一種板翅式換熱器及在厭氧發酵罐中反應的甲烷制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種板翅式換熱器及在厭氧發酵罐中反應的甲烷制備工藝，所述板翅式換熱器包括互相平行的板片，所述板片之間設置翅片，所述翅片包括傾斜于板片的傾斜部分，在傾斜部分上通過沖壓方式加工突起，從而使傾斜部分兩側的流體通過傾斜部分上沖壓方式形成的孔連通；所述突起從傾斜部分沿著混合氣體流動方向向外延伸。本發明提供一種新的類型的換熱器及甲烷制備工藝，使其滿足沼氣生產過程中氣體的冷凝提純，極大的提高了換熱效率。
【專利說明】
-種板翅式換熱器及在厭氧發酵罐中反應的甲燒制備工藝
技術領域
[0001] 本發明屬于能源利用領域，尤其設及一種換熱器及包括換熱器的甲燒制備工藝和 系統，屬于換熱器及其應用領域。
【背景技術】
[0002] 隨著現代社會經濟的高速發展，人類對能源的需求量越來越大。然而煤、石油、天 然氣等傳統能源儲備量不斷減少、日益緊缺，造成價格的不斷上漲，同時常規化石燃料造成 的環境污染問題也愈加嚴重，運些都大大限制著社會的發展和人類生活質量的提高。沼氣 是低成本可再生能源，但實際中通常需要對沼氣進行提純，產生甲燒，W滿足不同用途（比 如：作為汽車燃料）的有關技術要求。傳統沼氣提純技術需要消耗大量能源，不符合當前節 能減排和保護環境的要求。
[0003] 在甲燒生產的過程中，一般需要經過換熱器進行冷凝，目前的換熱器都是使用通 用的常見的換熱器，并不能很好的適用氣體的冷凝提純，因此需要開發一種新的類型的換 熱器，使其滿足沼氣生產過程中氣體的冷凝提純。
[0004] 此外，對于甲燒的生產過程，如何提高甲燒的產出率，也是甲燒生產工藝中一直 在追求的，利用氨氣提純生物質氣是提高生產生物質甲燒效率的有效方法，運一方法基于 S油atier反應：CO2+4H2-CH4巧&0。傳統上，該反應一般使用釘（Ru)基和儀（Ni)基催化劑 實現。但是目前并沒有一套成型的工藝或設備來實現氨氣提出甲燒。
【發明內容】
陽〇化]本發明旨在提供一種氨氣提純生物質氣中使用的換熱器及其利用氨氣提純生物 質氣是提高生產生物質甲燒效率的工藝，該工藝利用生物方法來實現S油atier反應。
[0006] 為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：一種混合氣體冷凝使用的板翅式換 熱器，所述板翅式換熱器包括互相平行的板片，所述板片之間設置翅片，所述翅片包括傾斜 于板片的傾斜部分，在傾斜部分上通過沖壓方式加工突起，且傾斜部分兩側的流體通過傾 斜部分上沖壓方式形成的孔連通；所述突起從傾斜部分沿著混合氣體流動方向向外延伸。
[0007] 作為優選，所述突起延伸的長度為以沿著混合物的流動方向，同一個傾斜部分設 置多個突起，沿著混合物的流動方向，所述的長度L越來越大。
[0008] 作為優選，一種生物質甲燒的制備工藝，包括厭氧發酵罐、氣化爐、壓縮機、膜分離 器和冷凝器，所述厭氧發酵罐內產生沼氣，所述沼氣中含有甲燒和二氧化碳；氣化爐產生的 合成氣依次經過壓縮機、膜分離器和冷凝器后，進入厭氧發酵罐，進入厭氧發酵罐中的合成 氣含有氨氣，在厭氧發酵罐中，沼氣和合成氣進行合成甲燒的反應。
[0009] 作為優選，合成甲燒的反應中使用的催化劑是氨營養型產甲燒菌。
[0010] 作為優選，氣化爐產生的合成氣經過合成氣潔凈裝置后進入壓縮機。
[0011] 作為優選，包括兩級壓縮、膜分離和冷凝過程，所述合成氣依次經過第一級壓縮 機、第一級膜分離器、第一級冷凝器、第二級壓縮機、第二級膜分離器和第二級冷凝器后進 入生物反應器。
