CN106479877A - 沼气制备系统 - Google Patents

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王西来
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仝伟峰
王振和
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Abstract

一种沼气制备系统，包括破碎设备、均质化设备、水解设备、第一发酵罐、第二发酵罐、沼气回收装置及固液分离装置。破碎设备与均质化设备连接，均质化设备与水解设备连接，水解设备与第一发酵罐连接，第一发酵罐还与第二发酵罐连接，沼气回收装置与第一发酵罐、第二发酵罐连接，固液分离装置与第一发酵罐、第二发酵罐及水解设备连接。上述沼气制备系统保证第二发酵罐中的发酵混合料能够稳定的快速的产生沼气。

Description

沼气制备系统
技术领域
本发明涉及生物质燃料生产技术领域，具体涉及一种沼气制备系统。
背景技术
能源危机和生态危机是当前人类社会面临的巨大问题，为解决上述问题出现了利用自然能源发电的技术：例如太阳能发电、风力发电机、生物质制沼发电。
其中，生物质制沼发电是治理有机废弃物污染和开发可再生能源十分有效的技术。沼气是用人畜粪便、秸秆、污水等各种有机物质在厌氧条件下，经过微生物的发酵、分解、转化作用而生成的一种混合气体。发酵是复杂的生物化学变化，有许多微生物参与。反应大致分两个阶段：（1）微生物把复杂的有机物质中的糖类、脂肪、蛋白质降解成简单的物质，如低级脂肪酸、醇、醛、二氧化碳、氨、氢气和硫化氢等。（2）由甲烷菌种的作用，使一些简单的物质变成甲烷。由于这种气体最先是在沼泽中发现的，所以称为沼气。沼气中的主要成分是甲烷和二氧化碳，其中甲烷占60％-70％，二氧化碳占30％-40％，还有少量氢、一氧化碳、硫化氢、氧和氮等气体，目前沼气的利用主要是用来燃烧发电。
传统的沼气发酵装置一般包括水压式沼气池、浮罩式沼气池等，发酵原料进入厌氧发酵产气室就处于静态状况或局部的动态串动，存在产气不稳定、效率低的技术问题。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种产气稳定且效率高的沼气制备系统。
一种沼气制备系统，包括破碎设备、均质化设备、水解设备、第一发酵罐、第二发酵罐、沼气回收装置及固液分离装置。破碎设备与均质化设备连接，均质化设备与水解设备连接，水解设备与第一发酵罐连接，第一发酵罐还与第二发酵罐连接，沼气回收装置与第一发酵罐、第二发酵罐连接，固液分离装置与第一发酵罐、第二发酵罐及水解设备连接；破碎设备将木质纤维类原料粉碎以获得第一发酵原料；均质化设备将第一发酵原料与动物粪便料混合均质以获得第二发酵原料，将第二发酵原料输送至水解设备；水解设备将第二发酵原料及发酵性细菌混合后进行分解以获得水解混合料，并将水解混合料输送给第一发酵罐；第一发酵罐将产氢产乙酸菌与水解混合料混合进一步分解以获得含有甲酸、乙酸和甲醇的发酵混合料及含有氢和二氧化碳气态的物质，并将含有甲酸、乙酸和甲醇的发酵混合料输送至第二发酵罐，并将气态的物质输送给沼气回收装置；第二发酵罐向含有甲酸、乙酸和甲醇的发酵混合料加入甲烷菌培养液，并与沼气回收装置输送到含有氢和二氧化碳气态的物质混合后持续发酵，以产生沼气；沼气回收装置回收第一发酵罐提供的含有氢和二氧化碳气态的物质，并对含有氢和二氧化碳气态的物质进行除杂处理，并将脱氧后的含有氢和二氧化碳气态的物质输送给第二发酵罐；沼气回收装置还回收第二发酵罐所产生的沼气，并对进回收的第二发酵罐所产生的沼气行提纯以获得甲烷。固液分离装置将第一发酵罐、第二发酵罐产生的浆液进行分离操作，以获得对应的沼渣及沼液。
