集成化二步法中高溫發酵的秸稈、糞便二用沼氣池的製作方法

2023-08-01 00:55:01

專利名稱：集成化二步法中高溫發酵的秸稈、糞便二用沼氣池的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於戶用沼氣池技術領域，特別是能夠集成化運輸，集成化拼裝的二
步法中、高溫發酵的秸稈、糞便二用沼氣池。
背景技術：
具農業部公布，我國的戶用沼氣池目前已超出4000萬臺，如果這4000萬臺沼氣池 都能夠投入正常使用，每年將能夠為國家節約標煤4000萬噸，減排二氧化碳1. 2億噸，在獲 得這個節能減排的巨大成果的同時還無害化處理了各類糞便、有機垃圾2億噸，回收利用 農作物秸稈2000萬噸。事實證明，戶用沼氣池是最經濟、最廣泛的節能、減排、環境保護的 有效措施。根據國家標準GB/T4750-2002《戶用沼氣池標準圖集》和農業部行業標準NY/ T1699-2009《玻璃纖維增強塑料戶用沼氣池技術條件》的要求，這些沼氣池的發酵、產氣方 式不論是混凝土沼氣池，還是玻璃鋼(即玻璃纖維增強塑料)沼氣池，都是雙水壓式沼氣 池，其主要結構都是由發酵罐，進料管、進料間，出料管、出料間，沼氣引出管等構成，為適應 雙水壓式沼氣池出料的要求，所使用的主要原料只能以易於水解的糞便為主，以秸稈為輔， 由上述數字也可以看出，目前的這4000萬臺沼氣池，消化糞便的用量大約是秸稈的10倍， 秸稈、糞便的的用量比僅為1/10——這就是目前雙水壓式沼氣池所遇到的新問題家庭養 殖停滯、糞便劇減而導致沼氣池沒有原料可用，而大量存在的秸稈卻不能利用、仍然只能廢 棄；具介紹，我國目前每年至少有數億噸的農作物秸稈不能利用，只能廢棄腐爛和在田間直 接焚燒，這至少相當於每年用這數億噸珍貴的煤炭去百分之百的汙染環境，然後國家在其 他領域再花錢去治理、再改善由它產生的環境汙染！在能源日趨匱乏、環境日趨惡劣的今 天，這無疑是亟待解決的！而這幾億噸散落、廢棄的農作物秸稈，由於運輸、儲存的成本和 方式問題，不能以現有的工業化手段去收集和利用，歷史證明，動員農民的積極性是最好的 方法，由農戶利用自家的沼氣池來直接回收利用這些秸稈，這是最快捷、最實際、最有效的 方法。由此，開發和推廣應用秸稈、糞便兩用沼氣池是政府和行業的當務之急。目前，實現秸 稈沼氣池還要在現有技術基礎上解決以下問題①將發酵原料的濃度由10%提高到30%， 以縮小發酵罐體積；②解決上述高濃度原料的進出料問題；③將發酵溫度提高到中溫35°C 或高溫55°C，以提高產氣效率；④採用二步法發酵，以更高的提高產氣效率；⑤實現高濃度 原料的攪拌。
發明內容 為了彌補現有技術沼氣池的上述不足，本實用新型提供一種集成化二步法中高溫 發酵的秸稈、糞便二用沼氣池，該沼氣池不但可以繼續使用糞便原料，更能大量的使用農作 物秸稈，而且生產出的沼氣甲烷含量更高。 本實用新型的技術方案是一種集成化二步法中高溫發酵的秸稈、糞便二用沼氣 池，由發酵罐，沼氣引出管構成，其特徵是二個秸稈發酵罐(1) 、 (2)和產氣罐(3)在罐底依 次通過罐內濾網(14)、沼液循環閥(16)及相應管道聯接相通，且二個秸稈發酵罐分別安置在產氣罐(3)的二側，二個秸稈發酵罐放置在地面而產氣罐(3)則在高出地面300mm的水 泥墩(18)上放置，秸稈發酵罐罐蓋(6)的錐頂通過沼氣球閥(7)與沼氣引出管(11)管道 聯通，罐蓋(6)的錐面通過三通安裝有放空球閥(8)，並通過這個三通分支與回流球閥(9)、 回流單向閥(10)和水壓罐(13)的罐底部管道聯通，在產氣罐(3)中，罐底和罐蓋(6)之 