一种基于无机膜的生物质燃料制氢装置及方法

技术领域

本发明属于生物质制氢技术领域，更具体的说是涉及一种基于无机膜的生物质燃料制氢装置及方法。

背景技术

生物质能源与其他清洁能源相比不仅能够提供稳定的能量输出，而且其作为燃料使用是一种碳平衡过程，释放出来的二氧化碳量等于植物生长过程中通过光合作用所吸收的二氧化碳量，二氧化碳的净排放量近似为零，可以有效缓解温室效应。生物质气化主要生成H

因此，如何提供一种基于无机膜的生物质燃料制氢装置及方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于无机膜的生物质燃料制氢装置及方法，具有可通过多种生物质制备氢气，方便清理生物质材料残余，制备速度快，制备纯度高，不会排出有害废气和废液的优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于无机膜的生物质燃料制氢装置，包括：柜体、第一加料口、第二加料口、粉碎机构、进气管、第一无机多孔膜、排液管、出气管、气体处理装置、氢气输送管、氢气储存罐和电加热管；所述第一加料口设置在柜体的顶部，所述粉碎机构设置在柜体的顶部，所述第二加料口安装在粉碎机构的顶部，所述柜体的一侧与进气管连接，所述第一无机多孔膜水平安装在柜体的内部，所述排液管安装在柜体的一侧，所述出气管一端与柜体连通，另一端与气体处理装置连通，所述氢气输送管一端与气体处理装置连通，另一端与氢气储存罐连通，所述电加热管缠绕在柜体上。

进一步地，所述粉碎机构包括：第一电机、第二电机、电机支架、支撑板、第一粉碎板、第二粉碎板和粉碎杆；所述第一电机和第二电机均通过电机支架架设在柜体的上方，所述第一电机和第二电机高度相同，相对设置，所述支撑板的数量为两块，均安装在柜体的顶部，且位于第一电机和第二电机之间，所述第一粉碎板转动连接在第一电机一侧的支撑板上，所述第二粉碎板转动连接在第二电机一侧的支撑板上，所述第一电机的输出端穿过支撑板与第一粉碎板连接，所述第二电机的输出端穿过支撑板与第二粉碎板连接，所述第一粉碎板和第二粉碎板上均安装有粉碎杆，且粉碎杆以第一粉碎板和第二粉碎板的圆心为中心，环形阵列设置，所述第一粉碎板和第二粉碎板上的粉碎杆交错布置。

进一步地，两块所述支撑板的下侧插接有第一插接板。

进一步地，所述第一加料口的下侧插接有第二插接板。

进一步地，所述第一无机多孔膜安装在框架上，所述柜体的内壁安装有支撑杆，所述支撑杆的一端铰接有滑块，所述滑块滑动连接在第一无机多孔膜底部框架的一端，所述第一无机多孔膜框架的另一端安装有齿轮，所述齿轮位于柜体侧壁的内部，所述齿轮上转动连接有把手，所述把手伸出到柜体的外部，所述柜体侧壁的内部还安装有与齿轮啮合的齿板，所述把手位于柜体内部的部分，底部与弹簧抵接，所述弹簧的另一端与柜体侧壁内部的底侧抵接，所述柜体上转动连接有排污门。

进一步地，所述第一无机多孔膜下侧的柜体内壁上水平安装有第二无机多孔膜。

进一步地，所述氢气输送管上安装有冷却盒。

进一步地，所述柜体的顶部安装有第三电机，所述第三电机的输出端伸入柜体内部，所述第三电机的输出端连接有扇叶。

进一步地，所述气体处理装置包括无机透氧膜反应设备和变压吸附脱碳设备，所述无机透氧膜反应设备与变压吸附脱碳设备连通，所述无机透氧膜反应设备内部竖直安装有无机透氧膜，将无机透氧膜反应设备沿竖直方向一分为二，所述无机透氧膜反应设备顶部一侧安装有充气泵，所述无机透氧膜反应设备底部一侧开设有出气口，所述无机透氧膜反应设备外部同样缠绕有电加热管。

