本發(fā)明屬于能源利用領(lǐng)域，尤其涉及一種換熱器及包括換熱器的甲烷制備工藝和系統(tǒng)，屬于換熱器及其應(yīng)用領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人類對(duì)能源的需求量越來越大。然而煤、石油、天然氣等傳統(tǒng)能源儲(chǔ)備量不斷減少、日益緊缺，造成價(jià)格的不斷上漲，同時(shí)常規(guī)化石燃料造成的環(huán)境污染問題也愈加嚴(yán)重，這些都大大限制著社會(huì)的發(fā)展和人類生活質(zhì)量的提高。沼氣是低成本可再生能源，但實(shí)際中通常需要對(duì)沼氣進(jìn)行提純，產(chǎn)生甲烷，以滿足不同用途(比如：作為汽車燃料)的有關(guān)技術(shù)要求。傳統(tǒng)沼氣提純技術(shù)需要消耗大量能源，不符合當(dāng)前節(jié)能減排和保護(hù)環(huán)境的要求。

在甲烷生產(chǎn)的過程中，一般需要經(jīng)過換熱器進(jìn)行冷凝，目前的換熱器都是使用通用的常見的換熱器，并不能很好的適用氣體的冷凝提純，因此需要開發(fā)一種新的類型的換熱器，使其滿足沼氣生產(chǎn)過程中氣體的冷凝提純。

此外，對(duì)于甲烷的生產(chǎn)過程，如何提高甲烷的產(chǎn)出率，也是甲烷生產(chǎn)工藝中一直在追求的，利用氫氣提純生物質(zhì)氣是提高生產(chǎn)生物質(zhì)甲烷效率的有效方法，這一方法基于sabatier反應(yīng)：co2+4h2-ch4+2h2o。傳統(tǒng)上，該反應(yīng)一般使用釕(ru)基和鎳(ni)基催化劑實(shí)現(xiàn)。但是目前并沒有一套成型的工藝或設(shè)備來實(shí)現(xiàn)氫氣提出甲烷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種氫氣提純生物質(zhì)氣中使用的換熱器及其利用電能電解產(chǎn)生氫氣提純生物質(zhì)氣是提高生產(chǎn)生物質(zhì)甲烷效率的工藝，該工藝?yán)蒙锓椒▉韺?shí)現(xiàn)sabatier反應(yīng)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種智能控制的生物質(zhì)甲烷的制備裝置，包括厭氧發(fā)酵罐、生物反應(yīng)器、風(fēng)力發(fā)電裝置和電解水裝置，所述風(fēng)力發(fā)電裝置與電解水裝置連接，電解水裝置與生物反應(yīng)器連接，將產(chǎn)生的氫氣輸入到生物反應(yīng)器中，所述厭氧發(fā)酵罐與生物反應(yīng)器相連，所述厭氧發(fā)酵罐產(chǎn)生的沼氣進(jìn)入生物反應(yīng)器，進(jìn)入生物反應(yīng)器的所述沼氣中含有甲烷和二氧化碳；其特征在于，在厭氧發(fā)酵罐與生物反應(yīng)器之間的第一管路上設(shè)置沼氣閥門，電解水裝置與生物反應(yīng)器連接的第二管路上設(shè)置氫氣閥門；在第一管路上設(shè)置甲烷濃度檢測裝置、二氧化碳濃度檢測裝置和流速檢測裝置，第二管路上設(shè)置流速檢測裝置，二氧化碳濃度檢測裝置、氫氣濃度檢測裝置、甲烷濃度檢測裝置與控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)連接；所述流速檢測裝置與控制器數(shù)據(jù)連接；所述控制器根據(jù)二氧化碳濃度檢測裝置、甲烷濃度檢測裝置以及兩個(gè)流速檢測裝置計(jì)算出進(jìn)入生物反應(yīng)器的二氧化碳摩爾數(shù)、氫氣摩爾數(shù)以及甲烷摩爾數(shù)，并根據(jù)摩爾數(shù)來自動(dòng)調(diào)整沼氣和氫氣氣流的大小。

