地表生物煤層氣轉化設備的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種節能設備，即一種地表生物煤層氣轉化設備，其特點在于：所說的設備是由上蓋、下底及四周的壁板圍成的轉化釜(1)，上面設有采氣管(9)，采氣管(9)上設有閥門。其有益效果是：裝入煤炭，充入甲烷微生物營養液，使甲烷微生物大量滋生，且在滋生過程中把煤炭中的揮發分等物質分解為可燃氣體，加以利用，而煤炭的熱值并不降低，從而顯著提高了煤炭的利用率，大幅降低了燃煤的對環境的污染，且設備簡單，成本低廉，便于實施，過程可控，可望成為普及速度快，應用范圍廣的煤炭利用新方式。
【專利說明】地表生物煤層氣轉化設備
【技術領域】
[0001]本發實用新型及一種節能設備，即一種地表生物煤層氣轉化設備。
【背景技術】
[0002]煤層氣是指依附且游離與煤炭固體碳之間的氣態物質，其中包含可燃氣體和在一定條件下可以形成可燃氣體的揮發分。揮發分是由各種碳氫化合物、氫氣、一氧化碳等化合物組成的物質。煤炭含有大量的揮發分，特別是成煤過程較短的褐煤，揮發分含量高達40%以上。在開采及儲運過程中，揮發分容易流失，而且會引發燃爆事故。在燃燒過程中，揮發分高的煤炭易產生未燃盡的碳粒，俗稱“黑煙”，并產生更多的一氧化碳、多環芳烴類、醛類等污染物，使煤炭的熱效率降低，環境污染嚴重。據有關資料，煤炭的揮發分可以通過物理、化學以及生物學的方法從煤炭中分離出來，其中的生物學方法，主要是利用微生物分解有機質，并且把有機質轉化成以甲烷為主要成分的可燃氣體的規律。為此,有的國家試圖向地下煤層填充微生物或激活地下尚存的微生物，使揮發分轉化為類似于天然氣的可燃氣體，再開采利用。可是，由于地下情況復雜，不確定因素居多，控制難度很大，實施效果各不相同，目前尚處于探索階段。至此，如何在不降低煤炭的質量的前提下，發揮煤層氣的作用，避免煤層氣的負面影響，成為業內關注的難題。

【發明內容】

[0003]本實用新型的目的是提供一種便于實施，過程可控，效果顯著的煤層氣生物轉化利用設備。
[0004]上述目的是由以下技術方案實現的:提供一種地表生物煤層氣轉化設備，其特點是:所說的設備是由上蓋、下底及四周的壁板圍成的轉化釜，上面設有采氣管，采氣管上設有閥門。
[0005]所說的轉化釜的上蓋上設有充液管和安全閥。
[0006]所說的采氣管設有氣液分離器，氣液分離器有一個豎立的分離杯，分離杯的中部接采氣管的上端，分離杯的下部接排液管，排液管接回轉化釜，分離杯的上端接輸氣管。
[0007]所說的轉化釜的上蓋上面設有充液管和采氣管，采氣管上端接分離杯的中部，分離杯的下部接排液管，排液管接充液管，分離杯的上端接輸氣管。
[0008]所說的轉化釜是在土層內挖掘砌筑的煤炭沼氣池。
[0009]本實用新型的有益效果是:裝入煤炭，充入甲烷微生物營養液，使甲烷微生物大量滋生，且在滋生過程中把煤炭中的揮發分等物質分解為可燃氣體加以利用，而煤炭的熱值并不降低，從而顯著提高了煤炭的利用率，大幅降低了燃煤的對環境的污染，且設備簡單，成本低廉，便于實施，過程可控，可望成為普及速度快，應用范圍廣的煤炭利用新方式。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是第一種實施例的主視圖；[0011 ]圖2是第二種實施例的主視圖；[0012]圖3是第三種實施例的主視圖；[0013]圖4是第四種實施例的主視圖；[0014]圖5是第五種實施例的主視圖；[0015]圖6是第五種實施例的俯視圖；[0016]圖7是第六種實施例的主視圖。[0017]圖中可見:轉化釜1，釜壁2，釜蓋3，開口 4，釜底5，煤炭6，充液管7，安全閥8，采