[0012] 作為優選，厭氧發酵罐內產生沼氣，甲燒的摩爾百分含量45% W上，二氧化碳的摩 爾百分含量為30% W上，進入厭氧發酵罐的合成氣的氨氣的摩爾百分含量為70% W上。
[0013] 作為優選，所述從合成氣潔凈裝置中出來的合成氣分為兩股氣流，分別是第二氣 流和第十氣流，第十氣流直接用于發電機進行發電或進入換熱器發熱，第二路氣流進入第 一級壓縮機進行壓縮，從壓縮機出來的氣流進入第一級膜分離器，從膜分離器分理出來的 兩股氣流，分別是第四氣流和第五氣流，第四氣流用于發電機進行發電或進入換熱器發熱， 第五氣流進入第一級冷凝器，在冷凝器中將第五氣流中的水分進行冷凝，W排除其中的水 分，從第一級冷凝器出來的氣流進入第二級壓縮機，壓縮后的氣流進入第二級膜分離器，從 第二級膜分離器分理出兩股氣流，一股氣流用于發電機發電或進入換熱器發熱，一股經過 第二級冷凝器冷凝后進入厭氧發酵罐。
[0014] 作為優選，第二氣流和第十氣流連接的位置設置=通閥，所述=通閥與控制系統 進行數據連接，控制系統控制=通閥的開閉方向及其開度的大小。
[0015] 作為優選，所述的冷凝器至少一個為前面所述的換熱器。
[0016] 與現有技術相比較，本發明具有如下的優點：
[0017] 1)開發了一種適應氣體的冷凝提純的換熱器，可W提高冷凝提出的效率。
[0018] 2)本發明通過設置在厭氧發酵罐中直接反應，省去了生物反應器，同時在厭氧發 酵罐中通過生物方法來實現甲燒的生產，節省了成本，同時提高了甲燒的生產效率。
[0019] 3)本發明提出了一種全新的生產生物質甲燒的工藝方法，將厭氧發酵和生物質氣 化過程結合起來，降低沼氣提純過程耗能的同時，大幅增加甲燒產量，從而提高厭氧發酵和 生物質氣化的整體效率。
[0020] 4)本發明的膜分離器是采用中空纖維和Matrimid聚合材料制成的，是一種像玻 璃一樣的聚合膜。通過膜分離器的作用，分離可W達到分子級。
【附圖說明】
[0021] 圖1是本發明的制備生物質甲燒的工藝流程圖；
[0022] 圖2是本發明一種板翅式換熱器換熱板片結構示意圖；
[0023] 圖3是本發明一個板翅單元的結構示意圖；
[0024] 圖4是本發明設置突起結構傾斜部分平面的示意圖；
[0025] 圖5是本發明設置突起結構傾斜部分平面的另一個示意圖； 陽0%] 圖6是本發明的S角形突起結構示意圖；
[0027] 圖7是本發明S角形突起流道中的切面結構示意圖。
[0028] 圖8是本發明的制備生物質甲燒的另一個實施例工藝流程圖。
[0029] 附圖標記如下：
[0030] 1-12氣流，13氣化爐，14合成氣潔凈裝置，15第一級壓縮機，16第一級膜分離器， 17第一級冷凝器，18第二級壓縮機，19第二級膜分離器，20發電機，21換熱器，22第二級冷 凝器，23生物反應器，24第=級冷凝器，25沼氣潔凈裝置，26厭氧發酵罐，27密封件，28流 體通道，29板片，30傾斜部分，31水平部分，32突起，33翅片。
【具體實施方式】
[0031] 下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】做詳細的說明。需要說明的是，本文中的 氣體含量，沒有特殊說明的情況下是摩爾含量。
[0032] 圖1展示了一種制備生物質甲燒的工藝流程，如圖1所示，所述的制備工藝中包括 厭氧發酵罐26、生物反應器23、氣化爐13、壓縮機、膜分離器和冷凝器，所述厭氧發酵罐26 產生的沼氣進入生物反應器23中，進入生物反應器23的沼氣中含有甲燒和二氧化碳，作為 優選，含量最多的依次是甲燒和二氧化碳；氣化爐13產生的合成氣依次經過壓縮機、膜分 離器和冷凝器后，進入生物反應器23，進入生物反應器23中的合成氣含量最多的依次是氨 氣和二氧化碳，在生物反應器23中，進行合成甲燒的反應：CO2+4H2-CH4+2H2O ;
