大型沼氣工程發酵生產系統及方法與流程

本發明屬于沼氣工程技術領域，尤其是一種大型沼氣工程發酵生產系統及方法。

背景技術：

國家統計局公布的全國糧食生產數據顯示，2016年全國糧食總產量6.16億噸，在糧食產量實現連續增長的同時，農作物秸稈的產出也同步增加，據估算我國農作物秸稈年可收集資源量為7.74億噸，每年約有三成以上的農作物秸稈被閑置。雖然各地均出臺了許多配套措施，但仍然無法解決大量農作物秸稈被閑置、拋棄的現狀，造成的資源浪費的同時也對環境產生了嚴重的污染，要解決閑置農作物秸稈這一問題，必須廣泛尋找秸稈的利用途徑，秸稈沼氣生產就是解決秸稈閑置資源的最佳途徑之一，正逐步成為發展生態農業循環經濟的關鍵環節。

目前，我國沼氣發酵一般都是靠地下設置的沼氣池來實現，將生物質原料投放到地下沼氣池內，經發酵產生沼氣，再通過一系列的輔助設備將產生的沼氣運用于人們的生產和生活。這種沼氣發酵系統有以下缺點：一、一般為家庭建造的小型發酵系統，規模小，沒有專業維護團隊，出現故障不能及時排除，生產效率低，往往都是使用一兩年就廢棄不用；二、產生的沼氣直接輸送到用戶，供氣不夠穩定，經常會出現斷氣等現象，所以應用方面受到限制；三、一般都是采用一次發酵，發酵效果不好，尤其是初期產生的沼氣雜氣多，不利于后期純化處理；四、儲氣裝置易損壞，沼氣純度不高，燃燒后易產生有毒氣體，安全性不高。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種大型沼氣工程發酵生產系統，它適合較大規模的沼氣發酵工程、運行安全、穩定可靠、產氣效率高、沼氣純度高更有利于生產應用。

本發明的另一目的在于提供一種使用大型沼氣工程發酵生產系統制造沼氣的方法，該方法適合大型沼氣工程、方便運行和維護、產氣效率高、可實現自動化運行。

本發明第一目的所采用的技術方案是這樣實現的：一種大型沼氣工程發酵生產系統，它包括沼氣發酵子系統和沼氣純化子系統；所述的沼氣發酵子系統包括多個沼氣生產單元，各沼氣生產單元生產的沼氣通過管路連通至沼氣純化子系統；其特征在于：所述的沼氣生產單元包括一個原料處理池、兩個預發酵罐、三個一次發酵罐和一個二次發酵罐；原料處理池通過管路連通水源，原料處理池分別通過管路和給料設備連通兩個預發酵罐；兩個預發酵罐都通過管路連通水源；兩個預發酵罐分別通過管路和氣液分離器連通廢氣輸出管路，兩個預發酵罐都通過管路和一次發酵給料泵分別連通三個一次發酵罐；三個一次發酵罐都通過管路和二次發酵給料泵連通二次發酵罐，二次發酵罐通過管路和廢料輸出泵連通至固液分離設備；三個一次發酵罐和一個二次發酵罐分別通過管路和氣液分離器連通沼氣管路；固液分離設備產生的沼液通過管路連通沼液緩沖罐，沼液緩沖罐通過管路和沼液泵分別連通兩個預發酵罐。

進一步，三個一次發酵罐和一個二次發酵罐的底部都通過管路連通至循環泵，循環泵通過管路分別連通至三個一次發酵罐和一個二次發酵罐的頂部。

進一步，三個一次發酵罐和一個二次發酵罐的頂部都設有正負壓保護器。

進一步，所述的沼氣純化子系統包括沼氣除濕設備、純化前儲氣柜、沼氣提純設備和純化后儲氣柜；來自沼氣發酵子系統的沼氣管路連通沼氣除濕設備，沼氣除濕設備通過管路分別連通純化前儲氣柜和沼氣提純設備，純化前儲氣柜通過管路連通沼氣提純設備，沼氣提純設備產生的不合格沼氣通過管路返回至沼氣除濕設備之后的管路上，沼氣提純設備產生的合格沼氣通過管路分別連通純化后儲氣柜和沼氣用戶。

進一步，在沼氣除濕設備與沼氣提純設備之間的管路上設置用于多余沼氣燃燒的火炬。

進一步，所述的純化前儲氣柜是2～3個，2～3個純化前儲氣柜通過管路并聯在沼氣除濕設備與沼氣提純設備之間。

本發明第二目的所采用的技術方案是這樣實現的：一種使用大型沼氣工程發酵生產系統制造沼氣的方法，它包括如下步驟：

1)在原料處理池內加入粉碎的生物質原料、水和/或沼液，進行充分攪拌混合；

2)將原料處理池內的固液混合原料分別通過管路和給料設備輸送至兩個預發酵罐內，固液比例為1∶9～11，溫度為32～38℃，攪拌發酵20～36小時，在發酵過程中產生的可燃氣體通過氣液分離器和管路排出另行處理；

3)預發酵罐內經過發酵的固液混合原料通過一次發酵給料泵分別輸送至三個一次發酵罐內，固液比例為1∶9～11，溫度為32～38℃，攪拌發酵36～54天，在發酵過程中產生的沼氣通過氣液分離器除水之后給沼氣管路輸氣；

4)一次發酵罐內經過發酵的固液混合原料通過二次發酵給料泵輸送至二次發酵罐內，固液比例為1∶9～11，溫度為32～38℃，攪拌發酵12～18天，在發酵過程中產生的沼氣通過氣液分離器除水之后給沼氣管路輸氣；

5)二次發酵罐內經過發酵的固液混合原料通過廢料輸出泵輸送至固液分離設備，固液分離設備產生的廢渣用于生產有機肥，固液分離設備產生的沼液返回至原料處理池和預發酵罐內循環利用；

6)步驟4)和步驟5)產生的沼氣通過沼氣管路和沼氣除濕設備給純化前儲氣柜和沼氣提純設備提供沼氣；沼氣除濕設備對沼氣進行除濕，去除沼氣中含有的大部分水分；沼氣提純設備產生的不合格沼氣通過管路返回至沼氣除濕設備之后的管路上，沼氣提純設備產生的合格沼氣通過管路分別連通純化后儲氣柜和沼氣用戶。

進一步，一種大型沼氣工程發酵生產方法更優化的技術方案是：步驟2)中，固液比例為1∶9～11，溫度為34～36℃，攪拌發酵24小時；步驟3)中，固液比例為1∶9～11，溫度為34～36℃，攪拌發酵45天；步驟4)中，固液比例為1∶9～11，溫度為34～36℃，攪拌發酵15天。

本發明的優點在于：

1)本發明設置了兩個預發酵罐，一方面可以將生物質原料與沼液進行充分混合，有利于往一次發酵罐里輸送，另一方面經過初始發酵，初始發酵的沼氣不純，它可以把初始發酵產生的氣體排出另行處理，有利于一次發酵和二次發酵產生更純凈的沼氣，為后期沼氣提純創造更好的條件。

2)它設置了三個一次發酵罐和一個二次發酵罐，通過兩次發酵，發酵更充分，發酵效率高，沼氣產量高，經濟效益顯著。

3)它設置了原料處理池，在原料處理池內將經過粉碎稱重的生物質原料與沼液和/或來自水源的水進行混合，方便給料設備往兩個預發酵罐按計量和比例送料。

4)它包括固液分離設備，發酵完成的固形物和沼液可以通過固液分離設備進行固液分離，分離出來的廢渣可以送去生產有機肥，分離出來的沼液返回至原料處理池和預發酵罐，進行循環利用，沼液循環利用有利于節約水資源，同時沼液中含有的發酵菌更有利于生物質發酵產生沼氣。

5)所述的沼氣純化子系統包括沼氣除濕設備，它可以除去沼氣中含有的大部分水分，有利于下一步沼氣提純生產。

6)在沼氣除濕設備與沼氣提純設備之間的管路上設置用于多余沼氣燃燒的火炬。可以在設備檢修期間，將純化前儲氣柜容納不下的沼氣消化掉，避免安全事故的發生。

7)沼氣提純設備通過管路分別連通純化后儲氣柜和沼氣用戶，沼氣提純設備生產的純化沼氣可以存貯在純化后儲氣柜里，還可以通過管路連通至沼氣用戶。

8)本發明的方法適合大型沼氣工程、方便運行和維護、產氣效率高、可實現自動化運行。

附圖說明

圖1是本發明大型沼氣工程發酵生產系統的示意圖；

圖2是本發明一個沼氣生產單元的示意圖。

圖中：1-沼氣生產單元，2-原料處理池，3-預發酵罐，4-一次發酵罐，5-二次發酵罐，6-給料設備，7-氣液分離器，8-一次發酵給料泵，9-二次發酵給料泵，10-廢料輸出泵，11-固液分離設備，12-沼液緩沖罐，13-沼液泵，14-循環泵，15-正負壓保護器，16-沼氣除濕設備，17-純化前儲氣柜，18-沼氣提純設備，19-純化后儲氣柜，20-火炬。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

