本發(fā)明屬于生物質(zhì)新能源領(lǐng)域，具體涉及豬糞厭氧發(fā)酵后沼液氨氮回收及沼氣提純的工藝與裝置。

背景技術(shù)：

厭氧發(fā)酵技術(shù)是目前處理動物糞便的一種常用方法。這種厭氧微生物處理工藝所需能耗少，運行費用低，還能生產(chǎn)沼氣作為燃料。通過發(fā)酵獲得的甲烷氣體是一種很好的清潔能源，能夠彌補化石燃料污染重及儲量有限的缺點。但是直接獲得的沼氣中含有較多的雜質(zhì)氣體使其作為能源的品質(zhì)下降，達不到作為汽車燃料的標準。厭氧發(fā)酵生產(chǎn)的沼氣需要經(jīng)過提純才能得到高純度甲烷(甲烷含量>96％)。更值得注意的是是發(fā)酵后產(chǎn)生的沼液往往含有豐富的氨氮，直接排放不僅嚴重污染環(huán)境還造成了浪費。

關(guān)于氨氮的去除目前物化法有吹脫脫氨法、氣提脫氮法、折點加氯脫氮法、離子交換脫氮法、混凝沉淀脫氮法、反滲透脫氮法、電滲析法以及各類高級氧化技術(shù)；生物脫氮以及水生植物脫氮等。吹脫法去除氨氮具有效果好、操作簡單、易于控制等優(yōu)點，是目前較常用的物化脫氮技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于一種豬糞厭氧發(fā)酵后沼液氨氮回收與沼氣提純的工藝與裝置。本發(fā)明利用豬糞厭氧發(fā)酵后的沼液提取氨，再利用氨提純沼氣。實現(xiàn)本發(fā)明工藝流程主要包括氨吹脫、二氧化碳與硫化氫吸收和二氧化碳再生等幾個過程。本發(fā)明是基于各物質(zhì)如nh3,co2,h2s,ch4和nh4hco3的溶解度和反應(yīng)特性不同而提出的。nh3(49.6g/g水,20℃)的溶解度比co2(0.17g/g水,20℃)和h2s(0.33g/g水,20℃)高200倍。ch4的溶解度很低，在20℃時僅為0.0024g/g水。nh4hco3在36℃以上時會分解成nh3、co2和水，此為吸熱反應(yīng)。主要反應(yīng)為：

δh＝-26.88kj/mol(r-1)

δh＝-64.26kj/mol(r-2)

δh＝-72.32kj/mol(r-3)

δh＝-101.22kj/mol(r-4)

式中：δh為負值說明反應(yīng)是放熱的。根據(jù)放熱反應(yīng)對平衡的影響，低溫高壓有利于nh3和co2吸收，而高溫低壓有利于nh3吹脫和co2再生。上述分析可以看出，nh3有比較高的co2脫除能力，并且有比較低吸收熱和需要較低再生能量。

具體地，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種豬糞厭氧發(fā)酵后沼液氨氮回收及沼氣提純的工藝，其特征在于，構(gòu)建一個氨吹脫、二氧化碳與硫化氫吸收和二氧化碳再生系統(tǒng)，具體步驟為：將豬糞通過發(fā)酵罐(1)中35℃–55℃厭氧發(fā)酵后，在第一固液分離裝置(14)中進行固液分離，然后將沼液送到第二儲液罐(12)中，調(diào)節(jié)溫度至55℃以上，調(diào)節(jié)ph至10-11；將調(diào)好的沼液輸送到氨吹脫反應(yīng)器(9)中，用提純后的含量>96％的甲烷進行吹脫；將吹脫的產(chǎn)生的氣體與厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣泵入二氧化碳與硫化氫吸收反應(yīng)器(6)中，所述的反應(yīng)器溫度小于30℃，壓力為0.1-1mpa，使硫化氫、二氧化碳與氨水發(fā)生反應(yīng)，獲得可用于車輛的高純度甲烷；將反應(yīng)所得液體在重力作用下流入結(jié)晶反應(yīng)器(18)中，經(jīng)過降溫析出碳酸氫銨和硫化銨晶體；將經(jīng)過第二固液分離裝置(17)分離后的碳酸氫銨與硫化銨晶體經(jīng)螺旋絞龍輸送裝置(16)送入再生反應(yīng)器(2)分解生成二氧化碳、硫化氫氣體和氨水，將所得的二氧化碳和硫化氫氣體排出系統(tǒng)，將所得的氨水循環(huán)回到第一儲液罐(4)，將調(diào)節(jié)好參數(shù)的即溫度小于30℃，ph為9-10的氨水泵入二氧化碳與硫化氫吸收反應(yīng)器(6)中用于提純沼氣，將多余的氨水以及隨二氧化碳和硫化氫氣體排出的氨氣用濃硫酸進行吸收。