作為優(yōu)選，如果檢測進(jìn)入生物反應(yīng)器氫氣的摩爾數(shù)偏多，則控制器自動(dòng)調(diào)低氫氣閥門的開度，減少氫氣的流量；如果檢測的氫氣的摩爾數(shù)偏少，則增加氫氣閥門的開度，增加氫氣的流量。

作為優(yōu)選，如果檢測進(jìn)入生物反應(yīng)器氫氣的摩爾數(shù)偏多，則控制器自動(dòng)增加沼氣閥門的開度；如果檢測的氫氣的摩爾數(shù)偏少，則減少沼氣氣閥門的開度。

作為優(yōu)選，厭氧發(fā)酵罐和生物反應(yīng)器之間設(shè)置沼氣潔凈裝置。

作為優(yōu)選，所述生物反應(yīng)器與冷凝器相連。

作為優(yōu)選，所述冷凝器是板翅式換熱器，所述板翅式換熱器包括互相平行的板片，所述板片之間設(shè)置翅片，所述翅片包括傾斜于板片的傾斜部分，其特征在于，在傾斜部分上通過沖壓方式加工突起，從而使傾斜部分兩側(cè)的流體通過傾斜部分上沖壓方式形成的孔連通；所述突起從傾斜部分沿著混合氣體流動(dòng)方向向外延伸。

作為優(yōu)選，所述突起的延伸方向與混合物的流動(dòng)方向的夾角為a，同一個(gè)傾斜部分設(shè)置多個(gè)突起，沿著混合物的流動(dòng)方向，所述的夾角a越來越小。

作為優(yōu)選，生物反應(yīng)器中使用的催化劑是氫營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌。

作為優(yōu)選，進(jìn)入生物反應(yīng)器的沼氣，甲烷的摩爾百分含量45％以上，二氧化碳的摩爾百分含量為30％以上。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

1)本發(fā)明能夠智能控制甲烷以及氫氣的流量，從而使甲烷的制備達(dá)到最佳的產(chǎn)量，避免浪費(fèi)。

2)本發(fā)明利用風(fēng)力或者太陽能發(fā)電裝置連接電解水裝置，通過電解產(chǎn)生的氫氣制備甲烷，節(jié)約了能源。

3)開發(fā)了一種適應(yīng)氣體的冷凝提純的換熱器，可以提高冷凝的效率。

4)本發(fā)明通過設(shè)置生物反應(yīng)器，通過生物方法來實(shí)現(xiàn)甲烷的生產(chǎn)，加大的提高了甲烷的生產(chǎn)效率。

5)本發(fā)明提出了一種全新的生產(chǎn)生物質(zhì)甲烷的工藝方法，將厭氧發(fā)酵和生物質(zhì)氣化過程結(jié)合起來，降低沼氣提純過程耗能的同時(shí)，大幅增加甲烷產(chǎn)量，從而提高厭氧發(fā)酵和生物質(zhì)氣化的整體效率。

6)本發(fā)明的膜分離器是采用中空纖維和matrimid聚合材料制成的，是一種像玻璃一樣的聚合膜。通過膜分離器的作用，分離可以達(dá)到分子級(jí)。

附圖說明

構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說明書附圖用來提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，本申請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本申請(qǐng)，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。

圖1是本發(fā)明的制備生物質(zhì)甲烷的工藝流程圖；

圖2是本發(fā)明一種板翅式換熱器換熱板片結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明一個(gè)板翅單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明設(shè)置突起結(jié)構(gòu)傾斜部分平面的示意圖；

圖5是本發(fā)明設(shè)置突起結(jié)構(gòu)傾斜部分平面的另一個(gè)示意圖；

圖6是本發(fā)明的三角形突起結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本發(fā)明三角形突起流道中的切面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8是本發(fā)明的制備生物質(zhì)甲烷的另一個(gè)實(shí)施例工藝流程圖。

