CN214270854U - 一种生物质发酵制氢的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于生物质能源制氢领域，具体涉及一种生物质发酵制氢的装置。该装置包括配料罐，反应罐、固液分离机和氢气储罐，所述配料罐，反应罐、固液分离机通过管道依次连接，反应罐通过管道还连接有氢气储罐；配料罐内设置有搅拌装置；所述反应罐内设置有加热器和搅拌装置。本装置采用热解和发酵方法制备氢气，将低密度生物质（如牛粪）能源变为高密度氢能源，能量密度大幅度提高，大幅度降低了制氢综合成本。另外，本装置还解决了目前生物质燃烧污染大气的问题，利用本装置发酵后的生物质还可以作为农作物的的有机肥料。总的来说本实用新型一种生物质发酵制氢装置实用性强、覆盖领域、具有很广的推广价值。

Description

一种生物质发酵制氢的装置

技术领域

本实用新型属于生物质能源制氢领域，具体涉及一种生物质发酵制氢的装置。

背景技术

氢能是公认的清洁可再生能源，作为低碳和零碳能源正在脱颖而出。目前我国已在氢能领域取得了多方面的进展。另外，氢还具有清洁、重量轻、无毒、利用率高等特点。

氢气是一种储能介质，甚至可以看作是与电一样的能源载体。随着技术的发展，制取氢的办法将越来越多，效率越来越高，无论是一次能源还是二次能源最终都可以制氢。氢能源是一种非常有前景的清洁能源，必将成为未来清洁能源的主角之一。目前，从制氢的能量来源来看，煤化工、电解食盐制碱工业、合成氨化肥工业、石油炼制工业等，均有副产氢气，但该种氢气生产的成本高，对环境也不友好。如何充分利用资源、解决废水、废气污染环境的问题已经成为生物质作为能源的制约因素。

发明内容

为解决现有技术中制氢成本高的问题，本实用一种生物质发酵制氢的装置，该装置采用热解和发酵方法制备氢气，将低密度生物质(如牛粪)能源变为高密度氢能源，能量密度大幅度提高，大幅度降低了制氢综合成本。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种生物质发酵制氢的装置，包括配料罐、反应罐、固液分离机和氢气储罐，所述配料罐、反应罐、固液分离机通过管道依次连接，反应罐通过管道还连接有氢气储罐；配料罐用于对粉碎处理后的多种生物质原料进行混合配比，其内设置有搅拌装置；所述反应罐用于对生物质进行厌氧发酵制造氢气，其内设置有加热器和搅拌装置；所述固液分离机用于对发酵产物进行固液分离；所述氢气储罐用于储存反应罐内制备得到的氢气。

在进一步的方案中，所述配料罐和反应罐之间的管道上、反应罐和固液分离机之间的管道上均设置有泵。

在进一步的方案中，所述配料罐的一侧设置有生物质原料进口、另一侧设置有生物质混合料出口。

在进一步的方案中，所述反应罐的一侧设置有生物质混合料进口，该进口与配料罐的生物质混合料出口通过管道连接，反应罐的上方设置有营养物质进口和氢气出口，反应罐上与生物质混合料进口相对的一侧设置有发酵产物出口。

在进一步的方案中，所述固液分离机的一侧设置有发酵产物进口，该进口与反应罐上发酵产物出口通过管道连接，固液分离机的底部还设置有滤液出口。

在更进一步的方案中，所述固液分离机包括机体，机体内周设置有筛网，所述筛网和机体之间留有空间，固液分离机的中间设置有螺旋搅拌浆。

在进一步的方案中，所述氢气储罐的进口通过管道与反应罐的氢气出口相连。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型一种生物质(牛粪)发酵制氢装置采用热解和发酵方法制备氢气，将低密度生物质(如牛粪)能源变为高密度氢能源，能量密度大幅度提高，且能大幅度降低制氢综合成本。

