一種秸稈厭氧發酵製取沼氣的生產工藝的製作方法

2023-12-12 08:17:02

本發明涉及製取沼氣的生產工藝，尤其涉及利用秸稈發酵製取沼氣的生產工藝。

背景技術：

目前國內製取沼氣的企業生產工藝中，普遍存在著ts濃度低，進料慢、排渣堵塞、溫度不穩定、發酵不充分的情況。在傳統的沼氣製取企業中，目前運行的禽獸糞便、餐廚垃圾處理工藝ts濃度僅為7-9%。冬季溫度低的時候，單靠太陽能加熱達不到要求時，沼氣生產企業多採用鍋爐加熱增溫的辦法，增加了成本，造成了汙染，效果不理想，達不到國家環保標準要求。部分企業因此無法繼續經營，出現停產和破產。如河南洛陽某縣的生物燃氣工程，由於解決不了恆溫發酵和排渣堵塞問題而導致破產。在當前資源匱乏、環境汙染日益嚴重、國家保護環境的政策收緊的形勢下，製取沼氣的生產工藝方面，如何實現自動上料、恆溫發酵、節能減排的發展方向，成為利用農作物秸稈發酵製取沼氣領域的重點攻關課題。

技術實現要素：

本發明的目的，就是提供一種設計合理、操作安全方便、自動化程度高的製取沼氣的生產工藝，減輕勞動強度，提高生產效率，節約成本，節能減排，保護環境，實現均衡持續生產沼氣，提高經濟社會效益。

本發明的任務是以如下方式完成的：研究設計一種秸稈厭氧發酵製取沼氣的生產工藝，由主要設備和輔助設備連接組成沼氣生產線，主要設備包括上料罐、浮筒液位計、厭氧罐、凝水器、乾燥器、脫硫器、沼氣櫃，輔助設備包括太陽能集熱器、中間熱水罐、循環泵、空氣源熱泵，主要設備通過送料輸氣管路連接，上料罐通過上料管與厭氧罐連接，厭氧罐通過回流管與浮筒液位器連接，浮筒液位器底部通過輸液管與上料罐連接，厭氧罐、凝水器、乾燥器、脫硫器、沼氣櫃之間由輸氣管路連接，上料管裝設上料閥，厭氧罐通過輸氣管連接凝水器，輸氣管上裝設取樣閥、壓力表、流量計、壓力變送器、排空閥；凝水器通過凝水氣管連接乾燥器，乾燥器通過乾燥氣管連接脫硫器，脫硫器通過沼氣管連接氣櫃，各個輸氣管路上均裝設閥門和壓力表；輔助設備通過輸水管路連接，構成循環水路，連接厭氧罐，太陽能集熱器通過太陽能熱水管連接中間熱水罐，中間熱水罐通過熱源水管連接空氣源熱泵，中間熱水罐連接供水管，厭氧罐上設有噴射衝擊水管套，噴射衝擊水管套與供水管接通，中間熱水罐通過熱水管和回水管連接厭氧罐的加溫水套，熱水管的管路連接厭氧罐補水管，厭氧罐補水管上設置補水閥、供水管上裝設供水閥、太陽能熱水管上裝設太陽能熱水閥、回水管上裝設回水閥；主要設備和輔助設備以及各個閥門、儀表分別通過信號線連接電氣櫃，電氣櫃通過信號纜連接計算機，計算機根據收集的信號，按照預先設定的程序，調節控制主要設備和輔助設備及各個閥門、儀表工作，保證生產線正常運行，經過進料發酵工序、降解排渣工序、乾燥脫硫工序的各個工藝過程，製取沼氣，通過沼氣管輸入氣櫃。