[0033] 生物反應器23中使用的催化劑是氨營養型產甲燒菌。
[0034] 作為優選，沼氣在進入生物反應器23之前，還經過沼氣潔凈裝置25進行凈化，W 除去雜質，比如硫化氨，氨，氧硅烷等。
[0035] 作為優選，氣化爐13產生的合成氣經過合成氣潔凈裝置14后進入壓縮機。通過 合成氣潔凈裝置W除去雜質，比如硫化物，焦油等。
[0036] 作為優選，合成氣經過多級壓縮、膜分離和冷凝的過程。進一步優選，如圖1所示 包括兩級壓縮、膜分離和冷凝過程，所述合成氣依次經過第一級壓縮機15、第一級膜分離器 16、第一級冷凝器17、第二級壓縮機18、第二級膜分離器19和第二級冷凝器22后進入生物 反應器。通過多級壓縮、膜分離和冷凝過程，可W進一步提高進入生物反應器中的合成器中 的氨氣的濃度，同時可W提高二氧化碳的濃度。
[0037] 作為優選，進入生物反應器的沼氣，甲燒的摩爾百分含量45% W上，二氧化碳的摩 爾百分含量為30% W上，進入生物反應器的合成氣的氨氣的摩爾百分含量為70% W上，優 選 75%。
[0038] 作為優選，進入生物反應器的合成氣的二氧化碳的摩爾百分含量為4% W上。
[0039] 如圖1所示，所述從合成氣潔凈裝置中出來的合成氣分為兩股氣流2和10,一股氣 流10直接用于發電機進行發電，一路氣流2進入第一級壓縮機2進行壓縮，從壓縮機出來 的氣流3進入第一級膜分離器15,從膜分離器分理出來的兩股氣流4、5, 一股氣流4用于發 電機進行發電，一股氣流5進入第一級冷凝器16,在冷凝器中將氣流5中的水分進行冷凝， W排除其中的水分，從第一級冷凝器16出來的氣流7進入第二級壓縮機18,壓縮后的氣流 7進入第二級膜分離器19,從第二級膜分離器19分理出兩股氣流，一股氣流8用于發電機 發電，一股經過第二級冷凝器27冷凝后進入生物反應器23。
[0040] 厭氧發酵罐26中產生的沼氣經過沼氣潔凈裝置25后的氣流1，進入生物反應器 23中。
[0041] 在生物反應器23中生成的氣流經過第=級冷凝器24,形成最后的氣流12。
[0042] 優選，氣流1中的主要成分為甲燒和二氧化碳，優選其中甲燒含量最多，超過45% W上。
[0043] 優選，氣流2中的包含氮氣、一氧化碳、氨氣、二氧化碳，同時還包含少量的甲燒， 其中氮氣含量最高，其次是一氧化碳和氨氣。
[0044] 氣流3和氣流2的含量相同。
[0045] 優選，氣流5中主要包含氨氣、二氧化碳、氮氣和一氧化碳，同時還有少量的甲燒 和水蒸氣，其中氨氣含量最高，超出了 50%，其次是二氧化碳。
[0046] 優選，氣流9中主要含有氨氣，優選含有二氧化碳，同時還具有少量的一氧化碳、 氮氣和水蒸氣。
[0047] 作為優選，在生物反應器中，二氧化碳與氨氣的比例為：1比4(摩爾數比例）。 W48] 氣流10和氣流2連接的位置設置；通閥，所述S通閥與控制系統進行數據連接， 控制系統控制=通閥的開閉方向及其開度的大小。所述系統還包括二氧化碳濃度檢測裝 置、氨氣濃度檢測裝置、甲燒濃度檢測裝置，所述二氧化碳濃度檢測裝置、氨氣濃度檢測裝 置、甲燒濃度檢測裝置與控制器進行數據連接；所述系統還包括流速檢測裝置，所述流速檢 測裝置與控制器數據連接，所述在氣流9的管路上設置二氧化碳濃度檢測裝置、氨氣濃度 檢測裝置和流速檢測裝置，在氣流1的管路上設置甲燒濃度檢測裝置、二氧化碳濃度檢測 裝置，所述控制器根據二氧化碳濃度檢測裝置、氨氣濃度檢測裝置、甲燒濃度檢測裝置計算 出進入生物反應器的二氧化碳摩爾數、氨氣摩爾數W及甲燒摩爾數，并根據摩爾數來自動 調整=通閥向氣流10和氣流2開度的大小。
