CN204325356U - 一种生物制氢装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种生物制氢装置，包括粉碎机、发酵罐和洗气装置，粉碎机包括带内腔的机壳，内腔内设有粉碎装置，所述内腔通过隔板分为粉碎腔和调和腔，隔板上开设有若干连通粉碎腔和调和腔的连通孔，所述粉碎装置位于粉碎腔内，所述粉碎腔和调和腔的上端分别设有粉碎底物入料口和调和底物入料口，粉碎腔的下端设有带阀门的混合底物出口，发酵罐与粉碎机连接，洗气装置与发酵罐连接，洗气装置包括至少一个洗气罐，各洗气罐依次连接。该结构由于在粉碎机内设置调和腔，可以在粉碎底物的同时将粉碎底物和调和底物充分混合，代替了传统技术中先粉碎后搅拌的做法，大大缩短了制氢时间，而且粉碎底物和调和底物混合更加充分、彻底，发酵效果更佳。

Description

一种生物制氢装置

技术领域

本实用新型涉及生物发酵制氢技术领域，特别是一种生物制氢装置。

背景技术

能源是人类社会发展的重要基础资源。经济的快速发展，人口的快速增长以及生活水平的不断提高，导致能源需求迅速攀升。氢能作为理想的替代能源，在清洁能源生产、资源再生、环境保护的领域具有广阔的应用前景和巨大的市场潜力。

发酵法生物制氢技术是能源和环保领域新兴的高新技术，其利用废弃生物质为原料，通过微生物发酵作用生产清洁的可再生能源氢气，集可再生能源生产、废物处理、二氧化碳减排和环保于一身，对于国家能源安全保障，节能减排和环境保护都具有重要战略意义，世界众多国家，尤其是经济发达国家都投入了大量人力物力进行大力研发。哈尔滨工业大学在发酵法生物制氢技术研发方面处于国际领先地位，实用新型了以活性污泥为氢气生产者的有机废水发酵法生物制氢技术，率先完成了世界首例发酵法生物制氢中试研究，并与2005年成功进行了示范工程研究，引领了该研究方向的世界潮流。

目前，在生物制氢设备方面很少有专门针对废弃物如生活垃圾、剩余活性污泥、农林废弃物或高浓度有机废水等进行处理的生物制氢成套设备，现有的生物制氢设备即使可以用于处理废弃物，但往往存在制氢效率低下的问题，其制氢时，先用粉碎机将生活垃圾有机物、剩余活性污泥、农林废弃物或高浓度有机废水等底物粉碎，接着将粉碎后的底物加入发酵罐中，同时在发酵罐中加入发酵菌所必须的调和底物如碳源、氮源、生长因子，其通常为粘稠状或液体状，然后利用发酵罐中设置的搅拌器将这些调和底物和粉碎底物搅拌混合以助于发酵，但该装置存在如下缺陷：制氢时间长，调和底物和粉碎底物的混合效果差，发酵效果差，甚至还会出现搅拌装置搅拌不动的情况。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种制氢时间短、发酵效果佳的生物制氢装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种生物制氢装置，包括：

用于将粉碎底物粉碎的粉碎机，包括带内腔的机壳，内腔内设有粉碎装置，所述内腔通过隔板分为粉碎腔和调和腔，隔板上开设有若干连通粉碎腔和调和腔的连通孔，所述粉碎装置位于粉碎腔内，所述粉碎腔和调和腔的上端分别设有粉碎底物入料口和调和底物入料口，粉碎腔的下端设有带阀门的混合底物出口；

