CN115109685A - 一种从头发中萃取高纯度甲烷气体的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种从头发中萃取高纯度甲烷气体的装置和方法，其包括发酵罐，所述发酵罐顶面固定安装有驱动电机；第一排气管，所述第一排气管一端固定安装在发酵罐顶面，所述除杂罐侧壁顶部固定安装有加料管，所述第一排气管另一端底部贯穿分散网，所述分散网固定安装在除杂罐内壁上，所述除杂罐顶端另一侧固定安装有第二排气管，所述除杂罐上安装有干燥机构。该从头发中萃取高纯度甲烷气体的装置和方法，采用头发作为原料，利用头发本身不易腐烂变质的特点，实现原材料的便捷运输和长期存储，实现可持续生产，同时对生产流程进行了优化，且由于头发所含杂质较少，发酵产生的混合气体中杂质较少，能够便捷的提纯得到高纯甲烷。

Description

一种从头发中萃取高纯度甲烷气体的装置和方法

技术领域

本发明涉及高纯度甲烷气体萃取技术领域，具体为一种从头发中萃取高纯度甲烷气体的装置和方法。

背景技术

甲烷在自然界的分布很广，是天然气，沼气，坑气等的主要成分，俗称瓦斯，它可用来作为燃料及制造氢气、炭黑、一氧化碳、乙炔、氢氰酸及甲醛等物质的原料，由于甲烷为可燃性气体，所以人们进行家规模的人工制造，目前使用的细菌分解法和合成法制造甲烷。

目前使用细菌分解法生产甲烷时，多是使用生物质发酵，得到沼气，再对沼气进行除杂，得到高纯度的甲烷，但是生物质包含通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物，由于动植物和微生物体内含有多种元素，所以生物质发酵会导致产生的沼气中含有大量的杂质气体，难以分离去除，导致得到的甲烷在燃烧时会产生很多有毒有害物质，且目前我国使用的生物质品质较低，极易腐烂，甚至在未使用时以及腐烂，无法运输和存储。

所以需要针对上述问题设计一种从头发中萃取高纯度甲烷气体的装置和方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种从头发中萃取高纯度甲烷气体的装置和方法，以解决上述背景技术中存在的至少一个技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种从头发中萃取高纯度甲烷气体的装置和方法，其包括：

发酵罐，所述发酵罐顶面固定安装有驱动电机，所述驱动电机的输出轴上焊接固定有偏心轮，所述偏心轮外侧面与垂直框内壁贴合，所述垂直框外壁底部与底弹簧伸缩杆顶端连接固定，所述底弹簧伸缩杆底端固定安装在发酵罐顶面上；

顶基板，所述顶基板固定安装在垂直框顶部，所述垂直框底部固定安装有连接杆，所述连接杆贯穿限位套筒中心，所述限位套筒贯穿固定在发酵罐顶部，所述限位套筒顶面粘贴固定有内密封垫，所述限位套筒外壁顶部与外连接套筒内壁底部连接，所述外连接套筒内壁顶部与连接杆外壁连接，所述连接杆底端固定安装有底安装环，且底安装环底面固定安装有底棒，并且底棒上固定安装有搅动板；

第一排气管，所述第一排气管一端固定安装在发酵罐顶面，所述第一排气管另一端与除杂罐顶端一侧连接固定，所述除杂罐侧壁顶部固定安装有加料管，所述第一排气管另一端底部贯穿分散网，所述分散网固定安装在除杂罐内壁上，所述除杂罐顶端另一侧固定安装有第二排气管，所述除杂罐上安装有干燥机构。

优选的，所述连接杆关于垂直框中心所在垂面对称分布，且垂直框关于顶基板对称分布。

优选的，所述连接杆与限位套筒为滑动连接，且连接杆和限位套筒均与外连接套筒为螺纹连接，并且外连接套筒顶部内径小于底部内径。

优选的，所述底棒两侧对称分布有搅动板，且搅动板为垂直等间距分布，且搅动板关于底安装环中心等角度分布。

优选的，所述第一排气管位于除杂罐内的底端低于第二排气管位于除杂罐内的底端，且第一排气管底部与分散网为垂直分布。

优选的，所述分散网由细密PVC线交错制成，且分散网为垂直等间距分布，并且分散网的网孔直径由下至上依次减小。

优选的，所述干燥机构包括干燥筒、硅胶干燥剂和限位网，且干燥筒与第一排气管为螺纹连接，并且干燥筒内填充有硅胶干燥剂，所述硅胶干燥剂两侧设置有限位网，且限位网固定安装在干燥筒内壁上。