上述沼气制备系统中，利用破碎设备将木质纤维类原料粉碎以获得第一发酵原料，利用均质化设备将第一发酵原料与动物粪便料混合均质以获得第二发酵原料，利用水解设备将第二发酵原料及发酵性细菌混合后进行分解以获得水解混合料，第一发酵罐将产氢产乙酸菌与水解混合料混合进一步分解以获得含有甲酸、乙酸和甲醇的发酵混合料及含有氢和二氧化碳气态的物质，并将含有甲酸、乙酸和甲醇的发酵混合料输送至第二发酵罐，并将气态的物质输送给沼气回收装置，第二发酵罐向含有甲酸、乙酸和甲醇的发酵混合料加入甲烷菌培养液，并与沼气回收装置输送到含有氢和二氧化碳气态的物质混合后持续发酵，以产生沼气；沼气回收装置回收第一发酵罐提供的含有氢和二氧化碳气态的物质，并对含有氢和二氧化碳气态的物质进行除杂处理，并将脱氧后的含有氢和二氧化碳气态的物质输送给第二发酵罐；沼气回收装置还回收第二发酵罐所产生的沼气，并对进回收的第二发酵罐所产生的沼气行提纯以获得甲烷，如此来保证第二发酵罐中的发酵混合料能够稳定的快速的产生沼气。
附图说明
图1是一较佳实施方式的沼气制备系统的功能模块示意图。
图2是图1的沼气制备系统的结构连接示意图。
图3是第一发酵罐的底部结构示意图。
图中：沼气制备系统10、破碎设备11、均质化设备12、水解设备13、第一发酵罐14、发酵罐体140、产氢产乙酸菌培养液供应装置141、输液管142、第二发酵罐15、发酵罐体150、甲烷菌培养罐151、输液管152、沼气回收装置16、气体除杂装置160、沼气提纯装置161、酸性气体消除装置162、罐体1620、喷雾装置1621、喷雾头1622、冷却脱水装置163、管道1630、冷却片1631、负压提供装置164、固液分离装置17、输送装置18、电动机180、气密室181、螺旋推进器182、密封气体供应装置183。
具体实施方式
请同时参看图1及图3，沼气制备系统10包括破碎设备11、均质化设备12、水解设备13、第一发酵罐14、第二发酵罐15、沼气回收装置16及固液分离装置17。
破碎设备11与均质化设备12连接，均质化设备12与水解设备13连接，水解设备13与第一发酵罐14连接，第一发酵罐14还与第二发酵罐15连接，沼气回收装置16与第一发酵罐14、第二发酵罐15连接，固液分离装置17与第一发酵罐14、第二发酵罐15及水解设备13连接；破碎设备11将木质纤维类原料粉碎以获得第一发酵原料；均质化设备12将第一发酵原料与动物粪便料混合均质以获得第二发酵原料，将第二发酵原料输送至水解设备13；水解设备13将第二发酵原料及发酵性细菌培养液混合后进行分解以获得水解混合料，并将水解混合料输送给第一发酵罐14；第一发酵罐14将产氢产乙酸菌培养液与水解混合料混合进一步分解以获得含有甲酸、乙酸和甲醇的发酵混合料及含有氢和二氧化碳气态的物质，并将含有甲酸、乙酸和甲醇的发酵混合料输送至第二发酵罐15，并将气态的物质输送给沼气回收装置16；第二发酵罐15向含有甲酸、乙酸和甲醇的发酵混合料加入甲烷菌培养液，并与沼气回收装置16输送到含有氢和二氧化碳气态的物质混合后持续发酵，以产生沼气；沼气回收装置16回收第一发酵罐14提供的含有氢和二氧化碳气态的物质，并对含有氢和二氧化碳气态的物质进行除杂处理，并将脱氧后的含有氢和二氧化碳气态的物质输送给第二发酵罐15，例如去除从水解设备13带入的夹杂的氧气等。沼气回收装置16还回收第二发酵罐15所产生的沼气，并对进回收的第二发酵罐所产生的沼气行提纯以获得甲烷。固液分离装置17将第一发酵罐14、第二发酵罐15产生的浆液进行分离操作，以获得对应的沼渣及沼液。在其他实施方式中，固液分离装置还与均质化设备连接，固液分离装置将获得的沼液输送给均质化设备，均质化设备将沼液、第一发酵原料、动物粪便料混合均质以获得第二发酵原料，如此利用沼液作为发酵性细菌培养液的接种液，以使第二发酵原料快速水解。
