污口，利用水流冲洗将底部的泥沙等排出，但对于悬浮物等杂质缺乏相应的冲洗，浮渣容易结壳且难于破碎，导致发酵原料的利用率低下，造成了沼气气压不高，同时影响了沼气的纯度，也不利于降低硫化氢等恶臭气体浓度。
发明内容
本发明提供一种高效生产沼气的方法，解决目前沼气排污困难，清洗不干净，以及沼气气压过低，硫化氢浓度过高的技术问题。
本发明的另一目的是提供利用上述高效生产沼气方法的高效沼气制备装置。
本发明高效生产沼气的方法，主要以城镇生活垃圾以及农村废弃物为原料，也可以是部分企业废弃物，如糖厂酒精废液、食品厂废料、淀粉厂排出的木薯渣、黄浆废水等，其生产步骤包括：
1)预处理阶段：将生活垃圾及废弃物等放入发酵池数天，初步腐化；
2)厌氧反应阶段：将预处理后的发酵液体输入到厌氧反应器进行厌氧反应，产生沼气；
3)脱硫处理：沼气通过脱硫装置进行脱硫后，输送到灶具燃烧使用；
4)回收利用：厌氧反应器内的部分料液通过连接到发酵池的管道重新输入到发酵池，沼气污泥可直接从厌氧反应器底部排出；灶具燃烧后产生的余热也可回收利用来加热厌氧反应器，以缩短发酵时间。
利用上述沼气生产方法来制备沼气的高效沼气制备装置，包括进料口、出料口、发酵池、厌氧反应器、脱硫装置和导气管，发酵池和厌氧反应器是分开的，厌氧反应器安装在地面上且高于发酵池，发酵池的出水管道从出水口方向分别与厌氧反应器的中部、顶部和底部的管道连通，抽水泵设置在出水管道上并且位于与厌氧反应器的中部、顶部管道的连接点之间。
所述高效沼气制备装置厌氧反应器侧壁设置有透明液位计，通过该液位计可观察沼气与料液情况。
作为本发明的改进之一，所述高效沼气制备装置的灶具排气口通过管道与设置在厌氧反应器底部的热交换器连通，所述热交换器可以是列管反应器或板式反应器，灶具燃气余热通过热交换器交流到厌氧反应器内部，达到提高反应器温度的目的，进而加快反应速度，增加沼气产气量。
经过初步发酵后的液体从出水口管道经抽水泵供应到厌氧反应器，根据需要液体可从反应器顶部管道进入，对黏附在反应器内壁上的悬浮物进行冲洗，也可以直接从反应器底部管道进入，由于可经常对悬浮物清洗，避免了悬浮物板结和浮渣结壳，营造了良好的沼气反应环境，同时由于废弃物经过发酵池的初步腐化再进入到反应器进行厌氧反应，提高了反应器有机负荷率和处理效率，具有清洗容易、排污方便，以及沼气产气效率高的优点。
附图说明
图1是本发明高效沼气制备装置结构图。
具体实施方式
如图1所示，发酵池1与便池、废弃物等杂质的进料口相通，进料口与发酵池通过水密封防止发酵池内气体泄漏，发酵池底部设置有污泥排出口，发酵池中部位置设置有料液出水口，出水口通过管道3与反应器2连接。发酵池的出水管道从出水口方向分别与厌氧反应器2的中部管道4、顶部管道5和底部管道6连通，抽水泵7设置在出水管道3上并且位于与厌氧反应器的中部、顶部管道的连接点之间，出水管道出水口和排水口分别设有开关12、14，控制发酵池料液的进出和反应器内废水废渣的排出；厌氧反应器的中部、顶部和底部的管道上分别设置有开关15、16、13，可以根据需要打开或闭合相应的管道；厌氧反应器顶部与沼气管道连通，沼气管道上设置有压力排17、压力表18，可显示厌氧反应器内部气压大小，当压力过大时可以通过压力排自动减压；沼气管道连接到脱硫装置9，最后与灶具10连接。
厌氧反应器侧壁上设置有透明液位计8，可观察反应器2内水、气情况；反应器中部的料液输出管道4位于反应器料液下部、沉渣上部，可根据需要打开管道开关15，将部分料液重新输入到发酵池1进行腐化。
