CN102766569B - 天然动能沼气生产合成库 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种天然动能沼气生产合成库，其特征在于：库体采取正六棱柱形状，可设若干层。每层分为6个等体积的消化厌氧器。库体中间部位，是正六棱柱空间，作为电梯上下通道。每个消化厌氧器都有一个耳室。每个消化厌氧器都设计有保温、增温结构，该结构是在每个消化厌氧器底部及四壁，是封闭的空间层，该空间上下两个面，有墙体相连接。整个库体，凡和空气接触处，都设有保温结构。耳室中设计管道系统，用于进料，出料，供热，螺旋推进装置。本库，利用空间立体几何结构，充分发挥菌群生长繁殖所需的有利条件。机械化，自动化生产流程，大大提高了沼气产量及生产效率。可规模化生产。该能源环保，价廉，可再生，也可防止核电危机给人类带来的灾难。

Description

天然动能沼气生产合成库

一、技术领域：

本发明设计一种天然动能沼气生产合成库。

二、背景技术

根据中原农民出版社的金阳光工程-农业综合技术系列《沼气建设与利用300问》，参考河南科学技术出版社出版的新能源书系列《沼气实用技术指南》，经长期的研究和探索，对该能源的生产技术进行改革与创新。在现有生产技术基础上，提高技术含量，促使沼气产量和质量大大提高。不仅如此，还可减少温室气体排放，净化空气，改善和保护环境。

三、内容

该发明的目的：

本发明的目的，在于提供一种天然动能沼气生产合成库，以达到充分发挥菌群生长繁殖所需的有利条件。机械化，自动化生产流程，大大提高了沼气产量及生产效率。可规模化生产。从而推动社会生产力的快速发展，增加社会财富。而且该能源环保，价廉，可再生，也可防止核电危机给人类带来的灾难。

该发明提供的天然动能沼气生产合成库的技术方案：

本发明提供的天然动能沼气生产合成库，其特征在于，库体采取正六棱柱形状，可设若干层。每层分为6个等体积的梯形立方体消化厌氧器。库体内部，是正六棱柱空间，是安装电梯的上下通道。消化厌氧器外部，每个消化厌氧器都有一个耳室。整个库体，凡裸露部分，和空气及地面接触处，都设置保温材料保温。

该库不仅可设计成正六棱柱形状，也可设计成圆柱，其他棱柱，棱台，圆台，棱锥，圆锥，球体，椭球体等以及由这些几何体的相互组合等造型、结构方式，并用相同或相似的方法、原理生产沼气，发挥相同或相似的功效。

每个消化厌氧器都设计有保温，增温结构。该保温增温结构是在每个消化厌氧器的底部，顶部和四壁，都设计一个相对封闭的空间层。该空间上、下两个面的中间，有许多墙体相连接。除最上层的消化厌氧器外，此消化厌氧器顶部即是其上一个消化厌氧器的底部，炽热气体直接通入该空间层。

六个耳室中，相对的两个耳室具备相同功能。分别是安装供料管道系统，排泄管道系统，供暖管道系统。并且在每个耳室的消化厌氧器壁上，设计有螺旋推进装置，协助推动消化厌氧器内沼液环流。

每个消化厌氧器的双层底面都设计成漏斗状凹陷形，以利自然排泄。中心设计漏斗出口，外接排泄管道系统排泄。

每个消化厌氧器的双层器顶的下层面，都向下设计有封闭的环形、直线型走廊，悬连在其顶壁上。该密闭走廊的外墙壁一侧面，附着设计密封室，安装动力设备，搅动下面的沼液循环运动。另一侧面的墙壁上，开设密封孔，以便打开向下观察沼液，也可另作他用。

弓形排料管道可降低下泄时所产生的动能，下泄的冲击力减弱。以免造成破坏。

图示的供料管道系统可减少对料液的阻力，增加供料的流速。

整个库身内外，凡裸露部分，和空气及地面相接触处，都要设置保温材料保温。

天然动能沼气生产合成库的内容简介：

1.库体采取正六棱柱形状。库身，用钢筋混凝土浇筑而成。可设置若干层，每层高约3.5米至20米左右。每层有六个梯形状立方体组成，称消化厌氧器。每个消化厌氧器都是一个独立封闭的单位。生产出的气体由采气管道采集后流经提纯塔提纯。

