[實用新型]一種發(fā)酵制氫中氫氣的分離裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220353776.8
• 申請日: 2012-07-20
• 公開（公告）號: CN202657954U
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉振;王鍵吉;常慶輝;陳競一;張輝;孫鮮明;馬建華
• 申請（專利權(quán)）人: 河南科技大學(xué)
• 主分類號: C01B3/50
• 分類號: C01B3/50;B01D61/38
• 代理公司: 洛陽公信知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙) 41120
• 代理人: 李宗虎

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及到微生物發(fā)酵制氫領(lǐng)域，具體的說是一種發(fā)酵制氫中氫氣的分離裝置。

背景技術(shù)

隨著化石能源枯竭、環(huán)境污染加劇，氫能以其熱值高，燃燒后無污染被視為最理想的替代能源。在眾多制氫方法中，厭氧發(fā)酵制氫反應(yīng)條件溫和、設(shè)備簡單，而且可利用的原料來源廣泛，從而受到關(guān)注。如何解決發(fā)酵尾氣中氫氣的分離是發(fā)酵制氫技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵之一。

發(fā)酵尾氣中除了目標(biāo)產(chǎn)物氫氣外，還大量存在副產(chǎn)物二氧化碳，目前的處理方法是通過堿液吸收除去二氧化碳，再經(jīng)過分子篩干燥，工藝復(fù)雜，浪費了堿，又產(chǎn)生了廢液污染，成本也高。傳統(tǒng)的氣體分離方法如深冷分離、變壓吸附等，存在著流程復(fù)雜、能耗高、設(shè)備投資大等缺點。

實用新型內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)在處理發(fā)酵制氫中產(chǎn)生的尾氣時工藝復(fù)雜、設(shè)備投資大、處理成本高的問題，本實用新型提供了一種發(fā)酵制氫中氫氣的分離裝置。

本實用新型為解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案為：一種發(fā)酵制氫中氫氣的分離裝置，主要由尾氣緩沖罐、氣相色譜儀、離子液體支撐液膜和尾氣分離罐組成，所述的離子液體支撐液膜水平設(shè)置在尾氣分離罐的內(nèi)部，且離子液體支撐液膜將尾氣分離罐分隔成下部的進氣側(cè)氣體腔和上部的透過側(cè)氣體腔兩個單獨的腔室，其中，透過側(cè)氣體腔的頂部設(shè)有透過側(cè)氣體出口，進氣側(cè)氣體腔底部的兩端分別設(shè)有進氣側(cè)氣體出口和進氣側(cè)氣體入口，進氣側(cè)氣體入口通過管道與尾氣緩沖罐底部的發(fā)酵尾氣出口連接，尾氣緩沖罐的外部包覆有加熱帶，尾氣緩沖罐的頂部設(shè)有發(fā)酵尾氣入口；所述氣相色譜儀的進樣系統(tǒng)分別與透過側(cè)氣體腔和尾氣緩沖罐內(nèi)連通，尾氣緩沖罐和進氣側(cè)氣體腔上均設(shè)有壓力表和PID溫控儀。

利用所述的分離裝置分離發(fā)酵制氫產(chǎn)生的尾氣中氫氣的方法，包括以下步驟：

1）制備離子液體支撐液膜

先將孔徑為0.1-1微米的高分子膜放在壓膜器中，再將離子液體注入壓膜器中并使其液面高出膜面4-5cm，在液面上方通過惰性氣體施加1.5-2Kgf/cm²的壓力，同時保持膜面下方的真空度為0.04-0.06Mpa，使離子液體在壓力作用下進入膜孔，并流出壓膜器；

重復(fù)上述加入離子液體、上部施壓、下部抽真空的操作2-8次，然后取出高分子膜并在真空度為0.02-0.08MPa、溫度為60-90℃的條件下真空干燥6-24小時，即制得離子液體支撐液膜；

所述的高分子膜為聚乙烯膜、聚砜膜、聚丙烯腈膜或聚酰亞胺膜；

所述的離子液體，其陽離子為烷基咪唑基團或烷基吡啶基團，陰離子為甲酸根、乙酸根、氟硼酸根或氟磷酸根；

2）將步驟1制得的離子液體支撐液膜放入權(quán)利要求1所述的分離裝置中，然后打開尾氣緩沖罐外部包覆的加熱帶，通過PID溫控儀監(jiān)控尾氣緩沖罐內(nèi)部的溫度變化，并保持尾氣緩沖罐內(nèi)溫度為20-60℃；

3）通過發(fā)酵尾氣入口向尾氣緩沖罐內(nèi)持續(xù)通入發(fā)酵尾氣，當(dāng)壓力表顯示尾氣緩沖罐內(nèi)壓強為50-200KPa時，打開尾氣緩沖罐上的發(fā)酵尾氣出口，使尾氣緩沖罐內(nèi)的發(fā)酵尾氣依次通過發(fā)酵尾氣出口和管道進入到尾氣分離罐內(nèi)的進氣側(cè)氣體腔中；

4）當(dāng)壓力表監(jiān)測到進氣側(cè)氣體腔內(nèi)的壓強為40-100KPa時，打開進氣側(cè)氣體腔上的進氣側(cè)氣體出口和透過側(cè)氣體腔上的透過側(cè)氣體出口，并通過氣相色譜儀檢測透過側(cè)氣體腔內(nèi)的氣體成分以判定分離出的氫氣的出口，然后在進氣側(cè)氣體出口處或透過側(cè)氣體出口處收集逸出的氫氣。

所述的高分子膜優(yōu)選為聚砜膜或聚丙烯腈膜；所述的離子液體優(yōu)選為1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸離子液或1-丁基-3-甲基咪唑甲酸離子液。

本實用新型利用氫氣和二氧化碳在離子液體中滲透能力的差異實現(xiàn)氫氣和二氧化碳的分離，同時，氫氣與二氧化碳的在離子液體的滲透能力受溫度、壓力、離子液體的結(jié)構(gòu)等多方面的影響：

為了提高離子液體支撐液膜的分離效果，不僅需要保證進氣側(cè)氣體腔內(nèi)的氣體壓力，同時也盡可能的減小離子液體支撐液膜前后的壓力差，因此，在透過側(cè)氣體腔上也設(shè)有用于監(jiān)控內(nèi)部壓力變化的壓力表；

壓力是最重要的控制參數(shù)，它不僅與離子液體支撐液膜穩(wěn)定性密切相關(guān)，壓力過高會破壞液膜，同時還影響離子液體液膜的分離能力，壓力過高或過低液膜的分離選擇性都會下降，因此，需要在透過側(cè)氣體腔和進氣側(cè)氣體腔上設(shè)置壓力表，以便監(jiān)控內(nèi)部壓力變化并及時調(diào)整；

由于發(fā)酵過程氣體的產(chǎn)生速度是不一樣的，直接進入膜分離裝置，進氣壓力不能保持恒定，因此需要設(shè)置尾氣緩沖罐，使進氣壓力保持在一定范圍；