[發(fā)明專(zhuān)利]一種生物質(zhì)發(fā)酵制混合氫烷的系統(tǒng)及生產(chǎn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210161121.5
• 申請(qǐng)日: 2012-05-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103421678A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 刑新會(huì);劉志丹;張翀;韓冰;郭小汾;王理
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京低碳清潔能源研究所
• 主分類(lèi)號(hào): C12M1/107
• 分類(lèi)號(hào): C12M1/107;C12M1/02;C12P3/00;C12P5/02;C02F11/04;C05F5/00
• 代理公司: 北京市中咨律師事務(wù)所 11247
• 代理人: 唐秀玲;林柏楠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種生物質(zhì)發(fā)酵制混合氫烷的系統(tǒng)及生產(chǎn)方法，特別是，涉及一種通過(guò)厭氧生物發(fā)酵用生物質(zhì)制氫氣/甲烷混合比特定的混合氫烷的系統(tǒng)及生產(chǎn)方法。

背景技術(shù)

至今，化石能源仍是我國(guó)能源主體，但高質(zhì)量的石油天然氣探明儲(chǔ)量及開(kāi)采數(shù)量均遠(yuǎn)不能滿足今后的能源需求，而煤炭則熱值低、污染重，不宜再加大在能源使用中的比例。相對(duì)地，生物質(zhì)資源豐富，據(jù)估算全球每年通過(guò)光合作用約積累2200億噸生物質(zhì)，并且生物質(zhì)能可通過(guò)生物或化學(xué)的方法經(jīng)氣化或液化而轉(zhuǎn)化成高質(zhì)量能源，這樣既開(kāi)發(fā)了可用新能源又降低了環(huán)境污染，因此，生物質(zhì)能源為化石能源的潛在和有效的替代能源。

近年來(lái)，對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行厭氧生物發(fā)酵生產(chǎn)氫氣和甲烷的技術(shù)成為能源領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，特別是，生物質(zhì)制氫氣/甲烷混合氫烷成為繼生物質(zhì)制天然氣之后的第二代生物質(zhì)制氣體燃料。一般而言，生物質(zhì)制氫主要包括光驅(qū)動(dòng)制氫和發(fā)酵制氫，其中光合制氫對(duì)環(huán)境影響較大，工業(yè)應(yīng)用受到限制，而發(fā)酵制氫則是通過(guò)中間微生物群落-產(chǎn)氫菌、特別是產(chǎn)氫產(chǎn)酸菌在酸性介質(zhì)中發(fā)酵和分解有機(jī)物，從而產(chǎn)生氫氣。通過(guò)微生物發(fā)酵制甲烷的過(guò)程由水解液化、產(chǎn)氫產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷三個(gè)階段組成，在實(shí)際甲烷發(fā)酵體系中，使用較多的是厭氧顆粒泥等混合菌群體系，整個(gè)厭氧消化過(guò)程是一個(gè)菌群間相互作用、相互制約的動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程。

實(shí)際上，很多研究已對(duì)用生物質(zhì)生產(chǎn)氫氣和甲烷的系統(tǒng)及方法進(jìn)行了改進(jìn)，例如CN101492696A公開(kāi)了一種市政污泥和垃圾混合發(fā)酵生產(chǎn)氫氣和甲烷的方法，其中處理工藝包括：加熱處理、堿解反應(yīng)、產(chǎn)氫反應(yīng)和產(chǎn)甲烷反應(yīng)，其具體過(guò)程如下：將厭氧消化污泥風(fēng)干、磨碎、過(guò)篩后，在105℃下加熱處理2小時(shí)，殺滅非芽胞菌/產(chǎn)甲烷菌，而后加入營(yíng)養(yǎng)液并調(diào)節(jié)pH值，活化24小時(shí)；將上述污泥、垃圾和石灰裝入堿解反應(yīng)器中進(jìn)行堿解反應(yīng)；隨后將堿解后的混合物按順序送入制氫反應(yīng)器和制甲烷反應(yīng)器中，其中制氫反應(yīng)器和制甲烷反應(yīng)器的溫度為30～60℃。