附圖標(biāo)記如下：

1沼氣流，2氫氣流，3甲烷流，4厭氧發(fā)酵罐，5沼氣潔凈裝置，6生物反應(yīng)器，7電解水裝置，8風(fēng)力發(fā)電裝置，9冷凝器，10密封件，11流體通道，12板片，13傾斜部分，14水平部分，15突起，16翅片

具體實(shí)施方式

應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說明都是例示性的，旨在對(duì)本申請(qǐng)?zhí)峁┻M(jìn)一步的說明。除非另有指明，本本發(fā)明使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本申請(qǐng)所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義；本發(fā)明中的氣體含量，沒有特殊說明的情況下是摩爾含量。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實(shí)施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請(qǐng)的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

正如背景技術(shù)部分所描述的，在甲烷生產(chǎn)的過程中，一般需要經(jīng)過換熱器進(jìn)行冷凝，目前的換熱器都是使用通用的常見的換熱器，并不能很好的適用氣體的冷凝提純，因此需要開發(fā)一種新的類型的換熱器，使其滿足沼氣生產(chǎn)過程中氣體的冷凝提純。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做詳細(xì)的說明。

圖1展示了一種制備生物質(zhì)甲烷的工藝流程，如圖1所示，所述的制備工藝中包括厭氧發(fā)酵罐4、生物反應(yīng)器6、電解水裝置7和風(fēng)力發(fā)電裝置8，所述厭氧發(fā)酵罐4產(chǎn)生的沼氣進(jìn)入生物反應(yīng)器16中，進(jìn)入生物反應(yīng)器13的沼氣中含有甲烷和二氧化碳，作為優(yōu)選，含量最多的依次是甲烷和二氧化碳；風(fēng)力發(fā)電裝置8與電解水裝置7相連，向電解水裝置7中輸送電，電解水裝置7電解產(chǎn)生的氫氣流2進(jìn)入生物反應(yīng)器6中，在生物反應(yīng)器6中，進(jìn)行合成甲烷的反應(yīng)：co2+4h2-ch4+2h2o；

生物反應(yīng)器13中使用的催化劑是氫營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌。

作為優(yōu)選，沼氣在進(jìn)入生物反應(yīng)器6之前，還經(jīng)過沼氣潔凈裝置9進(jìn)行凈化，以除去雜質(zhì)，比如硫化氫，氨，氧硅烷等。

作為優(yōu)選，進(jìn)入生物反應(yīng)器的沼氣，甲烷的摩爾百分含量45％以上，二氧化碳的摩爾百分含量為13％以上％。

作為優(yōu)選，從生物反應(yīng)器6中出來的甲烷經(jīng)過冷凝器9后進(jìn)行回收。

作為優(yōu)選，在生物反應(yīng)器中，二氧化碳與氫氣的比例為：1比4(摩爾數(shù)比例)。

沼氣流1的管路上設(shè)置沼氣閥門，氫氣流2的管路上設(shè)置氫氣閥門，通過閥門來控制進(jìn)入生物反應(yīng)器中的沼氣和氫氣的數(shù)量。

所述系統(tǒng)還包括二氧化碳濃度檢測裝置、氫氣濃度檢測裝置、甲烷濃度檢測裝置，所述二氧化碳濃度檢測裝置、氫氣濃度檢測裝置、甲烷濃度檢測裝置與控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)連接；所述系統(tǒng)還包括流速檢測裝置，所述流速檢測裝置與控制器數(shù)據(jù)連接，所述在氣流1的管路上設(shè)置甲烷濃度檢測裝置、二氧化碳濃度檢測裝置和流速檢測裝置，所述在氣流2的管路上設(shè)置流速檢測裝置，所述控制器根據(jù)二氧化碳濃度檢測裝置、甲烷濃度檢測裝置以及兩個(gè)流速檢測裝置計(jì)算出進(jìn)入生物反應(yīng)器的二氧化碳摩爾數(shù)、氫氣摩爾數(shù)以及甲烷摩爾數(shù)，并根據(jù)摩爾數(shù)來自動(dòng)調(diào)整氣流1和氣流2開度的大小。

