一种全自动甲烷潜力测试系统技术方案

本发明专利技术提供了一种全自动甲烷潜力测试系统，包括发酵反应单元、气体处理单元和气体测量单元，发酵反应单元包括发酵罐和控温箱，发酵罐置于控温箱内，气体处理单元包括气体净化装置和气体干燥装置，发酵罐出气口与气体净化装置进气口连接，气体净化装置出气口与气体干燥装置进气口连接，气体干燥装置出气口连接气体测量单元，气体测量单元包括测量管和微机，测量管底端内部设有破口，测量管的出气口端侧壁上设有气泡计量机构，气泡计量机构与微机电连接。该全自动甲烷潜力测试系统自动化程度高，可自动控制发酵反应条件以及自动测量气体流量，操作简单，可同时处理多个样品，测试效率高；且该测试系统采用模块化设计，易于更换部件，维护成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种全自动甲烷潜力测试系统
本专利技术属于生物质能
，具体涉及一种全自动甲烷潜力测试系统，适用于评价各类生物质物料在微生物厌氧发酵作用下产生甲烷的潜力。
技术介绍
人类社会的发展与进步离不开能源，目前起主流作用的化石能源正面临日益枯竭的境地，其它类型的能源或多或少也存在一定的难题。比如核能存在较高的安全风险，太阳能存在利用率和普及率不高的问题，风能、水能和地热能存在地域限制问题。生物质能是一类很有应用价值的能源，作为一种来源广泛的能源，人们可以通过对各种生物质物料进行处理从而获得能源。其中，通过微生物厌氧发酵产甲烷是一种主流的方式。用来发酵产甲烷的物料来源广泛，比如农业秸秆、餐厨垃圾、禽畜粪便、有机废水等。这些物料自身利用价值较低，有些还会污染环境。通过生物发酵的方式既可以获取能源，又可以减轻环境污染，可谓一举两得。由于用于生物发酵的物料来源广泛，性质不同，即便是同一大类物料也有很多细分，比如农业秸秆分为小麦、水稻、玉米等，禽畜粪便也可以分为猪粪、鸡粪等。再加上生物发酵条件如温度、pH值、碳氮比、营养物、进样方式等都会对发酵效率有很大的影响。因此，人们通常在大型项目工程之前需要对各类物料在不同条件下的发酵产甲烷情况做大批量小试，也就是需要了解物料的产甲烷潜力。物料产甲烷潜力是指单位有机物料在厌氧条件下发酵产生甲烷气体的数量。目前，生物质能研究与应用做得比较好的是欧洲国家如丹麦、德国等，即便如此，物料产甲烷潜力的基础数据还是比较缺乏的。因此，急需大量的小试实验获取各类数据，从而建立大数据库，对了解沼气发酵的效率及其过程稳定性、沼气工程的规模及工艺设计、生产优化策略及沼气工程收益评估等都具有重要的意义。生物产甲烷潜力测试根据不同需求，实验周期短则三五天，长则一两个月，且每批次测试平行样较多。现今大多数研究者采用人工操作的方式，定期如每天通过排水法计量一次产生甲烷的体积数据，工作量繁琐，且存在一定的计量误差。此外，自行设计的反应瓶气密性有时候存在一定的问题，并且很难做到机械搅拌。这些现实问题，严重降低了生物质产甲烷潜力的研究进度。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有人工操作甲烷潜力测试工作量繁琐，且存在一定的计量误差的问题。为此，本专利技术提供了一种全自动甲烷潜力测试系统，包括发酵反应单元、气体处理单元和气体测量单元，所述发酵反应单元包括发酵罐和控温箱，所述发酵罐置于控温箱内，所述气体处理单元包括气体净化装置和气体干燥装置，所述发酵罐出气口与气体净化装置进气口连接，所述气体净化装置出气口与气体干燥装置进气口连接，所述气体干燥装置出气口连接气体测量单元，所述气体测量单元包括测量管和微机，所述测量管内部盛有标准溶液，所述测量管底端内部设有破口，所述测量管的出气口端侧壁上设有气泡计量机构，所述气泡计量机构与微机电连接。