實施例1：如圖1和圖2所示，一種大型沼氣工程發酵生產系統，它包括沼氣發酵子系統和沼氣純化子系統；所述的沼氣發酵子系統包括三個沼氣生產單元1，各沼氣生產單元1生產的沼氣通過管路連通至沼氣純化子系統；所述的沼氣生產單元1包括一個原料處理池2、兩個預發酵罐3、三個一次發酵罐4和一個二次發酵罐5；原料處理池2通過管路連通水源，原料處理池2分別通過管路和給料設備6連通兩個預發酵罐3；兩個預發酵罐3都通過管路連通水源；兩個預發酵罐3分別通過管路和氣液分離器7連通廢氣輸出管路，兩個預發酵罐3都通過管路和一次發酵給料泵8分別連通三個一次發酵罐4；三個一次發酵罐4都通過管路和二次發酵給料泵9連通二次發酵罐5，二次發酵罐5通過管路和廢料輸出泵10連通至固液分離設備11；三個一次發酵罐4和一個二次發酵罐5分別通過管路和氣液分離器7連通沼氣管路；固液分離設備11產生的沼液通過管路連通沼液緩沖罐12，沼液緩沖罐12通過管路和沼液泵13分別連通兩個預發酵罐3。三個一次發酵罐4和一個二次發酵罐5的底部都通過管路連通至循環泵14，循環泵14通過管路分別連通至三個一次發酵罐4和一個二次發酵罐5的頂部。三個一次發酵罐4和一個二次發酵罐5的頂部都設有正負壓保護器15。所述的沼氣純化子系統包括沼氣除濕設備16、兩個純化前儲氣柜17、沼氣提純設備18和純化后儲氣柜19；來自沼氣發酵子系統的沼氣管路連通沼氣除濕設備16，沼氣除濕設備16通過管路分別連通兩個純化前儲氣柜17和沼氣提純設備18，純化前儲氣柜17通過管路連通沼氣提純設備18，沼氣提純設備18產生的純度低的沼氣通過管路返回至沼氣除濕設備16之后的管路上，沼氣提純設備18產生的純度高的沼氣通過管路分別連通純化后儲氣柜19和沼氣用戶。在沼氣除濕設備16與沼氣提純設備18之間的管路上設置用于多余沼氣燃燒的火炬20。

實施例2：一種使用大型沼氣工程發酵生產系統制造沼氣的方法，在上述設備的基礎上，它包括如下步驟：

1)在原料處理池內加入粉碎的生物質原料、水和/或沼液，進行充分攪拌混合；

2)將原料處理池內的固液混合原料分別通過管路和給料設備輸送至兩個預發酵罐內，固液比例為1∶10，溫度為35℃，攪拌發酵24小時，在發酵過程中產生的可燃氣體通過氣液分離器和管路排出另行處理；

3)預發酵罐內經過發酵的固液混合原料通過一次發酵給料泵分別輸送至三個一次發酵罐內，固液比例為1∶10，溫度為35℃，攪拌發酵45天，在發酵過程中產生的沼氣通過氣液分離器除水之后給沼氣管路輸氣；

4)一次發酵罐內經過發酵的固液混合原料通過二次發酵給料泵輸送至二次發酵罐內，固液比例為1∶10，溫度為35℃，攪拌發酵15天，在發酵過程中產生的沼氣通過氣液分離器除水之后給沼氣管路輸氣；

5)二次發酵罐內經過發酵的固液混合原料通過廢料輸出泵輸送至固液分離設備，固液分離設備產生的廢渣用于生產有機肥，固液分離設備產生的沼液返回至原料處理池和預發酵罐內循環利用；

6)步驟4)和步驟5)產生的沼氣通過沼氣管路和沼氣除濕設備給純化前儲氣柜和沼氣提純設備提供沼氣；沼氣除濕設備對沼氣進行除濕，去除沼氣中含有的大部分水分；沼氣提純設備產生的不合格沼氣通過管路返回至沼氣除濕設備之后的管路上，沼氣提純設備產生的合格沼氣通過管路分別連通純化后儲氣柜和沼氣用戶。

實施例3：一種使用大型沼氣工程發酵生產系統制造沼氣的方法，它包括的工藝步驟同實施例2相同，不同之處在于：

步驟2)中，固液比例為1∶11，溫度為33，攪拌發酵36小時；

步驟3)中，固液比例為1∶11，溫度為33℃，攪拌發酵54天；

步驟4)中，固液比例為1∶11，溫度為33℃，攪拌發酵18天。

實施例4：一種使用大型沼氣工程發酵生產系統制造沼氣的方法，它包括的工藝步驟同實施例2相同，不同之處在于：

步驟2)中，固液比例為1∶9，溫度為37℃，攪拌發酵20小時；

步驟3)中，固液比例為1∶9，溫度為37℃，攪拌發酵36天；

步驟4)中，固液比例為1∶9，溫度為37℃，攪拌發酵12天。

最后應當說明的是，以上具體實施方式僅用以說明本發明的技術方案，而非對本發明保護范圍的限制，本領域的普通技術人員對本發明的技術方案進行的簡單修改或者等同替換，均不脫離本發明技術方案的實質和范圍。