本发明涉及养殖及资源综合利用技术领域，具体涉及一种利用畜禽养殖废弃物就地制造有机复合肥的生产系统。
背景技术：
环境污染和能源短缺是世界性的两大主题，开发绿色的环境治理及可再生能源生产的技术已迫在眉睫。据统计，我国规模化畜禽养殖每年产生的畜禽养殖废弃物（粪便）达到约38亿吨，若完全转化成沼气相当于1.62亿吨标准煤，而其中仅有约15%配备了沼气工程处理设备。畜禽粪便已成为农业面源污染的主要源头之一，大量的畜禽粪便未经处理，擅自排放，严重的污染了生活环境及地下水源，粪污、臭气的污染对农业、养殖业的健康可持续发展造成巨大威胁。然而，畜禽养殖废弃物既会成为污染源，也可能成为优质的生物质能。
现有技术中，生物质制沼气已普及多年。为了有效利用畜禽养殖中产生的畜禽粪便，一些地区开始利用畜禽粪便制造沼气。沼气是有机物质在厌氧条件下，经过微生物的发酵作用而生成的一种可燃气体。但是，现有的畜禽养殖过程中处理粪便的方法，存在的主要问题是：（1）目前畜禽粪便的处理效率低，没有综合处理，而且设备主要依靠外部电站的高压集中式发电进行供电，无法为交通不便的偏远地区供电，从而限制了养殖场地的选择；（2）现有技术利用畜禽粪便厌氧发酵制备沼气后的沼渣和沼液直接填埋和排放，不仅对环境造成污染，而且浪费了资源，由于沼液和沼渣含有丰富的营养物质，经处理和加工后可转化为高效有机肥料；（3）现有技术中也有利用沼气进行发电，但现有的沼气发电系统是通过沼气燃烧的方式进行热能发电，即先从热能转化为机械能，再从机械能转化为电能，二次转化效率过低，故未能得到广泛应用。
技术实现要素：
针对现有技术存在上述技术问题，本发明的目的在于提供一种利用畜禽养殖废弃物就地制造有机复合肥的生产系统，该系统利用自身的畜禽养殖废弃物就地实现热能和电能的高效转化并利用该热能、电能以及沼气发酵的废弃物制造有机复合肥，实现能源的综合利用。
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
提供利用畜禽养殖废弃物就地制造有机复合肥的生产系统，包括用于存储畜禽粪便的粪便收集池、用于存储畜禽尿液和冲洗水等污水的污水沉淀池、污水沼气发酵池、粪便沼气发酵池、用于将沼气分离出甲烷的甲烷提取装置、用于将甲烷合成甲醇的甲醇合成装置、甲醇水重整制氢发电装置、固液分离装置、沼液池、沼渣池、液体浓缩肥加工装置、固体有机肥加工装置；所述甲醇水重整制氢发电装置包括重整器、燃料电池和控制装置，所述重整器包括重整室、分离室以及为重整室提供重整制氢反应所需温度的电加热器，所述控制装置包括控制器和用于向外输出电能的电力输出端口；
所述污水沉淀池的浓液出口与所述粪便收集池连通，所述污水沉淀池的清液出口与污水沼气发酵池连通，所述粪便收集池与所述粪便沼气发酵池连通，所述污水沼气发酵池和污粪便沼气发酵池的沼气出口依次与甲烷提取装置、甲醇合成装置连接、发电系统连接；由所述甲醇合成装置制备的甲醇和水的混合溶液通过输送泵输送至所述重整器内发生甲醇和水的重整制氢反应，制得氢气和高温余气，所述氢气输送至燃料电池产生电能，该电能通过电力输出端口为所述输送泵、电加热器以及其他用电设备供电；所述高温余气收集至高温余气收集装置以供系统中沼气发酵、有机肥发酵以及甲醇合成反应所需的温度；
所述粪便沼气发酵池的出料口通过缓冲池与所述固液分离器连接，所述固液分离器和所述污水沼气发酵池的沼液出口均依次与所述沼液池、所述液体浓缩肥加工装置连接，所述固液分离器的沼渣出口依次与所述沼渣池、所述固体有机肥加工装置。
其中，所述液体浓缩肥加工装置包括依次连接的膜过滤器、浓缩装置和液体浓缩肥存储器，所述沼液池与所述膜过滤器连接，所述膜过滤器的浓液出口与所述浓缩装置连接，所述膜过滤器的清液出口与清液回收池连接。
其中，所述固体有机肥加工装置包括依次连接的压滤机、烘干装置、粉碎装置、搅拌式发酵罐和造粒装置，所述沼液池的进料口与所述压滤机的进料口连接，所述压滤机的出料口通过高压泵与所述烘干装置连接，所述高压泵与控制器电连接。
