地表生物煤層氣轉(zhuǎn)化設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種節(jié)能設(shè)備，即一種地表生物煤層氣轉(zhuǎn)化設(shè)備，其特點在于：所說的設(shè)備是由上蓋、下底及四周的壁板圍成的轉(zhuǎn)化釜(1)，上面設(shè)有采氣管(9)，采氣管(9)上設(shè)有閥門。其有益效果是：裝入煤炭，充入甲烷微生物營養(yǎng)液，使甲烷微生物大量滋生，且在滋生過程中把煤炭中的揮發(fā)分等物質(zhì)分解為可燃氣體，加以利用，而煤炭的熱值并不降低，從而顯著提高了煤炭的利用率，大幅降低了燃煤的對環(huán)境的污染，且設(shè)備簡單，成本低廉，便于實施，過程可控，可望成為普及速度快，應(yīng)用范圍廣的煤炭利用新方式。
【專利說明】地表生物煤層氣轉(zhuǎn)化設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)實用新型及一種節(jié)能設(shè)備，即一種地表生物煤層氣轉(zhuǎn)化設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]煤層氣是指依附且游離與煤炭固體碳之間的氣態(tài)物質(zhì)，其中包含可燃氣體和在一定條件下可以形成可燃氣體的揮發(fā)分。揮發(fā)分是由各種碳氫化合物、氫氣、一氧化碳等化合物組成的物質(zhì)。煤炭含有大量的揮發(fā)分，特別是成煤過程較短的褐煤，揮發(fā)分含量高達40%以上。在開采及儲運過程中，揮發(fā)分容易流失，而且會引發(fā)燃爆事故。在燃燒過程中，揮發(fā)分高的煤炭易產(chǎn)生未燃盡的碳粒，俗稱“黑煙”，并產(chǎn)生更多的一氧化碳、多環(huán)芳烴類、醛類等污染物，使煤炭的熱效率降低，環(huán)境污染嚴重。據(jù)有關(guān)資料，煤炭的揮發(fā)分可以通過物理、化學(xué)以及生物學(xué)的方法從煤炭中分離出來，其中的生物學(xué)方法，主要是利用微生物分解有機質(zhì)，并且把有機質(zhì)轉(zhuǎn)化成以甲烷為主要成分的可燃氣體的規(guī)律。為此,有的國家試圖向地下煤層填充微生物或激活地下尚存的微生物，使揮發(fā)分轉(zhuǎn)化為類似于天然氣的可燃氣體，再開采利用?？墒?，由于地下情況復(fù)雜，不確定因素居多，控制難度很大，實施效果各不相同，目前尚處于探索階段。至此，如何在不降低煤炭的質(zhì)量的前提下，發(fā)揮煤層氣的作用，避免煤層氣的負面影響，成為業(yè)內(nèi)關(guān)注的難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型的目的是提供一種便于實施，過程可控，效果顯著的煤層氣生物轉(zhuǎn)化利用設(shè)備。
[0004]上述目的是由以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:提供一種地表生物煤層氣轉(zhuǎn)化設(shè)備，其特點是:所說的設(shè)備是由上蓋、下底及四周的壁板圍成的轉(zhuǎn)化釜，上面設(shè)有采氣管，采氣管上設(shè)有閥門。
[0005]所說的轉(zhuǎn)化釜的上蓋上設(shè)有充液管和安全閥。
[0006]所說的采氣管設(shè)有氣液分離器，氣液分離器有一個豎立的分離杯，分離杯的中部接采氣管的上端，分離杯的下部接排液管，排液管接回轉(zhuǎn)化釜，分離杯的上端接輸氣管。
[0007]所說的轉(zhuǎn)化釜的上蓋上面設(shè)有充液管和采氣管，采氣管上端接分離杯的中部，分離杯的下部接排液管，排液管接充液管，分離杯的上端接輸氣管。
[0008]所說的轉(zhuǎn)化釜是在土層內(nèi)挖掘砌筑的煤炭沼氣池。
