专利名称：沼气发酵反应器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及沼气发酵领域，特别是，涉及一种用于将农作物的秸秆产生的沼 液进行厌氧发酵的沼气发酵反应器。
背景技术：
长期以来，由于诸如小麦、水稻、玉米、大豆之类的农作物的秸秆的木质纤维素含 量较高、不易被厌氧菌消化、发酵产气量低以及密度小、体积大、不具有流动性等理化性质， 秸秆一直都未能大规模用于沼气的生产，农村沼气一直是以人畜粪便为主。近年来，随着规 模养殖快速推进，分散养殖日益减少，以畜禽粪便为主要发酵原料的农村户用沼气建设受 到一定制约，一方面沼气池发酵原料面临不足，另一方面秋收季节大量秸秆被焚烧，既浪费 了资源，又破坏了环境。由于秸秆的化学成分主要为碳、氮、氧，蕴藏着巨大的生物能。随着 农业及生物技术的进步，加快秸秆在农业领域的清洁循环开发利用，可以节约大量资源，也 减少了环境污染。采用秸秆发酵产生沼气，消耗能源很少，原料成本低廉，可以产生有机肥料，为国 家提供可再生的清洁绿色能源。在传统的秸秆发酵生成沼气的技术中，多为地下混凝土沼 气池发酵，不适合大型工业化生产，存在进出料困难、产气不稳定及发酵速度慢、效率低等 问题。还有一种常压一体化发酵技术，该技术存在储存气囊耐压能力有限，不能超过0. 015 兆帕，而且该气囊价格昂贵，需加压输送运行，人工成本高。
实用新型内容针对上述现有技术的问题和其它不足，本实用新型要解决的技术问题是提供一种 沼气发酵反应器，其采用外盘管加热，避免了内盘管的腐蚀，又可保证冬季发酵所需温度。根据本实用新型的一个方面的实施例，提供一种沼气发酵反应器，包括壳体，所 述壳体内限定用于容纳将被发酵的沼液的储液腔；分别设置在所述壳体上的至少一个进口 和至少一个出口 ；以及加热盘管，所述加热盘管以与所述壳体接触的方式设置在所述壳体 的外部。在上述沼气发酵反应器中，所述加热盘管的横截面为半圆形的环形结构，而且所 述环形结构的直线部分与所述壳体的外壁接触。在上述沼气发酵反应器中，所述壳体包括圆筒形部分；以及分别结合在所述圆 筒形部分上部和下部的上端盖和下端盖，所述上端盖和下端盖都具有向外凸出的凸形形 状。上述沼气发酵反应器进一步包括残留物排放装置，所述残留物排放装置与所述 下端盖的最低部流体连通，并包括圆弧形的过渡部分。在上述沼气发酵反应器中，所述加热盘管包括第一加热盘管和第二加热盘管，所 述第一加热盘管缠绕在所述圆筒形部分下部，所述第二加热盘管结合在所述下端盖的下部 表面上。在上述沼气发酵反应器中，设有多个所述进口，并且所述进口以在同一圆周上等间隔分布的方式设置在所述上端盖上。在上述沼气发酵反应器中，设有多个所述出口，并且所述出口以在同一水平面上 等间隔分布的方式设置在所述圆筒形部分上。在上述沼气发酵反应器中，每个所述出口都具有向内径向延伸的延伸部分，所述 延伸部分的端部具有朝向上部的倾斜切口。上述沼气发酵反应器进一步包括至少三个从所述圆筒形部分向下延伸设置的支 撑部；以及至少三个辅助支撑板，所述辅助支撑板包括第一侧边和第二侧边，所述第一侧边 与所述支撑部连接，所述第二侧边在所述第二侧边的整个长度上与所述下端盖的下表面接 触。上述沼气发酵反应器进一步包括从所述圆筒形部分向下延伸设置的支撑裙部； 以及至少三个辅助支撑板，所述辅助支撑板包括第一侧边和第二侧边，所述第一侧边与所 述支撑裙部连接，所述第二侧边在所述第二侧边的整个长度上与所述下端盖的下表面接 触。上述沼气发酵反应器进一步包括多个支板，所述支板设置在所述下端盖的外部， 并从所述支撑裙部径向向内延伸。在上述沼气发酵反应器中，所述上端盖和下端盖都包括具有弧形结构的主体部 分；与圆筒形部分结合的结合部分；以及位于主体部分和结合部分之间的具有弧形结构的 过渡部分。上述沼气发酵反应器进一步包括设置在所述上端盖上的检查孔和透明视镜。根据本实用新型的实施例提供的沼气发酵反应器为地上、带压、厌氧发酵反应器， 适用于将诸如小麦、水稻、玉米、大豆之类的农作物的秸秆获得的沼液通过加热发酵生成沼 气，利于大型工业化生产，其采用外盘管加热，避免了内盘管的腐蚀，又可保证冬季发酵所