库体内部，是个正六棱柱空间，边长2米。该空间设置采气管道系统，并安装电梯上下贯通。

库的最底层，置深入地下部分的最底层的空间，高2至3米。该层一方面作为库内工作人员上下电梯时，与外界的出入通道，空闲处做为储备室，也可它用。其余深入地下部分仍为消化厌氧器直接生产沼气的组成部分。

库体也可采用其他空间立体几何结构，以及由这些单个几何体相互组合而成的空间立体造型。每层也可设计成一个消化厌氧器，也可合并设计成2个、或3个、或其他形状。库体除正六棱柱外，其结构可采用圆柱，圆锥，圆台，棱柱，棱锥，棱台，球体，椭球体等，以及由这些几何体相互组合而形成的空间造型。其内外部构造，形状，原理，功能，效果，设施，生产方法等与正六棱柱相同或相似。

2.合成库外部，每个消化厌氧器都有一个阳台状的耳室，面积跟据实践需要确定。内安装电梯上下。该阳台称为耳室。每个耳室的功能不同，也有相同之处。他们的作用主要是采样检验，设置观察空，安装运输管道，高压泵，并设置密封门。密封门生产时封闭，需人员进入内部检修，清理废渣时打开。高压泵是消化厌氧器内沼液供应的动力源泉。高压泵泵壳、泵管、叶轮、叶片一般用铜制造最好，也可用铁制品。与沼液接触的层面用耐酸碱塑料封裹最佳，使用时应不断进行检查，损毁后予以重新更换。

在耳室内透过墙体在每个消化厌氧器内安装螺旋推进器备用，数量和位置根据具体需要确定。不需要时将墙壁圆孔封闭。推动池内沼液的环流，提高产量。

3.每个消化厌氧器靠内六棱空间处的墙面，上部设有观察孔，采样检验孔，采气孔等。每个采沼孔都安装有支管和该层的环状采气管道相连。该支管安装有阀门。该墙面也设置密封门，生产时关闭，清理器内残渣，或维修、安装等工作时打开。该门称消化厌氧器后门，相对的一面墙有一封闭前门。前后两门同时打开，空气流通，透光，方便作业。

透过该墙面，根据需要，在消化厌氧器内也可安装螺旋推进器备用，数量位置根据具体需要而定。不需要时，将墙壁圆孔封闭。和对面耳室内的螺旋推进器的使用相呼应，增强沼液环流，提高产量。

4.若需要对单个消化厌氧器进行维修等工作，先由排料管道将池内沼液排尽。然后打开消化厌氧器前后门，让余沼散尽。人进入后，用手推式吸泥机将余渣送入排泄管道口处，由排泄系统排出库外。对池内进行冲洗清理后，即可进行作业。排渣时，人员可身负氧气瓶作业。

5.为增加库内体温，在每个消化厌氧器底部和上部有一个空间层，层内净高0.2至0.3米。为消化厌氧器内的沼液补充温度，将池内温度保持在46℃至60℃范围内。为了使池内升温快，该空间的上下两个层面尽量薄。为增加承载力，上下两个层面的中间均匀分布多个连接梁体，使上下两面成为一体，共同均匀承受荷载。

该保温层设置为全封闭空间层，内有许多梁体纵横交错，将上下两个层面连成一体，从而增强了底部承受上部液体的压力。该内部空间被纵横交错的梁体分成若干个小空间。该梁体底部与下层面接触处，预留一些圆孔，使各空间的气流，冷却液相互连通，流动。

使用时将暖气直接通入该空间层，为沼液增温。消化厌氧器外安装放液孔，与内空间暖气相连通。由于底面是凹陷形，底面的放液孔另在最底部设置。这样不需安装散热器，既降低生产成本，而且增温效果更好，更快。