作為優(yōu)選方案，所述的氨吹脫反應(yīng)器(9)的溫度為55℃-90℃，壓力不超過0.1mpa。

作為優(yōu)選方案，所述的二氧化碳與硫化氫吸收反應(yīng)器(6)的優(yōu)選參數(shù)為：溫度為24℃-27℃，壓力為0.3-0.6mpa

作為優(yōu)選方案，所述的再生反應(yīng)器(2)的優(yōu)選參數(shù)為：溫度60℃-70℃，壓力0.5-0.7mpa。

適用于上述述工藝的專用設(shè)備，其特征在于：

所述的專用設(shè)備包含在一個豬糞厭氧發(fā)酵后沼液氨氮回收及沼氣提純的系統(tǒng)中，所述的 設(shè)備的包括厭氧發(fā)酵罐(1)、再生反應(yīng)器(2)、第一旋轉(zhuǎn)泵(3)、第一儲液罐(4)、第二旋轉(zhuǎn)泵(5)、二氧化碳與硫化氫吸收反應(yīng)器(6)、三通閥(7)、第三旋轉(zhuǎn)泵(8)、氨吹脫反應(yīng)器(9)、第四旋轉(zhuǎn)泵(10)、第五旋轉(zhuǎn)泵(11)、第二儲液罐(12)、第六旋轉(zhuǎn)泵(13)、第一固液分離裝置(14)、第七旋轉(zhuǎn)泵(15)、螺旋絞龍輸送裝置(16)、第二固液分離裝置(17)和結(jié)晶反應(yīng)器(18)；

所述的厭氧發(fā)酵罐(1)的其中一路與第七旋轉(zhuǎn)泵(15)、第一固液分離裝置(14)、第六旋轉(zhuǎn)泵(13)、第二儲液罐(12)、第五旋轉(zhuǎn)泵(11)；氨吹脫反應(yīng)器(9)相連；

所述的厭氧發(fā)酵罐(1)的其中的另一路通過三通閥(7)與二氧化碳與硫化氫吸收反應(yīng)器(6)入口段的管道相連；

所述的氨吹脫反應(yīng)器(9)的上部出口端通過第三旋轉(zhuǎn)泵(8)、三通閥(7)與二氧化碳與硫化氫吸收反應(yīng)器(6)的右下側(cè)入口端相連；

所述的氨吹脫反應(yīng)器(9)的下部出口端通過第四旋轉(zhuǎn)泵(10)與二氧化碳與硫化氫吸收反應(yīng)器(6)上部收集口相連；

所述的二氧化碳與硫化氫吸收反應(yīng)器(6)的左側(cè)下部出口端與結(jié)晶反應(yīng)器(18)、第二固液分離裝置(17)、螺旋絞龍輸送裝置(16)與再生反應(yīng)器(2)的下部入口端相連；

所述的再生反應(yīng)器(2)的下部出口端通過第一旋轉(zhuǎn)泵(3)、第一儲液罐(4)并經(jīng)過第二旋轉(zhuǎn)泵(5)與所述的二氧化碳與硫化氫吸收反應(yīng)器(6)上部入口端相連。

本發(fā)明的突出優(yōu)點在于：

本發(fā)明可以大量減少化學品的使用的情況下，通過沼液中的游離氨在系統(tǒng)中的循環(huán)達到提純沼氣生產(chǎn)高附加值生物燃氣的目的，并且可以生產(chǎn)高品質(zhì)的銨肥，從而消除沼液排放過程中氨氮對環(huán)境的影響，非常有利于解決大中型沼氣工程中沼液排放問題。

附圖說明

圖1：是本發(fā)明的總體技術(shù)流程圖。

圖2：是本發(fā)明工藝配套的專用設(shè)備連接圖。

附圖標記說明：1-厭氧發(fā)酵罐；2-再生反應(yīng)器；3-第一旋轉(zhuǎn)泵；4-第一儲液罐；5-第二旋轉(zhuǎn)泵；6-二氧化碳與硫化氫吸收反應(yīng)器；7-三通閥；8-第三旋轉(zhuǎn)泵；9-氨吹脫反應(yīng)器；10-第四旋轉(zhuǎn)泵；11-第五旋轉(zhuǎn)泵；12-第二儲液罐；13-第六旋轉(zhuǎn)泵；14-第一固液分離裝置，15-第七旋轉(zhuǎn)泵，16-螺旋絞龍輸送裝置17-第二固液分離裝置，18-結(jié)晶反應(yīng)器。

