一种甲烷的制备工艺

摘要

本发明提供了一种混合气体冷凝使用的板翅式换热器及其甲烷制备工艺，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。本发明提供一种新的类型的换热器及甲烷制备工艺，使其满足沼气生产过程中气体的冷凝提纯，极大的提高了换热效率。

权利要求

1.一种甲烷的制备工艺，其特征在于，其装置包括厌氧发酵罐、生物反应器、气化炉、压缩机、膜分离器和冷凝器，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；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，进入生物反应器，进入生物反应器中的合成气含有氢气，在生物反应器中，进行合成甲烷的反应；

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生物反应器。

2.如权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，生物反应器中使用的催化剂是氢营养型产甲烷菌。

3.如权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，沼气在进入生物反应器之前，还经过沼气洁净装置进行净化；气化炉产生的合成气经过合成气洁净装置后进入压缩机。

4.如权利要求3所述的制备工艺，其特征在于，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、第二季膜分离器和第二级冷凝器后进入生物反应器。

5.如权利要求4所述的制备工艺，其特征在于，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，进入生物反应器的合成气的氢气的摩尔百分含量为70% 以上。

6.如权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，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。

7.如权利要求1-6之一所述的制备工艺，其特征在于，所述的冷凝器至少一个为板翅式换热器，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，其特征在于，在倾斜部分上通过冲压方式加工有突起，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；

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。

说明书

一种甲烷的制备工艺

技术领域

[0001] 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

[0002] 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。

[0003] 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。

[0004] 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

[0005] 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。

[0006] 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有突起，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。

[0007] 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。一种生物质甲烷的制备工艺，包括厌氧发酵罐、生物反应器、气化炉、压缩机、膜分离器和冷凝器，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；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，进入生物反应器，进入生物反应器中的合成 气含有氢气，在生物反应器中，进行合成甲烷的反应：CO2+4H2-CH4+2H2O；

[0008] 生物反应器中使用的催化剂是氢营养型产甲烷菌。

[0009] 作为优选，沼气在进入生物反应器之前，还经过沼气洁净装置进行净化；气化炉产生的合成气经过合成气洁净装置后进入压缩机。

[0010] 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、第二季膜分离器和第二级冷凝器后进入生物反应器。

[0011] 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，进入生物反应器的合成气的氢气的摩尔百分含量为70％以上。

[0012] 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生物反应器。

[0013] 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。

[0014] 作为优选，所述的冷凝器就是前面所提到的换热器。

[0015] 与现有技术相比较，本发明具有如下的优点：

[0016] 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。

[0017] 2)本发明通过设置生物反应器，通过生物方法来实现甲烷的生产，加大的提高了甲烷的生产效率。

[0018] 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。

[0019] 4)本发明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

[0020] 图1是本发明的制备生物质甲烷的工艺流程图；

[0021] 图2是本发明一种板翅式换热器换热板片结构示意图；

[0022] 图3是本发明一个板翅单元的结构示意图；

[0023] 图4是本发明设置突起结构倾斜部分平面的示意图；

[0024] 图5是本发明设置突起结构倾斜部分平面的另一个示意图；

[0025] 图6是本发明的三角形突起结构示意图；

[0026] 图7是本发明三角形突起流道中的切面结构示意图。

[0027] 图8是本发明的制备生物质甲烷的另一个实施例工艺流程图

[0028] 附图标记如下：

[0029] 1-12气流，13气化炉，14合成气洁净装置，15第一级压缩机，16第一级膜分离器，17第一级冷凝器，18第二级压缩机，19第二级膜分离器，20发电机，21换热器，22第二级冷凝器，23生物反应器，24第三级冷凝器,25沼气洁净装置，26厌氧发酵罐，27密封件，28流体通道，29板片，30倾斜部分，31水平部分，32突起，33翅片。