按照此种方式，在消化厌氧器的四壁，也可用混凝土浇筑成夹空间层状，夹空间层中间以纵横交错的梁体连接两壁，以增强抗压性能。各梁体设置诸多圆孔，使其隔离的诸多空间相连通，以便暖气通入，迅速提高沼液的温度。该夹层和底部的空间夹层设置诸多连通孔，以便暖气相互串通，同时，冷却液也可通过底部夹层的排液孔定时排出。

厌氧器的相对两面外墙壁，里面一层较薄，外面一层较厚。其好处是能迅速增加库内温度，易加热；且增加库体的坚固。里面相对两双层墙壁，可薄厚均匀。因为两边都有液体压强，尽量薄一些。

由于甲烷分子直径比一般混凝图构建沙灰之间的缝隙还小，在进行库体设计建造，气体收集，储存时密封非常重要。

6.每个消化厌氧器的池顶面，和顶面相连向下，设置1至1.8米高，0.5至1米宽的封闭的钢筋混凝土人行通道，并通过外墙与耳室相连通，即成为悬挂着的环形封闭走廊。并且根据需要，附设在封闭走廊墙外，与池内顶部相连处，在不同部位设置一些安装电机或液压装置的密封室，以仅能安放机械为宜，用于安装搅动器，搅动池内沼液环流，增加沼气产量。

该通道和各个安放搅动器的密封室相连通，以便维修。

在顶面中间最低处的排泄孔处，有一个相对较大的密封室，内安装排泄管道，开关阀门，以及安装搅动该池液的搅动器。并在顶部开一小圆孔，用于释放池底保温层冷却液，并在其上安装开关控制。人行通道也和该室相连。当消化厌氧器内废沼液通过排泄管道，自然排泄不畅时，可通过地面出口处的抽吸机排除障碍。

人行通道，有多个出口与外界相通，以便室内气流畅通。必要时，向人行通道鼓风稀释道内泄露的一些沼气，以便共作人员作业安全。

7.各管道系统内外壁以及各管件的金属制品，凡和沼液接触处，皆要封裹耐酸碱塑料。

进料管道系统设计和排泄管道系统设计不同，进料管道设计是为减小阻力，增强料液流速；排泄管道系统设计，为了增加阻力，降低向下排泄的动能，减缓下泄冲击力。

8.为了保持合成库的体温，整个库身内外，凡裸露部分，和空气触处，都要设置保温材料保温，防止库体内热量过分散失，降低消化厌氧器内沼液温度，造成减产。

库深入地下的部分，外层无法包裹保温，只有从内部安装保温层，然后设置防水层密封，不能使沼液渗入保温层。

9.该库体内，可设置沼液温度监测系统，红外成像监测系统。

该发明有益效果：

天然动能沼气生产合成库，是适用空间立体几何结构，加之一些辅助条件，充分发挥产沼菌群生长繁殖所需的有利条件，以及机械化，自动化生产流程，大大提高了沼气产量及效率，排除传统的沼气生产对客观环境的依赖，并可大规模无限制生产。

为提高沼气利用率，减少环境污染，可利用沼气发电，生产热能。并且可防止核电危机给人类带来的灾难。

该能源可再生，高效，高产，节能，清洁，环保，低成本。和其他能源相比：核电有危险，废物为重污染源，成本高；太阳能功能小，占地多，局限性强，寿命短，成本高；风能有地域局限性，占用空间大，易伤飞鸟，功能低；煤、石油污染严重，且不可再生。开采煤碳危险性强，成本高，且破坏地壳结构和耕地。将其放在地下，安全可靠，以防将来有更大的用处而枯竭。

