一种用于煤基生物天然气技术的厌氧发酵试验装置的制作方法

1.本实用新型涉及试验装置技术领域，具体涉及一种用于煤基生物天然气技术厌氧发酵生产有机肥的试验装置。


背景技术：

2.煤基生物天然气技术是以煤基物质为主要原料，通过生物、化学和工程手段对煤基物质进行结构转变、激活和促进微生物活性进而生产生物天然气、有机肥和生物有机肥的技术。通过该技术的推广和应用，不但可以实现废弃物的综合再生利用，缓解由能源带来的生态环境问题，也可以为我国天然气的生产提供一种绿色新兴源头，带来巨大经济效益。
3.利用煤基生物天然气技术生产天然气、有机肥和生物有机肥时，原料的类型、原料的配比、生产中的工艺参数及监测指标等运行参数均会对生产效率产生影响。为了给规模化的实际生产提供高效率的运行参数，需要先对煤基生物联产的各运行参数进行预设，再于实验室中以预设的运行参数进行试验，并根据试验结果对预设的运行参数进行优化调整。
4.目前，实验室中通常以常规装置进行煤基生物联产试验，如以广口玻璃瓶、橡胶瓶塞和玻璃管等简易装置连接制成发酵产气装置，易出现漏气、沉淀、运行不稳定及试验结果受操作人员操作水平影响大的问题，导致发酵不完全和取样较难等情况，最终造成cod、orp、产气量和气体成分等数据的试验结果偏差较大。尤其是作为生产效率指标的产气量，试验中以作为常规的气量计量装置的气袋和流量计进行产气量的计量时，误差均较大，难以实现煤基生物联产中运行参数的客观、准确评估。


技术实现要素：

5.本实用新型正是为了避免上述现有技术所存在的不足之处，提供了一种用于煤基生物天然气技术的厌氧发酵试验装置。
6.本实用新型为解决技术问题采用如下技术方案：一种用于煤基生物天然气技术的厌氧发酵试验装置，包括以支架支撑固定的反应罐及固定安装的搅拌器，所述反应罐呈密闭罐状结构，所述搅拌器为调速或变频搅拌器，其搅拌头伸入至反应罐内，且所述搅拌器与反应罐密封连接，所述反应罐开设有反应罐排气口、加料口和反应罐进气口，所述反应罐排气口和加料口位于反应罐顶部；
7.还包括排水罐和集水罐；所述排水罐呈密闭罐状结构，其上开设加水口、排水进气口和排水出水口，所述加水口处设有加水阀，所述排水进气口通过反应罐排气管与反应罐排气口连通，所述排水出水口通过排水出水管与集水罐连通；所述集水罐呈顶部敞口的罐状结构。
8.进一步的，所述反应罐侧壁的下半部分外侧设有周向环绕的外壳体，所述外壳体与反应罐侧壁之间形成作为水流通道的密闭夹层，所述外壳体上开设与夹层连通的恒温出水口和恒温进水口；
9.还包括恒温加热器和温度计，所述温度计用于测量反应罐内物料温度；所述恒温出水口和恒温进水口分别通过恒温出水管和恒温进水管与恒温加热器的水进口和水出口连通。
10.进一步的，所述外壳体覆设有保温层。
11.进一步的，所述恒温出水口和恒温进水口分别连通至水流通道的上部和下部。
12.进一步的，所述排水罐底部和外壳体上还分别开设有排水罐排水口和与水流通道底部连通的恒温排污口，所述反应罐底部开设反应罐排污口。
13.进一步的，所述反应罐上开设反应罐取样口，所述反应罐取样口距离反应罐底部的距离为反应罐高度的1/4～1/2；所述排水罐顶部开设排气取样口。
14.进一步的，所述反应罐设有安全阀，并通过压力表连接管安装有压力表，所述压力表连接管上设有压力表阀。
15.进一步的，所述进气口处连通有进气管道，所述进气管道的底端连通至反应罐内底部，所述排水出水管的前端伸入至排水罐内底部。
16.进一步的，所述反应罐与搅拌器连接处设有机械密封。
17.进一步的，还包括控制器，所述控制器与恒温加热器、搅拌器和温度计连通。