[0049] 如果檢測進入生物反應器氨氣的摩爾數偏多，則控制器自動調整S通閥，增加氣 流10的流量，減少氣流2的流量；如果檢測的氨氣的摩爾數偏少，則增加氣流2的流量，減 少氣流10的流量。
[0050] 如果檢測進入生物反應器的二氧化碳的摩爾數過多，則相應的自動增加氨氣的含 量，即控制器自動調整立通閥，增加氣流2的流量，減少氣流10的流量，相反，控制器自動調 整=通閥，增加氣流10的流量，減少氣流2的流量。
[0051] 如果測量進入生物反應器的甲燒的摩爾數過多，則控制器自動調整=通閥，增加 氣流2的流量，減少氣流10的流量，通過增加氣流2中的氨氣和二氧化碳，相反，控制器自 動調整=通閥，增加氣流10的流量，減少氣流2的流量。
[0052] 作為優選，還包括與生物反應器相連的氨氣管道、甲燒管道及其二氧化碳管道，用 于向生物反應器中輸入氨氣、甲燒和二氧化碳，同時每個管道上設置閥口和速度檢測裝置， 所述閥口和速度檢測裝置與控制器進行數據聯接。控制器根據進入生物反應器中的氨氣、 甲燒和二氧化碳的摩爾數，自動控制氨氣管道、甲燒管道及其二氧化碳管道閥n，W便向生 物反應器中輸入相應的氣體，使生物反應器中的氣體含量達到最佳的比例。
[0053] 作為優選，=通閥可W使用在氣流10和氣流2的管路上分別設置閥口來代替，實 現上述控制功能。所述閥口與控制器數據聯接，所述控制器自動控制閥口的開度，W便調整 氣流10和氣流2的流量。
[0054] 作為優選，可W在生物反應器中設置氨氣濃度檢測裝置、甲燒濃度檢測裝置、二氧 化碳濃度檢測裝置，分別檢測生物反應器中氨氣、甲燒、二氧化碳的摩爾數，并根據檢測的 結果如前面所述來自動調整各個閥口，使生物反應器中的氣體含量達到最佳的比例。 陽化5] 作為優選，在氣流9的通道上設置閥n，用于控制進入生物反應器中的氣流9,從 而控制進入生物反應器中的氨氣的數量。
[0056] 如果測量的生物反應器中氨氣的含量較低，則控制器自動增加閥口的開度，如果 測量氨氣含量較高，則控制器自動減少閥口的開度。當然，也可W采用手動方式控制。
[0057] 作為優選，在厭氧發酵罐中，反應溫度在35-60攝氏度之間。優選為兩種35-40攝 氏度或者50-60攝氏度。反應壓力低于化ar，優選1-1. Sbar,進一步優選，1.1-1.加ar。反 應的原料包括有機物，例如餐楓垃圾，污泥，牲畜糞便，賴桿等有機物。原料粉碎后加水注入 發酵罐，厭氧菌將有機物分解產生沼氣。具體過程如下：
[0058] 第一階段為水解發酵階段，是指復雜的有機物在微生物胞外酶的作用下進行水解 和發酵，將大分子物質破鏈形成小分子物質。例如：單糖、氨基酸等小分子物資，為后一階 段做準備。
[0059] 第二階段為產氨、產乙酸階段，該階段是在產酸菌，例如膠醋酸菌、部分梭狀芽抱 桿菌等的作用下分解上一階段產生的小分子物質，生成乙酸和氨。第二階段中，CO2+CH4. C02+4H2-乂 電+4&0。
[0060] 第二階段產酸速率很快，致使料液抑值迅速下降，使料液具有腐爛氣味。
[0061] 在生物質反應爐中進行生物質氣化反應，生物質氣化反應是在一定的熱力學條件 下，借助于空氣部分（或者氧氣）、水蒸氣的作用，使生物質的高聚物發生熱解、氧化、還原 重整反應，最終轉化為一氧化碳，氨。生物質氣化反應是本領域現有的一個常見的技術。
[0062] 在生物反應器中，甲燒菌將二氧化碳，利用氨氣還原為甲燒。
[0063] 生物反應器作為優選密閉容器，可承壓不高于2個大氣壓。
