專利名稱:利用水葫蘆制備生物天然氣和生物干冰的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生態(tài)環(huán)保領(lǐng)域的制備方法，具體是一種利用水葫蘆制備生物天然氣和生物干冰的方法。
背景技術(shù)：
隨著中國制造業(yè)的飛速發(fā)展，人們利用化學(xué)物質(zhì)的增多和人口大量增長，造成大量工業(yè)廢水和生活污水未經(jīng)過處理，直接排入江、河、湖中，造成水體自我凈化能力下降和喪失，水中魚類無法生存，藍(lán)藻泛濫，嚴(yán)重影響人類飲水安全。近幾年太湖、滇池等湖泊的藍(lán)藻泛濫，就是水體富營養(yǎng)化的結(jié)果。
針對上述情況進(jìn)行污水處理，近年來多采用在富營養(yǎng)化水體大量種植水葫蘆，以達(dá)到抑制藍(lán)藻生長和改善水質(zhì)的目的。水葫蘆是十分理想的污水凈化植物，它具有龐大的根系，每條根的兩側(cè)長著大大小小的側(cè)根，每條側(cè)根就似一把毛刷子，不停地吸收和凈化河水中的有毒有害物質(zhì)；水葫蘆的莖像海綿一樣，通過細(xì)胞的滲透，能吸收水體中的氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素和酚、氰等有害物質(zhì)，凈化水體，防止水體“富營養(yǎng)化”。然而水葫蘆是世界上公認(rèn)的生長最快的植物之一，在一年的時間里，1棵水葫蘆可以增值為6萬棵，每畝可以生產(chǎn)水葫蘆干物質(zhì)為2. 7到11. 3噸(平均7噸)，其無序生長會對水體生態(tài)壞境及湖泊、河道的通航造成嚴(yán)重影響，并且水葫蘆死亡腐爛后營養(yǎng)再次釋放到水體，會導(dǎo)致水體的二次污染。
為此，人們開始研究水葫蘆的后期處理問題。公開號為CN101275150A，名稱為“水葫蘆沼氣能源化發(fā)酵方法及其產(chǎn)品利用”的中國發(fā)明專利公開了一種水葫蘆沼氣能源化發(fā)酵方法及其產(chǎn)品利用，該發(fā)明通過厭氧發(fā)酵技術(shù)對水葫蘆進(jìn)行無害化處理、資源化利用，在生產(chǎn)沼氣能源的同時，向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供優(yōu)質(zhì)高效的有機(jī)肥源。通過該專利方法獲得的沼氣中甲烷平均含量為70%，高于一般材料，且產(chǎn)氣迅速、供氣量穩(wěn)定、產(chǎn)氣率大，得到的沼氣是通入用戶直接作為燃料或發(fā)電利用，或是壓成液體灌裝后作為能源利用。然而通入用戶直接作為燃料或發(fā)電利用會受到相關(guān)配套設(shè)備的制約，實(shí)際使用得不到很好的推廣；直接壓成液體灌裝后作為能源利用，同樣也存在該方法制得的沼氣利用率不高，生產(chǎn)效益欠佳等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服現(xiàn)有的水葫蘆沼氣能源化發(fā)酵方法值得的沼氣利用率不高，生產(chǎn)效益欠佳等不足而提供一種能夠提高制得的沼氣利用率從而使得生產(chǎn)效益大幅度提高的利用水葫蘆制備生物天然氣和生物干冰的方法。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明的利用水葫蘆制備生物天然氣和生物干冰的方法，包括以下步驟
