[发明专利]一种农村户用小型生物制氢装置

说明书

技术领域

本发明属于生物能源技术领域，具体涉及一种农村户用小型生物制氢装置。

背景技术

随着社会主义新农村建设的推进，村民生活水平提高的同时，带来了村镇环境污染问题和资源浪费。据报道，我国是世界上农村有机废弃物产出量最大的国家，每年大约有40多亿t，其中畜禽粪便排放量26.1亿t，农作物秸秆7.0亿t，废弃农膜等塑料2.5万t，蔬菜废弃物1亿-1.5亿t。其中，我国村镇生活源有机废弃物、人粪便，以及村镇服务业带来的有机垃圾量所占份额较大，造成村镇垃圾随意倾倒、粪土乱堆、柴草乱垛等现象，严重影响村容村貌和危害居民身体健康。

氢气作为高效、清洁、可再生的能源，受到人们的日益关注。多种制氢方法中，生物制氢具有环境友好、底物范围广和工艺简单，能够产生具有高附加值的生物气能源等多重优越性。但是，由于村镇废弃物分散、混杂，现有生物制氢反应器存在预处理要求高、启动缓慢、运行不稳定、产气率低、能耗高和占地面积大等问题。因此，研发适合我国村镇单户使用的，具有“小型化、低成本、易操作”的厌氧产氢装置不仅是研究热点，也是亟待解决的难点问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种村镇户用小型制氢装置。

本发明的又一目的在于提供一种利用上述制氢装置制备氢气的方法。

为实现上述目的，本发明提供的村镇户用小型制氢装置，主要包括：

垃圾破碎装置，通过绞龙与产氢反应器的进料口相连；

产氢反应器的壳体为双层结构，产氢反应器内部为好氧预处理室和厌氧发酵产氢室组成的双反应区结构，破碎后的垃圾分别进行好氧预处理和厌氧发酵产氢；好氧预处理室和厌氧发酵产氢室之间设有朝厌氧发酵产氢室单向可开启的阀门；

产氢反应器壳体的双层结构为与预处理室和发酵产氢室相对应的两个独立的夹层，夹层中充填有液体换热介质；两个夹层均各设有进液口和出液口，并通过管道进行连接；

产氢反应器中心贯穿有用于氢气收集和曝气的纳米陶瓷镀膜滚轴，纳米陶瓷镀膜滚轴连接氢气膜分离装置，对生物气中的氢气进行净化和干燥；氢气膜分离装置连接分子筛储氢装置；

产氢反应器安装在一底座上，该底座下部安装有360度可旋转万向轮，便于装置的移动和安放；底座两侧设有支架，分别用于固定绞龙和氢气膜分离装置。

所述的制氢装置，其中，垃圾破碎装置包括垃圾破碎室和绞龙，绞龙的一端与产氢反应器的进料口相连，垃圾破碎室和绞龙共同固定于产氢反应器支架上。

所述的制氢装置，其中，产氢反应器为高径比1∶0.5-1∶5的卧式滚筒；内部的好氧预处理室和厌氧发酵产氢室的体积比为1∶1-1∶5。

所述的制氢装置，其中，产氢反应器内壁安装有4-6组三棱柱型挡板，破碎后的垃圾在产氢反应器旋转过程中经挡板摔打使物料与发酵菌体充分混合，并及时排除多余热量；产氢反应器的外壳为双层结构的控温层，该控温层中充填有液体换热介质，利用好氧预处理过程中产生的热量对厌氧产氢室进行控温，实现体系内部热量的循环利用。

所述的制氢装置，其中，产氢反应器内部均安装有温度、pH值、溶解氧复合电极，对发酵过程中的指标进行实时测定。

所述的制氢装置，其中，氢气膜分离装置中安装有膜组件和干燥剂，对生物气中的氢气进行分离和干燥。

所述的制氢装置，其中，分子筛储氢装置内部装填有杭锦2^#土与赤泥经水化合成法制备的具有储氢分子筛；储氢分子筛的装填量为分子筛储氢装置有效容积的10-80％。

本发明提供的利用上述制氢装置制备氢气的方法，破碎后的垃圾在产氢反应器的好氧预处理室进行好氧预处理，产生的生物气通过设有朝厌氧发酵产氢室单向可开启的阀门进入厌氧发酵产氢室，并在厌氧发酵产氢室内加入产氢菌剂进行厌氧发酵产氢；

产生的生物气由纳米陶瓷镀膜滚轴收集，经氢气膜分离装置对生物气中的氢气进行净化和干燥后进入分子筛储氢装置储存。

所述的方法，其中，好氧预处理的温度为15-80℃；厌氧发酵产氢的温度为20-35℃。

所述的方法，其中，厌氧产氢室的控温是利用好氧预处理过程中产生的热量对厌氧产氢室进行控温，实现体系内部热量的循环利用。