利用农作物生物质制氢及氢能发电装置，涉及一种利用农作物秸秆生物质制氢及氢能发电的成套装置。提供一种利用农作物秸秆等生物质的微生物分解及微生物制氢的应用，将农作物秸秆等生物质的微生物分解、制氢、储氢及氢能－电能转化结合的装置。设有生物质分解装置、发酵制氢装置、反应液后处理装置、水封装置、气体洗脱装置、气体干燥装置、储氢装置、燃料电池。利用分解微生物将各种农业秸秆和淀粉类物质分解为糖类物质，利用微生物发酵糖类物质产氢，发酵废液通过后处理排放，生物氢通过洗脱后储存于储氢系统，并通过燃料电池将氢能转化为电能或直接供热。可用于大规模生物质制氢和发电和分散的小规模生物质制氢发电。
【技术实现步骤摘要】
利用农作物生物质制氢及氢能发电装置
本专利技术涉及一种利用农作物秸秆生物质制氢及氢能发电的成套装置。
技术介绍
包括石油、天然气和煤在内的化石燃料仍然是当今能源结构的主体。而石油、天然气等化石燃料是一类宝贵的不可再生资源，全球已探明的储量按现消费水平仅可用50年左右；另一方面，化石能源的不合理利用已给环境带来了严重的影响，造成大气、水体和土壤被污染。随着经济和社会的发展，人类对能源的需求不断增加，能源的需求与供给之间的缺口将变得越来越大。为了保持国民经济的可持续发展，开发可再生的能源体系是一种必然选择。可再生能源包括太阳能、水能、风能、生物质能、氢能等。纤维素和淀粉类物质是自然界中极为丰富的可再生资源，全球光合作用产生的植物生物量每年高达1.14×1012T。我国的纤维原料也很丰富，仅秸秆和皮壳每年可达7×108T。这些原料大部分被烧掉，既破坏了生态平衡，又污染环境，且能量利用率低，约为10％(陈洪章，李佐虎.纤维素原料微生物与生物量全利用[J].化工科技市场，2001，(5)：17-20)。如将纤维素等降解为可有效利用的简单的糖类物质，并进一步转化为酒精、氢气等能源物质，则对解决当今世界所面临的粮食短缺、能源危机和环境污染等问题有深远的意义(Van Wyk J.P.H.andMohulatsi.M.Biodegradation of wastepaper by cellulase from Trichodermaviride[J].Bioresource Technology，2003，86(1)：21-23)。利用微生物制氢的研究起始于20世纪80年代。国内外对利用产氢微生物分解有机废水制氢进行了较多的研究，但目前主要还停留在实验室阶段。对利用农作物秸秆等发酵制氢并发电等的研究未见报道。利用农作物秸秆等生物质发酵产氢实用化过程存在的问题主要表现在：(1)农作物秸秆的糖化效率较低；(2)微生物产氢的效率较低；(3)制氢反应器过于复杂或对提高菌株放氢速率不够理想；(4)制氢成本昂贵。国外报道高产氢微生物菌株的产氢活性可达26.9mmol H2/h·g cell(Kumar N，Das D，Continuous hydrogenproduction by immobilized Enterobacter cloacae IIT-BT 08 using lignocellulosic material as solidmatrices，Enzyme Microbial Technol，2001，29：280-287)。国内报道微生物产氢的活性可达24.9mmol H2/h·g cell(林明，任南琪，王爱杰，等.高效产氢发酵细菌在不通气相条件下产氢.中国沼气，2002，20(2)：3-7)。-->
