[發(fā)明專利]一種利用高濃度有機廢棄物制取生物燃氣的工藝方法及其發(fā)酵系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2014-11-27
• 公開（公告）號: CN104404087B
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發(fā)明（設計）人: 寇巍;邵正日;于美玲;曲靜霞;閆昌國;曹焱鑫;邵麗杰;張大雷
• 申請（專利權）人: 遼寧省能源研究所
• 主分類號: C12P5/02
• 分類號: C12P5/02;C12M1/107;C12M1/02
• 代理公司: 沈陽優(yōu)普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙)21234
• 代理人: 張志偉

技術領域：

本發(fā)明涉及一種制備生物燃氣的系統(tǒng)及工藝，屬于生物能源開發(fā)與環(huán)境保護技術領域，更具體地說，是涉及一種利用高濃度有機廢棄物制取生物燃氣的的工藝方法及其發(fā)酵系統(tǒng)。

背景技術：

隨著我國城市化進程的加快和工業(yè)的高速發(fā)展，我國城市有機廢棄物和工業(yè)源廢棄物產量迅速增長。這些有機垃圾的傳統(tǒng)處理方式包括填埋、堆肥、焚燒和廢置處理，無害化處理效率較低，有的處理方式甚至伴有二次污染的危險。如果不改變垃圾的處理方式，按如此發(fā)展下去，廣泛出現(xiàn)的“垃圾圍城”現(xiàn)象將會愈演愈烈。為實現(xiàn)我國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，節(jié)能環(huán)保的有機廢棄物處理方式迫在眉睫。

沼氣發(fā)酵以有機垃圾作為原料，通過微生物降解有機物的過程，發(fā)酵的產物——沼氣是清潔能源，降解的殘余物可作為有機肥料。既保護了環(huán)境，解決“垃圾圍城”現(xiàn)象，又生成了能源，為可持續(xù)發(fā)展貢獻力量。

目前，沼氣發(fā)酵技術多采用的濕法液體厭氧發(fā)酵工藝在發(fā)酵后會有大量沼渣、沼液產生，大量發(fā)酵剩余物無法實現(xiàn)很好的還田等利用，無形中增添沼液污水治理的負擔，造成二次污染和沼氣工程的運行成本；而車庫式干發(fā)酵工藝的密封技術要求很高，厭氧處理過程的保溫和輸送運行成本高。

發(fā)明內容：

本發(fā)明正是針對上述問題，提供了一種高濃度有機廢棄物制取生物燃氣的工藝方法及其發(fā)酵系統(tǒng)，可實現(xiàn)沼氣工程的快速啟動、厭氧反應器內無需攪拌與加熱、且不另外消耗水分，節(jié)能，節(jié)水，減少沼液沼渣的排放量，保護環(huán)境，降低成本。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案，工藝方法包括以下步驟：

1、發(fā)酵原料的混合升溫

將經(jīng)過分選、粉碎后的有機廢棄物輸送到攪拌升溫調節(jié)罐中，同時按照其質量的5～10倍比例將發(fā)酵后沼液輸送到攪拌升溫調節(jié)罐中，通過攪拌升溫調節(jié)罐內的蒸汽盤管與攪拌裝置對罐內物料進行混合升溫調節(jié)至40℃～55℃；

2、多點分布式進料

通過進料泵將步驟(1)處理后的物料打入輸送管路中，

a.始進料階段，通過立式發(fā)酵罐頂部的三個進料管路同時進料，輸送接種物；

b.穩(wěn)定運行階段，利用控制閥門控制立式發(fā)酵罐頂部三個進料口與頂部中心進料口的進料時間比為1.2～1.5:1；

3、高濃度有機原料的厭氧發(fā)酵

有機廢棄物在厭氧過程中生物降解的作用下，有機廢棄物的物料粘度和干物質濃度都呈現(xiàn)下降趨勢，該趨勢會在發(fā)酵罐內垂直方向至上而下逐漸增加、水平方向從四周到中心逐漸增加，利用物料的自身重力和立式發(fā)酵罐具有的錐角，經(jīng)過厭氧消化的有機廢棄物可從發(fā)酵罐錐底利用出料泵排出，根據(jù)不同種類有機物的物料特性，控制立式發(fā)酵罐內的原料停留時間為15～30d；

4、熟料的回流

通過第一調節(jié)控制閥，將發(fā)酵后的熟料作為接種物回流到攪拌升溫調節(jié)罐中，與新進原料以5～10：1的質量比進行混合，進行新的厭氧發(fā)酵循環(huán)。

步驟1中，物料混合后的粘度為1.8×104mPa·S～3.4×104mPa·S。

發(fā)酵系統(tǒng)包括攪拌升溫調節(jié)罐、進料泵、立式厭氧發(fā)酵罐和出料泵，攪拌升溫調節(jié)罐上端設置了回流進料口和新鮮有機廢棄物進料口，攪拌升溫調節(jié)罐底部通過進料泵與立式厭氧發(fā)酵罐連接，立式厭氧發(fā)酵罐頂部設有沼氣出氣口，與沼氣管道連接；立式厭氧發(fā)酵罐底部設有排渣口，排渣口流出的沼渣、沼液通過出料泵和第一調節(jié)控制閥分成兩路，一路與攪拌升溫調節(jié)罐的回流進料口相連接，形成回路，一路為沼渣的出口，與排渣管路連接。

所述的攪拌升溫調節(jié)罐側面連接有蒸汽通入口；用于混合物料的升溫。

所述的立式厭氧發(fā)酵罐罐頂設置四個進料口，一個為中心進料口，三個為四周進料口，三個四周進料口距罐橫截面中心距離為罐半徑的0.677～0.688倍，且呈等邊三角形布置。

所述的立式厭氧發(fā)酵罐的罐體呈圓柱形，發(fā)酵罐底部錐角度為60°～90°。

所述的攪拌升溫調節(jié)罐與立式厭氧發(fā)酵罐的體積比為1:150～200。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明將攪拌升溫調節(jié)過程、熟料回流混合過程和立式厭氧發(fā)酵過程有機結合。形成高處理效率、低排放量、低能耗的生物燃氣生產系統(tǒng)。實現(xiàn)水分的零添加、發(fā)酵罐內無需增溫與攪拌、發(fā)酵系統(tǒng)全天都可以連續(xù)運行的生物燃氣制取方法。

本發(fā)明的立式厭氧發(fā)酵罐采用頂端內部多點進料的方式，一方面減小進料泵所需要的揚程，有利于進料泵的選型，且減少建設及運行成本；另一方面減少了物料的熱量損失，且使待發(fā)酵原料的布料更均勻。