CN107162181A

CN107162181A - 一种用于内循环厌氧反应器的三相分离器

Info

Publication number: CN107162181A
Application number: CN201710304427.4A
Authority: CN
Inventors: 张国宇; 王艳芳; 孙娜; 任丹; 马岩; 李婧; 郭鹏辉; 王柳奎
Original assignee: Beijing Jinze Environmental Energy Technology Research Ltd By Share Ltd
Current assignee: Beijing Jinze Environmental Energy Technology Research Ltd By Share Ltd
Priority date: 2017-05-03
Filing date: 2017-05-03
Publication date: 2017-09-15
Anticipated expiration: 2037-05-03
Also published as: CN107162181B

Abstract

公开了用于内循环厌氧反应器的三相分离器，包括：集气罩、集气腔和导流管。本发明的集气腔为封闭的柱面空腔，其上表面和下表面均向上凸起，下表面上沿集气腔的准线方向开设有集气孔。集气腔的上表面向上凸起，能够使回落至集气腔上的液体和污泥最大程度地回落至反应器底部，防止其停留在集气腔上；在集气腔下表面上沿集气腔的准线方向开设有集气孔，能够收集上升沼气；将集气腔下表面设置为向上凸起的结构，便于集气腔下表面上液化的液滴汇流至集气腔底部进而回流至反应器底部，能够防止由于上升沼气在集气腔表面液化而堵塞集气孔。本发明用于内循环厌氧反应器的三相分离器，能够使上升沼气夹带的液体更均匀、并且夹带细微颗粒更少。

Description

一种用于内循环厌氧反应器的三相分离器

技术领域

本发明涉及三相分离器，具体地说是一种用于内循环厌氧反应器的三相分离器。

背景技术

以下对本发明的相关技术背景进行说明，但这些说明并不一定构成本发明的现有技术。

三相分离器是UASB、EGSB、IC等厌氧反应器的灵魂所在，三相分离器设计的优劣直接影响到厌氧反应器的效果。内循环厌氧反应器(IC)是在上流式厌氧污泥床反应器(UASB)的基础上发展起来的一种高效厌氧反应器。IC由于内循环及上升流速高等原故，三相分离器的合理设计就尤为重要。

通常，IC有两个反应区，第一反应区(即下反应区，也称主反应区)和第二反应区(即上反应区，也称辅反应区)，第一反应区高负荷运行，第二反应区低负荷运行，每个反应区分别设有一级三相分离器。

目前，IC广泛采用的三相分离器如图1-3所示。反应产生的沼气带动混合液由集气罩1内集气室3汇集进入汇流槽2，再由汇流槽2收集后从升流管4进入气液分离器。在集气室3中，远离汇流槽2部分，比如接近IC反应器侧壁6的位置处，由于气体流速较低，气液界面水平方向相对静止。集气室中从距汇流槽2最远端开始，气体流动水平方向流速缓慢从零加速，到汇流槽与集气室相通的通道口5时流速最大。由于粘质力和惯性的不同，气体流速达到一定数量时，液体才随之水平流动；液体到达一定速度时，曳力就带动颗粒污泥水平移动。这样就造成距离汇流槽2最远处被气体夹带的液相流量最小，而距离汇流槽2越近被气体夹带的液相流量越大，致使反应器内液相非常不均匀地被带入气液分离器，从而反应器去除率降低；并且距离汇流槽2越近，由于气体流速越大，气体的尾吸和形成的微涡对沉降性较差的污泥和上升气泡8界面吸附的细微颗粒污泥的吸附捕捉作用越强，形成气液固三相界面层7，该界面层有着远比反应器内部更为剧烈的气液湍流分布，致使细微颗粒污泥更加碎散，碎散的污泥随气体被带入气液分离器，碎散污泥又随回流管进入第一反应室，容易使反应器出水混浊。