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种利用农作物秸秆等生物质的微生物分解及微生物制氢的应用，将农作物秸秆等生物质的微生物分解系统、高效微生物制氢系统、储氢系统及氢能-电能转化系统(氢燃料电池)等有机结合起来的成套装置。本专利技术至少设有生物质分解装置，用于将农作物生物质分解为简单的糖类等物质；生物发酵制氢反应装置，用于对分解产物发酵产氢，生物制氢反应装置的进口与生物质分解装置的出口连接；反应液后处理装置，用于对发酵反应后的废液进行达标排放处理，反应液后处理装置的进口接生物发酵制氢反应装置的出口；水封装置，水封装置的进口接反应液后处理装置的出口；气体洗脱装置，用于对发酵气进行洗脱，除去二氧化碳等气体组份，气体洗脱装置的进口接水封装置的出口；气体干燥装置，用于对经洗脱过的发酵气进行干燥处理，气体干燥装置的进口接气体洗脱装置的出口；储氢装置，用于储存经干燥后得到的纯氢；储氢装置的进口接气体干燥装置的出口；氢能-电能转化装置或燃料电池，用于将氢能转化为电能，氢能-电能转化装置的进口接储氢装置的出口，氢能-电能转化装置的输出端外接用电电器或设备。所说的生物质分解装置可设有农作物生物质预处理装置、分解罐、搅拌装置、温控装置、pH控制装置、供氧装置和分解液输送装置，搅拌装置设于分解罐内，温控装置、pH控制装置和供氧装置与分解罐连接。本专利技术利用分解微生物将各种农业秸杆(例如甘蔗秸杆、玉米秸杆、稻草、杂草等)和淀粉类物质分解为简单的可被有效利用的糖类物质，然后利用高效产氢微生物发酵糖类物质产氢，发酵废液通过后处理装置达标排放，生物氢通过洗脱后储存于储氢系统，并通过燃料电池将氢能转化为电能或直接供热。本专利技术既可用于大规模生物质制氢和发电，也可用于分散的小规模生物质制氢发电(如农村农户、西部偏远地区居民、远离大陆的海岛居民等)。附图说明图1为本专利技术实施例的结构示意图。图2为本专利技术实施例的生物质分解装置结构示意图。-->图3为本专利技术实施例的生物发酵制氢反应装置结构示意图。图4为本专利技术实施例的发酵制氢反应液后处理装置结构示意图。图5为本专利技术实施例的气体洗脱装置结构示意图。具体实施方式以下实施例将结合附图对本专利技术作进一步的说明。如图1所示，本专利技术实施例包括农作物生物质分解装置1、生物发酵制氢反应装置2、反应液后处理装置3、水封装置4、气体洗脱装置5、气体干燥装置6、储氢装置7、质子膜燃料电池8以及外接的电气设备9。如图2所示，所说的生物质分解装置可设有农作物生物质预处理装置、分解罐、搅拌装置、温控装置、pH控制装置、供氧装置和分解液输送装置，搅拌装置设于分解罐内，温控装置、pH控制装置和供氧装置与分解罐连接。将经过粉碎和预处理的农业秸杆和淀粉类物质加入分解罐，在分解罐内与分解微生物混合。分解罐包括倒锥形罐体16、固液相分离筒13及顶盖17三部分。固液相分离筒内为混合分解反应区25，经预处理的秸秆等生物质及分解微生物在搅拌装置(包括搅拌电机19和搅拌叶片26)的作用下在混合反应区内充分混合，使秸秆等生物质中的纤维素、淀粉、果胶等成分被分解为简单的糖类等物质。为防止分解系统搅拌时形成涡流，在固液相分离筒13的内壁上等距离设有数块锯形挡板22。分解罐内的温度由测温电极15测定，通过温控装置由电加热棒28或控温水浴管21为分解系统加温或冷却，电热棒的多少和位置可根据分解罐的大小确定。水浴控温系统和电热棒加温系统为两套独立的温控系统，可单独使用。水浴温控进出水通过进出水管口12进出。分解罐内的酸碱度由pH控制装置调节，pH控制装置由pH电极14和酸碱加样口18等部分组成。分解罐的供氧装置由通气管10、气体分散头11和溶氧控制系统等组成，经过滤的空气由通气管10进入，由排气管20排出。分解系统产生的糖类物质溶解在溶液中，通过固液相分离筒与罐体之间的沉降区内沉降并经过滤装置23后，经分解液输送装置(包括导出管24和加料泵27)输送到制氢反应器中。分解反应罐的残渣由排空管29排出。如图3所示，生物发酵制氢装置主要由发酵罐体、搅拌装置、温控装置(包括水浴温控进出水管32、温控探头35、控温水浴管36和加热棒51等)和pH控制装置(包括酸碱加料口41和pH控制探头48)等组成。发酵罐体包括倒锥体外壳33、密封盖40及沉淀筒47等部分。外壳33由内外两层组成，中间为隔热层。沉淀筒47由外壳内壁下端内伸的数个支架支撑。沉淀筒内侧为混合发酵区34，秸杆等分解产物本文档来自技高网...