18.本实用新型提供了一种用于煤基生物天然气技术的厌氧发酵试验装置，具有以下有益效果：
19.1、本实用新型用于以煤基物质(草炭或泥炭、褐煤、风化煤、烟煤)、秸秆、畜禽粪便和有机废水等有机物料为原料进行严格厌氧发酵，通过排水集气的方式进行作为生产效率标度重要指标的产气量的测定，大大提高了产气量测定的准确性，使试验结果更具可信性和指导性；
20.2、本实用新型可根据试验预设的温度、orp和搅拌速度等运行参数，相应通过恒温加热器与水流通道中循环水的热交换实现试验温度的调整，通过空气或氮气通入量实现试验orp的调整，及通过控制搅拌器的转速实现搅拌速度的调整，以实现不同运行参数下生产效率的测定，为规模化生产运行参数的优化调整提供重要指导；
21.3、本实用新型通过恒温加热器实现反应罐的加热，避免温度偏高影响微生物活性，进气管道和排水出水管分别伸入至反应罐和排水罐内底部，使试验结果更加准确；
22.4、本实用新型设有安全阀，可在反应罐排气异常时安全泄压，试验产生的气体收集在集水瓶中，排气操作时排气口可连通至室外，使试验更加安全。
附图说明
23.图1为本实用新型的结构示意图。
24.图中：
25.1、反应罐，2、排水罐，3、集水罐，5、恒温加热器，6、搅拌器，7、温度计，8、安全阀，9、反应罐排气口，10、加料口，11、压力表，12、反应罐进气口，13、反应罐排污口，14、反应罐取样口，15、恒温出水口，16、恒温进水口，17、恒温排污口，18、加水口，19、排水进气口，20、排水出水口，21、排气取样口，22、排水罐排水口，23、支架。
具体实施方式
26.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.如图1所示，其结构关系为：包括以支架23支撑固定的反应罐1及固定安装的搅拌器6，反应罐1呈密闭罐状结构，实际设置时，反应罐1的体积优选为小于1m3；搅拌器6为调速或变频搅拌器，其搅拌头伸入至反应罐1内，且搅拌器6与反应罐1密封连接，试验过程中，原料包括煤基物质草炭或泥炭、褐煤、风化煤、烟煤、秸秆、畜禽粪便和有机废水等有机物料，搅拌器6的转速及搅拌器6的搅拌头结构形式应当根据原料物性、含固率和粘度等条件相应设置，搅拌器6的转速可优选为0～50r/min，搅拌头的结构形式可优选为锚式搅拌桨叶或双层搅拌桨叶；反应罐1开设有反应罐排气口9、加料口10和反应罐进气口12，加料口10和反应罐进气口12分别用于向反应罐1内加入固态、液态原料和通入气态原料；反应罐排气口9和加料口10位于反应罐1顶部；
28.还包括排水罐2和集水罐3；实际设置时，排水罐2和集水罐3的大小应根据实际产气量相应设置，此外，如产气量较大，还应当考虑集水罐3内水回流的便捷性；排水罐2呈密闭罐状结构，其上开设加水口18、排水进气口19和排水出水口20，加水口18处设有加水阀，排水进气口19通过反应罐排气管与反应罐排气口9连通，排水出水口20通过排水出水管与集水罐3连通；集水罐3呈顶部敞口的罐状结构；实际设置时，反应罐排气口9、反应罐进气口12、加水口18、排水进气口19和排水出水口20处可分别设置反应罐排气口阀、反应罐进气口阀、加水口阀、排水进气口阀和排水出水口阀。
29.优选的，反应罐1侧壁的下半部分外侧设有周向环绕的外壳体，外壳体与反应罐1侧壁之间形成作为水流通道的密闭夹层，外壳体上开设与夹层连通的恒温出水口15和恒温进水口16；
30.还包括恒温加热器5和温度计7，温度计7用于测量反应罐1内物料温度；实际设置时，温度计7可设为远传温度计；恒温出水口15和恒温进水口16分别通过恒温出水管和恒温进水管与恒温加热器5的水进口和水出口连通；实际设置时，恒温出水口15和恒温进水口16处可分别设置恒温出水口阀和恒温进水口阀；