具体实施方式

[0030] 下面结合附图对本发明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。

[0031] 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26、生物反应器23、气化炉13、压缩机、膜分离器和冷凝器，所述厌氧发酵罐26产生的沼气进入生物反应器23中，进入生物反应器23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；气化炉13产生的合成气依次经过压缩机、膜分离器和冷凝器后，进入生物反应器23，进入生物反应器23中的合成气含量最多的依次是氢气和二氧化碳，在生物反应器23中，进行合成甲烷的反应：CO2+4H2-CH4+2H2O；

[0032] 生物反应器23中使用的催化剂是氢营养型产甲烷菌。

[0033] 作为优选，沼气在进入生物反应器23之前，还经过沼气洁净装置25进行净化，以除去杂质，比如硫化氢，氨，氧硅烷等。

[0034] 作为优选，气化炉13产生的合成气经过合成气洁净装置14后进入压缩机。通过合成气洁净装置以除去杂质，比如硫化物，焦油等。

[0035] 作为优选，合成气经过多级压缩、膜分离和冷凝的过程。进一步优选，如图1所示包括两级压缩、膜分离和冷凝过程，所述合成气依次经过第一级压缩机15、第一级膜分离器16、第一级冷凝器17、第二级压缩机18、第二级膜分离器19和第二级冷凝器22后进入生物反应 器。通过多级压缩、膜分离和冷凝过程，可以进一步提高进入生物反应器中的合成器中的氢气的浓度，同时可以提高二氧化碳的浓度。

[0036] 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，进入生物反应器的合成气的氢气的摩尔百分含量为70％以上，优选75％。

[0037] 作为优选，进入生物反应器的合成气的二氧化碳的摩尔百分含量为4％以上。

[0038] 如图1所示，所述从合成气洁净装置中出来的合成气分为两股气流2和10，一股气流10直接用于发电机进行发电，一路气流2进入第一级压缩机2进行压缩，从压缩机出来的气流3进入第一级膜分离器15，从膜分离器分理出来的两股气流4、5，一股气流4用于发电机进行发电，一股气流5进入第一级冷凝器16，在冷凝器中将气流5中的水分进行冷凝，以排除其中的水分，从第一级冷凝器16出来的气流7进入第二级压缩机18，压缩后的气流7进入第二级膜分离器19，从第二级膜分离器19分理出两股气流，一股气流8用于发电机发电，一股经过第二级冷凝器27冷凝后进入生物反应器23。

[0039] 厌氧发酵罐26中产生的沼气经过沼气洁净装置25后的气流1，进入生物反应器23中。

[0040] 在生物反应器23中生成的气流经过第三级冷凝器24，形成最后的气流12。

[0041] 优选，气流1中的主要成分为甲烷和二氧化碳，优选其中甲烷含量最多，超过45％以上。

[0042] 优选，气流2中的包含氮气、一氧化碳、氢气、二氧化碳，同时还包含少量的甲烷，其中氮气含量最高，其次是一氧化碳和氢气。

[0043] 气流3和气流2的含量相同。

[0044] 优选，气流5中主要包含氢气、二氧化碳、氮气和一氧化碳，同时还有少量的甲烷和水蒸气，其中氢气含量最高，超出了50％，其次是二氧化碳。

[0045] 优选，气流9中主要含有氢气，优选含有二氧化碳，同时还具有少量的一氧化碳、氮气和水蒸气。

[0046] 作为优选，在生物反应器中，二氧化碳与氢气的比例为：1比4(摩尔数比例)。

[0047] 气流10和气流2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。所述系统还包括二氧化碳浓度检测装置、氢气浓度检测装置、甲烷浓度检测装置，所述二氧化碳浓度检测装置、氢气浓度检测装置、甲烷浓度检测装置与控制器进行数据连接；所述系统还包括流速检测装置，所述流速检测装置与控制器数据连接，所述在气流9的管路上设置二氧化碳浓度检测装置、氢气浓度检测装置和流速检测装置，在气流1的管路上设置甲烷浓度检测装置、二氧化碳浓度检测装置，所述控制器根据二氧化碳浓度检测装置、氢气浓度检测装置、甲烷浓度检测装置计算出进入生物反应 器的二氧化碳摩尔数、氢气摩尔数以及甲烷摩尔数，并根据摩尔数来自动调整三通阀向气流10和气流2开度的大小。

