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一种利用秸秆制备氢气的方法

阅读:447发布:2024-01-10

专利汇可以提供一种利用秸秆制备氢气的方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种利用秸秆制备氢气的方法,在传统工艺的 基础 上,在驯化 瘤胃 微 生物 阶段不但使用了瘤胃微生物,同时还加入了暗细菌和 纤维 素酶,加快秸秆的降解速度,从而加快了整个反应过程中秸秆的添 加速 度和处理速度,加快了制取氢气的效率,尤其是降解效率达到77‑82%,也有小幅提高。,下面是一种利用秸秆制备氢气的方法专利的具体信息内容。

1.一种利用秸秆制备氢气的方法,其特征在于,具体步骤如下:
A、破碎植物质:将农作物秸秆粉碎,得到秸秆颗粒;
B、驯化瘤胃生物:从反刍动物瘤胃内取出瘤胃微生物接种发酵罐中进行驯化,接种量为发酵罐反应体积的6-10%,该发酵罐中盛有秸秆颗粒和矿物质缓冲液,并加入暗细菌和纤维素酶;
C、启动消化反应器:将驯化后的瘤胃微生物接种到厌氧消化反应器,通入5-10倍于反应器体积的惰性气体去除残余的氧气,维持反应区温度50-60℃,pH为5.0-5.5,搅拌速率为180-200转/分钟,秸秆经佩芬缓冲液稀释后的浓度为100-120g/L;当反应区内微生物浓度达到2.0g/L以上并保持稳定运行2周,则厌氧消化反应器启动完成;
D、植物质的酸化并收集含氢气气体:达到稳定状态的厌氧消化反应器,根据秸秆添加速率的不同相应调整缓冲液稀释的秸秆浓度,秸秆的添加速率变动范围为80-120g/L/d,停留时间为6-10小时,秸秆停留时间为8-12小时,搅拌速率维持在150-200转/分钟,反应区pH范围为5.0-5.5;收集产生的含氢气气体,该气体中氢气含量达到10-30%,经过简单纯化处理得到纯氢气。
2.如权利要求1所述的利用秸秆制备氢气的方法,其特征在于,所述的步骤A中,所述的秸秆颗粒的粒径为1-3mm。
3.如权利要求1所述的利用秸秆制备氢气的方法,其特征在于,所述的瘤胃微生物驯化的条件是:秸秆添加速率为20-40g/L/d,水力停留时间8-12小时,pH为5.0-5.5,温度为45-
50℃,搅拌速率120-150转/分钟,秸秆在反应器内的停留时间8-12小时。
4.如权利要求1所述的利用秸秆制备氢气的方法,其特征在于,所述的步骤B中,暗细菌的接种量为3-5%,纤维素酶的加入量为秸秆质量的0.002-0.005%。

说明书全文

一种利用秸秆制备氢气的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及生物制氢技术领域,尤其涉及一种利用秸秆制备氢气的方法。

背景技术

[0002] 我国每年产生大量的植物质及其废弃物,其中农作物秸秆年产量就在6亿吨以上,约折合3亿吨标准,这是一个巨大的能源储备。每年农村在收获季节都大量焚烧秸秆,既浪费了宝贵而有限的资源,又严重污染了环境。加强废弃资源回收利用和环境保护,有利于促进生态平衡,也是我国经济可持续发展的需要。因此,对植物质废弃物的资源化利用技术的开发具有十分重要的意义。
[0003] 氢气作为一种重要的化工原料,在石油化工、电子工业和中小电厂等许多领域都有广泛的应用。氢气也是一种重要的清洁能源,在航空航天工业中是一种重要的燃料。氢气是能实现污染零排放的清洁能源,因此在未来的电动汽车、公共交通工具和氢能发电中将具有重要的用途。氢气的燃烧值高,是汽油的3倍,酒精的3.9倍;清洁无污染,燃烧过程中只产生,不产生温室气体二和其它对人体有害的物质。
[0004] 现有技术中,氢气的制备包括物理化学方法和生物技术方法两大类。物理化学方法制备氢气技术成熟,是现行主要的氢气制备方法,但其能耗高,成本昂贵。与物理化学方法相比,生物方法制取氢气具有高效、节能、经济等诸多优点而倍受世界各国和众多国际组织的高度重视。
[0005] 中国发明专利CN200410065683.5公开了一种高效利用植物质废弃物制备氢气的方法,该方法利用瘤胃微生物对植物质废弃物进行降解,虽然成本低,效果好,但是耗时过长,为了缩短反应时间,有必要对其做进一步研究。