間的中軸線上垂直安裝水壓管(16)，水壓管(16)的下管口落在產氣罐(3)的罐底，在其距 產氣罐罐底100mm處的管壁上鑽有2個水壓管通孔(17)，水壓管(16)的上部向上穿過罐 蓋(6)約20mm而進入頂置於產氣罐(3)之上的水壓罐(13)，且其上管口垂直安裝水壓罐 單向閥(12)，沼氣引出管(11)由產氣罐(3)的最上部穿過罐蓋(6)向上引出並與二個秸 稈發酵罐的沼氣球閥(7)連接，並且，水壓罐(13)是個倒置安裝在產氣罐罐蓋之上、並在桶 底錐頂開有通氣孔(19)的發酵罐，其罐口法蘭與產氣罐(3)、罐蓋(6)密封連接，上述的發 酵罐、產氣罐、水壓罐與之相配套的罐蓋之間均通過緊固螺栓(4)、密封墊(5)緊固密封，所 有穿過罐壁、罐蓋的管道均與穿過處的罐壁粘接密封。本實用新型的工作過程如下將預 處理的秸稈加入2個秸稈發酵池(1)、 (2)內發酵、水解、酸化，產氣池(3)在第一次使用時 就應加滿沼液，沒有沼液時可先加滿清水，然後按圖所示全部封蓋密封，悶曬發酵。系統發 酵正常後，2個秸稈發酵罐(1)、(2)和產氣罐(3)將共同產生沼氣而積存於各罐的上部，由 於3個罐的上部全部連接相通，產氣後的沼氣壓力將在3個罐內對罐內沼液共同施加壓力， 這個壓力首先把產氣罐(3)內的沼液通過水壓管(16)底部的2個通孔(17)順水壓管向上 通過水壓罐單向閥(12)注入水壓罐(13)，並由水壓罐內的水位和秸稈發酵罐內的水位差 形成水壓式沼氣池的沼氣壓力，與此同時，二個秸稈發酵罐內的沼液必然要通過罐底的濾 網(14)、和沼液循環閥(15)而進入產氣罐並同時注入水壓罐(13)。在沼氣外排時，系統壓 力下降，水壓罐(13)內的沼液受水壓罐單向閥(12)向下截止的限制，只能經由回流單向閥 (10)流回2個秸稈發酵罐，由此首先實現對秸稈發酵罐內的秸稈進行噴淋，其次對酸化液 進行混合，並且由此實現了對靜止原料的"攪拌"。綜上所述，利用沼氣的產氣過程及其壓 力，在系統內使秸稈酸化液形成延秸稈發酵罐至產氣罐、至水壓罐、再回流秸稈發酵罐的環 流，顯然，由這個環流實現了本實用新型的二步法發酵。而整個系統置於地面，不但由太陽 悶曬實現了中、高溫度的發酵，在縮小發酵罐體積的前提下提高了產氣效率，並且由於罐體 較小，可以輕易的將秸稈發酵罐放倒在地，對罐內任意進行清理，根本不存在高濃度料出料 的困難，從根本上改進了現有技術沼氣池的形式。 本實用新型的有益效果前些年，農業部根據我國農村家庭養殖糞便的實有量算 估出沼氣池在農村的適宜戶比例為28%，實際上，由於養殖糞便的減少，這個28%的比例 也在減少。而本實用新型一年用二、三噸的秸稈和農戶自家的人糞便即可滿足沼氣池原料 的需求，而這個原料的需求量80%以上的農戶都能夠滿足，因此，通過本實用新型及類似的 秸稈沼氣池則可以把這個適宜率由28 %提高到80 % ，這是國家期待的數字！農戶用沼氣 池對廢棄秸稈的自行回收利用，與大中型沼氣工程相比，沒有運輸、儲存的費用，沒有建設 輸氣管道的額外支出，沒有秸稈漲價的威脅，它適應中國的國情。這個方式可促進和保障 沼氣池大規模的、永久的使用，通過沼氣池實現、持續這個世界上參與人員最多、規模最大、 最經濟的節能、減排和生態環境保護。並且，由於縮小發酵罐容積而降低了沼氣池的成本， 這樣有利於國家對沼氣池進行招標定點生產，並由此確保沼氣池質量，確保20年的使用壽 命，避免沼氣池建設中數量的虛假瞞報。以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。


