專利名稱：一種連續式干法沼氣發酵設備及沼氣制備方法
技術領域：
本發明屬于有機固體廢棄物資源化利用領域，特別涉及到一種連續式干法沼氣發酵的設備及采用此法制備沼氣的具體步驟方法。
背景技術：
我國每年農業固體廢棄物產出量巨大，造成嚴重環境污染，同時，又面臨農村一次能源短缺的現狀。應用沼氣發酵技術處理有機固體廢棄物，可以將有機固體廢棄物轉化成清潔能源沼氣和綠色生物有機肥料，改善能源緊缺的現狀，沼氣和沼肥能夠為用戶創造良好經濟效益，生物有機肥的使用還能提高農產品品質，促進農民增產、增收，綜合效益顯著。根據反應器中物料的固體含量(TS)，沼氣發酵技術可分為濕式發酵(TS ^ 12%)和干式發酵(TS > 20% )兩種。濕式發酵技術在畜禽糞便厭氧發酵產沼氣和有機垃圾厭氧產沼氣等方面已經得到應用，各方面的技術已經比較成熟。與濕法發酵工藝相比，干法發酵工藝具有如下優點(I)負荷大，容積產能高，設備體積大大減??；(2)需水量低或不需水，節約水資源；(3)幾乎無沼液產生，廢渣含水量低，后續處理費用低；(4)運行過程穩定，無濕法工藝中的浮渣、沉渣等問題；(5)臭氣排放少；(6)冬季耗能低等。目前，在干法發酵方面，國內外在工程化應用中的技術形式主要是以間歇式干法沼氣發酵技術為主，存在產氣不連續，而且每個發酵周期結束后，都要重新啟動，每次啟動都需要將大量的雜氣排空，造成環境污染；同時，厭氧階段不帶有攪拌裝置，存在物料傳熱、傳質差，產氣率低等問題。在相關文獻檢索中，“一種干式發酵的設備及其方法”(專利號CN200510082723. I)，提及一種由槽體、柔性密封膜以及密封連接裝置構成的厭氧發酵反應器，厭氧發酵方式為間歇式干發酵，產氣不連續，同時，厭氧發酵過程中無攪拌，物料傳熱、傳質效果不好，產氣率低；“連續式干發酵沼氣發生池”(專利號CN200610067579. 9)，提及的反應器結構底部設計成斜坡形，進出料采用攪龍送料，雖可以連續發酵，但厭氧發酵中無攪拌，物料傳熱、傳質差，產氣率低，并且進出料時氣體封閉存在一定困難。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是克服現有技術當中干法沼氣發酵方式采用間歇發酵方式的難題，開發出一種連續式干法沼氣發酵的設備，并且利用該設備制取沼氣的方法解決了干法沼氣發酵的物料攪拌和連續干發酵進出料時氣體的封閉問題。物料攪拌能提高傳熱傳質的效果，連續發酵有利于保持菌種活性，可有效提高發酵的產氣率和效率，并且產氣均衡穩定、有連續性。一種連續式干法沼氣發酵設備及沼氣制備方法其特征是包括上料裝置、進料裝置、水槽、砼膜槽反應器、柔性膜、滾筒攪拌器、滾筒、槽體、出氣口、沼氣鍋爐、太陽能熱水器、輸水管路、出料裝置、第二定筒、地熱管、液壓馬達、液壓油管、第一定筒、液壓泵、導流葉片、揚料板、第二視窗，所述的上料裝置與進料裝置連接；所述的水槽設置在槽體的頂部；所述的砼膜槽反應器由槽體構成其底面和四個立面，由柔性膜構成其頂面，砼膜槽反應器、的兩端分別安裝有第一定筒和第二定筒；進料裝置和出料裝置分別與第一定筒和第二定筒相連接；所述的滾筒攪拌器與液壓馬達聯接，液壓馬達通過液壓油管與液壓泵連接，滾筒攪拌器的主要部件滾筒位于砼膜槽反應器的內部，且在滾筒的內部設有導流葉片和揚料板，滾筒兩端通過第一定筒和第二定筒分別與進料裝置和出料裝置相連通；所述的槽體的墻體上設有出氣口，槽體的底部鋪有地熱管；所述的沼氣鍋爐和太陽能熱水器通過輸水管路與地熱管連接；所述的第二定筒上設有第二視窗。 所述的進料裝置由第一刀切閥、第二刀切閥和進料腔構成，進料腔的上部安裝有第一排氣口，下部安裝有第一進水口和第一出水口。所述的水槽通過注水密封柔性膜與槽體的聯接處。所述的槽體的一個底面和四面圍墻為鋼筋混凝土結構，其底面和四面圍墻的外部采用苯板保溫，內部采用聚氨酯防水涂料涂刮。所述的出料裝置由第三刀切閥、第四刀切閥和出料腔構成，出料腔的上部安裝有進氣口、第二排氣口和第一視窗，其下部安裝有第二進水口和第二出水口。所述的沼氣鍋爐、太陽能熱水器和輸水管路構成了輔助加熱系統，沼氣鍋爐和太陽能熱水器通過循環泵經輸水管路將熱量輸送到槽體底部的地熱管內，增加了砼膜槽反應器和滾筒內的溫度。所述的連續式干法沼氣發酵制備沼氣的方法，步驟一、利用上料裝置將固體物料傳導到進料裝置內，然后進入到砼膜槽反應器內部的滾筒中，物料在滾筒中開始經歷“厭氧產氣”的發酵過程；步驟二、每天通過滾筒攪拌器對物料進行攪拌，使物料在得到充分混合的情況下，還能沿滾筒向出料裝置方向移動，物料在反應器內的滯留時間大約為30天左右；步驟三、在發酵過程中根據滾筒的容料體積和進料腔的體積比，定期對反應器內物料進行部分更新，更新物料通過滾筒攪拌器、進料裝置、出料裝置來完成，這樣可以保證干法沼氣發酵能夠連續穩定運行。所述的步驟三中在進行連續式干發酵更新物料過程中，進料方法是進料裝置采取第一刀切閥和第二刀切閥雙刀切閥次序開閉方法，并且進料時要裝滿進料腔，落料以后通過向進料腔內注水來回流擴散到進料腔內的氣體，保證進料時既沒有空氣進入砼膜槽反應器，也沒有沼氣溢出砼膜槽反應器。所述的步驟三中在進行連續式干發酵更新物料過程中，出料方法是出料裝置采取第三刀切閥和第四刀切閥雙刀切閥次序開閉方法，并且出料時要裝滿出料腔，落料以后通過向出料腔內注水來回流擴散到出料腔內的氣體，保證出料時既沒有空氣進入砼膜槽反應器，也沒有沼氣溢出砼膜槽反應器。通過上述設計方案，本發明可以帶來如下有益效果本發明采用砼膜槽結構反應器形成厭氧空間，槽體內部刮涂聚氨酯涂料，氣密性好；柔性膜與槽體聯接處采用水槽注水密封，密封可靠；并且柔性膜覆蓋可直觀判斷反應器內氣體的排除情況，保證反應器的安全，維修時柔性膜可以打開，便于人員進入反應器，黑色柔性膜可吸收太陽光的熱量，提高反應器內的溫度。本發明采用滾筒攪拌可以大大降低攪拌的動力消耗，同時靠滾筒內部的揚料板、導流葉片以及滾筒的安裝斜度，不但可以充分混合物料，而且可以移動物料便于連續發酵進出料；利用液壓馬達驅動滾筒，只需通過液壓泵將液壓油經液壓油管輸入到反應器內的液壓馬達即可，液壓油管與槽體之間是靜密封，不存在動密封，對干發酵來講密封比較容易解決，可以保證反應器的氣密性，而且液壓泵及油箱可以設在遠離反應器的單獨工作間，能夠保證傳動的防爆安全。本發明采取雙刀切閥次序開閉進出料的方法，上料時物料要裝滿進料腔，可防止氧氣進入反應器內部，通過向進料腔內注水將擴散到進料腔內沼氣壓回到反應器，使進料過程中沒有沼氣溢出，而且在下次進料之前，進料腔內充滿水形成水封，保證反應器的氣密性；出料時物料要裝滿出料腔，可防止沼氣溢出反應器，通過向出料腔內注水將出料時擴散到出料腔內的空氣排出，保證下次出料時不會有空氣進入反應器。本發明采取連續式干法厭氧發酵的方法來處理固體有機廢棄物，并且厭氧過程中利用滾筒攪拌器對物料進行攪拌，可保持菌種活性，提高物料傳熱傳質效果，能夠實現連續發酵產氣，大大提高產氣率，平均池容產氣率達到I. 5 2(m3/m3 · d)。
以下結合附圖
和具體實施方式
對本發明作進一步的說明圖I為本發明的一種連續式干法沼氣發酵設備及沼氣制備方法的整體結構示意圖。圖2為本發明的一種連續式干法沼氣發酵設備及沼氣制備方法進料裝置的結構示意圖。圖3為本發明的一種連續式干法沼氣發酵設備及沼氣制備方法出料裝置的結構示意圖。圖4為本發明的一種連續式干法沼氣發酵設備及沼氣制備方法滾筒的截面示意圖。圖5為本發明的一種連續式干法沼氣發酵設備及沼氣制備方法第二定筒的右視圖。圖中I-上料裝置、2-進料裝置、3-水槽、4-砼膜槽反應器、5-柔性膜、6_滾筒攪拌器、7-滾筒、8-槽體、9-出氣口、10-沼氣鍋爐、11-太陽能熱水器、12-輸水管路、13-出料裝置、14-第二定筒、15-地熱管、16-液壓馬達、17-液壓油管、18-第一定筒、19-液壓泵、20-第二刀切閥、21-第一進水口、22-進料腔、23-第一刀切閥、24-第一排氣口、25-第一出水口、26-第四刀切閥、27-第二進水口、28-出料腔、29-第三刀切閥、30-進氣口、31-第二排氣口、32-第一視窗、33-第二出水口、34-導流葉片、35-揚料板、36-第二視窗。
具體實施例方式如圖所示本發明是這樣設計的如圖I所示，該連續式干法沼氣發酵的設備主要由上料裝置I、進料裝置2、砼膜槽反應器4、滾筒攪拌器6、出料裝置13以及輔助加熱系統等部分構成。具體連接方式如下，上料裝置I與進料裝置2連接；水槽3安裝在槽體8的頂部；砼膜槽反應器4由槽體8構成其底面和四個立面，由柔性膜5構成其頂面，砼膜槽反應器4的兩端分別安裝有第一定筒18和第二定筒14 ;進料裝置2和出料裝置13分別與第一定筒18和第二定筒14相連接；滾筒攪拌器6與液壓馬達16聯接，液壓馬達16通過液壓油、管17與液壓泵19連接，滾筒攪拌器6的主要部件滾筒7位于砼膜槽反應器4的內部，且在滾筒7的內部設有導流葉片34和揚料板35，滾筒7兩端通過第一定筒18和第二定筒14分別與進料裝置2和出料裝置13相連通；槽體8的墻體上設有出氣口 9，槽體8的底部鋪有地熱管15 ;沼氣鍋爐10和太陽能熱水器11通過輸水管路12與地熱管15連接；第二定筒14上設有第二視窗36。進料裝置2由雙刀切閥和一個容料腔構成，即由第一刀切閥23、第二刀切閥20和進料腔22構成，進料腔22的上部安裝有第一排氣口 24，下部安裝有第一進水口 21和第一出水口 25。水槽3通過注水密封柔性膜5與槽體8的聯接處。