沼氣生物脫硫裝置的製作方法

2023-11-07 10:46:37

專利名稱：沼氣生物脫硫裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種沼氣生物脫硫裝置，尤其是一種適用於厭氧反應產生的含有 硫化氫成分的沼氣的脫硫處理裝置。
背景技術：
在大多數情況下，沼氣的產生是在厭氧環境中進行的。任何形狀的、加蓋氣體密封 的、可以用來保存進料的罐或池體叫做沼氣池、發酵罐或反應器。目前，最常見的發酵罐是 圓柱形的混凝土或鋼結構的罐體。發酵罐中的進料(發酵底物)被加熱到中溫32-43°C或 高溫50-60°C。在這種溫暖的厭氧環境中，發酵菌將開始生長和分解進料中的揮發性有機物 並產生沼氣。厭氧發酵有4個階段，每個階段由不同的發酵菌起作用。最後一個階段的產 甲烷菌把前幾個階段的產物轉化成我們最需要的沼氣，沼氣以氣泡的形式從發酵底物中冒 出。在發酵罐的上部，即高於底物表面的空間，沼氣被固定的發酵罐頂部捕捉並輸送到外部 儲氣櫃中，或者由位於發酵罐頂部的彈性膜蓋捕捉，同時作為沼氣收集和儲存裝置。收集的沼氣的主要成分為CH4 (45-70 % ), CO2 (25-50 % ), H2O (0-10 % )， N2 (0-5% )，O2 (0-3% )，其中N2, NH3, H2S的濃度是ppm級。因為H2S對所有材料，尤其鐵製 品的有非常強的腐蝕性；在很多情況下，沼氣在帶有發電機的燃氣發動機(CHP)中燃燒，很 多CHP製造商要求含量不超過200-300ppm。為了能夠使用沼氣，必須把減少到較 低水平，即脫硫。常用的脫硫系統需要把發酵罐產生的含沼氣通過管道輸送到外部脫硫裝置中 來進行化學法或生物法脫硫。化學法脫硫是採用化學物質(通常是鐵化合物)與壓3發生化 學反應，把壓3轉化成固體硫化物或單質硫。化學脫硫維護複雜且運行成本高。為了達到脫 硫效果，化學脫硫需要連續投入低濃度的大量的化學藥劑。這種方法需要持續監測設備，額外 的管道，投料以及儲料設備。總的來說，利用化學物質特別是高濃度化學物質相對危險。另一種化學脫硫方法利用活性炭去除吐3。這種方法也需要外部設備。活性炭通 常填在圓柱形罐體內，氣體流經活性炭與其反應。在此過程中，活性炭表面空隙被硫化物或 單質硫覆蓋後失活。這樣需要持續監測活性炭，當活性炭失活後需要更新。外部生物脫硫法採用內部生長著脫硫菌的脫硫塔(即脫硫裝置)通過脫硫細菌的 代謝作用將除H2S轉化成單質硫從沼氣中除去H2S,由於需要額外設備，維護複雜以及更換 填料，其成本相對較高。該方法需要在脫硫裝置內給脫硫菌提供適合其生長的溫度、溼度、 氧氣含量等條件。其存在的問題是脫硫菌的生存環境(溫度、溼度、氧氣)難以嚴格控制， 無法保證脫硫效果；而且還要對外部脫硫裝置監測和進行清除單質S的維護，否則含量 高的沼氣在管道中被脫硫，導致管道中更多的硫沉澱，降低氣體的流動性，可能導致管道全 部堵塞。
實用新型內容本實用新型提供一種與沼氣發生裝置一體化的脫硫裝置，以克服外部脫硫裝置脫硫環境難以控制、運行維護難、成本高等問題。為達到上述發明目的，本實用新型提供如下技術方案一種沼氣生物脫硫裝置，包括沼氣發酵罐、脫硫菌附著載體和空氣加載計量系統， 所述脫硫菌附著載體具有網孔結構，其位於所述發酵罐內的發酵物液面上方；所述空氣加 載計量系統的空氣進口與所述沼氣發酵罐的罐內相通，並位於所述發酵罐內的發酵物液面 上方。進一步地，上述空氣進口設置在脫硫菌附著載體與所述發酵罐內的發酵物液面之 間的發酵罐壁體上。進一步地，上述脫硫菌附著載體包括網狀體和支撐架，所述網狀體設置在所述支 撐架上。進一步地，上述網狀體具有適於細菌附著和生長的網狀結構表面，優選絲網狀填 料。進一步地，上述脫硫菌附著載體為多層分隔設置。進一步地，上述空氣加載計量系統包括空氣泵、流量控制單元和空氣進口、，所述 流量控制單元設置在所述空氣泵與所述空氣進口之間。