【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种生物制氢反应设备，具体涉及到以秸秆为底物进行高效酶解糖化产氢装置及产氢方法。
技术介绍
1、氢能是清洁、高能量密度的理想燃料，其中，生物制氢是一种节约成本、方便灵活的制氢技术，是微生物利用有机底物通过发酵方式实现的氢能生产的过程。以木质纤维素为主要成分的秸秆被广泛认为是生物制氢的理想原料，利用秸秆木质纤维素生物质制备含糖水解液并投入后端厌氧发酵制氢工艺已被证实有良好的应用前景。在利用纤维素酶制备糖化液的阶段，预处理后的秸秆颗粒与酶解液混合，形成的固液混合物酶解体系。由于水的传质和润滑作用，酶水解体系中游离水的量对酶水解糖化效率有着重要的影响。水作为酶解液态体系的溶解介质和产物传输介质，可促进纤维素酶水解秸秆类木质纤维素，提高产糖效率。同时水可以增加底物颗粒之间的润滑作用，减小体系粘度，从而降低搅拌所需的能量输入。然而在目前的纤维素酶水解制备糖化液的过程中，随着秸秆底物投加量的增加，存在于酶水解体系中游离水的百分含量减少，形成粘滞性不断加大的固液混合物。因此，随着底物浓度的增加，酶水解糖化效率急剧下降，还原糖产量下降，进而影响后续产氢效率。此外，在形成酶解液后，以酶解液为直接底物进行产氢的过程中，产氢细菌生物量流失以及酶解液与产氢细菌接触时间不足也是导致产氢效率降低的重要原因。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决酶解过程中秸秆颗粒固体与酶液形成的固液混合物粘性增高，导致的糖化效率不充分及产氢阶段生物量流失、产氢细菌与底物接触不充分的问题，由此提供了一种内部
2、本专利技术三相传送式秸秆颗粒酶解多级发酵产氢装置包括碾磨机、菌液贮存罐、预处理罐、紫外除菌灯、布流传送带、贮水室、固液分离器、多级发酵产氢室、产氢填料、储氢罐和酶解室，在预处理罐的上部设置有碾磨机和菌液贮存罐，碾磨机的下料口与预处理罐的秸秆原料进口相通，菌液贮存罐内装有白腐真菌水溶液，菌液贮存罐的出液口通过第一连接管与预处理罐的进液口相通；
3、位于预处理罐底部的下料口与除菌箱相连通，自动下料门设置在下料口上，除菌箱内设置有紫外除菌灯，第二连接管的一端与除菌箱的出口相连，第二连接管的另一端与酶解室的进口相连，酶解室通过固液分离器分隔成左侧的酶解区和右侧的混合室，布流传送带设置在酶解区内，在布流传送带上设置有多个附着有酶解细菌的海绵状载体，混合室的进水口通过第三连接管与贮水室相连通，混合室的出水口经第四连接管与多级发酵产氢室的进口相连，沿多级发酵产氢室的高度方向设置有多级产氢生物填料，气管的一端与多级发酵产氢室的出气口相连，气管的另一端与储氢罐的进气口相连。
4、本专利技术采用三相传送式秸秆颗粒酶解多级发酵产氢装置进行发酵产氢的方法按照以下步骤实现：
5、一、将秸秆加入到碾磨机中碾碎成秸秆颗粒，秸秆颗粒进入预处理罐中，菌液贮存罐内的白腐真菌水溶液流入预处理罐中和秸秆颗粒混合均匀脱除木质素，得到预处理的秸秆颗粒混合物；
6、二、预处理的秸秆颗粒混合物经过自动下料门进入除菌箱中进行紫外除菌，得到除菌后的秸秆颗粒混合物；
7、三、除菌后的秸秆颗粒混合物通过第二连接管流入酶解室的酶解区内，布流传送带转动，通过布流传送带上海绵状载体接种的酶解细菌进行酶解处理，得到酶解液，上层含水较高的酶解液经固液分离器后流入混合室，向混合室中加水混合，得到酶解混合液；
8、四、酶解混合液通过第四连接管进入多级发酵产氢室内部，多级发酵产氢室为厌氧环境，酶解混合液经多级产氢生物填料进行发酵制氢；
9、五、多级发酵产氢室产生的氢气经过气管进入储氢罐贮存，完成发酵产氢。
10、本专利技术预处理后的秸秆颗粒混合物经除菌箱流入酶解腔中，经过自动传送带进行布流，进行酶解。在布流传送带表面设置有海绵状载体，海绵状载体负载酶解菌系。布流传送带带动海绵状载体运动，使得酶解细菌与秸秆颗粒充分接触，酶解糖化效率得到提升，克服了一般中试、工程运行中糖化效率难以超越60％的情况。此外，构建多级填料制氢设备，提高制氢效率。通过设置布流传送带和多级填料，在提高酶解糖化效率的同时又保证了产氢体系内的生物持有量，协同强化产氢效率。
11、本专利技术三相传送式秸秆颗粒酶解多级发酵产氢装置及其发酵产氢方法包含以下有益效果：
12、1、在本设备中的预处理阶段设置了碾磨机，将秸秆碾碎成秸秆颗粒，增大白腐真菌菌液和秸秆颗粒的混合程度。