[0064] 生物反應器的甲燒菌及其它厭氧菌通常從其它發酵罐移植。 陽0化]作為優選，生物反應器中的反應溫度為30 - 60攝氏度，反應壓力為1 - 2個大氣 壓。
[0066] 進一步優選，反應溫度為40 - 50攝氏度，反應壓力為1. 1-1. 5個大氣壓。
[0067] 作為優選，在生物反應器中，先輸入一部分甲燒菌，作為種子，在合成甲燒的過程 中，來自厭氧發酵罐中的甲燒與種子甲燒菌進行反應，進一步生成甲燒菌，同時生物反應器 中的生成的甲燒的一部分也會與種子甲燒菌進行反應，進一步生成甲燒菌。
[0068] 在生產過程中，針對甲燒氣體的生成情況，還可W不斷的從外邊移植甲燒菌。
[0069] 作為優選，所述生物反應器設置甲燒菌移植通道，W便從外部移植甲燒菌。作為優 選，可W根據甲燒的產出情況來移植甲燒菌。如果發現甲燒產出的效率低于一定數值，則打 開閥n，向生物反應器內移植甲燒菌。
[0070] 甲燒的產出效率可W根據輸入的二氧化碳、氨氣的數量來判斷，采用實際產生的 甲燒和理論上產生的甲燒的比例，理論上產生的甲燒采用輸入的二氧化碳和氨氣的數量來 計算。
[0071] 作為優選，膜分離器是采用中空纖維和Matrimid聚合材料制成的。膜分離 器可 W采用現有的膜分離器，例如 David OC, Gorri D, Nijmeijer K, Ortiz LUrtiaga A. Hydrogen separation from multicomponent gas mixtures containing CO, N2and C02using Matrimid? asymmetric hollow fiber membranes. J. Membr. Sci. 2012 ； 419-420:49-56。
[0072] 膜分離器主要適用于將氨氣分離出來。
[0073] 雖然膜分離器雖然是現有技術，但是在氨氣分離中確實首次使用，而且經過實驗 發現，分離效果遠超其它的膜分離器，分離效果提高了 20%- 30%。
[0074] 作為優選，各級冷凝器的冷凝溫度是25攝氏度。主要是將水蒸氣冷凝排除。
[0075] 反應的具體的實施例參見表1。
[0076]
[0079] 表2 :-個優選的實施例反應條件及結果
[0080] 氣流在冷凝器中冷凝中，氣流在液化中非共沸多組分混合介質冷凝的熱阻機制與 純組分物質冷凝有明顯區別，理論分析和實驗已證明換熱系數比純組分冷凝明顯降低。現 有對非共沸混合介質冷凝換熱的研究更多集中在含一種不凝氣體的工況，采用低紋槽、人 工粗糖度表面等措施減小平均液膜厚度在純組分冷凝時被證實效果突出的措施，在含不凝 氣體情況下效果有時不明顯，而在合成甲燒的氣流的冷凝換熱過程和機理更為復雜，冷凝 過程通常包含兩種W上的不凝氣體，換熱情況更加復雜。
[0081] 針對上述問題，本發明提供了一種新的板翅式換熱器，從而解決甲燒合成過程中 沸點不同的多組分混合介質的冷凝。
[0082] 如果沒有特殊說明，設及公式的/7"表示除法X 表示乘法。
[0083] 如圖2所示，一種用于非共沸多組分混合物冷凝的板翅式換熱器，所述板翅式換 熱器包括互相平行的板片29,所述相鄰的板片29之間形成流體通道28,所述相鄰的板片29 之間設置翅片33。所述翅片33包括傾斜與板片29的傾斜部分30,所述傾斜部分互相平行。 在傾斜部分30上通過沖壓方式加工突起32，從而使傾斜部分30兩側的流體通過傾斜部分 30上通過沖壓方式形成的孔連通；所述突起32從傾斜部分30向外延伸。
[0084] 因為傾斜部分30互相平行，因此相鄰的傾斜部分30與上下板片之間構成了平行 四邊形通道。
[00化]通過設置突起32,具有如下的優點：
