[发明专利]纤维废弃物发酵产氢气和/或甲烷的方法及其装置

说明书

技术领域

本发明属于可再生能源技术领域，涉及一种使用纤维废弃物制备氢气 和/或甲烷的方法及其装置。

背景技术

能源和环境危机使可再生能源的开发成为热点，利用生物质再生的生 物燃气(氢气、甲烷)作为替代能源也愈来愈凸显重要作用。沼气是一种 可燃性的生物气，它是在微生物作用下将农作物秸秆、树枝落叶、人畜粪 便、生活垃圾、工农业有机废物和废水等有机物质分解制得的，其主要组 成是甲烷和二氧化碳，其中甲烷约占50％-80％。沼气可以通过燃烧产生 大量的热，从而成为一种天然的能源。甲烷的热值为40MJ/M³，沼气的热 值为20-32MJ/M³，相当于管道煤气的热值(29MJ/M³)，因此沼气是一种 可再生、清洁、高效的能源，它可替代天然气用于取暖、供热和发电等。

氢能是一种完全清洁的新能源和可再生能源。它是利用化石燃料、核 能和可再生能源等来生产氢气，氢气可直接用作燃料，也可通过燃料电池 通过电化学反应直接转换成电能，用于发电及交通运输等，还可用作各种 能源的中间载体。氢作为燃料用于交通运输、热能和动力生产中时，具有 高效率、高效益的特点，而且氢气反应的产物是水和热，是真正意义上的 清洁能源和可再生能源。氢能的开发利用对可再生能源开发、环境保护、 降低空气污染与温室效应方面将产生革命性的影响。由于常规化石能源日 趋枯竭，人们正在探索各种替代方式解决即将到来的能源危机，生物燃气 (氢气和甲烷)的规模化利用就成为一种值得重点考虑的选择。

目前，主要是利用化石燃料、核能和可再生能源等来生产氢气。据报 道，目前90％氢能源都来源于一次能源(煤、石油和天然气)的转化。传 统制备技术虽然过程效率高，技术成熟，但其设备投资大，加速一次能源 消耗的同时也带来了或多或少的环境危害。生物制氢技术具有原料来源 广，条件温和，能耗小，且成本低，绿色无污染等诸多优点，为氢能的可 持续发展带来了希望，因而备受关注。国内外大多数研究者采用的都是容 易降解的物质，如葡萄糖、蔗糖、淀粉、牛奶、短链脂肪酸和废水作为产 氢研究的主要原料(Fang HH等，Effect of pH on hydrogen production from glucose by a mixed culture.Bioresource Technology，2002，82：87-93；Shina HS等，Hydrogen production from food waste in anaerobic mesophilic and thermophilic acidogenesis.International Journal of Hydrogen Energy，2004， 29：1355-1363)。考虑到产氢发酵过程能量回收效率较低，大部分能量以挥 发酸和小分子醇的形式残余在产氢发酵液中，中国专利公开号CN 1766119A(甲烷和氢气的生产方法)和CN101134684A(一种餐厨垃圾两相 厌氧发酵产氢产甲烷的方法)利用污泥作为产氢菌源，发酵有机废弃物制 备氢气，进一步将产氢发酵液发酵制备甲烷，提高原料能量回收效率，如 上的方法因为使用污泥产氢，污泥中产甲烷菌的存在使产氢过程较难控 制，同时所述的方法适于处理易降解的有机废弃物。以葡萄糖、蔗糖为原 料来制备氢气经济上不可行，而以废水原料产氢的研究中，主要目的是废 水的净化，氢气只是一个副产品，其过程存在产气率低等问题。