13、2、后续的酶解阶段采用了布流传送带并在布流传送带后置固液分离器，提高了酶解细菌对秸秆颗粒的生物可及性，提高酶解效率，采用自动化设备提高了机器运行效率，避免了一般产氢反应设备过程中秸秆固体与酶解液混合后液体粘性增加，导致酶解糖化效率降低的现象的发生。
14、3、当酶解糖化糊浆累积到一定程度，便从固液分离器溢出，进入固液分离器右端的混合室中，在混合室中加水混合得到酶解混合液。
15、4、产氢罐内搭建氢生物填料，为产氢微生物提供稳定附着载体，避免微生物流失。糖化液从底端克服重力和填料的阻力作用，向上升流与生物填料充分接触，避免糖化液粘滞系数导致的产氢细菌和糖化液接触时间短、糖化液利用效率低的情况的发生。
16、5、填料之间有缓冲区，避免糖化液流速过慢降低产氢效率。氢气从顶端出气口流出，经过单向阀，进入氢氧化钠吸收区，去除剩余的水分和二氧化碳。干燥后的氢气进入储氢罐内储存。
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1.三相传送式秸秆颗粒酶解多级发酵产氢装置，其特征在于该三相传送式秸秆颗粒酶解多级发酵产氢装置包括碾磨机(1)、菌液贮存罐(2)、预处理罐(3)、紫外除菌灯(5)、布流传送带(6)、贮水室(12)、固液分离器(13)、多级发酵产氢室(14)、产氢填料(15)、储氢罐(17)和酶解室(18)，在预处理罐(3)的上部设置有碾磨机(1)和菌液贮存罐(2)，碾磨机(1)的下料口与预处理罐(3)的秸秆原料进口相通，菌液贮存罐(2)内装有白腐真菌水溶液，菌液贮存罐(2)的出液口通过第一连接管(21)与预处理罐(3)的进液口相通；
2.根据权利要求1所述的三相传送式秸秆颗粒酶解多级发酵产氢装置，其特征在于在第一连接管(21)、第二连接管(20)和第三连接管(22)上均设置有单向阀(11)和动力泵(10)。
3.根据权利要求1所述的三相传送式秸秆颗粒酶解多级发酵产氢装置，其特征在于在预处理罐(3)中设置有螺旋搅拌桨(4)。
4.根据权利要求1所述的三相传送式秸秆颗粒酶解多级发酵产氢装置，其特征在于在预处理罐(3)和多级发酵产氢室(14)的外部均覆盖有保温层(1
5.根据权利要求1所述的三相传送式秸秆颗粒酶解多级发酵产氢装置，其特征在于在气管(23)上设置有气泵(25)、气阀(26)和吸收室(16)。
6.根据权利要求1所述的三相传送式秸秆颗粒酶解多级发酵产氢装置，其特征在于在布流传送带(6)上设置有搅拌桨。
7.应用如权利要求1所述的三相传送式秸秆颗粒酶解多级发酵产氢装置进行发酵产氢的方法，其特征在于发酵产氢的方法按照以下步骤实现：
8.根据权利要求7所述的应用三相传送式秸秆颗粒酶解多级发酵产氢装置进行发酵产氢的方法，其特征在于步骤三中在布流传送带(6)的海绵状载体(6-1)上接种的酶解细菌为绿色木霉菌。
9.根据权利要求7所述的应用三相传送式秸秆颗粒酶解多级发酵产氢装置进行发酵产氢的方法，其特征在于步骤三中控制酶解处理时间为4～8h。
10.根据权利要求7所述的应用三相传送式秸秆颗粒酶解多级发酵产氢装置进行发酵产氢的方法，其特征在于骤四中控制发酵反应时间为6～12h。
...【技术特征摘要】
1.三相传送式秸秆颗粒酶解多级发酵产氢装置，其特征在于该三相传送式秸秆颗粒酶解多级发酵产氢装置包括碾磨机(1)、菌液贮存罐(2)、预处理罐(3)、紫外除菌灯(5)、布流传送带(6)、贮水室(12)、固液分离器(13)、多级发酵产氢室(14)、产氢填料(15)、储氢罐(17)和酶解室(18)，在预处理罐(3)的上部设置有碾磨机(1)和菌液贮存罐(2)，碾磨机(1)的下料口与预处理罐(3)的秸秆原料进口相通，菌液贮存罐(2)内装有白腐真菌水溶液，菌液贮存罐(2)的出液口通过第一连接管(21)与预处理罐(3)的进液口相通；
2.根据权利要求1所述的三相传送式秸秆颗粒酶解多级发酵产氢装置，其特征在于在第一连接管(21)、第二连接管(20)和第三连接管(22)上均设置有单向阀(11)和动力泵(10)。
3.根据权利要求1所述的三相传送式秸秆颗粒酶解多级发酵产氢装置，其特征在于在预处理罐(3)中设置有螺旋搅拌桨(4)。
4.根据权利要求1所述的三相传送式秸秆颗粒酶解多级发酵产氢装置，其特征在于在预处理罐(3)和多...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁杰，任南琪，刘冰峰，杨珊珊，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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