本發明涉及沼氣生產中所使用的一種厭氧發酵反應器。

背景技術：

沼氣是一種清潔的可再生能源。厭氧發酵反應器是沼氣生產中的核心裝置。厭氧發酵反應器(以下簡稱發酵反應器)一般分兩類即濕發酵反應器和干發酵反應器。化學工業出版社2013年出版、唐艷芳等編著的《大中型沼氣工程設計與應用》第49～57頁中所披露的幾種反應器都屬于濕發酵反應器，其基本結構包括罐體、出水管、進水管。工作時把發酵物料和水混合后送入罐中進行厭氧發酵，產生沼氣。由于管道閥門水泵的限制，混合液中物料的粒度不能過大，濃度不能過高(＜10％)。其缺點是：(1)用水量大，冬季能耗高(可達自產能的30～45％)；(2)污水量多，使用不完的沼液存在二次污染問題，需投入高額污水處理費用；(3)不能大量處理秸稈等農林固體廢棄物。

干發酵反應器中物料之間沒有液體流動，不設置管道、閥門、水泵，所以進罐的發酵物料基本不受限制。其缺點是：(1)因為干發酵反應器中物料間沒有或者基本沒有自由水流動，導致發酵物料存在嚴重的濃度梯度，傳熱傳質困難；(2)厭氧發酵過程中至關重要的ph值、溫度等參數很難控制，設備技術條件要求很高；(3)對于剛性的反應器，產氣結束時必須置換剩留沼氣，以保證操作安全；(4)大中型發酵反應器進出料困難。目前國內沼氣生產特別是大中型沼氣生產，絕大多數是采用濕發酵反應器，主要用來處理糞便和液體生物有機物。大量秸稈等農林業廢棄物和其它固體生物有機物沒有得到有效利用。

技術實現要素：

本發明針對現有技術存在的上述問題，提供了一種活動床發酵反應器，其目的是一方面能大量利用固體生物廢棄物生產沼氣，另一方面還具有發酵過程控制容易，用水量少，能耗低，污水零排放，進出料簡便，投資省的特點。

為了達到上述目的，本發明采用的解決方案是提供一種活動床發酵反應器。該反應器包括罐體、集氣罩、出氣管、進水管、出水管、排泥管、基礎。集氣罩設在罐體上部，其下部處于罐體內。出氣管設在集氣罩頂部且與集氣罩連通。罐體固定在基礎上，罐體底部與基礎下部的貯泥池的連通，貯泥池底部設有排泥管，進水管設在罐體的上部。為了防止罐體內固體物料上浮結殼阻礙沼氣排出，在集氣罩下方設置了擋板，擋板上有許多通孔，可擋住固體物，僅讓液體、氣體、細粉通過，擋板周邊固定在罐體內壁上。出水管設在罐體下部，在出水管的上方設有下活動床，該床設有許多通孔，只允許液體、氣體、細粉通過，用以阻擋固體物料進入管道系統。下活動床的上面設有2～8個頂桿，頂桿下端和下活動床鉸接。下活動床的底部固定在可伸縮的氣囊頂部，并可以隨之上下移動。氣囊底部固定在底座上，底座固定在貯泥池的上方。氣囊底部設有壓縮空氣進氣管。在下活動床的上方設有上活動床。該床設有許多通孔，只允許液體、氣體、細粉通過。上活動床的上面固定有2～8個可伸縮的吊桿。吊桿的上端和設在罐體頂部的滑輪上的鋼絲繩連接，鋼絲繩和卷揚機連接。吊桿頂端與鋼絲繩之間為可拆開的活動連接。卷揚機可通過鋼絲繩帶動上活動床上升或下降。在罐體頂部的鋼絲繩入口處設有密封裝置，當吊桿與鋼絲繩分開后可密封入口，防止漏氣。上述吊桿提升裝置也可以改用螺桿提升裝置或其它提升裝置。上述上活動床和下活動床均為箱體結構。為了方便裝料、出料，在罐體下部的側壁上設有側門。側門設有密封裝置，當側門關閉后不會發生滲漏現象。在罐體的頂部還設有壓縮空氣進氣管。罐體外部包有隔熱材料和保護層。上述水管、氣管、排泥管的進口處或出口處均設有閥門。

對于中小型的發酵反應器，可以去掉上活動床及其附屬裝置。對于超大型發酵反應器可以增加上活動床的數量。

本發明的優點如下：

1、設置側門有利于采用裝載機等通用工程機械高效地裝、出秸稈等固體物料。設置可升降的上活動床可以解決大中型反應器上部物料的裝出困難。

2、可以采用比較成熟的濕發酵工藝。由于在固體物料間隙中存在自由流動的水，也就消除了干發酵反應器所存在物料高濃度梯度、傳熱、傳質困難等關鍵問題。水介質的存在可方便地實時檢測、控制反酵反應過程中的ph值、溫度等重要參數，保證反應順利進行。設置上活動床減小了物料的實際堆高，上活動床的箱體結構相當于在物料堆的中心增加了一個無固體物料阻擋的液體、氣體通道，這些措施為料堆中心部位的傳溫、傳質創造了有利條件。

