CN107142198A - 一种秸秆厌氧发酵制取沼气的生产工艺 - Google Patents

Abstract

一种秸秆厌氧发酵制取沼气的生产工艺，主要设备包括上料罐（A）、浮筒液位计（B）、厌氧罐（Y）、凝水器（N）、干燥器（G）、脱硫器（T）、沼气柜（Q），辅助设备包括太阳能集热器（W）、中间热水罐（R）、循环泵（H）、空气源热泵（K）；上料罐（A）通过上料管（7）连接厌氧罐（Y），厌氧罐（Y）通过回流管（5）连接浮筒液位计（B），浮筒液位计（B）通过输液管（S）连接上料罐（A），厌氧罐（Y）、凝水器（N）、干燥器（G）、脱硫器（T）、沼气柜（Q）由输气管路连接；辅助设备通过输水管路连接，构成循环水路连接厌氧罐（Y）；设备、阀门、仪表通过信号线（X）连接电气柜（D），由计算机（J）控制自动运行，经过进料发酵工序、降解排渣工序、干燥脱硫工序，制取沼气。效率高，污染少，效益好。

Description

一种秸秆厌氧发酵制取沼气的生产工艺

技术领域

本发明涉及制取沼气的生产工艺，尤其涉及利用秸秆发酵制取沼气的生产工艺。

背景技术

目前国内制取沼气的企业生产工艺中，普遍存在着TS浓度低，进料慢、排渣堵塞、温度不稳定、发酵不充分的情况。在传统的沼气制取企业中，目前运行的禽兽粪便、餐厨垃圾处理工艺TS浓度仅为7-9%。冬季温度低的时候，单靠太阳能加热达不到要求时，沼气生产企业多采用锅炉加热增温的办法，增加了成本，造成了污染，效果不理想，达不到国家环保标准要求。部分企业因此无法继续经营，出现停产和破产。如河南洛阳某县的生物燃气工程，由于解决不了恒温发酵和排渣堵塞问题而导致破产。在当前资源匮乏、环境污染日益严重、国家保护环境的政策收紧的形势下，制取沼气的生产工艺方面，如何实现自动上料、恒温发酵、节能减排的发展方向，成为利用农作物秸秆发酵制取沼气领域的重点攻关课题。

发明内容

本发明的目的，就是提供一种设计合理、操作安全方便、自动化程度高的制取沼气的生产工艺，减轻劳动强度，提高生产效率，节约成本，节能减排，保护环境，实现均衡持续生产沼气，提高经济社会效益。

本发明的任务是以如下方式完成的：研究设计一种秸秆厌氧发酵制取沼气的生产工艺，由主要设备和辅助设备连接组成沼气生产线，主要设备包括上料罐、浮筒液位计、厌氧罐、凝水器、干燥器、脱硫器、沼气柜，辅助设备包括太阳能集热器、中间热水罐、循环泵、空气源热泵，主要设备通过送料输气管路连接，上料罐通过上料管与厌氧罐连接，厌氧罐通过回流管与浮筒液位器连接，浮筒液位器底部通过输液管与上料罐连接，厌氧罐、凝水器、干燥器、脱硫器、沼气柜之间由输气管路连接，上料管装设上料阀，厌氧罐通过输气管连接凝水器，输气管上装设取样阀、压力表、流量计、压力变送器、排空阀；凝水器通过凝水气管连接干燥器，干燥器通过干燥气管连接脱硫器，脱硫器通过沼气管连接气柜，各个输气管路上均装设阀门和压力表；辅助设备通过输水管路连接，构成循环水路，连接厌氧罐，太阳能集热器通过太阳能热水管连接中间热水罐，中间热水罐通过热源水管连接空气源热泵，中间热水罐连接供水管，厌氧罐上设有喷射冲击水管套，喷射冲击水管套与供水管接通，中间热水罐通过热水管和回水管连接厌氧罐的加温水套，热水管的管路连接厌氧罐补水管，厌氧罐补水管上设置补水阀、供水管上装设供水阀、太阳能热水管上装设太阳能热水阀、回水管上装设回水阀；主要设备和辅助设备以及各个阀门、仪表分别通过信号线连接电气柜，电气柜通过信号缆连接计算机，计算机根据收集的信号，按照预先设定的程序，调节控制主要设备和辅助设备及各个阀门、仪表工作，保证生产线正常运行，经过进料发酵工序、降解排渣工序、干燥脱硫工序的各个工艺过程，制取沼气，通过沼气管输入气柜。