其中，所述烘干装置的蒸汽出口通过第一加热管路与所述高温余气收集装置连接，所述第一加热管路设置有与控制器连接的调节阀，所述烘干装置设置有与控制器连接的温度传感器。
其中，所述固体有机肥加工装置还包括温湿调节机，所述温湿调节机包括混合送风器，所述混合送风器的进气口分别与高温余气收集装置、用于注入外界空气的风机和用于注入水汽并连接水源的雾化器连接，所述混合送风器的出气口与所述搅拌式发酵罐的进气口连接，所述搅拌式发酵罐内设置有与控制器连接的温度传感器和湿度传感器；所述混合送风器的进气口通过第二加热管路与所述高温余气收集装置连接，所述第二加热管路设置有与控制器连接的调节阀，所述风机和雾化器分别与所述控制器电连接。
其中，所述混合送风器设置有混气腔，所述混气腔内设有用于使风机输送的空气、高温余气收集装置输送的高温余气以及雾化器输送的水汽三者混合均匀的蛇形匀化通道。
其中，所述污水沼气发酵池和粪便沼气发酵池的池壁和/或池底设置有用于通入加热介质的夹层，所述夹层的进气口通过所述第三加热管路与所述高温余气收集装置连接，所述污水沼气发酵池和粪便沼气发酵池内设置有与控制器连接的温度传感器。
其中，所述甲醇合成装置包括依次连接的压缩机、甲醇合成塔、气液分离器和甲醇水溶液存储器，由所述氨气吸收塔的出气口输出的甲烷气体以及氧气分别通过输送管道与压缩机的进气口连通，所述气液分离器的出液口与所述甲醇水溶液存储器连接，所述气液分离器的出气口通过循环管路与压缩机的进气口连通；所述输送管道和循环管路均设置有与控制器连接的气体流量控制阀，所述甲醇合成塔设置有与所述高温余气收集装置连接的第四加热管路，所述第四加热管路设置有与控制器连接的调节阀，甲醇合成塔内设置有与控制器连接的温度传感器和压力传感器。
其中，所述甲醇水溶液存储器和所述甲醇水重整器之间输送管路上设置有换热器，低温的甲醇水溶液与重整器输出的高温氢气经所述换热器进行热交换。
其中，所述重整器设置有启动装置，所述启动装置在重整器启动过程中为所述电加热器和输送泵供电。
本发明的有益效果：
发明的利用畜禽养殖废弃物就地制造有机复合肥的生产系统，利用畜禽养殖过程产生的大量畜禽养殖废弃物，包括粪便和污水（主要是畜禽尿液和冲洗水）两部分，粪便和污水分别进行沼气发酵，二者产生的沼气先经过甲烷提取装置提取出甲烷，然后甲烷经甲醇合成装置合成甲醇，该甲醇与水的混合溶液作为甲醇水重整制氢反应的原料，制得氢气和高温余气，其中的氢气再输送至燃料电池产生电能，该电能为整个系统的所有用电设备供电，其中的高温余气的温度高达300~600℃，这部分高品质的热能为系统中沼气发酵、有机肥发酵以及甲醇合成反应所需的温度；沼气发酵后的沼液和沼渣分别经过固液分离装置、液体浓缩肥加工装置、固体有机肥加工装置处理后，制造液体浓缩肥和固体有机肥，从而形成一个循环的生态系统。与现有技术相比，本发明具有以下优点：
（1）本发明就地实现畜禽养殖废弃物-沼气-甲醇-电能/热能的高效转化和利用，其中：一方面系统转化的电能可以自给自足，无需外来供电，而且该系统输出的电能为直流电，无需转换即可直接供直流电器使用，相比目前的直流高压集中式发电的方式，具有随用随发、易于分布安装、成本低的特点，不受场地的限制，更加适合农村养殖业；另一方面，系统利用甲醇水重整制氢反应所产生大量高品质的热能（高温余气的温度高达300~600℃），这部分热能得到充分的利用，直接供沼气发酵、有机肥发酵以及甲醇合成反应所需的温度，由此本发明利用畜禽养殖废弃物产生热能和电能，并利用自身产生的电能和热能就地制造有机复合肥，使生物质能源得到高效地转化和利用，形成生态循环的系统，其具有广阔的产业化应用前景；
