CN113667594B - 一种低温高寒地区煤层气生物工程恒温培养池 - Google Patents
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Abstract
一种低温高寒地区新型煤层气生物工程恒温培养池,包括基座、太阳能电池板组、风力发电机组和电能储存箱,基座上沿边缘设有暖棚架,暖棚架顶部设有暖棚顶,暖棚架一侧设有暖棚门,基座上设有位于暖棚架内部的培养池,电能储存箱接有交流电且内部设有蓄电池,太阳能电池板组和风力发电机组分别通过电线与蓄电池连接,电能储存箱为培养池提供电能。本发明解决了煤层气生物工程在低温高寒地区营养液温度难以满足细菌活性的问题,并具有促进细菌活性的功能,大大降低了煤层气生物工程的环境局限性。本发明对煤层气生物工程的大力推广和现场应用提供了一个前提保障,将是煤层气生物工程发展的一个重要利器。
Description
技术领域
本发明涉及一种低温高寒地区煤层气生物工程恒温培养池,属于煤层气生物工程领域。
背景技术
煤层气生物工程是将营养液或经过驯化、改良的菌种注入地下煤层或通过地面发酵产气的方式,把煤的部分有机组分转化为甲烷,实现微生物强化煤层气产出的一种特殊发酵工程。具体可概括为:将上游驯化培养出的优良菌种作为压裂液(生物压裂液)注入地下原始煤层或煤矿采空区;进入中游厌氧发酵阶段,将煤的一部分转化为以甲烷为主,还含有一定量重烃、 氢气、氮气和二氧化碳等气体(生物煤层气);同时也生成种类繁多的类石油液相化工产品,可被抽出分离提纯利用。这些气液相物质中部分还可以作为原材料合成新产品,如高硫煤生成的硫化氢合成纳米黄铁矿、生成的或后期注入的二氧化碳合成纳米方解石等。由于煤层气生物工程具有如此多的优点,便越来越受到关注。
目前实验室采用常规的培养基,在最佳的温度下进行的厌氧发酵产气试验,对于产气机理的探讨是有益的,但不能满足煤层气生物工程现场实施的需求。产甲烷菌活动的最佳温度是 35~45 ℃ ,而在低温极寒地区的环境温度都比较低,产甲烷菌在这一温度下代谢能力急剧下降,产气效果就会变差。 因此,要做到煤层气生物工程的普适性,就必须培育低温、高效产甲烷菌种或者发明一种低温高寒地区煤层气生物工程恒温培养池,相对于前者,后者更是急需解决的任务。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明要解决的技术问题是:提供一种低温高寒地区煤层气生物工程恒温培养池,其结构简单,绿色环保,效果明显,容易实现,解决了煤层气生物工程在低温高寒地区营养液温度难以满足细菌活性的问题,并有促进菌活性的功能,大大降低了煤层气生物工程的环境局限性。
为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:一种低温高寒地区煤层气生物工程恒温培养池,包括基座、太阳能电池板组、风力发电机组和电能储存箱,基座上沿边缘设有暖棚架,暖棚架顶部设有暖棚顶,暖棚架一侧设有暖棚门,基座上设有位于暖棚架内部的培养池,电能储存箱接有交流电且内部设有蓄电池,太阳能电池板组和风力发电机组分别通过电线与蓄电池连接,电能储存箱为培养池提供电能。
培养池包括池体,池体顶部设有池盖,池盖上均匀设有若干个出气口,出气口内插设有伸入到池体内部的多功能内插组件,池体上侧部设有进料口和进液口,池体下侧部设有排液口和导气口。
多功能内插组件包括包括加热插件和电解插件,加热插件和电解插件均包括圆盘形的绝缘座,绝缘座中心处开设有通孔,绝缘座上设有搅拌电机,搅拌电机的主轴垂直向下穿过通孔并同轴线连接有搅拌轴,搅拌轴穿过绝缘座伸入到池体内,搅拌轴上设有搅拌叶片,绝缘座上开设有上下通透的透气孔,搅拌轴和搅拌叶片均为绝缘材料制成或者在外部镀有耐高温绝缘材料层;加热插件的绝缘座下表面同轴线固定设有圆筒形的加热网,电解插件的绝缘座下表面同轴线固定设有圆筒形的电极网,绝缘座上设有与加热网或电极网连接的接线柱。
