一种生物质甲烷的制备装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种生物质甲烷的制备装置，包括厌氧发酵罐、生物反应器、气化炉、压缩机、膜分离器和冷凝器，所述厌氧发酵罐连接生物反应器，气化炉依次经过压缩机、膜分离器和冷凝器后连接生物反应器，在生物反应器中，进行合成甲烷的反应。本实用新型专利技术提出了一种全新的生产生物质甲烷的工艺方法和装置，将厌氧发酵和生物质气化过程结合起来，降低沼气提纯过程耗能的同时，大幅增加甲烷产量，从而提高厌氧发酵和生物质气化的整体效率。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于能源利用领域，尤其涉及一种换热器及包括换热器的甲烷制备工艺和系统，属于换热器及其应用领域。
技术介绍
随着现代社会经济的高速发展，人类对能源的需求量越来越大。然而煤、石油、天然气等传统能源储备量不断减少、日益紧缺，造成价格的不断上涨，同时常规化石燃料造成的环境污染问题也愈加严重，这些都大大限制着社会的发展和人类生活质量的提高。沼气是低成本可再生能源，但实际中通常需要对沼气进行提纯，产生甲烷，以满足不同用途(比如：作为汽车燃料)的有关技术要求。传统沼气提纯技术需要消耗大量能源，不符合当前节能减排和保护环境的要求。在甲烷生产的过程中，一般需要经过换热器进行冷凝，目前的换热器都是使用通用的常见的换热器，并不能很好的适用气体的冷凝提纯，因此需要开发一种新的类型的换热器，使其满足沼气生产过程中气体的冷凝提纯。此外，对于甲烷的生产过程，如何提高甲烷的产出率，也是甲烷生产工艺中一直在追求的，利用氢气提纯生物质气是提高生产生物质甲烷效率的有效方法，这一方法基于Sabatier反应：CO2+4H2-CH4+2H2O。传统上，该反应一般使用钌(Ru)基和镍(Ni)基催化剂实现。但是目前并没有一套成型的工艺或设备来实现氢气提出甲烷。
技术实现思路
本技术旨在提供一种氢气提纯生物质气中利用氢气提纯生物质气是提高生产生物质甲烷效率的装置，该装置利用生物方法来实现Sabatier反应。为了实现上述目的，本技术的技术方案如下：一种生物质甲烷的制备装置，包括厌氧发酵罐、生物反应器、气化炉、压缩机、膜分离器和冷凝器，所述厌氧发酵罐连接生物反应器，气化炉依次经过压缩机、膜分离器和冷凝器后连接生物反应器，在生物反应器中，进行合成甲烷的反应。作为优选，厌氧发酵罐通过沼气洁净装置连接生物反应器；气化炉通过合成气洁净装置连接压缩机。作为优选，压缩机、膜分离器和冷凝器分别是两个，所述气化炉依次经过第一级压缩机、第一级膜分离器、第一级冷凝器、第二级压缩机、第二级膜分离器和第二级冷凝器后连接生物反应器。作为优选，在冷凝器和生物反应器之间的管路上设置第一阀门，在厌氧发酵罐和生物反应器的管路上设置第二阀门。作为优选，所述冷凝器为板翅式冷凝器，板翅式冷凝器包括互相平行的板片，所述板片之间设置翅片，所述翅片包括倾斜于板片的倾斜部分，在倾斜部分上通过冲压方式加工突起，从而使倾斜部分两侧的流体通过倾斜部分上冲压方式形成的孔连通；所述突起从倾斜部分沿着混合气体流动方向向外延伸。作为优选，所述突起的延伸方向与混合物的流动方向的夹角为a，同一个倾斜部分设置多个突起，沿着混合物的流动方向，所述的夹角a越来越小。作为优选，在冷凝器和生物反应器之间的管路上设置二氧化碳浓度检测装置、氢气浓度检测装置和流速检测装置中的至少一个，在厌氧发酵罐和生物反应器的管路上设置甲烷浓度检测装置、二氧化碳浓度检测装置中的至少一个。作为优选，所述生物反应器设置甲烷菌移植通道。一种混合气体冷凝使用的板翅式换热器，所述板翅式换热器包括互相平行的板片，所述板片之间设置翅片，所述翅片包括倾斜于板片的倾斜部分，其特征在于，在倾斜部分上通过冲压方式加工突起，从而使倾斜部分两侧的流体通过倾斜部分上冲压方式形成的孔连通；所述突起从倾斜部分沿着混合气体流动方向向外延伸。作为优选，所述突起的延伸方向与混合物的流动方向的夹角为a，同一个倾斜部分设置多个突起，沿着混合物的流动方向，所述的夹角a越来越小。一种生物质甲烷的制备工艺，包括厌氧发酵罐、生物反应器、气化炉、压缩机、膜分离器和冷凝器，所述厌氧发酵罐产生的沼气进入生物反应器，进入生物反应器的所述沼气中含有甲烷和二氧化碳；气化炉产生的合成气依次经过压缩机、膜分离器和冷凝器后，进入生物反应器，进入生物反应器中的合成气含有氢气，在生物反应器中，进行合成甲烷的反应：CO2+4H2-CH4+2H2O；生物反应器中使用的催化剂是氢营养型产甲烷菌。