[0048] 如果检测进入生物反应器氢气的摩尔数偏多，则控制器自动调整三通阀，增加气流10的流量，减少气流2的流量；如果检测的氢气的摩尔数偏少，则增加气流2的流量，减少气流10的流量。

[0049] 如果检测进入生物反应器的二氧化碳的摩尔数过多，则相应的自动增加氢气的含量，即控制器自动调整三通阀，增加气流2的流量，减少气流10的流量，相反，控制器自动调整三通阀，增加气流10的流量，减少气流2的流量。

[0050] 如果测量进入生物反应器的甲烷的摩尔数过多，则控制器自动调整三通阀，增加气流2的流量，减少气流10的流量，通过增加气流2中的氢气和二氧化碳，相反，控制器自动调整三通阀，增加气流10的流量，减少气流2的流量。

[0051] 作为优选，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。

[0052] 作为优选，三通阀可以使用在气流10和气流2的管路上分别设置阀门来代替，实现上述控制功能。所述阀门与控制器数据联接，所述控制器自动控制阀门的开度，以便调整气流10和气流2的流量。

[0053] 作为优选，可以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，分别检测生物反应器中氢气、甲烷、二氧化碳的摩尔数，并根据检测的结果如前面所述来自动调整各个阀门，使生物反应器中的气体含量达到最佳的比例。

[0054] 作为优选，在气流9的通道上设置阀门，用于控制进入生物反应器中的气流9，从而控制进入生物反应器中的氢气的数量。

[0055] 如果测量的生物反应器中氢气的含量较低，则控制器自动增加阀门的开度，如果测量氢气含量较高，则控制器自动减少阀门的开度。当然，也可以采用手动方式控制。

[0056] 作为优选，在厌氧发酵罐中，反应温度在35-60摄氏度之间。优选为两种35-40摄氏度或者50-60摄氏度。反应压力低于2bar，优选1-1.8bar，进一步优选，1.1-1.5bar。反应的原料包括有机物，例如餐橱垃圾，污泥，牲畜粪便，秸秆等有机物。原料粉碎后加水注入发酵罐，厌氧菌将有机物分解产生沼气。具体过程如下：

[0057] 第一阶段为水解发酵阶段，是指复杂的有机物在微生物胞外酶的作用下进行水解和发酵，将大分子物质破链形成小分子物质。例如：单糖、氨基酸等小分子物资，为后一阶段做准备。

[0058] 第二阶段为产氢、产乙酸阶段，该阶段是在产酸菌，例如胶醋酸菌、部分梭状芽孢杆菌等的作用下分解上一阶段产生的小分子物质，生成乙酸和氢。第二阶段中，CO2+CH4.CO2+4H2->CH4+4H2O。

[0059] 第二阶段产酸速率很快，致使料液pH值迅速下降，使料液具有腐烂气味。

[0060] 在生物质反应炉中进行生物质气化反应，生物质气化反应是在一定的热力学条件下，借助于空气部分(或者氧气)、水蒸气的作用，使生物质的高聚物发生热解、氧化、还原重整反应，最终转化为一氧化碳，氢。生物质气化反应是本领域现有的一个常见的技术。