进一步的，所述发酵罐包括罐体和密封设置在罐体开口内的橡胶塞，所述罐体底部设有进液口，罐体上部设有出液口，所述进液口和出液口均通过带孔螺纹盖连接有软管，所述橡胶塞上设有贯穿橡胶塞上下两端的至少两个导气管和一个直管，所述直管底端连接有柔性密封管，所述柔性密封管底部嵌入有密封塞，柔性密封管上设有刺状物，所述柔性密封管上部竖直、下部设有倾斜拐角，所述罐体上端设有支撑座，所述支撑座上设有直流电机，所述电机上连接有金属杆，所述金属杆贯穿直管并伸入柔性密封管内部。进一步的，所述发酵罐的罐体上设置有温度计和pH计。进一步的，所述发酵罐与气体净化装置之间的气路上设置有气体缓冲瓶。进一步的，所述气体净化装置包括碱液吸收瓶和酸液吸收瓶，所述碱液吸收瓶内盛装有碱溶液，酸液吸收瓶内盛装有酸溶液，所述碱液吸收瓶和酸液吸收瓶上均设有进气管和出气管，所述进气管底部设在碱液吸收瓶和酸液吸收瓶内液面以下，出气管底部设在碱液吸收瓶和酸液吸收瓶内液面以上。进一步的，所述气体干燥装置包括干燥管，所述干燥管内部填充有脱脂棉和干燥剂。进一步的，所述气泡计量机构包括相对设置的光脉冲发生器和光脉冲检测器，所述光脉冲检测器与微机电连接。进一步的，所述测量管呈U型或L型，所述破口设置在测量管底部水平段，破口的口径沿气体流动方向逐渐减小。进一步的，所述测量管的出气口处设置有压力温度传感器，该压力温度传感器与微机电连接。进一步的，所述测量管的进气口和出气口的口径均小于测量管的管径。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：(1)本专利技术提供的这种全自动甲烷潜力测试系统集甲烷制备、处理及测试于一体，自动化程度高，可自动控制发酵反应条件以及自动测量气体流量，操作简单，使用方便，可同时处理多个样品，测试效率高；且该测试系统采用模块化设计，易于更换部件，维护成本低。(2)本专利技术提供的这种全自动甲烷潜力测试系统通过气体处理单元对发酵产生的气体进行处理后再进行气体测量，测试结果准确且精度高。(3)本专利技术提供的这种全自动甲烷潜力测试系统的气体测量单元通过微机进行自动测试并储存数据，可连续长时间运行，测量效率高。以下将结合附图对本专利技术做进一步详细说明。附图说明图1是本专利技术全自动甲烷潜力测试系统的结构示意图；图2是本专利技术中发酵罐的结构示意图；图3是本专利技术中气体处理单元的结构示意图；图4是本专利技术中气体测量单元的结构示意图；图5是农业秸秆产甲烷测试结果图；图6是禽畜粪便发酵产甲烷测试结果图；图7是厨余垃圾产甲烷潜力测试结果图。附图标记说明：1、控温箱；2、发酵罐；3、气体处理单元；4、气体净化装置；5、气体干燥装置；6、气体测量单元；7、测量管；8、微机；9、进液口；10、罐体；11、金属杆；12、柔性密封管；13、温度计；14、pH计；15、橡胶塞；16、导气管；17、直流电机；18、支撑座；19、直管；20、出液口；21、刺状物；22、密封塞；23、缓冲瓶；24、进气管；25、碱液吸收瓶；26、出气管；27、酸液吸收瓶；28、干燥管；29、进气口；30、出气口；31、光脉冲发生器；32、光脉冲检测器；33、破口；34、气泡；35、压力温度传感器。