一种生物质废料生产二氧化碳、甲烷和生物肥料的装置的制作方法

本实用新型专利适用于生物废料回收装置，特别是涉及一种生物质废料生产二氧化碳、甲烷和生物肥料的装置。

背景技术：

目前，我国沼气生产还是以农村分散沼气池为主，产生的沼气多用作家庭生活燃气，沼气利用率低且直接排放二氧化碳等温室气体。直接用农作物秸秆生产沼气存在一定的生物质能源浪费，本实用新型提出利用生活厨余、生物质垃圾等生物质废料生产高浓度二氧化碳和高纯甲烷，不仅可以大量消耗生物质废料，减轻环境负担，而且产出高纯度甲烷和纯度达98％的高浓度二氧化碳。生物质废料分解后可得高效生物质肥料。

技术实现要素：

本实用新型针对以上缺点，为对生物质废料做无害化处理，并产出较好经济效益，本实用新型提出了一种工业级利用生物质废料生产高浓度二氧化碳，高纯甲烷和高效生物肥料的技术。

为了实现上述目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种生物质废料生产二氧化碳、甲烷和生物肥料的装置，包括沼气发生机构、以及分别连接沼气发生机构的沼泥处理机构和沼气处理机构，上述三机构均由电气控制系统控制运行，所述沼气处理机构包括依次连接的脱硫机构和变压吸附机构，所述沼气经变压吸附机构后分别连有甲烷处理机构和二氧化碳处理机构。

优选的，所述沼泥处理机构包括淤泥收集塔、固液分离和有机肥存储装置；所述固液分离装置底部设置有残液回收装置。

优选的，所述脱硫机构包括至少两个湿法脱硫塔，所述湿法脱硫塔的出口连接到二氧化碳吸附膜底部；所述二氧化碳吸附膜的一个出口连接到二氧化碳处理机构，所述二氧化碳处理机构包括依次连接的二氧化碳压缩机、二氧化碳缓冲罐、二氧化碳质量流量控制器和二氧化碳钢瓶。

优选的，所述二氧化碳吸附膜的另一出口连接到甲烷处理机构，所述甲烷处理机构包括依次连接的甲烷净化塔、复热换热器和甲烷收集罐。

优选的，所述二氧化碳吸附膜的出口处设置有真空泵，所述二氧化碳吸附膜连接有二氧化碳吸附再生装置；所述湿法脱硫塔连接有铁络合物解析再生装置；所述甲烷净化塔顶部进口处连接有空分高压氮气缓冲罐，出口处连接有高压氮气回空分缓冲罐。

优选的，所述甲烷净化塔自下而上依次设置有再沸电加热器、金属丝网波纹填料和氮气冷凝器。

优选的，所述复热换热器设置有冷凉存储介质输入口，所述复热换热器连接有换热气体低温存储装置。

优选的，所述甲烷收集罐分别连接燃料电池发电组、甲烷充装瓶。

优选的，所述电气控制系统包括DCS组态集成控制、沼气发生机构物理环境控制、变压吸附机构压力控制、甲烷净化塔蒸发功率控制、二氧化碳钢瓶充装泵压力控制、甲烷收集罐压力控制。

优选的，所述沼气发生机构包括发酵腔、仿胃黏膜柔性层、隔热填料、外腔组成的仿生物消化过程神经网络；所述发酵腔生物废料入口相连，所述发酵腔还连接有菌种入口、冷却水进口、冷却水出口。

有益效果：本实用新型一种工业级利用生物质废料生产高浓度二氧化碳，高纯甲烷和高效生物肥料的技术可以有效利用生物质废料生产98％以上高浓度二氧化碳和高纯甲烷；利用具有保温措施的生物质发酵罐可以提高生物质废料的沼气产气率，湿式铁络合物可以高效除去沼气中的硫化氢，PSA变压吸附模块可吸附沼气中的二氧化碳，通过吸附膜解析可以得到98％以上的高浓度二氧化碳，低温精馏可以除去沼气中的低沸点组分，得到纯度6n的高纯甲烷。