该库能为北部、中西部地区持续提供足够的清洁能源。为淡化海水，东水西送，改造沙漠，提高工农业生产提供清洁能源。

四.附图说明

1.图1，合成库外观图。其中③代表消化厌氧器部位。②代表合成库六个面，上下连接的耳室部位。①安装电梯等工作室。

2.图2，合成库的内部构造示意图。其中④库体内部空间通道。

3.图3，合成库的供料系统示意图。其中⑤耳室内的安全通道；⑥供料液支管道；⑦主供料管道；②耳室。

4.图4，排泄图。其中②是耳室；⑤耳室内的安全通道；⑥排泄支管道；⑦排泄主管道；⑧排泄口。

5.图5，消化厌氧器的保温、增温结构示意图。其中⑥是供热支管道；⑦代表每层安放在耳室的供暖主管道；⑨代表加热部位。

6.图6、图7，供料管道系统构造示意图。其中⑥是供料支管路，⑦、是供料主管道；⑩是开关阀门。

7.图8排泄管道示意图。其中⑥支管；⑩开关阀；主管道。

8.图9，开关阀门。

9.图10，消化厌氧器立体构造示意图。其中封闭外门；保温，增温层；备用孔；采样、观察、投放活性物孔；安装管道系统孔；备用孔。

10.图11，消化厌氧器立体构造示意图。其中保温层放液孔；采样观察孔；采沼气孔；封闭门；池壁。

11.图12，采气管道系统构造示意图。其中环形采气管道与消化厌氧器相连接的采沼管道；⑩管道与沼气池连通阀；主采气管道；环形采气管道；环形采气管道与主采气管道连通处。

12.图13，消化厌氧器顶部结构示意图。其中是排泄孔；保温层冷却液释放孔；密封室；封闭走廊；双层保温器顶；消化厌氧器双层室壁。

13.图14，消化厌氧器室内封闭走廊平面示意图。其中室内封闭走廊通向室外通道。

五、具体实施方式

天然动能沼气生产合成库生产流程

1.将农作物秸秆等纤维原料，进行粉碎。将粉碎的原料进行堆沤预处理。

粉碎后的原料堆沤预处理，北方气温低，宜采用坑堆的方式堆沤。具体方法：首先将秸秆铡成长3厘米左右，踩紧堆成30厘米厚左右，泼2％石灰水澄清液并加10％粪水。照此方法铺3至4层，堆好后用塑料薄膜覆盖，堆沤15天左右，便可做发酵原料。

南方气温高，用上述方法直接将秸秆堆沤在地上即可。

将堆沤预处理后的秸秆，添加一定量的纯净的马、牛、羊等粪便，进一步的堆沤。夏天堆沤3至5天；春秋堆沤1周左右，冬天参照上述条件室内加温堆沤。使堆沤原料温度升高到40至50度，颜色变成深褐色后，加入一定沼液和水，制成液状物，通过管道系统送入消化厌氧器中消化。

料液通过每个消化厌氧器自顶部下垂的管道，输入消化厌氧器内。池内安装的是耐酸碱的塑胶管，该管上顶部与外部进料管道相通连，底端流进料液。该进料管以接近耳室一边为宜，方便人员进池清理余渣。在每个消化厌氧器的底部建成漏斗状，其凹陷深度约1至2.5米。建筑承重梁可用曲梁，纵横交错承重，或用直斜梁纵横交错承重。最低处开排泄圆孔，孔下外接排泄管道。在底面圆孔和排泄管道接触处，安装一自动关闭阀，控制该系统，可将料液从该消化厌氧器内自动排出。②是代表耳室，里面放置不同管道系统。其中两室安置供料液系统管道，两室安装排泄系统管道，两室安放供热系统管道。同时也安放其他机械设备。

在每个消化厌氧器底部，有一个空间层，相对封闭，内净高为0.2至0.3米左右。该空间上下两个面的中间，有许多墙体相连接，共同承受底部的压力。供热系统安置在每层其中的两个耳室中。

需要说明，图5不仅是供料，排泄的管路系统示意图，也是图4的供暖管路示意图。

耳室内消化厌氧器的墙面上，开有安装螺旋推进器孔，进、排料液孔，封闭外门等。圆孔大小和多少根据实际需要而定。

分别发挥供料，排泄，供暖等功能的圆孔标志。

墙面设有封闭内门，采样观察孔，采气孔等。其大小和多少个可根据实际需要设定。采气孔用管道和采气管道系统相连通，并设置有开关阀门。

管道系统置于合成库的内部六棱柱空间，环形管和消化厌氧器接触处有开关阀开启，该图为上下两层消化厌氧器的。消化厌氧器内所产生的沼气通过该管道被收集利用。

每个消化厌氧器都要进行严格密封，以防沼气、沼液外泄。关于安装螺旋器，其密封原理可参照潜艇螺旋桨密封方法进行。排泄管等与消化厌氧器接触部位的密封，也要严格。否则沼气、沼液会外泄。

