CN114774174A - 一种填料原位灵活更换的沼气提纯装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种填料原位灵活更换的沼气提纯装置，其特征在于，包括：进气阀和出气阀设在箱体两个对角处，箱体内通过气道隔板将箱体从上至下隔出若干层横向的气道，相邻气道之间首尾相通，最上层的气道的首端通过第一缩口衔接段接到进气阀，最下层的气道的尾端通过第二缩口衔接段接到出气阀；箱体还设有若干单元固定滑轨，所述单元固定滑轨位于箱体内部前后面，垂直于横向的气道布置，次级反应单元与所述单元固定滑轨滑动连接，次级反应单元中填充有草木灰‑多孔碳耦合填料。优点：次级反应单元的滑动连接实现抽屉式反应单元装填设计，通过多层气道布局，保证装置的高效率反应以及填料的回收利用；草木灰‑多孔碳耦合填料，实现废物资源化利用。
Description
技术领域
本发明涉及一种填料原位灵活更换的沼气提纯装置，属于废弃物资源化利用与新能源生产技术领域。
背景技术
当今，化石能源是支撑全球经济发展的最主要能源。根据英国石油公司BP最新发布的《2020年世界能源统计报告》显示，2020年化石能源消费占全球一次能源消费的84%，而在我国更是高达87%。然而化石能源属于不可再生能源，伴随着大规模的开采利用，将不可避免地走向枯竭。此外，化石能源燃烧时易排放大量温室气体，也加剧了全球变暖的问题。据联合国政府间气候变化专门委员会统计，全球每年由于燃烧化石燃料而引起的CO2变化量已经到达了约237亿吨。因此，对于绿色清洁的新型可再生能源的开发利用，将会是解决当下环境问题，保障未来能源供应的重要方向。
沼气的主要成分为CH4，作为一种清洁可再生能源，引起了全球的广泛关注。目前，利用畜禽粪污、果蔬餐厨垃圾和农业废弃物等厌氧发酵的沼气生产工艺已经形成了较为完整的技术体系。在德国，乡村地区建设有许多的小型沼气工程，实现了按需供能，而中国在近几年来也在逐步推进户用沼气池和禽畜场沼气工程的建设。2019年中国农村户用沼气池数量为3380.27万个，沼气工程数量为10.27万个，但由于沼气利用效率、户用沼气池的后期服务跟进、农村户用沼气服务站管理有限等诸多问题，沼气生产及相关技术难以得到大规模应用。
目前，沼气应用的最大限制是纯度问题：在标准情况下，纯CH4的低热值为36MJ/m3，而含有50%~80%CH4的沼气低热值仅有18~29MJ/m3。现如今已有的沼气提纯方法有：吸收法、变压吸附法、低温冷凝法和膜分离法。吸收法和变压吸附法已经有成熟的技术体系，但也仅适用于大型沼气工程的沼气提纯；而低温冷凝法和膜分离法由于技术较为复杂，投资成本较高。我国小型农村数量众多，小型的户用沼气池并不适用于吸收法和变压吸附法等提纯技术；但受限于成本问题，低温法和膜分离法等技术也难以得到推广应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种填料原位灵活更换的沼气提纯装置。
为解决上述技术问题，本发明提供一种填料原位灵活更换的沼气提纯装置，包括：提纯装置主体单元、包括若干个次级反应单元的网格状反应单元及草木灰-多孔碳耦合填料；
所述提纯装置主体单元包括：箱体、进气阀、第一缩口衔接段、第二缩口衔接段、出气阀、气道隔板；
进气阀和出气阀设在箱体两个对角处，箱体内通过气道隔板从上至下隔出若干层横向的气道，相邻气道之间首尾相通，最上层的气道的首端通过第一缩口衔接段接到进气阀，最下层的气道的尾端通过第二缩口衔接段接到出气阀；
所述箱体还设有若干单元固定滑轨，所述单元固定滑轨位于箱体内部前后面，垂直于横向的气道布置，次级反应单元与所述单元固定滑轨滑动连接，，次级反应单元中填充有草木灰-多孔碳耦合填料。
进一步的，所述提纯装置主体单元还包括：
隔板层，所述隔板层包括多孔板和无纺布层，无纺布层覆盖于多孔板两侧表面，通过隔板固定件按照恒定间距将隔板层固定在箱体内，将箱体分为若干个相邻的空间，每一个独立空间装填次级反应单元，所述多孔板保证气流畅通，所述无纺布层使得次级反应单元内填料不会堵塞多孔板。
进一步的，所述次级反应单元从上至下设有若干横向深槽，深槽间距与横向气道宽度一致。
进一步的，还包括：设在箱体内的气道隔板基座，箱体侧面设有预留缝隙，气道隔板从箱体侧面对准预留缝隙插入，置于次级反应单元深槽中并通过气道隔板基座进行固定。