用于对混合底物进行发酵的发酵罐，所述发酵罐与粉碎机连接；及

用于收集发酵罐产生的气体并分离出目标气体的洗气装置，所述洗气装置与发酵罐连接，洗气装置包括至少一个洗气罐，各洗气罐依次连接。

作为上述技术方案的改进，所述粉碎装置包括转子，所述转子和隔板相对设置且相向侧面设有绞碎杆，转子和隔板的绞碎杆相互交错。

进一步，所述转子的绞碎杆沿同心圆圆周方向布置。

进一步，所述隔板的绞碎杆沿同心圆圆周方向布置。

进一步，所述连通孔沿同心圆圆周方向布置。

进一步，所述发酵罐包括罐体，罐体上端设置有与混合底物出口连通的进料口，罐体下端设置有排出口，罐体的侧面设置有与罐体内部连通的酸液管道、碱液管道和缓冲液管道，酸液管道、碱液管道和缓冲液管道上均设置有PH控制阀，罐体内设置有PH传感器，还包括控制器，控制器的输入端与PH传感器电连接，控制器的输出端与三个PH控制阀电连接。

进一步，所述罐体外侧设有液体腔，液体腔的上、下端分别设有循环出口和循环入口，循环入口通过管道连接有循环泵，循环泵另一端与循环出口之间并联连接有小循环管道和恒温控制装置，循环泵和循环出口之间设置有用于在小循环管道和恒温控制装置所在支路之间切换的切换阀，所述罐体内设置有温度传感器，所述控制器的输入端与温度传感器电连接，控制器的输出端与切换阀、循环泵、恒温控制装置电连接。

进一步，所述恒温控制装置包括并联连接的加热支路和冷凝支路，所述加热支路和冷凝支路上分别设有与控制器的输出端电连接的加热***和冷凝***，所述切换阀包括设于小循环管道所在支路上的第一冷却控制阀，设于加热***两端并位于加热支路上的加热控制阀，及设于冷凝***两端并位于冷凝支路上的第二冷却控制阀。

进一步，所述罐体内还设置有带搅拌扇叶的搅拌轴。

进一步，所述洗气罐设有进气管和出气管，所述进气管伸入洗气罐的底端，所述出气管伸入洗气罐的上端。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的生物制氢装置可以应用诸如生活垃圾有机物、剩余活性污泥、农林废弃物、高浓度有机废水等廉价物料作为发酵制氢的粉碎底物，制氢时，先将混合底物出口的阀门关闭，接着将粉碎底物和调和底物分别加入粉碎腔和调和腔内，然后通过粉碎装置将粉碎底物粉碎，在粉碎过程中，调和底物通过连通孔流入粉碎腔内，粉碎底物在粉碎装置的作用下一边被粉碎一边与调和底物混合，待粉碎底物与调和底物充分混合后，打开阀门，粉碎底物与调和底物混合形成的混合底物通过混合底物出口进入发酵罐内进行发酵，发酵产生的气体经过洗气装置的洗气罐，被去除杂质，从而分离出目标氢气。本实用新型中的粉碎机由于设置有粉碎腔和调和腔，可以在粉碎底物的同时将粉碎底物和调和底物充分混合，代替了传统技术中先粉碎后搅拌的做法，大大缩短了制氢时间，而且粉碎底物和调和底物混合更加充分、彻底，发酵效果更佳。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型部分结构的示意图；

图2是本实用新型中的粉碎机的结构示意图；

图3是本实用新型中的恒温控制装置、小循环管道及循环泵的连接关系的示意图；

图4是本实用新型中的PH控制***原理框图。

具体实施方式

参照图1至图4，本实用新型的一种生物制氢装置，包括粉碎机1、发酵罐2及洗气装置3，所述粉碎机1包括带内腔的机壳，内腔内设有粉碎装置，所述内腔通过隔板131分为粉碎腔11和调和腔12，隔板131上开设有若干连通粉碎腔11和调和腔12的连通孔1311，所述粉碎装置位于粉碎腔11内，所述粉碎腔11和调和腔12的上端分别设有粉碎底物入料口14和调和底物入料口15，粉碎腔11的下端设有带阀门的混合底物出口16。所述发酵罐2与粉碎机1连接，所述洗气装置3与发酵罐2连接，洗气装置3包括至少一个洗气罐31，各洗气罐31依次连接，所述洗气罐31的作用是去除其他气体杂质以获得目标氢气，各个洗气罐31内可以盛装不同的溶液用于去除不同的气体杂质，洗气罐31的设置个数可以根据实际需要而定。

