一種利用高濃度有機廢棄物制取生物燃氣的工藝方法及其發(fā)酵系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種制備生物燃氣的系統(tǒng)及工藝，屬于生物能源開發(fā)與環(huán)境保護【技術領域】，更具體地說，是涉及一種利用高濃度有機廢棄物制取生物燃氣的的工藝方法及其發(fā)酵系統(tǒng)。包括以下步驟：1、發(fā)酵原料的混合升溫；2、多點分布式進料；3、高濃度有機原料的厭氧發(fā)酵；4、熟料的回流。本發(fā)明將攪拌升溫調節(jié)過程、熟料回流混合過程和立式厭氧發(fā)酵過程有機結合。形成高處理效率、低排放量、低能耗的生物燃氣生產(chǎn)系統(tǒng)。實現(xiàn)水分的零添加、發(fā)酵罐內無需增溫與攪拌、發(fā)酵系統(tǒng)全天都可以連續(xù)運行的生物燃氣制取方法。
【專利說明】一種利用高濃度有機廢棄物制取生物燃氣的工藝方法及其 發(fā)酵系統(tǒng)
【技術領域】：
[0001] 本發(fā)明涉及一種制備生物燃氣的系統(tǒng)及工藝，屬于生物能源開發(fā)與環(huán)境保護技術 領域，更具體地說，是涉及一種利用高濃度有機廢棄物制取生物燃氣的的工藝方法及其發(fā) 酵系統(tǒng)。
【背景技術】：
[0002] 隨著我國城市化進程的加快和工業(yè)的高速發(fā)展，我國城市有機廢棄物和工業(yè)源廢 棄物產(chǎn)量迅速增長。這些有機垃圾的傳統(tǒng)處理方式包括填埋、堆肥、焚燒和廢置處理，無害 化處理效率較低，有的處理方式甚至伴有二次污染的危險。如果不改變垃圾的處理方式，按 如此發(fā)展下去，廣泛出現(xiàn)的"垃圾圍城"現(xiàn)象將會愈演愈烈。為實現(xiàn)我國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展， 節(jié)能環(huán)保的有機廢棄物處理方式迫在眉睫。
[0003] 沼氣發(fā)酵以有機垃圾作為原料，通過微生物降解有機物的過程，發(fā)酵的產(chǎn)物-- 沼氣是清潔能源，降解的殘余物可作為有機肥料。既保護了環(huán)境，解決"垃圾圍城"現(xiàn)象，又 生成了能源，為可持續(xù)發(fā)展貢獻力量。
[0004] 目前，沼氣發(fā)酵技術多采用的濕法液體厭氧發(fā)酵工藝在發(fā)酵后會有大量沼渣、沼 液產(chǎn)生，大量發(fā)酵剩余物無法實現(xiàn)很好的還田等利用，無形中增添沼液污水治理的負擔，造 成二次污染和沼氣工程的運行成本；而車庫式干發(fā)酵工藝的密封技術要求很高，厭氧處理 過程的保溫和輸送運行成本高。
【發(fā)明內容】
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[0005] 本發(fā)明正是針對上述問題，提供了一種高濃度有機廢棄物制取生物燃氣的工藝方 法及其發(fā)酵系統(tǒng)，可實現(xiàn)沼氣工程的快速啟動、厭氧反應器內無需攪拌與加熱、且不另外消 耗水分，節(jié)能，節(jié)水，減少沼液沼渣的排放量，保護環(huán)境，降低成本。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案，工藝方法包括以下步驟：
[0007] 1、發(fā)酵原料的混合升溫