氣管9，氣液分離器10，輸氣管11，分離杯12，排液管13，潛水泵14，水箱15，土層16。【具體實施方式】
[0018]本實用新型總的構思是在把煤炭裝入密閉的容器，充入甲烷微生物營養液，使甲烷微生物大量滋生，且在滋生過程中把煤炭中的揮發分等物質分解為可燃氣體。下面結合附圖介紹五種實施例。
[0019]第一種實施例:圖1介紹了一種可用來轉化煤炭揮發分，提取煤層氣的容器，這種容器可以是多種多樣的，最好采用鋼板制作，也可以采用磚石、水泥砌筑，也可為泥土結構，只要能夠密閉盛水即可。
[0020]圖1介紹的是一種簡單轉化釜1，由四面的釜壁2和釜蓋3、釜底5圍成。釜蓋3可以整體打開，釜蓋3上面設有開口 4，開口 4可以作為向釜內填充微生物或微生物營養液的入口，也可以作為向外輸送可燃氣體的出口。
[0021]轉化釜I的容積可根據需要設計，實驗中采用的轉化釜容積達到18m3，一次裝入11噸褐煤煤炭6，關閉上蓋3，然后從開口 4向釜內充入甲烷微生物營養液。甲烷微生物營養液的種類很多，在測得煤炭內微生物較多的情況下，可以充入水即可。一般來說，僅靠煤炭內的微生物，產氣較慢，最好填充甲烷菌及其甲烷菌繁衍活動所需要的營養液。
[0022]甲烷菌是一類復雜的微生物，凡是參與有機物質分解、發酵、代謝、轉化為甲烷過程的微生物統稱甲烷微生物或甲烷菌。由于有機物質分解產生甲烷的過程非常復雜，所以甲烷菌不是單純的一種細菌，而是許多種細菌的總稱，據有關研究統計，有幾十個屬上千種之多。甲烷菌按其在發酵過程中的作用，可分為分解菌和產甲烷菌。分解菌也稱不產甲烷菌，主要的是發酵性細菌、產氫產乙酸菌和耗氫產乙酸菌，多是專性厭氧細菌，如纖維分解菌、蛋白質分解菌、脂肪分解菌及一些特殊的細菌如產氫菌、產乙酸菌等。經有關部門研究，已知在沼氣發酵過程中，不產甲烷的細菌有18個屬50個種，其中包括細菌、真菌和原生物。分解菌可把發酵原料中復雜的有機物質逐漸分解成甲酸、乙酸、乳酸、丁酸、甲醇等簡單的有機物質，以及二氧化碳、氫、硫化氫、氨等氣體，同時還為產甲烷細菌提供可利用的碳源和能源。產甲烷菌是在發酵過程中將各種簡單的有機物質轉化為甲烷的微生物。目前已知的產甲烷菌主要有嗜熱自養甲烷桿菌、布氏甲烷桿菌、甲酸甲烷桿菌、反芻甲烷短桿菌、嗜樹木甲烷短桿菌、史氏甲烷短桿菌、馬氏甲烷球菌、沃氏甲烷球菌、萬尼氏產甲烷球菌、黑海產甲烷菌、卡里亞庫產甲烷菌、運動甲烷微菌、享氏甲烷螺菌、巴氏甲烷八疊球菌等。分解菌和甲烷菌相互依存，共同完成有機質的分解和甲烷的合成過程。
[0023]由于產甲烷菌分離、培養、保存比較困難，本實驗所用的材料主要由三個途徑獲得:一是采用市售甲烷菌以及營養材料。二是取用池坑污泥制得。三是在現有的生物質沼氣池中獲取菌種或直接利用其發酵醪液。當然，還可以通過其他途徑獲得甲烷菌和甲烷菌的營養物質。
