CN104099234A - 一种连续式平底仓干法发酵生物反应器及其方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于干法发酵的连续式平底仓生物反应器及其方法。其特征在于：反应器料仓为上下截面积相等或近似的平底仓；平底料仓的底面安装破拱滑架，平底料仓的上部安装均料滑架，平底料仓的中部安装若干个气流振动破拱器，发酵物料自上而下形成理想的整体移动状态。其优点在于：生产过程无污染；发酵参数易于即时控制，适合产业化；容量比同直径锥底仓更大，建造更容易；全面解决了干法发酵生物反应器常见的偏仓、结壳、沟流、粘壁、结拱等问题，运行可靠。

Description

一种连续式平底仓干法发酵生物反应器及其方法
技术领域
本发明涉及一种干法发酵设备及其方法。 
干法发酵又称为高固体发酵，发酵原料的固体含量较高，一般为18％～35％，无流动性，多数情况下较粘稠，如沼气干法发酵、乙醇干法发酵等。为避开发酵反应器密闭时高固体物料进(出)料难的问题，人们发明了批量式(又称为大换料式)干法发酵生物反应器，如用于沼气生产的车库式反应器(德国)、MCT反应器(中国)以及用于白酒(或工业乙醇)生产的窖池。批量式干法发酵生物反应器在发酵过程中不能进出料，即在反应器密闭前，需一次性将原料和接种物加足，发酵结束时打开反应器，将发酵物料一次性清出，在一个发酵周期中，发酵过程历经起始、高峰、衰减等阶段，很不稳定，因此一般需采用多个反应器，占地面积较大，且不易实现发酵参数的即时调节和控制，工业化水平有待提高。连续式干法发酵生物反应器在发酵过程中，即反应器密闭后仍可以进出料，发酵过程长期连续、稳定，发酵参数易于调控，主要有立式筒仓、卧式转筒仓和推流式槽仓等形式。现有的立式筒仓干法发酵反应器(德国、比利时等国家用于沼气生产)，下部出料部分均为锥体，其优点是单体容量较大，但容易产生结拱、沟流、偏仓、粘壁等问题；卧式转筒仓的优点是可保证物料先入先出，且具有物料再混合功能，但单个反应器容量较小，设备制造成本较高；推流式槽仓在固体含量较高时可靠性较差。 
发明内容
本发明的目的在于提供一种连续式、单体容量大、无结拱、不偏仓、不粘壁的干法发酵生物反应器和方法。其主要用途是利用有机固体废弃物(如畜禽 粪便、作物秸秆、酒糟等)和专用能源作物生产沼气和有机肥料，或用于生产乙醇等产品的发酵工序。其优点在于：生产过程清洁无污染；发酵参数易于即时控制，适合产业化；容量比同直径锥底仓更大，建造更容易；设置的滑架机构可有效防止物料结拱、偏仓，并兼具破壳、搅拌、防粘壁功能。 
破拱滑架广泛应用于储存煤泥等高固体粘稠物料的大型平底料仓，水平安装于料仓底部，可有效防止物料在卸料口附近形成结拱，技术成熟可靠，运行能耗较低。德国PUTZMEISTER、SAXLUND等公司的滑架机构在我国多地已有应用。本发明将破拱滑架技术与生物质能生产技术相结合，并进行相应的适应性改造，除破拱外，兼具防止物料偏仓、破壳、搅拌、防粘壁等功能，使物料自上而下形成理想的整体移动状态，先入先出，无死角，为干法发酵创造了良好条件。 
本发明的连续式平底仓干法发酵生物反应器1(见图1，以下简称反应器1)，包括破拱滑架1-1，气流振动破拱器1-2，均料滑架1-3，平底料仓1-4，出气管1-5，进料管1-6，安全阀1-7，出料螺旋1-8。平底料仓1-4的水平截面一般为圆形或矩形且上下等面积，是容纳物料并为其提供发酵条件的空间。在平底料仓1-4下面连接出料螺旋1-8。根据平底料仓水平截面积的大小，可以设置1个或多个滑架，连接1条或多条出料螺旋。破拱滑架1-1安装在平底料仓1-4的底面1-4-1上，破拱滑架1-1的破拱滑架体1-1-2在液压包1-1-1的动力驱动下作往复运动，其运动方向与出料螺旋1-8垂直，破拱滑架体1-1-2框架的外侧为楔形面，内侧为垂直面，当破拱滑架体1-1-2往复运动时，楔形面将物料铲起，垂直面将物料推入出料螺旋1-8中，防止物料在出料螺旋1-8上方形成结拱，破拱滑架体1-1-2运动时可涵盖整个料仓底面1-4-1，使料仓无死角。破拱滑架体1-1-2框架 上平面垂直固接若干个拨料杆1-1-3，随破拱滑架体1-1-2同时在物料中往复运动，起到辅助搅拌和防粘壁作用。若干个气流振动破拱器1-2，安装在平底料仓1-4的侧壁1-4-4的中部，导入一定压力的气流，使气流振动破拱器1-2的硅橡胶垫产生高频振动，并强力冲击周围物料，起到防粘壁和气流搅拌的双重作用，促进物料发酵。