如果檢測進(jìn)入生物反應(yīng)器氫氣的摩爾數(shù)偏多，則控制器自動(dòng)調(diào)低氫氣閥門的開度，減少氣流2的流量；如果檢測的氫氣的摩爾數(shù)偏少，則增加氫氣閥門的開度，增加氣流2的流量。

或者如果檢測進(jìn)入生物反應(yīng)器氫氣的摩爾數(shù)偏多，則控制器自動(dòng)增加甲烷閥門的開度，增加氣流1的流量；如果檢測的氫氣的摩爾數(shù)偏少，則減少甲烷氣閥門的開度，降低氣流1的流量。

對(duì)于控制氫氣的摩爾數(shù)，上述的兩種方式可以結(jié)合在一起控制氫氣和二氧化碳的數(shù)量，從而盡快達(dá)到氫氣和二氧化碳的數(shù)量的平衡。

如果檢測進(jìn)入生物反應(yīng)器的二氧化碳的摩爾數(shù)過多，則相應(yīng)的自動(dòng)增加氫氣的含量，則增加氫氣閥門的開度，增加氣流2的流量，相反，則控制器自動(dòng)調(diào)低氫氣閥門的開度，減少氣流2的流量。

當(dāng)然，作為一個(gè)優(yōu)選，如果檢測進(jìn)入生物反應(yīng)器的二氧化碳的摩爾數(shù)過多，則相應(yīng)的自動(dòng)降低甲烷氣閥門的開度，相反，則控制器自動(dòng)增加甲烷閥門的開度量。

對(duì)于控制二氧化碳的摩爾數(shù)，上述的兩種方式可以結(jié)合在一起控制氫氣和二氧化碳的數(shù)量，從而盡快達(dá)到氫氣和二氧化碳的數(shù)量的平衡。

如果測量進(jìn)入生物反應(yīng)器的甲烷的摩爾數(shù)過多，則控制器自動(dòng)調(diào)降低沼氣閥門的開度，相反，控制器自動(dòng)調(diào)增加沼氣閥門的開度。

當(dāng)然，上述所有的控制也可以采用手動(dòng)方式控制。

作為優(yōu)選，還包括與生物反應(yīng)器相連的氫氣管道、甲烷管道及其二氧化碳管道，用于向生物反應(yīng)器中輸入氫氣、甲烷和二氧化碳，同時(shí)每個(gè)管道上設(shè)置閥門和速度檢測裝置，所述閥門和速度檢測裝置與控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)聯(lián)接?？刂破鞲鶕?jù)進(jìn)入生物反應(yīng)器中的氫氣、甲烷和二氧化碳的摩爾數(shù)，自動(dòng)控制氫氣管道、甲烷管道及其二氧化碳管道閥門，以便向生物反應(yīng)器中輸入相應(yīng)的氣體，使生物反應(yīng)器中的氣體含量達(dá)到最佳的比例。

作為優(yōu)選，可以在生物反應(yīng)器中設(shè)置氫氣濃度檢測裝置、甲烷濃度檢測裝置、二氧化碳濃度檢測裝置，分別檢測生物反應(yīng)器中氫氣、甲烷、二氧化碳的摩爾數(shù)，并根據(jù)檢測的結(jié)果如前面所述來自動(dòng)調(diào)整各個(gè)閥門，使生物反應(yīng)器中的氣體含量達(dá)到最佳的比例。

作為優(yōu)選，在厭氧發(fā)酵罐中，反應(yīng)溫度在35-60攝氏度之間。優(yōu)選為兩種35-40攝氏度或者50-60攝氏度。反應(yīng)壓力低于2bar，優(yōu)選1-1.8bar，進(jìn)一步優(yōu)選，1.1-1.5bar。反應(yīng)的原料包括有機(jī)物，例如餐櫥垃圾，污泥，牲畜糞便，秸稈等有機(jī)物。原料粉碎后加水注入發(fā)酵罐，厭氧菌將有機(jī)物分解產(chǎn)生沼氣。具體過程如下：