本发明提供另一种技术方案是一种从头发中萃取高纯度甲烷气体方法，该从头发中萃取高纯度甲烷气体方法的步骤为：

一、头发准备和处理

将批量收集的头发原料清洗干净后捞出沥干，置于细密纱布上，使用消毒液喷洒，再使用高温蒸汽喷洒消毒，最后置于阳光下暴晒，暴晒完成后，收集密封存储。

二、发酵

密封存储的头发原料取出，使用前，进行一次烘烤干燥，随后将头发原料通过发酵罐顶部安装的添加管加入发酵罐中，并向发酵罐中加入生物质发酵使用的添加剂和适量的水，将添加管密封，静置发酵；

每隔一段时间将外连接套筒上旋与限位套筒顶部完全分离，并为驱动电机供电，驱动电机通过输出轴带动偏心轮匀速单向旋转，偏心轮在旋转时挤压推动垂直框带着顶基板和连接杆进行先上后下的垂直往复移动，连接杆沿着限位套筒进行稳定滑动位移，并带动底安装环、底棒和搅动板进行同步的垂直往复移动，搅动板对发酵罐内发酵中的头发进行垂直搅动，便于发酵产生的气体排出，促进发酵。

三、萃取除杂

在发酵过程中，通过加料管向除杂罐内加入除杂用的碱液，如NaOH溶液，至碱液没过最顶部的分散网，打开第一排气管上的阀门，将发酵罐内产生的混合气体导入除杂罐内的碱液中，混合气体气泡从第一排气管底端排出至碱液中，并在碱液中上浮，混合气体气泡穿过孔径依次减小的分散网，被分割成细小气泡，气泡中除了甲烷外，含量最多的二氧化碳被碱液吸收，产生的固态杂质下沉聚集在除杂罐底部，定时打开除杂罐底部的管道阀门，将沉淀杂质排出并通过加料管向除杂罐内补充碱液，由于发酵罐内排出的混合气体含有50％-80％甲烷、20％-40％二氧化碳、0％-5％氮气、小于1％的氢气、小于0.4％的氧气与0.1％-3％硫化氢，氮气、氢气、氧气和硫化氢的含量过少，可以不同去除，在去除二氧化碳后，气泡上浮出碱液，并进入干燥机构，吸收水分，将从干燥机构排出的气体收集，得到高纯的甲烷气体。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

采用头发作为原料，利用头发本身不易腐烂变质的特点，实现原材料的便捷运输和长期存储，实现可持续生产，同时对生产流程进行了优化，且由于头发所含杂质较少，发酵产生的混合气体中杂质较少，能够便捷的提纯得到高纯甲烷；

1.本发明通过使用头发作为原料，使得生物质发酵的原料能够大批量收集、运输和存储，降低了收集、运输和存储成本，同时头发所含杂质较少，发酵产生的气体更容易提纯，大大降低了生产成本；

2.本发明通过对生产设备和生产流程的优化，实现高效稳定的生物质发酵，能够持续稳定的生产沼气，并能对沼气中的杂质气体进行高效去除，得到高纯度的甲烷气体。

附图说明

图1为本发明正视结构示意图。

图2为本发明发酵罐正视剖面结构示意图。

图3为本发明除杂罐正视剖面结构示意图。

图4为本发明垂直框侧视剖面结构示意图；

图5为本发明底安装环和底安装环俯视结构示意图；

图6为本发明分散网俯视结构示意图。

图中：1、发酵罐；2、驱动电机；3、偏心轮；4、垂直框；5、底弹簧伸缩杆；6、顶基板；7、连接杆；8、限位套筒；9、内密封垫；10、外连接套筒；11、底安装环；12、底棒；13、搅动板；14、第一排气管；15、除杂罐；16、加料管；17、分散网；18、第二排气管；19、干燥机构；1901、干燥筒；1902、硅胶干燥剂；1903、限位网。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-6，本发明提供的一种实施例：

一种从头发中萃取高纯度甲烷气体的装置和方法，其包括：

发酵罐1，发酵罐1顶面固定安装有驱动电机2，驱动电机2的输出轴上焊接固定有偏心轮3，偏心轮3外侧面与垂直框4内壁贴合，垂直框4外壁底部与底弹簧伸缩杆5顶端连接固定，底弹簧伸缩杆5底端固定安装在发酵罐1顶面上；

顶基板6，顶基板6固定安装在垂直框4顶部，垂直框4底部固定安装有连接杆7，连接杆7贯穿限位套筒8中心，限位套筒8贯穿固定在发酵罐1顶部，连接杆7关于垂直框4中心所在垂面对称分布，且垂直框4关于顶基板6对称分布，上述的结构设计使得垂直框4能够带着顶基板6和连接杆7进行稳定的位置位移，限位套筒8顶面粘贴固定有内密封垫9，限位套筒8外壁顶部与外连接套筒10内壁底部连接，外连接套筒10内壁顶部与连接杆7外壁连接，连接杆7与限位套筒8为滑动连接，且连接杆7和限位套筒8均与外连接套筒10为螺纹连接，并且外连接套筒10顶部内径小于底部内径，上述的结构设计使得外连接套筒10可以对连接杆7与限位套筒8进行固定，并对连接杆7与限位套筒8连接处进行密封，在外连接套筒10与限位套筒8分离后，连接杆7可以沿着限位套筒8进行稳定的垂直滑动位移，连接杆7底端固定安装有底安装环11，且底安装环11底面固定安装有底棒12，并且底棒12上固定安装有搅动板13；

第一排气管14，第一排气管14一端固定安装在发酵罐1顶面，第一排气管14另一端与除杂罐15顶端一侧连接固定，除杂罐15侧壁顶部固定安装有加料管16，第一排气管14另一端底部贯穿分散网17，分散网17固定安装在除杂罐15内壁上，除杂罐15顶端另一侧固定安装有第二排气管18，除杂罐15上安装有干燥机构19。

在其中一个实施例中，所述底棒12两侧对称分布有搅动板13，且搅动板13为垂直等间距分布，且搅动板13关于底安装环11中心等角度分布，上述的结构设计使得搅动板13在跟随底棒12和底安装环11进行垂直往复移动时，可以对发酵罐1内的原料进行翻动，方便产生的气体排出，也能保证原料的充分发酵。

在其中一个优选的实施例中，所述第一排气管14位于除杂罐15内的底端低于第二排气管18位于除杂罐15内的底端，且第一排气管14底部与分散网17为垂直分布，上述的结构设计使得第二排气管18排出的混合气体在排出后，能与除杂罐15内的碱液长时间接触，保证除杂效果。

在其中一个实施例中，所述分散网17由细密PVC线交错制成，且分散网17为垂直等间距分布，并且分散网17的网孔直径由下至上依次减小，上述的结构设计使得分散网17能够对混合气体气泡进行分隔，将混合气体分隔成细小气泡，令混合气体能够与碱液充分接触。

在其中一个优选的实施例中，所述干燥机构19包括干燥筒1901、硅胶干燥剂1902和限位网1903，且干燥筒1901与第一排气管14为螺纹连接，并且干燥筒1901内填充有硅胶干燥剂1902，硅胶干燥剂1902两侧设置有限位网1903，且限位网1903固定安装在干燥筒1901内壁上，上述的结构设计能够对从碱液中排出的气体中的水分进行吸收。

一种从头发中萃取高纯度甲烷气体方法，该从头发中萃取高纯度甲烷气体方法的步骤为：

一、头发准备和处理

将批量收集的头发原料清洗干净后捞出沥干，置于细密纱布上，使用消毒液喷洒，再使用高温蒸汽喷洒消毒，最后置于阳光下暴晒，暴晒完成后，收集密封存储。

二、发酵

密封存储的头发原料取出，使用前，进行一次烘烤干燥，随后将头发原料通过发酵罐1顶部安装的添加管加入发酵罐1中，并向发酵罐1中加入生物质发酵使用的添加剂和适量的水，将添加管密封，静置发酵；

每隔一段时间将外连接套筒10上旋与限位套筒8顶部完全分离，并为驱动电机2供电，驱动电机2通过输出轴带动偏心轮3匀速单向旋转，偏心轮3在旋转时挤压推动垂直框4带着顶基板6和连接杆7进行先上后下的垂直往复移动，连接杆7沿着限位套筒8进行稳定滑动位移，并带动底安装环11、底棒12和搅动板13进行同步的垂直往复移动，搅动板13对发酵罐1内发酵中的头发进行垂直搅动，便于发酵产生的气体排出，促进发酵。