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为了使本实用新型的目的、特征及优点能更加明显易懂，
以下结合附图和具体实 施例对本实用新型作进一步说明，其中图1是显示根据本实用新型的一种示例性实施例的沼气发酵反应器的简易示意 图；图2是显示图1所示沼气发酵反应器的俯视图；图3是显示根据本实用新型的沼气发酵反应器的加热盘管与壳体的结合的放大 示意图；图4是显示根据本实用新型的沼气发酵反应器的辅助支撑板的示意图；以及图5是显示根据本实用新型的沼气发酵反应器的上端盖或者下端盖的截面示意 图。
具体实施方式
虽然将参照含有本实用新型的较佳实施例的附图充分描述本实用新型，但在此描 述之前应了解本领域的普通技术人员可修改本文中所描述的实用新型，同时获得本实用新型的技术效果。因此，须了解以上的描述对本领域的普通技术人员而言为一广泛的揭示，且 其内容不在于限制本实用新型所描述的示例性实施例。图1是显示根据本实用新型的一种示例性实施例的沼气发酵反应器100的简易 示意图。本实用新型的沼气发酵反应器用于利用诸如小麦、水稻、玉米、大豆之类的农作物 的秸秆获得的沼液通过加热发酵生成沼气，包括例如由不锈钢、或者高强度聚酯材料制成 的壳体1，所述壳体1内限定用于容纳将被发酵的沼液的储液腔11 ；分别设置在壳体11上 的至少一个进口 2和至少一个出口 3 ；以及加热盘管4，所述加热盘管4以与壳体1接触的 方式设置在壳体1的外部。其中，沼液从进口 2例如通过泵的驱动流入到储液腔11中；通 过设置在壳体1之外的加热盘管4加热储液腔11之内的沼液，沼液由于受到加热而发酵并 产生沼气；沼气通过排气口 5排出到壳体1之外，例如收集到储气罐，以进一步作为能源使 用；发酵之后的液体由于自重而通过出口 3排出，以进行进一步的处理或者收集，例如作为 肥料使用。在本实用新型的沼气发酵反应器100的一种示例性实施例中，如图3所示，加热盘 管4的横截面为半圆形的环形结构，而且所述环形结构的直线部分与壳体1的外壁接触。进 一步地，加热盘管4包括第一加热盘管41和第二加热盘管42，其中第一加热盘管41缠绕在 圆筒形部分13下部，第二加热盘管42结合在下端盖14的下部表面上，并且可根据需要以 大致平行的方式设置流体连通的多圈第一加热盘管41、以及流体连通的多排第二加热盘管 42。根据本实用新型的沼气发酵反应器，由于加热盘管4设置在壳体1的外部，加热盘管4 不与沼液直接接触，避免了腐蚀性较强的沼液对加热盘管4的腐蚀，延长了加热盘管4的温 度，又可保证沼液特别是在冬季发酵所需的温度，可实现全年都可以生产沼气。进一步地， 加热盘管4采用半圆形的结构，以增大加热盘管4与壳体1接触面积，从而更有效地对储液 腔11内的沼液进行加热。根据本实用新型进一步的示例性实施例，壳体1包括圆筒形部分13 ；以及例如通 过焊接、熔融粘合方式分别对接结合在圆筒形部分13上部和下部的上端盖12和下端盖14， 上端盖12和下端盖14都具有向外凸出的凸形形状。例如，如图5所示，上端盖12和下端 盖14的截面形状为拱形，并具有大致相同的轮廓。例如，上端盖12包括具有较大半径的弧 形结构的主体部分121、与圆筒形部分13例如通过焊接结合的结合部分122、以及位于主体 部分121和结合部分122之间的具有较小半径的弧形结构的过渡部分123。为确保沼气 发酵反应器100的耐压性，整个上端盖12的厚度为大约8-12毫米，优选10毫米；主体部分 121的弧形结构的半径为大约7500-8500毫米，优选8000毫米；过渡部分123的弧形结构的 半径为大约750-850毫米，优选800毫米；结合部分122的高度为大约35-45毫米，优选40 毫米。在一种示例性实施例中，圆筒形部分13、上端盖12和下端盖14采用普通碳钢制成 并喷涂双相环氧树脂漆，全部碳钢部分的层数为2层，喷涂漆的膜厚度大约为0. 4-0. 6mm, 优选大约0. 5mm,采用这种结构，既满足了防腐蚀要求，又实现了成本经济合理的目的。根 据本实用新型的沼气发酵反应器100，储液腔11设置成与外界封闭的，从而可以带压运行。 并且，产生的沼气利用发酵气化的自身压力自动地从排气孔5排出，不需要额外的加压耗 能结构，降低了运行成本和人工成本。根据本实用新型的沼气发酵反应器，进一步包括残留物排放装置6，所述残留物 排放装置6与下端盖14的最低部流体连通，以将储液腔11中的残留物排出。残留物排放