進一步地，上述流量控制單元包括氣體流量控制器和閥門，所述閥門包括控制閥 門、檢查閥、罐體前置檢查閥，所述控制閥門設置在所述空氣泵與所述氣體流量控制器之 間，所述檢查閥設置在所述氣體流量控制器的輸出端，所述罐體前置檢查閥設置在所述空 氣進口的輸入端。進一步地，上述沼氣發酵罐的頂部設有密封頂，所述密封頂與所述罐內發酵物液 面之間形成沼氣儲氣室。進一步地，上述沼氣發酵罐內設有測氧探頭。本實用新型利用生長在具有網孔結構的附著載體上的脫硫菌，通過代謝作用將厭 氧產生的沼氣中的轉化成的單質硫，產生的單質硫可以自動掉入網孔下方的發酵物中。 發酵罐外部有空氣泵，向發酵罐內泵入一定量的空氣，來保證脫硫菌生長繁殖所需要的氧 氣，又不會影響厭氧發酵。本實用新型的有益效果1、本實用新型在脫硫過程中不需要增加管道及外部裝置工作，從而可以避免運行 錯誤，節省了投資和外部系統的運行費用。2、脫硫裝置與發酵罐一體化，方便了製造和使用，節約了佔用土地；並且充分利用 了發酵底物液面上部環境(溼度、溫度等)適合脫硫菌生長的條件，從而避免在外部生物脫 硫方法下，需要額外的設備及監控系統來控制脫硫菌的生長環境。3、本實用新型根據沼氣的產量限量通入空氣，既保證了脫硫菌對氧氣的需求，又 能不影響厭氧發酵過程；增加或至少保證了沼氣的產量，因為發酵底物中PH值下降所導致 的高含量可以抑制厭氧消化菌的產沼氣過程。
圖1為本實用新型實施例的結構示意圖；圖2為本實用新型中脫硫菌的附著載體的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細說明。本實用新型中所指的生物脫硫是指在一般的厭氧(沒有氧氣)消化過程中，通過 生物方式脫硫，即沼氣中的通過脫硫菌的新陳代謝左右轉化成單質S從沼氣中去除。在以下實施例中所採用的生物方式為利用脫硫細菌例如光合硫細菌、硫桿菌 (Thiobacillus)、無色硫細菌等將吐3通過轉化成單質S。該生物脫硫的反應在沼氣發酵罐 內部空間或容積內進行。如圖1所示，本實用新型提供一種沼氣生物脫硫裝置，包括沼氣發酵罐1、脫硫菌 附著載體2和空氣加載計量系統。上述沼氣發酵罐1是指用來發酵有機物質的發酵罐，在本行業中通常可稱為發酵 罐、反應器或厭氧消化罐。該發酵罐體通常是圓形，但是也可以是橢圓形或方形，材料可以 是鋼、不鏽鋼、搪瓷、混凝土和工程塑料等。發酵罐1的頂部設有密封頂11，該密封頂11是 由罐體頂部上設有的一層或多層具有儲氣膜組合形成的蓋子，圖中所示為雙層儲氣膜。發 酵罐1在整個發酵過程是厭氧環境，所產生的沼氣被罐體頂部的密封蓋11收集，從而在所 述罐內發酵物液面A之上形成沼氣儲氣室C。如圖2所示，脫硫菌附著載體2具有網孔結構，其位於所述發酵罐1內的發酵物液 面A上方、發酵罐密封頂11的下方，即密封頂11與發酵物液面A之間形成的儲氣室C中。 該附著載體2是一個位於發酵罐內部的脫硫菌生長表面系統，其包括網狀體21和支撐結構 22，網狀體21可採用適於脫硫菌生長的高比表面的生物填料，比如絲網狀填料、以及市售 的抗腐蝕性塑料網或其他材質的網。網狀體21的周邊固定在發酵罐的壁上，主體部分固定 在上述支撐架22上。上述支撐架22主要起到支撐作用。在發酵罐適宜的溫度、溼度下，上 述網狀體21的網孔結構表面給脫硫菌提供了附著生長的條件。當發酵物產生的含H2S沼 氣通過該網狀體21時，脫硫菌通過代謝作用把轉換成單質硫，從而形成生物過濾效應。 作為另一個優選方式，上述脫硫菌附著載體2也可以為上下多層分隔設置，以增加生物過 濾的面積，形成多層立體過濾，從而提高生產能力。脫硫菌把吐3轉化成單質硫的過程中需要一定量的氧氣，通過儲氣室C提供空氣 可以滿足該要求。再參閱圖1，上述空氣加載計量系統包括空氣泵3、流量控制單元和空氣 進口 4，通過調節氣體流量控制空氣的進入量。其中，空氣泵3與所述空氣進口 4通過流量 控制單元相連接。該空氣泵3為市售產品，也稱為空壓泵，主要用於給發酵罐內加入空氣。 