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1和图4所示，本实施例提供了一种全自动甲烷潜力测试系统，包括发酵反应单元、气体处理单元3和气体测量单元6，所述发酵反应单元包括发酵罐2和控温箱1，所述发酵罐2置于控温箱1内，所述气体处理单元3包括气体净化装置4和气体干燥装置5，所述发酵罐2出气口与气体净化装置4进气口连接，所述气体净化装置4出气口与气体干燥装置5进气口连接，所述气体干燥装置5出气口连接气体测量单元6，所述气体测量单元6包括测量管7和微机8，所述测量管7内部盛有标准溶液，所述测量管7底端内部设有破口33，所述测量管7的出气口30端侧壁上设有气泡计量机构，所述气泡计量机构与微机8电连接。将待实验的物料和微生物菌种依次加入发酵罐2内进行发酵反应产生发酵气体，发酵气体经气体处理单元3的净化和干燥得到纯净的甲烷气体，甲烷气体通过气体测量单元6进行测试，甲烷气体压缩测量管7内部标准溶液，在破口33处产生气泡本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全自动甲烷潜力测试系统，其特征在于：包括发酵反应单元、气体处理单元(3)和气体测量单元(6)，所述发酵反应单元包括发酵罐(2)和控温箱(1)，所述发酵罐(2)置于控温箱(1)内，所述气体处理单元(3)包括气体净化装置(4)和气体干燥装置(5)，所述发酵罐(2)出气口与气体净化装置(4)进气口连接，所述气体净化装置(4)出气口与气体干燥装置(5)进气口连接，所述气体干燥装置(5)出气口连接气体测量单元(6)，所述气体测量单元(6)包括测量管(7)和微机(8)，所述测量管(7)内部盛有标准溶液，所述测量管(7)底端内部设有破口(33)，所述测量管(7)的出气口(30)端侧壁上设有气泡计量机构，所述气泡计量机构与微机(8)电连接。

【技术特征摘要】
1.一种全自动甲烷潜力测试系统，其特征在于：包括发酵反应单元、气体处理单元(3)和气体测量单元(6)，所述发酵反应单元包括发酵罐(2)和控温箱(1)，所述发酵罐(2)置于控温箱(1)内，所述气体处理单元(3)包括气体净化装置(4)和气体干燥装置(5)，所述发酵罐(2)出气口与气体净化装置(4)进气口连接，所述气体净化装置(4)出气口与气体干燥装置(5)进气口连接，所述气体干燥装置(5)出气口连接气体测量单元(6)，所述气体测量单元(6)包括测量管(7)和微机(8)，所述测量管(7)内部盛有标准溶液，所述测量管(7)底端内部设有破口(33)，所述测量管(7)的出气口(30)端侧壁上设有气泡计量机构，所述气泡计量机构与微机(8)电连接。2.如权利要求1所述的全自动甲烷潜力测试系统，其特征在于：所述发酵罐(2)包括罐体(10)和密封设置在罐体(10)开口内的橡胶塞(15)，所述罐体(10)底部设有进液口(9)，罐体(10)上部设有出液口(20)，所述进液口(9)和出液口(20)均通过带孔螺纹盖连接有软管，所述橡胶塞(15)上设有贯穿橡胶塞(15)上下两端的至少两个导气管(16)和一个直管(19)，所述直管(19)底端连接有柔性密封管(12)，所述柔性密封管(12)底部嵌入有密封塞(22)，柔性密封管(12)上设有刺状物(21)，所述柔性密封管(12)上部竖直、下部设有倾斜拐角，所述罐体(10)上端设有支撑座(18)，所述支撑座(18)上设有直流电机(17)，所述直流电机(17)上连接有金属杆(11)，所述金属杆(11)贯穿直管(19)并伸入柔性密封管(12)内部。3.如权利要求2所述的全自动甲烷潜力测试系统，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：严建中，张启华，郑成志，
申请(专利权)人：湖北洛克泰克仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42