5装置6为大致“L”形管道，并包括具有较大半径的圆弧形的过渡部分61，这样有利于流体形 式的残留物顺利排出，并将残留物作为有机肥料进一步再利用。根据本实用新型的一种示例性实施例的沼气发酵反应器，如图2所示，设有多个 进口 2，例如设置3-8个进口，优选6个进口，并且这些进口 2以在同一圆周上等间隔分布 的方式设置在上端盖12上。这样可在沼气发酵反应器100的顶部上通过多点均勻地输入 沼液，并利用沼液的自重，在不带搅拌的情况下保证破壳(即破掉未反应完全的飘浮在顶 部的秸秆层)过程的顺利进行。进一步地，如图1所示，设有多个出口 3，例如设置3-8个 出口，优选6个出口，并且这些出口 3以在同一水平面上等间隔分布的方式设置在圆筒形部 分11上。可依据实验结果或者实际情况，将出口 3设置在距离圆筒形部分11的下端具有 预定的高度，这样多个出口 3在同一水平面内的圆周内实现均勻多点出料。在更进一步的 的实施例中，每个出口 3都具有向内径向延伸的延伸部分31，所述延伸部分31的端部具有 朝向上部的倾斜切口 32。这样，切口 32在延伸部分31的内端部形成向上的倾斜开口，这样 可使得沼液在储液腔11内发酵过程分层分段地进行，沼气的产气量稳定，沼液反应完全， 残留物细腻质量好。根据本实用新型的沼气发酵反应器的示例性实施例，进一步包括至少三个从圆 筒形部分13向下延伸设置的支撑部7 ；以及至少三个辅助支撑板8，如图4所示，辅助支撑 板8包括第一侧边81和第二侧边82，所述第一侧边81与支撑部7例如通过焊接、螺纹连接 方式进行连接，第二侧边82在第二侧边的整个长度上与下端盖14的下表面接触，以使支撑 部7对壳体1进行稳定的支撑。即第二侧边82的形状与下端盖14的外部形状相匹配，以 使第二侧边82与下端盖14充分地接触。进一步地，在各个支撑部7的下端都连接到一个 共同的基座9，以将本实用新型的沼气发酵反应器100平稳地放置在地面上。在另一种可替换的实施例中，进一步包括从圆筒形部分13向下延伸设置的支撑 裙部；以及至少三个辅助支撑板8，如图4所示，辅助支撑板8包括第一侧边81和第二侧边 82，所述第一侧边81与支撑裙部7例如通过焊接、螺纹连接方式进行连接，第二侧边82在 第二侧边的整个长度上与下端盖14的下表面接触，以使支撑部7对壳体1进行稳定的支 撑。即在实施例中，将不连续的支撑部7替换成呈环形向下延伸的支撑裙部。进一步地，由 于下端盖14的直径较大，壁薄，又要支撑较重的沼液，为此，如图2所示，在下端盖14的外 部例如采用焊接方式设置了多个支板141，例如设置8-15个支板，优选12个。支板141从 支撑裙部径向向内延伸并沿支撑裙部的圆周均勻分布。这种支板141可对下端盖14进行 支撑，提高下端盖14强度。如图1和2所示，本实用新型的沼气发酵反应器进一步包括设置在上端盖12上的 设检查孔10和透明视镜20。通过检查孔10可对储液腔11中的沼液进行取样分析。透明 视镜20设在上端盖12的人孔处，可随时掌握沼液的发酵程度，调整进料，方便检修，使设备 长周期稳定地运行。本实用新型的沼气发酵反应器为地上、带压、厌氧发酵反应器，适用于将诸如小 麦、水稻、玉米、大豆之类的农作物的秸秆获得的沼液通过加热发酵生成沼气，利于大型工 业化生产。沼液在储液腔11内发酵时的发酵压力大约为0. 06-0. 10，优选0. 08兆帕，比一 般的常压发酵生物反应器节省运行成本和人工成本。发酵温度为30 50°C，优选40°C。本领域的技术人员可以理解，上面所描述的实施例都是示例性的，并且本领域的技术人员可以对其进行改进，各种实施例中所描述的结构在不发生结构或者原理方面的冲 突的情况下可以进行自由组合，从而在解决本实用新型的技术问题的基础上，实现更多种 沼气发酵反应器。 在详细说明本实用新型的较佳实施例之后，本领域的技术人员可清楚的了解，在 不脱离随附权利要求的保护范围与精神下可进行各种变化与改变，且本实用新型亦不受限 于说明书中所举示例性实施例的实施方式。
