专利名称：使用干式厌氧发酵制造生物燃气的设备及方法生物燃气又名沼气，是多种微生物在厌氧条件下对有机物质(如秸杆、杂草、人畜粪便、垃圾、污泥等)进行分解代谢的产物，其主要成分是甲烷和二氧化氮，还有硫化氢等少量的其他气体，沼气产生的过程也称为厌氧发酵。按照总固体含量多少，厌氧消化技术可分为湿式厌氧消化(含固率< 15% )与干式厌氧消化(含固率20 40% )。干式厌氧工艺具有以下明显的优势:1)可以适应各种来源的固体有机废弃物；2)运行费用低，容积产气率高；3)需水量低或不需水，残渣后续处理费用低；4)运行过程稳定，无湿法工艺中的浮渣、沉淀等问题。而在实际工程运用中，由于在干式厌氧发酵中的物料不加水或者只加很少的水稀释，干式厌氧消化系统内物料的充分混和较为困难，造成沼气产率降低。搅拌的目的是使发酵原料均匀分布，加强新鲜物料的接种效果，增加微生物与原料的接触面，加快发酵速度。发酵液面经常处于活动状态，经常搅拌回流沼气池内的发酵原料，不仅可以破除池内浮壳，而且能使原料与沼气细菌充分接触，促进沼气细菌的新陈代谢，使其迅速生长繁殖，加快发酵速度，提高产气量。沼气工程中常用的搅拌方法有机械搅拌、沼气回流搅拌(气体搅拌)和发酵液回流搅拌(液体搅拌)。机械搅拌是在沼气池内安装机械搅拌装置，每I 2天搅拌一次，每次5 lOmin，搅拌有利于沼气的释放；气体搅拌是将沼气池内的沼气抽出来，通过输送管道(中心管)从沼气池底下部送进去，使池内产生较强的气体回流，达到搅拌的目的；液体搅拌是用抽渣器从沼气池的出料间将发酵液抽出，再通过进料管注入沼气池内，产生较强的料液回流以达到搅拌和菌种回流的目的。关于液体搅拌及沼气搅拌鉴于对其搅拌效果、强度及能耗的考虑，所述两种方法更适于湿式厌氧发酵及一些小型的干式厌氧发酵；而机械搅拌，目前采用的多为发酵罐内全混式搅拌方式，由于整个罐体设置了混和装置，罐内料液处于完全均匀或基本均匀状态，因此微生物能和物料充分接触，接种效果好，但是该方法较易增加部分新进入罐体内的新鲜有机物料发酵时间不够而直接由排渣口排出的风险，而且发酵罐罐体整体混和装置的设置能耗是非常大的。为了解决上述干式发酵方法中存在的混和困难且不充分问题，中国专利CN101381674A中，所述厌氧发酵罐内不设置任何混和搅拌装置，而是通过在厌氧发酵罐外的接种混和槽将新鲜物料与立式厌氧发酵罐内的已发酵物料混和接种，混和接种后的物料再输送至立式厌氧发酵罐内进行干式厌氧反应，反应过程中物料在罐内从上至下呈推流形式移动。所述接种物与新鲜物料的混和质量比为4 10: I。该方法避免了传统的上述全混式搅拌方式中会使得部分新鲜物料发酵时间不够而直接由排渣口排出的风险。但是，在上述专利中，混和物提供至干式发酵罐中不再混和，因此为了使接种物料和新鲜物料充分接触，充足量的发酵物料必须在发酵罐外与新供应的物料混和，如专利中每单位新鲜物料混和4 10单位的发酵物料，但是这样的方式影响了发酵罐的处理能力，同时大量物料的混和也增加能耗。特别是当对每吨具有较高的沼气产量的新鲜有机物料进行发酵时，在发酵罐中的平均停留时间需要增加至更多天，新鲜物料的进料速度会更慢，不利于干式发酵器大量装载新鲜物料，如玉米之类高能作物进行发酵时，导致更多的能量损失。而且，最为关键的是该方法中的厌氧发酵系统中需要在发酵罐体外设置一个混和装置，以达到新鲜物料与回流的发酵物料充分混和、接种的目的。厌氧发酵微生物只有在一定的温度条件下才能生长繁殖，进行正常的代谢活动，因此发酵温度是影响厌氧发酵制生物燃气的重要因素。但是，该种外部混和装置的设置会导致已具有合适温度的新鲜物料与发酵物料在该搅拌装置处的热量散失，特别是在冬天及采用高温发酵时，该种罐体外混和装置的设置所产生的热量散失的问题会更为突出，这样当混和后物料进入发酵罐体时，由于物料达不到所需要的温度，会延缓物料的发酵启动，影响物料的实际发酵时间，减少物料的利用率及产气率。