2.启动生产一个月左右，每5至10天，都要向库内补充新鲜原料。补充原则一般是出多少补多少，始终保持消化厌氧器内的有效容积。一般情况下，进出量占池总有效容积的5％。

3.投放接种物。投放一般按：接种物∶原料∶水＝1∶2∶5。此是消化厌氧器刚启动时的比例。

沼气发酵微生物都是来自自然界。而沼气发酵的核心微生物菌落是甲烷菌群，一切具备厌氧条件和含有有机物的地方都可找到。主要有：沼气池，湖泊，沼泽，池塘底部，积水坑之中；动物粪便及其肠道之中；屠宰场，酿造厂，豆制品场，副食加工厂等阴沟污泥之中以及人工厌氧消化装置之中。

4.原料进入消化厌氧器内，封闭各通气孔。然后将消化厌氧器内残留的多余空气用抽气机排出，使每个消化厌氧器处于无氧状态。有利菌群繁殖，提高沼气产量。因为产甲烷菌是一种厌氧性细菌，他们的生长、发育、繁殖、代谢等生命活动中，都不需要氧气。空气中的氧气会使其生命活动受到抑制，甚至死亡。

5.合成库内一般沼气发酵液浓度为6％至8％为宜。消化厌氧器内发酵温度可进行调解。一般采取高温发酵，，温度可调至46℃至60℃范围内。在10℃至60℃范围内，一般温度越高，微生物活动越旺盛，产沼量越高。

6.库中每个消化厌氧器内，要有适宜的酸碱度。沼气微生物群的生长，繁殖，要求发酵原料的酸碱度保持中性，或微生物偏碱性。过酸过碱都会影响产沼量。测定表明，pH值为6至8时均可产气，pH值为6.5至7.5时产沼量最高。

如果出现有机酸大量积累，发酵料液过于偏酸的现象。此时，可抽出部分料液，加入等量接种物，将有机酸转化为甲烷。或者通过管道添加适量的草木灰澄清液或石灰澄清液，中和有机酸，使酸碱度恢复正常。日常工作中测试酸碱度，可通过厌氧器内外墙壁设置的取液孔，将器内沼液取出检验。

7.合成库中的每个消化厌氧器内，可加速发酵过程，促进有机物质分解并提高产量的物质统称为添加剂，或称催化剂。添加剂的种类较多，包括一些酶类、无机盐类，有机物和其他无机物等。例如，加入一定量的纤维素酶，蛋白酶，黑曲霉等，可以起到加速物质分解的作用。加入微量的钾、钠、钙、镁元素，可增加活性酶的活性，增强酶促反应。加入少量活性碳末，尿素可以提高碳、氮含量，或通入氢气可以提高甲烷含量等。具体方法之一：将两个耐酸碱塑料半球通过螺旋拧紧而成一个乒乓球状的圆球，其大小根据实际情况决定。将尿素装入球内。塑球面开三十多个大头针粗细的小孔，以利缓慢释放。

8.为了消化厌氧器内沼液的定时循环流动，该库用两种方法相互配合使用。其一，通过顶部封闭室内机器的搅动，促使器内的沼液大规模环流；其二，通过耳室螺旋推进器搅动，可增强沼液环流。是单用还是并用，根据实际需要确定。

实践证明，适当的搅动方法和强度，可以使发酵原料分布均匀，增强微生物与原料的接触，使之获取营养物质的机会增加，活性增强，生长繁殖旺盛，从而提高产沼量。搅动又可打碎结壳，提高原料的利用率及能量转换效率，并有利气泡释放。采用搅动措施后，平均产量可提高30％以上。

9.根据现实生活中沼气池器表流量推算，采用消化厌氧器的产量应在1.5至3立方米/立方米·天左右。

10.以上只是制作沼液的一种方式，还可用其他方式、原料制作。

沼渣的用处

沼渣有多种用处，主要可用于养殖各种水产品，蚯蚓、泥鳅、鳝鱼和其他，也可用于制取绿色有机肥料，供蔬菜瓜果及其他农作物的生长使用。

Claims (10)

