大型沼气工程发酵生产系统及方法与流程

本发明属于沼气工程技术领域，尤其是一种大型沼气工程发酵生产系统及方法。

背景技术：

国家统计局公布的全国粮食生产数据显示，2016年全国粮食总产量6.16亿吨，在粮食产量实现连续增长的同时，农作物秸秆的产出也同步增加，据估算我国农作物秸秆年可收集资源量为7.74亿吨，每年约有三成以上的农作物秸秆被闲置。虽然各地均出台了许多配套措施，但仍然无法解决大量农作物秸秆被闲置、抛弃的现状，造成的资源浪费的同时也对环境产生了严重的污染，要解决闲置农作物秸秆这一问题，必须广泛寻找秸秆的利用途径，秸秆沼气生产就是解决秸秆闲置资源的最佳途径之一，正逐步成为发展生态农业循环经济的关键环节。

目前，我国沼气发酵一般都是靠地下设置的沼气池来实现，将生物质原料投放到地下沼气池内，经发酵产生沼气，再通过一系列的辅助设备将产生的沼气运用于人们的生产和生活。这种沼气发酵系统有以下缺点：一、一般为家庭建造的小型发酵系统，规模小，没有专业维护团队，出现故障不能及时排除，生产效率低，往往都是使用一两年就废弃不用；二、产生的沼气直接输送到用户，供气不够稳定，经常会出现断气等现象，所以应用方面受到限制；三、一般都是采用一次发酵，发酵效果不好，尤其是初期产生的沼气杂气多，不利于后期纯化处理；四、储气装置易损坏，沼气纯度不高，燃烧后易产生有毒气体，安全性不高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种大型沼气工程发酵生产系统，它适合较大规模的沼气发酵工程、运行安全、稳定可靠、产气效率高、沼气纯度高更有利于生产应用。

本发明的另一目的在于提供一种使用大型沼气工程发酵生产系统制造沼气的方法，该方法适合大型沼气工程、方便运行和维护、产气效率高、可实现自动化运行。

本发明第一目的所采用的技术方案是这样实现的：一种大型沼气工程发酵生产系统，它包括沼气发酵子系统和沼气纯化子系统；所述的沼气发酵子系统包括多个沼气生产单元，各沼气生产单元生产的沼气通过管路连通至沼气纯化子系统；其特征在于：所述的沼气生产单元包括一个原料处理池、两个预发酵罐、三个一次发酵罐和一个二次发酵罐；原料处理池通过管路连通水源，原料处理池分别通过管路和给料设备连通两个预发酵罐；两个预发酵罐都通过管路连通水源；两个预发酵罐分别通过管路和气液分离器连通废气输出管路，两个预发酵罐都通过管路和一次发酵给料泵分别连通三个一次发酵罐；三个一次发酵罐都通过管路和二次发酵给料泵连通二次发酵罐，二次发酵罐通过管路和废料输出泵连通至固液分离设备；三个一次发酵罐和一个二次发酵罐分别通过管路和气液分离器连通沼气管路；固液分离设备产生的沼液通过管路连通沼液缓冲罐，沼液缓冲罐通过管路和沼液泵分别连通两个预发酵罐。

进一步，三个一次发酵罐和一个二次发酵罐的底部都通过管路连通至循环泵，循环泵通过管路分别连通至三个一次发酵罐和一个二次发酵罐的顶部。

进一步，三个一次发酵罐和一个二次发酵罐的顶部都设有正负压保护器。

进一步，所述的沼气纯化子系统包括沼气除湿设备、纯化前储气柜、沼气提纯设备和纯化后储气柜；来自沼气发酵子系统的沼气管路连通沼气除湿设备，沼气除湿设备通过管路分别连通纯化前储气柜和沼气提纯设备，纯化前储气柜通过管路连通沼气提纯设备，沼气提纯设备产生的不合格沼气通过管路返回至沼气除湿设备之后的管路上，沼气提纯设备产生的合格沼气通过管路分别连通纯化后储气柜和沼气用户。

进一步，在沼气除湿设备与沼气提纯设备之间的管路上设置用于多余沼气燃烧的火炬。

进一步，所述的纯化前储气柜是2～3个，2～3个纯化前储气柜通过管路并联在沼气除湿设备与沼气提纯设备之间。

本发明第二目的所采用的技术方案是这样实现的：一种使用大型沼气工程发酵生产系统制造沼气的方法，它包括如下步骤：

1)在原料处理池内加入粉碎的生物质原料、水和/或沼液，进行充分搅拌混合；

2)将原料处理池内的固液混合原料分别通过管路和给料设备输送至两个预发酵罐内，固液比例为1∶9～11，温度为32～38℃，搅拌发酵20～36小时，在发酵过程中产生的可燃气体通过气液分离器和管路排出另行处理；