进料发酵工序的工艺过程是：上料罐将进料管输入的秸秆碎料和浮筒液位计通过输液管输入的沼液进行搅拌，混合均匀，上料罐通过上料管连接厌氧罐,上料管上装设上料阀，上料管采用密闭的气动输料结构，将上料罐中经过搅拌混合均匀的秸秆料液输送到厌氧罐中，进行发酵处理；厌氧罐连接厌氧罐补水管，厌氧罐补水管上装设补水阀，根据需要开启补水阀向厌氧罐内进行补水，秸秆料液按照体积计算固体占液体的25-35%；厌氧罐内设有温度计和液位计,厌氧罐内的秸秆料液达到液位计的下限位置时,开启上料阀，上料罐中混合均匀的秸秆料液通过上料管输送到厌氧罐中，秸秆料液达到厌氧罐内的液位计的上限位置时,关闭上料阀，开启进料阀，通过进料管向上料罐中输进秸秆碎料，开启回流阀，厌氧罐中发酵后的沼液回流到浮筒液位计中，通过输液管 向上料罐中输入沼液，开启上料罐中的搅拌器进行搅拌，形成秸秆料液，待厌氧罐内的秸秆料液达到液位计的下限位置时,开启上料阀，向厌氧罐中输入秸秆料液，循环进行，中间热水罐通过热水管向厌氧罐的加温水套中输入热水循环，使厌氧罐内的秸秆稀料发酵温度保持在摄氏29-38度。

降解排渣工序的工艺过程是：厌氧罐内部采用循环冲击沼液的方式，喷射冲击水管套环绕厌氧罐一圈设置连接的若干喷头伸入厌氧罐内，向沼液发酵层喷射水流进行冲击，将降解发酵后的料渣强制冲击下沉到厌氧罐底部，采用多点虹吸方式进行排渣，厌氧罐内部底面设置若干排渣管，连通厌氧罐下部开设的出渣口，将料渣虹吸进入排渣管，通过出渣口排出厌氧罐外边。

干燥脱硫工序的工艺过程是：将厌氧罐中经过发酵产生的混合气体通过输气管送到凝水器中，凝水器进行水气分离处理，经过水气分离处理后的湿润气体通过凝水气管输入干燥器中，干燥器进行脱水干燥，经过脱水干燥后的干燥气体通过干燥气管输送到脱硫器中，脱硫器进行脱硫，经过脱硫后的沼气通过沼气管输送到气柜中。

循环水路是：太阳能集热器W通过太阳能热水管连接中间热水罐，中间热水罐通过热水管、回水管分别连接厌氧罐的加温水套，同时空气源热泵通过热源水管连接中间热水罐；当中间热水罐通过热水管输出热水的热量达不到厌氧罐所需的发酵温度时，空气源热泵中加温的热水通过热源水管输入中间热水罐，再通过热水管输入厌氧罐的加温水套，提高循环水温；当中间热水罐输出的热水温度过高，超过厌氧罐内部发酵所需热量时，开启供水阀，供水管向中间热水罐输入新水，降低热水管输出热水的温度，调节厌氧罐加温水套内的循环水温，使厌氧罐内保持恒温。

电气柜内部设置集成电路板，通过若干信号线分别连接生产设备和各个阀门、仪表，各个阀门采用电动阀门、气动阀门，电气柜通过信号缆连接计算机，计算机根据收集到的信号，按照预先设计的程序向电气柜发出指令，电气柜按照指令控制生产设备和阀门、仪表自动调节运行，实现厌氧发酵制取沼气自动化生产。