[0086] 1) 一方面可W破壞層流底層，另一方面與"打孔"翅片相比，未因打孔損失換熱面 積，而且"刺"和"孔"可W分別在不同高度上擾動流體，強化不同的熱阻環節；
[0087] 2)沖壓"微刺"形成的小孔，借助"微刺"下游壓力場的影響，可實現翅片兩側介質 的壓力及質量交換，對粘性底層和液膜的穩定性造成破壞，強化換熱。
[0088] 3)針對非共沸多組分混合物的流體，能夠借助"微刺"實現擴大氣液界面W及氣相 邊界層與冷卻壁面的接觸面積并增強擾動；
[0089] 4)易加工實現，制作難度和成本不會明顯上升。
[0090] 在板翅式換熱器內采取上述措施，能夠極大的提高了非共沸混合介質冷凝換熱簡 易又有效的技術。與采取"打孔"翅片相比，能夠提高20 - 30%的換熱效率。
[0091] 作為優選，所述的突起32與混合物的流動方向所形成的夾角為銳角。
[0092] 作為優選，如圖3所示，所述的翅片33為傾斜型翅片，所述翅片33包括水平部分 31和傾斜部分30,所述水平部分31與板片29平行并且與板片29貼在一起，所述傾斜部分 30與水平部分31連接。
[0093] 作為優選，所述突起32延伸的長度為以沿著混合物的流動方向，同一個傾斜部分 30設置多個突起32,沿著混合物的流動方向，所述的長度L越來越大。通過實驗發現，通過 長度L的逐漸變大，與長度L完全相同相比，可W實現更高的換熱效率，能夠大約提高9%左 右的換熱效率。
[0094] 作為優選，沿著混合物的流動方向，長度L變大的幅度越來越小。通過實驗發現， 長度L的變大的幅度越來越小，可W保證換熱效率的情況下，進一步降低流動阻力，能夠大 約降低5%左右的流動阻力。
[0095] 作為優選，所述突起32為等腰=角形，所述等腰=角形的底邊設置在傾斜部分30 上，作為優選，底邊與傾斜部分的傾斜角度相同，所述等腰=角形的頂角為b，沿著混合物的 流動方向，同一個傾斜部分30設置多個突起32,沿著混合物的流動方向，在底邊長度保持 不變的情況下，所述的突起頂角b越來越小。通過實驗發現，通過突起頂角b的逐漸變小， 與頂角b完全相同相比，可W實現更高的換熱效率，能夠大約提高8%左右的換熱效率。
[0096] 作為優選，沿著混合物的流動方向，頂角b變小的幅度越來越小。通過實驗發現， 頂角b變小的幅度越來越小，可W保證換熱效率的情況下，進一步降低流動阻力，能夠大約 降低4%左右的流動阻力。
[0097] 作為優選，沿著流體的流動方向，同一傾斜部分設置多排突起32,如圖4和5所示， 每排突起之間的距離為S2,沿著混合物的流動方向，所述的S2越來越大。之所W如此設置， 主要目的是通過S2的變大，實現在保證換熱效率的情況下，進一步降低流動阻力。通過實 驗發現，流動阻力降低10%左右。
[0098] 所述S2是W相鄰排的突起的底邊為計算距離的。
[0099] 作為優選，如圖5所示，多排突起32為錯列結構。
[0100] 在實驗中發現，相鄰板片29的距離不能過大，過大會導致換熱效率的降低，過小 會導致流動阻力過大，同理，對于等腰=角形的底邊長度、頂角、突起、翅片傾斜部分的距離 與流體流動方向的夾角都不能過大或者過小，過大或過小都會導致換熱效率的降低或者流 動阻力的變大，因此在相鄰板片29的距離、等腰=角形的底邊長度、頂角、突起、翅片傾斜 部分與流體流動方向的夾角之間滿足一個最優化的尺寸關系。 陽101] 因此，本發明是通過多個不同尺寸的換熱器的上千次數值模擬W及試驗數據，在 滿足工業要求承壓情況下（lOMPa W下），在實現最大換熱量的情況下，總結出的最佳的換 熱板片的尺寸優化關系。 