[0009]本實用新型的有益效果是:裝入煤炭，充入甲烷微生物營養(yǎng)液，使甲烷微生物大量滋生，且在滋生過程中把煤炭中的揮發(fā)分等物質(zhì)分解為可燃氣體加以利用，而煤炭的熱值并不降低，從而顯著提高了煤炭的利用率，大幅降低了燃煤的對環(huán)境的污染，且設(shè)備簡單，成本低廉，便于實施，過程可控，可望成為普及速度快，應(yīng)用范圍廣的煤炭利用新方式。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是第一種實施例的主視圖；[0011 ]圖2是第二種實施例的主視圖；[0012]圖3是第三種實施例的主視圖；[0013]圖4是第四種實施例的主視圖；[0014]圖5是第五種實施例的主視圖；[0015]圖6是第五種實施例的俯視圖；[0016]圖7是第六種實施例的主視圖。[0017]圖中可見:轉(zhuǎn)化釜1，釜壁2，釜蓋3，開口 4，釜底5，煤炭6，充液管7，安全閥8，采
氣管9，氣液分離器10，輸氣管11，分離杯12，排液管13，潛水泵14，水箱15，土層16。【具體實施方式】
[0018]本實用新型總的構(gòu)思是在把煤炭裝入密閉的容器，充入甲烷微生物營養(yǎng)液，使甲烷微生物大量滋生，且在滋生過程中把煤炭中的揮發(fā)分等物質(zhì)分解為可燃氣體。下面結(jié)合附圖介紹五種實施例。
[0019]第一種實施例:圖1介紹了一種可用來轉(zhuǎn)化煤炭揮發(fā)分，提取煤層氣的容器，這種容器可以是多種多樣的，最好采用鋼板制作，也可以采用磚石、水泥砌筑，也可為泥土結(jié)構(gòu)，只要能夠密閉盛水即可。
[0020]圖1介紹的是一種簡單轉(zhuǎn)化釜1，由四面的釜壁2和釜蓋3、釜底5圍成。釜蓋3可以整體打開，釜蓋3上面設(shè)有開口 4，開口 4可以作為向釜內(nèi)填充微生物或微生物營養(yǎng)液的入口，也可以作為向外輸送可燃氣體的出口。
[0021]轉(zhuǎn)化釜I的容積可根據(jù)需要設(shè)計，實驗中采用的轉(zhuǎn)化釜容積達到18m3，一次裝入11噸褐煤煤炭6，關(guān)閉上蓋3，然后從開口 4向釜內(nèi)充入甲烷微生物營養(yǎng)液。甲烷微生物營養(yǎng)液的種類很多，在測得煤炭內(nèi)微生物較多的情況下，可以充入水即可。一般來說，僅靠煤炭內(nèi)的微生物，產(chǎn)氣較慢，最好填充甲烷菌及其甲烷菌繁衍活動所需要的營養(yǎng)液。
[0022]甲烷菌是一類復(fù)雜的微生物，凡是參與有機物質(zhì)分解、發(fā)酵、代謝、轉(zhuǎn)化為甲烷過程的微生物統(tǒng)稱甲烷微生物或甲烷菌。由于有機物質(zhì)分解產(chǎn)生甲烷的過程非常復(fù)雜，所以甲烷菌不是單純的一種細菌，而是許多種細菌的總稱，據(jù)有關(guān)研究統(tǒng)計，有幾十個屬上千種之多。甲烷菌按其在發(fā)酵過程中的作用，可分為分解菌和產(chǎn)甲烷菌。分解菌也稱不產(chǎn)甲烷菌，主要的是發(fā)酵性細菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌和耗氫產(chǎn)乙酸菌，多是專性厭氧細菌，如纖維分解菌、蛋白質(zhì)分解菌、脂肪分解菌及一些特殊的細菌如產(chǎn)氫菌、產(chǎn)乙酸菌等。經(jīng)有關(guān)部門研究，已知在沼氣發(fā)酵過程中，不產(chǎn)甲烷的細菌有18個屬50個種，其中包括細菌、真菌和原生物。分解菌可把發(fā)酵原料中復(fù)雜的有機物質(zhì)逐漸分解成甲酸、乙酸、乳酸、丁酸、甲醇等簡單的有機物質(zhì)，以及二氧化碳、氫、硫化氫、氨等氣體，同時還為產(chǎn)甲烷細菌提供可利用的碳源和能源。產(chǎn)甲烷菌是在發(fā)酵過程中將各種簡單的有機物質(zhì)轉(zhuǎn)化為甲烷的微生物。目前已知的產(chǎn)甲烷菌主要有嗜熱自養(yǎng)甲烷桿菌、布氏甲烷桿菌、甲酸甲烷桿菌、反芻甲烷短桿菌、嗜樹木甲烷短桿菌、史氏甲烷短桿菌、馬氏甲烷球菌、沃氏甲烷球菌、萬尼氏產(chǎn)甲烷球菌、黑海產(chǎn)甲烷菌、卡里亞庫產(chǎn)甲烷菌、運動甲烷微菌、享氏甲烷螺菌、巴氏甲烷八疊球菌等。分解菌和甲烷菌相互依存，共同完成有機質(zhì)的分解和甲烷的合成過程。
[0023]由于產(chǎn)甲烷菌分離、培養(yǎng)、保存比較困難，本實驗所用的材料主要由三個途徑獲得:一是采用市售甲烷菌以及營養(yǎng)材料。二是取用池坑污泥制得。三是在現(xiàn)有的生物質(zhì)沼氣池中獲取菌種或直接利用其發(fā)酵醪液。當(dāng)然，還可以通過其他途徑獲得甲烷菌和甲烷菌的營養(yǎng)物質(zhì)。