[0008] 將經(jīng)過分選、粉碎后的有機廢棄物輸送到攪拌升溫調節(jié)罐中，同時按照其質量的 5?10倍比例將發(fā)酵后沼液輸送到攪拌升溫調節(jié)罐中，通過攪拌升溫調節(jié)罐內的蒸汽盤管 與攪拌裝置對罐內物料進行混合升溫調節(jié)至40°C?55°C ;
[0009] 2、多點分布式進料
[0010] 通過進料泵將步驟（1)處理后的物料打入輸送管路中，
[0011] a.始進料階段，通過立式發(fā)酵罐頂部的三個進料管路同時進料，輸送接種物；
[0012] b.穩(wěn)定運行階段，利用控制閥門控制立式發(fā)酵罐頂部三個進料口與頂部中心進料 口的進料時間比為1. 2?1. 5:1 ;
[0013] 3、高濃度有機原料的厭氧發(fā)酵
[0014] 有機廢棄物在厭氧過程中生物降解的作用下，有機廢棄物的物料粘度和干物質濃 度都呈現(xiàn)下降趨勢，該趨勢會在發(fā)酵罐內垂直方向至上而下逐漸增加、水平方向從四周到 中心逐漸增加，利用物料的自身重力和立式發(fā)酵罐具有的錐角，經(jīng)過厭氧消化的有機廢棄 物可從發(fā)酵罐錐底利用出料泵排出，根據(jù)不同種類有機物的物料特性，控制立式發(fā)酵罐內 的原料停留時間為15?30d;
[0015] 4、熟料的回流
[0016] 通過第一調節(jié)控制閥，將發(fā)酵后的熟料作為接種物回流到攪拌升溫調節(jié)罐中，與 新進原料以5?10 :1的質量比進行混合，進行新的厭氧發(fā)酵循環(huán)。
[0017] 步驟1中，物料混合后的粘度為I. 8X KMmPa · S?3· 4X KMmPa · S。
[0018] 發(fā)酵系統(tǒng)包括攪拌升溫調節(jié)罐、進料泵、立式厭氧發(fā)酵罐和出料泵，攪拌升溫調節(jié) 罐上端設置了回流進料口和新鮮有機廢棄物進料口，攪拌升溫調節(jié)罐底部通過進料泵與立 式厭氧發(fā)酵罐連接，立式厭氧發(fā)酵罐頂部設有沼氣出氣口，與沼氣管道連接；立式厭氧發(fā)酵 罐底部設有排渣口，排渣口流出的沼渣、沼液通過出料泵和第一調節(jié)控制閥分成兩路，一路 與攪拌升溫調節(jié)罐的回流進料口相連接，形成回路，一路為沼渣的出口，與排渣管路連接。
[0019] 所述的攪拌升溫調節(jié)罐側面連接有蒸汽通入口；用于混合物料的升溫。
[0020] 所述的立式厭氧發(fā)酵罐罐頂設置四個進料口，一個為中心進料口，三個為四周進 料口，三個四周進料口距罐橫截面中心距離為罐半徑的0. 677?0. 688倍，且呈等邊三角形 布置。
[0021] 所述的立式厭氧發(fā)酵罐的罐體呈圓柱形，發(fā)酵罐底部錐角度為60°?90°。
[0022] 所述的攪拌升溫調節(jié)罐與立式厭氧發(fā)酵罐的體積比為1:150?200。
[0023] 本發(fā)明的有益效果：
[0024] 本發(fā)明將攪拌升溫調節(jié)過程、熟料回流混合過程和立式厭氧發(fā)酵過程有機結合。 形成高處理效率、低排放量、低能耗的生物燃氣生產(chǎn)系統(tǒng)。實現(xiàn)水分的零添加、發(fā)酵罐內無 需增溫與攪拌、發(fā)酵系統(tǒng)全天都可以連續(xù)運行的生物燃氣制取方法。
[0025] 本發(fā)明的立式厭氧發(fā)酵罐采用頂端內部多點進料的方式，一方面減小進料泵所需 要的揚程，有利于進料泵的選型，且減少建設及運行成本；另一方面減少了物料的熱量損 失，且使待發(fā)酵原料的布料更均勻。
