本發(fā)明屬于沼氣工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種大型沼氣工程發(fā)酵生產(chǎn)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

國(guó)家統(tǒng)計(jì)局公布的全國(guó)糧食生產(chǎn)數(shù)據(jù)顯示，2016年全國(guó)糧食總產(chǎn)量6.16億噸，在糧食產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)連續(xù)增長(zhǎng)的同時(shí)，農(nóng)作物秸稈的產(chǎn)出也同步增加，據(jù)估算我國(guó)農(nóng)作物秸稈年可收集資源量為7.74億噸，每年約有三成以上的農(nóng)作物秸稈被閑置。雖然各地均出臺(tái)了許多配套措施，但仍然無(wú)法解決大量農(nóng)作物秸稈被閑置、拋棄的現(xiàn)狀，造成的資源浪費(fèi)的同時(shí)也對(duì)環(huán)境產(chǎn)生了嚴(yán)重的污染，要解決閑置農(nóng)作物秸稈這一問(wèn)題，必須廣泛尋找秸稈的利用途徑，秸稈沼氣生產(chǎn)就是解決秸稈閑置資源的最佳途徑之一，正逐步成為發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

目前，我國(guó)沼氣發(fā)酵一般都是靠地下設(shè)置的沼氣池來(lái)實(shí)現(xiàn)，將生物質(zhì)原料投放到地下沼氣池內(nèi)，經(jīng)發(fā)酵產(chǎn)生沼氣，再通過(guò)一系列的輔助設(shè)備將產(chǎn)生的沼氣運(yùn)用于人們的生產(chǎn)和生活。這種沼氣發(fā)酵系統(tǒng)有以下缺點(diǎn)：一、一般為家庭建造的小型發(fā)酵系統(tǒng)，規(guī)模小，沒(méi)有專業(yè)維護(hù)團(tuán)隊(duì)，出現(xiàn)故障不能及時(shí)排除，生產(chǎn)效率低，往往都是使用一兩年就廢棄不用；二、產(chǎn)生的沼氣直接輸送到用戶，供氣不夠穩(wěn)定，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)斷氣等現(xiàn)象，所以應(yīng)用方面受到限制；三、一般都是采用一次發(fā)酵，發(fā)酵效果不好，尤其是初期產(chǎn)生的沼氣雜氣多，不利于后期純化處理；四、儲(chǔ)氣裝置易損壞，沼氣純度不高，燃燒后易產(chǎn)生有毒氣體，安全性不高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種大型沼氣工程發(fā)酵生產(chǎn)系統(tǒng)，它適合較大規(guī)模的沼氣發(fā)酵工程、運(yùn)行安全、穩(wěn)定可靠、產(chǎn)氣效率高、沼氣純度高更有利于生產(chǎn)應(yīng)用。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種使用大型沼氣工程發(fā)酵生產(chǎn)系統(tǒng)制造沼氣的方法，該方法適合大型沼氣工程、方便運(yùn)行和維護(hù)、產(chǎn)氣效率高、可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行。

本發(fā)明第一目的所采用的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種大型沼氣工程發(fā)酵生產(chǎn)系統(tǒng)，它包括沼氣發(fā)酵子系統(tǒng)和沼氣純化子系統(tǒng)；所述的沼氣發(fā)酵子系統(tǒng)包括多個(gè)沼氣生產(chǎn)單元，各沼氣生產(chǎn)單元生產(chǎn)的沼氣通過(guò)管路連通至沼氣純化子系統(tǒng)；其特征在于：所述的沼氣生產(chǎn)單元包括一個(gè)原料處理池、兩個(gè)預(yù)發(fā)酵罐、三個(gè)一次發(fā)酵罐和一個(gè)二次發(fā)酵罐；原料處理池通過(guò)管路連通水源，原料處理池分別通過(guò)管路和給料設(shè)備連通兩個(gè)預(yù)發(fā)酵罐；兩個(gè)預(yù)發(fā)酵罐都通過(guò)管路連通水源；兩個(gè)預(yù)發(fā)酵罐分別通過(guò)管路和氣液分離器連通廢氣輸出管路，兩個(gè)預(yù)發(fā)酵罐都通過(guò)管路和一次發(fā)酵給料泵分別連通三個(gè)一次發(fā)酵罐；三個(gè)一次發(fā)酵罐都通過(guò)管路和二次發(fā)酵給料泵連通二次發(fā)酵罐，二次發(fā)酵罐通過(guò)管路和廢料輸出泵連通至固液分離設(shè)備；三個(gè)一次發(fā)酵罐和一個(gè)二次發(fā)酵罐分別通過(guò)管路和氣液分離器連通沼氣管路；固液分離設(shè)備產(chǎn)生的沼液通過(guò)管路連通沼液緩沖罐，沼液緩沖罐通過(guò)管路和沼液泵分別連通兩個(gè)預(yù)發(fā)酵罐。