31.恒温加热器5为一体式设备，内置水箱、加热器、温控器和循环泵等装置，恒温加热器5根据温度计7测得的反应罐1内的物料温度，对依次流经恒温加热器5的水出口、恒温进水管、恒温进水口16、水流通道、恒温出水口15、恒温出水管及恒温加热器5的水进口的循环水的温度进行控制，进而实现反应罐1内物料温度的控制；
32.试验过程中，反应罐1内物料的温度优选控制为35℃，实际设置时，恒温加热器5可选用河北本特达定制ls-200l低温型。
33.优选的，外壳体覆设有保温层26，保温层用于保温，以减少反应罐1的热量耗散，节约能耗；实际设置时，保温层26可设为保温棉层。
34.优选的，恒温出水口15和恒温进水口16分别连通至水流通道的上部和下部，以提高水流通道内循环水的流动性，改善温度均匀性。
35.优选的，排水罐2底部和外壳体上还分别开设有排水罐排水口22和与水流通道底部连通的恒温排污口17，排水罐排水口22和恒温排污口17分别用于在检修或装置停运时排空排水罐2和水流通道内的水；反应罐1底部开设反应罐排污口13；反应罐排污口13用于在发酵完成后，排出反应罐1内的物料，或用于反应罐1的应急排料；实际设置时，反应罐排污口13、恒温排污口17和排水罐排水口22处可分别设置反应罐排污口阀、恒温排污口阀和排水罐排水口阀。
36.优选的，反应罐1上开设反应罐取样口14，反应罐取样口14距离反应罐1底部的距离为反应罐1高度的1/4～1/2；试验过程中，可通过取样口14接取发酵物料，以进行发酵物料ph和微生物等指标的检测；排水罐2顶部开设排气取样口21。试验过程中，可将气体取样袋与排气取样口21连通进行气体取样，并以气相色谱仪对气体样品的成分进行检测，或可将排气取样口21直接与手持式测气仪连通，进行气体成分的测定；进行排水罐2的补水时，排气取样口21应通过外接管道连通至室外，以在补水过程中将气体排到室外，保证试验的安全性；实际设置时，反应罐取样口14和排气取样口21处可分别设置排气取样口阀和反应罐取样口阀。
37.优选的，反应罐1设有安全阀8，并通过压力表连接管安装有压力表11，安全阀8为安全装置，压力表11用于测量反应罐1内的气相压力，当反应罐1排气异常，压力表11测得的气相压力超过设定的许用值时，安全阀8排气泄压，以保证试验的安全性；压力表连接管上设有压力表阀，以便于压力表11的更换维修；实际设置时，压力表11可设为就地压力表。
38.优选的，进气口12处连通有进气管道，进气管道的底端连通至反应罐1内底部，以确保试验中反应罐1内加入常量固态、液态物料时，进气管道的底端位于液面以下，使试验中根据要求由进气管道向反应罐1内通入的氮气或压缩空气能直接与固态、液态物料接触；排水出水管的前端伸入至排水罐2内底部。以确保试验中产气量较大时，将尽可能多的水经排水出水管排出至集水罐3，同时尽可能多地于排水罐2内收集气体；实际设置时，排水出水管的前端距离排水罐2底面的距离可设为1～5cm。
39.优选的，反应罐1与搅拌器6连接处设有机械密封，以确保反应罐1的密封性。
40.优选的，还包括控制器4，控制器4与恒温加热器5、搅拌器6和温度计7连通；控制器4用于控制恒温加热器5、搅拌器6的启停，调节搅拌器6的转速及实时显示温度计7测得的温度；实际设置时，控制器4可选用河北本特思达zwg-25型。
