一种内循环式生物法固定丁醇发酵尾气中CO制造技术

本实用新型专利技术涉及一种内循环式生物法固定丁醇发酵尾气中CO

An internal circulation biological method to fix CO in butanol fermentation tail gas

【技术实现步骤摘要】
一种内循环式生物法固定丁醇发酵尾气中CO2的反应器
本技术涉及一种内循环式生物法固定丁醇发酵尾气中CO2的反应器，属于生物工程

技术介绍
生物燃料的推广是避免CO2排放继续增大和缓解现阶段石油能源危机的有效途径。目前使用的生物燃料主要是将生物乙醇与汽油按照不同的比例混合而成。然而，与乙醇相比，丁醇具更多的优势。首先，丁醇在水中的溶解度比乙醇小得多，因此不像乙醇那样具有腐蚀管线的倾向，可以在利用炼油厂原有设备，在厂里调合和用管道运送。其次，丁醇与燃料添加剂和润滑油配伍性更好，不必像乙醇只能在分销终端进行调合。对于用户来说，丁醇有较高的能量含量，可更方便地与汽油调合，同时可调入更高浓度，既不需要丰主购买特殊车辆，也不必改造原有车辆发动机，而且这种新型燃料更环保。所以生物丁醇相对于其他燃料具有更广阔的发展前景。工业上生产丁醇的方法有3种：①羰基合成法。丙烯与CO、H2在加压加温及催化剂存在下羰基合成正、异丁醛，加氢后分馏得正丁醇，这是工业上生产丁醇的主要方法。②发酵法。以淀粉等为原料，接入丙酮-丁醇菌种，进行丙酮丁醇(ABE)发酵，发酵液精馏后得产品正丁醇。③醇醛缩合法。乙醛经缩合成丁醇醛，脱水生成丁烯醛，再经加氢后得正丁醇。微生物发酵法一般以淀粉质、木薯等淀粉质农副产品、纸浆废液、糖蜜、甘蔗、甜菜等糖质产品为原料，经过物理处理得到水解液，然后利用丙酮丁醇菌自身分泌的酶，经过复杂的生物化学变化，将发酵液生成丙酮、丁醇和乙醇等产物，经过精馏即可得到丁醇。其工艺设备与酒精生产相似，原料价廉，来源广泛，设备投资较小；(2)发酵法生产条件温和，一般常温操作，不需贵重金属催化剂等。在现有技术中，已经针对丁醇的厌氧发酵进行了较多的研究，但是由于丁醇的发酵过程中微生物会产生大量的CO2，这些代谢产物会造成CO2的直接排放，导致潜在的温室效应的发生。
技术实现思路
本技术的目的是：解决丁醇发酵过程中产生的CO2再利用固定的问题。本技术提出了一种基于连续性吸收丁醇发酵过程中产生的CO2的装置，该装置能够利用生物法固定CO2，同时采用了中空纤维膜曝气组件鼓入CO2，具有较好的生物利用效果；并且，在装置中也采用了在线陶瓷膜过滤器，能够将CO2固化过程中产生的藻类实时移除并浓缩，可以用于其它的饲料、发酵等过程。技术方案是：一种内循环式生物法固定丁醇发酵尾气中CO2的反应器，包括：水解罐，用于对植物纤维进行水解处理；厌氧发酵罐，用于对水解罐中得到的水解液进行发酵法制丁醇；罐体，在所述的罐体中设有中空纤维膜组件，所述的中空纤维膜组件中的膜丝内管连接于厌氧发酵罐的顶部；二氧化碳固定化反应器，用于采用藻类对CO2进行固定；陶瓷膜组件，连接于二氧化碳固定化反应器，用于对二氧化碳固定化反应器中的反应液进行过滤，陶瓷膜组件的渗透侧连接于二氧化碳固定化反应器，陶瓷膜组件的截留侧同时连接于二氧化碳固定化反应器和板框过滤器，板框过滤器用于对陶瓷膜组件的浓缩液进行固液分离，并且板框过滤器的渗透侧连接于陶瓷膜组件的料液入口；罐体、供料泵和二氧化碳固定化反应器依次连接构成一个闭合循环管路。在一个实施方式中，还包括空气进口，连接于所述的中空纤维膜组件中的膜丝内管。在一个实施方式中，所述的供料泵是柱塞泵。在一个实施方式中，在罐体上还设有第一排气口。在一个实施方式中，在二氧化碳固定化反应器上还设有第二排气口。在一个实施方式中，陶瓷膜组件中的陶瓷膜采用多通道式，并且安装有陶瓷膜的平均孔径范围是800-2000nm。有益效果本技术提供的反应器可以连续地通过生物法固定丁醇发酵过程中产生的二氧化碳，藻类生长利用度高，并且可以实现二氧化碳固定后的藻类的再利用。附图说明图1是本技术的装置图。图2是实施例1和对照例1中的生长速度曲线。图3是CO2固定率比较。其中，1、水解罐；2、厌氧发酵罐；3、罐体；4、中空纤维膜组件；5、二氧化碳固定化反应器；6、陶瓷膜组件；7、板框过滤器；8、供料泵；9、第一排气口；10、第二排气口；11、空气进口。具体实施方式本技术提供的装置，如图1所示：包括：水解罐1，用于对植物纤维进行水解处理；水解罐1可以采用常规的反应罐体，并带加热装置；这里可以采用的植物纤维可以是采用玉米秸秆、稻草秸秆等；水解反应过程可以参照常规技术进行，本技术不做具体限定。厌氧发酵罐2，用于对水解罐1中得到的水解液进行发酵法制丁醇；这里的厌氧发酵过程可以采用现有技术当中的丙醇丁醇梭菌实施。发酵过程中可以采用常规的发酵培养基作为基质。罐体3，在所述的罐体3中设有中空纤维膜组件4，所述的中空纤维膜组件4中的膜丝内管连接于厌氧发酵罐2的顶部；罐体3的作用是可以使中空纤维膜组件4中排出的气泡与藻类反应液充分地流动接触，提高藻类对二氧化碳效果。在厌氧发酵罐2中产生的二氧化碳会通过顶部排至中空纤维膜组件4中，中空纤维膜组件4中装填有中空纤维束，纤维的直径可以为0.1-1mm，材料可以采用多孔的PVDF膜，孔径可以是500-2000nm。由于纤维上具有微孔，纤维内部的二氧化碳从微孔中向纤维束外部排出，可以使得二氧化碳呈微小气泡的方式与反应液中的藻类接触，提高了接触面积，使藻类的固化效果更好二氧化碳固定化反应器5，用于采用藻类对CO2进行固定；这里采用的藻类可以采用现有技术中的能够对CO2进行固定的藻类，本技术不作具体限定，例如可以采用小球藻等。为了提高藻类固化的效果，反应器可以可以在有充足光照的情况下进行反应。罐体3、供料泵8和二氧化碳固定化反应器5依次连接构成一个闭合循环管路，在反应器中的藻类反应液被源源不断地打入罐体3中与二氧化碳微泡接触，再反应至反应器中进行反应。当反应进行时，二氧化碳固化定反应器5中会不断生成繁殖的藻类，在设备中还包括：陶瓷膜组件6，连接于二氧化碳固定化反应器5，用于对二氧化碳固定化反应器5中的反应液进行过滤，陶瓷膜组件6的渗透侧连接于二氧化碳固定化反应器5，用于将渗透液返回至反应器中维持反应器中的物料平衡；同时，陶瓷膜组件6的截留侧同时连接于二氧化碳固定化反应器5和板框过滤器7，连接于二氧化碳固定化反应器是将其中一部分藻类返回至反应器中继续反应，维持反应器中的微生物平衡，而将其同时连接于板框过滤器7，是用于对陶瓷膜组件6的浓缩液进行固液分离，将多余的藻类移除，防止反应器中的藻类过剩，通过板框过滤器7可以将藻类分离出，其可以用途发酵饲料、有机肥等过程，实现再次利用，并且板框过滤器7的渗透侧连接于陶瓷膜组件6的料液入口，可以维持系统中的物料平衡。在一个实施方式中，还包括空气进口11，连接于所述的中空纤维膜组件4中的膜丝内管。为了维持藻类生长在有空气和二氧化碳的好氧条件下，最好同时对供入的二氧化碳气中再补充空气。在一个实施方式中，所述的供料泵8是柱塞泵。在一个实施方式中，在罐体3上还设有第一排本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种内循环式生物法固定丁醇发酵尾气中CO