3、發酵反應器內部基本被固體物料填滿，用水量遠少于傳統的濕發酵反應器，冬季的保溫能耗可減少1/2～2/3。

4、沼液直接循環使用，污水零排放，省去了污水處理費用。

5、運行過程不受發酵物中塑料、木塊、砂石影響，可簡化物料予處理工序。

6、單位容積產氣量高，設備占地少，投資省。

7、可高效處理秸稈、樹葉、雜草等農林廢棄物和廚余、糞便、城市固體生物質有機物，通用性強。

以下結合附圖對本發明的實施例進行具體描述。

附圖說明

圖1是本發明實施例的簡圖，中間剖開。

具體實施方式

附圖示出罐體1為立式裝置，上部設有集氣罩3，集氣罩下部處于罐體1內。集氣罩頂部設有與其相通的沼氣出氣管5，出氣管與沼氣貯存罐(圖中未畫出)連通。擋板4設在集氣罩3的下方，其周邊固定在罐體1的內壁上。擋板為多孔板。擋板4的下方設有上活動床10，上活動床的上面設有4個可伸縮的吊桿9，吊桿頂端與固定在罐體1頂部的滑輪7上的鋼絲繩8連接。鋼絲繩與卷揚機(圖中未畫出)連接。當上活動床10上升到預定位置時，可固定不動。吊桿9頂端與鋼絲繩8為可拆開的活動連接。罐體1頂部的鋼絲繩8入口處設有密封裝置6，當鋼絲繩8與吊桿9分開后密封裝置6可以密封入口。下活動床12設在罐體1下部，下活動床上面鉸接有4個頂桿20，下活動床12的底面固定在可伸縮的氣囊13的頂部，并可隨之上升或下降。上活動床10和下活動床12均為箱體結構，其上、下板上均設有許多通孔。氣囊13固定在底座15上，氣囊底部設有壓縮空氣管18。底座15固定在貯泥池17的上方，貯泥池設在基礎14的下部。罐體1固定在基礎14上，罐體的底部與貯泥池17連通。排泥管16設在貯泥池17的底部。貯泥池17上方設有出水管19。出水管與沼液池(圖中未畫出)連通。進水管21設在罐體1的上部。進水管與水泵(圖中未畫出)連通。罐體1的頂部設有壓縮空氣進氣管2。罐體1下部的側壁設有側門11。罐體外包50毫米厚巖棉和薄鋼板。罐體1為普通鋼板，也可用搪瓷鋼板或鋼筋混凝土。基礎14為鋼筋混凝土。壓縮空氣管2和18均與空壓機(圖中未畫出)連通。

開始裝料時，先開啟側門11，下降上活動床10，使其落到下活動床12上面，用裝載機把予處理過的發酵料的一部分裝到上活動床的上面。裝完后，開動卷揚機把上活動床10帶料提升到預定位置，并固定。拆開吊桿9與鋼絲繩8之間的連接，密封入口6。再把頂桿20扳到垂直狀態，然后把余料全部裝滿上活動床10和下活動床12之間的空間。裝料結束后，關閉側門11，啟動水泵把沼液池中的沼液抽入罐體1中。當沼液完全淹沒集氣罩3的下口時，把水泵切換到連通出水管19和進水管21的狀態，使罐體1內的液體持續或斷續循環，厭氣發酵開始進行。產生的沼氣通過集氣罩3和排氣管5進入貯氣罐。

隨著沼氣不斷釋出，罐體1內固體物料的體積逐步減少，在不補充水的情況下，液面將不斷下降，當液面降到上活動床10以下時，床面上物料會失去物料間的流動水，進入干發酵狀態。此時如果大量補充水，又會產生傳統濕發酵反應器用水量大，污水處理代價大的問題。為了防止上述現象出現，當水位下降時，可往氣囊13中充壓縮空氣，使氣囊膨脹，占據物料體積減少空出的空間，保持液面不降始終淹住固體物料。

發酵結束后為了方便出渣，首先放掉罐體1中的沼液，然后從進氣管2通入壓縮空氣，脫除沼渣中的殘液，同時繼續對氣囊13充氣，氣囊頂部升高，下活動床12隨之升高，其上面的頂桿20迫使上活動床10上升，擠壓沼渣，以盡量脫除渣中水分。吊桿9能伸縮，不會阻礙上活動床10移動。上述脫水過程同時也清除了罐體1中殘留沼氣。

沼液排盡后，放回下活動床12，開啟側門11，用裝載機先出盡罐體1下部的沼渣，再放平頂桿20，打開密封口6，連接吊桿9和鋼絲繩8，下降上活動床10并放到下活動床12之上，繼續出盡沼渣。在發酵過程中，定期抽取貯泥池17中的沉淀物。防止堵塞排水系統。上述過程可反復進行。

以上所述，僅是本發明的優選實例，在不脫離本發明原理的前提下，還可做若干變形和改造，都應視屬于本發明保護范圍。