[0026] 本發(fā)明的立式厭氧發(fā)酵罐內不含攪拌與加溫裝置，其內部溫度是由連續(xù)進出經(jīng)過 加熱后的反應原料來維持的，立式厭氧發(fā)酵罐底部錐角度在60°?90°之間，有利于反應 器中物料利用重力自然沉降排出。
【專利附圖】
【附圖說明】：
[0027] 圖1為本發(fā)明的結構示意圖。
[0028] 圖1中，1-攪拌升溫調節(jié)罐；2-進料泵；3-立式厭氧發(fā)酵罐；4-出料泵；5-回流進 料口；6_新鮮有機廢棄物進料口；7-沼氣出氣口；8-排渣口；9-第一調節(jié)控制閥；10-蒸汽 通入口； 11-第二調節(jié)控制閥。
[0029] 圖2為圖1的立式厭氧發(fā)酵罐頂部進料口分布示意圖。
[0030] 其中，12-中心進料口； 13、14、15-四周進料口；R-發(fā)酵罐半徑。
【具體實施方式】：
[0031] 以下是對本發(fā)明的進一步說明，而不是對本發(fā)明的限制。
[0032] 下面結合附圖對本發(fā)明實施例進行詳細描述。
[0033] 由圖1-2可知，本發(fā)明包括攪拌升溫調節(jié)罐、進料泵、立式厭氧發(fā)酵罐和出料泵， 攪拌升溫調節(jié)罐上端設置了回流進料口和新鮮有機廢棄物進料口，攪拌升溫調節(jié)罐底部通 過進料泵與立式厭氧發(fā)酵罐連接，立式厭氧發(fā)酵罐頂部設有沼氣出氣口，與沼氣管道連接； 立式厭氧發(fā)酵罐底部設有排渣口，排渣口流出的沼渣、沼液通過出料泵和第一調節(jié)控制閥 分成兩路，一路與攪拌升溫調節(jié)罐的回流進料口相連接，形成回路，一路為沼渣的出口，與 排渣管路連接。
[0034] 所述的攪拌升溫調節(jié)罐側面連接有蒸汽通入口；用于混合物料的升溫。
[0035] 所述的立式厭氧發(fā)酵罐罐頂設置四個進料口，一個為中心進料口，三個為四周進 料口，三個四周進料口距罐橫截面中心距離為罐半徑的0. 677?0. 688倍，且呈等邊三角形 布置。
[0036] 所述的立式厭氧發(fā)酵罐的罐體呈圓柱形，發(fā)酵罐底部錐角度為60°?90°。
[0037] 所述的攪拌升溫調節(jié)罐與立式厭氧發(fā)酵罐的體積比為1:150?200。
[0038] 實施例1
[0039] 以豬糞和玉米秸桿作為發(fā)酵原料進行立式厭氧干發(fā)酵。
[0040] 通過立式發(fā)酵罐頂部周圍的三個四周進料口同時進料，輸送1/4發(fā)酵罐體積的豬 糞，使甲烷菌大量生長；
[0041] 將玉米秸桿經(jīng)粉碎機粉碎至粒徑在5_?8_之間，豬糞和秸桿輸送至攪拌升溫 調節(jié)罐內進行混合升溫調節(jié)，通過第一調節(jié)控制閥按照新進物料質量的6倍比例將發(fā)酵后 的沼液輸送到攪拌升溫調節(jié)罐中，通過攪拌升溫調節(jié)罐內的蒸汽盤管與攪拌裝置對罐內物 料進行混合升溫調節(jié)至45°C ;
[0042] 通過進料泵將攪拌升溫調節(jié)罐中經(jīng)混合升溫后的秸桿豬糞混合原料打入輸送管 路中，利用第二調節(jié)控制閥控制立式發(fā)酵罐頂部三個四周進料口與中心進料口的進料時間 比控制在1. 2:1 ;
[0043] 根據(jù)秸桿與豬糞混合物的物料特性，控制立式發(fā)酵罐內的原料停留時間在30d ;
[0044] 通過第一調節(jié)控制閥，將發(fā)酵后的部分沼液按照第1步中與秸桿與豬糞混合原料 6倍的質量比例進行回流混合，進行新的厭氧發(fā)酵循環(huán)。