为了避免上述问题，申请号为201610111966.1的中国专利公开了一种用于内循环厌氧反应器的三相分离器，如图4-6所示，包括：至少一层集气罩10和设置在每个集气罩10下方的集气管20，每层集气罩包括至少一个集气罩；其中，集气罩10是倒V字型结构，集气罩10沿着长度方向的两端垂直设置在反应器侧壁上；集气管20位于倒V字型结构内、并与倒V字型结构的两个斜面平行；集气管20的两端封闭，其中一端位于反应器内、另一端垂直穿过反应器侧壁30伸出至反应器外；集气管20的下侧沿着集气管的长度方向开设一排集气孔21。该专利通过在集气管的下侧沿着集气管的长度方向开设一排集气孔，通过集气孔收集上升沼气，能够使上升沼气夹带的液体更均匀、并且夹带细微颗粒更少。然而这种结构也存在一些不足之处，例如：气体上升到集气管20之后容易在集气管20的表面液化，堵塞集气孔21。此外，由于集气管20平行设置在反应器内，在集气管20表面液化的液滴不容易回流至反应器底部。

发明内容

为了解决现有技术存在的一个或多个问题，本发明用于内循环厌氧反应器的三相分离器，包括：集气罩、集气腔和导流管；其中，

集气罩是倒V字型结构，集气罩沿着其长度方向的两端垂直设置在反应器侧壁上；

集气腔为封闭的柱面空腔，其上表面和下表面均向上凸起，下表面上沿集气腔的准线方向开设有集气孔；所述集气腔设置在V字型结构内、且与集气罩的两个斜面平行；所述集气腔的端部设置有连接孔，用于通过软管可拆卸地与设置在反应器内部或外部的导流管连通。

优选地，所述集气腔的下表面为开口向下的抛物柱面。

优选地，所述抛物柱面的母线方程为：

-y＝0.35x²，0.1L≤|x|≤0.25L

式中，以抛物线的顶点为坐标原点O建立直角坐标系XOY，x为母线在X轴上的取值范围，y为母线在Y轴上的取值范围；L为V字型结构的最大开口距离。

优选地，所述集气孔为圆台形结构，所述圆台形孔的朝向集气腔上表面的上底面的横截面积小于背对于集气腔上表面的下底面的横截面积。

优选地，所述集气腔的上表面的的横截面为由直线和/或曲线构成的轴对称结构。

优选地，所述集气腔内位于同一纵截面位置处的腔内高度相等；其中，所述纵截面是指沿着垂直于水平面方向、且平行于集气腔准线方向切出的截面。

优选地，对于集气腔内的任意一个位置，其沿垂直方向的腔内高度为0.016D～0.025D；其中D为反应器内径。

优选地，所述三相分离器包括至少两层集气罩，相邻两层集气罩相互平行且交错分布。

优选地，反应器内同一高度的集气腔对应的软管伸出反应器之后合并成一根与所述导流管连通的汇流管。

优选地，下层集气腔中集气孔的孔径大于上层集气腔中集气孔的孔径；和/或，下层集气腔中相邻两个集气孔之间的间距小于上层集气腔中相邻两个集气孔之间的间距。

本发明的集气腔为封闭的柱面空腔，其上表面和下表面均向上凸起，下表面上沿集气腔的准线方向开设有集气孔。集气腔的上表面向上凸起，能够使回落至集气腔上的液体和污泥最大程度地回落至反应器底部，防止其停留在集气腔上；通过在集气腔下表面上沿集气腔的准线方向开设有集气孔，能够收集上升沼气；通过将集气腔下表面设置为向上凸起的结构，便于集气腔下表面上液化的液滴汇流至集气腔底部进而回流至反应器底部，能够防止由于上升沼气在集气腔表面液化而堵塞集气孔。本发明用于内循环厌氧反应器的三相分离器，能够使上升沼气夹带的液体更均匀、并且夹带细微颗粒更少。

附图说明

通过以下参照附图而提供的具体实施方式部分，本发明的特征和优点将变得更加容易理解，在附图中：

图1是现有技术中一种用于IC的三相分离器示意图；

图2是图1中集气罩与回流槽的示意图；

图3是图1的三相分离器的原理示意图；

图4是现有技术中另一种用于内循环厌氧反应器的三相分离器示意图；

图5是图4中集气管与反应器侧壁示意图；

图6是图4反应器侧壁与位于反应器内的集气管的剖视图；

图7是本发明用于内循环厌氧反应器的三相分离器示意图；

图8是本发明中集气腔的结构示意图；

图9是本发明中集气孔的结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的示例性实施方式进行详细描述。对示例性实施方式的描述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。