其中，第一发酵罐14包括发酵罐体140、产氢产乙酸菌培养液供应装置141，发酵罐体140的侧壁上设置有第一通孔及进料孔，第一通孔靠近发酵罐体140的底部，发酵罐体140的第一通孔通过管道与第二发酵罐15的罐体连通，进料孔靠近发酵罐体140的顶部，进料孔通过管道与均质化设备12连接；发酵罐体140的顶部设置第二通孔及第三通孔，产氢产乙酸菌培养液供应装置141设置在发酵罐体140的上方，产氢产乙酸菌培养液供应装置141的输液管142从发酵罐体140的第二通孔伸入发酵罐体140中，位于发酵罐体140内的输液管142的管壁上设置有出液孔；第三通孔通过管道与沼气回收装置17连接。
其中，第二发酵罐15包括发酵罐体150、甲烷菌培养罐151，发酵罐体150的侧壁上设置有第四通孔、排料孔、沼液进入孔，第四通孔、排料孔靠近发酵罐体150的底部，发酵罐体150的第四通孔通过管道与第一发酵罐14的发酵罐体140连通，排料孔通过管道与固液分离装置17连接；沼液进入孔通过管道与甲烷菌培养罐151连接，以将发酵罐体150中的沼液输送至甲烷菌培养罐151中；发酵罐体150的顶部设置第五通孔及第六通孔，甲烷菌培养罐151的输液管从发酵罐体的第五通孔伸入发酵罐体150中，位于发酵罐体150内的输液管152的管壁上设置有出液孔，第六通孔通过管道与沼气提纯装置16连接；甲烷菌培养罐151中的沼液接种甲烷菌产生甲烷菌培养液，并利用输液管152将甲烷菌培养液输送到发酵罐体150中，以使沼液充分发酵。
进一步的，沼气回收装置16包括气体除杂装置160、沼气提纯装置161，气体除杂装置160获取含有氢和二氧化碳气态的物质，并对含有氢和二氧化碳气态的物质进行除杂后输送给第二发酵罐15；沼气提纯装置161获取第二发酵罐15所产生的沼气，并获取的沼气进行碱液喷雾除二氧化碳及硫化氢后，再低温除水以获得甲烷。沼气提纯装置161包括酸性气体消除装置162、冷却脱水装置163及负压提供装置164，酸性气体消除装置162与第二发酵罐15的发酵罐体150连接，冷却脱水装置163与酸性气体消除装置162连接，负压提供装置164与冷却脱水装置163连接，以使酸性气体消除装置162、冷却脱水装置163内产生负压，酸性气体消除装置162包括罐体1620、喷雾装置1621，罐体1620的顶部开设有气体进入孔及穿过孔，气体进入孔通过管道与第二发酵罐15的发酵罐体150连通，喷雾装置1621的喷雾头1622从穿过孔进入罐体1620，以对进入罐体1620的沼气进行喷雾，通过喷雾头1622喷出的碱性雾吸收沼气中的酸性气体，罐体1620的侧壁上开设有气体排出口，冷却脱水装置163的气体进入口与罐体1620的侧壁上的气体排出口连通，冷却脱水装置163包括管道1630及设置在管道1630内的高度逐渐递增的冷却片1631，冷却片1631上开设有导流孔，管道1630的第一端与罐体1620的侧壁固定连接，管道1630的第二端高于管道1630的第一端，如此在沼气通过管道1630时，冷却片1631使沼气中的水蒸气冷却液化后，通过冷却片1631的导流孔流回罐体1620中。