进一步的，还包括：覆盖在次级反应单元内表面的抗碱腐蚀涂层。
进一步的，所述次级反应单元的头部设有气密盖板，气密盖板内侧设有橡胶塞封口，用于对插入网格状反应单元后的滑槽进行密封。
进一步的，所述次级反应单元由反应网格分隔成若干个三级反应单元，所述三级反应单元用于固定每一份多孔碳-草木灰耦合填料。
进一步的，所述单元固定滑轨设有碳化钨滚珠轴承组，所述次级反应单元设有与碳化钨滚珠轴承组滑动匹配的凹槽，以便次级反应单元沿单元固定滑轨移动。
本发明所达到的有益效果：
本发明通过次级反应单元与单元固定滑轨滑动连接，实现抽屉式反应单元装填设计，通过多层气道布局，保证装置的高效率反应以及填料的回收利用；草木灰-多孔碳耦合填料，反应效率高，制取成本低且具有回收价值，实现了废物资源化利用。
附图说明
图1为本专利实施例回型提纯装置主体单元透视示意图；
图2为本专利实施例回型提纯装置箱体示意图
图3为本专利实施例网格状反应单元示意图；
图4为本专利实施例气密性结构示意图；
图5为本专利实施例隔板层示意图；
图中附图标记的含义：图中，1.进气阀，2.第一缩口衔接段，3.次级反应单元，4.隔板层，5.出气阀，6.反应网格，7.三级反应单元及填料，8.气道隔板基座，9.气道隔板，10.抗碱腐蚀涂层，11.气密盖板，12.单元固定滑轨，13.橡胶塞封口，14.多孔板，15.无纺布层，16.隔板固定件，17.箱体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1-5所示，一种填料原位更换的沼气提纯装置，包括提纯装置主体单元、网格状反应单元以及填料：
所述回形提纯装置主体单元结构包括：进气阀1、缩口衔接段2、隔板层4、出气阀5、气道隔板基座8、气道隔板9、抗碱腐蚀层10、气密盖板11、单元固定滑轨12、橡胶塞封13、多孔板14、无纺布层15、隔板固定件16、箱体17；所述网格状反应单元包括：次级反应单元3、反应网6、三级反应单元7；
未经提纯沼气经个体农户收集集合后通过管道运输至提纯装置所在气段，经进气阀1调控流速后经由第一缩口衔接段2引入提纯装置主体单元，气体沿着气道隔板9隔离出的气道在回型装置中依次通过各次级反应单元7，与每个三级反应单元7内的多孔碳-草木灰耦合混合态填料充分反应，除去沼气中的CO2后经过第二缩口衔接段进入管道，在出气阀5的流速调控下排出装置，得到的提纯沼气可经过进一步加工后用于生物质能生产。
进一步的，所述填料采用多孔碳草木灰耦合物，两种材料比例根据沼气中CO2含量范围为多孔碳/草木灰=1：0.5~1：1，根据沼气中CO2含量控制填料更换频率为两天一次~半天一次。
进一步的，所述回型提纯装置主体单元，装置一侧有气密盖板11以及由耐酸碱、耐油的氟橡胶制成的橡胶塞封口13保证装置内部的气密性，防止沼气在反应中途泄露；由气道隔板9组和气道隔板基座8将反应主体单元分隔成回型气道，使装置小型化的同时让气体得以充分反应。
进一步的，所述单元固定滑轨12由碳化钨滚珠轴承以及次级反应单元（3）底部的凹槽构成，确保了滑轨结构的强度，进一步固定了每一个次级反应单元，防止反应时单元错位，也使得次级反应单元的更换过程更加流畅。
进一步的，所述隔板层4由多孔板14和无纺布层15组成，通过隔板固定件16按照恒定间距固定在回型装置主体单元内；无纺布层覆盖于多孔板两侧表面，防止混合状多孔碳-草木灰耦合填料进入通气孔堵塞，保证了装置内部每一条独立气道的通畅。
进一步的，所述网格状反应单元为装填设计，可更换的设计使得填料不断更新，保证了装置良好的提纯效率；网格状反应单元由反应网格6分成三级反应单元7，用来固定每一份多孔碳-草木灰耦合填料，减少重力对于填料堆积密度以及含水量分布的影响，从而降低重力对于反应填料工况的影响，保证每个三级反应单元的工作效率，次级反应单元3内壁涂有由特种树脂，改性树脂以及稀释剂，固化剂组成的抗碱腐蚀涂层10，确保单元外壳与碱性填料接触部分不会被腐蚀。
所述提纯反应的温度范围为30~35℃。