如图7-9所示，本发明用于内循环厌氧反应器的三相分离器，包括：集气罩50、集气腔70和导流管(图中未示出)；其中，

集气罩50是倒V字型结构，集气罩50沿着其长度方向的两端垂直设置在反应器侧壁60上；

集气腔70为封闭的柱面空腔，其上表面72和下表面76均向上凸起，下表面76上沿集气腔70的准线方向开设有集气孔74；集气腔70设置在V字型结构内、且与集气罩50的两个斜面平行；集气腔70的端部设置有连接孔(图中未示出)，用于通过软管71可拆卸地与设置在反应器内部或外部的导流管(图中未示出)连通。

参见图7，集气罩50是倒V字型结构，气泡携带液体和/或污泥在上升过程中碰撞到集气罩50的斜面时，气泡中的沼气与液体和污泥分离，沼气沿着集气罩50的斜面继续上升，脱离了气泡的液体和污泥在重力作用下不断下落，最终回落到反应器的反应区内。

集气腔70位于集气罩50的下方，因此回落的的液体和污泥难免碰到集气腔70的上表面72。本发明中，集气腔70的上表面72向上凸起，回落至集气腔70上表面72的液体和污泥能够沿着集气腔72上表面向下滑动，使回落至集气腔70上的液体和污泥最大程度地回落至反应器底部，防止其停留在集气腔70上。

在图4-6公开的三相分离器中，采用开设集气孔的集气管收集气体，但是这种集气管使用时存在一些弊端：气泡携带液体和/或污泥在上升过程中碰撞到集气管时，液体和污泥容易粘附在集气管上，上升的气体也有可能在集气管上液化形成液滴并滞留在集气管上，难以回落至反应器底部；当粘附的液体和污泥沿着集气管表面滑落至集气管底部时，甚至会堵塞设置在集气管底部的集气孔。本发明将集气腔下表面设置为向上凸起的结构，便于集气腔下表面上液化的液滴和污泥汇流至集气腔底部进而回流至反应器底部，并且能够防止由于污泥和上升沼气在集气腔表面液化而堵塞集气孔。

集气腔70的下表面73的形状可以根据实际情况进行选择，只要具有向上凸起的表面即可实现本发明的技术方案，例如本领域技术人员可以将其设计成开口向下的椭圆柱面、球面、多边形棱柱面等结构。在一些实施例中，可以将集气腔的下表面设计为开口向下的抛物柱面，与椭圆柱面或者多边形棱柱面结构相比，抛物柱面能够进一步提高液体和污泥的回落效果。优选地，当抛物柱面的母线满足如下方程时，其对液体和污泥的回落效果最好：

-y＝0.35x²，0.1L≤|x|≤0.25L

集气孔74可以是柱型孔，也可以是圆台形孔。在图9示出的优选实施例中，集气孔74为圆台形结构，圆台形孔的朝向集气腔70上表面72的上底面的横截面积小于背对于集气腔70上表面72的下底面的横截面积。当集气孔74附近有液体或污泥粘附时，采用这种结构的集气孔74有利于粘附的液体和污泥沿着下表面73向下滑落，防止其堵塞集气孔74。

集气腔70的上表面72的横截面为由直线和/或曲线构成的轴对称结构。例如，上表面72的横截面为顶点朝上的三角形结构，或者等腰梯形结构，或者与下表面相同的横截面机构等，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的上表面73横截面，本发明对此不做具体限定。

在反应器中，同一高度处的气体流量近似相等，若集气腔70的腔内高度不同，则进入集气腔70内的气体在不同位置处的流量不同，并且腔内高度越小位置处的气体流速越大。当反应器内的气流量较大时，集气孔74附近气体的尾吸和形成的微涡对沉降性较差的污泥和上升气泡界面吸附的细微颗粒污泥的吸附捕捉作用越强，在对应位置的集气孔74处形成气液固三相界面层，该界面层有着远比反应器内部更为剧烈的气液湍流分布，致使细微颗粒污泥更加碎散，碎散的污泥随气体被带入气液分离器，碎散污泥又随回流管进入第一反应室，容易使反应器出水混浊。为了避免上述情况的发生，可以使集气腔内位于同一纵截面位置处的腔内高度相等；其中，所述纵截面是指沿着垂直于水平面方向、且平行于集气腔准线方向切出的截面。