步驟一，將水葫蘆預(yù)處理，之后將其泵入沼氣發(fā)酵罐以制備沼氣，去除沼氣中的硫化氫、一氧化碳、氮?dú)庖约把鯕猓瑐溆茫?br>步驟二，制備生物天然氣和生物干冰；所述制備生物天然氣，是指將步驟一所得氣體過濾，之后壓縮至3. 0 4. OMPaG，然后先后通過胺液脫除二氧化碳、通過分子篩脫水，最后通過混合制冷工藝液化，灌裝，得生物天然氣；
所述制備生物干冰，是指收集前述胺液，解吸，獲得二氧化碳，經(jīng)緩沖罐進(jìn)入壓縮機(jī)，加壓制冷，降溫，得到液態(tài)二氧化碳，即生物干冰。
優(yōu)選地，步驟一中，所述預(yù)處理指將水葫蘆切成小段，小段的長度小于60毫米， 過濾除去雜質(zhì)，加熱。
優(yōu)選地，步驟一中，所述預(yù)處理是通過格柵，集水池，調(diào)節(jié)池和升溫池來實(shí)現(xiàn)的。
優(yōu)選地，步驟一中，所述泵入采用泥漿泵。
優(yōu)選地，步驟二中，所述過濾指將所得氣體通過過濾單元進(jìn)行過濾，進(jìn)而將沼氣中的銹垢及異物去除。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下
1、在制得沼氣的基礎(chǔ)上進(jìn)一步加工制備成液化天然氣和干冰，提高了制得的沼氣利用率的同時也大幅度提高了生產(chǎn)效益；
2、利用水葫蘆作原料來制取沼氣，不需要對厭氧發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，操作簡單易行； 在日平均氣溫在25°C時，水葫蘆半發(fā)酵料一般4 5天左右、鮮水葫蘆7 8天即可產(chǎn)氣， 產(chǎn)氣速度快而且燃燒正常；利用水葫蘆發(fā)酵生產(chǎn)的沼氣相對于利用糞便生產(chǎn)的沼氣，氣體硫化氫含量偏低，基本無臭味，產(chǎn)氣效果好；此外與人禽畜糞便按2 1的比例混合，可以提高產(chǎn)氣率30%以上；
3、通過圍欄設(shè)施和定期打撈利用，控制了水葫蘆惡性繁殖和二次污染。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。 實(shí)施例
本實(shí)施例涉及的利用水葫蘆制備生物天然氣和生物干冰的方法實(shí)施過程如下 種植種植水葫蘆凈化污水的同時用圍欄方式控制水葫蘆在規(guī)定區(qū)域生長；
采摘采用人工打撈或是機(jī)械全自動船打撈多余的水葫蘆；
沼氣制備將打撈上來的水葫蘆原料預(yù)處理后通過泥漿泵將其泵入沼氣發(fā)酵罐以制備沼氣，最后將制得的沼氣經(jīng)過凈化以除去硫化氫，一氧化碳，氮?dú)夂脱鯕猓?br>制造液化生物天然氣上述步驟制得的沼氣過濾后壓縮至3. 0 4. OMPaG，然后通過胺液脫除二氧化碳及分子篩脫水，最后通過混合制冷工藝液化，儲罐，得到液化生物天然氣； 制造干冰上述步驟中胺液脫除二氧化碳后，在二氧化碳液化段前解吸，經(jīng)緩沖罐后， 進(jìn)入壓縮機(jī)，加壓制冷后，降溫到_78°C，變成液態(tài)二氧化碳，該液態(tài)二氧化碳處于飽和狀態(tài)并散發(fā)到空氣中，其中部分變成雪粉，將該雪粉進(jìn)一步加工制備成干冰產(chǎn)品。