第一階段為水解發(fā)酵階段，是指復(fù)雜的有機(jī)物在微生物胞外酶的作用下進(jìn)行水解和發(fā)酵，將大分子物質(zhì)破鏈形成小分子物質(zhì)。例如：單糖、氨基酸等小分子物資，為后一階段做準(zhǔn)備。

第二階段為產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸階段，該階段是在產(chǎn)酸菌，例如膠醋酸菌、部分梭狀芽孢桿菌等的作用下分解上一階段產(chǎn)生的小分子物質(zhì)，生成乙酸和氫。第二階段中，co2+ch4.co2+4h2->ch4+4h2o。

第二階段產(chǎn)酸速率很快，致使料液ph值迅速下降，使料液具有腐爛氣味。

在生物質(zhì)反應(yīng)爐中進(jìn)行生物質(zhì)氣化反應(yīng)，生物質(zhì)氣化反應(yīng)是在一定的熱力學(xué)條件下，借助于空氣部分(或者氧氣)、水蒸氣的作用，使生物質(zhì)的高聚物發(fā)生熱解、氧化、還原重整反應(yīng)，最終轉(zhuǎn)化為一氧化碳，氫。生物質(zhì)氣化反應(yīng)是本領(lǐng)域現(xiàn)有的一個(gè)常見的技術(shù)。

在生物反應(yīng)器中，甲烷菌將二氧化碳，利用氫氣還原為甲烷。

生物反應(yīng)器作為優(yōu)選密閉容器，可承壓不高于2個(gè)大氣壓。

生物反應(yīng)器的甲烷菌及其它厭氧菌通常從其它發(fā)酵罐移植。

作為優(yōu)選，生物反應(yīng)器中的反應(yīng)溫度為13－60攝氏度，反應(yīng)壓力為1－2個(gè)大氣壓。

進(jìn)一步優(yōu)選，反應(yīng)溫度為40－50攝氏度，反應(yīng)壓力為1.1-1.5個(gè)大氣壓。

作為優(yōu)選，在生物反應(yīng)器中，先輸入一部分甲烷菌，作為種子，在合成甲烷的過程中，來自厭氧發(fā)酵罐中的甲烷與種子甲烷菌進(jìn)行反應(yīng)，進(jìn)一步生成甲烷菌，同時(shí)生物反應(yīng)器中的生成的甲烷的一部分也會(huì)與種子甲烷菌進(jìn)行反應(yīng)，進(jìn)一步生成甲烷菌。

在生產(chǎn)過程中，針對(duì)甲烷氣體的生成情況，還可以不斷的從外邊移植甲烷菌。

作為優(yōu)選，所述生物反應(yīng)器設(shè)置甲烷菌移植通道，以便從外部移植甲烷菌。作為優(yōu)選，可以根據(jù)甲烷的產(chǎn)出情況來移植甲烷菌。如果發(fā)現(xiàn)甲烷產(chǎn)出的效率低于一定數(shù)值，則打開閥門，向生物反應(yīng)器內(nèi)移植甲烷菌。

甲烷的產(chǎn)出效率可以根據(jù)輸入的二氧化碳、氫氣的數(shù)量來判斷，采用實(shí)際產(chǎn)生的甲烷和理論上產(chǎn)生的甲烷的比例，理論上產(chǎn)生的甲烷采用輸入的二氧化碳和氫氣的數(shù)量來計(jì)算。