進料發酵工序的工藝過程是：上料罐將進料管輸入的秸稈碎料和浮筒液位計通過輸液管輸入的沼液進行攪拌，混合均勻，上料罐通過上料管連接厭氧罐,上料管上裝設上料閥，上料管採用密閉的氣動輸料結構，將上料罐中經過攪拌混合均勻的秸稈料液輸送到厭氧罐中，進行發酵處理；厭氧罐連接厭氧罐補水管，厭氧罐補水管上裝設補水閥，根據需要開啟補水閥向厭氧罐內進行補水，秸稈料液按照體積計算固體佔液體的25-35%；厭氧罐內設有溫度計和液位計,厭氧罐內的秸稈料液達到液位計的下限位置時,開啟上料閥，上料罐中混合均勻的秸稈料液通過上料管輸送到厭氧罐中，秸稈料液達到厭氧罐內的液位計的上限位置時,關閉上料閥，開啟進料閥，通過進料管向上料罐中輸進秸稈碎料，開啟回流閥，厭氧罐中發酵後的沼液回流到浮筒液位計中，通過輸液管向上料罐中輸入沼液，開啟上料罐中的攪拌器進行攪拌，形成秸稈料液，待厭氧罐內的秸稈料液達到液位計的下限位置時,開啟上料閥，向厭氧罐中輸入秸稈料液，循環進行，中間熱水罐通過熱水管向厭氧罐的加溫水套中輸入熱水循環，使厭氧罐內的秸稈稀料發酵溫度保持在攝氏29-38度。

降解排渣工序的工藝過程是：厭氧罐內部採用循環衝擊沼液的方式，噴射衝擊水管套環繞厭氧罐一圈設置連接的若干噴頭伸入厭氧罐內，向沼液發酵層噴射水流進行衝擊，將降解發酵後的料渣強制衝擊下沉到厭氧罐底部，採用多點虹吸方式進行排渣，厭氧罐內部底面設置若干排渣管，連通厭氧罐下部開設的出渣口，將料渣虹吸進入排渣管，通過出渣口排出厭氧罐外邊。

乾燥脫硫工序的工藝過程是：將厭氧罐中經過發酵產生的混合氣體通過輸氣管送到凝水器中，凝水器進行水氣分離處理，經過水氣分離處理後的溼潤氣體通過凝水氣管輸入乾燥器中，乾燥器進行脫水乾燥，經過脫水乾燥後的乾燥氣體通過乾燥氣管輸送到脫硫器中，脫硫器進行脫硫，經過脫硫後的沼氣通過沼氣管輸送到氣櫃中。

循環水路是：太陽能集熱器w通過太陽能熱水管連接中間熱水罐，中間熱水罐通過熱水管、回水管分別連接厭氧罐的加溫水套，同時空氣源熱泵通過熱源水管連接中間熱水罐；當中間熱水罐通過熱水管輸出熱水的熱量達不到厭氧罐所需的發酵溫度時，空氣源熱泵中加溫的熱水通過熱源水管輸入中間熱水罐，再通過熱水管輸入厭氧罐的加溫水套，提高循環水溫；當中間熱水罐輸出的熱水溫度過高，超過厭氧罐內部發酵所需熱量時，開啟供水閥，供水管向中間熱水罐輸入新水，降低熱水管輸出熱水的溫度，調節厭氧罐加溫水套內的循環水溫，使厭氧罐內保持恆溫。

電氣櫃內部設置集成電路板，通過若干信號線分別連接生產設備和各個閥門、儀表，各個閥門採用電動閥門、氣動閥門，電氣櫃通過信號纜連接計算機，計算機根據收集到的信號，按照預先設計的程序向電氣櫃發出指令，電氣櫃按照指令控制生產設備和閥門、儀表自動調節運行，實現厭氧發酵製取沼氣自動化生產。

按照上述方案進行實施和試驗，證明本發明的設計合理，操作安全方便，自動化程度高，大大減輕了勞動強度，生產效率高，成本低，節約能源，減少了汙染，達到了國家環保標準的規定，實現了均衡持續生產沼氣，較好地達到了預定目的。