本发明的填料原位更换的沼气提纯装置结构简单、成本较低，而且提纯效率较高；通过反应器入口的缩口设计和混合态的含多孔碳的耦合填料帮助减缓气体流速，增加反应时间，使沼气中CO2被充分吸收；多个反应单元构成回型反应器结构，确保了提纯反应的充分进行的同时使装置小型化，加大对空间的利用效率；填料使用乡村日常的生活废物中主要成分为碳酸钾的草木灰，以及中国乡村地区分布广泛的毛竹等禾本科竹亚科植物烧制而成的多孔碳进行湿态耦合，得到的填料成本低，且在反应降低碱性后可作为天然优质钾肥进行施用，做到了废物资源化；可活动的抽屉状结构装填填料，使得填料在充分反应过后可以随时抽出更换，极大地减小了填料更换对于反应效率的干扰，；双重气密性设计确保了良好的安全性和气密性，使得反应气体能按照预定的路线通过装置充分反应；网格状的次级反应单元设计，克服了重力对于反应的干扰，保证了反应的持续高效。本发明从“低能耗、低成本、高回收”的角度实现了沼气提纯由“处理工艺”向“生产工艺”转变的新格局，为我国拉开生物质能资源利用向地方乡村下沉的新画卷。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的得同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
综上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种填料原位灵活更换的沼气提纯装置，其特征在于，包括：提纯装置主体单元、包括若干个次级反应单元（3）的网格状反应单元及草木灰-多孔碳耦合填料（7）；
所述提纯装置主体单元包括：箱体（17）、进气阀（1）、第一缩口衔接段（2）、第二缩口衔接段、出气阀（5）、气道隔板（9）；
进气阀（1）和出气阀（5）设在箱体（17）两个对角处，箱体（17）内通过气道隔板（9）从上至下隔出若干层横向的气道，相邻气道之间首尾相通，最上层的气道的首端通过第一缩口衔接段（2）接到进气阀（1），最下层的气道的尾端通过第二缩口衔接段接到出气阀（5）；
所述箱体还设有若干单元固定滑轨（12），所述单元固定滑轨（12）位于箱体（17）内部前后面，垂直于横向的气道布置，次级反应单元（3）与所述单元固定滑轨（12）滑动连接，次级反应单元中填充有草木灰-多孔碳耦合填料。
2.根据权利要求1所述的填料原位灵活更换的沼气提纯装置，其特征在于，所述提纯装置主体单元还包括：
隔板层（4），所述隔板层（4）包括多孔板（14）和无纺布层（15），无纺布层（15）覆盖于多孔板（14）两侧表面，通过隔板固定件（16）按照恒定间距将隔板层（4）固定在箱体（17）内，将箱体（17）分为若干个相邻的空间，每一个独立空间装填次级反应单元（3），所述多孔板（14）保证气流畅通，所述无纺布层（15）使得次级反应单元（3）内填料不会堵塞多孔板（14）。
3.根据权利要求1所述的填料原位灵活更换的沼气提纯装置，其特征在于，所述次级反应单元（3）从上至下设有若干横向深槽，深槽间距与横向气道宽度一致。
4.根据权利要求3所述的填料原位灵活更换的沼气提纯装置，其特征在于，还包括：设在箱体（17）内的气道隔板基座（8），箱体（17）侧面设有预留缝隙，气道隔板（9）从箱体侧面对准预留缝隙插入，置于次级反应单元（3）深槽中并通过气道隔板基座（8）进行固定。
5.根据权利要求1所述的填料原位灵活更换的沼气提纯装置，其特征在于，还包括：覆盖在次级反应单元（3）内表面的抗碱腐蚀涂层（10）。
6.根据权利要求1所述的填料原位灵活更换的沼气提纯装置，其特征在于，
所述次级反应单元（3）的头部设有气密盖板（11），气密盖板（11）内侧设有橡胶塞封口（13），用于对插入网格状反应单元后的滑槽进行密封。
7.根据权利要求1所述的填料原位灵活更换的沼气提纯装置，其特征在于，
所述次级反应单元（3）由反应网格（6）分隔成若干个三级反应单元(7)，所述三级反应单元（7）用于固定每一份多孔碳-草木灰耦合填料。
8.根据权利要求1所述的填料原位灵活更换的沼气提纯装置，其特征在于，
所述单元固定滑轨（12）设有碳化钨滚珠轴承组，所述次级反应单元（3）设有与碳化钨滚珠轴承组滑动匹配的凹槽，以便次级反应单元（3）沿单元固定滑轨（12）移动。
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| CN114774174B (zh) | 2023-10-24 |
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