作為優(yōu)選，冷凝器9的冷凝溫度是25攝氏度。主要是將水蒸氣冷凝排除。

反應(yīng)的具體的實(shí)施例參見圖表1。

表1

表2：一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例反應(yīng)條件及結(jié)果

作為優(yōu)選，氣流2中的氫氣含量為95％以上，基本上可以達(dá)到100％。

生物反應(yīng)器6中產(chǎn)生的甲烷在冷凝器中冷凝中，氣流在液化中非共沸多組分混合介質(zhì)冷凝的熱阻機(jī)制與純組分物質(zhì)冷凝有明顯區(qū)別，理論分析和實(shí)驗(yàn)已證明換熱系數(shù)比純組分冷凝明顯降低。現(xiàn)有對(duì)非共沸混合介質(zhì)冷凝換熱的研究更多集中在含一種不凝氣體的工況，采用低紋槽、人工粗糙度表面等措施減小平均液膜厚度在純組分冷凝時(shí)被證實(shí)效果突出的措施，在含不凝氣體情況下效果有時(shí)不明顯，而在合成甲烷的氣流的冷凝換熱過程和機(jī)理更為復(fù)雜，冷凝過程通常包含兩種以上的不凝氣體，換熱情況更加復(fù)雜。

針對(duì)上述問題，本發(fā)明提供了一種新的板翅式換熱器，從而解決甲烷合成過程中沸點(diǎn)不同的多組分混合介質(zhì)的冷凝。

如果沒有特殊說明，涉及公式的，“/”表示除法，“×”、“*”表示乘法。

如圖2所示，一種用于非共沸多組分混合物冷凝的板翅式換熱器，所述板翅式換熱器包括互相平行的板片12，所述相鄰的板片12之間形成流體通道11，所述相鄰的板片12之間設(shè)置翅片16。所述翅片16包括與板片12傾斜的傾斜部分13，所述傾斜部分互相平行。在傾斜部分13上通過沖壓方式加工突起15，從而使傾斜部分13兩側(cè)的流體通過傾斜部分13上通過沖壓方式形成的孔連通；所述突起15從傾斜部分13向外延伸。

因?yàn)閮A斜部分13互相平行，因此相鄰的傾斜部分13與上下板片之間構(gòu)成了平行四邊形通道。

通過設(shè)置突起15，具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

1)一方面可以破壞層流底層，另一方面與“打孔”翅片相比，未因打孔損失換熱面積，而且“刺”和“孔”可以分別在不同高度上擾動(dòng)流體，強(qiáng)化不同的熱阻環(huán)節(jié)；

2)沖壓“微刺”形成的小孔，借助“微刺”下游壓力場的影響，可實(shí)現(xiàn)翅片兩側(cè)介質(zhì)的壓力及質(zhì)量交換，對(duì)粘性底層和液膜的穩(wěn)定性造成破壞，強(qiáng)化換熱。

3)針對(duì)非共沸多組分混合物的流體，能夠借助“微刺”實(shí)現(xiàn)擴(kuò)大氣液界面以及氣相邊界層與冷卻壁面的接觸面積并增強(qiáng)擾動(dòng)；

4)易加工實(shí)現(xiàn)，制作難度和成本不會(huì)明顯上升。

在板翅式換熱器內(nèi)采取上述措施，能夠極大的提高了非共沸混合介質(zhì)冷凝換熱簡易又有效的技術(shù)。與采取“打孔”翅片相比，能夠提高20－13％的換熱效率。

作為優(yōu)選，所述的突起15與混合物的流動(dòng)方向所形成的夾角為銳角。

作為優(yōu)選，如圖3所示，所述的翅片16為傾斜型翅片，所述翅片16包括水平部分14和傾斜部分13，所述水平部分14與板片12平行并且與板片12貼在一起，所述傾斜部分13與水平部分14連接。

如圖7所示，所述突起15的延伸方向與混合物的流動(dòng)方向的夾角為a，如圖4所示，沿著混合物的流動(dòng)方向，同一個(gè)傾斜部分13設(shè)置多個(gè)突起15，沿著混合物的流動(dòng)方向，所述的夾角a越來越大。

通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過夾角a的逐漸變大，與夾角a完全相同相比，可以實(shí)現(xiàn)更高的換熱效率，能夠大約提高10％左右的換熱效率。