[0061] 在生物反应器中，甲烷菌将二氧化碳，利用氢气还原为甲烷。

[0062] 生物反应器作为优选密闭容器，可承压不高于2个大气压。

[0063] 生物反应器的甲烷菌及其它厌氧菌通常从其它发酵罐移植。

[0064] 作为优选，生物反应器中的反应温度为30－60摄氏度，反应压力为1－2个大气压。

[0065] 进一步优选，反应温度为40－50摄氏度，反应压力为1.1-1.5个大气压。

[0066] 作为优选，在生物反应器中，先输入一部分甲烷菌，作为种子，在合成甲烷的过程中，来自厌氧发酵罐中的甲烷与种子甲烷菌进行反应，进一步生成甲烷菌，同时生物反应器中的生成的甲烷的一部分也会与种子甲烷菌进行反应，进一步生成甲烷菌。

[0067] 在生产过程中，针对甲烷气体的生成情况，还可以不断的从外边移植甲烷菌。

[0068] 作为优选，所述生物反应器设置甲烷菌移植通道，以便从外部移植甲烷菌。作为优选，可以根据甲烷的产出情况来移植甲烷菌。如果发现甲烷产出的效率低于一定数值，则打开阀门，向生物反应器内移植甲烷菌。

[0069] 甲烷的产出效率可以根据输入的二氧化碳、氢气的数量来判断，采用实际产生的甲烷和理论上产生的甲烷的比例，理论上产生的甲烷采用输入的二氧化碳和氢气的数量来计算。

[0070] 作为优选，膜分离器是采用中空纤维和Matrimid聚合材料制成的。膜分离器可以采用现有的膜分离器，例如David OC,Gorri  D,Nijmeijer K,Ortiz I,Urtiaga A.Hydrogen separation from multicomponent gas mixtures containing CO,N2and CO2using asymmetric hollow fiber membranes.J.Membr.Sci.2012；419-420:49-56。

[0071] 膜分离器主要适用于将氢气分离出来。

[0072] 虽然膜分离器虽然是现有技术，但是在氢气分离中确实首次使用，而且经过实验发现，分离效果远超其它的膜分离器，分离效果提高了20％－30％。

[0073] 作为优选，各级冷凝器的冷凝温度是25摄氏度。主要是将水蒸气冷凝排除。

[0074] 反应的具体的实施例参见表1。

[0075]

[0076] 表1

[0077]

[0078] 表2：一个优选的实施例反应条件及结果

[0079] 气流在冷凝器中冷凝中，气流在液化中非共沸多组分混合介质冷凝的热阻机制与纯组分物质冷凝有明显区别，理论分析和实验已证明换热系数比纯组分冷凝明显降低。现有对非共沸混合介质冷凝换热的研究更多集中在含一种不凝气体的工况，采用低纹槽、人工粗糙度表面等措施减小平均液膜厚度在纯组分冷凝时被证实效果突出的措施，在含不凝气体情况下效果有时不明显，而在合成甲烷的气流的冷凝换热过程和机理更为复杂，冷凝过程通常包含两种以上的不凝气体，换热情况更加复杂。

[0080] 针对上述问题，本发明提供了一种新的板翅式换热器，从而解决甲烷合成过程中沸点不同的多组分混合介质的冷凝。

[0081] 如果没有特殊说明，涉及公式的，“/”表示除法，“×”、“*”表示乘法。

[0082] 如图2所示，一种用于非共沸多组分混合物冷凝的板翅式换热器，所述板翅式换热器包括互相平行的板片29，所述相邻的板片29之间形成流体通道28，所述相邻的板片29之间设 置翅片33。所述翅片33包括与板片29倾斜的倾斜部分30，所述倾斜部分互相平行。在倾斜部分30上通过冲压方式加工突起32，从而使倾斜部分30两侧的流体通过倾斜部分30上通过冲压方式形成的孔连通；所述突起32从倾斜部分30向外延伸。