进一步的，沼气制备系统10还包括输送装置18，输送装置18的输送端依次穿过第一发酵罐14的发酵罐体140的第一通孔、第二发酵罐15的发酵罐体150的第四通孔，输送装置18的输送端通过螺旋输送方式将第一发酵罐14的发酵罐体140中的发酵混合料输送至第二发酵罐15中。输送装置18包括电动机180、气密室181、螺旋推进器182及密封气体供应装置183；气密室181固定在第一发酵罐14的侧壁上，螺旋推进器182的固定端从第一发酵罐14的侧壁穿出后进入气密室181与电动机180的输出端固定连接，螺旋推进器182依次穿过第一发酵罐14的发酵罐体140的第一通孔、第二发酵罐15的发酵罐体150的第四通孔；密封气体供应装置183与气密室181连接，以持续提供密封气体来防止第一发酵罐14中的发酵混合料渗入到气密室181中。在本实施方式中，请同时参看图3，在第一发酵罐14的发酵罐体140的底部上位于螺旋推进器182的两侧各设置一弧形凸块1401，两个弧形凸块1401之间形成收容槽1402，如此可以保证第一发酵罐14的发酵罐体140内的发酵混合料能够汇集在收容槽1402中，以便于螺旋推进器182将发酵混合料顺利推送到第二发酵罐15的发酵罐体150内。
上述沼气制备系统10中，利用破碎设备11将木质纤维类原料粉碎以获得第一发酵原料，利用均质化设备12将第一发酵原料与动物粪便料混合均质以获得第二发酵原料，利用水解设备13将第二发酵原料及发酵性细菌混合后进行分解以获得水解混合料，第一发酵罐14将产氢产乙酸菌与水解混合料混合进一步分解以获得含有甲酸、乙酸和甲醇的发酵混合料及含有氢和二氧化碳气态的物质，并将含有甲酸、乙酸和甲醇的发酵混合料输送至第二发酵罐15，并将气态的物质输送给沼气回收装置16，第二发酵罐15向含有甲酸、乙酸和甲醇的发酵混合料加入甲烷菌培养液，并与沼气回收装16置输送到含有氢和二氧化碳气态的物质混合后持续发酵，以产生沼气；沼气回收装置16回收第一发酵罐14提供的含有氢和二氧化碳气态的物质，并对含有氢和二氧化碳气态的物质进行除杂处理，并将脱氧后的含有氢和二氧化碳气态的物质输送给第二发酵罐15；沼气回收装置16还回收第二发酵罐15所产生的沼气，并对进回收的第二发酵罐15所产生的沼气行提纯以获得甲烷，如此来保证第二发酵罐中的发酵混合料能够稳定的快速的产生沼气。

Claims (8)

1.一种沼气制备系统，其特征在于：包括破碎设备、均质化设备、水解设备、第一发酵罐、第二发酵罐、沼气回收装置及固液分离装置；破碎设备与均质化设备连接，均质化设备与水解设备连接，水解设备与第一发酵罐连接，第一发酵罐还与第二发酵罐连接，沼气回收装置与第一发酵罐、第二发酵罐连接，固液分离装置与第一发酵罐、第二发酵罐及水解设备连接；破碎设备将木质纤维类原料粉碎以获得第一发酵原料；均质化设备将第一发酵原料与动物粪便料混合均质以获得第二发酵原料，将第二发酵原料输送至水解设备；水解设备将第二发酵原料及发酵性细菌混合后进行分解以获得水解混合料，并将水解混合料输送给第一发酵罐；第一发酵罐将产氢产乙酸菌与水解混合料混合进一步分解以获得含有甲酸、乙酸和甲醇的发酵混合料及含有氢和二氧化碳气态的物质，并将含有甲酸、乙酸和甲醇的发酵混合料输送至第二发酵罐，并将气态的物质输送给沼气回收装置；第二发酵罐向含有甲酸、乙酸和甲醇的发酵混合料加入甲烷菌培养液，并与沼气回收装置输送到含有氢和二氧化碳气态的物质混合后持续发酵，以产生沼气；沼气回收装置回收第一发酵罐提供的含有氢和二氧化碳气态的物质，并对含有氢和二氧化碳气态的物质进行除杂处理，并将脱氧后的含有氢和二氧化碳气态的物质输送给第二发酵罐；沼气回收装置还回收第二发酵罐所产生的沼气，并对进回收的第二发酵罐所产生的沼气行提纯以获得甲烷；固液分离装置将第一发酵罐、第二发酵罐产生的浆液进行分离操作，以获得对应的沼渣及沼液。