【技术保护点】
利用农作物生物质制氢及氢能发电装置，其特征在于至少设有 生物质分解装置，用于将农作物生物质分解为简单的糖类等物质； 生物发酵制氢反应装置，用于对分解产物发酵产氢，生物制氢反应装置的进口与生物质分解装置的出口连接； 反应液后处理装置，用于对发酵反应后的废液进行达标排放处理，反应液后处理装置的进口接生物发酵制氢反应装置的出口； 水封装置，水封装置的进口接反应液后处理装置的出口； 气体洗脱装置，用于对发酵气进行洗脱，除去二氧化碳等气体组份，气体洗脱装置的进口接水封装置的出口； 气体干燥装置，用于对经洗脱过的发酵气进行干燥处理，气体干燥装置的进口接气体洗脱装置的出口； 储氢装置，用于储存经干燥后得到的纯氢；储氢装置的进口接气体干燥装置的出口； 氢能－电能转化装置或燃料电池，用于将氢能转化为电能，氢能－电能转化装置的进口接储氢装置的出口，氢能－电能转化装置的输出端外接用电电器或设备。
【技术特征摘要】
1、利用农作物生物质制氢及氢能发电装置，其特征在于至少设有生物质分解装置，用于将农作物生物质分解为简单的糖类等物质；生物发酵制氢反应装置，用于对分解产物发酵产氢，生物制氢反应装置的进口与生物质分解装置的出口连接；反应液后处理装置，用于对发酵反应后的废液进行达标排放处理，反应液后处理装置的进口接生物发酵制氢反应装置的出口；水封装置，水封装置的进口接反应液后处理装置的出口；气体洗脱装置，用于对发酵气进行洗脱，除去二氧化碳等气体组份，气体洗脱装置的进口接水封装置的出口；气体干燥装置，用于对经洗脱过的发酵气进行干燥处理，气体干燥装置的进口接气体洗脱装置的出口；储氢装置，用于储存经干燥后得到的纯氢；储氢装置的进口接气体干燥装置的出口；氢能-电能转化装置或燃料电池，用于将氢能转化为电能，氢能-电能转化装置的进口接储氢装置的出口，氢能-电能转化装置的输出端外接用电电器或设备。2、如权利要求1所述的利用农作物生物质制氢及氢能发电装置，其特征在于所说的生物质分解装置设有农作物生物质预处理装置、分解罐、搅拌装置、温控装置、pH控制装置、供氧装置和分解液输送装置，搅拌装置设于分解罐内，温控装置、pH控制装置和供氧装置与分解罐连接；所说的分解罐包括倒锥形罐体(16)、固液相分离筒(13)及顶盖(17)三部分，固液相分离筒内为混合分解反应区(25)，在固液相分离筒(13)的内壁上等距离设有数块锯形挡板(22)。 3、如权利要求2所述的利用农作物生物质制氢及氢能发电装置，其特征在于所说的温控装置设有测温电极(15)、加热棒(28)和控温水浴管(21)，测温电极(15)、加热棒(28)和控温水浴管(21)设于分解罐内，水浴温控进出水通过进出水管口(12)进出。4、如权利要求2所述的利用农作物生物质制氢及氢能发电装置，其特征在于所说的pH控制装置由pH电极(14)和酸碱加样口(18)组成。5、如权利要求2所述的利用农作物生物质制氢及氢能发电装置，其特征在于所说的分解罐的供氧装置由通气管(10)、气体分散头(11)、排气管(20)和溶氧控制系统组成，-->经过滤的空气...
【专利技术属性】
技术研发人员：龙敏南，邬小兵，徐惠娟，陈松岩，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：92[中国|厦门]
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