权利要求1.一种沼气发酵反应器，其特征在于，包括壳体，所述壳体内限定用于容纳将被发酵的沼液的储液腔；分别设置在所述壳体上的至少一个进口和至少一个出口；以及加热盘管，所述加热盘管以与所述壳体接触的方式设置在所述壳体的外部。
2.如权利要求1所述的沼气发酵反应器，其特征在于，所述加热盘管的横截面为半圆 形的环形结构，而且所述环形结构的直线部分与所述壳体的外壁接触。
3.如权利要求1或2所述的沼气发酵反应器，其特征在于，所述壳体包括 圆筒形部分；以及分别结合在所述圆筒形部分上部和下部的上端盖和下端盖，所述上端盖和下端盖都具 有向外凸出的凸形形状。
4.如权利要求3所述的沼气发酵反应器，其特征在于，进一步包括残留物排放装置，所述残留物排放装置与所述下端盖的最低部流体连通，并包括圆弧 形的过渡部分。
5.如权利要求3所述的沼气发酵反应器，其特征在于，所述加热盘管包括第一加热盘 管和第二加热盘管，所述第一加热盘管缠绕在所述圆筒形部分下部，所述第二加热盘管结 合在所述下端盖的下部表面上。
6.如权利要求3所述的沼气发酵反应器，其特征在于，设有多个所述进口，并且所述进 口以在同一圆周上等间隔分布的方式设置在所述上端盖上。
7.如权利要求3所述的沼气发酵反应器，其特征在于，设有多个所述出口，并且所述出 口以在同一水平面上等间隔分布的方式设置在所述圆筒形部分上。
8.如权利要求7所述的沼气发酵反应器，其特征在于，每个所述出口都具有向内径向 延伸的延伸部分，所述延伸部分的端部具有朝向上部的倾斜切口。
9.如权利要求3所述的沼气发酵反应器，其特征在于，进一步包括 至少三个从所述圆筒形部分向下延伸设置的支撑部；以及至少三个辅助支撑板，所述辅助支撑板包括第一侧边和第二侧边，所述第一侧边与所 述支撑部连接，所述第二侧边在所述第二侧边的整个长度上与所述下端盖的下表面接触。
10.如权利要求3所述的沼气发酵反应器，其特征在于，进一步包括 从所述圆筒形部分向下延伸设置的支撑裙部；以及至少三个辅助支撑板，所述辅助支撑板包括第一侧边和第二侧边，所述第一侧边与所 述支撑裙部连接，所述第二侧边在所述第二侧边的整个长度上与所述下端盖的下表面接 触。
11.如权利要求10所述的沼气发酵反应器，其特征在于，进一步包括多个支板，所述支 板设置在所述下端盖的外部，并从所述支撑裙部径向向内延伸。
12.如权利要求3所述的沼气发酵反应器，其特征在于，进一步包括设置在所述上端盖 上的检查孔和透明视镜。
13.如权利要求3所述的沼气发酵反应器，其特征在于，所述上端盖和下端盖都包括 具有弧形结构的主体部分；与圆筒形部分结合的结合部分；以及 位于主体部分和结合部分之间的具有弧形结构的过渡部分。
专利摘要公开了一种沼气发酵反应器，包括壳体，所述壳体内限定用于容纳将被发酵的沼液的储液腔；分别设置在所述壳体上的至少一个进口和至少一个出口；以及加热盘管，所述加热盘管以与所述壳体接触的方式设置在所述壳体的外部。其采用外盘管加热，避免了内盘管的腐蚀，又可保证冬季发酵所需温度，适用于将诸如小麦、水稻、玉米、大豆之类的农作物的秸秆获得的沼液通过加热发酵生成沼气，利于大型工业化生产。
文档编号C12M1/107GK201883011SQ2010206584
公开日2011年6月29日 申请日期2010年12月10日 优先权日2010年12月10日
发明者刘秉晖, 司彦军, 朱庆满, 杨静波, 王颖, 范良, 辛军 申请人:新地能源工程技术有限公司