作为优选，沼气在进入生物反应器之前，还经过沼气洁净装置进行净化；气化炉产生的合成气经过合成气洁净装置后进入压缩机。作为优选，包括两级压缩、膜分离和冷凝过程，所述合成气依次经过第一级压缩机、第一级膜分离器、第一级冷凝器、第二级压缩机、第二季膜分离器和第二级冷凝器后进入生物反应器。作为优选，进入生物反应器的沼气，甲烷的摩尔百分含量45％以上，二氧化碳的摩尔百分含量为30％以上，进入生物反应器的合成气的氢气的摩尔百分含量为70％以上。作为优选，所述从合成气洁净装置中出来的合成气分为两股气流，分别是第二气流和第十气流，第十气流直接用于发电机进行发电，第二路气流进入第一级压缩机进行压缩，从压缩机出来的气流进入第一级膜分离器，从膜分离器分理出来的两股气流，分别是第四气流和第五气流，第四气流用于发电机进行发电，第五气流进入第一级冷凝器，在冷凝器中将第五气流中的水分进行冷凝，以排除其中的水分，从第一级冷凝器出来的气流进入第二级压缩机，压缩后的气流进入第二级膜分离器，从第二级膜分离器分理出两股气流，一股气流用于发电机发电，一股经过第二级冷凝器冷凝后进入生物反应器。作为优选，第二气流和第十气流连接的位置设置三通阀，所述三通阀与控制系统进行数据连接，控制系统控制三通阀的开闭方向及其开度的大小。作为优选，所述的冷凝器就是前面所提到的换热器。与现有技术相比较，本技术具有如下的优点：1)开发了一种适应气体的冷凝提纯的换热器，可以提高冷凝提出的效率。2)本技术通过设置生物反应器，通过生物方法来实现甲烷的生产，加大的提高了甲烷的生产效率。3)本技术提出了一种全新的生产生物质甲烷的工艺方法和装置，将厌氧发酵和生物质气化过程结合起来，降低沼气提纯过程耗能的同时，大幅增加甲烷产量，从而提高厌氧发酵和生物质气化的整体效率。4)本技术的膜分离器是采用中空纤维和Matrimid聚合材料制成的，是一种像玻璃一样的聚合膜。通过膜分离器的作用，分离可以达到分子级。附图说明图1是本技术的制备生物质甲烷的工艺流程图；图2是本技术一种板翅式换热器换热板片结构示意图；图3是本技术一个板翅单元的结构示意图；图4是本技术设置突起结构倾斜部分平面的示意图；图5是本技术设置突起结构倾斜部分平面的另一个示意图；图6是本技术的三角形突起结构示意图；图7是本技术三角形突起流道中的切面结构示意图。图8是本技术的制备生物质甲烷的另一个实施例工艺流程图附图标记如下：1-12气流，13气化炉，14合成气洁净装置，15第一级压缩机，16第一级膜分离器，17第一级冷凝器，18第二级压缩机，19第二级膜分离器，20发电机，21换热器，22第二级冷凝器，23生物反应器，24第三级冷凝器,25沼气洁净装置，26厌氧发酵罐，27密封件，28流体通道，29板片，30倾斜部分，31水平部分，32突起，33翅片。...

【技术保护点】
一种生物质甲烷的制备装置，其特征在于：包括厌氧发酵罐、生物反应器、气化炉、压缩机、膜分离器和冷凝器，所述厌氧发酵罐连接生物反应器，气化炉依次经过压缩机、膜分离器和冷凝器后连接生物反应器。

【技术特征摘要】
1.一种生物质甲烷的制备装置，其特征在于：包括厌氧发酵罐、生物反应器、气化炉、压缩机、膜分离器和冷凝器，所述厌氧发酵罐连接生物反应器，气化炉依次经过压缩机、膜分离器和冷凝器后连接生物反应器。
2.如权利要求1所述的制备装置，其特征在于，所述厌氧发酵罐通过沼气洁净装置连接生物反应器；气化炉通过合成气洁净装置连接压缩机。
3.如权利要求1所述的制备装置，其特征在于，所述的压缩机、膜分离器和冷凝器分别是两个，所述气化炉依次经过第一级压缩机、第一级膜分离器、第一级冷凝器、第二级压缩机、第二级膜分离器和第二级冷凝器后连接生物反应器。
4.如权利要求2所述的制备装置，其特征在于，在冷凝器和生物反应器之间的管路上设置第一阀门，在厌氧发酵罐和生物反应器的管路上设置第二阀门。
5.如权利要求1所述的制备装置，其特征在于，所述冷凝器为板翅式冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙锲，崔峥，李海龙，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：新型
国别省市：山东;37