【技术特征摘要】
1.一种内循环式生物法固定丁醇发酵尾气中CO2的反应器，其特征在于，包括：
水解罐（1），用于对植物纤维进行水解处理；
厌氧发酵罐（2），用于对水解罐（1）中得到的水解液进行发酵法制丁醇；
罐体（3），在所述的罐体（3）中设有中空纤维膜组件（4），所述的中空纤维膜组件（4）中的膜丝内管连接于厌氧发酵罐（2）的顶部；
二氧化碳固定化反应器（5），用于采用藻类对CO2进行固定；
陶瓷膜组件（6），连接于二氧化碳固定化反应器（5），用于对二氧化碳固定化反应器（5）中的反应液进行过滤，陶瓷膜组件（6）的渗透侧连接于二氧化碳固定化反应器（5），陶瓷膜组件（6）的截留侧同时连接于二氧化碳固定化反应器（5）和板框过滤器（7），板框过滤器（7）用于对陶瓷膜组件（6）的浓缩液进行固液分离，并且板框过滤器（7）的渗透侧连接于陶瓷膜组件（6）的料液入口；
罐体（3）、供料泵（8）和二氧化碳固定化反应器（5）依次连接构成...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺爱永，李慧慧，陈新飞，徐宁，许家兴，胡磊，夏军，刘晓燕，徐继明，
申请(专利权)人：淮阴师范学院，
类型：新型
国别省市：江苏;32