若集气腔79的腔内高度过大，腔内气流量较小，不利于气体收集；若集气腔79的腔内高度过小，无法充分收集上升气体。在一些实施例中，对于集气腔70内的任意一个位置，当其沿垂直方向的腔内高度为0.016D～0.025D时，不仅能够充分收集上升气体，还有利于集气腔70内的气体收集。其中D为反应器内径。

根据本发明的三相分离器可以包括一层、两层或更多层集气罩，每层集气罩的数量也可以根据反应器的大小、集气罩尺寸以及实际操作要求来确认，例如：当反应器内气量较少时，可以设置1-2层集气罩，反应器容积和气量较大时可以采用3层或更多层集气罩。优选地，三相分离器包括至少两层集气罩，相邻两层集气罩相互平行且交错分布。

当同一层包括至少两个集气腔时，同一层的集气腔伸出反应器之后可以分别与导流管相连。由于每根集气管收集的气体的量较少，为了减少反应器外的管道数量，简化反应器的结构、降低反应器的成本，同一高度的集气腔对应的软管伸出反应器之后可以合并成一根与导流管连通的汇流管。此外，对于反应器内统一高度的多个集气腔，其收集的气体量有可能不同，因此通过软管流入导流管的气流量也不同，使同一高度的集气腔对应的软管伸出反应器之后合并成一根与导流管连通的汇流管能使进入导流管的气流量均匀稳定。

集气孔74的孔径越大，单位时间内收集的气体量越大，但是孔径越大，集气孔74对液体或污泥的截留作用越小。在反应器内，由于位置越高，对应位置处的气体夹带的液体和污泥相对较少，因此，在设计集气孔74的孔径时，可以使下层集气腔中集气孔的孔径大于上层集气腔中集气孔的孔径。同一个集气腔上开设的集气孔越多，单位时间内收集的气体量越大；相邻两个集气孔之间的间距越小，同一集气罩下的集气孔越密集，对气体的收集越充分。因此，在设计集气腔70上的集气孔74时，可以使下层集气腔中相邻两个集气孔之间的间距小于上层集气腔中相邻两个集气孔之间的间距。

虽然参照示例性实施方式对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不局限于文中详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离权利要求书所限定的范围的情况下，本领域技术人员可以对所述示例性实施方式做出各种改变。

Claims

1.一种用于内循环厌氧反应器的三相分离器，其特征在于包括：集气罩、集气腔和导流管；其中，

2.如权利要求1所述的三相分离器，其特征在于，所述集气腔的下表面为开口向下的抛物柱面。

3.如权利要求2所述的三相分离器，其特征在于，所述抛物柱面的母线方程为：

-y＝0.35x²，0.1L≤|x|≤0.25L

4.如权利要求1所述的三相分离器，其特征在于，所述集气孔为圆台形结构，所述圆台形孔的朝向集气腔上表面的上底面的横截面积小于背对于集气腔上表面的下底面的横截面积。

5.如权利要求1所述的三相分离器，其特征在于，所述集气腔的上表面的的横截面为由直线和/或曲线构成的轴对称结构。

6.如权利要求5所述的三相分离器，其特征在于，所述集气腔内位于同一纵截面位置处的腔内高度相等；其中，所述纵截面是指沿着垂直于水平面方向、且平行于集气腔准线方向切出的截面。

7.如权利要求6所述的三相分离器，其特征在于，对于集气腔内的任意一个位置，其沿垂直方向的腔内高度为0.016D～0.025D；其中D为反应器内径。

8.如权利要求5所述的三相分离器，其特征在于，所述三相分离器包括至少两层集气罩，相邻两层集气罩相互平行且交错分布。

9.如权利要求1所述的三相分离器，其特征在于，反应器内同一高度的集气腔对应的软管伸出反应器之后合并成一根与所述导流管连通的汇流管。

10.如权利要求1所述的三相分离器，其特征在于，下层集气腔中集气孔的孔径大于上层集气腔中集气孔的孔径；和/或，下层集气腔中相邻两个集气孔之间的间距小于上层集气腔中相邻两个集气孔之间的间距。