为解决现有技术中问题的至少一个方面，提出本发明。本发明的目的在于通过改进厌氧发酵罐体的结构，以解决现有技术中外部接种热量损失较多的缺陷，从而在提高发酵材料的利用率及其产气速率的同时降低厌氧发酵设备的运行能耗。为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提出了一种使用干式厌氧发酵制造生物燃气的设备，包括:一个主发酵罐体，具有限定主发酵空间的底部、顶部和侧壁，所述主发酵罐体的底部设置有发酵后物料排出口，所述主发酵罐体的顶部设置有生物燃气出口 ；至少一个预接种混和罐体，所述预接种混和罐体均与所述主发酵罐体一体地设置在所述主发酵罐体的侧壁上，所述预接种混和罐体的下部设置有供给新鲜物料的新鲜物料进口，所述预接种混和罐体的上部设置有物料的溢出口，所述溢出口同时作为所述主发酵罐体的进料□。`可选地，所述设备包括沿所述主发酵罐体的侧壁布置的多个所述预接种混和罐体。进一步地，多个所述预接种混和罐体围绕所述主发酵罐体的侧壁等间隔布置。可选地，所述预接种混和罐体的设置溢出口的侧壁同时作为所述主发酵罐体的侧壁。可选地，所述主发酵罐体的底部设置有回流泵，所述回流泵经由连接到回流泵的出口的回流管路将发酵液从主发酵罐体的底部泵送到预接种混和罐体内，优选地,通入到预接种混和罐体内的下部。可选地，所述主发酵罐体的底部形成为渐缩的锥形，所述发酵后物料排出口设置在所述锥形的下部。可选地，所述预接种混和罐体内部设置有使得新鲜物料与预接种混和罐体内部的已发酵物料混和的机械混和装置。根据本发明的另一方面，提出了一种使用干式厌氧发酵制造生物燃气的方法，包括如下步骤:(1)提供主发酵罐体以及与所述主发酵罐体一体设置的至少一个预接种混和罐体，所述预接种混和罐体的下部设置有供给新鲜物料的新鲜物料进口，所述预接种混和罐体的上部设置有物料的溢出口，所述溢出口同时作为所述主发酵罐体的进料口，所述主发酵罐体的底部设置有回流泵，回流泵的出口设置回流管路；(2)利用所述回流泵经由所述回流管路将发酵液从主发酵罐体的底部泵送到预接种混和罐体内；(3)从所述预接种混和罐体下部向所述预接种混和罐体内供给新鲜物料,所述新鲜物料与预接种混和罐体内的已发酵物料进行预接种混和；(4)接种后的物料经由所述溢出口溢流到所述主发酵罐体内进行厌氧发酵；(5)从主发酵罐体的底部排出发酵后的物料，以及在主发酵罐体的上部收集生物燃气。可选地，在所述步骤(I)中，沿所述主发酵罐体的侧壁布置多个所述预接种混和罐体。可选地，多个所述预接种混和罐体围绕所述主发酵罐体的侧壁等间隔布置。可选地，在所述步骤(I)中，所述预接种混和罐体的设置溢出口的侧壁同时作为所述主发酵罐体的侧壁。可选地，在所述步骤(3)中，利用机械混和装置搅拌所述新鲜物料与预接种混和罐体内的已发酵物料。可选地，在所述步骤(3)中，在新鲜物料进入到所述预接种混和罐体内体积的十分之一至二分之一时，所述新鲜物料与预接种混和罐体内的已发酵物料进行预接种混和。可选地，在所述步骤(4)中，物料在发酵过程中在主发酵罐体内从上到下呈推流形式向主发酵罐体的底部移动。可选地，所述方法还包括步骤:(6)将加热至50 60°C的生物燃气由主发酵罐体的底部通入至主发酵罐体内。该 步骤有利于物料的加热保温，物料的温度更均衡，同时也保证已产生沼气的快速逸出。根据本发明，设置通过溢流口与主发酵罐体直接相通的预接种混和罐体，可以使得新鲜物料在预接种混和罐体内与已发酵一定时间的发酵物料充分混和接种，有利于新鲜物料发酵的快速启动；而且，因为预接种混和罐体内的物料混和就可以达到菌种接种的目的，所以避免传统的整体搅拌在混和物料时所需的大能耗，而且降低了整体搅拌带来的新鲜物料与其余的发酵物料一起立即经由排料口离开主发酵罐体的风险以保证了新鲜物料有一定的发酵时间。此外，本发明可以进一步减少物料在预混和过程中的物料热量损失，提高产气速率。另外，根据本发明，因为所述预接种混和罐体的溢出口同时作为所述主发酵罐体的进料口，所以可以避免如专利CN 101381674A中的大量发酵后物料的回送到主发酵罐体中所需要的能量损耗，还增加发酵罐的实际处理能力。
图1为根据本发明的第一实施例的结构示意图。图2为根据本发明的第二实施例的截面示意图，其中一个主发酵罐体上设置有多个预接种混和罐体。图3为根据本发明的第三实施例的结构示意图。
本发明涉及一种使用干式厌氧发酵制造生物燃气的设备，包括一个主发酵罐体，所述主发酵罐体的底部设置有发酵后物料排出口，所述主发酵罐体的顶部设置有生物燃气出口；至少一个预接种混和罐体，所述预接种混和罐体均与所述主发酵罐体一体地设置在所述主发酵罐体的侧壁上，所述预接种混和罐体的下部设置有供给新鲜物料的新鲜物料进口，所述预接种混和罐体的上部设置有物料的溢出口，所述溢出口同时作为所述主发酵罐体的进料口。本发明还涉及一种使用干式厌氧发酵制造生物燃气的方法。
使用干式厌氧发酵制造生物燃气的设备及方法
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