槽體8的一個底面和四面圍墻為鋼筋混凝土結構，其底面和四面圍墻的外部采用苯板保溫，內部采用聚氨酯防水涂料涂刮。出料裝置13由雙刀切閥和一個容料腔構成，即由第三刀切閥29、第四刀切閥26和出料腔28構成，出料腔28的上部安裝有進氣口 30、第二排氣口 31和第一視窗32，其下部安裝有第二進水口 27和第二出水口 33。沼氣鍋爐10、太陽能熱水器11和輸水管路12構成了輔助加熱系統，沼氣鍋爐10和太陽能熱水器11可以對水箱中的水加溫，并通過循環泵經輸水管路12輸送到槽體8底部的地熱管15，從而對砼膜槽反應器4內部空間進行增溫，可有效提高滾筒7內物料的溫度。所述的連續式干法沼氣發酵制備沼氣的方法，—、首次進料。(一)將牛糞、秸桿等有機固體廢棄物堆慪3 5天，并將柔性膜5完全敞開。(二)將第一刀切閥23和第二刀切閥20同時打開，將第三刀切閥29和第四刀切閥26同時關閉并將出料腔28內注滿水。(三)通過上料裝置I向進料裝置2中上料，同時啟動滾筒攪拌裝置6，并向原料中添加一定量的固體菌種，這樣物料和固體菌種會不斷地進入到滾筒7當中，通過第二視窗36觀察進料量達到滾筒7體積的三分之二時，關閉上料裝置I和滾筒攪拌器6。(四)將柔性膜5覆蓋在槽體8上，將膜邊緣的掛套掛到水槽3內的掛鉤上，向水槽3中注滿水。(五)關閉第二刀切閥20和第一出水口 25，將進料腔22內注滿水，關閉第一進水口 21，再關閉第一刀切閥23，進入厭氧發酵。二、厭氧發酵階段，每天利用滾筒攪拌器6攪拌物料3 5次，每次攪拌10分鐘，物料在反應器4內進行厭氧發酵，產生的沼氣利用沼氣壓縮機從出氣口 9抽出，加壓儲存到儲氣罐中。三、更新物料。物料在反應器內的滯留時間大約30天左右，根據滾筒7的容料體積和進料腔22體積的大小，定期對反應器內物料進行部分更新，更新物料時要先出料再進料，進料量與出料量相等，出料時通過出料裝置13進行，打開第二出水口 33和進氣口 30 (通反應器)，以反應器內的沼氣將出料腔28內的水排出，關閉第二出水口 33和進氣口 30，打開第三刀切閥29，啟動滾筒攪拌器6，移動物料進入到出料腔28，通過第一視窗32觀察，待出料腔滿，關閉第三刀切閥29，打開第四刀切閥26，使料排出后關閉第四刀切閥26 ;打開第二進水口 27和第二排氣口 31 (通大氣)，向出料腔28內注水，直至水滿排凈空氣，關閉第二進水口 27和第二排氣口 31，形成水密封，出料完畢；二次進料時，先打開第一刀切閥23和第一出水口 25，排凈進料腔22內的水，關閉第一出水口 25，通過上料裝置I向進料裝置2中上料，上料至進料腔22滿，關閉第一刀切閥23 ;打開第二刀切閥20使物料進入反應器后關閉第二刀切閥20 ;打開第一進、水口 21和第一排氣口 24 (通反應器)，向進料腔22內注水，直至水充滿進料腔22，將擴散到進料腔內的沼氣壓回到砼膜槽反應器4中，關閉第一排氣口 24和第一進水口 21，形成水封狀態，二次進料完畢。本發明通過每天按時對物料進行攪拌并且定期更新反應器內物料，使干法厭氧發酵能夠持續穩定運行，并且保持較高的發酵效率和產氣率。社會效益
