CN203229513U - 餐厨垃圾或有机废弃物制取发动机燃气的设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型是用餐厨垃圾或有机废弃物制取发动机燃气的设备,包括:厌氧发酵罐、氢气缓冲储气柜、甲烷缓冲储气柜、好氧发酵罐、空气送风机、甲烷气体脱酸设备、甲烷气体脱水和吸附设备、抽气泵、甲烷气体调配罐、甲烷气体压缩机、换热器、循环输送泵、发动机甲烷燃气压缩储存罐、发酵残渣脱水分离机、压力安全报警装置、温度自动控制装置和瓦斯监测装置依次连接组成,自动控制屏中配置有温控仪、压力安全报警器和瓦斯监测仪;温控仪的传感器分别联接在发酵罐内部与发酵物料接触;压力安全报警器连接线配置在氢气缓冲储气柜上,瓦斯监测仪连接线配置在甲烷燃气压缩储存罐上。本实用新型可以对餐厨垃圾、农业林业废弃物、禽蓄粪便、污泥、污水及生活垃圾为原料发酵制取发动机燃气;本实用新型具有好的工业实用性。
Description
技术领域
本实用新型涉及用餐厨垃圾或有机废弃物制取发动机燃气的设备,属于一种化工设备。
背景技术
随着人们日常生活的不断改善,餐厨垃圾和有机废弃物的量愈来愈多,低成本的利用和管理好餐厨垃圾和有机废弃物,使其无害化、减量化和资源化,杜绝餐厨垃圾进入饲料食物链,维护人们的食品卫生与健康,是当今社会关注的大事,有着重大的环境社会意义。
有关餐厨垃圾为原料生产沼气的方法已有许多报导;在CN101134684B中,公开了“一种餐厨垃圾两相厌氧发酵产氢产甲烷的方法”,第一相发酵中氢气的生成浓度为50%以上,第二相发酵中甲烷的生成浓度最大为60%以上,具有发酵气体产物热值低的缺陷;自然界可以生化发酵的原料主要是淀粉、蛋白质、纤维素和半纤维素等碳水化合物,如餐厨垃圾、城镇有机垃圾、作物秸秆、木屑、稻壳、有机污水、家禽粪便、污泥等等;依据生化反应原理,发酵制取甲烷是在隔绝空气(或氧气)环境下进行的厌氧发酵,厌氧发酵主要包括水解酸化阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段等三阶段;在水解酸化和产氢产乙酸的二个阶段中,发酵设备向外排出的发酵气体中包含大量的氢气是必然过程,整个厌氧生化处理过程所收集的最终混合气体产物中,除含有大量的甲烷气体外,还混合有一定量的氢气,属于氢气和甲烷气体的混合物,导致整个发酵***的甲烷产量降低;依生化反应原理,水解菌和产氢产醋酸菌在PH值5-6.5有好的活性,能加速产氢和醋酸反应的进程,而甲烷菌在PH值5-6.5时受到抑制,无活性,不产生甲烷;甲烷菌在PH为6.8-7.5的环境有很好的活性,产生甲烷;因此,在PH为5-6.5的水解酸化和产氢产乙酸阶段中,发酵收集到的分解气体主要是由氢气组分为主和少量二氧化碳组合成的混合气体;所以,常规的餐厨垃圾或/和有机废弃物厌氧发酵法生产出的沼气中含有大量的低热值的氢气(H2,10798KJ/m3,标准状态下);2001年07月01日我国颁布实施了GB18047-2000车用压缩天然气的国家标准,该标准中规定燃气高位发热量必须大于31.4MJ/m3(或31400KJ/m3标准状态 下),对二氧化碳(CO2)、氧化硫(SO2)、硫化氢(H2S)及其它酸性物质(如NO2、HCl)都有痕量的严格控制,且不含水分;因此,常规的餐厨垃圾或/和有机废弃物厌氧发酵法生产出的沼气中含有大量的低热值的氢气(H2,10798KJ/m3,标准状态下),和二氧化碳及其它有害气体,其热值低,一般在20-25MJ/m3标准状态下,成分组分复杂,杂质多,不能满足发动机(或内燃机)的燃料要求,不能用作发动机燃料;通常,这种低热值的燃气主要用作发电机厂的。热源,以及用于工业或居民生活的供热和供气;