作為優(yōu)選，沿著混合物的流動(dòng)方向，夾角a變大的幅度越來越小。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，變化夾角a的變大的幅度，可以保證換熱效率的情況下，進(jìn)一步降低流動(dòng)阻力，能夠大約降低5％左右的流動(dòng)阻力。

作為優(yōu)選，所述突起15為等腰三角形，所述等腰三角形的底邊設(shè)置在傾斜部分13上，作為優(yōu)選，底邊與傾斜部分的傾斜角度相同，所述等腰三角形的頂角為b，沿著混合物的流動(dòng)方向，同一個(gè)傾斜部分13設(shè)置多個(gè)突起15，沿著混合物的流動(dòng)方向，在底邊長度保持不變的情況下，所述的突起頂角b越來越小。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過突起頂角b的逐漸變小，與頂角b完全相同相比，可以實(shí)現(xiàn)更高的換熱效率，能夠大約提高8％左右的換熱效率。

作為優(yōu)選，沿著混合物的流動(dòng)方向，頂角b變小的幅度越來越小。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，頂角b變小的幅度越來越小，可以保證換熱效率的情況下，進(jìn)一步降低流動(dòng)阻力，能夠大約降低4％左右的流動(dòng)阻力。

作為優(yōu)選，沿著流體的流動(dòng)方向，同一傾斜部分設(shè)置多排突起15，如圖4和5所示，每排突起之間的距離為s2，沿著混合物的流動(dòng)方向，所述的s2越來越大。之所以如此設(shè)置，主要目的是通過s2的變大，實(shí)現(xiàn)在保證換熱效率的情況下，進(jìn)一步降低流動(dòng)阻力。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，流動(dòng)阻力降低10％左右。

所述s2是以相鄰排的突起的底邊為計(jì)算距離的。

作為優(yōu)選，如圖5所示，多排突起15為錯(cuò)列結(jié)構(gòu)。

在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，相鄰板片12的距離不能過大，過大會(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱效率的降低，過小會(huì)導(dǎo)致流動(dòng)阻力過大，同理，對(duì)于等腰三角形的底邊長度、頂角、突起、翅片傾斜部分的距離與流體流動(dòng)方向的夾角都不能過大或者過小，過大或過小都會(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱效率的降低或者流動(dòng)阻力的變大，因此在相鄰板片12的距離、等腰三角形的底邊長度、頂角、突起、翅片傾斜部分與流體流動(dòng)方向的夾角之間滿足一個(gè)最優(yōu)化的尺寸關(guān)系。

因此，本發(fā)明是通過多個(gè)不同尺寸的換熱器的上千次數(shù)值模擬以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在滿足工業(yè)要求承壓情況下(10mpa以下)，在實(shí)現(xiàn)最大換熱量的情況下，總結(jié)出的最佳的換熱板片的尺寸優(yōu)化關(guān)系。

相鄰的板片的距離為h，等腰三角形底邊的長度為h，相鄰的傾斜部分的距離為w，傾斜部分與板片之間的銳角的夾角為c，滿足如下公式：

7*h/h＝c1*ln(l*sin(a)/(w*sin(c))+c2,

sin(b/2)＝c3+c4*sin(a)-c5*(sin(a))²，

其中l(wèi)n是對(duì)數(shù)函數(shù)，c1、c2、c3、c4、c5是系數(shù)，

0.24<c1<0.25,0.68<c2<0.70,0.87<c3<0.88，0.68<c4<0.70，1.14<c5<1.15；

19°<a<71°，55°<b<165°,90°<c<70°；

10mm<w<15mm，6mm<h<14mm；

0.19<l*sin(a)/w<0.41,0.12<7*h/h<0.47；

h是以相鄰板片相對(duì)的面之間的距離，w是以相鄰的傾斜部分相對(duì)的面在沿著板片方向上的距離，l為等腰三角形的頂點(diǎn)到底邊中點(diǎn)的距離。