三、萃取除杂

在发酵过程中，通过加料管16向除杂罐15内加入除杂用的碱液，如NaOH溶液，至碱液没过最顶部的分散网17，打开第一排气管14上的阀门，将发酵罐1内产生的混合气体导入除杂罐15内的碱液中，混合气体气泡从第一排气管14底端排出至碱液中，并在碱液中上浮，混合气体气泡穿过孔径依次减小的分散网17，被分割成细小气泡，气泡中除了甲烷外，含量最多的二氧化碳被碱液吸收，产生的固态杂质下沉聚集在除杂罐15底部，定时打开除杂罐15底部的管道阀门，将沉淀杂质排出并通过加料管16向除杂罐15内补充碱液，由于发酵罐1内排出的混合气体含有50％-80％甲烷、20％-40％二氧化碳、0％-5％氮气、小于1％的氢气、小于0.4％的氧气与0.1％-3％硫化氢，氮气、氢气、氧气和硫化氢的含量过少，可以不同去除，在去除二氧化碳后，气泡上浮出碱液，并进入干燥机构19，吸收水分，将从干燥机构19排出的气体收集，得到高纯的甲烷气体。

本发明的工作原理为：将处理完成的头发原料通过图2中发酵罐1顶面一侧安装的添加管加入发酵罐1中，并向发酵罐1中加入生物质发酵使用的添加剂和适量的水，将添加管密封，静置发酵；

每隔一段时间将外连接套筒10上旋与限位套筒8顶部完全分离，并为驱动电机2供电，驱动电机2通过输出轴带动偏心轮3匀速单向旋转，偏心轮3在旋转时挤压推动垂直框4带着顶基板6和连接杆7进行先上后下的垂直往复移动，连接杆7沿着限位套筒8进行稳定滑动位移，并带动底安装环11、底棒12和搅动板13进行同步的垂直往复移动，搅动板13对发酵罐1内发酵中的头发进行垂直搅动，便于发酵产生的气体排出，促进发酵，翻搅足够时间后，停止为驱动电机2供电，将图2中的外连接套筒10下旋复位与限位套筒8顶部螺纹连接固定，内密封垫9将连接杆7与限位套筒8连接处顶部贴合密封，避免发酵罐1内气体泄漏；

在发酵进行时，通过图3中的加料管16向除杂罐15内加入除杂用的碱液，如NaOH溶液，至碱液没过最顶部的分散网17，打开第一排气管14上的阀门，将发酵罐1内产生的混合气体导入除杂罐15内的碱液中，混合气体气泡从第一排气管14底端排出至碱液中，并在碱液中上浮，混合气体气泡穿过孔径依次减小的分散网17，被分割成细小气泡，气泡中除了甲烷外，含量最多的二氧化碳被碱液吸收，产生的固态杂质下沉聚集在除杂罐15底部，定时打开除杂罐15底部的管道阀门，将沉淀杂质排出并通过加料管16向除杂罐15内补充碱液，在去除二氧化碳后，气泡上浮出碱液，并进入干燥机构19，吸收水分，将从干燥机构19排出的气体收集，得到高纯的甲烷气体，并在发酵完成后，打开发酵罐1底部管道阀门，将废料排出即可。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。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等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。

Claims (8)

1.一种从头发中萃取高纯度甲烷气体的装置，其特征在于，其包括：

发酵罐(1)，所述发酵罐(1)顶面固定安装有驱动电机(2)，所述驱动电机(2)的输出轴上焊接固定有偏心轮(3)，所述偏心轮(3)外侧面与垂直框(4)内壁贴合，所述垂直框(4)外壁底部与底弹簧伸缩杆(5)顶端连接固定，所述底弹簧伸缩杆(5)底端固定安装在发酵罐(1)顶面上；

顶基板(6)，所述顶基板(6)固定安装在垂直框(4)顶部，所述垂直框(4)底部固定安装有连接杆(7)，所述连接杆(7)贯穿限位套筒(8)中心，所述限位套筒(8)贯穿固定在发酵罐(1)顶部，所述限位套筒(8)顶面粘贴固定有内密封垫(9)，所述限位套筒(8)外壁顶部与外连接套筒(10)内壁底部连接，所述外连接套筒(10)内壁顶部与连接杆(7)外壁连接，所述连接杆(7)底端固定安装有底安装环(11)，且底安装环(11)底面固定安装有底棒(12)，并且底棒(12)上固定安装有搅动板(13)；

第一排气管(14)，所述第一排气管(14)一端固定安装在发酵罐(1)顶面，所述第一排气管(14)另一端与除杂罐(15)顶端一侧连接固定，所述除杂罐(15)侧壁顶部固定安装有加料管(16)，所述第一排气管(14)另一端底部贯穿分散网(17)，所述分散网(17)固定安装在除杂罐(15)内壁上，所述除杂罐(15)顶端另一侧固定安装有第二排气管(18)，所述除杂罐(15)上安装有干燥机构(19)。

