一种板式换热器、独立管道控制的风电甲烷制备装置及其工艺制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种换热器、风电甲烷的制备装置及其工艺，装置包括厌氧发酵罐、生物反应器、风力发电装置和电解水装置，还包括与生物反应器相连的氢气管道、甲烷管道及其二氧化碳管道，用于向生物反应器中输入氢气、甲烷和二氧化碳，同时每个管道上设置阀门和速度检测装置，所述阀门和速度检测装置与控制器进行数据联接；控制器根据进入生物反应器中的氢气、甲烷和二氧化碳的摩尔数，自动控制氢气管道、甲烷管道及其二氧化碳管道阀门，以便向生物反应器中输入相应的气体，使生物反应器中的气体含量达到最佳的比例。本发明专利技术通过单独设置氢气、甲烷和二氧化碳管道，能够智能控制甲烷以及氢气的流量，从而使甲烷的制备达到最佳的产量。

A device for preparing methane of wind power controlled by plate heat exchanger and independent pipeline and its process

The invention provides a heat exchanger, wind power device for preparing methane and process device including anaerobic fermentation tank, biological reactor, wind power generator and water electrolysis device, including methane hydrogen pipeline pipeline, connected with the bioreactor and the carbon dioxide pipeline, for the input of hydrogen, methane and carbon dioxide to bio in the reactor, and each pipeline is provided with valve and speed detecting device, the valve and speed detecting device and controller for data link controller according to the number of moles; in the bioreactor of hydrogen, methane and two carbon dioxide, hydrogen, methane pipeline pipeline automatic control and carbon dioxide pipeline valves, in order to enter the corresponding gas to the biological reactor, the gas content in the bioreactor to achieve the best proportion. By independently setting hydrogen, methane and carbon dioxide pipelines, the invention can intelligently control the flow of methane and hydrogen, so as to make the preparation of methane reach the optimum output.

【技术实现步骤摘要】
一种板式换热器、独立管道控制的风电甲烷制备装置及其工艺
本专利技术属于能源利用领域，尤其涉及一种换热器及包括换热器的甲烷制备工艺和系统，属于换热器及其应用领域。
技术介绍