均料滑架1-3安装在平底料仓1-4的上部，为支撑均料滑架1-3，在平底料仓1-4的侧壁1-4-4上部内面装有支撑架1-4-2。均料滑架1-3的液压包1-3-1提供驱动力，使均料滑架体1-3-2在支撑架1-4-2上往复运动，均料滑架体1-3-2框架上下两面固接若干个拨料杆1-3-3，随均料滑架体1-3-2同时在物料中往复运动。进料管1-6设置在平底料仓1-4的侧壁1-4-4的上部，且高于均料滑架1-3。经进料管1-6进入平底料仓1-4的高固体粘稠物料极易偏仓，往复运动的均料滑架体1-3-2不断将进入料仓的物料“推平”，迅速使料仓各处物料均衡。均料滑架体1-3-2框架上下两面固接的若干个拨料杆1-3-3，起到辅助搅拌、破结壳和防粘壁作用。在平底料仓1-4的侧壁1-4-4的顶部装有顶架1-4-3，用以支持其上部的双层气囊。内气囊1-4-5用于储存发酵过程中产生的生物气，外气囊1-4-6用于保温和使料仓上部美观。反应器1的有效容积视发酵原料的膨胀率占反应器1容积(不包括气囊)的85％～90％，均料滑架1-3的安装位置应在发酵物料上平面以下200～300mm处。出气管1-5将生物气导出，安装在侧壁1-4-4的上部，尽量远离发酵物料并设有防堵挡板1-5-1。平底料仓1-4的侧壁1-4-4上部设有安全阀1-7。一旦料仓内产生的生物气超压，可安全泄出。 
利用本发明的反应器1进行干法发酵的方法之一是以农业有机固体废弃物为原料生产沼气和有机肥料(见图2)。 
将畜禽粪便、作物秸秆等农业有机固体废弃物原料装入储料库14的原料储 槽14-2，经过储存自然升温后的物料经杂质捕捉器15去除大杂，按比例进入混合机16。在反应器1中完成沼气发酵的物料，一部分经出料螺旋1-8、摆管泵2和管道，送入储料库14的肥料储槽14-1，待售或进一步加工；一部分经另一条出料螺旋1-8′，作为接种物返回混合机16。在混合机16中，新料和接种物充分混合，必要时添加由沼气锅炉13提供的热水或蒸汽及其他辅料，使混合物料达到合适的含水率和C/N。调整好的混合物料经摆管泵6从反应器1的上部送入。均料滑架1-3将物料推平，物料在反应器1内进行厌氧发酵，生产沼气。按预先设计的沼气生产能力，每天加入一定的新料，并排出一部分旧料，使反应器1内的物料始终维持一定量。物料在反应器1中厌氧发酵产生的沼气储存在反应器1顶部的气囊中，待达到一定压力后，自动经集水器4进入贮气柜5，再经脱硫器7、脱水器8、阻火器9，一路经高压沼气泵3加压，提供给气流振动破拱器1-2，用于反应器1内防物料粘壁和气流搅拌，另一路经沼气风机10、调压器11、沼气计量器12向外供气并给沼气锅炉13供气。沼气锅炉13产生的热水或蒸汽，为反应器1加温，同时经过热水(或蒸汽)喷管16-1，为混合机16提供物料调制用热水(或蒸汽)。 
附图说明
图1为本发明的连续式平底仓干法发酵生物反应器示意图。 
图2为利用本发明的反应器生产沼气和有机肥料的工艺示意图。 
具体实施方式
一个长7.5m、宽3.5m、高4.4m的连续式平底仓干法发酵生物反应器，总容积115m3，有效容积100m3，厌氧发酵水力滞留期8天，新料与接种物1∶1，日处理新鲜牛粪6T，物料加温消耗沼气8m3/d，沼气供给能力72m3/d。 附图标记表 
1——连续式平底仓干法发酵生物反应器 
1-1——破拱滑架 
1-1-1——液压包 
1-1-2——破拱滑架体 
1-1-3——拨料杆 
1-2——气流振动破拱器 
1-3——均料滑架 
1-3-1——液压包 
1-3-2——均料滑架体 
1-3-3——拨料杆 
1-4——平底料仓 
1-4-1——底面 
1-4-2——支撑架 
1-4-3——顶架 
1-4-4——侧壁 
1-4-5——内气囊 
1-4-6——外气囊 
1-5——出气管 
1-5-1——防堵挡板 
1-6——进料管 
1-7——安全阀 
1-8——出料螺旋 
2——摆管泵 
3——高压沼气泵 
4——集水器 
5——贮气柜 
6——摆管泵 
7——脱硫器 
8——脱水器 
9——阻火器 
10——沼气风机 
11——调压器 
12——沼气流量计 
13——沼气锅炉 
14——储料库 
14-1——肥料储槽 
14-2——原料储槽 
15——杂质捕捉器 
16——混合机 
16-1——喷管 
固体物料 
沼气 
水。 