按照上述方案进行实施和试验，证明本发明的设计合理，操作安全方便，自动化程度高，大大减轻了劳动强度，生产效率高，成本低，节约能源，减少了污染，达到了国家环保标准的规定，实现了均衡持续生产沼气，较好地达到了预定目的。

附图说明

图1是本发明的生产线连接布局示意图。

图中，1—进料管，2—进料阀，3—压力气管，4—压力气管阀，5—回流管，6—回流阀，7—上料管，8—喷射冲击水管套，9—温度计，10—补水阀，11—上料阀，12—输气管，13—液位计，14—取样阀，15—压力表，16—流量计，17—压力变送器，18—排空阀，19—供水管，20—凝水气管，21—凝水气管阀，22—干燥气管，23—干燥气管阀，24—沼气管，25—沼气管阀，26—供水阀，27—太阳能热水阀，28—太阳能热水管，29—太阳能上水管，30—空气源热水管，31—回水管，32—回水阀，33—热水管，34—厌氧罐补水管；A—上料罐，B—浮筒液位器，C—出渣口，D—电气柜，F—料位计，G—干燥器，H—循环泵，J—计算机，K—空气源热泵，L—信号缆,M—热水泵，N—凝水器，Q—气柜，R—中间热水罐，S—输液管，T—脱硫器，W—太阳能集热器，X—信号线,Y—厌氧罐。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

参阅图1,本发明由主要设备和辅助设备连接组成沼气生产线，主要设备包括上料罐A、浮筒液位计B、厌氧罐Y、凝水器N、干燥器G、脱硫器T、沼气柜Q，辅助设备包括太阳能集热器W、中间热水罐R、循环泵H、空气源热泵K，主要设备通过送料输气管路连接，上料罐A通过上料管7与厌氧罐Y连接，厌氧罐Y通过回流管5与浮筒液位器B连接，浮筒液位器B底部通过输液管S与上料罐A连接，厌氧罐Y、凝水器N、干燥器G、脱硫器T、沼气柜Q之间由输气管路连接，上料管7装设上料阀11，厌氧罐Y通过输气管12连接凝水器N，输气管12上装设取样阀14、压力表15、流量计16、压力变送器17、排空阀18；凝水器N通过凝水气管20连接干燥器G，干燥器G通过干燥气管22连接脱硫器T，脱硫器T通过沼气管24连接气柜Q，各个输气管路上均装设阀门和压力表15；辅助设备通过输水管路连接，构成循环水路，连接厌氧罐Y，太阳能集热器W通过太阳能热水管28连接中间热水罐R，中间热水罐R通过热源水管30连接空气源热泵K，中间热水罐R连接供水管19，厌氧罐Y上设有喷射冲击水管套8，喷射冲击水管套8与供水管19接通，中间热水罐R通过热水管33和回水管31连接厌氧罐Y的加温水套，热水管33的管路连接厌氧罐补水管34，厌氧罐补水管34上设置补水阀10、供水管19上装设供水阀26、太阳能热水管28上装设太阳能热水阀27、回水管31上装设回水阀32；主要设备和辅助设备以及各个阀门、仪表分别通过信号线X连接电气柜D，电气柜D通过信号缆L连接计算机J，计算机J根据收集的信号，按照预先设定的程序，调节控制主要设备和辅助设备及各个阀门、仪表工作，保证生产线正常运行，经过进料发酵工序、降解排渣工序、干燥脱硫工序的各个工艺过程，制取沼气，通过沼气管24输入气柜Q。根据需要，再装入适当的容器运输出厂。部分沼气也可以作为燃料自行应用。