具體實施方式

具體實施方式：

實施例1

由圖1和圖2所示：

本發(fā)明的工藝流程如下：

首先構(gòu)建一個豬糞厭氧發(fā)酵后沼液氨氮回收及沼氣提純的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個氨吹脫、二氧化碳與硫化氫吸收和二氧化碳再生系統(tǒng)，將35℃–55℃豬糞厭氧發(fā)酵后的沼液作為氨吹脫過程的原料，利用氨提純后得到的高純度甲烷(甲烷含量>96％)對沼液中的游離氨進行吹脫，氨吹脫反應(yīng)器溫度須大于55℃，壓力不超過0.1mpa。吹脫的氨及其它混合氣體如甲烷和水蒸汽送到二氧化碳與硫化氫吸收反應(yīng)器(溫度小于30℃，壓力為0.1–1mpa)與厭氧發(fā)酵過程產(chǎn)生的沼氣進行接觸，從而對沼氣中二氧化碳和硫化氫進行吸收反應(yīng)，并析出碳酸氫銨和硫化銨晶體，同時得到高純度甲烷(甲烷含量>96％)。碳酸氫銨與硫化銨晶體一起進入再生反應(yīng)器(溫度大于55℃，壓力不超過0.1mpa)分解生成二氧化碳和硫化氫氣體以及氨水(濃度10％–30％)，二氧化碳和硫化氫氣體排出系統(tǒng)，氨水循環(huán)回到二氧化碳與硫化氫吸收反應(yīng)器用于提純沼氣，多余的氨水以及隨二氧化碳和硫化氫氣體排出的氨氣可用濃硫酸進行吸收。

適用于上述工藝方法的專用裝備(如圖2所示)配置如下：

該專用設(shè)備包含在一個豬糞厭氧發(fā)酵后沼液氨氮回收及沼氣提純的系統(tǒng)中，所述的設(shè)備的配置如圖2所示。包括：厭氧發(fā)酵罐(1)；再生反應(yīng)器(2)；第一旋轉(zhuǎn)泵(3)；第一儲液罐(4)；第二旋轉(zhuǎn)泵(5)；二氧化碳與硫化氫吸收反應(yīng)器(6)；三通閥(7)；第三旋轉(zhuǎn)泵(8)；氨吹脫反應(yīng)器(9)；第四旋轉(zhuǎn)泵(10)；第五旋轉(zhuǎn)泵(11)；第二儲液罐(12)；第六旋轉(zhuǎn)泵(13)；第一固液分離裝置(14)，第七旋轉(zhuǎn)泵(15)，螺旋絞龍輸送裝置(16)，第二固液分離裝置(17)和結(jié)晶反應(yīng)器(18)。

所述的厭氧發(fā)酵罐(1)的其中一路與第七旋轉(zhuǎn)泵(15)、第一固液分離裝置(14)、第六旋轉(zhuǎn)泵(13)、第二儲液罐(12)、第五旋轉(zhuǎn)泵(11)和氨吹脫反應(yīng)器(9)聯(lián)通；

所述的厭氧發(fā)酵罐(1)的其中的另一路通過三通閥(7)與二氧化碳與硫化氫吸收反應(yīng)器(6)入口段的管道相連；

所述的氨吹脫反應(yīng)器(9)的上部出口端通過第三旋轉(zhuǎn)泵(8)、三通閥(7)與二氧化碳與硫化氫吸收反應(yīng)器(6)的右下側(cè)入口端相連；

所述的氨吹脫反應(yīng)器(9)的下部出口端通過第四旋轉(zhuǎn)泵(10)和二氧化碳與硫化氫吸收反應(yīng)器(6)上部收集口相連；

所述的二氧化碳與硫化氫吸收反應(yīng)器(6)的左側(cè)下部出口端與結(jié)晶反應(yīng)器(18)、第二固液分離裝置(17)、螺旋絞龍輸送裝置(16)和再生反應(yīng)器(2)的下部入口端相連；

所述的再生反應(yīng)器(2)的下部出口端通過第一旋轉(zhuǎn)泵(3)、第一儲液罐(4)并經(jīng)過第二旋轉(zhuǎn)泵(5)和二氧化碳與硫化氫吸收反應(yīng)器(6)上部入口端相連。