一种基于无机膜的生物质燃料制氢方法，包括以下步骤：

S1、若生物质原料不需粉碎，则通过第一加料口将生物质原料加入到柜体中的第一无机多孔膜上，若生物质原料需要粉碎，则通过第二加料口，将其加入到粉碎机构中进行粉碎，粉碎后的生物质原料会掉落至柜体内部的第一无机多孔膜上；

S2、生物质原料掉落至第一无机多孔膜上后，关闭第一插接板和第二插接板，形成密闭空间，而后打开进气管，通入少量空气后，关闭进气管，电加热管通电，为柜体内部供热，打开第三电机，驱动扇叶转动；

S3、生物质原料分解后产生一氧化碳、氢气、甲烷和二氧化碳混合的气体，关闭第三电机，混合气体自出气管流入无机透氧膜反应设备一侧的腔室中，开启充气泵，启动无机透氧膜反应设备上的电加热管，空气中的氧气经无机透氧膜进入到混合气体所在的腔室中，对混合气体中的甲烷进行处理，而后再经变压吸附脱碳设备回收一氧化碳和二氧化碳后，输出的氢气经氢气输送管流入到氢气储存罐中进行储存；

S4、在进行步骤S3中氢气经氢气输送管流入到氢气储存罐中进行储存的过程中，冷却盒会对氢气进行冷却；

S5、氢气制备完成后，接通排液管，排出经第一无机多孔膜和第二无机多孔膜过滤后的液体，打开排污门，拉动把手，使第一无机多孔膜的一端与排污门的下沿抵接，清理第一无机多孔膜上残留的生物质原料。

本发明的有益效果在于：

本发明结构简单，使用方便，若生物质原料不需粉碎，则通过第一加料口将生物质原料加入到柜体中的第一无机多孔膜上，若生物质原料需要粉碎，则通过第二加料口，将其加入到粉碎机构中进行粉碎，粉碎后的生物质原料会掉落至柜体内部的第一无机多孔膜上；生物质原料掉落至第一无机多孔膜上后，关闭第一插接板和第二插接板，形成密闭空间，而后打开进气管，通入少量空气后，关闭进气管，电加热管通电，为柜体内部供热，打开第三电机，驱动扇叶转动；生物质原料分解后产生一氧化碳、氢气、甲烷和二氧化碳混合的气体，关闭第三电机，混合气体自出气管流入无机透氧膜反应设备一侧的腔室中，开启充气泵，启动无机透氧膜反应设备上的电加热管，空气中的氧气经无机透氧膜进入到混合气体所在的腔室中，对混合气体中的甲烷进行处理，产生一氧化碳和氢气，而后再经变压吸附脱碳设备回收一氧化碳和二氧化碳后，输出的氢气经氢气输送管流入到氢气储存罐中进行储存；冷却盒会对氢气进行冷却；氢气制备完成后，接通排液管，排出经第一无机多孔膜和第二无机多孔膜过滤后的液体，打开排污门，拉动把手，使第一无机多孔膜的一端与排污门的下沿抵接，清理第一无机多孔膜上残留的生物质原料，从而使得本发明具有可通过多种生物质制备氢气，可以针对不同的生物质选择不同的添加方式，参与反应的生物质颗粒小，受热快，方便清理生物质材料残余，制备速度快，制备纯度高，不会排出有害废气和废液，净化后的废液方便收集的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明柜体内部的结构示意图。