（2）本发明利用畜禽养殖废弃物产生的电能和热能，进一步将沼气发酵后产生的沼液和沼渣，加工成液体浓缩肥和固体有机肥，直接用于农作物的使用，减少化肥的用量，有效解决畜禽养殖场环境污染问题，促进畜禽养殖业和农业的生态发展，并实现生物质能源的综合利用，节能和环保效果显著。
附图说明
图1为本发明的利用畜禽养殖废弃物就地制造有机复合肥的生产系统的结构示意图。
图2为本发明的利用畜禽养殖废弃物就地制造有机复合肥的生产系统的甲醇合成装置的结构示意图。
附图标记：
粪便收集池1、污水沉淀池2、污水沼气发酵池3、粪便沼气发酵池4、甲烷提取装置5；
甲醇合成装置6、压缩机61、甲醇合成塔62、气液分离器63、甲醇水溶液存储器64；
液体浓缩肥加工装置7、膜过滤器71、浓缩装置72、液体浓缩肥存储器73；
甲醇水重整制氢发电装置8、重整器81、燃料电池82、控制装置83、电加热器84；
固体有机肥加工装置9、压滤机91、烘干装置92、粉碎装置93、搅拌式发酵罐94、造粒装置95、温湿调节机96、混合送风器961、风机962、雾化器963、蛇形匀化通道964；
缓冲池10、固液分离器11、沼液池12、沼渣池13、输送泵14、高温余气收集装置15、调节阀16、换热器17、气体流量控制阀18；
第一加热管路20、第二加热管路30、第三加热管路40、第四加热管路50、循环管路60。
具体实施方式
以下结合具体实施例及附图对本发明进行详细说明。
利用畜禽养殖废弃物就地制造有机复合肥的生产系统，如图1所示，包括设置于养殖场附近的用于存储畜禽粪便的粪便收集池1、用于存储畜禽尿液和冲洗水等污水的污水沉淀池2、污水沼气发酵池3、粪便沼气发酵池4、用于将沼气分离出甲烷的甲烷提取装置5、用于将甲烷合成甲醇的甲醇合成装置6、甲醇水重整制氢发电装置8、固液分离装11置、沼液池12、沼渣池13、液体浓缩肥加工装置7、固体有机肥加工装置9。甲醇水重整制氢发电装置8包括重整器81、燃料电池82和控制装置83，重整器81包括重整室、分离室以及为重整室提供重整制氢反应所需温度的电加热器84，控制装置83包括控制器和用于向外输出电能的电力输出端口。其中：
养殖场畜禽养殖过程产生的大量畜禽养殖废弃物包括粪便和污水（主要是畜禽尿液和冲洗水）两部分，其中粪便统一收集后输送至粪便收集池1，畜禽尿液和冲洗水等污水可通过管道输送至污水沉淀池2，污水沉淀池2的浓液出口与粪便收集池1连通，污水沉淀池2的清液出口与污水沼气发酵池3连通，粪便收集池1通过高压泵与粪便沼气发酵池4连通，污水沼气发酵池3和粪便沼气发酵池4的沼气出口通过第一管道50依次与甲烷提取装置5、甲醇合成装置6连通，甲醇合成装置6的出液口通过输送泵14与重整器81连接。该过程中经污水沉淀池2沉淀处理后的污水清液进入污水沼气发酵池3进行沼气发酵，而污水沉淀池2底部的浓液与粪便收集池1的粪便一同进入粪便沼气发酵池4进行沼气发酵，由于粪便和污水的主要成分、含水量不同，将两者分开进行厌氧发酵，可以提高沼气的产率。污水沼气发酵池3和粪便沼气发酵池4产生的沼气先经过甲烷提取装置5提取出甲烷，然后获得的甲烷再进入甲醇合成装置6合成甲醇。
上述由甲醇合成装置6制备的甲醇和水的混合液又作为甲醇水重整制氢发电装置中制氢和发电的原料，在重整器81内在高温和催化剂的条件下发生甲醇和水的重整制氢反应（甲醇水重整制氢反应为现有技术，本实施例中不再详细说明），制得以二氧化碳和氢气为主的混合气体，该混合气体经分离室分离出氢气和高温余气，该氢气输送至燃料电池82产生电能，该电能通过电力输出端口为输送泵14、电加热器84以及系统内的其他用电设备供电，从而就地实现畜禽养殖废弃物-沼气-甲醇-电能的高效转化和利用，自给自足，无需外来供电。而且该系统输出的电能为直流电，直接供直流电器使用，也无需变压器模块及后续的整流模块等，相比目前的直流高压集中式发电的方式，具有随用随发、易于分布安装的特点，更加适合农村养殖业。输送泵14与控制器电连接，可实现自动化控制。同时，由重整器81的分离室分离出的高温余气的温度为300~600℃，将高温余气收集至高温余气收集装置15，这部分高品质的热能直接供系统中沼气发酵、有机肥发酵以及甲醇合成反应所需的温度。由此充分利用了本系统在甲醇水重整制氢反应产生的热能，大大降低了系统自身加热所需的能耗，具有节能的作用。
