一種用于內循環厭氧反應器的三相分離器的制作方法

本發明涉及三相分離器，具體地說是一種用于內循環厭氧反應器的三相分離器。

背景技術：

以下對本發明的相關技術背景進行說明，但這些說明并不一定構成本發明的現有技術。

三相分離器是uasb、egsb、ic等厭氧反應器的靈魂所在，三相分離器設計的優劣直接影響到厭氧反應器的效果。內循環厭氧反應器(ic)是在上流式厭氧污泥床反應器(uasb)的基礎上發展起來的一種高效厭氧反應器。ic由于內循環及上升流速高等原故，三相分離器的合理設計就尤為重要。

通常，ic有兩個反應區，第一反應區(即下反應區，也稱主反應區)和第二反應區(即上反應區，也稱輔反應區)，第一反應區高負荷運行，第二反應區低負荷運行，每個反應區分別設有一級三相分離器。

目前，ic廣泛采用的三相分離器如圖1-3所示。反應產生的沼氣帶動混合液由集氣罩1內集氣室3匯集進入匯流槽2，再由匯流槽2收集后從升流管4進入氣液分離器。在集氣室3中，遠離匯流槽2部分，比如接近ic反應器側壁6的位置處，由于氣體流速較低，氣液界面水平方向相對靜止。集氣室中從距匯流槽2最遠端開始，氣體流動水平方向流速緩慢從零加速，到匯流槽與集氣室相通的通道口5時流速最大。由于粘質力和慣性的不同，氣體流速達到一定數量時，液體才隨之水平流動；液體到達一定速度時，曳力就帶動顆粒污泥水平移動。這樣就造成距離匯流槽2最遠處被氣體夾帶的液相流量最小，而距離匯流槽2越近被氣體夾帶的液相流量越大，致使反應器內液相非常不均勻地被帶入氣液分離器，從而反應器去除率降低；并且距離匯流槽2越近，由于氣體流速越大，氣體的尾吸和形成的微渦對沉降性較差的污泥和上升氣泡8界面吸附的細微顆粒污泥的吸附捕捉作用越強，形成氣液固三相界面層7，該界面層有著遠比反應器內部更為劇烈的氣液湍流分布，致使細微顆粒污泥更加碎散，碎散的污泥隨氣體被帶入氣液分離器，碎散污泥又隨回流管進入第一反應室，容易使反應器出水混濁。

為了避免上述問題，申請號為201610111966.1的中國專利公開了一種用于內循環厭氧反應器的三相分離器，如圖4-6所示，包括：至少一層集氣罩10和設置在每個集氣罩10下方的集氣管20，每層集氣罩包括至少一個集氣罩；其中，集氣罩10是倒v字型結構，集氣罩10沿著長度方向的兩端垂直設置在反應器側壁上；集氣管20位于倒v字型結構內、并與倒v字型結構的兩個斜面平行；集氣管20的兩端封閉，其中一端位于反應器內、另一端垂直穿過反應器側壁30伸出至反應器外；集氣管20的下側沿著集氣管的長度方向開設一排集氣孔21。該專利通過在集氣管的下側沿著集氣管的長度方向開設一排集氣孔，通過集氣孔收集上升沼氣，能夠使上升沼氣夾帶的液體更均勻、并且夾帶細微顆粒更少。然而這種結構也存在一些不足之處，例如：氣體上升到集氣管20之后容易在集氣管20的表面液化，堵塞集氣孔21。此外，由于集氣管20平行設置在反應器內，在集氣管20表面液化的液滴不容易回流至反應器底部。

技術實現要素：

為了解決現有技術存在的一個或多個問題，本發明用于內循環厭氧反應器的三相分離器，包括：集氣罩、集氣腔和導流管；其中，

集氣罩是倒v字型結構，集氣罩沿著其長度方向的兩端垂直設置在反應器側壁上；

集氣腔為封閉的柱面空腔，其上表面和下表面均向上凸起，下表面上沿集氣腔的準線方向開設有集氣孔；所述集氣腔設置在v字型結構內、且與集氣罩的兩個斜面平行；所述集氣腔的端部設置有連接孔，用于通過軟管可拆卸地與設置在反應器內部或外部的導流管連通。