2.根据权利要求1所述的一种从头发中萃取高纯度甲烷气体的装置，其特征在于：所述连接杆(7)关于垂直框(4)中心所在垂面对称分布，且垂直框(4)关于顶基板(6)对称分布。

3.根据权利要求1所述的一种从头发中萃取高纯度甲烷气体的装置，其特征在于：所述连接杆(7)与限位套筒(8)为滑动连接，且连接杆(7)和限位套筒(8)均与外连接套筒(10)为螺纹连接，并且外连接套筒(10)顶部内径小于底部内径。

4.根据权利要求1所述的一种从头发中萃取高纯度甲烷气体的装置，其特征在于：所述底棒(12)两侧对称分布有搅动板(13)，且搅动板(13)为垂直等间距分布，且搅动板(13)关于底安装环(11)中心等角度分布。

5.根据权利要求1所述的一种从头发中萃取高纯度甲烷气体的装置，其特征在于：所述第一排气管(14)位于除杂罐(15)内的底端低于第二排气管(18)位于除杂罐(15)内的底端，且第一排气管(14)底部与分散网(17)为垂直分布。

6.根据权利要求1所述的一种从头发中萃取高纯度甲烷气体的装置，其特征在于：所述分散网(17)由细密PVC线交错制成，且分散网(17)为垂直等间距分布，并且分散网(17)的网孔直径由下至上依次减小。

7.根据权利要求1所述的一种从头发中萃取高纯度甲烷气体的装置，其特征在于：所述干燥机构(19)包括干燥筒(1901)、硅胶干燥剂(1902)和限位网(1903)，且干燥筒(1901)与第一排气管(14)为螺纹连接，并且干燥筒(1901)内填充有硅胶干燥剂(1902)，所述硅胶干燥剂(1902)两侧设置有限位网(1903)，且限位网(1903)固定安装在干燥筒(1901)内壁上。

8.根据权利要求1所述的一种从头发中萃取高纯度甲烷气体的装置涉及的一种从头发中萃取高纯度甲烷气体方法，其特征在于：所述该从头发中萃取高纯度甲烷气体方法的步骤为：

一、头发准备和处理

将批量收集的头发原料清洗干净后捞出沥干，置于细密纱布上，使用消毒液喷洒，再使用高温蒸汽喷洒消毒，最后置于阳光下暴晒，暴晒完成后，收集密封存储。

二、发酵

密封存储的头发原料取出，使用前，进行一次烘烤干燥，随后将头发原料通过发酵罐(1)顶部安装的添加管加入发酵罐(1)中，并向发酵罐(1)中加入生物质发酵使用的添加剂和适量的水，将添加管密封，静置发酵；

每隔一段时间将外连接套筒(10)上旋与限位套筒(8)顶部完全分离，并为驱动电机(2)供电，驱动电机(2)通过输出轴带动偏心轮(3)匀速单向旋转，偏心轮(3)在旋转时挤压推动垂直框(4)带着顶基板(6)和连接杆(7)进行先上后下的垂直往复移动，连接杆(7)沿着限位套筒(8)进行稳定滑动位移，并带动底安装环(11)、底棒(12)和搅动板(13)进行同步的垂直往复移动，搅动板(13)对发酵罐(1)内发酵中的头发进行垂直搅动，便于发酵产生的气体排出，促进发酵。

三、萃取除杂

在发酵过程中，通过加料管(16)向除杂罐(15)内加入除杂用的碱液，如NaOH溶液，至碱液没过最顶部的分散网(17)，打开第一排气管(14)上的阀门，将发酵罐(1)内产生的混合气体导入除杂罐(15)内的碱液中，混合气体气泡从第一排气管(14)底端排出至碱液中，并在碱液中上浮，混合气体气泡穿过孔径依次减小的分散网(17)，被分割成细小气泡，气泡中除了甲烷外，含量最多的二氧化碳被碱液吸收，产生的固态杂质下沉聚集在除杂罐(15)底部，定时打开除杂罐(15)底部的管道阀门，将沉淀杂质排出并通过加料管(16)向除杂罐(15)内补充碱液，由于发酵罐(1)内排出的混合气体含有50％-80％甲烷、20％-40％二氧化碳、0％-5％氮气、小于1％的氢气、小于0.4％的氧气与0.1％-3％硫化氢，氮气、氢气、氧气和硫化氢的含量过少，可以不同去除，在去除二氧化碳后，气泡上浮出碱液，并进入干燥机构(19)，吸收水分，将从干燥机构(19)排出的气体收集，得到高纯的甲烷气体。

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