CN1330768C公開(kāi)了制甲烷和氫氣的系統(tǒng)以及生產(chǎn)方法，在該發(fā)明中，制甲烷和氫氣的生產(chǎn)裝置都是連續(xù)攪拌式釜式反應(yīng)器，其可用包括城市垃圾在內(nèi)的有機(jī)物生產(chǎn)氫氣，并用生產(chǎn)氫氣之后的殘余物料生產(chǎn)甲烷和復(fù)合肥，其生產(chǎn)方法包括：制氫過(guò)程，使上述原料在產(chǎn)氫菌存在下和溫度為30～55℃、pH值為4.5～7的條件下進(jìn)行厭氧發(fā)酵反應(yīng)，以制備氫氣，時(shí)間為1～4天；和制甲烷過(guò)程，使上述制氫過(guò)程后的殘余物料在溫度為35～55℃，pH值為7～7.5的條件下進(jìn)行發(fā)酵反應(yīng)，以制備甲烷，反應(yīng)時(shí)間為10～20天。

CN101289672B公開(kāi)了一種經(jīng)厭氧發(fā)酵和生物降解由木質(zhì)纖維制氫氣和甲烷的方法，該發(fā)明對(duì)難處理的木質(zhì)纖維進(jìn)行了蒸汽爆破預(yù)處理，隨后向蒸汽爆破處理物中接入?yún)捬跷勰啵M(jìn)行厭氧培養(yǎng)，蒸汽爆破預(yù)處理?xiàng)l件為：壓力為1-3MPa、時(shí)間為1-30min，在第一階段的厭氧培養(yǎng)中，熱處理后的厭氧污泥與木質(zhì)纖維的質(zhì)量比為1～2∶1；培養(yǎng)條件為：氧化還原電位為-200～-250mV，pH為5.5～6.5，溫度為35～40℃，培養(yǎng)時(shí)間為3～6天；在第二階段的厭氧培養(yǎng)中，厭氧污泥與木質(zhì)纖維的質(zhì)量比為1～2∶1；培養(yǎng)條件為：氧化還原電位為-600～-300mV，pH為7.5～9.0，溫度為35～40℃，培養(yǎng)時(shí)間為5～7天。

CN101760481A公開(kāi)了一種纖維廢棄物發(fā)酵制氫氣和/或甲烷的方法及裝置，該發(fā)明在制氫發(fā)酵混合物中接入嗜熱菌種子液，而其嗜熱菌包括一種菌或兩種菌的混合物，兩種菌的混合比例是5-10∶0-10；其裝置包括高溫制氫反應(yīng)器、緩沖儲(chǔ)液罐和中溫制甲烷反應(yīng)器；其生產(chǎn)方法包括：在混合物中接入嗜熱菌種子液，在55-65℃、pH6.5-7.5的條件下進(jìn)行厭氧發(fā)酵，從而產(chǎn)生氫氣，以及向產(chǎn)氫發(fā)酵液中接入中溫產(chǎn)甲烷污泥，在34-38℃、pH6.5-7.5的條件下進(jìn)行厭氧發(fā)酵，從而進(jìn)一步產(chǎn)生甲烷。

然而，在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，氫氣/甲烷混合氫烷的生產(chǎn)需要各種厭氧發(fā)酵反應(yīng)的協(xié)同作用，上述技術(shù)雖然在聯(lián)產(chǎn)氫氣和甲烷的方法上做出了一些改進(jìn)，但制氫過(guò)程和制甲烷過(guò)程相對(duì)獨(dú)立，存在或能量效率低下、發(fā)酵周期過(guò)長(zhǎng)、過(guò)程系統(tǒng)集成度低、控制困難等問(wèn)題，各自操作溫度或酸堿度又相差較大，需要在兩個(gè)反應(yīng)器之間調(diào)溫、調(diào)酸堿度、進(jìn)行緩沖等操作，因此，在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，各厭氧發(fā)酵反應(yīng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)協(xié)同，所生成的氫氣/甲烷比例無(wú)法固定或?qū)崿F(xiàn)監(jiān)控，所以只能分別設(shè)置相互獨(dú)立的氫氣存儲(chǔ)罐和甲烷存儲(chǔ)罐，因此，現(xiàn)有技術(shù)存在可調(diào)性差、操作復(fù)雜等問(wèn)題，其中因不同生物質(zhì)的組成、性質(zhì)差異較大，對(duì)低品位生物質(zhì)、如木質(zhì)纖維素類(lèi)物質(zhì)的協(xié)同發(fā)酵更是難題。