CN205556427U - 猪粪厌氧发酵后沼液氨氮回收及沼气提纯工艺的专用设备 - Google Patents

猪粪厌氧发酵后沼液氨氮回收及沼气提纯工艺的专用设备 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及猪粪厌氧发酵后沼液氨氮回收及沼气提纯工艺的专用设备。厌氧发酵罐其中一路与第七旋转泵、第一固液分离装置、第六旋转泵、第二储液罐、第五旋转泵和氨吹脱反应器联通。厌氧发酵罐另一路通过三通阀与二氧化碳与硫化氢吸收反应器入口段的管道相连。氨吹脱反应器上部出口端通过第三旋转泵、三通阀与二氧化碳与硫化氢吸收反应器的右下侧入口端相连。氨吹脱反应器的下部出口端通过第四旋转泵和二氧化碳与硫化氢吸收反应器上部收集口相连。氧化碳与硫化氢吸收反应器的左侧下部出口端与结晶反应器、第二固液分离装置、螺旋绞龙输送装置和再生反应器的下部入口端相连。再生反应器下部出口端通过第一旋转泵、第一储液罐并经过第二旋转泵和二氧化碳与硫化氢吸收反应器上部入口端相连。

Description

猪粪厌氧发酵后沼液氨氮回收及沼气提纯工艺的专用设备
技术领域
本实用新型属于生物质新能源领域，具体涉及一种猪粪厌氧发酵后沼液氨氮回收及沼气提纯工艺的专用设备。
背景技术
厌氧发酵技术是目前处理动物粪便的一种常用方法。这种厌氧微生物处理工艺所需能耗少，运行费用低，还能生产沼气作为燃料。通过发酵获得的甲烷气体是一种很好的清洁能源，能够弥补化石燃料污染重及储量有限的缺点。但是直接获得的沼气中含有较多的杂质气体使其作为能源的品质下降，达不到作为汽车燃料的标准。厌氧发酵生产的沼气需要经过提纯才能得到高纯度甲烷(甲烷含量>96％)。更值得注意的是是发酵后产生的沼液往往含有丰富的氨氮，直接排放不仅严重污染环境还造成了浪费。
关于氨氮的去除目前物化法有吹脱脱氨法、气提脱氮法、折点加氯脱氮法、离子交换脱氮法、混凝沉淀脱氮法、反渗透脱氮法、电渗析法以及各类高级氧化技术；生物脱氮以及水生植物脱氮等。吹脱法去除氨氮具有效果好、操作简单、易于控制等优点，是目前较常用的物化脱氮技术。
实用新型内容
本实用新型的目的在于一种猪粪厌氧发酵后沼液氨氮回收与沼气提纯的工艺配套的专用设备。本实用新型利用猪粪厌氧发酵后的沼液提取氨，再利用氨提纯沼气。实现本实用新型工艺流程主要包括氨吹脱、二氧化碳与硫化氢吸收和二氧化碳再生等几个过程。本实用新型是基于各物质如NH3,CO2,H2S,CH4和NH4HCO3的溶解度和反应特性不同而提出的。NH3(49.6g/g水,20℃)的溶解度比CO2(0.17g/g水,20℃)和H2S(0.33g/g水,20℃)高200倍。CH4的溶解度很低，在20℃时仅为0.0024g/g水。NH4HCO3在36℃以上时会分解成NH3、CO2和水，此为吸热反应。主要反应为：
ΔH＝-26.88kJ/mol(R-1)
ΔH＝-64.26kJ/mol(R-2)
ΔH＝-72.32kJ/mol(R-3)
ΔH＝-101.22kJ/mol(R-4)
式中：ΔH为负值说明反应是放热的。根据放热反应对平衡的影响，低温高压有利于NH3和CO2吸收，而高温低压有利于NH3吹脱和CO2再生。上述分析可以看出，NH3有比较高的CO2脱除能力，并且有比较低吸收热和需要较低再生能量。
本实用新型的技术方案如下：