3)预发酵罐内经过发酵的固液混合原料通过一次发酵给料泵分别输送至三个一次发酵罐内，固液比例为1∶9～11，温度为32～38℃，搅拌发酵36～54天，在发酵过程中产生的沼气通过气液分离器除水之后给沼气管路输气；

4)一次发酵罐内经过发酵的固液混合原料通过二次发酵给料泵输送至二次发酵罐内，固液比例为1∶9～11，温度为32～38℃，搅拌发酵12～18天，在发酵过程中产生的沼气通过气液分离器除水之后给沼气管路输气；

5)二次发酵罐内经过发酵的固液混合原料通过废料输出泵输送至固液分离设备，固液分离设备产生的废渣用于生产有机肥，固液分离设备产生的沼液返回至原料处理池和预发酵罐内循环利用；

6)步骤4)和步骤5)产生的沼气通过沼气管路和沼气除湿设备给纯化前储气柜和沼气提纯设备提供沼气；沼气除湿设备对沼气进行除湿，去除沼气中含有的大部分水分；沼气提纯设备产生的不合格沼气通过管路返回至沼气除湿设备之后的管路上，沼气提纯设备产生的合格沼气通过管路分别连通纯化后储气柜和沼气用户。

进一步，一种大型沼气工程发酵生产方法更优化的技术方案是：步骤2)中，固液比例为1∶9～11，温度为34～36℃，搅拌发酵24小时；步骤3)中，固液比例为1∶9～11，温度为34～36℃，搅拌发酵45天；步骤4)中，固液比例为1∶9～11，温度为34～36℃，搅拌发酵15天。

本发明的优点在于：

1)本发明设置了两个预发酵罐，一方面可以将生物质原料与沼液进行充分混合，有利于往一次发酵罐里输送，另一方面经过初始发酵，初始发酵的沼气不纯，它可以把初始发酵产生的气体排出另行处理，有利于一次发酵和二次发酵产生更纯净的沼气，为后期沼气提纯创造更好的条件。

2)它设置了三个一次发酵罐和一个二次发酵罐，通过两次发酵，发酵更充分，发酵效率高，沼气产量高，经济效益显著。

3)它设置了原料处理池，在原料处理池内将经过粉碎称重的生物质原料与沼液和/或来自水源的水进行混合，方便给料设备往两个预发酵罐按计量和比例送料。

4)它包括固液分离设备，发酵完成的固形物和沼液可以通过固液分离设备进行固液分离，分离出来的废渣可以送去生产有机肥，分离出来的沼液返回至原料处理池和预发酵罐，进行循环利用，沼液循环利用有利于节约水资源，同时沼液中含有的发酵菌更有利于生物质发酵产生沼气。