陽102] 相鄰的板片的距離為H，等腰=角形底邊的長度為h，相鄰的傾斜部分的距離為W， 傾斜部分與板片之間的銳角的夾角為C，滿足如下公式： 陽 10引 7*h/H = cl*Ln (X*sin (a) / (w*sin k)) +c2, 陽 104] sin(b/2) = c3+c4*sin(a)-c5*(sin(a))2， 陽105] 其中Ln是對數函數，cl、c2、c3、c4、c5是系數， 陽 106] 0. 24<cK0. 25, 0. 68<c2<0. 70, 0. 87<c3<0. 88,0. 68<c4<0. 70,1. 14<c5<l. 15 ; 陽 107] 19° <a<71° ,55° <b<165° ,90° <c<70° ； 陽 108] 10mm<w<15mm，6mm<H<14mm ;
[0109] 0. 19<L*sin (a) /w<0. 41，0. 29<7*h/H<0. 47 ;
[0110] H是W相鄰板片相對的面之間的距離，W是W相鄰的傾斜部分相對的面在沿著板 片方向上的距離，L為等腰S角形的頂點到底邊中點的距離。
[0111] 作為優選，Cl = 0. 245, c2 = 0. 694， 陽 112] c3 = 0. 873, c4 = 0. 691，c5 = 1. 1454。 陽113] 作為優選，85° <c<80°。
[0114] 通過上述公式的出的"突起"的最佳的幾何尺度，可W提高換熱效率，同時可W實 現僅對粘性底層、或包含液膜、及至包含氣相邊界層不同尺度內熱阻的強化，避免措施過 度，造成不必要的阻力損失。
[0115] 作為優選，所述的同一排的相鄰的突起的底邊都在一條線上，同一排相鄰的突起 距離為SI,所述4Xh<SK6Xh，其中Sl是W相鄰兩個等腰=角形突起的底邊的中點的距 離。
[0116] 作為優選，相鄰排的突起的等腰=角形的底邊互相平行，等腰=角形的頂點到底 邊中點的距離為L相鄰排的距離S2為4*L<S2<7禮。優選為S2 = 5*1
[0117] 相鄰排的等腰=角形的底邊不同時，采取兩條底邊的加權平均數來計算。
[0118] 作為優選，同一排的等腰=角形的夾角和底邊完全相同。即形狀完全相同，為相等 形。
[0119] 對于前面的公式，對于前后排尺寸不同的突起，也依然適用。
[0120] 對于沒有提到的具體尺寸參數，按照正常的換熱器進行設計。 陽121] 作為本發明制備甲燒的另一個優選的實施例，如圖8所示。與圖1的第一個實施 例相比，不同在于取消了生物反應器23,直接在厭氧發酵罐26中進行生物反應。
[0122] 作為優選，厭氧發酵罐分為兩部分，第一部分進行產生沼氣的反應，第二部分是產 生甲燒的反應，沼氣和氣流9混合的部分。
[0123] 在厭氧發酵罐中，先輸入一部分甲燒菌，作為種子，在合成甲燒的過程中，來自厭 氧發酵罐中產生的甲燒與種子甲燒菌進行反應，進一步生成甲燒菌。
[0124] 作為優選，在生產過程中，針對甲燒氣體的生成情況，還可W不斷的從外邊移植甲 燒菌。
[0125] 作為優選，所述厭氧發酵罐設置甲燒菌移植通道，W便從外部移植甲燒菌。作為優 選，可W根據甲燒的產出情況來移植甲燒菌。如果發現甲燒產出低于正常數值，則打開閥 n，向厭氧發酵罐內移植甲燒菌。
[01%] 作為優選，可W在厭氧發酵罐中的第二部分中設置氨氣濃度檢測裝置、甲燒濃度 檢測裝置、二氧化碳濃度檢測裝置，分別檢測厭氧發酵罐中氨氣、甲燒、二氧化碳的摩爾數， 并根據檢測的結果如前面所述來自動調整調整=通閥，使厭氧發酵罐中的氣體含量達到最 佳的比例。 陽127] 作為優選，在氣流9的通道上設置閥口，通過閥口控制進入厭氧發酵罐內的氣流9 的流量。
[0128] 作為優選，在氣流9的通道上設置閥n，用于控制進入生物反應器中的氣流9,從 而控制進入生物反應器中的氨氣的數量。