41.具体使用时，试验装置还可设置各阀门，包括安全阀8、反应罐排气口9处设置的反应罐排气口阀、压力表连接管上设置的压力表阀、反应罐进气口12处设置的反应罐进气口阀、反应罐排污口13处设置的反应罐排污口阀、反应罐取样口14处设置的反应罐取样口阀、恒温出水口15处设置的恒温出水口阀、恒温进水口16处设置的恒温进水口阀、恒温排污口17处设置的恒温排污口阀、加水口18处设置的加水口阀、排水进气口19处设置的排水进气口阀、排水出水口20处设置的排水出水口阀、排气取样口21处设置的排气取样口阀和排水罐排水口22处设置的排水罐排水口阀。
42.以上述试验装置进行发酵试验时，包括以下过程：
43.第一步，关闭试验装置的各阀门，打开加料口10，由加料口10将水加入反应罐1中，随后通过控制器4启动搅拌器6，使搅拌器6以试验预设的低转速，再由加料口10将原辅料加入反应罐1；通过控制器4控制搅拌器6以试验预设的高转速转动，使水与原辅料混合均匀，
得到反应物料；
44.第二步，通过控制器4搅拌器6以试验预设的低转速转动，关闭加料口10；
45.如需加快厌氧反发酵速度，此时还应当打开反应罐进气口阀、排水进气口阀和排气取样口阀，由反应罐进气口12向反应罐1内通入氮气以置换反应罐1内空气；当反应罐1内气压上升至设定的上许用气压值后，打开反应罐排气口阀，由反应罐排气口9、排水进气口19和排气取样口21排出反应罐1内气体，直至反应罐1内的气压下降至设定的下许用气压值，关闭反应罐排气口阀；重复该操作数次即可；
46.随后，启动恒温加热器5，使恒温加热器5以试验预设的温度对反应物料进行加热；
47.此时，循环水在恒温加热器5内被加热，然后依次流经恒温加热器5的水出口、恒温进水管、恒温进水口16、水流通道、恒温出水口15、恒温出水管及恒温加热器5的水进口回到恒温加热器5内，循环水在水流通道内流动时，与反应罐1及其内的反应物料发生热交换，实现反应物料的加热；
48.试验过程中，反应物料的温度可由温度计7测量，温度计7测量得到的温度显示于控制器4的数显面板中，试验人员可由数显面板观察反应物料的温度变化；
49.第三步，开启排气口阀、排水进气口阀和排水出水口阀，进行发酵反应；
50.发酵反应中，反应生成的气体依次流经反应罐排气口9、反应罐排气管和排水进气口19进入排水罐2内，排水罐2内的水在气压作用下经排水出水管由排水出水口20处排出至集水罐3内；
51.发酵过程中，若出现orp异常等情况，应当关闭排水出水口阀并打开排气取样口阀和反应罐进气口阀，由反应罐进气口12向反应罐1内通入氮气或压缩空气以置换反应罐1内气体；当反应罐1气压上升至设定的上许用气压值后，打开反应罐排气口阀，由反应罐排气口9、排水进气口19和排气取样口21排出反应罐1内气体，直至反应罐1内的气压下降至设定的下许用气压值，关闭反应罐排气口阀；重复该操作数次即可；
52.第四步，按设定的发酵反应单位时间进行集水罐3内水的重量或体积的量取，计算得出该次发酵反应的产气量；
53.单位时间可优选为8h、12h或24h；
54.第五步，将排气取样口21通过外接管道连通至室外，关闭排水进气口阀，打开加水口阀，将集水罐3中的水由加水口18倒入排水罐2中，并观察排水罐2液位情况；
55.如排水罐2内的液位较低，应当向排水罐2内补充新鲜水至液位符合试验要求；
56.第六步，关闭加水口阀，将集水罐3复位，以备下次使用。
57.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
58.以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前
述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。