[发明专利]一种板翅式换热器及在厌氧发酵罐中反应的甲烷制备工艺

说明书

技术领域

本发明属于能源利用领域，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。

背景技术

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出甲烷。

发明内容

本发明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，本发明的技术方案如下：一种混合气体冷凝使用的板翅式换热器，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，且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，所述突起延伸的长度为L，沿着混合物的流动方向，同一个倾斜部分设置多个突起，沿着混合物的流动方向，所述的长度L越来越大。

作为优选，一种生物质甲烷的制备工艺，包括厌氧发酵罐、气化炉、压缩机、膜分离器和冷凝器，所述厌氧发酵罐内产生沼气，所述沼气中含有甲烷和二氧化碳；气化炉产生的合成气依次经过压缩机、膜分离器和冷凝器后，进入厌氧发酵罐，进入厌氧发酵罐中的合成气 含有氢气，在厌氧发酵罐中，沼气和合成气进行合成甲烷的反应。

作为优选，合成甲烷的反应中使用的催化剂是氢营养型产甲烷菌。

作为优选，气化炉产生的合成气经过合成气洁净装置后进入压缩机。

作为优选，包括两级压缩、膜分离和冷凝过程，所述合成气依次经过第一级压缩机、第一级膜分离器、第一级冷凝器、第二级压缩机、第二级膜分离器和第二级冷凝器后进入生物反应器。

作为优选，厌氧发酵罐内产生沼气，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，进入厌氧发酵罐的合成气的氢气的摩尔百分含量为70％以上。

作为优选，所述从合成气洁净装置中出来的合成气分为两股气流，分别是第二气流和第十气流，第十气流直接用于发电机进行发电或进入换热器发热，第二路气流进入第一级压缩机进行压缩，从压缩机出来的气流进入第一级膜分离器，从膜分离器分理出来的两股气流，分别是第四气流和第五气流，第四气流用于发电机进行发电或进入换热器发热，第五气流进入第一级冷凝器，在冷凝器中将第五气流中的水分进行冷凝，以排除其中的水分，从第一级冷凝器出来的气流进入第二级压缩机，压缩后的气流进入第二级膜分离器，从第二级膜分离器分理出两股气流，一股气流用于发电机发电或进入换热器发热，一股经过第二级冷凝器冷凝后进入厌氧发酵罐。

作为优选，第二气流和第十气流连接的位置设置三通阀，所述三通阀与控制系统进行数据连接，控制系统控制三通阀的开闭方向及其开度的大小。

作为优选，所述的冷凝器至少一个为前面所述的换热器。

与现有技术相比较，本发明具有如下的优点：

1)开发了一种适应气体的冷凝提纯的换热器，可以提高冷凝提出的效率。

2)本发明通过设置在厌氧发酵罐中直接反应，省去了生物反应器，同时在厌氧发酵罐中通过生物方法来实现甲烷的生产，节省了成本，同时提高了甲烷的生产效率。

3)本发明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。