附图说明

图1是本实用新型构成示意图。

图2是本实用新型甲烷低温净化塔示意图。

图3是本实用新型本实用新型电气部分结构。

图4是本实用新型仿生物胃部消化过程神经网络示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图，对本实用新型作进一步说明，但本实用新型并不局限于以下实施例。

根据图1至图3所示的一种生物质废料生产二氧化碳、甲烷和生物肥料的装置，包括沼气发生机构2、以及分别连接沼气发生机构2的沼泥处理机构和沼气处理机构，上述三机构均由电气控制系统控制运行，沼气处理机构包括依次连接的脱硫机构40和变压吸附机构，沼气经变压吸附机构后分别连有甲烷处理机构和二氧化碳处理机构。

本实用新型将生物肥料通过沼气发生机构2将气体与固液混合物分离，固液混合的沼泥进入淤泥处理机构25等待后续处理，气体通过脱硫机构40后经过变压吸附机构分别进入甲烷处理机构和二氧化碳处理机构获得甲烷产品和二氧化碳产品。

作为进一步优化，沼泥处理机构包括淤泥收集塔25、固液分离装置26和有机肥存储装置27；所述固液分离装置26底部设置有残液回收29出口。

淤泥处理机构25通过固液分离装置26将固液混合物中的液体输送至残液回收装置29，将固体有机肥混合物输送至有机肥存储装置27收集。

作为进一步优化，所述脱硫机构40包括至少两个湿法脱硫塔4，所述湿法脱硫塔4的出口连接到二氧化碳吸附膜7底部；二氧化碳吸附膜7的一个出口连接到二氧化碳处理机构，二氧化碳处理机构包括依次连接的二氧化碳压缩机19、二氧化碳缓冲罐20、二氧化碳质量流量控制器21和二氧化碳钢瓶23；二氧化碳吸附膜7的另一出口连接到甲烷处理机构，甲烷处理机构包括依次连接的甲烷净化塔8、复热换热器12和甲烷收集罐15。

沼气与固液混合物分离后经过由至少两个湿法脱硫塔4组成的脱硫机构40 后以高纯甲烷与二氧化碳混合物的形式进入到变压吸附机构，变压吸附机构中安装二氧化碳吸附膜7，将甲烷与二氧化碳分离，被二氧化碳吸附膜7吸附二氧化碳后的高浓度甲烷气体进入甲烷处理机构，甲烷全部进入到甲烷处理机构后；二氧化碳与二氧化碳吸附膜7分离，使二氧化碳进入二氧化碳处理机构；其中，气体在通过脱硫机构40、湿法脱硫塔4之间、变压吸附机构以及二氧化碳吸附膜7的过程中，均从底部输入，从顶端输出；湿法脱硫塔4中有络合物向下喷淋，与上升气体充分接触反应。

进入甲烷处理机构的高浓度甲烷气体进入到甲烷净化塔8底部后低温精馏，精馏后的甲烷从甲烷净化塔8底部出口输送至复热换热器12后由氮气收集罐15 收集；与二氧化碳吸附膜7分离的二氧化碳经二氧化碳压缩机19压缩后经过二氧化碳缓冲罐20与二氧化碳质量流量控制器21共同调节二氧化碳充装压力，由二氧化碳钢瓶23收集。

作为进一步优化，二氧化碳吸附膜7的出口处设置有真空泵32，二氧化碳吸附膜7连接有二氧化碳吸附再生装置24；湿法脱硫塔4连接有铁络合物解析再生装置9；所述甲烷净化塔8顶部进口处连接有空分高压氮气缓冲罐11，出口处连接有高压氮气回空分缓冲罐10；复热换热器12设置有冷凉存储介质13 输入口，复热换热器12连接有换热气体低温存储装置14。

