[发明专利]一种循环密封加氢生物反应器

说明书

本发明涉及一种循环密封加氢生物反应器，包括主反应器、氢回收装置和外部配氢系统，主反应器包括反应罐体，反应罐体底部设有布氢器，布氢器上方依次设有气液收集罩和气液上升管，气液收集罩与气液上升管相连，氢回收装置包括气液分离器，气液分离器位于反应罐体顶部上方，气液上升管与气液分离器相连，气液分离器下部装有料液回流管，料液回流管穿过反应罐体顶部并延伸至反应罐体内液位线以下位置，气液分离器上部装有氢气回收管，外部配氢系统分别与布氢器和氢气回收管相连。本发明可向正在产气的厌氧发酵反应罐体内连续不断通入氢气的同时，有效避免未溶解逸出氢与反应罐体内产生沼气混合，实现余氢回收及循环利用，提高氢的有效利用率。

技术领域

本发明涉及厌氧发酵技术领域，尤其涉及一种循环密封加氢生物反应器。

背景技术

近些年，随着可再生能源电力技术及新材料的突破性发展，风光电价格直线下降，发电规模逐年上升。由于风光电具有间歇性生产和不易储存的特性，因此风光电不可避免地会产生部分富余电力。2020年我国风光发电总量达7270亿千瓦时，按平均弃电率10％计算，直接经济损失达400余亿元。针对电能不易储存的特性，将电能进行转化储存就成为“低谷电”或“弃电”等余电利用的新途径。“电转气”是余电转化利用的重要方式之一，这一技术主要由电解水制氢和加氢厌氧生物还原CO₂两个过程实现，理论能量转化效率在80％以上，且具有条件温和不产生“三废”等优势。同时有研究指出，加氢厌氧发酵的同时也可使沼气甲烷含量最高提升至90％以上，沼气热值提升明显，进而还可达到沼气工程碳减排、节能降耗等目的。

然而在实际应用中，针对加氢厌氧生物还原CO₂这一过程，由于氢在水中溶解度较低，这就使得通入氢气会迅速溢出发酵料液之外，并与系统产生沼气混合，从而降低了氢的利用效率，且余氢回收利用成本较高。此外，现有生化反应池加气装置都是基于好氧生化原理展开，以曝气装置为主，该类装置主要是向生化反应池内通入氧气(空气)，以实现均匀布气为目标，且氧气溶解度相对较大，生化消耗速率也较快，由于空气成本较低，溢出带有少量氧气的空气无须考虑回收及循环利用问题。而厌氧加氢发酵装置的气源是氢气，其具有一定获取成本，且氢在水中溶解度较氧气低，很容易逸出液相，而逸出氢与沼气混合后，再循环氢气的分压大大降低，直接影响“气-液”传质速率，且会明显增加动力消耗。因此，厌氧加氢发酵装置在考虑均匀加气的同时，仍需进一步考虑如何改进和解决提高氢的利用效率以及实现逸出氢的回收利用问题。

发明内容

本发明提供一种向厌氧发酵系统中加氢，并能够有效回收未溶解氢以及对其进行循环利用的厌氧加氢发酵装置，解决了现有生化加气反应器无法阻断未溶解逸出氢和沼气混合，以及无法有效回收利用未溶解氢的技术难题。

本发明提供的一种循环密封加氢生物反应器，包括主反应器、氢回收装置和外部配氢系统，所述主反应器包括反应罐体、布氢器、气液收集罩和气液上升管，所述反应罐体的底部设有所述布氢器，所述布氢器的上方依次设有所述气液收集罩和气液上升管，所述气液收集罩与所述气液上升管相连，所述氢回收装置包括气液分离器、料液回流管和氢气回收管，所述气液分离器位于所述反应罐体的顶部上方，所述气液上升管穿过所述反应罐体的顶部并与所述气液分离器相连，在所述反应罐体的内腔上部设有液位线，所述气液分离器的下部装有所述料液回流管，所述料液回流管穿过所述反应罐体的顶部并延伸至所述液位线以下位置，所述气液分离器的上部装有所述氢气回收管，所述外部配氢系统分别与所述布氢器和氢气回收管相连。

本发明的工作原理为：当氢气通过布氢器进入反应罐体后，氢气与布氢器上方料液混合，并一同被气液收集罩收集进入气液上升管，在密度差引起的压强差作用下，该气液混合物不断从气液上升管底部流入，从气液上升管上部流出，由此实现了在气液上升管底部不断由无氢料液和新通入氢气通过气液收集罩收集补充，在气液上升管上部通过气液分离器实现氢气与料液的不断分离和回收的技术效果，回收氢气与新补充氢气经外部配氢系统混合后一并再打入反应罐体内腔底部的布氢器，而回收的富氢料液通过料液回流管回流至反应罐体后进行厌氧食氢固碳反应，从而实现连续不断的向反应罐体内通入氢气并与罐内物料进行内循环食氢固碳反应的目的。