进料发酵工序的工艺过程是：上料罐A将进料管1输入的秸秆碎料和浮筒液位计B通过输液管S输入的沼液进行搅拌，混合均匀，上料罐A通过上料管7连接厌氧罐Y,上料管7上装设上料阀11，上料管采 用密闭的气动输料结构，将上料罐A中经过搅拌混合均匀的秸秆料液输送到厌氧罐Y中，进行发酵处理；厌氧罐Y连接厌氧罐补水管34，厌氧罐补水管34上装设补水阀10，根据需要开启补水阀10向厌氧罐Y内进行补水，秸秆料液按照体积计算固体占液体的25-35%；厌氧罐Y内设有温度计9和液位计13,厌氧罐Y内的秸秆料液达到液位计13的下限位置时,开启上料阀11，上料罐A中混合均匀的秸秆料液通过上料管7输送到厌氧罐Y中，秸秆料液达到厌氧罐Y内的液位计13的上限位置时,关闭上料阀11，开启进料阀2，通过进料管1向上料罐A中输进秸秆碎料，开启回流阀6，厌氧罐Y中发酵后的沼液回流到浮筒液位计B中，通过输液管 S向上料罐A中输入沼液，开启上料罐A中的搅拌器进行搅拌，形成秸秆料液，待厌氧罐Y内的秸秆料液达到液位计13的下限位置时,开启上料阀11，向厌氧罐Y中输入秸秆料液，循环进行，中间热水罐R通过热水管33向厌氧罐Y的加温水套中输入热水循环，使厌氧罐Y内的秸秆稀料发酵温度保持在摄氏29-38度。

降解排渣工序的工艺过程是：厌氧罐Y内部采用循环冲击沼液的方式，喷射冲击水管套8环绕厌氧罐Y一圈设置连接的若干喷头伸入厌氧罐Y内，向沼液发酵层喷射水流进行冲击，将降解发酵后的料渣强制冲击下沉到厌氧罐Y底部，采用多点虹吸方式进行排渣，厌氧罐Y内部底面设置若干排渣管，连通厌氧罐Y下部开设的出渣口C，将料渣虹吸进入排渣管，通过出渣口C排出厌氧罐Y外边。

干燥脱硫工序的工艺过程是：厌氧罐Y中经过发酵产生的混合气体通过输气管12送到凝水器N中，凝水器N进行水气分离处理，经过水气分离处理后的湿润气体通过凝水气管20输入干燥器G中，干燥器G进行脱水干燥，经过脱水干燥后的干燥气体通过干燥气管22输送到脱硫器T中，脱硫器T进行脱硫，经过脱硫后的沼气通过沼气管24输送到气柜Q中。

循环水路是：太阳能集热器W通过太阳能热水管28连接中间热水罐R，中间热水罐R通过热水管33、回水管31分别连接厌氧罐Y的加温水套，同时空气源热泵K通过热源水管30连接中间热水罐R；当中间热水罐R通过热水管33输出热水的热量达不到厌氧罐Y所需的发酵温度时，空气源热泵K中加温的热水通过热源水管30输入中间热水罐R，再通过热水管33输入厌氧罐Y的加温水套，提高循环水温；当中间热水罐R输出的热水温度过高，超过厌氧罐Y内部发酵所需热量时，开启供水阀26，供水管19向中间热水罐R输入新水，降低热水管33输出热水的温度，调节厌氧罐Y加温水套内的循环水温，使厌氧罐Y内保持恒温。

电气柜D内部设置集成电路板，通过若干信号线X分别连接生产设备和各个阀门、仪表，各个阀门采用电动阀门、气动阀门，电气柜通过信号缆L连接计算机J，计算机J根据收集到的信号，按照预先设计的程序向电气柜D发出指令，电气柜D按照指令控制生产设备和阀门、仪表自动调节运行。

实际应用时，上料罐A通过进料管1将预处理好的秸秆碎料输送到厌氧罐Y，进料管1采用密闭式气动送料形式，秸秆碎料的TS值为25-30%，在沼气制取过程中采用循环加热系统，各个阀门和仪表通过信号线X连接电气柜D，电气柜D将反馈的信号通过集中的信号缆L输入计算机J，计算机J按照事先设计好的程序控制各个阀门动作，对生产设备进行控制，实现厌氧发酵制取沼气自动化生产。脱硫之后制取的沼气成品，通过沼气管24输入气柜Q。根据需要，再将沼气装入适当的容器运输出厂。部分沼气也可以作为燃料自行应用。通过出渣口C排出厌氧罐Y外边的料渣,再进行加工利用，可以作为很好的有机肥料。