[0024]由于轉(zhuǎn)化釜深埋地下，加之發(fā)酵過程產(chǎn)熱，釜內(nèi)自然溫度在25—35°C之間，適于發(fā)酵。實驗中微生物營養(yǎng)液的用量以充滿煤炭間隙為上限，一般封閉10日后，即可產(chǎn)氣，平均日產(chǎn)氣達I標(biāo)準方，產(chǎn)氣的質(zhì)量均符合天然氣的標(biāo)準。產(chǎn)氣時間可達20個月，獲得燃氣500多方。20個月后，產(chǎn)氣量驟減，打開釜蓋，取出煤炭，經(jīng)國家專業(yè)部門檢測，提取揮發(fā)分以后的煤炭，其熱值不降反升，略有提高，完全可以正常使用。
[0025]第二種實施例:圖2介紹的轉(zhuǎn)化釜I是在第一種實施例的基礎(chǔ)上改進而成，也是由四面的釜壁2和釜蓋3、釜底5圍成，里面裝滿煤炭6。釜蓋3上面也設(shè)有開口 4。其改進是:開口 4分別為充液管7和采氣管9，并且設(shè)有安全閥8。這里的例舉的安全閥8是一個定壓閥，這種安全閥除了保證安全之外，也是一個放氣閥。工作時，通過充液管7向釜內(nèi)填充甲烷菌和營養(yǎng)液。通過采氣管9輸出甲烷氣體，供人們使用。
[0026]第三種實施例:如圖3所示，轉(zhuǎn)化釜I由四面的釜壁2和上蓋3、釜底5圍成。釜蓋3上面設(shè)有充液管7、安全閥8和米氣管9。米氣管9上端設(shè)有氣液分尚器10,氣液分尚器10的結(jié)構(gòu)可有多種，圖中介紹的是一種比較簡單的形式。這種氣液分離器10的主體是一個圓筒狀的分離杯12，采氣管9的上端接通分離杯12的中部，分離杯12的上端接出輸氣管11，下端接出排液管13，排液管13下端進入轉(zhuǎn)化釜內(nèi)。在采氣管9的下部設(shè)有潛水泵14。工作時,潛水泵14把含有甲燒的液體向上輸送進入氣液分離器10的分離杯12,液體靠重力下落，并且從排液管13回到轉(zhuǎn)化釜內(nèi)，液體中的可燃氣體因比重小而浮在上面，并且通過輸氣管11送出。
[0027]第四種實施例:如圖4所示，這種轉(zhuǎn)化釜I與第三種實施例基本相同，也是由四面的釜壁2和上蓋3、釜底5圍成。釜蓋3上面設(shè)有充液管7、安全閥8和采氣管9。采氣管9上端設(shè)有氣液分離器10，采氣管9下端深入到轉(zhuǎn)化釜底部，且通過網(wǎng)籠裝有潛水泵14。氣液分離器10的主體是一個圓柱狀的分離杯12，采氣管9的上端接通分離杯12的中部，分離杯12的上端接出輸氣管11，下端接出排液管13。所不同的是:排液管13的下端接入充液管7。充液管7的上端裝有水箱15，水箱15里面盛裝微生物營養(yǎng)液。工作時，潛水泵14把含有甲烷的液體向上輸送進入分離杯12，液體靠重力下落，并且從充液管7回到釜內(nèi)，液體中的可燃氣體因比重小而浮在上面，并且通過輸氣管11送出。
[0028]第五種實施例:如圖5圖6所示，這種轉(zhuǎn)化釜I的采氣管9在中間，而充液管7有四個，均布在四個角上。這種結(jié)構(gòu)，可以推及為多點均勻設(shè)置充液管7，微生物營養(yǎng)液輸入比較均勻，可燃氣體的采集位置也比較合理，特別適合體積較大的轉(zhuǎn)化釜。
[0029]第六種實施例:如圖7所示，轉(zhuǎn)化釜I是在土層16開挖而成，周圍采用土或磚石砌筑，上面是具有一定強度的釜蓋，可以采用水泥板或竹木構(gòu)成，上面以土覆蓋。也可以在裝滿煤炭后直接用土覆蓋，留出開口 4即可。當(dāng)然也可以采用前幾種實施例的充液管7、安全閥8、采氣管9和氣液分離器10等部件。這種結(jié)構(gòu)形同目前民用的生物質(zhì)沼氣池，造價較低，規(guī)?？纱罂尚?，便于普及推廣。
[0030]第七種實施例:2012年以來，在有關(guān)專家的協(xié)助下，我們經(jīng)過大量實驗，找到一套制作營養(yǎng)液以及菌種擴繁的方法。