出气口为凸出于池盖呈上粗下细的台阶管,绝缘座设置在台阶管上部的较粗段内,台阶管的外部螺纹连接有密封盖,密封盖上设有排气管,密封盖与台阶管上端边缘之间设有密封圈,排气管上设有电磁阀,排气管的管口处设有单向阀。
暖棚架、暖棚门和暖棚顶的内壁以及培养池的外表面均设有保温隔热层。
两个电解插件的不同电极网构成一组电解插件,可根据菌种喜好的不同离子选择相应电极网材质,加热插件的加热网、搅拌轴和搅拌叶片均为绝缘材料制成或表面镀有绝缘材质,不会与电解插件发生电化学反应,进而多组多功能可选内插组件可协同作业,并且任一组多功能可选内插组件损坏可单独更换。
侧边均匀预留的若干导气口连接高压输气管线通入惰性气体,导气口设有防营养液倒吸装置,避免营养液倒流出培养池,当带有单向阀的密封盖的单向阀完全锁死后,营养液倒吸装置立即关闭,避免培养池内出现超压现象。
池体内设置用于监测池体内部温度的温度传感器,当温度高于设温度时,加热插件自动断电,当温度低于设定范围时,蓄电池自动送电使加热插组件开始工作。
采用上述技术方案,与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明结构简单,绿色环保,效果明显,容易实现,解决了煤层气生物工程在低温高寒地区营养液温度难以满足细菌活性的问题,并有促进菌活性的功能,大大降低了煤层气生物工程的环境局限性。
本发明所述的一种低温高寒地区煤层气生物工程恒温培养池,应首先建造一个基座,若工作环境允许,可选一平整地面作为基座。搭建暖棚架时依据培养池的大小建造,暖棚架外覆保温隔热材料层能起到隔绝外界环境,挡雨挡风的作用便可,也可根据需要自主配备其他设备。培养池的建造应做好防漏防渗,保温的工作,除了上部均匀预留的若干圆形出气口、侧边均匀预留的若干导气口、进料口、进液口、排液口等功能口,其余部分尽量做到整体完整性,预防漏气。上部均匀预留的若干出气口(台阶管)应凸出池盖一定高度,内部呈阶梯状,保证培养池内装满营养液时,出气口仍有一定的空间,以备下放多功能可选内插组件时,内插组件上部接线柱部位不接触营养液。配备的带有单向阀的密封盖能达到预期目的即可。最后根据设计要求配置好营养液,下入合适多功能内插组件,用单向阀的密封盖密封后,将内插组件接到电能储存箱合适的电源上,加热插件的加热网接交流电,电解插件的电解网接直流电,多功能内插组件开始工作。从池体下侧部均匀预留的若干导气口通入高压惰性气体排出溶解氧,通过绝缘座上的透气孔和密封盖上的排气管,保证排出培养池中的氧气,通过温度传感器的监测将温度控制到设定范围,进而达到设计目的。
由于本发明建造了一个暖棚架,可使培养池处在一个温和的环境中,避免与外界恶劣环境直接接触,两套保温措施使培养池保温效果更好,更稳定,更耐用。加热插件外部绝缘,不会同电解插件发生电化学反应,所以可以同时协同工作,采用多功能可选内插组件使培养池加热更均匀,更快速,作用更广泛,更灵活,并可根据需要对多功能内插组件做相应变动即可。采用单向阀的密封盖使排氧更简单,更彻底,可以提供一个无氧环境。供气、温控及电力控制协同控制使操作更简单,控制更精准。采用太阳能电池板组和风力发电机组与电能储存箱提供电力使电力来源更绿色,更环保。
本发明结构简单,绿色环保,效果明显,容易实现,解决了煤层气生物工程在低温高寒地区营养液温度难以满足细菌活性的问题,并具有促进细菌活性的功能,大大降低了煤层气生物工程的环境局限性。本发明对煤层气生物工程的大力推广和现场应用提供了一个前提保障,将是煤层气生物工程发展的一个重要利器。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图;