附圖說明

圖1是本發明的生產線連接布局示意圖。

圖中，1—進料管，2—進料閥，3—壓力氣管，4—壓力氣管閥，5—回流管，6—回流閥，7—上料管，8—噴射衝擊水管套，9—溫度計，10—補水閥，11—上料閥，12—輸氣管，13—液位計，14—取樣閥，15—壓力表，16—流量計，17—壓力變送器，18—排空閥，19—供水管，20—凝水氣管，21—凝水氣管閥，22—乾燥氣管，23—乾燥氣管閥，24—沼氣管，25—沼氣管閥，26—供水閥，27—太陽能熱水閥，28—太陽能熱水管，29—太陽能上水管，30—空氣源熱水管，31—回水管，32—回水閥，33—熱水管，34—厭氧罐補水管；a—上料罐，b—浮筒液位器，c—出渣口，d—電氣櫃，f—料位計，g—乾燥器，h—循環泵，j—計算機，k—空氣源熱泵，l—信號纜,m—熱水泵，n—凝水器，q—氣櫃，r—中間熱水罐，s—輸液管，t—脫硫器，w—太陽能集熱器，x—信號線,y—厭氧罐。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步說明。

參閱圖1,本發明由主要設備和輔助設備連接組成沼氣生產線，主要設備包括上料罐a、浮筒液位計b、厭氧罐y、凝水器n、乾燥器g、脫硫器t、沼氣櫃q，輔助設備包括太陽能集熱器w、中間熱水罐r、循環泵h、空氣源熱泵k，主要設備通過送料輸氣管路連接，上料罐a通過上料管7與厭氧罐y連接，厭氧罐y通過回流管5與浮筒液位器b連接，浮筒液位器b底部通過輸液管s與上料罐a連接，厭氧罐y、凝水器n、乾燥器g、脫硫器t、沼氣櫃q之間由輸氣管路連接，上料管7裝設上料閥11，厭氧罐y通過輸氣管12連接凝水器n，輸氣管12上裝設取樣閥14、壓力表15、流量計16、壓力變送器17、排空閥18；凝水器n通過凝水氣管20連接乾燥器g，乾燥器g通過乾燥氣管22連接脫硫器t，脫硫器t通過沼氣管24連接氣櫃q，各個輸氣管路上均裝設閥門和壓力表15；輔助設備通過輸水管路連接，構成循環水路，連接厭氧罐y，太陽能集熱器w通過太陽能熱水管28連接中間熱水罐r，中間熱水罐r通過熱源水管30連接空氣源熱泵k，中間熱水罐r連接供水管19，厭氧罐y上設有噴射衝擊水管套8，噴射衝擊水管套8與供水管19接通，中間熱水罐r通過熱水管33和回水管31連接厭氧罐y的加溫水套，熱水管33的管路連接厭氧罐補水管34，厭氧罐補水管34上設置補水閥10、供水管19上裝設供水閥26、太陽能熱水管28上裝設太陽能熱水閥27、回水管31上裝設回水閥32；主要設備和輔助設備以及各個閥門、儀表分別通過信號線x連接電氣櫃d，電氣櫃d通過信號纜l連接計算機j，計算機j根據收集的信號，按照預先設定的程序，調節控制主要設備和輔助設備及各個閥門、儀表工作，保證生產線正常運行，經過進料發酵工序、降解排渣工序、乾燥脫硫工序的各個工藝過程，製取沼氣，通過沼氣管24輸入氣櫃q。根據需要，再裝入適當的容器運輸出廠。部分沼氣也可以作為燃料自行應用。

進料發酵工序的工藝過程是：上料罐a將進料管1輸入的秸稈碎料和浮筒液位計b通過輸液管s輸入的沼液進行攪拌，混合均勻，上料罐a通過上料管7連接厭氧罐y,上料管7上裝設上料閥11，上料管採用密閉的氣動輸料結構，將上料罐a中經過攪拌混合均勻的秸稈料液輸送到厭氧罐y中，進行發酵處理；厭氧罐y連接厭氧罐補水管34，厭氧罐補水管34上裝設補水閥10，根據需要開啟補水閥10向厭氧罐y內進行補水，秸稈料液按照體積計算固體佔液體的25-35%；厭氧罐y內設有溫度計9和液位計13,厭氧罐y內的秸稈料液達到液位計13的下限位置時,開啟上料閥11，上料罐a中混合均勻的秸稈料液通過上料管7輸送到厭氧罐y中，秸稈料液達到厭氧罐y內的液位計13的上限位置時,關閉上料閥11，開啟進料閥2，通過進料管1向上料罐a中輸進秸稈碎料，開啟回流閥6，厭氧罐y中發酵後的沼液回流到浮筒液位計b中，通過輸液管s向上料罐a中輸入沼液，開啟上料罐a中的攪拌器進行攪拌，形成秸稈料液，待厭氧罐y內的秸稈料液達到液位計13的下限位置時,開啟上料閥11，向厭氧罐y中輸入秸稈料液，循環進行，中間熱水罐r通過熱水管33向厭氧罐y的加溫水套中輸入熱水循環，使厭氧罐y內的秸稈稀料發酵溫度保持在攝氏29-38度。