2、生物质燃烧过程不够充分，易造成二次空气污染，常见的污染物有一氧化碳、二氧化硫、氮氧化合物和烟尘，向大气中排入的二氧化碳等吸热性强的温室气体逐年增加，大气的温室效应也随之增强。本实用新型一种生物质发酵制氢装置解决了目前生物质(如牛粪)燃烧污染大气的问题。

3、利用本实用新型一种生物质发酵制氢装置发酵后的生物质可以作为农作物的的有机肥料，施用有机肥料能改善土壤结构，提高土壤肥力和土地生产力。

4、本实用新型实用性强、结构简单、制氢原料成本低、覆盖领域、具有很高的推广价值；既适用于大规模制氢，也适用于小规模(如农村农户等群体)制气。

5、本发明结构简单、能充分利用生物质这种可再生资源。还能有效解决废水、废气污染环境的问题。

附图说明

图1为本实用新型一种生物质发酵制氢装置的结构示意图。

图2为本实用新型一种生物质发酵制氢装置中的固液分离机的结构示意图1。

图3为本实用新型一种生物质发酵制氢装置中的固液分离机的结构示意图2。

附图中，1为配料罐，2为反应罐，3为固液分离机，31为机体，32为筛网，33为螺旋搅拌桨，34为滤液出口，4为氢气储罐。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本实用新型进行详细的阐述，但本实用新型的保护范围并不限于以下实施例，任何本领域的技术人员在本实用新型的基础上，结合本领域公知常识所能想到的技术方案，都属于本实用新型的保护范围。

如图1～3所示，本实施例的一种生物质发酵制氢装置，包括配料罐1、反应罐2、固液分离机3和氢气储罐4，所述配料罐1、反应罐2、固液分离机3通过管道依次连接，反应罐2通过管道还连接有氢气储罐4。配料罐1和反应罐2之间的管道上、反应罐2和固液分离机3之间的管道上均设置有泵，分别用于泵送生物质混合料和发酵产物。

所述配料罐1用于对粉碎处理后的多种生物质原料进行混合配比，其内设置有搅拌装置，配料罐1的一侧设置有生物质原料进口、另一侧设置有生物质混合料出口。

所述反应罐2用于对生物质进行厌氧发酵制造氢气，其内设置有加热器和搅拌装置，反应罐2的一侧设置有生物质混合料进口，该进口与配料罐1的生物质混合料出口通过管道连接，反应罐2的上方设置有营养物质进口和氢气出口，反应罐2上与生物质混合料进口相对的一侧设置有发酵产物出口。

所述固液分离机3用于对发酵产物进行固液分离；固液分离机3的一侧设置有发酵产物进口，该进口与反应罐2上发酵产物出口通过管道连接，固液分离机3的底部还设置有滤液出口34。固液分离机3包括机体31，机体31内周固定设置有筛网32，所述筛网32和机体31之间留有空间，固液分离机3的中间设置有螺旋搅拌浆33。固液分离后的残渣留在筛网32上，残渣的含水量在65％～75％之间，滤液可通过固液分离机3底部的滤液出口34排出。