本实施例中，污水沼气发酵池3和粪便沼气发酵池4经过沼气发酵后产生的沼渣和沼液由于含有丰富的营养物质，可进一步用于加工液体浓缩肥和固体有机肥，并利用本发明的系统自身产生的电能和热能实现加工生产。其中：
粪便沼气发酵池4的出料口通过缓冲池10与固液分离器11连接，固液分离器11和污水沼气发酵池3的沼液出口均依次与沼液池12、液体浓缩肥加工装置7连接，固液分离器11的沼渣出口依次与沼渣池13、固体有机肥加工装置9。污水沼气发酵池3主要是对污水进行发酵，发酵后产物主要是沼液，将这部分沼液存储于沼液池12，而粪便沼气发酵池4主要是粪便的厌氧发酵，发酵后产生大量沼渣和少量的沼液，需要先经过固液分离器11分离出沼渣存储于沼渣池13备用，分离出的沼液存储于沼液池12，然后沼液池12内的沼液再经过液体浓缩肥加工装置7处理后获得液体浓缩肥，沼渣池13中的沼渣通过固体有机肥加工装置9制备农业有机肥。
本实施例中，液体浓缩肥加工装置7包括依次连接的膜过滤器71、浓缩装置72和液体浓缩肥存储器73，沼液池12与膜过滤器71连接，膜过滤器71的浓液出口与浓缩装置72连接，膜过滤器71的清液出口与清液回收池连接。沼液先经过膜过滤器71过滤后获得的清液作为冲洗用水回用，膜过滤器71过滤后的浓液经浓缩装置72浓缩后获得的液体浓缩肥存储于液体浓缩肥存储器73，可直接用于农作物的种植。
本实施例中，固体有机肥加工装置9包括依次连接的压滤机91、烘干装置92、粉碎装置93、搅拌式发酵罐94和造粒装置95，沼液池12的进料口与压滤机91的进料口连接，压滤机91的出料口通过高压泵与烘干装置92连接，高压泵与控制器电连接。沼渣池13内收集的沼渣经压滤机91压榨过滤后获得的滤饼依次经过烘干装置92烘干、粉碎装置93粉碎后进入搅拌式发酵罐94进行微生物发酵，发酵后形成固体有机肥，最后再送入造粒装置95制成颗粒状的产品。
具体的，烘干装置92的蒸汽出口通过第一加热管路20与高温余气收集装置15连接，第一加热管路20设置有与控制器连接的调节阀，烘干装置92设置有与控制器连接的温度传感器。由于高温余气收集装置15收集的高温余气高达300~600℃，在上述烘干过程中，高温余气作为烘干用的蒸气，通过第一加热管路20向烘干装置92提供烘干所需的加热温度，并通过温度传感器和调节阀实现烘干温度的精确和自动化控制。
具体的，由于搅拌式发酵罐94内微生物发酵的温度和湿度决定了发酵的质量，固体有机肥加工装置还包括用于调节搅拌式发酵罐94内温度和湿度的温湿调节机96，温湿调节机96包括混合送风器961，混合送风器961的进气口分别与高温余气收集装置15、用于注入外界空气的风机962和用于注入水汽并连接水源的雾化器963连接，混合送风器961的出气口与搅拌式发酵罐94的进气口连接，搅拌式发酵罐94内设置有与控制器连接的温度传感器和湿度传感器。混合送风器961的进气口通过第二加热管路30与高温余气收集装置15连接，第二加热管路30设置有与控制器连接的调节阀，风机962和雾化器963分别与控制器电连接。混合送风器961设置有混气腔，混气腔内设有用于使风机962输送的空气、高温余气收集装置15输送的高温余气以及雾化器963输送的水汽三者混合均匀的蛇形匀化通道964。工作时，高温余气、外界空气和水汽分别通过管路进入混气腔内形成具有一定温度和湿度的混合汽，再输送至搅拌式发酵罐94内，以满足微生物发酵所需的温度和湿度，并通过调节阀、温度传感器和湿度传感器实现搅拌式发酵罐94内温度和湿度的自动化精确控制。