本發(fā)明的實施方式是：

將待處理的豬場糞便和污水泵入?yún)捬醢l(fā)酵罐(1)進行厭氧發(fā)酵，厭氧發(fā)酵罐中裝配有溫度計、壓力計、ph計、加熱管和攪拌裝置；厭氧發(fā)酵采用中溫發(fā)酵方式。發(fā)酵后獲得的氣體通過管道泵入二氧化碳與硫化氫吸收反應(yīng)器進行提純以獲得高純度的沼氣。沼渣和沼液則通過第七旋轉(zhuǎn)泵(15)從厭氧發(fā)酵罐(1)底部抽出并泵入第一固液分離裝置(14)中進行分離，分離出的沼液通過第六旋轉(zhuǎn)泵(13)通入第二儲液罐(12)，沼渣則用來制作有機肥。在第二儲液罐(12)中裝配有溫度計、壓力計、ph計、液位計和加熱管。通過溫度計和加熱管來控制沼液溫度在35℃～55℃，若ph稍低則加入少量氫氧化鈣調(diào)節(jié)。把達到要求的沼液通過第五旋轉(zhuǎn)泵(11)通入氨吹脫反應(yīng)器(9)中，氨吹脫反應(yīng)器的溫度控制在55℃以上，壓力控制在0.1mpa以下。吹脫使用的氣體則來自氣提之后的部分沼氣(甲烷含量>96％)，這樣不僅可以克服使用空氣作為吹脫氣體時提純過程除雜困難的問題而且可以進一步吸收燃氣中的co2來獲得更純凈的沼氣。氨吹脫反應(yīng)器(9)中沼液由頂端進入，通過噴頭噴灑。反應(yīng)器中部設(shè)有填料層，由側(cè)面通過第四旋轉(zhuǎn)泵(10)吹入的吹脫氣體與沼液在填料層可以充分接觸。吹脫后的沼液由氨吹脫反應(yīng)器(9)底部排出，再繼續(xù)用膜過濾、碳吸附等方法進行處理以達標排放，氣體則由氨吹脫反應(yīng)器(9)頂部的第三旋轉(zhuǎn)泵(8)泵出，調(diào)節(jié)兩個第三旋轉(zhuǎn)泵(8)和第四旋轉(zhuǎn)泵(10)的轉(zhuǎn)速可以完成對氨吹脫反應(yīng)器(9)內(nèi)溫度的控制。通過第三旋轉(zhuǎn)泵(8)抽出的氨吹脫反應(yīng)器(9)中的氨氣、co2、水蒸氣和發(fā)酵產(chǎn)生的生物氣經(jīng)三通閥(7)混合后由二氧化碳與硫化氫吸收反應(yīng)器(6)的側(cè)面該反應(yīng)器，該反應(yīng)器內(nèi)裝配有冷凝管，使溫度控制在30℃以下，壓力可通過閥門和第三旋轉(zhuǎn)泵(8)控制，控制在0.1～1mpa之間。氨水則由二氧化碳與硫化氫吸收反應(yīng)器(6)頂端噴灑出以吸收氣流中的水蒸氣、co2和h2s，從而達到凈化的目的。凈化后的氣體由二氧化碳與硫化氫吸收反應(yīng)器(6)頂端排出，部分收集起來，部分通過旋轉(zhuǎn)泵(10)的作用作為吹脫氣體吹入氨吹脫反應(yīng)器(9)。吸收了co2和h2s的氨水經(jīng)由二氧化碳與硫化氫吸收反應(yīng)器(6)底部的閥門在重力的作用下流入位置較低的結(jié)晶反應(yīng)器(18)中，在結(jié)晶反應(yīng)器(18)的夾層中通入冷卻水使反應(yīng)器內(nèi)溫度迅速降低則可使溶液中的碳酸氫銨和硫化銨晶體析出。降溫后的溶液和析出的晶體一起由結(jié)晶反應(yīng)器(18)的底部閥門流出進入第二固液分離裝置(17)，經(jīng)過分離的液體經(jīng)過處理后排放。晶體則通過螺旋絞龍輸送裝置(16)送入再生反應(yīng)器(2)中，再生反應(yīng)器的閘閥和第二螺旋絞龍輸送裝置(16)通過法蘭聯(lián)接。在適當?shù)臏囟群蛪毫l件下(溫度應(yīng)大于50℃，壓力不超過0.1mpa) 再生反應(yīng)器(2)中的晶體分解，產(chǎn)物為co2、h2s、nh3和氨水；其中氣體由反應(yīng)器頂部閥門排出并經(jīng)過濃硫酸處理，氨水則由第一旋轉(zhuǎn)泵(3)泵入第一儲液罐(4)中。第一儲液罐裝配有溫度計、壓力計、ph計、液位計及冷凝管。調(diào)節(jié)好參數(shù)的氨水再由第二旋轉(zhuǎn)泵(5)泵入二氧化碳與硫化氫吸收反應(yīng)器(6)中作為提純用的堿性溶液。

上述實施例只是本發(fā)明的一個優(yōu)選的方案，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施方式的限制。例如獲得碳酸氫銨晶體后也可以不使用再生反應(yīng)器獲得氨水而是用來制作高品質(zhì)的氨肥，達到回收利用氨氮的目的。