所述氢气储罐4用于储存反应罐内制备得到的氢气，其采用高压氢气瓶储存，压力一般在35～70MPa。氢气储罐4的进口通过管道与反应罐2的氢气出口相连。

上述生物质发酵制氢装置的使用过程如下：

一、生物质原料的准备：

1、以奶牛养殖场的牛粪为主要发酵底物：

(1)浸泡：称取牛粪，将其放入水中浸泡1～2天；

(2)曝气处理：向牛粪浸泡液中加入NaOH溶液后对其进行强制曝气；

(3)pH调节：将曝气完的牛粪调节至一定pH值，以备后续的发酵使用。适宜的pH值将极大地提升产氢表现，最佳的产氢pH值范围通常认为是在5.0～6.5之间。

2、以玉米秸秆为发酵底物之二：

玉米秸秆自然风干后将其剪切为3～5cm的小段，再采用机械粉碎至粒径0.850mm(过20目筛)。在烘箱中55～60℃下烘至恒重后，储存备用。

二、生物质原料混合发酵制氢

1、向配料罐中加入预处理后的牛粪、预处理后的玉米秸秆，利用搅拌装置搅拌混合，获得生物质混合料。

2、生物质混合料经管道被泵入连续搅拌反应罐中，通过反应罐上方营养物质进口加入葡萄糖和生物质发酵制氢营养液，其中葡萄糖为分析纯(>99.5％)，生物质发酵制氢营养液中包括：氯化钠、硫酸镁、硫酸亚铁。在生物发酵制氢过程中，发酵液中的产氢微生物除了需要消耗底物外，还需要保持其较好的生存，因此还需要向发酵液中添加上述营养元素。

葡萄糖和营养液加入后，进行厌氧发酵制造氢气。适宜的环境温度值将极大地提升产氢表现，最佳的产氢温度值范围通常认为是在35～40℃之间，反应罐中加热器可以对生物质混合料进行加热，使其温度处于35～40℃之间。反应罐中发酵产生的氢气通过管道进入储氢罐中，产氢结束后，反应罐中的物料(发酵产物)经过管道被泵送至固液分离机进行固液分离。

3、固体产物被筛网分离出后可被收集后储存，滤液作为有机肥和液态肥料可以返田施用。

上述发酵制氢反应利用的是废弃物质等可再生资源，反应过程无污染，能够在较低温度、常压下进行高效、低能耗制氢反应。该反应转化为氢气的效率较高、过程发酵产氢的稳定性能好。

应用实施例

通过在30L反应罐中实验，测得玉米秸秆和牛粪为底物发酵制氢过程动力学数据，如表1。添加3.0g/L葡萄糖时，每g发酵底物发酵制产氢量达213.4mL，牛粪利用率约61％，产氢时间约为7.3h。

表1玉米秸秆和牛粪为底物发酵制氢过程动力学数据

采用上述装置进行发酵制氢，牛粪的利用效率可达到60％以上。产氢时间约为7.3h。

以上所述之实施例，只是本实用新型的较佳实施例而已，并非限制本实用新型的实施范围，故凡依本实用新型专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本实用新型申请专利范围内。

Claims (7)

1.一种生物质发酵制氢的装置，其特征在于，包括配料罐（1）、反应罐（2）、固液分离机（3）和氢气储罐（4），所述配料罐（1）、反应罐（2）、固液分离机（3）通过管道依次连接，反应罐（2）通过管道还连接有氢气储罐（4）；配料罐（1）内设置有搅拌装置；所述反应罐（2）内设置有加热器和搅拌装置。

2.根据权利要求1所述的一种生物质发酵制氢的装置，其特征在于，所述配料罐（1）和反应罐（2）之间的管道上、反应罐（2）和固液分离机（3）之间的管道上均设置有泵。

3.根据权利要求1所述的一种生物质发酵制氢的装置，其特征在于，所述配料罐（1）的一侧设置有生物质原料进口、另一侧设置有生物质混合料出口。

4.根据权利要求1所述的一种生物质发酵制氢的装置，其特征在于，所述反应罐（2）的一侧设置有生物质混合料进口，该进口与配料罐（1）的生物质混合料出口通过管道连接，反应罐（2）的上方设置有营养物质进口和氢气出口，反应罐（2）上与生物质混合料进口相对的一侧设置有发酵产物出口。

5.根据权利要求1所述的一种生物质发酵制氢的装置，其特征在于，所述固液分离机（3）的一侧设置有发酵产物进口，该进口与反应罐（2）上发酵产物出口通过管道连接，固液分离机（3）的底部还设置有滤液出口（34）。

6.根据权利要求5所述的一种生物质发酵制氢的装置，其特征在于，所述固液分离机（3）包括机体（31），机体（31）内周设置有筛网（32），所述筛网（32）和机体（31）之间留有空间，固液分离机（3）的中间设置有螺旋搅拌浆（33）。

7.根据权利要求1所述的一种生物质发酵制氢的装置，其特征在于，所述氢气储罐（4）的进口通过管道与反应罐（2）的氢气出口相连。

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