湿法脱硫塔4铁络合物脱硫后可通过脱硫塔再生装置9使铁络合物逆向反应，重复使用；变压吸附机构通过真空泵32改变、控制吸附压力，通过吸附再生装置24使二氧化碳吸附膜7与二氧化碳分离；精馏后的高纯甲烷在复热换热器12中与输入的高纯甲烷冷凉存储介质13换热，换热后的高纯甲烷冷量存储介质13储存在低温存储装置14中。

作为进一步优化，甲烷净化塔8自下而上依次设置有再沸电加热器61、金属丝网波纹填料60和氮气冷凝器58。

甲烷净化塔8内的甲烷由再沸电加热器61加热后经过金属丝网波纹填料 60，经氮气冷凝器58冷却后获得高纯液态甲烷向下流动，氮气冷凝器58连接有空分高压氮气缓冲罐11和高压氮气回空分缓冲罐10。

作为进一步优化，所述电气控制系统包括DCS组态集成控制、沼气发生机构2物理环境控制、变压吸附机构压力控制、甲烷净化塔8蒸发功率控制、二氧化碳钢瓶23充装泵压力控制、甲烷收集罐15压力控制等。

本实用新型电气控制部分包括沼气输出流量控制阀3，沼气发生机构2物理环境控制，变压吸附机构压力控制，甲烷净化塔8蒸发功率控制，二氧化碳压缩机19，甲烷充装瓶17，二氧化碳充装质量流量控制器21，DCS组态集成控制31，真空泵32，真空切断阀33，真空电阻规34；其中DCS组态界面具有简洁、直观、易操作的特点，沼气发生机构2内发酵环境通过DCS控制冷却循环水流量调节，保持发酵环境稳定在具有较高沼气产率的区间；沼气输出流量调阀能够根据DCS中控或者沼气发酵池内压力变化自动调节沼流量，从而能保障沼气发生机构2内压力波动较小；通过调节变压吸附机构内压力使对二氧化碳的选择吸附性增强，提高脱二氧化碳效果；甲烷净化塔产率可通过调节塔底部蒸发功率实现。

作为进一步优化，所述沼气发生机构2包括发酵腔42、仿胃黏膜柔性层、隔热填料43、外腔44组成的仿生物消化过程神经网络；所述发酵腔42生物废料入口37相连，所述发酵腔42还连接有菌种入口38、冷却水进口45、冷却水出口46；通过分布在内腔表面的电机输出轴39模仿胃部消化动力，提高沼气生产率，冷却水带走发酵产生的热量，使内腔温度保持在发酵适宜的稳定范围。

作为进一步优化，甲烷收集罐15分别连接燃料电池发电组16、甲烷充装瓶 17；甲烷充装瓶17、二氧化碳钢瓶23和有机肥存储装置27底部设置有电子天平22；甲烷充装瓶17、二氧化碳钢瓶23和有机肥存储装置27均连接有适配的拖车28。

本实用新型获得的甲烷可直接输送至甲烷发电组16燃烧发电，且在甲烷充装瓶17、有机肥存储装置27和二氧化碳钢瓶23下方设置有电子天平22，保证精准充装；充装后的甲烷充装瓶17、有机肥存储装置27和二氧化碳钢瓶23连接拖车28，直接运输保存。

本实用新型一种工业级利用生物质废料生产高浓度二氧化碳，高纯甲烷和高效生物肥料的技术，通过生物仿生学原理，模拟生物胃部消化动力，大大提高了生物质废料发酵的沼气产率，同时可得到高效生物肥料；通过湿式脱硫塔和变压吸附机构可得到98％以上高浓度二氧化碳；甲烷净化塔8利用空分高压氮气做冷源，在避免空分设备冷量浪费同时降低了本实用新型的能耗；出净化塔高纯甲烷与冷媒换热，在复热高纯甲烷的同时，避免了系统冷量的浪费。

最后，需要注意的是，本实用新型不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。