发明内容

[0006] 基于背景技术存在的技术问题,本发明提出了一种利用秸秆制备氢气的方法。
[0007] 一种利用秸秆制备氢气的方法,具体步骤如下:A、破碎植物质:将农作物秸秆粉碎,得到秸秆颗粒;
B、驯化瘤胃微生物:从反刍动物瘤胃内取出瘤胃微生物接种发酵罐中进行驯化,接种量为发酵罐反应体积的6-10%,该发酵罐中盛有秸秆颗粒和矿物质缓冲液,并加入暗细菌和纤维素酶;
C、启动厌氧消化反应器:将驯化后的瘤胃微生物接种到厌氧消化反应器,通入5-10倍于反应器体积的惰性气体去除残余的氧气,维持反应区温度50-60℃,pH为5.0-5.5,搅拌速率为180-200转/分钟,秸秆经佩芬缓冲液稀释后的浓度为100-120g/L;当反应区内微生物浓度达到2.0g/L以上并保持稳定运行2周,则厌氧消化反应器启动完成;
D、植物质的水解酸化并收集含氢气气体:达到稳定状态的厌氧消化反应器,根据秸秆添加速率的不同相应调整缓冲液稀释的秸秆浓度,秸秆的添加速率变动范围为80-120g/L/d,停留时间为6-10小时,秸秆停留时间为8-12小时,搅拌速率维持在150-200转/分钟,反应区pH范围为5.0-5.5;收集产生的含氢气气体,该气体中氢气含量达到10-30%,经过简单纯化处理得到纯氢气。
[0008] 优选的,所述的步骤A中,所述的秸秆颗粒的粒径为1-3mm。
[0009] 优选的,所述的瘤胃微生物驯化的条件是:秸秆添加速率为20-40g/L/d,水力停留时间8-12小时,pH为5.0-5.5,温度为45-50℃,搅拌速率120-150转/分钟,秸秆在反应器内的停留时间8-12小时。
[0010] 优选的,所述的步骤B中,暗细菌的接种量为3-5%,纤维素酶的加入量为秸秆质量的0.002-0.005%。
[0011] 本方案相比于传统方案的有益之处在于:本发明在传统工艺的基础上,在驯化瘤胃微生物阶段不但使用了瘤胃微生物,同时还加入了暗细菌和纤维素酶,加快秸秆的降解速度,从而加快了整个反应过程中秸秆的添加速度和处理速度,加快了制取氢气的效率,尤其是降解效率达到77-82%,也有小幅提高。

具体实施方式

[0012] 实施例1:一种利用秸秆制备氢气的方法,具体步骤如下:
A、破碎植物质:将农作物秸秆粉碎,得到秸秆颗粒;所述的步骤A中,所述的秸秆颗粒的粒径为1-3mm;
B、驯化瘤胃微生物:从反刍动物瘤胃内取出瘤胃微生物接种到发酵罐中进行驯化,接种量为发酵罐反应体积的6-10%,该发酵罐中盛有秸秆颗粒和矿物质缓冲液,并加入暗细菌和纤维素酶;暗细菌的接种量为3-5%,纤维素酶的加入量为秸秆质量的0.002-0.005%;
所述的瘤胃微生物驯化的条件是:秸秆添加速率为20-40g/L/d,水力停留时间8-12小时,pH为5.0-5.5,温度为45-50℃,搅拌速率120-150转/分钟,秸秆在反应器内的停留时间
8-12小时;
C、启动厌氧消化反应器:将驯化后的瘤胃微生物接种到厌氧消化反应器,通入5-10倍于反应器体积的惰性气体去除残余的氧气,维持反应区温度50-60℃,pH为5.0-5.5,搅拌速率为180-200转/分钟,秸秆经佩芬缓冲液稀释后的浓度为100-120g/L;当反应区内微生物浓度达到2.0g/L以上并保持稳定运行2周,则厌氧消化反应器启动完成;
D、植物质的水解酸化并收集含氢气气体:达到稳定状态的厌氧消化反应器,根据秸秆添加速率的不同相应调整缓冲液稀释的秸秆浓度,秸秆的添加速率变动范围为80-120g/L/d,水力停留时间为6-10小时,秸秆停留时间为8-12小时,搅拌速率维持在150-200转/分钟,反应区pH范围为5.0-5.5;收集产生的含氢气气体,该气体中氢气含量达到10-30%,经过简单纯化处理得到纯氢气。
[0013] 实施例2一种利用秸秆制备氢气的方法,具体步骤如下:
A、破碎植物质:将农作物秸秆粉碎,得到秸秆颗粒;所述的步骤A中,所述的秸秆颗粒的粒径为1-3mm;
B、驯化瘤胃微生物:从反刍动物瘤胃内取出瘤胃微生物接种到发酵罐中进行驯化,接种量为发酵罐反应体积的6-10%,该发酵罐中盛有秸秆颗粒和矿物质缓冲液,并加入暗细菌和纤维素酶;暗细菌的接种量为3-5%,纤维素酶的加入量为秸秆质量的0.002-0.005%;
所述的瘤胃微生物驯化的条件是:秸秆添加速率为20-40g/L/d,水力停留时间8-12小时,pH为5.0-5.5,温度为45-50℃,搅拌速率120-150转/分钟,秸秆在反应器内的停留时间
8-12小时;
C、启动厌氧消化反应器:将驯化后的瘤胃微生物接种到厌氧消化反应器,通入5-10倍于反应器体积的惰性气体去除残余的氧气,维持反应区温度50-60℃,pH为5.0-5.5,搅拌速率为180-200转/分钟,秸秆经佩芬缓冲液稀释后的浓度为100-120g/L;当反应区内微生物浓度达到2.0g/L以上并保持稳定运行2周,则厌氧消化反应器启动完成;
D、植物质的水解酸化并收集含氢气气体:达到稳定状态的厌氧消化反应器,根据秸秆添加速率的不同相应调整缓冲液稀释的秸秆浓度,秸秆的添加速率变动范围为80-120g/L/d,水力停留时间为6-10小时,秸秆停留时间为8-12小时,搅拌速率维持在150-200转/分钟,反应区pH范围为5.0-5.5;收集产生的含氢气气体,该气体中氢气含量达到10-30%,经过简单纯化处理得到纯氢气。
[0014] 实施例3一种利用秸秆制备氢气的方法,具体步骤如下:
A、破碎植物质:将农作物秸秆粉碎,得到秸秆颗粒;所述的步骤A中,所述的秸秆颗粒的粒径为1-3mm;
B、驯化瘤胃微生物:从反刍动物瘤胃内取出瘤胃微生物接种到发酵罐中进行驯化,接种量为发酵罐反应体积的6-10%,该发酵罐中盛有秸秆颗粒和矿物质缓冲液,并加入暗细菌和纤维素酶;暗细菌的接种量为3-5%,纤维素酶的加入量为秸秆质量的0.002-0.005%;
所述的瘤胃微生物驯化的条件是:秸秆添加速率为20-40g/L/d,水力停留时间8-12小时,pH为5.0-5.5,温度为45-50℃,搅拌速率120-150转/分钟,秸秆在反应器内的停留时间
8-12小时;
C、启动厌氧消化反应器:将驯化后的瘤胃微生物接种到厌氧消化反应器,通入5-10倍于反应器体积的惰性气体去除残余的氧气,维持反应区温度50-60℃,pH为5.0-5.5,搅拌速率为180-200转/分钟,秸秆经佩芬缓冲液稀释后的浓度为100-120g/L;当反应区内微生物浓度达到2.0g/L以上并保持稳定运行2周,则厌氧消化反应器启动完成;
D、植物质的水解酸化并收集含氢气气体:达到稳定状态的厌氧消化反应器,根据秸秆添加速率的不同相应调整缓冲液稀释的秸秆浓度,秸秆的添加速率变动范围为80-120g/L/d,水力停留时间为6-10小时,秸秆停留时间为8-12小时,搅拌速率维持在150-200转/分钟,反应区pH范围为5.0-5.5;收集产生的含氢气气体,该气体中氢气含量达到10-30%,经过简单纯化处理得到纯氢气。
[0015] 达到平衡状态时反应区微生物浓度达到8-15g/L。氢气产生效率达到120-140ml/g降解秸秆,产酸效率达到0.5-0.6g有机酸/g秸秆,降解效率达到77-82%。
[0016] 以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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