優選地，所述集氣腔的下表面為開口向下的拋物柱面。

優選地，所述拋物柱面的母線方程為：

-y＝0.35x²，0.1l≤|x|≤0.25l

式中，以拋物線的頂點為坐標原點o建立直角坐標系xoy，x為母線在x軸上的取值范圍，y為母線在y軸上的取值范圍；l為v字型結構的最大開口距離。

優選地，所述集氣孔為圓臺形結構，所述圓臺形孔的朝向集氣腔上表面的上底面的橫截面積小于背對于集氣腔上表面的下底面的橫截面積。

優選地，所述集氣腔的上表面的的橫截面為由直線和/或曲線構成的軸對稱結構。

優選地，所述集氣腔內位于同一縱截面位置處的腔內高度相等；其中，所述縱截面是指沿著垂直于水平面方向、且平行于集氣腔準線方向切出的截面。

優選地，對于集氣腔內的任意一個位置，其沿垂直方向的腔內高度為0.016d～0.025d；其中d為反應器內徑。

優選地，所述三相分離器包括至少兩層集氣罩，相鄰兩層集氣罩相互平行且交錯分布。

優選地，反應器內同一高度的集氣腔對應的軟管伸出反應器之后合并成一根與所述導流管連通的匯流管。

優選地，下層集氣腔中集氣孔的孔徑大于上層集氣腔中集氣孔的孔徑；和/或，下層集氣腔中相鄰兩個集氣孔之間的間距小于上層集氣腔中相鄰兩個集氣孔之間的間距。

本發明的集氣腔為封閉的柱面空腔，其上表面和下表面均向上凸起，下表面上沿集氣腔的準線方向開設有集氣孔。集氣腔的上表面向上凸起，能夠使回落至集氣腔上的液體和污泥最大程度地回落至反應器底部，防止其停留在集氣腔上；通過在集氣腔下表面上沿集氣腔的準線方向開設有集氣孔，能夠收集上升沼氣；通過將集氣腔下表面設置為向上凸起的結構，便于集氣腔下表面上液化的液滴匯流至集氣腔底部進而回流至反應器底部，能夠防止由于上升沼氣在集氣腔表面液化而堵塞集氣孔。本發明用于內循環厭氧反應器的三相分離器，能夠使上升沼氣夾帶的液體更均勻、并且夾帶細微顆粒更少。

附圖說明

通過以下參照附圖而提供的具體實施方式部分，本發明的特征和優點將變得更加容易理解，在附圖中：

圖1是現有技術中一種用于ic的三相分離器示意圖；

圖2是圖1中集氣罩與回流槽的示意圖；

圖3是圖1的三相分離器的原理示意圖；

圖4是現有技術中另一種用于內循環厭氧反應器的三相分離器示意圖；

圖5是圖4中集氣管與反應器側壁示意圖；

圖6是圖4反應器側壁與位于反應器內的集氣管的剖視圖；

圖7是本發明用于內循環厭氧反應器的三相分離器示意圖；

圖8是本發明中集氣腔的結構示意圖；

圖9是本發明中集氣孔的結構示意圖。

具體實施方式

下面參照附圖對本發明的示例性實施方式進行詳細描述。對示例性實施方式的描述僅僅是出于示范目的，而絕不是對本發明及其應用或用法的限制。

如圖7-9所示，本發明用于內循環厭氧反應器的三相分離器，包括：集氣罩50、集氣腔70和導流管(圖中未示出)；其中，

集氣罩50是倒v字型結構，集氣罩50沿著其長度方向的兩端垂直設置在反應器側壁60上；

集氣腔70為封閉的柱面空腔，其上表面72和下表面76均向上凸起，下表面76上沿集氣腔70的準線方向開設有集氣孔74；集氣腔70設置在v字型結構內、且與集氣罩50的兩個斜面平行；集氣腔70的端部設置有連接孔(圖中未示出)，用于通過軟管71可拆卸地與設置在反應器內部或外部的導流管(圖中未示出)連通。

參見圖7，集氣罩50是倒v字型結構，氣泡攜帶液體和/或污泥在上升過程中碰撞到集氣罩50的斜面時，氣泡中的沼氣與液體和污泥分離，沼氣沿著集氣罩50的斜面繼續上升，脫離了氣泡的液體和污泥在重力作用下不斷下落，最終回落到反應器的反應區內。

集氣腔70位于集氣罩50的下方，因此回落的的液體和污泥難免碰到集氣腔70的上表面72。本發明中，集氣腔70的上表面72向上凸起，回落至集氣腔70上表面72的液體和污泥能夠沿著集氣腔72上表面向下滑動，使回落至集氣腔70上的液體和污泥最大程度地回落至反應器底部，防止其停留在集氣腔70上。

在圖4-6公開的三相分離器中，采用開設集氣孔的集氣管收集氣體，但是這種集氣管使用時存在一些弊端：氣泡攜帶液體和/或污泥在上升過程中碰撞到集氣管時，液體和污泥容易粘附在集氣管上，上升的氣體也有可能在集氣管上液化形成液滴并滯留在集氣管上，難以回落至反應器底部；當粘附的液體和污泥沿著集氣管表面滑落至集氣管底部時，甚至會堵塞設置在集氣管底部的集氣孔。本發明將集氣腔下表面設置為向上凸起的結構，便于集氣腔下表面上液化的液滴和污泥匯流至集氣腔底部進而回流至反應器底部，并且能夠防止由于污泥和上升沼氣在集氣腔表面液化而堵塞集氣孔。