進(jìn)一步，三個(gè)一次發(fā)酵罐和一個(gè)二次發(fā)酵罐的底部都通過(guò)管路連通至循環(huán)泵，循環(huán)泵通過(guò)管路分別連通至三個(gè)一次發(fā)酵罐和一個(gè)二次發(fā)酵罐的頂部。

進(jìn)一步，三個(gè)一次發(fā)酵罐和一個(gè)二次發(fā)酵罐的頂部都設(shè)有正負(fù)壓保護(hù)器。

進(jìn)一步，所述的沼氣純化子系統(tǒng)包括沼氣除濕設(shè)備、純化前儲(chǔ)氣柜、沼氣提純?cè)O(shè)備和純化后儲(chǔ)氣柜；來(lái)自沼氣發(fā)酵子系統(tǒng)的沼氣管路連通沼氣除濕設(shè)備，沼氣除濕設(shè)備通過(guò)管路分別連通純化前儲(chǔ)氣柜和沼氣提純?cè)O(shè)備，純化前儲(chǔ)氣柜通過(guò)管路連通沼氣提純?cè)O(shè)備，沼氣提純?cè)O(shè)備產(chǎn)生的不合格沼氣通過(guò)管路返回至沼氣除濕設(shè)備之后的管路上，沼氣提純?cè)O(shè)備產(chǎn)生的合格沼氣通過(guò)管路分別連通純化后儲(chǔ)氣柜和沼氣用戶。

進(jìn)一步，在沼氣除濕設(shè)備與沼氣提純?cè)O(shè)備之間的管路上設(shè)置用于多余沼氣燃燒的火炬。

進(jìn)一步，所述的純化前儲(chǔ)氣柜是2～3個(gè)，2～3個(gè)純化前儲(chǔ)氣柜通過(guò)管路并聯(lián)在沼氣除濕設(shè)備與沼氣提純?cè)O(shè)備之間。

本發(fā)明第二目的所采用的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種使用大型沼氣工程發(fā)酵生產(chǎn)系統(tǒng)制造沼氣的方法，它包括如下步驟：

1)在原料處理池內(nèi)加入粉碎的生物質(zhì)原料、水和/或沼液，進(jìn)行充分?jǐn)嚢杌旌希?/p>

2)將原料處理池內(nèi)的固液混合原料分別通過(guò)管路和給料設(shè)備輸送至兩個(gè)預(yù)發(fā)酵罐內(nèi)，固液比例為1∶9～11，溫度為32～38℃，攪拌發(fā)酵20～36小時(shí)，在發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的可燃?xì)怏w通過(guò)氣液分離器和管路排出另行處理；

3)預(yù)發(fā)酵罐內(nèi)經(jīng)過(guò)發(fā)酵的固液混合原料通過(guò)一次發(fā)酵給料泵分別輸送至三個(gè)一次發(fā)酵罐內(nèi)，固液比例為1∶9～11，溫度為32～38℃，攪拌發(fā)酵36～54天，在發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的沼氣通過(guò)氣液分離器除水之后給沼氣管路輸氣；

4)一次發(fā)酵罐內(nèi)經(jīng)過(guò)發(fā)酵的固液混合原料通過(guò)二次發(fā)酵給料泵輸送至二次發(fā)酵罐內(nèi)，固液比例為1∶9～11，溫度為32～38℃，攪拌發(fā)酵12～18天，在發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的沼氣通過(guò)氣液分離器除水之后給沼氣管路輸氣；

