[发明专利]塔板气泡式生物质连续制氢方法与装置

说明书

技术领域

本发明属于生物质光合制氢的技术领域，具体涉及一种塔板气泡式生物质连续光合制氢的方法与装置。

背景技术

面临常规能源十分匮乏，环境污染日益严重的现状，氢气以其能量密度高、燃烧清洁无污染、利用形式多样化、能源利用效率高、运输携带方便、可再生性等特点，被能源界公认为最理想的化石燃料的替代能源，不少科学家和经济学家认为未来的时代是氢能源和氢能经济的时代。在氢气开发过程中，由于全球具有十分丰富的生物质资源，是唯一可储存和运输的可再生能源，利用生物质制氢成为当今世界竞先发展的热门技术。生物质制氢主要包括生物质气化制氢、生物质黑暗发酵制氢和生物质光合制氢技术，在这些技术中，由于生物质光合制氢具有产氢能力高、原料适应性强、反应条件温和等优点，成为目前发展前景广阔、具有环境友好型的一种制氢重要方法。

我国生物质光合制氢起步较晚，制氢方法和装置还不够成熟，目前仍处于实验阶段。在生物质光合制氢过程中，大部分采用人工光源作为供光方式，运行成本较大，影响了氢气与化石能源的竞争力；采用外置光源设置方法，受反应器透明材料的限制，反应器保温很难实现，并且外部供光的光利用率低、反应液光照不均匀，使反应器产氢效果较差、低温环境下不能满足制氢要求；采用内置光源时，由于反应器结构设计不合理，不能较好解决明暗发酵、料液温度均匀、连续产氢等问题，进而制约了生物质制氢的规模化应用。本发明开发的一种塔板气泡式生物质连续光合制氢的方法及其装置还未见相关报道，可促进生物质光合制氢技术的发展与应用。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种工艺简单、操作方便的生物质光合连续制氢的方法，利用太阳能可再生能源，可实现低温环境下连续产氢、料液可明暗发酵、反应器料液温度均匀、产氢效率高等目的。同时，本发明也提供了实现生物质光合连续制氢方法与装置。

为实现上述目的，本发明所述方法的技术方案是一种塔板气泡式生物质连续光合制氢的方法，是在内置光源或者利用光导纤维将太阳光引入封闭容积条件下，将含有光合生物的物料交替经过侧光纤塔板和U型换热器塔板，并在回流氢气的气泡作用下，通过悬浮热交换和明暗发酵连续制氢。

所述装置包括太阳光传输器、密闭的光生物反应器，光生物反应器包括上部的储气室，中部的塔板式反应罐和下部的气泡室，所述光生物反应器的进料口位于储气室与塔板式反应罐之间侧壁上，出料口位于塔板式反应罐与气泡室之间侧壁上，出气口位于储气室顶部，出气管上连通有氢气回流管，该氢气回流管通过鼓风机引流至气泡室底部；在塔板式反应罐内自上而下交替分布有石英侧光纤塔板和U型换热器塔板，其中石英侧光纤塔板与太阳光传输器连接，U型换热器塔板与加热器连通。储气室包括出气口、节流阀和气液分离隔板组成；气泡室由包括通气道和风帽。本发明中，太阳光传输器、加热器按本领域常规方法设计。

该反应液回流系统是将光生物反应器出料口安装出料管，该出料管上同时设置有回流管，回流管上安装污泥泵后与进料口连通。

在反应罐中交替叉排石英侧光纤塔板和U型换热器塔板，各塔板上均匀分布透气小孔，石英侧光纤塔板的长度为反应罐直径的一半（大约一半），U型换热器塔板的长度为反应罐直径的5/6（大约5/6），满足生物质光合制氢明暗发酵。生物质光合制氢可实现明暗发酵。

在石英侧光纤塔板和U型换热器塔板的末端分布竖向固定有隔墙，隔墙向上超出相应塔板上表面高度c1，隔墙向下超出相应塔板下表面c2。

塔板式发酵反应罐是圆柱体钢板反应器，内壁刷有防腐漆，外壁加有保温层和保护层。

在反应罐底部设有半球型气泡室，便于回流氢气均匀分配到每个通气道。气泡室的出口设有隔板，上面均匀布置有通气道，通气道上安装有风帽，风帽呈倒圆锥状，上端封闭，下端全空，圆锥侧面均匀分布通气孔道，回流氢气通过孔道侧面进气，实现气液充分热交换。

反应罐出料管道与进料管道通过污泥泵相连，实现反应液部分回流和连续运行。

在半球体储气室包括出气口、节流阀和气液分离隔板，并且储气室内腔上侧的出口处设置有人字型气液分离隔板，其顶部预留一小孔。

石英侧光纤塔板上水平均匀布置有钠玻璃管，钠玻璃管用有机玻璃连接制成隔板，隔板用聚硫玻璃胶与反应罐钢板壁相连，钠玻璃管中分别设有石英侧光纤，各石英侧光纤汇合后与太阳光聚光器相连。

U型换热器塔板包括塔板和U型换热管，U型换热管水平布置在该塔板上，U型换热管的热水进口与电加热水箱的出水口连接，U型换热管的冷水出口与电加热水箱的进水口连接。