集氣腔70的下表面73的形狀可以根據實際情況進行選擇，只要具有向上凸起的表面即可實現本發明的技術方案，例如本領域技術人員可以將其設計成開口向下的橢圓柱面、球面、多邊形棱柱面等結構。在一些實施例中，可以將集氣腔的下表面設計為開口向下的拋物柱面，與橢圓柱面或者多邊形棱柱面結構相比，拋物柱面能夠進一步提高液體和污泥的回落效果。優選地，當拋物柱面的母線滿足如下方程時，其對液體和污泥的回落效果最好：

-y＝0.35x²，0.1l≤|x|≤0.25l

式中，以拋物線的頂點為坐標原點o建立直角坐標系xoy，x為母線在x軸上的取值范圍，y為母線在y軸上的取值范圍；l為v字型結構的最大開口距離。

集氣孔74可以是柱型孔，也可以是圓臺形孔。在圖9示出的優選實施例中，集氣孔74為圓臺形結構，圓臺形孔的朝向集氣腔70上表面72的上底面的橫截面積小于背對于集氣腔70上表面72的下底面的橫截面積。當集氣孔74附近有液體或污泥粘附時，采用這種結構的集氣孔74有利于粘附的液體和污泥沿著下表面73向下滑落，防止其堵塞集氣孔74。

集氣腔70的上表面72的橫截面為由直線和/或曲線構成的軸對稱結構。例如，上表面72的橫截面為頂點朝上的三角形結構，或者等腰梯形結構，或者與下表面相同的橫截面機構等，本領域技術人員可以根據實際情況選擇合適的上表面73橫截面，本發明對此不做具體限定。

在反應器中，同一高度處的氣體流量近似相等，若集氣腔70的腔內高度不同，則進入集氣腔70內的氣體在不同位置處的流量不同，并且腔內高度越小位置處的氣體流速越大。當反應器內的氣流量較大時，集氣孔74附近氣體的尾吸和形成的微渦對沉降性較差的污泥和上升氣泡界面吸附的細微顆粒污泥的吸附捕捉作用越強，在對應位置的集氣孔74處形成氣液固三相界面層，該界面層有著遠比反應器內部更為劇烈的氣液湍流分布，致使細微顆粒污泥更加碎散，碎散的污泥隨氣體被帶入氣液分離器，碎散污泥又隨回流管進入第一反應室，容易使反應器出水混濁。為了避免上述情況的發生，可以使集氣腔內位于同一縱截面位置處的腔內高度相等；其中，所述縱截面是指沿著垂直于水平面方向、且平行于集氣腔準線方向切出的截面。

若集氣腔79的腔內高度過大，腔內氣流量較小，不利于氣體收集；若集氣腔79的腔內高度過小，無法充分收集上升氣體。在一些實施例中，對于集氣腔70內的任意一個位置，當其沿垂直方向的腔內高度為0.016d～0.025d時，不僅能夠充分收集上升氣體，還有利于集氣腔70內的氣體收集。其中d為反應器內徑。

根據本發明的三相分離器可以包括一層、兩層或更多層集氣罩，每層集氣罩的數量也可以根據反應器的大小、集氣罩尺寸以及實際操作要求來確認，例如：當反應器內氣量較少時，可以設置1-2層集氣罩，反應器容積和氣量較大時可以采用3層或更多層集氣罩。優選地，三相分離器包括至少兩層集氣罩，相鄰兩層集氣罩相互平行且交錯分布。

當同一層包括至少兩個集氣腔時，同一層的集氣腔伸出反應器之后可以分別與導流管相連。由于每根集氣管收集的氣體的量較少，為了減少反應器外的管道數量，簡化反應器的結構、降低反應器的成本，同一高度的集氣腔對應的軟管伸出反應器之后可以合并成一根與導流管連通的匯流管。此外，對于反應器內統一高度的多個集氣腔，其收集的氣體量有可能不同，因此通過軟管流入導流管的氣流量也不同，使同一高度的集氣腔對應的軟管伸出反應器之后合并成一根與導流管連通的匯流管能使進入導流管的氣流量均勻穩定。

集氣孔74的孔徑越大，單位時間內收集的氣體量越大，但是孔徑越大，集氣孔74對液體或污泥的截留作用越小。在反應器內，由于位置越高，對應位置處的氣體夾帶的液體和污泥相對較少，因此，在設計集氣孔74的孔徑時，可以使下層集氣腔中集氣孔的孔徑大于上層集氣腔中集氣孔的孔徑。同一個集氣腔上開設的集氣孔越多，單位時間內收集的氣體量越大；相鄰兩個集氣孔之間的間距越小，同一集氣罩下的集氣孔越密集，對氣體的收集越充分。因此，在設計集氣腔70上的集氣孔74時，可以使下層集氣腔中相鄰兩個集氣孔之間的間距小于上層集氣腔中相鄰兩個集氣孔之間的間距。

雖然參照示例性實施方式對本發明進行了描述，但是應當理解，本發明并不局限于文中詳細描述和示出的具體實施方式，在不偏離權利要求書所限定的范圍的情況下，本領域技術人員可以對所述示例性實施方式做出各種改變。