随着现代社会经济的高速发展，人类对能源的需求量越来越大。然而煤、石油、天然气等传统能源储备量不断减少、日益紧缺，造成价格的不断上涨，同时常规化石燃料造成的环境污染问题也愈加严重，这些都大大限制着社会的发展和人类生活质量的提高。沼气是低成本可再生能源，但实际中通常需要对沼气进行提纯，产生甲烷，以满足不同用途(比如：作为汽车燃料)的有关技术要求。传统沼气提纯技术需要消耗大量能源，不符合当前节能减排和保护环境的要求。在甲烷生产的过程中，一般需要经过换热器进行冷凝，目前的换热器都是使用通用的常见的换热器，并不能很好的适用气体的冷凝提纯，因此需要开发一种新的类型的换热器，使其满足沼气生产过程中气体的冷凝提纯。此外，对于甲烷的生产过程，如何提高甲烷的产出率，也是甲烷生产工艺中一直在追求的，利用氢气提纯生物质气是提高生产生物质甲烷效率的有效方法，这一方法基于Sabatier反应：CO2+4H2-CH4+2H2O。传统上，该反应一般使用钌(Ru)基和镍(Ni)基催化剂实现。但是目前并没有一套成型的工艺或设备来实现氢气提取甲烷。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种氢气提纯生物质气中使用的换热器及其利用电能电解产生氢气提纯生物质气是提高生产生物质甲烷效率的工艺，该工艺利用生物方法来实现Sabatier反应。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种板翅式换热器，所述板翅式换热器包括互相平行的板片，所述板片之间设置翅片，所述翅片包括倾斜于板片的倾斜部分，在倾斜部分上通过冲压方式加工突起，从而使倾斜部分两侧的流体通过倾斜部分上冲压方式形成的孔连通；所述突起从倾斜部分沿着混合气体流动方向向外延伸。一种风电甲烷的制备装置，包括厌氧发酵罐、生物反应器、风力发电装置和电解水装置，所述风力发电装置与电解水装置连接，电解水装置与生物反应器连接，将产生的氢气输入到生物反应器中，所述厌氧发酵罐与生物反应器相连，所述厌氧发酵罐产生的沼气进入生物反应器，进入生物反应器的所述沼气中含有甲烷和二氧化碳；还包括与生物反应器相连的氢气管道、甲烷管道及二氧化碳管道，用于向生物反应器中输入氢气、甲烷和二氧化碳，同时每个管道上设置阀门和速度检测装置，所述阀门和速度检测装置与控制器进行数据联接；控制器根据进入生物反应器中的氢气、甲烷和二氧化碳的摩尔数，自动控制氢气管道、甲烷管道及二氧化碳管道阀门，以便向生物反应器中输入相应的气体，使生物反应器中的气体含量达到最佳的比例。作为优选，在生物反应器中设置氢气浓度检测装置、甲烷浓度检测装置、二氧化碳浓度检测装置，控制器分别检测生物反应器中氢气、甲烷、二氧化碳的摩尔数，并根据检测的结果来调整各个阀门，使生物反应器中的气体含量达到最佳的比例。作为优选，如果控制器检测进入生物反应器的氢气与甲烷、二氧化碳的综合的体积比例大于1.43:1，则控制器自动调低氢气阀门的开度；如果检测到氢气与甲烷、二氧化碳的综合的体积比例小于1.43:1，则增加氢气阀门的开度。作为优选，如果控制器检测进入生物反应器氢气与甲烷、二氧化碳的综合的体积比例大于1.43:1，意味着氢气过多，则控制器自动增加甲烷阀门的开度；如果检测的氢气与甲烷、二氧化碳的综合的体积比例小于1.43:1，则控制器控制减少甲烷气阀门的开度。作为优选，如果控制器检测进入生物反应器的生物甲烷的Mol浓度，不小于98％，则满足要求，若甲烷的Mol浓度小于98％时，有两种原因，如果是二氧化碳多就增加氢气；如果氢气多，就减少氢气，因此，如果控制器检测进入生物反应器的甲烷的Mol浓度小于98％时，进一步检测二氧化碳的摩尔数，若二氧化碳相对于氢气多(二氧化碳与氢气的体积优选比例是1：1)，就增加氢气阀门的开度；如果氢气相对于二氧化碳多，则控制器调低氢气阀门的开度。作为优选，厌氧发酵罐和生物反应器之间设置沼气洁净装置。作为优选，所述生物反应器与冷凝器相连。作为优选，所述冷凝器是板翅式换热器，所述板翅式换热器包括互相平行的板片，所述板片之间设置翅片，所述翅片包括倾斜于板片的倾斜部分，在倾斜部分上通过冲压方式加工突起，从而使倾斜部分两侧的流体通过倾斜部分上冲压方式形成的孔连通；所述突起从倾斜部分沿着混合气体流动方向向外延伸。作为优选，所述突起的延伸方向与混合物的流动方向的夹角为a，同一个倾斜部分设置多个突起，沿着混合物的流动方向，所述的夹角a越来越小。一种上述制备装置的甲烷制备工艺，生物反应器中使用的催化剂是氢营养型产甲烷菌。作为优选，进入生物反应器的沼气，甲烷的摩尔百分含量45％以上，二氧化碳的摩尔百分含量为30％以上。与现有技术相比较，本专利技术具有如下的优点：1)本专利技术通过单独设置氢气、甲烷和二氧化碳管道，能够智能控制甲烷以及氢气的流量，从而使甲烷的制备达到最佳的产量，避免浪费。2)本专利技术利用风力或者太阳能发电装置连接电解水装置，通过电解产生的氢气制备甲烷，节约了能源。