本实用新型的生物制氢装置可以应用诸如生活垃圾有机物、剩余活性污泥、农林废弃物、高浓度有机废水等廉价物料作为发酵制氢的粉碎底物，制氢时，先将混合底物出口16的阀门关闭，接着将粉碎底物和调和底物分别加入粉碎腔11和调和腔12内，然后通过粉碎装置将粉碎底物粉碎，在粉碎过程中，调和底物通过连通孔1311流入粉碎腔11内，粉碎底物在粉碎装置的作用下一边被粉碎一边与调和底物混合，待粉碎底物与调和底物充分混合后，打开阀门，粉碎底物与调和底物混合形成的混合底物通过混合底物出口16进入发酵罐2内进行发酵，发酵产生的气体经过洗气装置3的洗气罐31，被去除杂质，从而分离出目标氢气。本实用新型中的粉碎机1由于设置有粉碎腔11和调和腔12，可以在粉碎底物的同时将粉碎底物和调和底物充分混合，代替了传统技术中先粉碎后搅拌的做法，大大缩短了制氢时间，而且粉碎底物和调和底物混合更加充分、彻底，发酵效果更佳。

本实施例中，所述粉碎装置包括转子132，所述转子132和隔板131相对设置且相向侧面设有绞碎杆133，转子132和隔板131的绞碎杆133相互交错，上述结构中，隔板131作为定子，无需另外设置定子，简化了结构，节省了材料和空间，隔板131的绞碎杆133与连通孔1311相错开，调和底物通过连通孔1311即可进入到隔板131的绞碎杆133的留空位置，在转子132的绞碎杆133的搅动下与粉碎底物充分接触。当然，上述粉碎装置只是优选实施例，本实用新型的粉碎装置还可以用其他公知的结构代替，如：粉碎装置包括粉碎转筒和围绕在粉碎转盘外的粉碎定子，粉碎定子的内侧面和粉碎转筒的外表面均设置有刀片，粉碎定子的刀片与粉碎转筒的刀片相互交错。

本实施例中，为了使调和底物与粉碎底物更加充分地接触，所述连通孔1311沿同心圆圆周方向布置，在此，所述连通孔1311的孔径大小可以不相等，如靠近转子132转动中心的连通孔1311的孔径大于远离转子132转动中心的连通孔1311的孔径。为了获得更好的粉碎效果和搅拌效果，所述转子132的绞碎杆133沿同心圆圆周方向布置，所述隔板131的绞碎杆133沿同心圆圆周方向布置。

进一步，所述发酵罐2包括罐体21，罐体21上端设置有与混合底物出口16连通的进料口211，罐体21下端设置有排出口212，罐体21的侧面设置有与罐体21内部连通的酸液管道231、碱液管道232和缓冲液管道233，酸液管道231、碱液管道232和缓冲液管道233上均设置有PH控制阀234，罐体21内设置有PH传感器230，还包括控制器235，控制器235的输入端与PH传感器230电连接，控制器235的输出端与三个PH控制阀234电连接。上述发酵罐2可以实现PH值自动检测控制，PH传感器230将罐体21内的PH值转换为电信号传输到控制器235中，当罐体21内的PH值距离目标PH值较小时，控制器235则控制缓冲液管道233的PH控制阀234打开，在罐体21内加入缓冲液，该缓冲液能够保持罐体21内的PH值处于相对临界状态，PH值波动小；当罐体21内的PH值距离目标PH值较大时，控制器235则控制酸液管道231或碱液管道232的PH控制阀234打开，在罐体21内加入酸液或碱液，从而将罐体21内的PH值调节到目标值。上述结构由于在传统发酵罐2的基础上增加缓冲液管道233，当罐体21内的PH值距离目标PH值较小时，可以加入缓冲液进行调节，PH值波动小，可控性强，无需担心加入碱液或者酸液而造成PH值偏离目标值的问题，PH值控制精度高。此外，为了进一步提高本实用新型的自动化程度，所述混合底物出口16的阀门与控制器235的输出端电连接，可以通过设定粉碎装置运行的时间来控制所述阀门的开启。