在厌氧反应器不需要冲洗的情况下，直接打开发酵池出水口开关12、反应器底部导管开关13，利用抽水泵7把发酵池1里初步腐化的料液输入到反应器2内部；当需要对黏附在反应器2内壁上的浮渣或悬浮物等杂质进行冲洗时，可以打开发酵池出水口开关12、反应器顶部导管开关16，利用抽水泵把料液从顶部输入到反应器2内，利用料液对反应器内壁进行冲洗，从而达到清洗的目的。
当发酵池内的料液不足时，可以打开反应器中部管道开关15以及发酵池开关12，反应器内部的料液就会在重力作用下回流到发酵池，从而补充了发酵池料液，提高了腐化效率。
反应器底部沉淀的残渣可以通过打开排水口开关14，从反应器底部导管6及排水口排出，不影响发酵池和反应器，而且操作简单方便。
作为本发明的另一种实施方式，可以在灶具排气口10设置管道，连接到安放在反应器底部的热交换器11，灶具燃气余热通过热交换器传导到厌氧反应器内部，达到提高反应器温度的目的，进而加快反应速度，增加沼气产气量。热交换器11根据需要可以是列管反应器或板式反应器。
实施例一：发酵池容积0.5立方米，厌氧反应器3.3立方米，温度在15～50摄氏度，投入生活垃圾、牛马猪人尿液及大便，沼气气压最低为3.3×4＝13kpa，最高为3.3×20＝66kpa。
实施例二：发酵池0.036立方米，反应器为不锈钢板水塔，直径0.8米、高1.3米，容积为0.65立方米，发酵18天后沼气可以使用，对于容积产气率为2次，白天为16kpa，夜为12kpa，24小时有28kpa压力表，容积为0.65立方米。每天可开出1-16kpa沼气压力。
将上述产生沼气送到广西民用燃料及气体产品质量监督检验站检验，出示检验报告(编号：H2009-070)显示主要沼气指标如下：
Figure G2009101143800D00041
一般情况下沼气甲烷含量为55％～70％、二氧化碳含量为28％～44％、硫化氢平均含量为0.034％，而本发明产生的甲烷浓度(73.54％)高于其最大范围值(70％)，而硫化氢浓度(0.004％)却远低于一般情况下沼气硫化氢浓度(0.034％)，因此本发明产生的沼气不但甲烷浓度高，而且硫化氢浓度很低，是比较清洁卫生的生活能源。

Claims (6)

1、一种高效生产沼气的方法，主要以城镇生活垃圾以及农村废弃物为原料，其生产步骤如下：
(a)预处理：将生活垃圾及废弃物等放入发酵池数天，初步腐化；
(b)厌氧反应：将预处理后的发酵液体输入到厌氧反应器，产生沼气；
(c)脱硫处理：沼气通过脱硫装置进行脱硫后，输送到灶具燃烧使用；
(d)回收利用：厌氧反应器内的部分料液重新输入到发酵池，供预处理使用，沼气污泥可直接从厌氧反应器底部排出。
2、根据权利要求1所述的沼气生产方法，其特征在于：灶具燃烧后产生的余热也可回收利用来加热厌氧反应器。
3、一种如权利要求1所述的高效生产沼气方法的装置，包括进料口、出料口、发酵池(1)、厌氧反应器(2)、脱硫装置(9)和导气管，厌氧反应器安装在地面上，其特征在于：发酵池(1)和厌氧反应器(2)是分开的，发酵池的出水管道(3)从出水口方向分别与厌氧反应器的中部管道(4)、顶部管道(5)和底部管道(6)连通，管道上设置有管道开关(12、13、14、15、16)，抽水泵(7)设置在出水管道(3)上并且位于与厌氧反应器的中部管道(4)、顶部管道(5)的连接点之间。
4、根据权利要求3所述的高效沼气制备装置，其特征在于：厌氧反应器侧壁设置有透明液位计(8)。
5、根据权利要求3或4所述的高效沼气制备装置，其特征在于：灶具排气口(10)通过管道与设置在厌氧反应器底部的热交换器(11)连通。
6、根据权利要求5所述的高效沼气制备装置，其特征在于：所述热交换器可以是列管反应器或板式反应器。
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