技术领域
[0001] 本实用新型属于
煤层生物能源开发技术领域，具体涉及大中型煤厌氧发酵分层加热实验装置。
背景技术
[0002] 煤层生物能源的开发对煤炭资源的清洁利用、煤岩储层的有效改善、煤层含气量的补充具有重要的意义，是煤炭工程的重要研究领域。目前，实验室条件下小样品静态模拟产气实验已普遍化涉及，但对于中型乃至大型发酵模拟实验仍很少研究。中型动态发酵模拟实验是实现煤层生物能源大规模商业化开发的中间步骤和必经之路，但设备的扩大会导致研发成本与研究技术困难性的增加，同时对反应器又提出了新的要求，包括
温度、实验材料等。常规静态
模拟器由于发酵样品量少、煤样堆积
压实程度浅，在恒温培养罐内即可使整个反应装置、反应混合样品受热均匀，但中型乃至大型发酵装置内大容量样品的存在很难均匀受热，导致混合样品上中下区域发酵温度不一致，使实验难以有效稳定运行。实用新型内容
[0003] 本实用新型为了解决
现有技术中的不足之处，提供一种大中型煤厌氧发酵分层加热实验装置，其可以实现对中型乃至大型发酵装置内混合样品的均匀受热，有利于发酵反应的连续有效运行。
[0004] 为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：大中型煤厌氧发酵分层加热实验装置，包括呈圆筒形的罐体，罐体的中心线沿垂直方向设置，罐体顶部固定设置有与罐体内部连通且同中心线的下料筒，下料筒顶部设置有罐盖，下料筒下部设置有左右对称布置的左
水平推拉式挡料机构和右水平推拉式挡料机构，下料筒内部为富集培养区，罐体顶部沿圆周方向设置有若干个输气口，罐体内底部在下料筒的正下方设置有
支架，支架上设置有与罐体同中心线的循环导流筒，循环导流筒的上端口和下端口的周向分别与罐体顶部和底部具有循环通口；罐体
侧壁圆周与循环导流筒外圆之间形成循环通道，输气口位于循环通道的正上方，罐体内部为混合产气区，罐体顶部边缘处和下料筒上部分别设置有第一抽气口和第二抽气口。
[0005] 罐体底部和圆周侧部均双层结构，双层结构之间设置有管式加热器，双层结构的外部设置有保温
隔热材料，罐体的圆周侧部内壁设置有红外温度监测仪，红外温度监测仪通过
温度控制开关与管式加热器连接。
[0006] 罐体内的顶部和上侧部均设置有若干个高压
喷嘴；罐体底部设置有
支撑轮；
[0007] 罐体底部开设有排液口，排液口内设置有上粗下细的聚料斗，聚料斗顶部设置有均布滤网，聚料斗下端连接有
排液管，排液管上设置有排液
阀。
[0008] 循环导流筒的上端口为上粗下细的喇叭口结构，循环导流筒的下端口为下粗上细的喇叭口结构。
[0009] 下料筒的横截面为矩形结构，下料筒下部左侧和右侧沿前后水平方向均开设有长条形导孔，两个长条形导孔左右对称布置；
[0010] 左水平推拉式挡料机构包括前支板、后支板和
挡板；挡板水平设置并滑动穿设在左侧的长条形导孔内，前支板和后支板设置在下料筒的外部左侧且分别位于挡板的前侧和后侧，前支板和后支板下端固定在罐体顶部，前支板后侧和后支板前侧均转动设有两个上下对称布置的导轮，挡板上表面和下表面分别与上部的导轮和下部的导轮滚动连接，挡板沿前后方向的宽度、长条形导孔的长度和下料筒内部沿前后水平方向的长度相等，下料筒上在长条形导孔四周均设有与挡板滑动密封配合的固定耐
腐蚀密封条，挡板前侧边和后侧边均设置有分别与下料筒前侧内壁和后侧内壁滑动密封配合的活动耐腐蚀密封条，挡板的左侧边设置有推拉手把。
[0011] 左水平推拉式挡料机构的挡板右侧边设有厚度小于挡板的限位棱条，右水平推拉式挡料机构的挡板左侧边沿长度方向开设有一道限位槽，左水平推拉式挡料机构的挡板右侧边与右水平推拉式挡料机构的挡板左侧边在富集培养区内对应