降解排渣工序的工藝過程是：厭氧罐y內部採用循環衝擊沼液的方式，噴射衝擊水管套8環繞厭氧罐y一圈設置連接的若干噴頭伸入厭氧罐y內，向沼液發酵層噴射水流進行衝擊，將降解發酵後的料渣強制衝擊下沉到厭氧罐y底部，採用多點虹吸方式進行排渣，厭氧罐y內部底面設置若干排渣管，連通厭氧罐y下部開設的出渣口c，將料渣虹吸進入排渣管，通過出渣口c排出厭氧罐y外邊。

乾燥脫硫工序的工藝過程是：厭氧罐y中經過發酵產生的混合氣體通過輸氣管12送到凝水器n中，凝水器n進行水氣分離處理，經過水氣分離處理後的溼潤氣體通過凝水氣管20輸入乾燥器g中，乾燥器g進行脫水乾燥，經過脫水乾燥後的乾燥氣體通過乾燥氣管22輸送到脫硫器t中，脫硫器t進行脫硫，經過脫硫後的沼氣通過沼氣管24輸送到氣櫃q中。

循環水路是：太陽能集熱器w通過太陽能熱水管28連接中間熱水罐r，中間熱水罐r通過熱水管33、回水管31分別連接厭氧罐y的加溫水套，同時空氣源熱泵k通過熱源水管30連接中間熱水罐r；當中間熱水罐r通過熱水管33輸出熱水的熱量達不到厭氧罐y所需的發酵溫度時，空氣源熱泵k中加溫的熱水通過熱源水管30輸入中間熱水罐r，再通過熱水管33輸入厭氧罐y的加溫水套，提高循環水溫；當中間熱水罐r輸出的熱水溫度過高，超過厭氧罐y內部發酵所需熱量時，開啟供水閥26，供水管19向中間熱水罐r輸入新水，降低熱水管33輸出熱水的溫度，調節厭氧罐y加溫水套內的循環水溫，使厭氧罐y內保持恆溫。

電氣櫃d內部設置集成電路板，通過若干信號線x分別連接生產設備和各個閥門、儀表，各個閥門採用電動閥門、氣動閥門，電氣櫃通過信號纜l連接計算機j，計算機j根據收集到的信號，按照預先設計的程序向電氣櫃d發出指令，電氣櫃d按照指令控制生產設備和閥門、儀表自動調節運行。

實際應用時，上料罐a通過進料管1將預處理好的秸稈碎料輸送到厭氧罐y，進料管1採用密閉式氣動送料形式，秸稈碎料的ts值為25-30%，在沼氣製取過程中採用循環加熱系統，各個閥門和儀表通過信號線x連接電氣櫃d，電氣櫃d將反饋的信號通過集中的信號纜l輸入計算機j，計算機j按照事先設計好的程序控制各個閥門動作，對生產設備進行控制，實現厭氧發酵製取沼氣自動化生產。脫硫之後製取的沼氣成品，通過沼氣管24輸入氣櫃q。根據需要，再將沼氣裝入適當的容器運輸出廠。部分沼氣也可以作為燃料自行應用。通過出渣口c排出厭氧罐y外邊的料渣,再進行加工利用，可以作為很好的有機肥料。

本發明操作安全方便，厭氧發酵快，自動化程度高，成本低，生產效率高，減少了汙染，達到了國家環保標準的規定，實現了均衡持續製取沼氣的規模化生產，具有良好的經濟社會效益和光明的推廣應用前景。