[0024]由于轉化釜深埋地下，加之發酵過程產熱，釜內自然溫度在25—35°C之間，適于發酵。實驗中微生物營養液的用量以充滿煤炭間隙為上限，一般封閉10日后，即可產氣，平均日產氣達I標準方，產氣的質量均符合天然氣的標準。產氣時間可達20個月，獲得燃氣500多方。20個月后，產氣量驟減，打開釜蓋，取出煤炭，經國家專業部門檢測，提取揮發分以后的煤炭，其熱值不降反升，略有提高，完全可以正常使用。
[0025]第二種實施例:圖2介紹的轉化釜I是在第一種實施例的基礎上改進而成，也是由四面的釜壁2和釜蓋3、釜底5圍成，里面裝滿煤炭6。釜蓋3上面也設有開口 4。其改進是:開口 4分別為充液管7和采氣管9，并且設有安全閥8。這里的例舉的安全閥8是一個定壓閥，這種安全閥除了保證安全之外，也是一個放氣閥。工作時，通過充液管7向釜內填充甲烷菌和營養液。通過采氣管9輸出甲烷氣體，供人們使用。
[0026]第三種實施例:如圖3所示，轉化釜I由四面的釜壁2和上蓋3、釜底5圍成。釜蓋3上面設有充液管7、安全閥8和米氣管9。米氣管9上端設有氣液分尚器10,氣液分尚器10的結構可有多種，圖中介紹的是一種比較簡單的形式。這種氣液分離器10的主體是一個圓筒狀的分離杯12，采氣管9的上端接通分離杯12的中部，分離杯12的上端接出輸氣管11，下端接出排液管13，排液管13下端進入轉化釜內。在采氣管9的下部設有潛水泵14。工作時,潛水泵14把含有甲燒的液體向上輸送進入氣液分離器10的分離杯12,液體靠重力下落，并且從排液管13回到轉化釜內，液體中的可燃氣體因比重小而浮在上面，并且通過輸氣管11送出。
[0027]第四種實施例:如圖4所示，這種轉化釜I與第三種實施例基本相同，也是由四面的釜壁2和上蓋3、釜底5圍成。釜蓋3上面設有充液管7、安全閥8和采氣管9。采氣管9上端設有氣液分離器10，采氣管9下端深入到轉化釜底部，且通過網籠裝有潛水泵14。氣液分離器10的主體是一個圓柱狀的分離杯12，采氣管9的上端接通分離杯12的中部，分離杯12的上端接出輸氣管11，下端接出排液管13。所不同的是:排液管13的下端接入充液管7。充液管7的上端裝有水箱15，水箱15里面盛裝微生物營養液。工作時，潛水泵14把含有甲烷的液體向上輸送進入分離杯12，液體靠重力下落，并且從充液管7回到釜內，液體中的可燃氣體因比重小而浮在上面，并且通過輸氣管11送出。
[0028]第五種實施例:如圖5圖6所示，這種轉化釜I的采氣管9在中間，而充液管7有四個，均布在四個角上。這種結構，可以推及為多點均勻設置充液管7，微生物營養液輸入比較均勻，可燃氣體的采集位置也比較合理，特別適合體積較大的轉化釜。
[0029]第六種實施例:如圖7所示，轉化釜I是在土層16開挖而成，周圍采用土或磚石砌筑，上面是具有一定強度的釜蓋，可以采用水泥板或竹木構成，上面以土覆蓋。也可以在裝滿煤炭后直接用土覆蓋，留出開口 4即可。當然也可以采用前幾種實施例的充液管7、安全閥8、采氣管9和氣液分離器10等部件。這種結構形同目前民用的生物質沼氣池，造價較低，規模可大可小，便于普及推廣。
[0030]第七種實施例:2012年以來，在有關專家的協助下，我們經過大量實驗，找到一套制作營養液以及菌種擴繁的方法。
