沼氣製備系統的製作方法

2023-05-07 13:07:31 2

本發明涉及生物質燃料生產技術領域，具體涉及一種沼氣製備系統。

背景技術：

能源危機和生態危機是當前人類社會面臨的巨大問題，為解決上述問題出現了利用自然能源發電的技術：例如太陽能發電、風力發電機、生物質制沼發電。

其中，生物質制沼發電是治理有機廢棄物汙染和開發可再生能源十分有效的技術。沼氣是用人畜糞便、秸稈、汙水等各種有機物質在厭氧條件下，經過微生物的發酵、分解、轉化作用而生成的一種混合氣體。發酵是複雜的生物化學變化，有許多微生物參與。反應大致分兩個階段：（1）微生物把複雜的有機物質中的糖類、脂肪、蛋白質降解成簡單的物質，如低級脂肪酸、醇、醛、二氧化碳、氨、氫氣和硫化氫等。（2）由甲烷菌種的作用，使一些簡單的物質變成甲烷。由於這種氣體最先是在沼澤中發現的，所以稱為沼氣。沼氣中的主要成分是甲烷和二氧化碳，其中甲烷佔60％-70％，二氧化碳佔30％-40％，還有少量氫、一氧化碳、硫化氫、氧和氮等氣體，目前沼氣的利用主要是用來燃燒發電。

傳統的沼氣發酵裝置一般包括水壓式沼氣池、浮罩式沼氣池等，發酵原料進入厭氧發酵產氣室就處於靜態狀況或局部的動態串動，存在產氣不穩定、效率低的技術問題。

技術實現要素：

有鑑於此，有必要提供一種產氣穩定且效率高的沼氣製備系統。

一種沼氣製備系統，包括破碎設備、均質化設備、水解設備、第一發酵罐、第二發酵罐、沼氣回收裝置及固液分離裝置。破碎設備與均質化設備連接，均質化設備與水解設備連接，水解設備與第一發酵罐連接，第一發酵罐還與第二發酵罐連接，沼氣回收裝置與第一發酵罐、第二發酵罐連接，固液分離裝置與第一發酵罐、第二發酵罐及水解設備連接；破碎設備將木質纖維類原料粉碎以獲得第一發酵原料；均質化設備將第一發酵原料與動物糞便料混合均質以獲得第二發酵原料，將第二發酵原料輸送至水解設備；水解設備將第二發酵原料及發酵性細菌混合後進行分解以獲得水解混合料，並將水解混合料輸送給第一發酵罐；第一發酵罐將產氫產乙酸菌與水解混合料混合進一步分解以獲得含有甲酸、乙酸和甲醇的發酵混合料及含有氫和二氧化碳氣態的物質，並將含有甲酸、乙酸和甲醇的發酵混合料輸送至第二發酵罐，並將氣態的物質輸送給沼氣回收裝置；第二發酵罐向含有甲酸、乙酸和甲醇的發酵混合料加入甲烷菌培養液，並與沼氣回收裝置輸送到含有氫和二氧化碳氣態的物質混合後持續發酵，以產生沼氣；沼氣回收裝置回收第一發酵罐提供的含有氫和二氧化碳氣態的物質，並對含有氫和二氧化碳氣態的物質進行除雜處理，並將脫氧後的含有氫和二氧化碳氣態的物質輸送給第二發酵罐；沼氣回收裝置還回收第二發酵罐所產生的沼氣，並對進回收的第二發酵罐所產生的沼氣行提純以獲得甲烷。固液分離裝置將第一發酵罐、第二發酵罐產生的漿液進行分離操作，以獲得對應的沼渣及沼液。

上述沼氣製備系統中，利用破碎設備將木質纖維類原料粉碎以獲得第一發酵原料，利用均質化設備將第一發酵原料與動物糞便料混合均質以獲得第二發酵原料，利用水解設備將第二發酵原料及發酵性細菌混合後進行分解以獲得水解混合料，第一發酵罐將產氫產乙酸菌與水解混合料混合進一步分解以獲得含有甲酸、乙酸和甲醇的發酵混合料及含有氫和二氧化碳氣態的物質，並將含有甲酸、乙酸和甲醇的發酵混合料輸送至第二發酵罐，並將氣態的物質輸送給沼氣回收裝置，第二發酵罐向含有甲酸、乙酸和甲醇的發酵混合料加入甲烷菌培養液，並與沼氣回收裝置輸送到含有氫和二氧化碳氣態的物質混合後持續發酵，以產生沼氣；沼氣回收裝置回收第一發酵罐提供的含有氫和二氧化碳氣態的物質，並對含有氫和二氧化碳氣態的物質進行除雜處理，並將脫氧後的含有氫和二氧化碳氣態的物質輸送給第二發酵罐；沼氣回收裝置還回收第二發酵罐所產生的沼氣，並對進回收的第二發酵罐所產生的沼氣行提純以獲得甲烷，如此來保證第二發酵罐中的發酵混合料能夠穩定的快速的產生沼氣。