作為優(yōu)選，c1＝0.245，c2＝0.694，

c3＝0.873，c4＝0.691，c5＝1.1454。

作為優(yōu)選，85°<c<80°。

通過上述公式的出的“突起”的最佳的幾何尺度，可以提高換熱效率，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)僅對(duì)粘性底層、或包含液膜、及至包含氣相邊界層不同尺度內(nèi)熱阻的強(qiáng)化，避免措施過度，造成不必要的阻力損失。

作為優(yōu)選，所述的同一排的相鄰的突起的底邊都在一條線上，同一排相鄰的突起距離為s1，所述4×h<s1<6×h，其中s1是以相鄰兩個(gè)等腰三角形突起的底邊的中點(diǎn)的距離。

作為優(yōu)選，相鄰排的突起的等腰三角形的底邊互相平行，等腰三角形的頂點(diǎn)到底邊中點(diǎn)的距離為l，相鄰排的距離s2為4*l<s2<7*l。優(yōu)選為s2＝5*l

相鄰排的等腰三角形的底邊不同時(shí)，采取兩條底邊的加權(quán)平均數(shù)來計(jì)算。

作為優(yōu)選，同一排的等腰三角形的夾角和底邊完全相同。即形狀完全相同，為相等形。

對(duì)于前面的公式，對(duì)于前后排尺寸不同的突起，也依然適用。

對(duì)于沒有提到的具體尺寸參數(shù)，按照正常的換熱器進(jìn)行設(shè)計(jì)。

作為本發(fā)明制備甲烷的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，如圖8所示。與圖1的第一個(gè)實(shí)施例相比，不同在于取消了生物反應(yīng)器6，直接在厭氧發(fā)酵罐4中進(jìn)行生物反應(yīng)。產(chǎn)生的甲烷經(jīng)過冷凝器9進(jìn)行冷凝。

作為優(yōu)選，厭氧發(fā)酵罐4分為兩部分，第一部分進(jìn)行產(chǎn)生沼氣的反應(yīng)，第二部分是產(chǎn)生甲烷的反應(yīng)，沼氣和氣流2混合的部分。

在厭氧發(fā)酵罐中，先輸入一部分甲烷菌，作為種子，在合成甲烷的過程中，來自厭氧發(fā)酵罐中產(chǎn)生的甲烷與種子甲烷菌進(jìn)行反應(yīng)，進(jìn)一步生成甲烷菌。

作為優(yōu)選，在生產(chǎn)過程中，針對(duì)甲烷氣體的生成情況，還可以不斷的從外邊移植甲烷菌。

作為優(yōu)選，所述厭氧發(fā)酵罐設(shè)置甲烷菌移植通道，以便從外部移植甲烷菌。作為優(yōu)選，可以根據(jù)甲烷的產(chǎn)出情況來移植甲烷菌。如果發(fā)現(xiàn)甲烷產(chǎn)出低于正常數(shù)值，則打開閥門，向厭氧發(fā)酵罐內(nèi)移植甲烷菌。

作為優(yōu)選，可以在厭氧發(fā)酵罐中的第二部分中設(shè)置氫氣濃度檢測裝置、甲烷濃度檢測裝置、二氧化碳濃度檢測裝置，分別檢測厭氧發(fā)酵罐中氫氣、甲烷、二氧化碳的摩爾數(shù)，并根據(jù)檢測的結(jié)果如前面所述來自動(dòng)調(diào)整調(diào)整三通閥，使厭氧發(fā)酵罐中的氣體含量達(dá)到最佳的比例。

作為優(yōu)選，在氣流2的通道上設(shè)置閥門，通過閥門控制進(jìn)入?yún)捬醢l(fā)酵罐內(nèi)的氣流2的流量。

如果測量的生物反應(yīng)器中氫氣的含量較低，則控制器自動(dòng)增加閥門的開度，如果測量氫氣含量較高，則控制器自動(dòng)減少閥門的開度。當(dāng)然，也可以采用手動(dòng)方式控制。

圖8實(shí)施例中沒有介紹的其他情況與圖1的實(shí)施例相同，就不在具體介紹。

雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。