[0083] 因为倾斜部分30互相平行，因此相邻的倾斜部分30与上下板片之间构成了平行四边形通道。

[0084] 通过设置突起32，具有如下的优点：

[0085] 1)一方面可以破坏层流底层，另一方面与“打孔”翅片相比，未因打孔损失换热面积，而且“刺”和“孔”可以分别在不同高度上扰动流体，强化不同的热阻环节；

[0086] 2)冲压“微刺”形成的小孔，借助“微刺”下游压力场的影响，可实现翅片两侧介质的压力及质量交换，对粘性底层和液膜的稳定性造成破坏，强化换热。

[0087] 3)针对非共沸多组分混合物的流体，能够借助“微刺”实现扩大气液界面以及气相边界层与冷却壁面的接触面积并增强扰动；

[0088] 4)易加工实现，制作难度和成本不会明显上升。

[0089] 在板翅式换热器内采取上述措施，能够极大的提高了非共沸混合介质冷凝换热简易又有效的技术。与采取“打孔”翅片相比，能够提高20－30％的换热效率。

[0090] 作为优选，所述的突起32与混合物的流动方向所形成的夹角为锐角。

[0091] 作为优选，如图3所示，所述的翅片33为倾斜型翅片，所述翅片33包括水平部分31和倾斜部分30，所述水平部分31与板片29平行并且与板片29贴在一起，所述倾斜部分30与水平部分31连接。

[0092] 如图7所示，所述突起32的延伸方向与混合物的流动方向的夹角为a，如图4所示，沿着混合物的流动方向，同一个倾斜部分30设置多个突起32，沿着混合物的流动方向，所述的夹角a越来越大。

[0093] 通过实验发现，通过夹角a的逐渐变大，与夹角a完全相同相比，可以实现更高的换热效率，能够大约提高10％左右的换热效率。

[0094] 作为优选，沿着混合物的流动方向，夹角a变大的幅度越来越小。通过实验发现，变化夹角a的变大的幅度，可以保证换热效率的情况下，进一步降低流动阻力，能够大约降低5％左右的流动阻力。

[0095] 作为优选，所述突起32为等腰三角形，所述等腰三角形的底边设置在倾斜部分30上，作为优选，底边与倾斜部分的倾斜角度相同，所述等腰三角形的顶角为b，沿着混合物的流动方向，同一个倾斜部分30设置多个突起32，沿着混合物的流动方向，在底边长度保持不 变的情况下，所述的突起顶角b越来越小。通过实验发现，通过突起顶角b的逐渐变小，与顶角b完全相同相比，可以实现更高的换热效率，能够大约提高8％左右的换热效率。

[0096] 作为优选，沿着混合物的流动方向，顶角b变小的幅度越来越小。通过实验发现，顶角b变小的幅度越来越小，可以保证换热效率的情况下，进一步降低流动阻力，能够大约降低4％左右的流动阻力。

[0097] 作为优选，沿着流体的流动方向，同一倾斜部分设置多排突起32，如图4和5所示，每排突起之间的距离为S2，沿着混合物的流动方向，所述的S2越来越大。之所以如此设置，主要目的是通过S2的变大，实现在保证换热效率的情况下，进一步降低流动阻力。通过实验发现，流动阻力降低10％左右。

[0098] 所述S2是以相邻排的突起的底边为计算距离的。

[0099] 作为优选，如图5所示，多排突起32为错列结构。

[0100] 在实验中发现，相邻板片29的距离不能过大，过大会导致换热效率的降低，过小会导致流动阻力过大，同理，对于等腰三角形的底边长度、顶角、突起、翅片倾斜部分的距离与流体流动方向的夹角都不能过大或者过小，过大或过小都会导致换热效率的降低或者流动阻力的变大，因此在相邻板片29的距离、等腰三角形的底边长度、顶角、突起、翅片倾斜部分与流体流动方向的夹角之间满足一个最优化的尺寸关系。

[0101] 因此，本发明是通过多个不同尺寸的换热器的上千次数值模拟以及试验数据，在满足工业要求承压情况下(10MPa以下)，在实现最大换热量的情况下，总结出的最佳的换热板片的尺寸优化关系。