2.如权利要求1所述的沼气制备系统，其特征在于：固液分离装置还与均质化设备连接，固液分离装置将获得的沼液输送给均质化设备，均质化设备将沼液、第一发酵原料、动物粪便料混合均质以获得第二发酵原料。
3.如权利要求1或2所述的沼气制备系统，其特征在于：沼气回收装置包括气体除杂装置、沼气提纯装置，气体除杂装置获取含有氢和二氧化碳气态的物质，并对含有氢和二氧化碳气态的物质进行除杂后输送给第二发酵罐；沼气提纯装置获取第二发酵罐所产生的沼气，并获取的沼气进行碱液喷雾除二氧化碳及硫化氢后，再低温除水以获得甲烷。
4.如权利要求3所述的沼气制备系统，其特征在于：第一发酵罐包括发酵罐体、产氢产乙酸菌培养液供应装置，发酵罐体的侧壁上设置有第一通孔及进料孔，第一通孔靠近发酵罐体的底部，发酵罐体的第一通孔通过管道与第二发酵罐的罐体连通，进料孔靠近发酵罐体的顶部，进料孔通过管道与均质化设备连接；发酵罐体的顶部设置第二通孔及第三通孔，产氢产乙酸菌培养液供应装置设置在发酵罐体的上方，产氢产乙酸菌培养液供应装置的输液管从发酵罐体的第二通孔伸入发酵罐体中，位于发酵罐体内的输液管的管壁上设置有出液孔；第三通孔通过管道与沼气回收装置连接。
5.如权利要求4所述的沼气制备系统，其特征在于：第二发酵罐包括发酵罐体、甲烷菌培养罐，发酵罐体的侧壁上设置有第四通孔、排料孔、沼液进入孔，第四通孔、排料孔靠近发酵罐体的底部，发酵罐体的第四通孔通过管道与第一发酵罐的罐体连通，排料孔通过管道与固液分离装置连接；沼液进入孔通过管道与甲烷菌培养罐连接，以将发酵罐体中的沼液输送至甲烷菌培养罐中；发酵罐体的顶部设置第五通孔及第六通孔，甲烷菌培养罐的输液管从发酵罐体的第五通孔伸入发酵罐体中，位于发酵罐体内的输液管的管壁上设置有出液孔，第六通孔通过管道与沼气提纯装置连接；甲烷菌培养罐中的沼液接种甲烷菌产生甲烷菌培养液，并利用输液管将甲烷菌培养液输送到发酵罐体中，以使沼液充分发酵。
6.如权利要求5所述的沼气制备系统，其特征在于：沼气制备系统还包括输送装置，输送装置的输送端依次穿过第一发酵罐的发酵罐体的第一通孔、第二发酵罐的发酵罐体的第四通孔，输送装置的输送端通过螺旋输送方式将第一发酵罐的发酵罐体中的发酵混合料输送至第二发酵罐中。
7.如权利要求6所述的沼气制备系统，其特征在于：输送装置包括电动机、气密室、螺旋推进器及密封气体供应装置；气密室固定在第一发酵罐的侧壁上，螺旋推进器的固定端从第一发酵罐的侧壁穿出后进入气密室与电动机的输出端固定连接，螺旋推进器依次穿过第一发酵罐的发酵罐体的第一通孔、第二发酵罐的发酵罐体的第四通孔；密封气体供应装置与气密室连接，以持续提供密封气体来防止第一发酵罐中的发酵混合料渗入到气密室中。
8.如权利要求7所述的沼气制备系统，其特征在于：沼气提纯装置包括酸性气体消除装置、冷却脱水装置及负压提供装置，酸性气体消除装置与第二发酵罐的发酵罐体连接，冷却脱水装置与酸性气体消除装置连接，负压提供装置与冷却脱水装置连接，以使酸性气体消除装置、冷却脱水装置内产生负压，酸性气体消除装置包括罐体、喷雾装置，罐体的顶部开设有气体进入孔及穿过孔，气体进入孔通过管道与第二发酵罐的发酵罐体连通，喷雾装置的喷雾头从穿过孔进入罐体，以对进入罐体的沼气进行喷雾，通过喷雾喷出的碱性雾吸收沼气中的酸性气体，罐体的侧壁上开设有气体排出口，冷却脱水装置的气体进入口与罐体的侧壁上的气体排出口连通，冷却脱水装置包括管道及设置在管道内的高度逐渐递增的冷却片，冷却片开设有导流孔，管道的第一端与罐体的侧壁固定连接，管道的第二端高于管道的第一端，如此在沼气通过管道时，冷却片使沼气中的水蒸气冷却液化后，通过冷却片的导流孔流回罐体中。
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