特别地,厌氧分解代谢中有机物氧化不彻底,还必须经过在充分供氧的条件下进行好氧发酵,利用好氧微生物和兼性微生物的生命活动过程,将厌氧发酵剩余的有机污染物进一步通过好氧发酵生化过程氧化成较稳定无机物,最终,将有机废弃物彻底分解,真正做到餐厨垃圾或/和有机废弃物的无害化处理。餐厨垃圾中包含有大量的淀粉(如剩余米饭)、蛋白质(如残留的肉鱼)、油脂(食用油)和纤维素(如蔬菜残叶)等碳水化合物,成分复杂,发酵制取的甲烷气体中,含有大量的含氮(N)、硫(S)、二氧化碳和有机大分子杂质,必须对甲烷气体进行精制,以满足发动机燃气的质量标准要求。
到目前为止,在中国和世界专利文献库、相关的书籍、刊物、杂志以及工业化生产应用等方面,还没有查阅到利用餐厨垃圾为原料,生化发酵处理制取高热值的车船发动机燃气的设备;
本实用新型的目的就是要克服和弥补现有技术的缺陷和不足,从而提供一种将水解酸化阶段和产氢产乙酸阶段发酵中产生的氢气进行收集和储备,然后将氢气通入产甲烷阶段的发酵设备中,在甲烷菌的作用下转换成甲烷,以提高甲烷气体的转化率;进一步将甲烷气体中的酸性物质或有机大分子杂质进行分解和精制、调配、压缩,利用生化转换技术,生产高热值的车用发动机(或内燃机)燃气的设备。
发明内容
用餐厨垃圾或有机废弃物制取发动机燃气的设备,包括:厌氧发酵罐、氢气缓冲储气柜、甲烷缓冲储气柜、好氧发酵罐、空气送风机、甲烷气体脱酸设备、甲烷气体脱水和吸附设备、抽气泵、甲烷气体调配罐、甲 烷气体压缩机、换热器、循环输送泵、甲烷燃气压缩储存罐、发酵残渣脱水分离机、压力安全报警装置、温度自动控制装置和瓦斯监测装置等设备依次连接组成;其特征在于:自动控制屏(5)中配置有温控仪(25)、压力安全报警器(24)和瓦斯监测仪(23);其中,温控仪(25)的传感器分别联接在发酵罐(1、3、4)内部与发酵物料接触;压力安全报警器(24)连接线配置在氢气缓冲储气柜(2)上,瓦斯监测仪(23)连接线配置在甲烷燃气压缩储存罐(9)上;厌氧发酵罐(1、3)和好氧发酵罐(4)的顶部均配置加料的人孔(18、19、20),发酵罐(1、3、4)的底部出口管分别与循环输送泵(12、13、15)的进口管联通,循环输送泵(12、13、15)的出口分别与换热器(11)的换热管进口联通,换热器(11)的换热管出口分别连通发酵罐(1、3、4)的顶部;厌氧发酵罐(1)的顶部出口联通单向阀门(22)的进口,单向阀门(22)的出口与氢气缓冲储气柜(2)进气口相连通;氢气缓冲储气柜(2)出气口经过抽气泵(21)与产甲烷的厌氧发酵罐(3)的底部曝气管(27)的进气管口相连通;厌氧发酵罐(3)的顶部出气口联通单向阀门(26)的进气口,单向阀门(26)的出气口与甲烷缓冲储气柜(6)的进气口相连通;甲烷缓冲储气柜(6)出气口经过抽气泵(17)连通甲烷气体脱酸设备(7)的内部气体接受管(28);甲烷气体脱酸设备(7)上部储气室的出气管与脱水和吸附设备(30)的进气口联通,脱水和吸附设备(30)的出气口与甲烷气体调配罐(8)进气口联通,甲烷气体调配罐(8)出气口与经甲烷气体压缩机(16)联通甲烷燃气压缩储存罐(9);发酵罐(3、4)的底部配置气体分散器(27、32),好氧发酵罐(4)的底部连接空气送风机(14)的出气口;循环输送泵(15)的出口连接发酵残渣脱水分离机(10);
所述的发酵罐或发酵设备,可以采用市场上公知的完全混合式厌氧反应器(CSTR)、升流式固体床反应器(USR)、推流式厌氧反应器(PFR)、浮泡式发酵罐、带搅拌和换热夹套的立式搪瓷反应釜、塞流式消化器、全混合式消化器、常规消化器、滞留型消化器、内循环厌氧反应器(IC)、附着膜型消化器、MBR(好氧消化池)及其它公知的相关发酵罐;