图2是本发明中出气口的轴向剖视图;
图3是本发明中电解插件的结构示意图;
图4是本发明中带有单向阀的密封盖的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述:
以下通过具体实施例对本发明作进一步说明,但不用以限制本发明,凡在本发明精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
如图1-4所示,本发明的一种低温高寒地区煤层气生物工程恒温培养池,包括基座1、太阳能电池板组2、风力发电机组3和电能储存箱4,基座1上沿边缘设有暖棚架5,暖棚架5顶部设有暖棚顶,暖棚架5一侧设有暖棚门,基座1上设有位于暖棚架5内部的培养池,电能储存箱4接有交流电且内部设有蓄电池,太阳能电池板组2和风力发电机组3分别通过电线与蓄电池连接,电能储存箱4为培养池提供电能。
培养池包括池体8,池体8顶部设有池盖9,池盖9上均匀设有若干个出气口10,出气口10内插设有伸入到池体8内部的多功能内插组件,池体8上侧部设有进料口11和进液口12,池体8下侧部设有排液口13和导气口14。
多功能内插组件包括包括加热插件和电解插件,加热插件和电解插件均包括圆盘形的绝缘座15,绝缘座15中心处开设有通孔,绝缘座15上设有搅拌电机16,搅拌电机16的主轴垂直向下穿过通孔并同轴线连接有搅拌轴17,搅拌轴17穿过绝缘座15伸入到池体8内,搅拌轴17上设有搅拌叶片18,绝缘座15上开设有上下通透的透气孔19,搅拌轴17和搅拌叶片18均为绝缘材料制成或者在外部镀有耐高温绝缘材料层;加热插件的绝缘座15下表面同轴线固定设有圆筒形的加热网,电解插件的绝缘座15下表面同轴线固定设有圆筒形的电极网20,绝缘座15上设有与加热网或电极网20连接的接线柱21。
出气口10为凸出于池盖9呈上粗下细的台阶管22,绝缘座15设置在台阶管22上部的较粗段内,台阶管22的外部螺纹连接有密封盖23,密封盖23上设有排气管24,密封盖23与台阶管22上端边缘之间设有密封圈,排气管24上设有电磁阀26,排气管24的管口处设有单向阀25。
暖棚架5、暖棚门和暖棚顶的内壁以及培养池的外表面均设有保温隔热层。
两个电解插件的不同电极网20构成一组电解插件,可根据菌种喜好的不同离子选择相应电极网20材质,加热插件的加热网、搅拌轴17和搅拌叶片18均为绝缘材料制成或表面镀有绝缘材质,不会与电解插件发生电化学反应,进而多组多功能可选内插组件可协同作业,并且任一组多功能可选内插组件损坏可单独更换。
侧边均匀预留的若干导气口14连接高压输气管线通入惰性气体,导气口14设有防营养液倒吸装置,避免营养液倒流出培养池,当带有单向阀25的密封盖23的单向阀25完全锁死后,营养液倒吸装置立即关闭,避免培养池内出现超压现象。
池体8内设置用于监测池体8内部温度的温度传感器,当温度高于设温度时,加热插件自动断电,当温度低于设定范围时,蓄电池自动送电使加热插组件开始工作。
本发明所述的一种低温高寒地区煤层气生物工程恒温培养池,应首先建造一个基座1,若工作环境允许,可选一平整地面作为基座1。搭建暖棚架5时依据培养池的大小建造,暖棚架5外覆保温隔热材料层能起到隔绝外界环境,挡雨挡风的作用便可,也可根据需要自主配备其他设备。培养池的建造应做好防漏防渗,保温的工作,除了上部均匀预留的若干圆形出气口10、侧边均匀预留的若干导气口14、进料口11、进液口12、排液口13等功能口,其余部分尽量做到整体完整性,预防漏气。上部均匀预留的若干出气口10(台阶管22)应凸出池盖9一定高度,内部呈阶梯状,保证培养池内装满营养液时,出气口10仍有一定的空间,以备下放多功能可选内插组件时,内插组件上部接线柱21部位不接触营养液。配备的带有单向阀25的密封盖23能达到预期目的即可。最后根据设计要求配置好营养液,下入合适多功能内插组件,用单向阀25的密封盖23密封后,将内插组件接到电能储存箱4合适的电源上,加热插件的加热网接交流电,电解插件的电解网接直流电,多功能内插组件开始工作。从池体8下侧部均匀预留的若干导气口14通入高压惰性气体排出溶解氧,通过绝缘座15上的透气孔19和密封盖23上的排气管24,保证排出培养池中的氧气,通过温度传感器的监测将温度控制到设定范围,进而达到设计目的。