将35℃–55℃猪粪厌氧发酵后的沼液作为氨吹脱过程的原料，利用氨提纯后得到的高纯度甲烷(甲烷含量>96％)对沼液中的游离氨进行吹脱，氨吹脱反应器温度须大于55℃，压力不超过0.1MPa。吹脱的氨及其它混合气体如甲烷和水蒸汽送到二氧化碳与硫化氢吸收反应器(温度小于30℃，压力为0.1–1MPa)与厌氧发酵过程产生的沼气进行接触，从而对沼气中二氧化碳和硫化氢进行吸收反应，并析出碳酸氢铵和硫化铵晶体，同时得到高纯度甲烷(甲烷含量>96％)。碳酸氢铵与硫化铵晶体一起进入再生反应器(温度大于55℃，压力不超过0.1MPa)分解生成二氧化碳和硫化氢气体以及氨水(浓度10–30％)，二氧化碳和硫化氢气体排出系统，氨水循环回到二氧化碳与硫化氢吸收反应器用于提纯沼气，多余的氨水以及随二氧化碳和硫化氢气体排出是携带的氨气可用浓硫酸进行吸收。
适用于上述工艺方法的专用装备,该专用设备包含在一个猪粪厌氧发酵后沼液氨氮回收及沼气提纯的系统中，所述设备的配置如图2所示。包括：厌氧发酵罐(1)、再生反应器(2)、第一旋转泵(3)、第一储液罐(4)、第二旋转泵(5)、二氧化碳与硫化氢吸收反应器(6)、三通阀(7)、第三旋转泵(8)、氨吹脱反应器(9)、第四旋转泵(10)、第五旋转泵(11)、第二储液罐(12)、第六旋转泵(13)、第一固液分离装置(14)、第七旋转泵(15)、螺旋绞龙输送装置(16)、第二固液分离装置(17)和结晶反应器(18)。
所述的厌氧发酵罐(1)的其中一路与第七旋转泵(15)、第一固液分离装置(14)、第六旋转泵(13)、第二储液罐(12)、第五旋转泵(11)和氨吹脱反应器(9)联通；
所述的厌氧发酵罐(1)的其中的另一路通过三通阀(7)与二氧化碳与硫化氢吸收反应器(6)入口段的管道相连；
所述的氨吹脱反应器(9)的上部出口端通过第三旋转泵(8)、三通阀(7)与二氧化碳与硫化氢吸收反应器(6)的右下侧入口端相连；
所述的氨吹脱反应器(9)的下部出口端通过第四旋转泵(10)和二氧化碳与硫化氢吸收反应器(6)上部收集口相连；
所述的二氧化碳与硫化氢吸收反应器(6)的左侧下部出口端与结晶反应器(18)、第二固液分离装置(17)、螺旋绞龙输送装置(16)和再生反应器(2)的下部入口端相连；
所述的再生反应器(2)的下部出口端通过第一旋转泵(3)、第一储液罐(4)并经过第二旋转泵(5)和二氧化碳与硫化氢吸收反应器(6)上部入口端相连。
本实用新型的突出优点在于：
本实用新型可以大量减少化学品的使用的情况下，通过沼液中的游离氨在系统中的循环达到提纯沼气生产高附加值生物燃气的目的，并且可以生产高品质的铵肥，从而消除沼液排放过程中氨氮对环境的影响，非常有利于解决大中型沼气工程中沼液排放问题。
附图说明
图1：是本实用新型的总体技术流程图
图2：是本实用新型的专用设备连接图。
附图标记说明：1-厌氧发酵罐；2-再生反应器；3-第一旋转泵；4-第一储液罐；5-第二旋转泵；6-二氧化碳与硫化氢吸收反应器；7-三通阀；8-第三旋转泵；9-氨吹脱反应器；10-第四旋转泵；11-第五旋转泵；12-第二储液罐；13-第六旋转泵；14-第一固液分离装置，15-第七旋转泵，16-螺旋绞龙输送装置17-第二固液分离装置，18-结晶反应器。
具体实施方式：
实施例1
由图1和图2所示：
本实用新型的工艺流程如下：
首先构建一个猪粪厌氧发酵后沼液氨氮回收及沼气提纯的系统，该系统包括一个氨吹脱、二氧化碳与硫化氢吸收和二氧化碳再生系统，将35℃–55℃猪粪厌氧发酵后的沼液作为氨吹脱过程的原料，利用氨提纯后得到的高纯度甲烷(甲烷含量>96％)对沼液中的游离氨进行吹脱，氨吹脱反应器温度须大于55℃，压力不超过0.1MPa。吹脱的氨及其它混合气体 如甲烷和水蒸汽送到二氧化碳与硫化氢吸收反应器(温度小于30℃，压力为0.1–1MPa)与厌氧发酵过程产生的沼气进行接触，从而对沼气中二氧化碳和硫化氢进行吸收反应，并析出碳酸氢铵和硫化铵晶体，同时得到高纯度甲烷(甲烷含量>96％)。碳酸氢铵与硫化铵晶体一起进入再生反应器(温度大于55℃，压力不超过0.1MPa)分解生成二氧化碳和硫化氢气体以及氨水(浓度10％–30％)，二氧化碳和硫化氢气体排出系统，氨水循环回到二氧化碳与硫化氢吸收反应器用于提纯沼气，多余的氨水以及随二氧化碳和硫化氢气体排出的氨气可用浓硫酸进行吸收。