附圖說明

圖1是一較佳實施方式的沼氣製備系統的功能模塊示意圖。

圖2是圖1的沼氣製備系統的結構連接示意圖。

圖3是第一發酵罐的底部結構示意圖。

圖中：沼氣製備系統10、破碎設備11、均質化設備12、水解設備13、第一發酵罐14、發酵罐體140、產氫產乙酸菌培養液供應裝置141、輸液管142、第二發酵罐15、發酵罐體150、甲烷菌培養罐151、輸液管152、沼氣回收裝置16、氣體除雜裝置160、沼氣提純裝置161、酸性氣體消除裝置162、罐體1620、噴霧裝置1621、噴霧頭1622、冷卻脫水裝置163、管道1630、冷卻片1631、負壓提供裝置164、固液分離裝置17、輸送裝置18、電動機180、氣密室181、螺旋推進器182、密封氣體供應裝置183。

具體實施方式

請同時參看圖1及圖3，沼氣製備系統10包括破碎設備11、均質化設備12、水解設備13、第一發酵罐14、第二發酵罐15、沼氣回收裝置16及固液分離裝置17。

破碎設備11與均質化設備12連接，均質化設備12與水解設備13連接，水解設備13與第一發酵罐14連接，第一發酵罐14還與第二發酵罐15連接，沼氣回收裝置16與第一發酵罐14、第二發酵罐15連接，固液分離裝置17與第一發酵罐14、第二發酵罐15及水解設備13連接；破碎設備11將木質纖維類原料粉碎以獲得第一發酵原料；均質化設備12將第一發酵原料與動物糞便料混合均質以獲得第二發酵原料，將第二發酵原料輸送至水解設備13；水解設備13將第二發酵原料及發酵性細菌培養液混合後進行分解以獲得水解混合料，並將水解混合料輸送給第一發酵罐14；第一發酵罐14將產氫產乙酸菌培養液與水解混合料混合進一步分解以獲得含有甲酸、乙酸和甲醇的發酵混合料及含有氫和二氧化碳氣態的物質，並將含有甲酸、乙酸和甲醇的發酵混合料輸送至第二發酵罐15，並將氣態的物質輸送給沼氣回收裝置16；第二發酵罐15向含有甲酸、乙酸和甲醇的發酵混合料加入甲烷菌培養液，並與沼氣回收裝置16輸送到含有氫和二氧化碳氣態的物質混合後持續發酵，以產生沼氣；沼氣回收裝置16回收第一發酵罐14提供的含有氫和二氧化碳氣態的物質，並對含有氫和二氧化碳氣態的物質進行除雜處理，並將脫氧後的含有氫和二氧化碳氣態的物質輸送給第二發酵罐15，例如去除從水解設備13帶入的夾雜的氧氣等。沼氣回收裝置16還回收第二發酵罐15所產生的沼氣，並對進回收的第二發酵罐所產生的沼氣行提純以獲得甲烷。固液分離裝置17將第一發酵罐14、第二發酵罐15產生的漿液進行分離操作，以獲得對應的沼渣及沼液。在其他實施方式中，固液分離裝置還與均質化設備連接，固液分離裝置將獲得的沼液輸送給均質化設備，均質化設備將沼液、第一發酵原料、動物糞便料混合均質以獲得第二發酵原料，如此利用沼液作為發酵性細菌培養液的接種液，以使第二發酵原料快速水解。

其中，第一發酵罐14包括發酵罐體140、產氫產乙酸菌培養液供應裝置141，發酵罐體140的側壁上設置有第一通孔及進料孔，第一通孔靠近發酵罐體140的底部，發酵罐體140的第一通孔通過管道與第二發酵罐15的罐體連通，進料孔靠近發酵罐體140的頂部，進料孔通過管道與均質化設備12連接；發酵罐體140的頂部設置第二通孔及第三通孔，產氫產乙酸菌培養液供應裝置141設置在發酵罐體140的上方，產氫產乙酸菌培養液供應裝置141的輸液管142從發酵罐體140的第二通孔伸入發酵罐體140中，位於發酵罐體140內的輸液管142的管壁上設置有出液孔；第三通孔通過管道與沼氣回收裝置17連接。

其中，第二發酵罐15包括發酵罐體150、甲烷菌培養罐151，發酵罐體150的側壁上設置有第四通孔、排料孔、沼液進入孔，第四通孔、排料孔靠近發酵罐體150的底部，發酵罐體150的第四通孔通過管道與第一發酵罐14的發酵罐體140連通，排料孔通過管道與固液分離裝置17連接；沼液進入孔通過管道與甲烷菌培養罐151連接，以將發酵罐體150中的沼液輸送至甲烷菌培養罐151中；發酵罐體150的頂部設置第五通孔及第六通孔，甲烷菌培養罐151的輸液管從發酵罐體的第五通孔伸入發酵罐體150中，位於發酵罐體150內的輸液管152的管壁上設置有出液孔，第六通孔通過管道與沼氣提純裝置16連接；甲烷菌培養罐151中的沼液接種甲烷菌產生甲烷菌培養液，並利用輸液管152將甲烷菌培養液輸送到發酵罐體150中，以使沼液充分發酵。