[0102] 相邻的板片的距离为H，等腰三角形底边的长度为h，相邻的倾斜部分的距离为w，倾斜部分与板片之间的锐角的夹角为c，满足如下公式：

[0103] 7*h/H＝c1*Ln(L*sin(a)/(w*sin(c))+c2,

[0104] sin(b/2)＝c3+c4*sin(a)-c5*(sin(a))2，

[0105] 其中Ln是对数函数，c1、c2、c3、c4、c5是系数，

[0106] 0.24

[0107] 19°

[0108] 10mm

[0109] 0.19

[0110] H是以相邻板片相对的面之间的距离，W是以相邻的倾斜部分相对的面在沿着板片方向上的距离，L为等腰三角形的顶点到底边中点的距离。

[0111] 作为优选，c1＝0.245，c2＝0.694，

[0112] c3＝0.873，c4＝0.691，c5＝1.1454。

[0113] 作为优选，85°

[0114] 通过上述公式的出的“突起”的最佳的几何尺度，可以提高换热效率，同时可以实现仅对粘性底层、或包含液膜、及至包含气相边界层不同尺度内热阻的强化，避免措施过度，造成不必要的阻力损失。

[0115] 作为优选，所述的同一排的相邻的突起的底边都在一条线上，同一排相邻的突起距离为S1，所述4×h

[0116] 作为优选，相邻排的突起的等腰三角形的底边互相平行，等腰三角形的顶点到底边中点的距离为L，相邻排的距离S2为4*L

[0117] 相邻排的等腰三角形的底边不同时，采取两条底边的加权平均数来计算。

[0118] 作为优选，同一排的等腰三角形的夹角和底边完全相同。即形状完全相同，为相等形。

[0119] 对于前面的公式，对于前后排尺寸不同的突起，也依然适用。

[0120] 对于没有提到的具体尺寸参数，按照正常的换热器进行设计。

[0121] 作为本发明制备甲烷的另一个优选的实施例，如图8所示。与图1的第一个实施例相比，不同在于取消了生物反应器23，直接在厌氧发酵罐26中进行生物反应。

[0122] 作为优选，厌氧发酵罐分为两部分，第一部分进行产生沼气的反应，第二部分是产生甲烷的反应，沼气和气流9混合的部分。

[0123] 在厌氧发酵罐中，先输入一部分甲烷菌，作为种子，在合成甲烷的过程中，来自厌氧发酵罐中产生的甲烷与种子甲烷菌进行反应，进一步生成甲烷菌。

[0124] 作为优选，在生产过程中，针对甲烷气体的生成情况，还可以不断的从外边移植甲烷菌。

[0125] 作为优选，所述厌氧发酵罐设置甲烷菌移植通道，以便从外部移植甲烷菌。作为优选，可以根据甲烷的产出情况来移植甲烷菌。如果发现甲烷产出低于正常数值，则打开阀门，向厌氧发酵罐内移植甲烷菌。

[0126] 作为优选，可以在厌氧发酵罐中的第二部分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，分别检测厌氧发酵罐中氢气、甲烷、二氧化碳的摩尔数，并根据检测的结果如前面所述来自动调整调整三通阀，使厌氧发酵罐中的气体含量达到最佳的比例。

[0127] 作为优选，在气流9的通道上设置阀门，通过阀门控制进入厌氧发酵罐内的气流9的流量。

[0128] 作为优选，在气流9的通道上设置阀门，用于控制进入生物反应器中的气流9，从而控制进入生物反应器中的氢气的数量。

[0129] 如果测量的生物反应器中氢气的含量较低，则控制器自动增加阀门的开度，如果测量氢气含量较高，则控制器自动减少阀门的开度。当然，也可以采用手动方式控制。

[0130] 图8实施例中没有介绍的其他情况与图1的实施例相同，就不在具体介绍。

[0131] 虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。