本發明可以很好地處理畜禽糞便和農作物秸桿等農業固體有機物，同時生產沼氣和綠色有機肥。沼氣可作為生產和生活用能，即可節約燃煤，又可減少排入大氣污染物so2、煙塵等；綠色有機肥出售給周邊農民，用來種菜、種糧食，既可減少病蟲害，改良土壤，又可生產綠色有機食品，為農民帶來很好的經濟效益；畜禽糞便、農作物秸桿等有機固體廢棄物經有效處理后可大大減少其對地表水、地下水、大氣環境的污染以及微生物污染等，提高農村及城市環境質量?？傊?，利用本發明即能無害化處理畜禽糞便及農作物秸桿，又可實現廢棄物資源化利用，對保護農村環境，改善能源結構，有效利用資源，延伸產業鏈條，增加農民收入具有現實意義，是建設社會主義新農村的一項重要舉措，社會效益顯著。
權利要求
1.一種連續式干法沼氣發酵設備，其特征是包括上料裝置(I)、進料裝置(2)、水槽(3)、砼膜槽反應器(4)、柔性膜(5)、滾筒攪拌器(6)、滾筒(7)、槽體(8)、出氣口(9)、沼氣鍋爐(10)、太陽能熱水器(11)、輸水管路(12)、出料裝置(13)、第二定筒(14)、地熱管(15)、液壓馬達(16)、液壓油管(17)、第一定筒(18)、液壓泵(19)、導流葉片(34)、揚料板(35)、第二視窗(36);所述的上料裝置⑴與進料裝置(2)連接；所述的水槽(3)設置在槽體(8)的頂部；所述的砼膜槽反應器(4)由槽體(8)構成其底面和四個立面，由柔性膜(5)構成其頂面，砼膜槽反應器(4)的兩端分別安裝有第一定筒(18)和第二定筒(14);進料裝置(2)和出料裝置(13)分別與第一定筒(18)和第二定筒(14)相連接；所述的滾筒攪拌器(6)與液壓馬達(16)聯接，液壓馬達(16)通過液壓油管(17)與液壓泵(19)連接，滾筒攪拌器(6)的主要部件滾筒(7)位于砼膜槽反應器(4)的內部，且在滾筒(7)的內部設有導流葉片(34)和揚料板(35)，滾筒(7)兩端通過第一定筒(18)和第二定筒(14)分別與進料裝置(2)和出料裝置(13)相連通；所述的槽體(8)的墻體上設有出氣口(9)，槽體(8)的底部鋪有地熱管(15);所述的沼氣鍋爐(10)和太陽能熱水器(11)通過輸水管路(12)與地熱管(15)連接；所述的第二定筒(14)上設有第二視窗(36)。
2.根據權利要求I所述的一種連續式干法沼氣發酵設備，其特征是所述的進料裝置(2)由第一刀切閥(23)、第二刀切閥(20)和進料腔(22)構成，進料腔(22)的上部安裝有第一排氣口(24)，下部安裝有第一進水口(21)和第一出水口(25)。
3.根據權利要求I所述的一種連續式干法沼氣發酵設備，其特征是所述的水槽(3)通過注水密封柔性膜(5)與槽體(8)的聯接處。
4.根據權利要求I所述的一種連續式干法沼氣發酵設備，其特征是所述的槽體(8)的一個底面和四面圍墻為鋼筋混凝土結構，其底面和四面圍墻的外部采用苯板保溫，內部采用聚氨酯防水涂料涂刮。
5.根據權利要求I所述的一種連續式干法沼氣發酵設備，其特征是所述的出料裝置(13)由第三刀切閥(29)、第四刀切閥(26)和出料腔(28)構成，出料腔(28)的上部安裝有進氣口(30)、第二排氣口(31)和第一視窗(32)，其下部安裝有第二進水口(27)和第二出水口(33)。