适用于上述工艺方法的专用装备(如图2所示)配置如下：
该专用设备包含在一个猪粪厌氧发酵后沼液氨氮回收及沼气提纯的系统中，所述的设备的配置如图2所示。包括：厌氧发酵罐(1)；再生反应器(2)；第一旋转泵(3)；第一储液罐(4)；第二旋转泵(5)；二氧化碳与硫化氢吸收反应器(6)；三通阀(7)；第三旋转泵(8)；氨吹脱反应器(9)；第四旋转泵(10)；第五旋转泵(11)；第二储液罐(12)；第六旋转泵(13)；第一固液分离装置(14)，第七旋转泵(15)，螺旋绞龙输送装置(16)，第二固液分离装置(17)和结晶反应器(18)。
所述的厌氧发酵罐(1)的其中一路与第七旋转泵(15)、第一固液分离装置(14)、第六旋转泵(13)、第二储液罐(12)、第五旋转泵(11)和氨吹脱反应器(9)联通；
所述的厌氧发酵罐(1)的其中的另一路通过三通阀(7)与二氧化碳与硫化氢吸收反应器(6)入口段的管道相连；
所述的氨吹脱反应器(9)的上部出口端通过第三旋转泵(8)、三通阀(7)与二氧化碳与硫化氢吸收反应器(6)的右下侧入口端相连；
所述的氨吹脱反应器(9)的下部出口端通过第四旋转泵(10)和二氧化碳与硫化氢吸收反应器(6)上部收集口相连；
所述的二氧化碳与硫化氢吸收反应器(6)的左侧下部出口端与结晶反应器(18)、第二固液分离装置(17)、螺旋绞龙输送装置(16)和再生反应器(2)的下部入口端相连；
所述的再生反应器(2)的下部出口端通过第一旋转泵(3)、第一储液罐(4)并经过第二旋转泵(5)和二氧化碳与硫化氢吸收反应器(6)上部入口端相连。
本实用新型的实施方式是：
将待处理的猪场粪便和污水泵入厌氧发酵罐(1)进行厌氧发酵，厌氧发酵罐中装配有温度计、压力计、pH计、加热管和搅拌装置；厌氧发酵采用中温发酵方式。发酵后获得的气体通过管道泵入二氧化碳与硫化氢吸收反应器进行提纯以获得高纯度的沼气。沼渣和沼液则通过第七旋转泵(15)从厌氧发酵罐(1)底部抽出并泵入第一固液分离装置(14)中进行分离，分离出的沼液通过第六旋转泵(13)通入第二储液罐(12)，沼渣则用来制作有机肥。在第二储液罐(12)中装配有温度计、压力计、pH计、液位计和加热管。通过温度计和加热管来控制沼液温度在35℃～55℃，若pH稍低则加入少量氢氧化钙调节。把达到要求的沼液通过第五旋转泵(11)通入氨吹脱反应器(9)中，氨吹脱反应器的温度控制在55℃以上，压力控制在0.1MPa以下。吹脱使用的气体则来自气提之后的部分沼气(甲烷含量>96％)，这样不仅可以克服使用空气作为吹脱气体时提纯过程除杂困难的问题而且可以进一步吸收燃气中的CO2来获得更纯净的沼气。氨吹脱反应器(9)中沼液由顶端进入，通过喷头喷洒。反应器中部设有填料层，由侧面通过第四旋转泵(10)吹入的吹脱气体与沼液在填料层可以充分接触。吹脱后的沼液由氨吹脱反应器(9)底部排出，再继续用膜过滤、碳吸附等方法进行处理以达标排放，气体则由氨吹脱反应器(9)顶部的第三旋转泵(8)泵出，调节两个第三旋转泵(8)和第四旋转泵(10)的转速可以完成对氨吹脱反应器(9)内温度的控制。通过第三旋转泵(8)抽出的氨吹脱反应器(9)中的氨气、CO2、水蒸气和发酵产生的生物气经三通阀(7)混合后由二氧化碳与硫化氢吸收反应器(6)的侧面该反应器，该反应器内装配有冷凝管，使温度控制在30℃以下，压力可通过阀门和第三旋转泵(8)控制，控制在0.1～1MPa之间。