[0045] 沼氣產(chǎn)生情況見下表1。
[0046] 表 1
[0047]
【權利要求】
1. 一種利用高濃度有機廢棄物制取生物燃氣的工藝方法，其特征在于，包括以下步 驟： (1) 發(fā)酵原料的混合升溫 將經(jīng)過分選、粉碎后的有機廢棄物輸送到攪拌升溫調節(jié)罐中，同時按照其質量的5? 10倍比例將發(fā)酵后沼液輸送到攪拌升溫調節(jié)罐中，通過攪拌升溫調節(jié)罐內的蒸汽盤管與攪 拌裝置對罐內物料進行混合升溫調節(jié)至40°C?55°C ; (2) 多點分布式進料 通過進料泵將步驟（1)處理后的物料打入輸送管路中， a. 始進料階段，通過立式發(fā)酵罐頂部的三個進料管路同時進料，輸送接種物； b. 穩(wěn)定運行階段，利用控制閥門控制立式發(fā)酵罐頂部三個進料口與頂部中心進料口的 進料時間比為1. 2?1. 5:1 ; (3) 高濃度有機原料的厭氧發(fā)酵 立式發(fā)酵罐內的原料停留時間為15?30d ; (4) 熟料的回流 通過第一調節(jié)控制閥，將發(fā)酵后的熟料作為接種物回流到攪拌升溫調節(jié)罐中，與新進 原料以5?10 :1的質量比進行混合，進行新的厭氧發(fā)酵循環(huán)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種利用高濃度有機廢棄物制取生物燃氣的工藝方法，其特 征在于，步驟（1)中，物料混合后的粘度為1. 8X 104mPa ? S?3. 4X 104mPa ? S。
3. -種利用高濃度有機廢棄物制取生物燃氣的發(fā)酵系統(tǒng)，其特征在于，包括攪拌升溫 調節(jié)罐、進料泵、立式厭氧發(fā)酵罐和出料泵，攪拌升溫調節(jié)罐上端設置了回流進料口和新鮮 有機廢棄物進料口，攪拌升溫調節(jié)罐底部通過進料泵與立式厭氧發(fā)酵罐連接，立式厭氧發(fā) 酵罐頂部設有沼氣出氣口，與沼氣管道連接；立式厭氧發(fā)酵罐底部設有排渣口，排渣口流出 的沼渣、沼液通過出料泵和第一調節(jié)控制閥分成兩路，一路與攪拌升溫調節(jié)罐的回流進料 口相連接，形成回路，一路為沼渣的出口，與排渣管路連接。
4. 根據(jù)權利要求3所述的發(fā)酵系統(tǒng)，其特征在于，所述的攪拌升溫調節(jié)罐側面連接有 蒸汽通入口；用于混合物料的升溫。
5. 根據(jù)權利要求3所述的發(fā)酵系統(tǒng)，其特征在于，所述的立式厭氧發(fā)酵罐罐頂設置四 個進料口，一個為中心進料口，三個為四周進料口，三個四周進料口距罐橫截面中心距離為 罐半徑的〇. 677?0. 688倍，且呈等邊三角形布置。
6. 根據(jù)權利要求3所述的發(fā)酵系統(tǒng)，其特征在于，所述的立式厭氧發(fā)酵罐的罐體呈圓 柱形，發(fā)酵罐底部錐角度為60°?90°。
7. 根據(jù)權利要求3所述的發(fā)酵系統(tǒng)，其特征在于，所述的攪拌升溫調節(jié)罐與立式厭氧 發(fā)酵罐的體積比為1:150?200。
【文檔編號】C12M1/02GK104404087SQ201410697140
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月27日 優(yōu)先權日:2014年11月27日
【發(fā)明者】寇巍, 邵正日, 于美玲, 曲靜霞, 閆昌國, 曹焱鑫, 邵麗杰, 張大雷 申請人:遼寧省能源研究所