接触且限位棱条伸入装配在限位槽内。
[0012] 采用上述技术方案，大中型煤厌氧发酵分层加热实验装置的实验方法，包括以下步骤，
[0013] （1）打开罐盖、左水平推拉式挡料机构和右水平推拉式挡料机构，通过下料筒的上端口将处理好的
煤粉倒入罐体内的混合产气区，然后关闭左水平推拉式挡料机构和右水平推拉式挡料机构，富集培养区和混合产气区被隔开；
[0014] （2）通过下料筒的上端口向富集培养区投入菌液富集所需
试剂和本源菌源，然后关闭罐盖；
[0015] （3）、通过第二抽气口将富集培养区内的空气抽出，当富集培养区内的气压达到0.08 MPa时，抽气结束，关闭第二抽气口，对产气菌液富集培养4-5天；
[0016] （4）、启动管式加热器，当罐体底部的管式加热器的温度达到或超过预设温度值时，预设温度值为35 ℃，温度控制开关断开并开始保持恒温，同时罐体底部的管式加热器关闭，罐体圆周侧部的管式加热器开始启动；
[0017] （5）待
发酵罐内上下区域之间的温度达到预设值且稳定后，再打开左水平推拉式挡料机构和右水平推拉式挡料机构，使富集的产气菌液顺利流入混合产气区内，关闭左水平推拉式挡料机构和右水平推拉式挡料机构，通过第一抽气口将混合产气区内的空气向外抽出，当混合产气区内的气压达到0.08 MPa时，抽气结束后关闭第一抽气口；
[0018] （6）通过罐体顶部沿圆周方向设置的若干个输气口向罐体内通入高压氮气或氩气，高压氮气或氩气先向下通过罐体侧壁圆周与循环导流筒外圆之间形成的循环通道将煤吹起，煤粉通过循环导流筒下端与罐体底部之间的通口通孔向内进入到循环导流筒内，再沿循环导流筒向上运动，最后由循环导流筒上端与罐体顶部之间的循环通口向外进入到循环通道内，从而实现对煤粉和产气菌液进行持续或间歇循环搅拌，煤粉和产气菌混合均匀形成发酵混合物；
[0019] （7）发酵混合物在罐体内持续发酵25-35天，在此期间，每隔1-3天通过第一抽气口取出发酵后的气体，测试发酵后气体中甲烷和氢气的含量；同时隔1-3天打开排液阀，通过排液管取出发酵产生的发酵液，对发酵液进行分析测试；
[0020] （8）完成厌氧发酵后，打开排液阀，高压水通过高压喷嘴向罐体内喷水，同时通过罐体顶部沿圆周方向设置的若干个输气口向罐体内通入空气，将罐体内的发酵混合物以及罐体内壁上附着的残留物冲刷洗掉，并经排液管排出。
[0021] 步骤（1）中打开左水平推拉式挡料机构和右水平推拉式挡料机构的具体过程为，两个操作者握住左侧的推拉手把和右侧的推拉手把，向左拉动左侧的推拉手把，向右拉动右侧的推拉手把，限位棱条与限位槽分离，左侧的挡板向左水平移动，右侧的挡板向右水平移动，这样就使混合产气区和富集培养区上下连通，在挡板水平移动的过程中上部的导轮和下部的导轮起到导向和支撑作用。
[0022] 本实用新型具有以下技术效果：
[0023] （1）、本实用新型中的支撑轮具有
锁止结构，在实验室实验时，可将支撑轮锁止，当需要移动时，可解锁支撑轮的锁止结构，推动罐体进行移动；
[0024] （2）、循环导流筒的上端口为上粗下细的喇叭口结构，循环导流筒的下端口为下粗上细的喇叭口结构，这种结构起到导向气流的作用，便于高压气流携带煤粉进行高速循环搅拌作业；
[0025] （3）、本实用新型将下料筒和罐体设计为一体，设计更加合理，结构更加紧凑，并设置左水平推拉式挡料机构和右水平推拉式挡料机构将罐体和下料筒分隔开，即将富集培养区和混合产气区分隔开，缩短了实验的时间；
[0026] （4）、左水平推拉式挡料机构和右水平推拉式挡料机构采用的具体结构，具有良好的密封效果，由于挡板在下料筒内部的结构为悬臂结构，因此设置导轮既起到良好的导向滑动作用，而且具有