氨水则由二氧化碳与硫化氢吸收反应器(6)顶端喷洒出以吸收气流中的水蒸气、CO2和H2S，从而达到净化的目的。净化后的气体由二氧化碳与硫化氢吸收反应器(6)顶端排出，部分收集起来，部分通过旋转泵(10)的作用作为吹脱气体吹入氨吹脱反应器(9)。吸收了CO2和H2S的氨水经由二氧化碳与硫化氢吸收反应器(6)底部的阀门在重力的作用下流入位置较低的结晶反应器(18)中，在结晶反应器(18)的夹层中通入冷却水使反应器内温度迅速降低则可使溶液中的碳酸氢铵和硫化铵晶体析出。降温后的溶液和析出的晶体一起由结晶反应器(18)的底部阀门流出进入第二固液分离装置(17)，经过分离的液体经过处理后排放。晶体则通过螺旋绞龙输送装置(16)送入再生反应器(2)中，再生反应器的闸阀和第二螺旋绞龙输送装置(16)通过法兰联接。在适当的温度和压力条件下(温度应大于50℃，压力不超过0.1MPa)再生反应器(2)中的晶体分解，产物为CO2、H2S、NH3和氨水；其中气体由反应器顶部阀门排出并经过浓硫酸处理，氨水则由第一旋转泵(3)泵入第一储液罐(4)中。第一储液罐装配有温度计、压力计、pH计、液位计及冷凝管。调节好参数的氨水再由第二旋转泵(5)泵入二氧化碳与硫化氢吸收反应器(6)中作为提纯用的碱性溶液。
上述实施例只是本实用新型的一个优选的方案，但本实用新型的实施方式并不受上述实施方式的限制。例如获得碳酸氢铵晶体后也可以不使用再生反应器获得氨水而是用来制作高品质的氨肥，达到回收利用氨氮的目的。

Claims (1)

1.一种猪粪厌氧发酵后沼液氨氮回收及沼气提纯工艺的专用设备，其特征在于，
所述的专用设备包含在一个猪粪厌氧发酵后沼液氨氮回收及沼气提纯的系统中，所述的设备的包括厌氧发酵罐(1)、再生反应器(2)、第一旋转泵(3)、第一储液罐(4)、第二旋转泵(5)、二氧化碳与硫化氢吸收反应器(6)、三通阀(7)、第三旋转泵(8)、氨吹脱反应器(9)、第四旋转泵(10)、第五旋转泵(11)、第二储液罐(12)、第六旋转泵(13)、第一固液分离装置(14)、第七旋转泵(15)、螺旋绞龙输送装置(16)、第二固液分离装置(17)和结晶反应器(18)；
所述的厌氧发酵罐(1)的其中一路与第七旋转泵(15)、第一固液分离装置(14)、第六旋转泵(13)、第二储液罐(12)、第五旋转泵(11)；氨吹脱反应器(9)相连；
所述的厌氧发酵罐(1)的其中的另一路通过三通阀(7)与二氧化碳与硫化氢吸收反应器(6)入口段的管道相连；
所述的氨吹脱反应器(9)的上部出口端通过第三旋转泵(8)、三通阀(7)与二氧化碳与硫化氢吸收反应器(6)的右下侧入口端相连；
所述的氨吹脱反应器(9)的下部出口端通过第四旋转泵(10)与二氧化碳与硫化氢吸收反应器(6)上部收集口相连；
所述的二氧化碳与硫化氢吸收反应器(6)的左侧下部出口端与结晶反应器(18)、第二固液分离装置(17)、螺旋绞龙输送装置(16)与再生反应器(2)的下部入口端相连；
所述的再生反应器(2)的下部出口端通过第一旋转泵(3)、第一储液罐(4)并经过第二旋转泵(5)与所述的二氧化碳与硫化氢吸收反应器(6)上部入口端相连。
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WO2022082813A1 (zh) * 2020-10-19 2022-04-28 中国科学院城市环境研究所 处理硫酸盐有机废水的方法和系统

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