本实用新型能够加速原料的发酵速度,特别地,能将水解酸化与产氢产乙酸阶段产生的氢气进行更好的回收利用;氢气输入到发酵罐(3)内,在甲烷菌的作用下,使低热值的氢气与发酵产生的二氧化碳发生甲 烷化反应,转化成高热值的甲烷,提高整个发酵***的甲烷产量,提高餐厨垃圾或/和有机废弃物生化制取燃气的燃气热值,使发酵收集的燃气满足和达到车船发动机燃料的标准,是本实用新型的主要特征之一,主要发生如下反应:
所述的好氧发罐(4)的处理中,在充分供氧的条件下,利用好氧菌和兼性微生物(如污水处理厂的活性污泥)的生命活动过程,将厌氧发酵剩余的未分解的部分有机物氧化分解成较稳定的二氧化碳、水和无机物,使其发酵产物的彻底无害化,主要采用MBR好氧工艺技术和设备;其化学原理如下:
本实用新型的目的提供制取高热值的发动机(或内燃机)燃气的设备,严格控制燃气中的各种有害气体【如二氧化碳(CO2)】的百分比含量到最低点,是提高燃气热值及制取合格车用燃气的关键之一;故,本实用新型通过甲烷气体脱酸设备(7)内的碱性物质(29)吸收发酵气体中的二氧化碳、硫化氢等有害气体,提高甲烷的纯度和百分比含量,其化学原理如下:
2NaOH+CO2→Na2CO3+H2O(或2KOH+CO2→K2CO3+H2O)
2NaOH+H2S→Na2S+2H2O(或2KOH+H2S→K2S+2H2O)
上述反应中,甲烷中所含有的酸性物质和有机杂质能很好地中和除去,致使甲烷气体产品质量符合车船发动机燃气的国家标准;这是本实用新型的特征之一
通过脱水和吸附设备(30)的作用,可以进一步地除去甲烷气体中的水分和其它微量杂质;脱水和吸附设备(30)内配置有分离水份的隔网和排水阀门,以及配置有吸附杂质的颗粒状活性炭或分子筛;为了防止和警惕甲烷气体的向外泄露,将0.001%(Wt%)的四氢噻吩(THT)臭味剂经输送泵(31)加入到甲烷气体调配罐(8)中;
所述的餐厨垃圾和/或有机废弃物,进一步包含下列物质:
碳水化合物,如淀粉、纤维素、半纤维素、蛋白质、多糖、木质素 或由C、H、O元素组成的有机化合物;有机物废弃主要指:生物质,如农业林业废弃物,作物秸秆、人畜及家禽粪便,污泥、以及城市生活垃圾等。
依据生化反应原理,活性污泥中含有多种分解淀粉、蛋白质和纤维素的酶或细菌,能够将餐厨有机废弃物和作物秸秆发酵和分解,转变成沼气、二氧化碳和水
本实用新型与现有技术相比具有如下优点:
1.可以控制生产过程的回收氢气的压力、发酵中温度,对甲烷发动机燃气压缩储存罐内的压力超标自动报警;
2.能够加速原料的发酵速度,特别地,能将水解酸化与产氢产乙酸阶段产生的氢气进行更好的回收利用,将氢气转换成甲烷,以提高了沼气中甲烷气体的转化率或百分比含量;
3.能将低价值的沼气转化成高价值的符合GB18047-2000车用压缩天然气的国家标准的发动机燃气;
4.沼气发酵后剩余的有机残存物经进一步好氧发酵(MBR工艺)技术处理,已经彻底分解成二氧化碳和水,使发酵后的有机废水经过净化处理,即进行好氧(MBR)生化降解处理和进一步消毒处理后,使水质达到国标《GB18918-200》城市污水厂排放标准,做到了生产过程中的无害化;
5.本实用新型所采用的设备属于市场上常规的发酵设备和配套设备,选择性大;
6.本实用新型选择性强,可以对餐厨垃圾、碳水化合物、农林作物废弃物、人畜家禽粪便、生活废水等为原料发酵制取发动机甲烷燃气;
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述,但本实施例不受其限制;
附图说明
图1是本实用新型结构图