進一步的，沼氣回收裝置16包括氣體除雜裝置160、沼氣提純裝置161，氣體除雜裝置160獲取含有氫和二氧化碳氣態的物質，並對含有氫和二氧化碳氣態的物質進行除雜後輸送給第二發酵罐15；沼氣提純裝置161獲取第二發酵罐15所產生的沼氣，並獲取的沼氣進行鹼液噴霧除二氧化碳及硫化氫後，再低溫除水以獲得甲烷。沼氣提純裝置161包括酸性氣體消除裝置162、冷卻脫水裝置163及負壓提供裝置164，酸性氣體消除裝置162與第二發酵罐15的發酵罐體150連接，冷卻脫水裝置163與酸性氣體消除裝置162連接，負壓提供裝置164與冷卻脫水裝置163連接，以使酸性氣體消除裝置162、冷卻脫水裝置163內產生負壓，酸性氣體消除裝置162包括罐體1620、噴霧裝置1621，罐體1620的頂部開設有氣體進入孔及穿過孔，氣體進入孔通過管道與第二發酵罐15的發酵罐體150連通，噴霧裝置1621的噴霧頭1622從穿過孔進入罐體1620，以對進入罐體1620的沼氣進行噴霧，通過噴霧頭1622噴出的鹼性霧吸收沼氣中的酸性氣體，罐體1620的側壁上開設有氣體排出口，冷卻脫水裝置163的氣體進入口與罐體1620的側壁上的氣體排出口連通，冷卻脫水裝置163包括管道1630及設置在管道1630內的高度逐漸遞增的冷卻片1631，冷卻片1631上開設有導流孔，管道1630的第一端與罐體1620的側壁固定連接，管道1630的第二端高於管道1630的第一端，如此在沼氣通過管道1630時，冷卻片1631使沼氣中的水蒸氣冷卻液化後，通過冷卻片1631的導流孔流回罐體1620中。

進一步的，沼氣製備系統10還包括輸送裝置18，輸送裝置18的輸送端依次穿過第一發酵罐14的發酵罐體140的第一通孔、第二發酵罐15的發酵罐體150的第四通孔，輸送裝置18的輸送端通過螺旋輸送方式將第一發酵罐14的發酵罐體140中的發酵混合料輸送至第二發酵罐15中。輸送裝置18包括電動機180、氣密室181、螺旋推進器182及密封氣體供應裝置183；氣密室181固定在第一發酵罐14的側壁上，螺旋推進器182的固定端從第一發酵罐14的側壁穿出後進入氣密室181與電動機180的輸出端固定連接，螺旋推進器182依次穿過第一發酵罐14的發酵罐體140的第一通孔、第二發酵罐15的發酵罐體150的第四通孔；密封氣體供應裝置183與氣密室181連接，以持續提供密封氣體來防止第一發酵罐14中的發酵混合料滲入到氣密室181中。在本實施方式中，請同時參看圖3，在第一發酵罐14的發酵罐體140的底部上位於螺旋推進器182的兩側各設置一弧形凸塊1401，兩個弧形凸塊1401之間形成收容槽1402，如此可以保證第一發酵罐14的發酵罐體140內的發酵混合料能夠匯集在收容槽1402中，以便於螺旋推進器182將發酵混合料順利推送到第二發酵罐15的發酵罐體150內。

上述沼氣製備系統10中，利用破碎設備11將木質纖維類原料粉碎以獲得第一發酵原料，利用均質化設備12將第一發酵原料與動物糞便料混合均質以獲得第二發酵原料，利用水解設備13將第二發酵原料及發酵性細菌混合後進行分解以獲得水解混合料，第一發酵罐14將產氫產乙酸菌與水解混合料混合進一步分解以獲得含有甲酸、乙酸和甲醇的發酵混合料及含有氫和二氧化碳氣態的物質，並將含有甲酸、乙酸和甲醇的發酵混合料輸送至第二發酵罐15，並將氣態的物質輸送給沼氣回收裝置16，第二發酵罐15向含有甲酸、乙酸和甲醇的發酵混合料加入甲烷菌培養液，並與沼氣回收裝16置輸送到含有氫和二氧化碳氣態的物質混合後持續發酵，以產生沼氣；沼氣回收裝置16回收第一發酵罐14提供的含有氫和二氧化碳氣態的物質，並對含有氫和二氧化碳氣態的物質進行除雜處理，並將脫氧後的含有氫和二氧化碳氣態的物質輸送給第二發酵罐15；沼氣回收裝置16還回收第二發酵罐15所產生的沼氣，並對進回收的第二發酵罐15所產生的沼氣行提純以獲得甲烷，如此來保證第二發酵罐中的發酵混合料能夠穩定的快速的產生沼氣。