本发明操作安全方便，厌氧发酵快，自动化程度高，成本低，生产效率高，减少了污染，达到了国家环保标准的规定，实现了均衡持续制取沼气的规模化生产，具有良好的经济社会效益和光明的推广应用前景。

Claims (6)

1.一种秸秆厌氧发酵制取沼气的生产工艺，其特征在于由主要设备和辅助设备连接组成沼气生产线，主要设备包括上料罐（A）、浮筒液位计（B）、厌氧罐（Y）、凝水器（N）、干燥器（G）、脱硫器（T）、沼气柜（Q），辅助设备包括太阳能集热器（W）、中间热水罐（R）、循环泵（H）、空气源热泵（K），主要设备通过送料输气管路连接，上料罐（A）通过上料管（7）与厌氧罐（Y）连接，厌氧罐（Y）通过回流管（5）与浮筒液位器（B）连接，浮筒液位器（B）底部通过输液管（S）与上料罐（A）连接，厌氧罐（Y）、凝水器（N）、干燥器（G）、脱硫器（T）、沼气柜（Q）之间由输气管路连接，上料管（7）装设上料阀（11），厌氧罐（Y）通过输气管（12）连接凝水器（N），输气管（12）上装设取样阀（14）、压力表（15）、流量计（16）、压力变送器（17）、排空阀（18）；凝水器（N）通过凝水气管（20）连接干燥器（G），干燥器（G）通过干燥气管（22）连接脱硫器（T），脱硫器（T）通过沼气管（24）连接气柜（Q），各个输气管路上均装设阀门和压力表（15）；辅助设备通过输水管路连接，构成循环水路，连接厌氧罐（Y），太阳能集热器（W）通过太阳能热水管（28）连接中间热水罐（R），中间热水罐（R）通过热源水管（30）连接空气源热泵（K），中间热水罐（R）连接供水管（19），厌氧罐（Y）上设有喷射冲击水管套（8），喷射冲击水管套（8）与供水管（19）接通，中间热水罐（R）通过热水管（33和回水管（31）连接厌氧罐（Y）的加温水套，热水管（33）的管路连接厌氧罐补水管（34），厌氧罐补水管（34）上设置补水阀（10）、供水管（19）上装设供水阀（26）、太阳能热水管（28）上装设太阳能热水阀（27）、回水管（31）上装设回水阀（32）；主要设备和辅助设备以及各个阀门、仪表分别通过信号线（X）连接电气柜（D），电气柜（D）通过信号缆（L）连接计算机（J），计算机（J）根据收集的信号，按照预先设定的程序，调节控制主要设备和辅助设备及各个阀门、仪表工作，保证生产线正常运行，经过进料发酵工序、降解排渣工序、干燥脱硫工序的各个工艺过程，制取沼气，通过沼气管（24）输入气柜（Q）。