Claims (5)

1.一种用于干法发酵的连续式平底仓生物反应器1，由破拱滑架1-1，气流振动破拱器1-2，均料滑架1-3，平底料仓1-4，出气管1-5，进料管1-6，安全阀1-7，出料螺旋1-8组成，其特征在于：平底料仓1-4的各水平截面面积相等或近似；破拱滑架1-1安装在平底料仓1-4的底面1-4-1上，破拱滑架体1-1-2往复运动方向与其下方的出料螺旋1-8垂直；均料滑架1-3安装在平底料仓1-4上部的支撑架1-4-2上，位置在料仓有效容积的上平面以下；若干个气流振动破拱器1-2安装在料仓侧壁1-4-4的中部。
2.根据权利要求1所述的平底料仓1-4，其特征在于：平底料仓1-4的水平截面一般为圆形或矩形，根据平底料仓水平截面积的大小，可以设置1个或多个破拱滑架和均料滑架，连接1条或多条出料螺旋。
3.根据权利要求1所述的破拱滑架1-1，其特征在于：破拱滑架体1-1-2框架上平面垂直固接若干个拨料杆1-1-3。
4.根据权利要求1所述的均料滑架1-3，其特征在于：均料滑架体1-3-2框架上下两面固接若干个拨料杆1-3-3。
5.一种通过权利要求1所述的连续式平底仓干法发酵生物反应器1进行干法发酵的方法，其特征在于：由进料管1-6送入平底料仓1-4的混合物料，在设置于平底料仓1-4上部的均料滑架1-3的作用下迅速均布，均料滑架体1-3-2上下两面的若干个拨料杆1-3-3，起到搅拌、破结壳和防粘壁作用；安装在平底料仓1-4侧壁1-4-4中部的若干个气流振动破拱器1-2，起到防粘壁和气流搅拌的双重作用；在平底料仓1-4底面1-4-1上设置破拱滑架1-1，其破拱滑架体1-1-2运动时可涵盖整个料仓底面1-4-1，无死角；物料自上而下整体移动，均匀发酵。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110550849A (zh) * 2019-08-23 2019-12-10 中国有色(沈阳)泵业有限公司 一种油基岩屑摩擦热脱附连续处理方法及装置
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CN113620728A (zh) * 2021-09-13 2021-11-09 齐庆俊 一种有机固废物的好氧发酵处理方法

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