在本實(shí)施例中，為了控制水葫蘆外流，采用圍欄方式控制水葫蘆在規(guī)定區(qū)域生長， 具體方法圍欄由間隔數(shù)米的無數(shù)個泡沫浮球和鋼管、網(wǎng)片、沉子、鋼繩等連結(jié)而成，以鐵錨固定，可隨湖面水位變化上下浮動，抵御八級臺風(fēng)浪頭的沖擊，并保證圍養(yǎng)的水葫蘆不外溢擴(kuò)散、不沖撞破碎。采用這種圍欄方式控制水葫蘆在規(guī)定區(qū)域生長并結(jié)合定期打撈(若采用人工打撈，每人每天可以打撈200平方米水面；若采用機(jī)械全自動船打撈，每條船每天可以打撈1200平方米)，很好的控制了水葫蘆惡性繁殖和二次污染，使得利用水葫蘆凈化污水的
可控性、可靠性進(jìn)一步增強(qiáng)。
在本實(shí)施例中，所述沼氣制備步驟中先將打撈上來的水葫蘆原料切短至小于60 毫米，由于水葫蘆原料中常?；煊须s物，為了使原料混合均勻，不含大塊固體，以免堵塞管道，便于泵送，同時要對物料進(jìn)行加熱，使其溫度均勻，所以必須對原料進(jìn)行預(yù)處理。通常采用格柵，集水池，調(diào)節(jié)池和升溫池(升溫池加熱采用盤管)等設(shè)施來實(shí)現(xiàn)上述過程。另外用于給沼氣發(fā)酵罐進(jìn)料的泥漿泵種類繁多，常用的有PN型(臥式和立式兩種形式)，WQ型以及ZW 型等。
原料發(fā)酵池與儲罐之間有3 5米落差，儲罐卸料口與有機(jī)肥脫水系統(tǒng)之間有 1 2米的落差；待發(fā)酵原料以及發(fā)酵后的產(chǎn)物可以利用重力自然下落，節(jié)約能源。
在本實(shí)施例中，沼氣制備產(chǎn)生的沼渣做成有機(jī)肥，把營養(yǎng)元素搬到農(nóng)田；沼氣制備產(chǎn)生的沼液用作葉面肥或水肥。
在本實(shí)施例中，沼氣從儲氣罐被泵出后，經(jīng)管道進(jìn)入原料壓縮機(jī)，被壓縮至 3. 0-4. 0 MPaG，之后通過管輸至液化區(qū)。此前原料氣體首先要經(jīng)過一個設(shè)置在入口的過濾單元進(jìn)行過濾，以將來自輸氣管線中的銹垢或異物等去除；所述的過濾單元可以是絲網(wǎng)狀過濾器等；加壓完成后，在液化之前，首先將能在低溫段造成凍堵并且使換熱器性能下降的水分和二氧化碳去除。為此，采用胺液脫除二氧化碳及分子篩脫水，用于降低二氧化碳濃度至50PPM (V)，并將水分含量降至IPPM (V)以內(nèi)。
在本實(shí)施例中，胺液吸附除去二氧化碳后在二氧化碳液化段前解吸，經(jīng)緩沖罐后， 進(jìn)入壓縮機(jī)，加壓制冷后，降溫到_78°C，變成液體二氧化碳。當(dāng)液態(tài)二氧化碳處于飽和狀態(tài) (壓力2兆帕、溫度零下20°C )并散發(fā)到空氣中，由于潛熱作用，60%的二氧化碳會變成氣體；而另外40%將變成雪，按照目前使用的傳統(tǒng)干冰制造方法也是本實(shí)施例采用的方法， 將在此狀態(tài)下生成的雪經(jīng)過液壓活塞加壓成形，生成最初的矩形固體物。然后將矩形固體物裁切成正方形，甚或可以通過切割中心工廠進(jìn)一步切割。在切割中心工廠，塊狀干冰產(chǎn)品經(jīng)過帶鋸和圓鋸之類的設(shè)備切割而成。還有另一種方案，采用顆粒生產(chǎn)設(shè)備把雪粉擠壓成細(xì)棒體，這些細(xì)棒體將被切割成統(tǒng)一長度并制成粒狀，最后再通過擠壓或重整裝置成形為成品，從而完全免除了切割的需要。因?yàn)椴辉俅嬖谇懈钸^程中產(chǎn)生大量二氧化碳煙氣環(huán)境， 采用該方案也將減少蒸發(fā)損失并改善工作環(huán)境。