5)二次發(fā)酵罐內(nèi)經(jīng)過(guò)發(fā)酵的固液混合原料通過(guò)廢料輸出泵輸送至固液分離設(shè)備，固液分離設(shè)備產(chǎn)生的廢渣用于生產(chǎn)有機(jī)肥，固液分離設(shè)備產(chǎn)生的沼液返回至原料處理池和預(yù)發(fā)酵罐內(nèi)循環(huán)利用；

6)步驟4)和步驟5)產(chǎn)生的沼氣通過(guò)沼氣管路和沼氣除濕設(shè)備給純化前儲(chǔ)氣柜和沼氣提純?cè)O(shè)備提供沼氣；沼氣除濕設(shè)備對(duì)沼氣進(jìn)行除濕，去除沼氣中含有的大部分水分；沼氣提純?cè)O(shè)備產(chǎn)生的不合格沼氣通過(guò)管路返回至沼氣除濕設(shè)備之后的管路上，沼氣提純?cè)O(shè)備產(chǎn)生的合格沼氣通過(guò)管路分別連通純化后儲(chǔ)氣柜和沼氣用戶。

進(jìn)一步，一種大型沼氣工程發(fā)酵生產(chǎn)方法更優(yōu)化的技術(shù)方案是：步驟2)中，固液比例為1∶9～11，溫度為34～36℃，攪拌發(fā)酵24小時(shí)；步驟3)中，固液比例為1∶9～11，溫度為34～36℃，攪拌發(fā)酵45天；步驟4)中，固液比例為1∶9～11，溫度為34～36℃，攪拌發(fā)酵15天。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

1)本發(fā)明設(shè)置了兩個(gè)預(yù)發(fā)酵罐，一方面可以將生物質(zhì)原料與沼液進(jìn)行充分混合，有利于往一次發(fā)酵罐里輸送，另一方面經(jīng)過(guò)初始發(fā)酵，初始發(fā)酵的沼氣不純，它可以把初始發(fā)酵產(chǎn)生的氣體排出另行處理，有利于一次發(fā)酵和二次發(fā)酵產(chǎn)生更純凈的沼氣，為后期沼氣提純創(chuàng)造更好的條件。

2)它設(shè)置了三個(gè)一次發(fā)酵罐和一個(gè)二次發(fā)酵罐，通過(guò)兩次發(fā)酵，發(fā)酵更充分，發(fā)酵效率高，沼氣產(chǎn)量高，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

3)它設(shè)置了原料處理池，在原料處理池內(nèi)將經(jīng)過(guò)粉碎稱重的生物質(zhì)原料與沼液和/或來(lái)自水源的水進(jìn)行混合，方便給料設(shè)備往兩個(gè)預(yù)發(fā)酵罐按計(jì)量和比例送料。

4)它包括固液分離設(shè)備，發(fā)酵完成的固形物和沼液可以通過(guò)固液分離設(shè)備進(jìn)行固液分離，分離出來(lái)的廢渣可以送去生產(chǎn)有機(jī)肥，分離出來(lái)的沼液返回至原料處理池和預(yù)發(fā)酵罐，進(jìn)行循環(huán)利用，沼液循環(huán)利用有利于節(jié)約水資源，同時(shí)沼液中含有的發(fā)酵菌更有利于生物質(zhì)發(fā)酵產(chǎn)生沼氣。

5)所述的沼氣純化子系統(tǒng)包括沼氣除濕設(shè)備，它可以除去沼氣中含有的大部分水分，有利于下一步沼氣提純生產(chǎn)。

6)在沼氣除濕設(shè)備與沼氣提純?cè)O(shè)備之間的管路上設(shè)置用于多余沼氣燃燒的火炬?？梢栽谠O(shè)備檢修期間，將純化前儲(chǔ)氣柜容納不下的沼氣消化掉，避免安全事故的發(fā)生。

7)沼氣提純?cè)O(shè)備通過(guò)管路分別連通純化后儲(chǔ)氣柜和沼氣用戶，沼氣提純?cè)O(shè)備生產(chǎn)的純化沼氣可以存貯在純化后儲(chǔ)氣柜里，還可以通過(guò)管路連通至沼氣用戶。

8)本發(fā)明的方法適合大型沼氣工程、方便運(yùn)行和維護(hù)、產(chǎn)氣效率高、可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明大型沼氣工程發(fā)酵生產(chǎn)系統(tǒng)的示意圖；

圖2是本發(fā)明一個(gè)沼氣生產(chǎn)單元的示意圖。

圖中：1-沼氣生產(chǎn)單元，2-原料處理池，3-預(yù)發(fā)酵罐，4-一次發(fā)酵罐，5-二次發(fā)酵罐，6-給料設(shè)備，7-氣液分離器，8-一次發(fā)酵給料泵，9-二次發(fā)酵給料泵，10-廢料輸出泵，11-固液分離設(shè)備，12-沼液緩沖罐，13-沼液泵，14-循環(huán)泵，15-正負(fù)壓保護(hù)器，16-沼氣除濕設(shè)備，17-純化前儲(chǔ)氣柜，18-沼氣提純?cè)O(shè)備，19-純化后儲(chǔ)氣柜，20-火炬。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)施例1：如圖1和圖2所示，一種大型沼氣工程發(fā)酵生產(chǎn)系統(tǒng)，它包括沼氣發(fā)酵子系統(tǒng)和沼氣純化子系統(tǒng)；所述的沼氣發(fā)酵子系統(tǒng)包括三個(gè)沼氣生產(chǎn)單元1，各沼氣生產(chǎn)單元1生產(chǎn)的沼氣通過(guò)管路連通至沼氣純化子系統(tǒng)；所述的沼氣生產(chǎn)單元1包括一個(gè)原料處理池2、兩個(gè)預(yù)發(fā)酵罐3、三個(gè)一次發(fā)酵罐4和一個(gè)二次發(fā)酵罐5；原料處理池2通過(guò)管路連通水源，原料處理池2分別通過(guò)管路和給料設(shè)備6連通兩個(gè)預(yù)發(fā)酵罐3；兩個(gè)預(yù)發(fā)酵罐3都通過(guò)管路連通水源；兩個(gè)預(yù)發(fā)酵罐3分別通過(guò)管路和氣液分離器7連通廢氣輸出管路，兩個(gè)預(yù)發(fā)酵罐3都通過(guò)管路和一次發(fā)酵給料泵8分別連通三個(gè)一次發(fā)酵罐4；三個(gè)一次發(fā)酵罐4都通過(guò)管路和二次發(fā)酵給料泵9連通二次發(fā)酵罐5，二次發(fā)酵罐5通過(guò)管路和廢料輸出泵10連通至固液分離設(shè)備11；三個(gè)一次發(fā)酵罐4和一個(gè)二次發(fā)酵罐5分別通過(guò)管路和氣液分離器7連通沼氣管路；固液分離設(shè)備11產(chǎn)生的沼液通過(guò)管路連通沼液緩沖罐12，沼液緩沖罐12通過(guò)管路和沼液泵13分別連通兩個(gè)預(yù)發(fā)酵罐3。三個(gè)一次發(fā)酵罐4和一個(gè)二次發(fā)酵罐5的底部都通過(guò)管路連通至循環(huán)泵14，循環(huán)泵14通過(guò)管路分別連通至三個(gè)一次發(fā)酵罐4和一個(gè)二次發(fā)酵罐5的頂部。三個(gè)一次發(fā)酵罐4和一個(gè)二次發(fā)酵罐5的頂部都設(shè)有正負(fù)壓保護(hù)器15。所述的沼氣純化子系統(tǒng)包括沼氣除濕設(shè)備16、兩個(gè)純化前儲(chǔ)氣柜17、沼氣提純?cè)O(shè)備18和純化后儲(chǔ)氣柜19；來(lái)自沼氣發(fā)酵子系統(tǒng)的沼氣管路連通沼氣除濕設(shè)備16，沼氣除濕設(shè)備16通過(guò)管路分別連通兩個(gè)純化前儲(chǔ)氣柜17和沼氣提純?cè)O(shè)備18，純化前儲(chǔ)氣柜17通過(guò)管路連通沼氣提純?cè)O(shè)備18，沼氣提純?cè)O(shè)備18產(chǎn)生的純度低的沼氣通過(guò)管路返回至沼氣除濕設(shè)備16之后的管路上，沼氣提純?cè)O(shè)備18產(chǎn)生的純度高的沼氣通過(guò)管路分別連通純化后儲(chǔ)氣柜19和沼氣用戶。在沼氣除濕設(shè)備16與沼氣提純?cè)O(shè)備18之間的管路上設(shè)置用于多余沼氣燃燒的火炬20。