圖1是本實用新型集成化二步法中高溫發酵的秸稈、糞便二用沼氣池的結構圖。 圖2是
圖1中A部的放大圖 圖3是
圖1中B部的放大圖 圖4是本實用新型的發酵罐和罐蓋集成化疊摞堆放、運輸的外形圖 圖中1.秸稈發酵罐，2.秸稈發酵罐，3.產氣罐，4.緊固螺栓，5.密封墊，6.罐蓋， 7.沼氣球閥，8.放空球閥，9.回流球閥，IO.回流單向閥，ll.沼氣引出管，12.水壓罐單向 閥，13.水壓罐，14.濾網，15.沼液循環閥，16.水壓管，17.水壓管通孔，18.水泥墩，19.通氣孔。
具體實施方式在
圖1中，一種集成化二步法中高溫發酵的秸稈、糞便二用沼氣池，由發酵罐，沼 氣引出管構成，其特徵是二個秸稈發酵罐(1)、 (2)和產氣罐(3)在罐底依次通過罐內濾 網(14)、沼液循環閥(16)及相應管道聯接相通，且二個秸稈發酵罐分別安置在產氣罐(3) 的二側，二個秸稈發酵罐放置在地面而產氣罐(3)則在高出地面300mm的水泥墩(18)上放 置，秸稈發酵罐罐蓋(6)的錐頂通過沼氣球閥(7)與沼氣引出管(11)管道聯通，罐蓋(6)的 錐面通過三通安裝有放空球閥(8)，並通過這個三通分支與回流球閥(9)、回流單向閥(10) 和水壓罐(13)的罐底部管道聯通，在產氣罐(3)中，罐底和罐蓋(6)之間的中軸線上垂直 安裝水壓管(16)，水壓管(16)的下管口落在產氣罐(3)的罐底，在其距產氣罐罐底100mm 處的管壁上鑽有2個水壓管通孔(17)，水壓管(16)的上部向上穿過罐蓋(6)約20mm而進 入頂置於產氣罐(3)之上的水壓罐(13)，且其上管口垂直安裝水壓罐單向閥(12)，沼氣引 出管(11)由產氣罐(3)的最上部穿過罐蓋(6)向上引出並與二個秸稈發酵罐的沼氣球閥 (7)連接，並且，水壓罐(13)是個倒置安裝在產氣罐罐蓋之上、並在桶底錐頂開有通氣孔 (19)的發酵罐，其罐口法蘭與產氣罐(3)、罐蓋(6)密封連接，上述的發酵罐、產氣罐、水壓 罐與之相配套的罐蓋之間均通過緊固螺栓(4)、密封墊(5)緊固密封，所有穿過罐壁、罐蓋 的管道均與穿過處的罐壁粘接密封。如上所述，本實用新型採取下列措施解決了以下一系 列的技術問題①太陽悶曬實現中溫、高溫發酵，在春秋二季可以達到35t:，夏季可以達到 55°C ;②二步法發酵由三個發酵罐完成，兩個秸稈發酵罐實現第一步的發酵、水解、酸化，產 氣罐完成酸化液的第二步發酵、產氣；③發酵罐都是容積lm3的、罐蓋密封的小罐，可以打開 罐蓋實現高濃度原料的入料、出料，方便易行；④為解決秸稈處理時間較長及產氣量的峰、 谷可題，採用2個秸稈發酵罐並間隔20天先後裝料，相互補充，完滿解決；⑤利用沼氣壓力 推動沼液在系統內循環流動，實現原料靜止的"攪拌";⑥3個發酵罐和水壓罐及罐蓋形狀完 全一樣，不但便於採用模壓壓制，實現規模化生產，且可以將這一套的部件集成放置，體積 小便於運輸，如附圖4所示；⑦集成安裝，簡便易行，農戶可以按圖索驥、自行安裝，有利於 產品的推廣；⑧產氣量可控可調夏季高溫發酵產氣量過高時，可以關閉一個秸稈發酵罐 的上下球閥並打開放空球閥(8)，輸入空氣以停止產氣；⑨可以全部使用秸稈由於秸稈發 酵池內的沼液長期存在，在後續加料時可以全部加入秸稈，只需按秸稈乾重的5%加入氮素化肥調節一下碳氮比即可，如加入5%的尿素。農戶家中的糞便、有機垃圾在秸稈預處理時 加入即可。這個沼氣池一年可以吃掉二、三噸秸稈及農戶家的全部糞便、有機垃圾並充足供 給沼氣。系統所用的球閥是沼氣塑料軟管專用的小球閥，不是水暖球閥，價格十分便宜，連 接管道採用沼氣池大量應用的塑料軟管即可，經濟實惠。 