由于本发明建造了一个暖棚架5,可使培养池处在一个温和的环境中,避免与外界恶劣环境直接接触,两套保温措施使培养池保温效果更好,更稳定,更耐用。加热插件外部绝缘,不会同电解插件发生电化学反应,所以可以同时协同工作,采用多功能可选内插组件使培养池加热更均匀,更快速,作用更广泛,更灵活,并可根据需要对多功能内插组件做相应变动即可。采用单向阀25的密封盖23使排氧更简单,更彻底,可以提供一个无氧环境。供气、温控及电力控制协同控制使操作更简单,控制更精准。采用太阳能电池板组2和风力发电机组3与电能储存箱4提供电力使电力来源更绿色,更环保。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (5)
1.一种低温高寒地区煤层气生物工程恒温培养池,其特征在于:包括基座、太阳能电池板组、风力发电机组和电能储存箱,基座上沿边缘设有暖棚架,暖棚架顶部设有暖棚顶,暖棚架一侧设有暖棚门,基座上设有位于暖棚架内部的培养池,电能储存箱接有交流电且内部设有蓄电池,太阳能电池板组和风力发电机组分别通过电线与蓄电池连接,电能储存箱为培养池提供电能;
培养池包括池体,池体顶部设有池盖,池盖上均匀设有若干个出气口,出气口内插设有伸入到池体内部的多功能内插组件,池体上侧部设有进料口和进液口,池体下侧部设有排液口和导气口;
多功能内插组件包括加热插件和电解插件,加热插件和电解插件均包括圆盘形的绝缘座,绝缘座中心处开设有通孔,绝缘座上设有搅拌电机,搅拌电机的主轴垂直向下穿过通孔并同轴线连接有搅拌轴,搅拌轴穿过绝缘座伸入到池体内,搅拌轴上设有搅拌叶片,绝缘座上开设有上下通透的透气孔,搅拌轴和搅拌叶片均为绝缘材料制成或者在外部镀有耐高温绝缘材料层;加热插件的绝缘座下表面同轴线固定设有圆筒形的加热网,电解插件的绝缘座下表面同轴线固定设有圆筒形的电极网,绝缘座上设有与加热网或电极网连接的接线柱;
出气口为凸出于池盖呈上粗下细的台阶管,绝缘座设置在台阶管上部的较粗段内,台阶管的外部螺纹连接有密封盖,密封盖上设有排气管,密封盖与台阶管上端边缘之间设有密封圈,排气管上设有电磁阀,排气管的管口处设有单向阀。
2.根据权利要求1所述的一种低温高寒地区煤层气生物工程恒温培养池,其特征在于:暖棚架、暖棚门和暖棚顶的内壁以及培养池的外表面均设有保温隔热层。
3.根据权利要求1所述的一种低温高寒地区煤层气生物工程恒温培养池,其特征在于:两个电解插件的不同电极网构成一组电解插件,加热插件的加热网、搅拌轴和搅拌叶片均为绝缘材料制成或表面镀有绝缘材质,不会与电解插件发生电化学反应,进而多组多功能内插组件协同作业,并且任一组多功能内插组件损坏可单独更换。
4.根据权利要求1所述的一种低温高寒地区煤层气生物工程恒温培养池,其特征在于:侧边均匀预留的若干导气口连接高压输气管线通入惰性气体,导气口设有防营养液倒吸装置,避免营养液倒流出培养池,当带有单向阀的密封盖的单向阀完全锁死后,营养液倒吸装置立即关闭,避免培养池内出现超压现象。
5.根据权利要求4所述的一种低温高寒地区煤层气生物工程恒温培养池,其特征在于:池体内设置用于监测池体内部温度的温度传感器,当温度高于设温度时,加热插件自动断电,当温度低于设定范围时,蓄电池自动送电使加热插组件开始工作。
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