2.按照权利要求1所述的秸秆厌氧发酵制取沼气的生产工艺，其特征在于所述的进料发酵工序的工艺过程是：上料罐（A）将进料管（1）输入的秸秆碎料和浮筒液位计（B）通过输液管（S）输入的沼液进行搅拌，混合均匀，上料罐（A）通过上料管（7）连接厌氧罐（Y）,上料管（7）上装设上料阀（11），上料管（7）采用密闭的气动输料结构，将上料罐（A）中经过搅拌混合均匀的秸秆料液输送到厌氧罐（Y）中，进行发酵处理；厌氧罐（Y）连接厌氧罐补水管（34），厌氧罐补水管（34）上装设补水阀（10），根据需要开启补水阀（10）向厌氧罐（Y）内进行补水，秸秆料液按照体积计算固体占液体的25-35%；厌氧罐（Y）内设有温度计（9）和液位计（13）,厌氧罐（Y）内的秸秆料液达到液位计（13）的下限位置时,开启上料阀（11），上料罐（A）中混合均匀的秸秆料液通过上料管（7）输送到厌氧罐（Y）中，秸秆料液达到厌氧罐（Y）内的液位计（13）的上限位置时,关闭上料阀（11），开启进料阀（2），通过进料管（1）向上料罐（A）中输进秸秆碎料，开启回流阀（6），厌氧罐（Y）中发酵后的沼液回流到浮筒液位计（B）中，通过输液管（S）向上料罐（A）中输入沼液，开启上料罐（A）中的搅拌器进行搅拌，形成秸秆料液，待厌氧罐（Y）内的秸秆料液达到液位计（13）的下限位置时,开启上料阀（11），向厌氧罐（Y）中输入秸秆料液，循环进行，中间热水罐（R）通过热水管（33）向厌氧罐（Y）的加温水套中输入热水循环，使厌氧罐（Y）内的秸秆稀料发酵温度保持在摄氏29-38度。

3.按照权利要求1所述的秸秆厌氧发酵制取沼气的生产工艺，其特征在于所述的降解排渣工序的工艺过程是：厌氧罐（Y）内部采用循环冲击沼液的方式，喷射冲击水管套（8）环绕厌氧罐（Y）一圈设置连接的若干喷头伸入厌氧罐（Y）内，向沼液发酵层喷射水流进行冲击，将降解发酵后的料渣强制冲击下沉到厌氧罐（Y）底部，采用多点虹吸方式进行排渣，厌氧罐（Y）内部底面设置若干排渣管，连通厌氧罐（Y）下部开设的出渣口（C），将料渣虹吸进入排渣管，通过出渣口（C）排出厌氧罐（Y）外边。

4.按照权利要求1所述的秸秆厌氧发酵制取沼气的生产工艺，其特征在于所述的干燥脱硫工序的工艺过程是：将厌氧罐（Y）中经过发酵产生的混合气体通过输气管（12）送到凝水器（N）中，凝水器（N）进行水气分离处理，经过水气分离处理后的湿润气体通过凝水气管（20）输入干燥器（G）中，干燥器（G）进行脱水干燥，经过脱水干燥后的干燥气体通过干燥气管（22）输送到脱硫器（T）中，脱硫器（T）进行脱硫，经过脱硫后的沼气通过沼气管（24）输送到气柜（Q）中。

5.按照权利要求1所述的秸秆厌氧发酵制取沼气的生产工艺，其特征在于所述的循环水路是：太阳能集热器（W）通过太阳能热水管（28）连接中间热水罐（R），中间热水罐（R）通过热水管（33）、回水管（31）分别连接厌氧罐（Y）的加温水套，同时空气源热泵（K）通过热源水管（30）连接中间热水罐（R）；当中间热水罐（R）通过热水管（33）输出热水的热量达不到厌氧罐（Y）所需的发酵温度时，空气源热泵（K）中加温的热水通过热源水管（30）输入中间热水罐（R），再通过热水管（33）输入厌氧罐（Y）的加温水套，提高循环水温；当中间热水罐（R）输出的热水温度过高，超过厌氧罐（Y）内部发酵所需热量时，开启供水阀（26），供水管（19）向中间热水罐（R）输入新水，降低热水管（33）输出热水的温度，调节厌氧罐（Y）加温水套内的循环水温，使厌氧罐（Y）内保持恒温。

6.按照权利要求1所述的秸秆厌氧发酵制取沼气的生产工艺，其特征在于所述的电气柜（D）内部设置集成电路板，通过若干信号线（X）分别连接生产设备和各个阀门、仪表，各个阀门采用电动阀门、气动阀门，电气柜（D）通过信号缆（L）连接计算机（J），计算机（J）根据收集到的信号，按照预先设计的程序向电气柜（D）发出指令，电气柜（D）按照指令控制生产设备和各个阀门自动调节运行。