定位挡板的作用，限位棱条和限位槽的配合结构，既具有良好的密封效果，而且使左侧的挡板和右侧的挡板定位连接为一体，具有良好的支撑抗压作用；
[0027] （5）、罐体底部和圆周侧部均双层结构，既用于安装管式加热器，而且具有良好的保温效果；
[0028] （6）、最后在清理罐体内发酵混合物时，通过输气口向罐体内通入空气，避免发酵混合物产生堆积影响清理效果；均布滤网起到在清理发酵混合物时，避免大量的发酵混合物进入聚料斗堵塞排液管。
[0029] 综上所述，本实用新型原理科学、设计合理，管式加热器采用分层加热使整个发酵过程保持均匀受热；混合产气区和富集培养区两者“合二为一”，最大化的避免了外界空气的干扰；采用气体加压循环式搅拌装置，为发酵过程的均匀受热提供了第二次保障；在清理发酵混合物时采用高压水清理的方式，不仅对罐体内壁残留物进行无缝的冲刷和清洗，同时也减少了人工清洗所带来的不便和困难。
附图说明
[0030] 图1是本实用新型的结构示意图；
[0031] 图2是图1中左水平推拉式挡料机构的左视图；
[0032] 图3是图1中A处的放大图。
具体实施方式
[0033] 如图1、图2和图3所示，本实用新型的大中型煤厌氧发酵分层加热实验装置，包括呈圆筒形的罐体1，罐体1的中心线沿垂直方向设置，罐体1顶部固定设置有与罐体1内部连通且同中心线的下料筒2，下料筒2顶部设置有罐盖3，下料筒2下部设置有左右对称布置的左水平推拉式挡料机构和右水平推拉式挡料机构，下料筒2内部为富集培养区4，罐体1顶部沿圆周方向设置有若干个输气口5，罐体1内底部在下料筒2的正下方设置有支架6，支架6上设置有与罐体1同中心线的循环导流筒7，循环导流筒7的上端口和下端口的周向分别与罐体1顶部和底部具有循环通口；罐体1侧壁圆周与循环导流筒7外圆之间形成循环通道，输气口5位于循环通道的正上方，罐体1内部为混合产气区28，罐体1顶部边缘处和下料筒2上部分别设置有第一抽气口8和第二抽气口9。
[0034] 罐体1底部和圆周侧部均双层结构，双层结构之间设置有管式加热器10，双层结构的外部设置有保温隔热材料，罐体1的圆周侧部内壁设置有红外温度监测仪11，红外温度监测仪11通过温度控制开关12与管式加热器10连接。
[0035] 罐体1内的顶部和上侧部均设置有若干个高压喷嘴13；罐体1底部设置有支撑轮14；
[0036] 罐体1底部开设有排液口15，排液口15内设置有上粗下细的聚料斗16，聚料斗16顶部设置有均布滤网17，聚料斗16下端连接有排液管18，排液管18上设置有排液阀19。
[0037] 循环导流筒7的上端口为上粗下细的喇叭口结构20，循环导流筒7的下端口为下粗上细的喇叭口结构20。
[0038] 下料筒2的横截面为矩形结构，下料筒2下部左侧和右侧沿前后水平方向均开设有长条形导孔，两个长条形导孔左右对称布置；
[0039] 左水平推拉式挡料机构包括前支板21、后支板22和挡板23；挡板23水平设置并滑动穿设在左侧的长条形导孔内，前支板21和后支板22设置在下料筒2的外部左侧且分别位于挡板23的前侧和后侧，前支板21和后支板22下端固定在罐体1顶部，前支板21后侧和后支板22前侧均转动设有两个上下对称布置的导轮24，挡板23上表面和下表面分别与上部的导轮24和下部的导轮24滚动连接，挡板23沿前后方向的宽度、长条形导孔的长度和下料筒2内部沿前后水平方向的长度相等，下料筒2上在长条形导孔四周均设有与挡板23滑动密封配合的固定耐腐蚀密封条，挡板23前侧边和后侧边均设置有分别与下料筒2前侧内壁和后侧内壁滑动密封配合的活动耐腐蚀密封条，挡板23的左侧边设置有推拉手把25。