[0129] 如果測量的生物反應器中氨氣的含量較低，則控制器自動增加閥口的開度，如果 測量氨氣含量較高，則控制器自動減少閥口的開度。當然，也可W采用手動方式控制。
[0130] 圖8實施例中沒有介紹的其他情況與圖1的實施例相同，就不在具體介紹。 陽131] 雖然本發明已W較佳實施例披露如上，但本發明并非限定于此。任何本領域技術 人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，均可作各種更動與修改，因此本發明的保護范圍應 當W權利要求所限定的范圍為準。
【主權項】
1. 一種板翅式換熱器，所述板翅式換熱器包括互相平行的板片，所述板片之間設置翅 片，所述翅片包括傾斜于板片的傾斜部分，其特征在于，在傾斜部分上通過沖壓方式加工有 突起，且傾斜部分兩側的流體通過傾斜部分上沖壓方式形成的孔連通；所述突起從傾斜部 分沿著混合氣體流動方向向外延伸。2. 如權利要求1所述的板翅式換熱器，其特征在于，所述突起延伸的長度為L，沿著混 合物的流動方向，同一個傾斜部分設置多個突起，沿著混合物的流動方向，所述的長度L越 來越大。3. -種在厭氧發酵罐中反應的甲烷制備工藝，其特征在于：包括厭氧發酵罐、氣化爐、 壓縮機、膜分離器和冷凝器，所述厭氧發酵罐內產生沼氣，所述沼氣中含有甲烷和二氧化 碳；氣化爐產生的合成氣依次經過壓縮機、膜分離器和冷凝器后，進入厭氧發酵罐，進入厭 氧發酵罐中的合成氣含有氫氣，在厭氧發酵罐中，沼氣和合成氣進行合成甲烷的反應。4. 如權利要求3所述的制備工藝，其特征在于，合成甲烷的反應中使用的催化劑是氫 營養型產甲燒菌。5. 如權利要求3所述的制備工藝，其特征在于，氣化爐產生的合成氣經過合成氣潔凈 裝置后進入壓縮機。6. 如權利要求5所述的制備工藝，其特征在于，包括兩級壓縮、膜分離和冷凝過程，所 述合成氣依次經過第一級壓縮機、第一級膜分離器、第一級冷凝器、第二級壓縮機、第二級 膜分離器和第二級冷凝器后進入生物反應器。7. 如權利要求6所述的制備工藝，其特征在于，厭氧發酵罐內產生沼氣，甲烷的摩爾百 分含量45%以上，二氧化碳的摩爾百分含量為30%以上，進入厭氧發酵罐的合成氣的氫氣 的摩爾百分含量為70%以上。8. 如權利要求3所述的制備工藝，其特征在于，所述從合成氣潔凈裝置中出來的合成 氣分為兩股氣流，分別是第二氣流和第十氣流，第十氣流直接用于發電機進行發電或進入 換熱器發熱，第二路氣流進入第一級壓縮機進行壓縮，從壓縮機出來的氣流進入第一級膜 分離器，從膜分離器分理出來的兩股氣流，分別是第四氣流和第五氣流，第四氣流用于發電 機進行發電或進入換熱器發熱，第五氣流進入第一級冷凝器，在冷凝器中將第五氣流中的 水分進行冷凝，以排除其中的水分，從第一級冷凝器出來的氣流進入第二級壓縮機，壓縮后 的氣流進入第二級膜分離器，從第二級膜分離器分理出兩股氣流，一股氣流用于發電機發 電或進入換熱器發熱，一股經過第二級冷凝器冷凝后進入厭氧發酵罐。9. 如權利要求8所述的制備工藝，其特征在于，第二氣流和第十氣流連接的位置設置 三通閥，所述三通閥與控制系統進行數據連接，控制系統控制三通閥的開閉方向及其開度 的大小。10. 如權利要求3-9之一所述的制備工藝，其特征在于，所述的冷凝器至少一個為權利 要求1-2之一所述的換熱器。
【文檔編號】C07C9/04GK106017158SQ201510881933
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2015年12月3日
【發明人】李海龍, 孫鍥, 陳巖
【申請人】山東大學