3)本专利技术开发了一种适应气体的冷凝提纯的换热器，可以提高冷凝的效率。4)本专利技术通过设置生物反应器，通过生物方法来实现甲烷的生产，有效提高了甲烷的生产效率。5)本专利技术提出了一种全新的生产生物质甲烷的工艺方法，将厌氧发酵和生物质气化过程结合起来，降低沼气提纯过程耗能的同时，大幅增加甲烷产量，从而提高厌氧发酵和生物质气化的整体效率。6)本专利技术的膜分离器是采用中空纤维和Matrimid聚合材料制成的，是一种像玻璃一样的聚合膜，通过膜分离器的作用，分离可以达到分子级。附图说明图1是本专利技术的制备生物质甲烷的工艺流程图；图2是本专利技术一种板翅式换热器换热板片结构示意图；图3是本专利技术一个板翅单元的结构示意图；图4是本专利技术设置突起结构倾斜部分平面的示意图；图5是本专利技术设置突起结构倾斜部分平面的另一个示意图；图6是本专利技术的三角形突起结构示意图；图7是本专利技术三角形突起流道中的切面结构示意图；图8是本专利技术的制备生物质甲烷的的另一个实施例工艺流程图。附图标记如下：1沼气流，2氢气流，3甲烷流，4厌氧发酵罐，5沼气洁净装置，6生物反应器，7电解水装置，8风力发电装置，9冷凝器，10密封件，11流体通道，12板片，13倾斜部分，14水平部分，15突起，16翅片具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。需要说明的是，本文中的气体含量，没有特殊说明的情况下是摩尔含量。图1展示了一种制备生物质甲烷的工艺流程，如图1所示，所述的制备工艺中包括厌氧发酵罐4、生物反应器6、电解水装置7和风力发电装置8，所述厌氧发酵罐4产生的沼气进入生物反应器16中，进入生物反应器13的沼气中含有甲烷和二氧化碳，作为优选，含量最多的依次是甲烷和二氧化碳；风力发电装置8与电解水装置7相连，风力发电装置8向电解水装置7中输送电，电解水装置7电解产生的氢气流2进入生物反应器6中，在生物反应器6中，进行合成甲烷的反应：CO2+4H2-CH4+2H2O；生物反应器6中使用的催化剂是氢营养型产甲烷菌。作为优选，沼气在进入生物反应器6之前，还经过沼气洁净装置5进行净化，以除去杂质，比如硫化氢，氨，氧硅烷等。作为优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种板翅式换热器，所述板翅式换热器包括互相平行的板片，所述板片之间设置翅片，所述翅片包括倾斜于板片的倾斜部分，在倾斜部分上通过冲压方式加工突起，从而使倾斜部分两侧的流体通过倾斜部分上冲压方式形成的孔连通；所述突起从倾斜部分沿着混合气体流动方向向外延伸。

【技术特征摘要】
1.一种板翅式换热器，所述板翅式换热器包括互相平行的板片，所述板片之间设置翅片，所述翅片包括倾斜于板片的倾斜部分，在倾斜部分上通过冲压方式加工突起，从而使倾斜部分两侧的流体通过倾斜部分上冲压方式形成的孔连通；所述突起从倾斜部分沿着混合气体流动方向向外延伸。2.一种风电甲烷的制备装置，包括厌氧发酵罐、生物反应器、风力发电装置和电解水装置，所述风力发电装置与电解水装置连接，电解水装置与生物反应器连接，电解水装置将产生的氢气输入到生物反应器中，所述厌氧发酵罐与生物反应器相连，所述厌氧发酵罐产生的沼气进入生物反应器，进入生物反应器的所述沼气中含有甲烷和二氧化碳；其特征在于，还包括与生物反应器相连的氢气管道、甲烷管道及二氧化碳管道，用于向生物反应器中输入氢气、甲烷和二氧化碳，同时每个管道上设置阀门和速度检测装置，所述阀门和速度检测装置与控制器进行数据联接；控制器根据进入生物反应器中的氢气、甲烷和二氧化碳的摩尔数，自动控制氢气管道、甲烷管道及二氧化碳管道阀门，以便向生物反应器中输入相应的气体，使生物反应器中的气体含量达到最佳的比例。3.如权利要求2所述的制备装置，其特征在于，在生物反应器中设置氢气浓度检测装置、甲烷浓度检测装置、二氧化碳浓度检测装置，所述的控制器分别检测生物反应器中氢气、甲烷、二氧化碳的摩尔数，根据检测的结果来调整各个阀门，使生物反应器中的气体含量达到最佳的比例。4.如权利要求3所述的制备装置，其特征在于，如果控制器...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨天润，孙锲，刘昱，陈岩，李海龙，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37