[0040] 左水平推拉式挡料机构的挡板23右侧边设有厚度小于挡板23的限位棱条26，右水平推拉式挡料机构的挡板23左侧边沿长度方向开设有一道限位槽27，左水平推拉式挡料机构的挡板23右侧边与右水平推拉式挡料机构的挡板23左侧边在富集培养区4内对应接触且限位棱条26伸入装配在限位槽27内。
[0041] 大中型煤厌氧发酵分层加热实验装置的实验方法，包括以下步骤：
[0042] （1）打开罐盖3、左水平推拉式挡料机构和右水平推拉式挡料机构，通过下料筒2的上端口将处理好的煤粉倒入罐体1内的混合产气区28，然后关闭左水平推拉式挡料机构和右水平推拉式挡料机构，富集培养区4和混合产气区28被隔开；
[0043] （2）通过下料筒2的上端口向富集培养区4投入菌液富集所需试剂和本源菌源，然后关闭罐盖3；
[0044] （3）、通过第二抽气口9将富集培养区4内的空气抽出，当富集培养区4内的气压达到0.08 MPa时，抽气结束，关闭第二抽气口9，对产气菌液富集培养4-5天；
[0045] （4）、启动管式加热器10，当罐体1底部的管式加热器10的温度达到或超过预设温度值时，预设温度值为35 ℃，温度控制开关12断开并开始保持恒温，同时罐体1底部的管式加热器10关闭，罐体1圆周侧部的管式加热器10开始启动；
[0046] （5）待发酵罐内上下区域之间的温度达到预设值且稳定后，再打开左水平推拉式挡料机构和右水平推拉式挡料机构，使富集的产气菌液顺利流入混合产气区28内，关闭左水平推拉式挡料机构和右水平推拉式挡料机构，通过第一抽气口8将混合产气区28内的空气向外抽出，当混合产气区28内的气压达到0.08 MPa时，抽气结束后关闭第一抽气口8；
[0047] （6）通过罐体1顶部沿圆周方向设置的若干个输气口5向罐体1内通入高压氮气或氩气，高压氮气或氩气先向下通过罐体1侧壁圆周与循环导流筒7外圆之间形成的循环通道将煤吹起，煤粉通过循环导流筒7下端与罐体1底部之间的通口通孔向内进入到循环导流筒7内，再沿循环导流筒7向上运动，最后由循环导流筒7上端与罐体1顶部之间的循环通口向外进入到循环通道内，从而实现对煤粉和产气菌液进行持续或间歇循环搅拌，煤粉和产气菌混合均匀形成发酵混合物；图1中箭头指向为高压气流循环搅拌煤粉时的循环方向；
[0048] （7）发酵混合物在罐体1内持续发酵25-35天，在此期间，每隔1-3天通过第一抽气口8取出发酵后的气体，测试发酵后气体中甲烷和氢气的含量；同时隔1-3天打开排液阀19，通过排液管18取出发酵产生的发酵液，对发酵液进行分析测试；
[0049] （8）完成厌氧发酵后，打开排液阀19，高压水通过高压喷嘴13向罐体1内喷水，同时通过罐体1顶部沿圆周方向设置的若干个输气口5向罐体1内通入空气，将罐体1内的发酵混合物以及罐体1内壁上附着的残留物冲刷洗掉，并经排液管18排出。
[0050] 步骤（1）中打开左水平推拉式挡料机构和右水平推拉式挡料机构的具体过程为，两个操作者握住左侧的推拉手把25和右侧的推拉手把25，向左拉动左侧的推拉手把25，向右拉动右侧的推拉手把25，限位棱条26与限位槽27分离，左侧的挡板23向左水平移动，右侧的挡板23向右水平移动，这样就使混合产气区28和富集培养区4上下连通，在挡板23水平移动的过程中上部的导轮24和下部的导轮24起到导向和支撑作用。
[0051] 本
实施例并非对本实用新型的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单
修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。