在本實施例中，流量控制單元包括氣體流量控制器5和閥門；氣體流量控制器5 (也稱為氣 體流量控制儀)可採用現有的市售產品，其工作原理是通過比例調節閥解決氣體流量的控 制。閥門包括控制閥門7、檢查閥8、罐體前置檢查閥9，控制閥門7設置在空氣泵3與氣體 流量控制器5之間，即氣體流量控制器5的輸入端。檢查閥9設置在氣體流量控制器5的 輸出端，罐體前置檢查閥9設置在空氣進口 4的輸入端。上述空氣進口 4設置在發酵罐1 的壁體上，與罐內相通，位置優選設在脫硫菌附著載體2與所述發酵罐內的發酵物液面A之 間。其工作過程是空氣泵3把空氣通過控制閥7泵入氣體流量控制器5中，額定量 的空氣通過檢查閥8、罐體前置檢查閥9後進入發酵罐1，從而確保空氣量是符合事先設定好的量，以保證脫硫菌正常生長繁殖和脫硫效果，又不會影響厭氧發酵。該設定的量主要是 根據沼氣產量來確定向發酵罐體內加入脫硫菌所需要的空氣量(即控制罐體內部氧氣含 量)，一般情況下，空氣量大於沼氣量的6%是不允許的。在上述實施例的基礎上，為了了解沼氣發酵罐內的氧氣含量，還可以在發酵罐內 設置一個測氧探頭(圖中未示)。以上通過示例性實施例的方式對本實用新型進行示例性的說明，但本實用新型並 不局限於此。應該理解為，在不偏離本實用新型的構思、工作原理的情況下，以上實施例中 的設備、材料、安裝使用可通過本技術領域人員知悉的其它替換或等同方法來替換。
權利要求1.一種沼氣生物脫硫裝置，其特徵在於，包括沼氣發酵罐、脫硫菌附著載體和空氣加載 計量系統，所述脫硫菌附著載體具有網狀結構，其位於所述發酵罐內的發酵物液面上方；所 述空氣加載計量系統的空氣進口與所述沼氣發酵罐的罐內相通，並位於所述發酵罐內的發 酵物液面上方。
2.如權利要求1所述的沼氣生物脫硫裝置，其特徵在於，所述空氣進口設置在脫硫菌 附著載體與所述發酵罐內的發酵物液面之間的發酵罐壁體上。
3.如權利要求2所述的沼氣生物脫硫裝置，其特徵在於，所述脫硫菌附著載體包括網 狀體和支撐架，所述網狀體放置在所述支撐架上。
4.如權利要求3所述的沼氣生物脫硫裝置，其特徵在於，所述網狀體具有適於細菌附 著和生長的網狀結構表面。
5.如權利要求3所述的沼氣生物脫硫裝置，其特徵在於，所述網狀體為絲網狀填料。
6.如權利要求1-5中任一所述的沼氣生物脫硫裝置，其特徵在於，所述空氣加載計量 系統包括空氣泵、流量控制單元和空氣進口，所述流量控制單元設置在所述空氣泵與所述 空氣進口之間。
7.如權利要求6所述的沼氣生物脫硫裝置，其特徵在於，所述流量控制單元包括氣體 流量控制器和閥門，所述閥門包括控制閥門、檢查閥、罐體前置檢查閥，所述控制閥門設置 在所述空氣泵與所述氣體流量控制器之間，所述檢查閥設置在所述氣體流量控制器的輸出 端，所述罐體前置檢查閥設置在所述空氣進口的輸入端。
8.如權利要求1所述的沼氣生物脫硫裝置，其特徵在於，所述沼氣發酵罐的頂部設有 密封頂，所述密封頂與所述罐內發酵物液面之間形成沼氣儲氣室。
9.如權利要求1所述的沼氣生物脫硫裝置，其特徵在於，所述脫硫菌附著載體為多層 分隔設置。
10.如權利要求1所述的沼氣生物脫硫裝置，其特徵在於，所述沼氣發酵罐內設有測氧 探頭。
專利摘要本實用新型公開了一種沼氣生物脫硫裝置，包括沼氣發酵罐、脫硫菌附著載體和空氣加載計量系統，所述脫硫菌附著載體具有網孔結構，其位於所述發酵罐內的發酵物液面上方；所述空氣加載計量系統的空氣進口與所述沼氣發酵罐的罐內相通，並位於所述發酵罐內的發酵物液面上方。該附著載體上的脫硫菌通過代謝作用將厭氧產生的沼氣中的H2S轉化成的單質硫，該單質硫可以自動掉入網孔下方的發酵物中。本實用新型的脫硫裝置與發酵罐一體化，不需要增加管道及外部裝置工作，從而可以避免運行錯誤，節省了投資和外部系統的運行費用。
文檔編號C12M1/34GK201825951SQ201020586918

公開日2011年5月11日 申請日期2010年10月27日 優先權日2010年10月27日
發明者卡爾·馬爾庫斯·迪克 申請人:澤爾曼生物能源技術(北京)有限公司