本實用新型由於要靠太陽悶曬獲得高溫而必須地面放置，沼氣池行業標準中對地 埋式雙水壓沼氣池所規定的罐體荷載18KPa的要求對本技術已沒有必要，不再適用，因此， 本實用新型的秸稈發酵罐(D、產氣罐(3)、水壓罐(13)及罐蓋(6)，可以採用各種材料制 造，如聚酯樹脂的有機玻璃鋼，氯氧鎂的無機玻璃鋼，各種熱塑性塑料，以及玻璃鋼增強熱 塑性塑料等。採用以上材料時，要考慮強度、成本、壽命、因地制宜等多種因素。為提高悶曬 溫度，罐體採用綠色時熱效率較高。 本實用新型的缺點1.不能與廁所直接連接，廁所糞便只能在秸稈與處理時作為 碳氮比調節物摻入。實際上這也是必須的；2.與雙水壓沼氣池相比，如果將二個秸稈發酵 罐看做雙水壓沼氣池的二個水壓間的話，則本實用新型比現有雙水壓沼氣池在地面多佔用 了一個產氣罐的位置。但與常年能夠利用太陽能創造的經濟效益相比較，多佔用這lm2的 地面是值得的。 秸稈的預處理方法詳見現有技術的有關介紹。
權利要求一種集成化二步法中高溫發酵的秸稈、糞便二用沼氣池，由發酵罐，沼氣引出管構成，其特徵是二個秸稈發酵罐(1)、(2)和產氣罐(3)在罐底依次通過罐內濾網(14)、沼液循環閥(16)及相應管道聯接相通，且二個秸稈發酵罐分別安置在產氣罐(3)的二側，二個秸稈發酵罐放置在地面而產氣罐(3)則在高出地面300mm的水泥墩(18)上放置，秸稈發酵罐罐蓋(6)的錐頂通過沼氣球閥(7)與沼氣引出管(11)管道聯通，罐蓋(6)的錐面通過三通安裝有放空球閥(8)，並通過這個三通分支與回流球閥(9)、回流單向閥(10)和水壓罐(13)的罐底部管道聯通，在產氣罐(3)中，罐底和罐蓋(6)之間的中軸線上垂直安裝水壓管(16)，水壓管(16)的下管口落在產氣罐(3)的罐底，在其距產氣罐罐底100mm處的管壁上鑽有2個水壓管通孔(17)，水壓管(16)的上部向上穿過罐蓋(6)約20mm而進入頂置於產氣罐(3)之上的水壓罐(13)，且其上管口垂直安裝水壓罐單向閥(12)，沼氣引出管(11)由產氣罐(3)的最上部穿過罐蓋(6)向上引出並與二個秸稈發酵罐的沼氣球閥(7)連接，並且，水壓罐(13)是個倒置安裝在產氣罐罐蓋之上、並在桶底錐頂開有通氣孔(19)的發酵罐，其罐口法蘭與產氣罐(3)、罐蓋(6)密封連接，上述的發酵罐、產氣罐、水壓罐與之相配套的罐蓋之間均通過緊固螺栓(4)、密封墊(5)緊固密封，所有穿過罐壁、罐蓋的管道均與穿過處的罐壁粘接密封。
2. 如權利要求1所述的集成化二步法中高溫發酵的秸稈、糞便二用沼氣池，其特徵還 包括秸稈發酵罐(D、產氣罐(3)、水壓罐(13)及罐蓋(6)，可以採用聚酯樹脂有機玻璃 鋼，氯氧鎂無機玻璃鋼，各種熱塑性塑料，以及玻璃鋼增強熱塑性塑料製造。
專利摘要一種集成化二步法中高溫發酵的秸稈、糞便二用沼氣池，由三個1m3的集成化發酵罐和一個1m3水壓罐經太陽悶曬完成二步法的中高溫發酵；利用沼氣壓力推動沼液在系統內循環流動而實現原料的攪拌；發酵罐、水壓罐形狀完全一樣，便於機械化生產；集成放置，便於運輸，集成化安裝，簡便易行，農戶可以自行安裝；夏季高溫發酵產氣量過高時，可以關閉其中一個秸稈發酵罐以調整產氣量。本實用新型徹底的改變了沼氣池的傳統形式，以簡單、經濟的方法利用戶用沼氣池及太陽能實現了對秸稈的大量回收和利用，符合國家可再生能源規劃。
文檔編號C12M1/107GK201545837SQ20092027019
公開日2010年8月11日 申請日期2009年11月25日 優先權日2009年11月25日
發明者季忠鐵 申請人:季忠鐵