在图1中,(1)水解酸化和产氢产乙酸发酵罐;(2)氢气缓冲储气柜;(3)产甲烷发酵罐;(4)好氧发酵罐;(5)自动控制屏;(6)甲烷缓冲储气柜;(7)甲烷气体脱酸设备;(8)甲烷气体调配罐;(9)发动机甲烷燃气压缩储存罐;(10)发酵污泥脱水分离机;(11)换热器;(12)液体循环输送泵;(13)循环输送泵;(14)空气送风机;(15)循环输送 泵;(16)甲烷气体压缩机;(17)抽气泵;(18)原料加料孔;(19)人孔;(20)加料人孔;(21)抽气泵;(22)单向阀门;(23)瓦斯监测仪;(24)压力安全报警器;(25)温控仪;(26)单向阀门;(27)气体分散器;(28)气体接受管;(29)脱酸的碱液;(30)脱水和吸附设备;(31)臭味剂加料泵;(32)气体分散器;(33)燃气产品输出管;(34)MBR膜组件;(35)出水泵;
实施例
首先将餐厨垃圾中的不能发酵物(如无机物、筷子、废塑料等)除去,再将可发酵的餐厨垃圾成分1000公斤、一定量的水,以及厌氧活性污泥(或厌氧发酵菌)通过加料人孔(18),加入到发酵罐(1)内;依据发酵制取甲烷的生化反应原理和配料要求,将发酵罐(1)内的发酵物料调配成含固体发酵物料10%(Wt%),活性污泥浓度为18kg/m3的厌氧发酵基质,调节发酵基质的C/N比例达到20∶1和PH为5-6.6,进行水解酸化和产氢产乙酸的发酵程序;整个发酵过程中,定期或不定期地通过用泵(12、13、15)使发酵溶液在发酵罐内循环地从上往下的流动,使发酵液体不断地经过换热器(11)进行换热(蒸汽加热或冷水降温),控制发酵罐(1、3、4)内发酵物料的温度在31-37℃范围;在发酵罐(1)中,始终隔离空气,在循环泵(12)搅拌和活性污泥(即产氢产醋酸细菌)的作用下,发酵罐(1)内餐厨垃圾中的有机物(淀粉、蛋白质、纤维素等)在PH5-6.6范围开始发生分解,变成可溶于水的物质,最后,可溶于水的有机物被细菌分解成为醋酸和以氢气为主要成分和少量二氧化碳组合的混合气体,不断地将此混合气体经过单向阀门(22)输入到氢气缓冲储气柜(2)中储存;经过10天发酵后,发酵罐(1)内不产生氢气了,水解酸化和产氢产乙酸的发酵过程完毕;氢气缓冲储气柜(2)所收集的混合气体中,氢气的含量为82.5%(Wt%),二氧化碳的含量为15%(Wt%),其它为2.5%(Wt%);进一步地将发酵罐(1)内的发酵物料通过泵(12)输入到发酵罐(3)中,再将一定量的含甲烷菌的活性污泥从加料口(19)中加入到发酵罐(3)内,重新调节和配比活性污泥的浓度为18kg/m3,PH为6.8-7.5,控制发酵温度在31-37℃范围,在产甲烷菌的作用下,进行产甲烷的发酵工序;发酵中,将氢气缓冲储气柜(2)中的氢气为主要成分的混合气体用泵(21)输送到发酵罐(3)的气体分散器(27)中,与发酵物料充分混合,在产甲烷菌的作用下,使氢气与发酵产生的二氧化碳发生甲烷化反应生成甲烷;生成的甲烷气体经单向阀门(26)引入到甲烷缓冲储气柜(6)中暂存;所收集的发酵气体中,甲烷的含量 为96.5%(Wt%),其它为3.5%(Wt%);将甲烷缓冲储气柜(6)的甲烷气体通过抽气泵(17)、气体接受管(28)输入到甲烷气体脱酸设备(7)内,与脱酸物质氢氧化钠溶液(29)接触,发生中和反应除去酸性气体,将脱去酸性物质的气体引入到脱水和吸附设备(30)内,脱去甲烷气体中的水分和吸附除去其它杂质,并引入到甲烷气体调配罐(8)中,用泵(31)将0.001%(Wt%)的四氢噻吩(THT)臭味剂加入到甲烷气体调配罐(8)中,经检测,甲烷的含量为99.5%(Wt%),热值为36.6MJ/m3(标准状态),所有指标全部达到和符合GB18047-2000车用压缩天然气的国家标准;用专用甲烷压缩机(16)将调配罐(8)中的甲烷输送到发动机甲烷燃气压缩储存罐(9)中,至24MPa为止备用,燃气经阀门(38)排出至用户;将发酵罐(3)内发酵完毕的发酵残液用泵(13)输入到好氧发酵罐(4)中,将含好氧细菌的活性污泥经加料人孔(20)加入到发酵罐(4)