1.天然动能沼气生产合成库，其特征在于：库体采取正六棱柱形状，设计若干层，每层分为6个等体积的梯形立方体，所述的梯形立方体为消化厌氧器；

库体内部是由消化厌氧器围成的正六棱柱空间，为安装电梯的上下通道；在消化厌氧器的外部，每个消化厌氧器都设计耳室；

每个消化厌氧器都设计有保温、增温结构；该结构是在每个消化厌氧器的底部、顶部、四壁上都设计相对封闭的空间夹层；

该空间夹层上下两个层面的中间，均匀设计连接梁体；该内部空间被纵横交错的梁体分成若干个小空间；各梁体设置诸多圆孔，使各空间的气流或/和冷却液相互连通、流动；

四壁的空间夹层和底部的空间夹层，两者之间设置诸多连通孔，以便暖气或/和冷却液连通，同时，冷却液通过底部的空间夹层的排液孔排出；

除最上层的消化厌氧器外，其他的消化厌氧器顶部即是其上一个消化厌氧器的底部；

每个消化厌氧器的顶部向下设计有封闭的环形或/和直线型走廊，该环形或/和直线型走廊的一面外墙壁上附着设计密封室，安装动力设备，搅动下面的沼液循环运动；另一面外墙壁上，开设密封孔，打开向下观察沼液；

所述的环形或/和直线型走廊为钢筋混凝土人行通道，该通道与耳室相连通，并和各个安放搅动器的密封室相连通；人行通道有多个出口的与外界相通，并使气流畅通；

在每个消化厌氧器的底部建成漏斗状，其凹陷深度为1-2.5米，在每个消化厌氧器底部的凹陷处，设计较大的密封室，内安装排泄管道，开关阀门，以及搅动器，所述的人行通道和该室相连；整个库体，凡裸露部分，和空气及地面接触处，都设置保温材料保温。

2.根据权利要求1所述的天然动能沼气生产合成库，其特征在于：该库形状可设计为圆柱、棱柱、棱台、圆台、棱锥、圆锥、球体或椭球体；或这些几何体的组合方式。

3.根据权利要求1所述的天然动能沼气生产合成库，其特征在于：每个消化厌氧器的四壁中与外界接触的墙壁为双层，每个双层墙壁的里面一层较薄，外面一层较厚；不与外界接触的墙壁也为双层，因两边均有液体压强，里外层墙壁的薄厚均匀。

4.根据权利要求1所述的天然动能沼气生产合成库，其特征在于：每个消化厌氧器靠正六棱柱空间处的墙面的上部设有观察孔，采样检验孔，采气孔，所述墙面上设有密封门。

5.根据权利要求4所述的天然动能沼气生产合成库，其特征在于：每个采气孔都安装有支管和该层的环状采气管道连接，该支管安装有阀门，每一层的环形采气管道均与库体的主采气管道相连通。

6.根据权利要求1所述的天然动能沼气生产合成库，其特征在于：所述的耳室里面放置不同的管道系统，其中两个耳室安装供料液系统管道，两个耳室安装排泄系统管道，两个耳室安装供热系统管道，所述的供料液系统管道和排泄系统管道设计为减小阻力和增强料液流速的T字形管道系统。

7.根据权利要求1所述的天然动能沼气生产合成库，其特征在于：所述合成库的每层或合并成一个消化厌氧器；或合并成2个消化厌氧器；或合并成3个消化厌氧器。

8.根据权利要求1所述的天然动能沼气生产合成库，其特征在于：所述的耳室内同时安装电梯，并设置观察孔，采样检验孔，安装管道，高压泵，密封门。

9.根据权利要求1所述的天然动能沼气生产合成库，其特征在于：所述库体内设置沼液温度监测系统和红外成像监测系统。

10.根据权利要求1所述的天然动能沼气生产合成库，其特征在于：每个消化厌氧器的底部为双层底面，并设计成漏斗状凹陷形，中心设计漏斗出口，外接排泄管道系统。