[0031]營養液是按重量份取玉米稻桿粉8 —10份，苜猜草粉2一3份，草炭粉3 —4份，麥麩皮I一2份，朽1條粉2—3份,青蒿0.2一0.3份,甘草0.1一0.2份，腐熟人糞尿3—4份,褐煤粉5— 6份，加水90—100份。其中的苜蓿草是一種豆科苜蓿屬多年生草本植物，富含蛋白質和碳水化合物。朽1條(Caragana Korshinskii Kom)為豆科錦雞兒屬落葉大灌木飼用植物，含粗蛋白質22.9%。青蒿(Artemisiaapiacea Hance)為菊科草本植物，具有抑制雜菌生長的作用。甘草(學名:Glycyrrhiza uralensis),又名烏拉爾甘草,多年生草本植物，屬豆科主要成分是甘草酸(glycyrrhizic acid),為酸轉化材料。玉米稻桿粉為碳水化合物的主要來源，苜蓿草粉、檸條粉、人糞尿為蛋白養分的主要來源，草炭粉、褐煤粉為主要碳源材料。將上述材料混合后加熱90— 100°C或在0.5—0.6MPa下加熱到75— 80°C，經20—30分鐘滅菌，冷卻后即成為營養液。
[0032]營養液中加入市售奧氏甲烷桿菌100株/ g物料以上，其中，產甲烷桿菌MOH菌株和產氫產乙酸菌的“S”菌株的比例1:1.2 — 1.5為宜。調整PH值=7—8，在25— 30°C下發酵72小時后，每2日抽樣送檢一次，記錄數據顯示，培養10天后，其活菌量可達2.23—3.24億/ go可直接加入反應釜，也可加入污泥或沼氣發酵液中擴繁再用。
[0033]為了證明這種營養液的效果，我們曾做了多次對比實驗，實驗結果說明營養液的甲烷菌繁殖速度快，雜菌少。下面例舉一組測試數據:
[0034]營養液實驗材料:甲烷菌種加入上述營養液為實驗組，污泥和沼氣液分別高溫滅菌，均按100株/ g的水平補入甲烷菌為對照組，在28— 30°C下發酵，記錄數值進行對比，
取三次重復實驗數據取平均值，結果如下表:
[0035]
【權利要求】
1.一種地表生物煤層氣轉化設備，其特征在于:所說的設備是由上蓋、下底及四周的壁板圍成的轉化釜(I)，上面設有采氣管(9)，采氣管(9)上設有閥門。
2.根據權利要求1所述的地表生物煤層氣轉化設備，其特征在于:所說的轉化釜(I)的上蓋上設有充液管(7)和安全閥(8)。
3.根據權利要求1所述的地表生物煤層氣轉化設備，其特征在于:所說的采氣管(9)設有氣液分離器(10)，氣液分離器(10)有一個豎立的分離杯(12)，分離杯(12)的中部接采氣管(9)的上端，分離杯(12)的下部接排液管(13)，排液管(13)接回轉化釜(1)，分離杯(12)的上端接輸氣管(11)。
4.根據權利要求1所述的地表生物煤層氣轉化設備，其特征在于:所說的轉化釜(I)的上蓋上面設有充液管(7)和采氣管(9)，采氣管(9)上端接分離杯(12)的中部，分離杯(12)的下部接排液管(13)，排液管(13)接充液管(7)，分離杯(12)的上端接輸氣管(11)。
5.根據權利要求1所述的地表生物煤層氣轉化設備，其特征在于:所說的轉化釜(I)是在土層(16)內挖掘砌筑的煤炭沼氣池。
【文檔編號】C10L3/10GK203429145SQ201320343943
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年6月17日 優先權日:2013年6月17日
【發明者】金松, 彭敏, 劉晉明, 張慶宗, 師恒強, 徐秀廷 申請人:天津濱海新區恒生新能源有限公司