内,用空气送风机(14)将一定量的空气经气体分散器(32)输入到发酵罐(4)内,用空气进行曝气,用空气曝气泡使好氧污泥(或好氧菌群)与有机物充分接触,发生有机物的好氧降解反应,依照好氧发酵的生化原理和操作条件进行有机物的氧化和分解,最终将产甲烷后剩余的有机废弃物转变成二氧化碳和水;定期地将发酵罐(4)内形成的过量污泥用泵(15)输送到发酵污泥脱水分离机(10)中,分离出污泥;不断地用泵(35)从MBR膜腔内抽出发酵罐(4)中的水到消毒池(36)中,将一定量的双氧水消毒液加入到消毒池(36)中使水质达到《GB18918-2002》标准,用泵(37)抽出达标水进行绿化浇灌或进入地下排水道。本实施例生产出的甲烷燃料与石油公司加油站销售的GB18047-2000车用压缩天然气进行小轿车1000公里的行驶测试对比试验,其结果是:车辆行驶的单位公里的燃气耗量、车辆行驶的里程总数、车辆的提速状况、以及发动机的腐蚀和磨损情况等方面,效果一致。
Claims (2)
1.餐厨垃圾或有机废弃物制取发动机燃气的设备,包括:厌氧发酵罐、氢气缓冲储气柜、甲烷缓冲储气柜、好氧发酵罐、空气送风机、甲烷气体脱酸设备、甲烷气体脱水和吸附设备、抽气泵、甲烷气体调配罐、甲烷气体压缩机、换热器、循环输送泵、甲烷燃气压缩储存罐、发酵残渣脱水分离机、压力安全报警装置、温度自动控制装置和瓦斯监测装置依次连接组成;其特征在于:自动控制屏(5)中配置有温控仪(25)、压力安全报警器(24)和瓦斯监测仪(23);其中,温控仪(25)的传感器分别联接在发酵罐(1、3、4)内部与发酵物料接触;压力安全报警器(24)连接线配置在氢气缓冲储气柜(2)上,瓦斯监测仪(23)连接线配置在甲烷燃气压缩储存罐(9)上;厌氧发酵罐(1、3)和好氧发酵罐(4)的顶部均配置加料的人孔(18、19、20),发酵罐(1、3、4)的底部出口管分别与循环输送泵(12、13、15)的进口管联通,循环输送泵(12、13、15)的出口分别与换热器(11)的换热管进口联通,换热器(11)的换热管出口分别连通发酵罐(1、3、4)的顶部;厌氧发酵罐(1)的顶部出口联通单向阀门(22)的进口,单向阀门(22)的出口与氢气缓冲储气柜(2)进气口相连通;氢气缓冲储气柜(2)出气口经过抽气泵(21)与产甲烷的厌氧发酵罐(3)的底部曝气管(27)的进气管口相连通;厌氧发酵罐(3)的顶部出气口联通单向阀门(26)的进气口,单向阀门(26)的出气口与甲烷缓冲储气柜(6)的进气口相连通;甲烷缓冲储气柜(6)出气口经过抽气泵(17)连通甲烷气体脱酸设备(7)的内部气体接受管(28);甲烷气体脱酸设备(7)上部储气室的出气管与脱水和吸附设备(30)的进气口联通,脱水和吸附设备(30)的出气口与甲烷气体调配罐(8)进气口联通,甲烷气体调配罐(8)出气口与经甲烷气体压缩机(16)联通甲烷燃气压缩储存罐(9);发酵罐(3、4)的底部配置气体分散器(27、32),好氧发酵罐(4)的底部连接空气送风机(14)的出气口;循环输送泵(15)的出口连接发酵残渣脱水分离机(10)。
2.根据权利要求1的设备,其特征在于:所述的发酵罐,可以采用CSTR混合式厌氧反应器、USR升流式固体床反应器、PFR推流式厌氧反应器、浮泡式发酵罐、带搅拌和换热夹套的立式搪瓷反应釜、塞流式消化器、全混合式消化器、常规消化器、滞留型消化器、IC内循环厌氧反应器、附着膜型消化器、MBR好氧消化设备。
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C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20131009 Termination date: 20131227 |