进一步，所述罐体21外侧设有液体腔22，液体腔22的上、下端分别设有循环出口221和循环入口222，循环入口222通过管道连接有循环泵241，循环泵241另一端与循环出口221之间并联连接有小循环管道242和恒温控制装置，循环泵241和循环出口221之间设置有用于在小循环管道242和恒温控制装置所在支路之间切换的切换阀，所述罐体21内设置有温度传感器，所述控制器235的输入端与温度传感器电连接，控制器235的输出端与切换阀、循环泵241、恒温控制装置电连接。该结构可以实现温度自动检测控制，同时减小能源消耗，温度传感器将罐体21内的温度转换为电信号输送给控制器235，当罐体21内的温度高于目标温度且两者之间相差较小时，控制器235控制循环泵241工作，同时控制切换阀，使得液体腔22内的液体经过循环出口221、小循环管道242、循环泵241和循环入口222进行循环流动，通过液体的循环流动自然散热，而恒温控制装置处于关闭状态，可以减小能源消耗；当罐体21内的温度高于目标温度且两者之间相差较大，或者罐体21内的温度低于目标温度时，控制器235则控制切换阀，使得液体腔22内的液体经过循环出口221、恒温控制装置、循环泵241和循环入口222进行循环流动，通过恒温控制装置控制罐体21内的温度维持恒定。

优选地，所述恒温控制装置包括并联连接的加热支路和冷凝支路，所述加热支路和冷凝支路上分别设有与控制器235的输出端电连接的加热***243和冷凝***244，所述切换阀包括设于小循环管道242所在支路上的第一冷却控制阀251，设于加热***243两端并位于加热支路上的加热控制阀252，及设于冷凝***244两端并位于冷凝支路上的第二冷却控制阀253。当罐体21内温度过高且与目标温度差距较大时，控制器235则控制小循环管道242所在支路上的第一冷却控制阀251、加热***243及位于加热***243两端的加热控制阀252关闭，并打开冷凝***244两端的第二冷却控制阀253，启动循环泵241和冷凝***244进行降温，当罐体21内温度低于目标温度时，控制器235则控制小循环管道242所在支路上的第一冷却控制阀251、冷凝***244及位于冷凝***244两端的第二冷却控制阀253关闭，并打开加热***243两端的加热控制阀252，启动循环泵241和加热***243进行升温。

进一步，所述罐体21内还设置有带搅拌扇叶262的搅拌轴261，通过搅拌扇叶262的搅拌可以使混合底物和发酵菌充分混合，从而达到加速发酵反应的目的，优选地，所述搅拌轴261从上至下至少设置有两组搅拌扇叶262，可以使混合底物与发酵菌混合得更加充分、均匀。所述搅拌轴261由设置在罐体21上方的电机263驱动，所述电机263与控制器电连接。

进一步，所述洗气罐31设有进气管32和出气管33，所述进气管32伸入洗气罐31的底端，所述出气管33伸入洗气罐31的上端。所述洗气罐31采用长进短出的结构，使得气体从进气管32进入后可与洗气罐31内的溶液充分接触反应，从而去除其他气体杂质，净化效果好，剩余气体则可以在洗气罐31上端通过出气管33输出。

当然，本实用新型除了上述实施方式之外，还可以有其它结构上的变形，这些等同技术方案也应当在其保护范围之内。

Claims (10)