本發(fā)明應(yīng)用到滇池治理，可以帶來如下效果1)為當(dāng)?shù)貛?. 5億⑶P ;2)整個產(chǎn)業(yè)帶動近300人就業(yè)；3)比沼氣發(fā)電增加2. 4億⑶P ；4)沼渣做成有機(jī)肥，把營養(yǎng)元素搬到農(nóng)田；5)沼液可做葉面肥和水肥；6) 二氧化碳制干冰，用于工業(yè)，飲料和醫(yī)院，循環(huán)利用，減少排放；7)將滇池水質(zhì)從目前劣5類改善到3類。
本發(fā)明的方法可以應(yīng)用到太湖、淮河、巢湖、洞庭湖等大型淡水湖泊和河流，也可以用于上海市、北京市等大型都市內(nèi)縱橫交錯的水體湖面和河流，改善城市水質(zhì)，提高水葫蘆利用率、減少溫室氣體排放，具有非常重要的生態(tài)環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益。
權(quán)利要求
1.一種利用水葫蘆制備生物天然氣和生物干冰的方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟一，將水葫蘆預(yù)處理，之后將其泵入沼氣發(fā)酵罐以制備沼氣，去除沼氣中的硫化氫、一氧化碳、氮?dú)庖约把鯕?，備用；步驟二，制備生物天然氣和生物干冰；所述制備生物天然氣，是指將步驟一所得氣體過濾，之后壓縮至3. 0 MPaG 4. OMPaG, 然后先后通過胺液脫除二氧化碳、通過分子篩脫水，最后通過混合制冷工藝液化，灌裝，得生物天然氣；所述制備生物干冰，是指收集前述胺液，解吸，獲得二氧化碳，經(jīng)緩沖罐進(jìn)入壓縮機(jī)，加壓制冷，降溫，得到液態(tài)二氧化碳，即生物干冰。
2.如權(quán)利要求
1所述的利用水葫蘆制備生物天然氣和生物干冰的方法，其特征在于， 步驟一中，所述預(yù)處理指將水葫蘆切成小段，小段的長度小于60毫米，過濾除去雜質(zhì)，加熱。
3.如權(quán)利要求
1所述的利用水葫蘆制備生物天然氣和生物干冰的方法，其特征在于， 步驟一中，所述預(yù)處理是通過格柵，集水池，調(diào)節(jié)池和升溫池來實(shí)現(xiàn)的。
4.如權(quán)利要求
1所述的利用水葫蘆制備生物天然氣和生物干冰的方法，其特征在于， 步驟一中，所述泵入采用泥漿泵。
5.如權(quán)利要求
1所述的利用水葫蘆制備生物天然氣和生物干冰的方法，其特征在于， 步驟二中，所述過濾指將所得氣體通過過濾單元進(jìn)行過濾，進(jìn)而將沼氣中的銹垢及異物去
專利摘要
本發(fā)明涉及一種利用水葫蘆制備生物天然氣和生物干冰的方法，包括以下步驟步驟一，將水葫蘆預(yù)處理，之后將其泵入沼氣發(fā)酵罐以制備沼氣，去除沼氣中的硫化氫、一氧化碳、氮?dú)庖约把鯕?，備用；步驟二，制備生物天然氣和生物干冰；將步驟一所得氣體過濾，之后壓縮至3.0～4.0MPaG，然后通過胺液脫除二氧化碳、分子篩脫水，最后通過混合制冷工藝液化，灌裝，得生物天然氣；收集前述胺液，解吸，獲得二氧化碳，經(jīng)緩沖罐進(jìn)入壓縮機(jī)，加壓制冷，降溫，得到液態(tài)二氧化碳，即生物干冰。本發(fā)明的方法在制得沼氣的基礎(chǔ)上進(jìn)一步加工制備成生物天然氣和干冰，提高了制得的沼氣利用率的同時也大幅度提高了生產(chǎn)效益。
文檔編號C12P1/00GKCN102250957SQ201110148614
公開日2011年11月23日 申請日期2011年6月3日
發(fā)明者鄭繼華 申請人:上海杲晟實(shí)業(yè)有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan