CN116676165B - 一种分拆式暗发酵生物制氢反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分拆式暗发酵生物制氢反应器，包括反应底罐，所述反应底罐上端设置有制氢收集装置，所述制氢收集装置包括收集主管，所述收集主管上设置有收集支管和收集分管，所述收集分管连接于收集圆形管上，所述收集圆形管上设置有多个第二收集分管，所述第二收集分管连接于所述反应底罐上，所述反应底罐上端设置有多个分体制氢器，所述分体制氢器安装于所述反应底罐上，所述反应底罐内设置有自加温装置，所述自加温装置与制氢信息处理器连接。根据发酵类型和处理器反馈信息进行调控，分批进入下方总反应区，上方分拆为序批式反应罐，单独收集单独进行反应控制，能够适应暗发酵不同阶段反应，系统稳定性大大提高。

Description

一种分拆式暗发酵生物制氢反应器

技术领域

本发明涉及农业工程能源利用技术领域，特别是涉及一种分拆式暗发酵生物制氢反应器。

背景技术

在生物制氢反应器中，发酵类型可分为四类，即丁酸型、丙酸型发酵以及混合酸发酵和乙醇型发酵。

在启动初期，负荷的快速及频繁变动是导致细菌种群发生演替和发酵类型转型的直接影响因子，反应器中的其他生态因子如pH、ORP、碱度等和负荷一起共同引发不同的发酵类型。

有机酸积累抑制是目前暗发酵生物制氢技术难以突破的瓶颈问题。在启动过程中，液相末端产物对产氢发酵存在不同程度的抑制，乙酸作为主要的液相产物对菌群的产氢有较强的抑制作用而乙醇的抑制作用不明显。对于乙醇型发酵产氢反应器来说，若要达到持续高效产氢应避免乙酸的大量积累。当丙酸型发酵向乙醇型发酵的演替过程极其缓慢，当发酵生物制氢反应器在运行中发生丙酸型发酵时应首先考虑重新启动反应器。

参与暗发酵的微生物有兼性和专性厌氧菌、纯菌（分离菌株）、混合菌（来自厌氧消化污泥、堆肥土壤等）、嗜热和中温微生物。与混合菌发酵相比，使用纯菌发酵的主要优势是生产率更高，但是存在污染、保存过程中代谢途径改变和突变等问题。

综上，暗发酵反应器酸化和菌种活性是阻碍暗发酵生物制氢产业化的主要难题，由于生物制氢反应机理复杂、控制指标繁多、系统稳定性差、菌种活性和丰度影响因素多等等问题，目前市面上对于精细控制的生物制氢反应器需求迫切。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分拆式暗发酵生物制氢反应器，以解决上述背景技术中提出的问题，可以同步制备，根据发酵类型进行调控，调控完备后进入下方总反应区。上方分拆为序批式反应罐，单独收集单独进行参数控制，可以用于初期启动调控，还可以对下方总反应区进行调控，通过上方分拆式反应罐进行定向菌群和底物培养。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种分拆式暗发酵生物制氢反应器，包括反应底罐，所述反应底罐上端设置有制氢收集装置，所述制氢收集装置包括收集主管，所述收集主管上设置有收集支管和收集分管，所述收集分管连接于收集圆形管上，所述收集圆形管上设置有多个第二收集分管，所述第二收集分管连接于所述反应底罐上，所述反应底罐上端设置有多个分体制氢器，所述分体制氢器安装于所述反应底罐上，所述反应底罐内设置有自加温装置，所述自加温装置转动连接于所述反应底罐的底座上，所述自加温装置包括搅拌轴，所述搅拌轴安装于所述底座上，所述搅拌轴上设置有搅拌笼，所述搅拌笼上端设置有分体制氢器，所述搅拌笼周圈处设置有摩擦板，所述摩擦板安装于所述搅拌笼与所述反应底罐之间，所述自加温装置与制氢信息处理器连接。

优选的，所述分体制氢器包括分体制氢罐和分体转座，所述分体制氢罐下端连接分体转座，所述分体转座上设置有固定杆，所述固定杆设置于所述分体制氢罐内部，所述固定杆上端连接于所述收集分管上。

优选的，所述固定杆上设置有自加热装置，所述自加热装置包括加热支框，所述加热支框边沿设置有生热板，所述生热板与所述分体制氢罐内壁转动连接。

优选的，所述搅拌笼上端设置有多个转动座，所述转动座转动连接所述分体转座，所述分体转座与所述转动座之间设置有穿孔，所述穿孔连接所述分体制氢罐和反应底罐。

优选的，所述分体制氢罐内设置有温度传感器，所述温度传感器连接制氢信息处理器，所述制氢信息处理器控制所述搅拌轴连接的搅拌电机转速。

优选的，所述分体制氢罐上端转动连接于所述收集分管上，所述收集分管下端设置有收集罩，所述收集罩内安装有转动轴，所述转动轴上端连接于所述收集分管上端支架上，所述上端支架固定于所述收集分管内壁上，所述转动轴与所述分体制氢罐上端的啮合转座转动连接，所述转动轴与所述啮合转座形成啮合体，所述啮合体与所述收集罩之间空间形成环形通道。

优选的，所述转动轴上设置有控制鳃环，所述控制鳃环与所述收集支管压力传感器连接，所述控制鳃环能够关闭或开启所述分体制氢罐与所述收集分管之间环形通道。

优选的，所述控制鳃环包括鳃体和推环，所述鳃体设置于所述转动轴周圈处，所述推环设置于所述鳃体上方，所述推环上设置有气动推板，所述推环与所述鳃体推动连接，所述气动推板与所述压力传感器连接，所述压力传感器与制氢信息处理器连接。

优选的，所述反应底罐中心位置设置有加料装置，所述加料装置包括加料管，所述加料管上端连接多个进料管，所述进料管上设置有加压阀，所述加料管侧面和下端分别设置有喷射装置。

优选的，所述喷射装置包括横向喷射管和下喷射管，所述横向喷射管对称设置与所述加料管两侧，所述下喷射管设置于所述加料管下端，所述横向喷射管下端设置有倾斜板，所述下喷射管两侧设置有倾斜挡板。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

①本专利采用分拆式暗发酵生物制氢反应器，可以同步制备，根据发酵类型进行调控，调控完备后进入下方总反应区。上方分拆为序批式反应罐，单独收集单独进行参数控制。

②本系统不仅可以用于初期启动调控，还可以对下方总反应区进行调控，通过上方分拆式反应罐进行定向菌群和底物培养。

③由于生物制氢产氢机理复杂，对于各环节调控非常多，该系统灵活运用。可介入生物制氢反应器的各个阶段。增强系统稳定性。可用于高校实验室研究还可用于生产性生物制氢。每个舱室都设置固液取样口，可分级取样。

④暗发酵制氢对微生物生长要求高，一般是需要外接电源加热，本反应器是采用自发热系统，有机固废制氢的同时兼顾节能降耗。

附图说明

图1为本发明分拆式暗发酵生物制氢反应器整体结构原理示意图。

图2为本发明自加温装置结构原理示意图。

图3为本发明控制鳃环结构原理示意图。

图4为本发明分体制氢器结构原理示意图。

图5为本发明喷射装置结构原理示意图。

图6为本发明自加热装置结构原理示意图。

附图标记：1、反应底罐，2、制氢收集装置，3、收集主管，4、收集支管，5、收集分管，6、收集圆形管，7、第二收集分管，8、分体制氢器，9、自加温装置，10、底座，11、搅拌轴，12、搅拌笼，13、摩擦板，14、制氢信息处理器，15、分体制氢罐，16、分体转座，18、固定杆，19、自加热装置，20、加热支框，21、生热板，22、转动座，23、穿孔，24、温度传感器，25、搅拌电机，26、收集罩，27、转动轴，28、上端支架，29、啮合转座，30、鳃体，31、推环，32、气动推板，33、压力传感器，34、加料装置，35、加料管，36、进料管，37、加压阀，38、喷射装置，39、横向喷射管，40、下喷射管，41、倾斜板，42、倾斜挡板，43、控制鳃环。

具体实施方式

下面内容结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

实施例

一种分拆式暗发酵生物制氢反应器，包括反应底罐1，所述反应底罐1上端设置有制氢收集装置2，所述制氢收集装置2包括收集主管3，所述收集主管3上设置有收集支管4和收集分管5，所述收集分管5连接于收集圆形管6上，所述收集圆形管6上设置有多个第二收集分管7，所述第二收集分管7连接于所述反应底罐1上，所述反应底罐1上端设置有多个分体制氢器8，所述分体制氢器8安装于所述反应底罐1上，所述反应底罐1内设置有自加温装置9，所述自加温装置9转动连接于所述反应底罐1的底座10上，所述自加温装置9包括搅拌轴11，所述搅拌轴11安装于所述底座10上，所述搅拌轴11上设置有搅拌笼12，所述搅拌笼12上端设置有分体制氢器8，所述搅拌笼12周圈处设置有摩擦板13，所述摩擦板13安装于所述搅拌笼12与所述反应底罐1之间，所述自加温装置9与制氢信息处理器14连接；通过搅拌轴11的转动能够带动摩擦板进行摩擦加温，提高底罐的反应效率，实现生物反应的温度要求，不需要额外的添加温度，同时通过摩擦板进行升温温度上升均匀，对生物存活较为有利，提升了反应环境的适宜性。

所述分体制氢器8包括分体制氢罐15和分体转座16，所述分体制氢罐15下端连接分体转座16，所述分体转座16上设置有固定杆18，所述固定杆18设置于所述分体制氢罐15内部，所述固定杆18上端连接于所述收集分管5上；通过分体制氢器8能够转动制氢罐，提升制氢罐的转动效率。

所述固定杆18上设置有自加热装置19，所述自加热装置19包括加热支框20，所述加热支框20边沿设置有生热板21，所述生热板21与所述分体制氢罐15内壁转动连接；生热板21能够带动分体制氢罐内部升温，提升发酵效率，进一步加快反应的速度。

所述搅拌笼12上端设置有多个转动座22，所述转动座22转动连接所述分体转座16，所述分体转座16与所述转动座22之间设置有穿孔23，所述穿孔23连接所述分体制氢罐15和反应底罐1，在反应过程中为保证反应的效率，通过不断的搅拌转动，提升反应微生物的接触面积，大大提高制氢量，同时提升单位时间内的制氢速度。

所述分体制氢罐15内设置有温度传感器24，所述温度传感器24连接制氢信息处理器14，所述制氢信息处理器14控制所述搅拌轴11连接的搅拌电机25转速；通过温度传感器24完成对分体制氢罐15的温度控制，制定最适应微生物生存的温度，将温度控制在32-37℃，能够更好的提升制氢量。

所述分体制氢罐15上端转动连接于所述收集分管5上，所述收集分管5下端设置有收集罩26，所述收集罩26内安装有转动轴27，所述转动轴27上端连接于所述收集分管5上端支架28上，所述上端支架28固定于所述收集分管5内壁上，所述转动轴27与所述分体制氢罐15上端的啮合转座29转动连接，所述转动轴27与所述啮合转座29形成啮合体，所述啮合体与所述收集罩26之间空间形成环形通道；通过收集罩的设计能够使分体制氢罐在转动动轴上转动，在转动过程中保证制氢量在大幅提升的同时，通过环形通道将氢气收集至收集分管5内，通过收集分管完成对氢气的收集。

所述转动轴27上设置有控制鳃环43，所述控制鳃环43与所述收集支管4压力传感器连接，所述控制鳃环43能够关闭或开启所述分体制氢罐15与所述收集分管5之间环形通道；控制鳃环43能够提升氢气的收集效率，在进行制氢过程中通过关闭鳃环完成微生物的制氢工作，同时能够提升制氢量在分体罐内的压力，同时在开启鳃环时氢气迅速大量进入收集支管，提升氢气的收集能力，同时防止氢气的泄漏。

所述控制鳃环43包括鳃体30和推环31，所述鳃体30设置于所述转动轴27周圈处，所述推环31设置于所述鳃体30上方，所述推环31上设置有气动推板32，所述推环31与所述鳃体30推动连接，所述气动推板32与所述压力传感器33连接，所述压力传感器33与制氢信息处理器14连接；鳃环能够在推环的作用将鳃体下降进行密封，提升暗发酵的反应效率，完成对制氢的速度。

所述反应底罐1中心位置设置有加料装置34，所述加料装置34包括加料管35，所述加料管35上端连接多个进料管36，所述进料管36上设置有加压阀37，所述加料管35侧面和下端分别设置有喷射装置38；加料装置能够提升微生物的反应效率，提高反应的制氢量，保证微生物液体的充分利用。

所述喷射装置38包括横向喷射管39和下喷射管40，所述横向喷射管39对称设置与所述加料管35两侧，所述下喷射管40设置于所述加料管35下端，所述横向喷射管39下端设置有倾斜板41，所述下喷射管40两侧设置有倾斜挡板42，通过横向喷射管39和下喷射管40能够将反应料喷射进分体罐内，完成对分体罐内的加料喷射，同时喷射强度能够进入微生物液体底部，提升微生物的反应，大大提高接触面积。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换均视为在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种分拆式暗发酵生物制氢反应器，包括反应底罐，其特征在于，所述反应底罐上端设置有制氢收集装置，所述制氢收集装置包括收集主管，所述收集主管上设置有收集支管和收集分管，所述收集分管连接于收集圆形管上，所述收集圆形管上设置有多个第二收集分管，所述第二收集分管连接于所述反应底罐上，所述反应底罐上端设置有多个分体制氢器，所述分体制氢器安装于所述反应底罐上，所述反应底罐内设置有自加温装置，所述自加温装置转动连接于所述反应底罐的底座上，所述自加温装置包括搅拌轴，所述搅拌轴安装于所述底座上，所述搅拌轴上设置有搅拌笼，所述搅拌笼上端设置有分体制氢器，所述搅拌笼周圈处设置有摩擦板，所述摩擦板安装于所述搅拌笼与所述反应底罐之间，所述自加温装置与制氢信息处理器连接；

所述分体制氢器包括分体制氢罐和分体转座，所述分体制氢罐下端连接分体转座，所述分体转座上设置有固定杆，所述固定杆设置于所述分体制氢罐内部，所述固定杆上端连接于所述收集分管上；

所述固定杆上设置有自加热装置，所述自加热装置包括加热支框，所述加热支框边沿设置有生热板，所述生热板与所述分体制氢罐内壁转动连接；

所述分体制氢罐上端转动连接于所述收集分管上，所述收集分管下端设置有收集罩，所述收集罩内安装有转动轴，所述转动轴上端连接于所述收集分管上端支架上，所述上端支架固定于所述收集分管内壁上，所述转动轴与所述分体制氢罐上端的啮合转座转动连接，所述转动轴与所述啮合转座形成啮合体，所述啮合体与所述收集罩之间空间形成环形通道；

所述转动轴上设置有控制鳃环，所述控制鳃环与所述收集支管压力传感器连接，所述控制鳃环能够关闭或开启所述分体制氢罐与所述收集分管之间环形通道；

所述控制鳃环包括鳃体和推环，所述鳃体设置于所述转动轴周圈处，所述推环设置于所述鳃体上方，所述推环上设置有气动推板，所述推环与所述鳃体推动连接，所述气动推板与所述压力传感器连接，所述压力传感器与制氢信息处理器连接。

2.根据权利要求1 所述的一种分拆式暗发酵生物制氢反应器，其特征在于，所述搅拌笼上端设置有多个转动座，所述转动座转动连接所述分体转座，所述分体转座与所述转动座之间设置有穿孔，所述穿孔连接所述分体制氢罐和反应底罐。

3.根据权利要求 1 所述的一种分拆式暗发酵生物制氢反应器，其特征在于，所述分体制氢罐内设置有温度传感器，所述温度传感器连接制氢信息处理器，所述制氢信息处理器控制所述搅拌轴连接的搅拌电机转速。

4.根据权利要求 1 所述的一种分拆式暗发酵生物制氢反应器，其特征在于，所述反应底罐中心位置设置有加料装置，所述加料装置包括加料管，所述加料管上端连接多个进料管，所述进料管上设置有加压阀，所述加料管侧面和下端分别设置有喷射装置。

5.根据权利要求4所述的一种分拆式暗发酵生物制氢反应器，其特征在于，所述喷射装置包括横向喷射管和下喷射管，所述横向喷射管对称设置与所述加料管两侧，所述下喷射管设置于所述加料管下端，所述横向喷射管下端设置有倾斜板，所述下喷射管两侧设置有倾斜挡板。