1.一种生物制氢装置，其特征在于，包括：

用于将粉碎底物粉碎的粉碎机（1），包括带内腔的机壳，内腔内设有粉碎装置，所述内腔通过隔板（131）分为粉碎腔（11）和调和腔（12），隔板（131）上开设有若干连通粉碎腔（11）和调和腔（12）的连通孔（1311），所述粉碎装置位于粉碎腔（11）内，所述粉碎腔（11）和调和腔（12）的上端分别设有粉碎底物入料口（14）和调和底物入料口（15），粉碎腔（11）的下端设有带阀门的混合底物出口（16）；

用于对混合底物进行发酵的发酵罐（2），所述发酵罐（2）与粉碎机（1）连接；及

用于收集发酵罐（2）产生的气体并分离出目标气体的洗气装置（3），所述洗气装置（3）与发酵罐（2）连接，洗气装置（3）包括至少一个洗气罐（31），各洗气罐（31）依次连接。

2.根据权利要求1所述的一种生物制氢装置，其特征在于：所述粉碎装置包括转子（132），所述转子（132）和隔板（131）相对设置且相向侧面设有绞碎杆（133），转子（132）和隔板（131）的绞碎杆（133）相互交错。

3.根据权利要求2所述的一种生物制氢装置，其特征在于：所述转子（132）的绞碎杆（133）沿同心圆圆周方向布置。

4.根据权利要求2所述的一种生物制氢装置，其特征在于：所述隔板（131）的绞碎杆（133）沿同心圆圆周方向布置。

5.根据权利要求1所述的一种生物制氢装置，其特征在于：所述连通孔（1311）沿同心圆圆周方向布置。

6.根据权利要求1所述的一种生物制氢装置，其特征在于：所述发酵罐（2）包括罐体（21），罐体（21）上端设置有与混合底物出口（16）连通的进料口（211），罐体（21）下端设置有排出口（212），罐体（21）的侧面设置有与罐体（21）内部连通的酸液管道（231）、碱液管道（232）和缓冲液管道（233），酸液管道（231）、碱液管道（232）和缓冲液管道（233）上均设置有PH控制阀（234），罐体（21）内设置有PH传感器（230），还包括控制器（235），控制器（235）的输入端与PH传感器（230）电连接，控制器（235）的输出端与三个PH控制阀（234）电连接。

7.根据权利要求6所述的一种生物制氢装置，其特征在于：所述罐体（21）外侧设有液体腔（22），液体腔（22）的上、下端分别设有循环出口（221）和循环入口（222），循环入口（222）通过管道连接有循环泵（241），循环泵（241）另一端与循环出口（221）之间并联连接有小循环管道（242）和恒温控制装置，循环泵（241）和循环出口（221）之间设置有用于在小循环管道（242）和恒温控制装置所在支路之间切换的切换阀，所述罐体（21）内设置有温度传感器，所述控制器（235）的输入端与温度传感器电连接，控制器（235）的输出端与切换阀、循环泵（241）、恒温控制装置电连接。

8.根据权利要求7所述的一种生物制氢装置，其特征在于：所述恒温控制装置包括并联连接的加热支路和冷凝支路，所述加热支路和冷凝支路上分别设有与控制器（235）的输出端电连接的加热***（243）和冷凝***（244），所述切换阀包括设于小循环管道（242）所在支路上的第一冷却控制阀（251），设于加热***（243）两端并位于加热支路上的加热控制阀（252），及设于冷凝***（244）两端并位于冷凝支路上的第二冷却控制阀（253）。

9.根据权利要求1所述的一种生物制氢装置，其特征在于：所述罐体（21）内还设置有带搅拌扇叶（262）的搅拌轴（261）。

10.根据权利要求1所述的一种生物制氢装置，其特征在于：所述洗气罐（31）设有进气管（32）和出气管（33），所述进气管（32）伸入洗气罐（31）的底端，所述出气管（33）伸入洗气罐（31）的上端。