[0031]營養(yǎng)液是按重量份取玉米稻桿粉8 —10份，苜猜草粉2一3份，草炭粉3 —4份，麥麩皮I一2份，朽1條粉2—3份,青蒿0.2一0.3份,甘草0.1一0.2份，腐熟人糞尿3—4份,褐煤粉5— 6份，加水90—100份。其中的苜蓿草是一種豆科苜蓿屬多年生草本植物，富含蛋白質(zhì)和碳水化合物。朽1條(Caragana Korshinskii Kom)為豆科錦雞兒屬落葉大灌木飼用植物，含粗蛋白質(zhì)22.9%。青蒿(Artemisiaapiacea Hance)為菊科草本植物，具有抑制雜菌生長的作用。甘草(學(xué)名:Glycyrrhiza uralensis),又名烏拉爾甘草,多年生草本植物，屬豆科主要成分是甘草酸(glycyrrhizic acid),為酸轉(zhuǎn)化材料。玉米稻桿粉為碳水化合物的主要來源，苜蓿草粉、檸條粉、人糞尿為蛋白養(yǎng)分的主要來源，草炭粉、褐煤粉為主要碳源材料。將上述材料混合后加熱90— 100°C或在0.5—0.6MPa下加熱到75— 80°C，經(jīng)20—30分鐘滅菌，冷卻后即成為營養(yǎng)液。
[0032]營養(yǎng)液中加入市售奧氏甲烷桿菌100株/ g物料以上，其中，產(chǎn)甲烷桿菌MOH菌株和產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的“S”菌株的比例1:1.2 — 1.5為宜。調(diào)整PH值=7—8，在25— 30°C下發(fā)酵72小時后，每2日抽樣送檢一次，記錄數(shù)據(jù)顯示，培養(yǎng)10天后，其活菌量可達2.23—3.24億/ go可直接加入反應(yīng)釜，也可加入污泥或沼氣發(fā)酵液中擴繁再用。
[0033]為了證明這種營養(yǎng)液的效果，我們曾做了多次對比實驗，實驗結(jié)果說明營養(yǎng)液的甲烷菌繁殖速度快，雜菌少。下面例舉一組測試數(shù)據(jù):
[0034]營養(yǎng)液實驗材料:甲烷菌種加入上述營養(yǎng)液為實驗組，污泥和沼氣液分別高溫滅菌，均按100株/ g的水平補入甲烷菌為對照組，在28— 30°C下發(fā)酵，記錄數(shù)值進行對比，
取三次重復(fù)實驗數(shù)據(jù)取平均值，結(jié)果如下表:
[0035]
【權(quán)利要求】
1.一種地表生物煤層氣轉(zhuǎn)化設(shè)備，其特征在于:所說的設(shè)備是由上蓋、下底及四周的壁板圍成的轉(zhuǎn)化釜(I)，上面設(shè)有采氣管(9)，采氣管(9)上設(shè)有閥門。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地表生物煤層氣轉(zhuǎn)化設(shè)備，其特征在于:所說的轉(zhuǎn)化釜(I)的上蓋上設(shè)有充液管(7)和安全閥(8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地表生物煤層氣轉(zhuǎn)化設(shè)備，其特征在于:所說的采氣管(9)設(shè)有氣液分離器(10)，氣液分離器(10)有一個豎立的分離杯(12)，分離杯(12)的中部接采氣管(9)的上端，分離杯(12)的下部接排液管(13)，排液管(13)接回轉(zhuǎn)化釜(1)，分離杯(12)的上端接輸氣管(11)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地表生物煤層氣轉(zhuǎn)化設(shè)備，其特征在于:所說的轉(zhuǎn)化釜(I)的上蓋上面設(shè)有充液管(7)和采氣管(9)，采氣管(9)上端接分離杯(12)的中部，分離杯(12)的下部接排液管(13)，排液管(13)接充液管(7)，分離杯(12)的上端接輸氣管(11)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地表生物煤層氣轉(zhuǎn)化設(shè)備，其特征在于:所說的轉(zhuǎn)化釜(I)是在土層(16)內(nèi)挖掘砌筑的煤炭沼氣池。
【文檔編號】C10L3/10GK203429145SQ201320343943
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年6月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月17日
【發(fā)明者】金松, 彭敏, 劉晉明, 張慶宗, 師恒強, 徐秀廷 申請人:天津濱海新區(qū)恒生新能源有限公司