6.根據權利要求I所述的一種連續式干法沼氣發酵設備，其特征是所述的沼氣鍋爐(10)、太陽能熱水器(11)和輸水管路(12)構成了輔助加熱系統，沼氣鍋爐(10)和太陽能熱水器(11)通過循環泵經輸水管路(12)將熱量輸送到槽體(8)底部的地熱管(15)內，增加了砼膜槽反應器⑷和滾筒⑵內的溫度。
7.使用如權利要求I所述的一種連續式干法沼氣發酵設備的沼氣制備方法，其特征是所述的連續式干法沼氣發酵制備沼氣的方法，包括如下步驟 步驟一、利用上料裝置(I)將固體物料傳導到進料裝置(2)內，然后進入到砼膜槽反應器⑷內部的滾筒(7)中，物料在滾筒(7)中開始經歷“厭氧產氣”的發酵過程； 步驟二、每天通過滾筒攪拌器(6)對物料進行攪拌，使物料在得到充分混合的情況下，還能沿滾筒(7)向出料裝置(13)方向移動，物料在反應器內的滯留時間為30天； 步驟三、在發酵過程中根據滾筒(7)的容料體積和進料腔(22)的體積比，定期對反應器內物料進行更新，更新物料通過滾筒攪拌器￠)、進料裝置(2)、出料裝置(13)來完成，實現干法沼氣發酵連續運行。
8.根據權利要求7所述的ー種連續式干法沼氣發酵設備及沼氣制備方法，其特征是所述的步驟三中在進行連續式干發酵更新物料過程中，進料方法是進料裝置(2)采取第一刀切閥(23)和第二刀切閥(20)雙刀切閥次序開閉方法，并且進料時要裝滿進料腔(22)，落料以后通過向進料腔(22)內注水來回流擴散到進料腔(22)內的氣體，保證進料時既沒有空氣進入砼膜槽反應器(4)，也沒有沼氣溢出砼膜槽反應器(4)。
9.根據權利要求7所述的ー種連續式干法沼氣發酵設備及沼氣制備方法，其特征是所述的步驟三中在進行連續式干發酵更新物料過程中，出料方法是出料裝置(13)采取第三刀切閥(29)和第四刀切閥(26)雙刀切閥次序開閉方法，并且出料時要裝滿出料腔(28)，落料以后通過向出料腔(28)內注水來回流擴散到出料腔(28)內的氣體，保證出料時既沒有空氣進入砼膜槽反應器(4)，也沒有沼氣溢出砼膜槽反應器(4)。
全文摘要
一種連續式干法沼氣發酵設備及沼氣制備方法，屬于有機固體廢棄物資源化利用領域；有上料裝置、進料裝置等，上料裝置與進料裝置連接；水槽設置在槽體頂部；砼膜槽反應器由槽體構成其底面和立面，柔性膜構成其頂面，其兩端分別安裝有第一定筒和第二定筒，并與進料裝置和出料裝置相連接；滾筒攪拌器與液壓馬達聯接，液壓馬達通過液壓油管與液壓泵連接，滾筒位于砼膜槽反應器內部，且在滾筒內部安裝導流葉片和揚料板；槽體的墻體上有出氣口，其底部鋪地熱管；沼氣鍋爐和太陽能熱水器通過輸水管路與地熱管連接；第二定筒上有第二視窗；本發明保持了菌種活性，提高物料傳熱傳質效果，能夠實現連續發酵產氣，具有較高的發酵效率和產氣率。
文檔編號C12M1/107GK102634445SQ20121013477
公開日2012年8月15日 申請日期2012年5月3日 優先權日2012年5月3日
發明者丁偉, 張蕾蕾, 張重, 李愛芹, 王微, 矯云學, 符艷輝, 袁存亮, 裴海林, 趙國明, 邢向欣, 陳濤 申請人:吉林省農業機械研究院