本实施例中，污水沼气发酵池3和粪便沼气发酵池4的池壁和或池底设置有用于通入加热介质的夹层，夹层的进气口通过第三加热管路40与高温余气收集装置15连接。利用高温余气作为加热介质，对污水沼气发酵池3和粪便沼气发酵池4加热提供厌氧发酵所需的温度。污水沼气发酵池3和粪便沼气发酵池4内设置有与控制器连接的温度传感器，以便于对沼气发酵温度的检测和调控。
本实施例中，甲烷提取装置5包括依次连接的固液分离器、脱硫塔、二氧化碳吸收塔和氨气吸收塔，污水沼气发酵池3和粪便沼气发酵池4的沼气出口分别与固液分离器的进气口连通，氨气吸收塔的出气口与甲醇合成装置6连通。由于沼气发酵产生的沼气为含有甲烷、硫化物和二氧化碳等的混合物，先经过固液分离器除去固体杂质，然后依次经过脱硫塔除去硫化物、经过二氧化碳吸收塔除去二氧化碳、经过氨气吸收塔除去氨气后获得纯度较高的甲烷气体，再输送至甲醇合成装置6用于制备甲醇。
本实施例中，如图2所示，甲醇合成装置6包括依次连接的压缩机61、甲醇合成塔62、气液分离器63和甲醇水溶液存储器64，由氨气吸收塔54的出气口输出的甲烷气体以及氧气分别通过输送管道与压缩机61的进气口连通，气液分离器63的出液口与甲醇水溶液存储器64连接，气液分离器63的出气口通过循环管路50与压缩机61的进气口连通。上述过程中，甲烷气体和外供氧气（如氧气瓶提供氧气）经过压缩机61加压后输送至甲醇合成塔62内氧化反应生成甲醇，其中甲烷和氧气按8~9:1~2的体积比混合，在150~220℃和80~125个大气压的条件下，反应制得甲醇，反应式是：2ch4＋o2=2ch3oh。甲醇合成塔62内生成的甲醇以及未反应的甲烷等剩余气体经过气液分离器63冷凝分离后获得的甲醇溶液存储于甲醇水溶液存储器64，分离后的剩余气体再通过循环管路50返回至压缩机61进气口，再进入甲醇合成塔62合成甲醇。输送管道和循环管路50均设置有与控制器连接的气体流量控制阀18，通过气体流量控制阀18实现各管路中气体流量的自动化控制，压缩机61由系统电力输出端口供电。
具体的，甲醇合成塔62设置有第四加热管路50，第四加热管路50与高温余气收集装置15连接，即通过本系统自身产生的热能为甲醇合成塔62提供反应所需的温度，第四加热管路50上设置有调节阀16，甲醇合成塔62内设置有与控制器连接的温度传感器和压力传感器，从而实现对甲醇合成塔62内反应温度和压力的自动化控制。
本实施例中，甲醇水溶液存储器64和重整器81之间输送管路上设置有换热器17，低温的甲醇水溶液与分离室82分离出的高温氢气经换热器17进行热交换后，氢气降温后进入燃料电池82，甲醇水进一步被加热，然后输送至重整器81内蒸发气化。
本实施例中，重整器81设置有启动装置。首先，启动装置在重整器81启动过程中，为输送泵14和电加热器84供电，以使甲醇水重整制氢反应启动，获得的氢气进入燃料电池82，燃料电池82工作产生电能后，再为整个系统的用电设备供电，甲醇水重整制氢反应产生的高品质热能再为沼气发酵、有机肥发酵以及甲醇合成反应提供热能，从而形成生态循环系统。具体的，启动装置为蓄电池；或者为燃烧式启动装置，其通过燃烧甲醇为重整室81加热；或者为贮氢瓶，该贮氢瓶可在重整器81启动过程中，为燃料电池82输入氢气，使燃料电池82工作产生电能，进而为输送泵14及电加热器84供电。
本发明可以根据根据系统内畜禽养殖废弃物的产量、转化为甲醇的量、各加热模块所需的温度、各用电模块的功率以及甲醇水重整制氢反应中产生的热能以及燃料电池输出的电能进行能量恒算，从而将畜禽养殖废弃物与热能、电能、有机复合肥关联，形成生态循环系统，其具有广阔的产业化应用前景。
最后应当说明的是，以上实施例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，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。