5)所述的沼气纯化子系统包括沼气除湿设备，它可以除去沼气中含有的大部分水分，有利于下一步沼气提纯生产。

6)在沼气除湿设备与沼气提纯设备之间的管路上设置用于多余沼气燃烧的火炬。可以在设备检修期间，将纯化前储气柜容纳不下的沼气消化掉，避免安全事故的发生。

7)沼气提纯设备通过管路分别连通纯化后储气柜和沼气用户，沼气提纯设备生产的纯化沼气可以存贮在纯化后储气柜里，还可以通过管路连通至沼气用户。

8)本发明的方法适合大型沼气工程、方便运行和维护、产气效率高、可实现自动化运行。

附图说明

图1是本发明大型沼气工程发酵生产系统的示意图；

图2是本发明一个沼气生产单元的示意图。

图中：1-沼气生产单元，2-原料处理池，3-预发酵罐，4-一次发酵罐，5-二次发酵罐，6-给料设备，7-气液分离器，8-一次发酵给料泵，9-二次发酵给料泵，10-废料输出泵，11-固液分离设备，12-沼液缓冲罐，13-沼液泵，14-循环泵，15-正负压保护器，16-沼气除湿设备，17-纯化前储气柜，18-沼气提纯设备，19-纯化后储气柜，20-火炬。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1：如图1和图2所示，一种大型沼气工程发酵生产系统，它包括沼气发酵子系统和沼气纯化子系统；所述的沼气发酵子系统包括三个沼气生产单元1，各沼气生产单元1生产的沼气通过管路连通至沼气纯化子系统；所述的沼气生产单元1包括一个原料处理池2、两个预发酵罐3、三个一次发酵罐4和一个二次发酵罐5；原料处理池2通过管路连通水源，原料处理池2分别通过管路和给料设备6连通两个预发酵罐3；两个预发酵罐3都通过管路连通水源；两个预发酵罐3分别通过管路和气液分离器7连通废气输出管路，两个预发酵罐3都通过管路和一次发酵给料泵8分别连通三个一次发酵罐4；三个一次发酵罐4都通过管路和二次发酵给料泵9连通二次发酵罐5，二次发酵罐5通过管路和废料输出泵10连通至固液分离设备11；三个一次发酵罐4和一个二次发酵罐5分别通过管路和气液分离器7连通沼气管路；固液分离设备11产生的沼液通过管路连通沼液缓冲罐12，沼液缓冲罐12通过管路和沼液泵13分别连通两个预发酵罐3。三个一次发酵罐4和一个二次发酵罐5的底部都通过管路连通至循环泵14，循环泵14通过管路分别连通至三个一次发酵罐4和一个二次发酵罐5的顶部。三个一次发酵罐4和一个二次发酵罐5的顶部都设有正负压保护器15。所述的沼气纯化子系统包括沼气除湿设备16、两个纯化前储气柜17、沼气提纯设备18和纯化后储气柜19；来自沼气发酵子系统的沼气管路连通沼气除湿设备16，沼气除湿设备16通过管路分别连通两个纯化前储气柜17和沼气提纯设备18，纯化前储气柜17通过管路连通沼气提纯设备18，沼气提纯设备18产生的纯度低的沼气通过管路返回至沼气除湿设备16之后的管路上，沼气提纯设备18产生的纯度高的沼气通过管路分别连通纯化后储气柜19和沼气用户。在沼气除湿设备16与沼气提纯设备18之间的管路上设置用于多余沼气燃烧的火炬20。

实施例2：一种使用大型沼气工程发酵生产系统制造沼气的方法，在上述设备的基础上，它包括如下步骤：

1)在原料处理池内加入粉碎的生物质原料、水和/或沼液，进行充分搅拌混合；

2)将原料处理池内的固液混合原料分别通过管路和给料设备输送至两个预发酵罐内，固液比例为1∶10，温度为35℃，搅拌发酵24小时，在发酵过程中产生的可燃气体通过气液分离器和管路排出另行处理；

3)预发酵罐内经过发酵的固液混合原料通过一次发酵给料泵分别输送至三个一次发酵罐内，固液比例为1∶10，温度为35℃，搅拌发酵45天，在发酵过程中产生的沼气通过气液分离器除水之后给沼气管路输气；

4)一次发酵罐内经过发酵的固液混合原料通过二次发酵给料泵输送至二次发酵罐内，固液比例为1∶10，温度为35℃，搅拌发酵15天，在发酵过程中产生的沼气通过气液分离器除水之后给沼气管路输气；

5)二次发酵罐内经过发酵的固液混合原料通过废料输出泵输送至固液分离设备，固液分离设备产生的废渣用于生产有机肥，固液分离设备产生的沼液返回至原料处理池和预发酵罐内循环利用；

6)步骤4)和步骤5)产生的沼气通过沼气管路和沼气除湿设备给纯化前储气柜和沼气提纯设备提供沼气；沼气除湿设备对沼气进行除湿，去除沼气中含有的大部分水分；沼气提纯设备产生的不合格沼气通过管路返回至沼气除湿设备之后的管路上，沼气提纯设备产生的合格沼气通过管路分别连通纯化后储气柜和沼气用户。

实施例3：一种使用大型沼气工程发酵生产系统制造沼气的方法，它包括的工艺步骤同实施例2相同，不同之处在于：

步骤2)中，固液比例为1∶11，温度为33，搅拌发酵36小时；

步骤3)中，固液比例为1∶11，温度为33℃，搅拌发酵54天；

步骤4)中，固液比例为1∶11，温度为33℃，搅拌发酵18天。

实施例4：一种使用大型沼气工程发酵生产系统制造沼气的方法，它包括的工艺步骤同实施例2相同，不同之处在于：

步骤2)中，固液比例为1∶9，温度为37℃，搅拌发酵20小时；

步骤3)中，固液比例为1∶9，温度为37℃，搅拌发酵36天；

步骤4)中，固液比例为1∶9，温度为37℃，搅拌发酵12天。

最后应当说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。