實(shí)施例2：一種使用大型沼氣工程發(fā)酵生產(chǎn)系統(tǒng)制造沼氣的方法，在上述設(shè)備的基礎(chǔ)上，它包括如下步驟：

1)在原料處理池內(nèi)加入粉碎的生物質(zhì)原料、水和/或沼液，進(jìn)行充分?jǐn)嚢杌旌希?/p>

2)將原料處理池內(nèi)的固液混合原料分別通過(guò)管路和給料設(shè)備輸送至兩個(gè)預(yù)發(fā)酵罐內(nèi)，固液比例為1∶10，溫度為35℃，攪拌發(fā)酵24小時(shí)，在發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的可燃?xì)怏w通過(guò)氣液分離器和管路排出另行處理；

3)預(yù)發(fā)酵罐內(nèi)經(jīng)過(guò)發(fā)酵的固液混合原料通過(guò)一次發(fā)酵給料泵分別輸送至三個(gè)一次發(fā)酵罐內(nèi)，固液比例為1∶10，溫度為35℃，攪拌發(fā)酵45天，在發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的沼氣通過(guò)氣液分離器除水之后給沼氣管路輸氣；

4)一次發(fā)酵罐內(nèi)經(jīng)過(guò)發(fā)酵的固液混合原料通過(guò)二次發(fā)酵給料泵輸送至二次發(fā)酵罐內(nèi)，固液比例為1∶10，溫度為35℃，攪拌發(fā)酵15天，在發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的沼氣通過(guò)氣液分離器除水之后給沼氣管路輸氣；

5)二次發(fā)酵罐內(nèi)經(jīng)過(guò)發(fā)酵的固液混合原料通過(guò)廢料輸出泵輸送至固液分離設(shè)備，固液分離設(shè)備產(chǎn)生的廢渣用于生產(chǎn)有機(jī)肥，固液分離設(shè)備產(chǎn)生的沼液返回至原料處理池和預(yù)發(fā)酵罐內(nèi)循環(huán)利用；

6)步驟4)和步驟5)產(chǎn)生的沼氣通過(guò)沼氣管路和沼氣除濕設(shè)備給純化前儲(chǔ)氣柜和沼氣提純?cè)O(shè)備提供沼氣；沼氣除濕設(shè)備對(duì)沼氣進(jìn)行除濕，去除沼氣中含有的大部分水分；沼氣提純?cè)O(shè)備產(chǎn)生的不合格沼氣通過(guò)管路返回至沼氣除濕設(shè)備之后的管路上，沼氣提純?cè)O(shè)備產(chǎn)生的合格沼氣通過(guò)管路分別連通純化后儲(chǔ)氣柜和沼氣用戶。

實(shí)施例3：一種使用大型沼氣工程發(fā)酵生產(chǎn)系統(tǒng)制造沼氣的方法，它包括的工藝步驟同實(shí)施例2相同，不同之處在于：

步驟2)中，固液比例為1∶11，溫度為33，攪拌發(fā)酵36小時(shí)；

步驟3)中，固液比例為1∶11，溫度為33℃，攪拌發(fā)酵54天；

步驟4)中，固液比例為1∶11，溫度為33℃，攪拌發(fā)酵18天。

實(shí)施例4：一種使用大型沼氣工程發(fā)酵生產(chǎn)系統(tǒng)制造沼氣的方法，它包括的工藝步驟同實(shí)施例2相同，不同之處在于：

步驟2)中，固液比例為1∶9，溫度為37℃，攪拌發(fā)酵20小時(shí)；

步驟3)中，固液比例為1∶9，溫度為37℃，攪拌發(fā)酵36天；

步驟4)中，固液比例為1∶9，溫度為37℃，攪拌發(fā)酵12天。

最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，以上具體實(shí)施方式僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行的簡(jiǎn)單修改或者等同替換，均不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)和范圍。