图2为本发明柜体外部的结构示意图。

图3为本发明齿轮齿板配合示意图。

图4为本发明排污门的结构示意图。

图5为本发明第一粉碎板的结构示意图。

图6为本发明第二粉碎板的结构示意图。

其中，图中：

1-柜体；2-第一加料口；3-第二加料口；4-进气管；5-第一无机多孔膜；6-排液管；7-出气管；8-气体处理装置；9-氢气输送管；10-氢气储存罐；11-电加热管；12-第一电机；13-第二电机；14-电机支架；15-支撑板；16-第一粉碎板；17-第二粉碎板；18-粉碎杆；19-第一插接板；20-第二插接板；21-支撑杆；22-齿轮；23-齿板；24-把手；25-弹簧；26-排污门；27-第二无机多孔膜；28-冷却盒；29-第三电机；30-扇叶；31-无机透氧膜；32-充气泵。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅附图1-6，本发明提供了一种基于无机膜的生物质燃料制氢装置，包括：柜体1、第一加料口2、第二加料口3、粉碎机构、进气管4、第一无机多孔膜5、排液管6、出气管7、气体处理装置8、氢气输送管9、氢气储存罐10和电加热管11；所述第一加料口2设置在柜体1的顶部，所述粉碎机构设置在柜体1的顶部，所述第二加料口3安装在粉碎机构的顶部，所述柜体1的一侧与进气管4连接，所述第一无机多孔膜5水平安装在柜体1的内部，所述排液管6安装在柜体1的一侧，所述出气管7一端与柜体1连通，另一端与气体处理装置8连通，所述氢气输送管9一端与气体处理装置8连通，另一端与氢气储存罐10连通，所述电加热管11缠绕在柜体1上。进气管4、排液管6和出气管7上均安装有阀门，在柜体1内部生物质原料进行发酵时，阀门始终处于关闭状态。

所述粉碎机构包括：第一电机12、第二电机13、电机支架14、支撑板15、第一粉碎板16、第二粉碎板17和粉碎杆18；所述第一电机12和第二电机13均通过电机支架14架设在柜体1的上方，所述第一电机12和第二电机13高度相同，相对设置，所述支撑板15的数量为两块，均安装在柜体1的顶部，且位于第一电机12和第二电机13之间，所述第一粉碎板16转动连接在第一电机12一侧的支撑板15上，所述第二粉碎板17转动连接在第二电机13一侧的支撑板15上，所述第一电机12的输出端穿过支撑板15与第一粉碎板16连接，所述第二电机13的输出端穿过支撑板15与第二粉碎板17连接，所述第一粉碎板16和第二粉碎板17上均安装有粉碎杆18，且粉碎杆18以第一粉碎板16和第二粉碎板17的圆心为中心，环形阵列设置，所述第一粉碎板16和第二粉碎板17上的粉碎杆18交错布置。第一粉碎板16和第二粉碎板17转动方向相反，且第一粉碎板16和第二粉碎板17上的粉碎杆18交错设置，相向转动时不会互相干涉，能有效的将生物质原料搅碎，扩大其在柜体1反应时的实际反应面积，提高氢气产量。

两块所述支撑板15的下侧插接有第一插接板19。在对生物质原料进行搅碎时打开，完成生物质原料的搅碎即关闭。

所述第一加料口2的下侧插接有第二插接板20。在加入不需搅碎的生物质原料时打开，添加完成后即关闭。

所述第一无机多孔膜5安装在框架上，所述柜体1的内壁安装有支撑杆21，所述支撑杆21的一端铰接有滑块，所述滑块滑动连接在第一无机多孔膜5底部框架的一端，所述第一无机多孔膜5框架的另一端安装有齿轮22，所述齿轮22位于柜体1侧壁的内部，所述齿轮22上转动连接有把手24，所述把手24伸出到柜体1的外部，所述柜体1侧壁的内部还安装有与齿轮22啮合的齿板23，所述把手24位于柜体1内部的部分，底部与弹簧25抵接，所述弹簧25的另一端与柜体1侧壁内部的底侧抵接，所述柜体1上转动连接有排污门26。反应完成后，打开排污门26，拉下把手24即可清理第一无机多孔膜5上的生物质残留。

所述第一无机多孔膜5下侧的柜体1内壁上水平安装有第二无机多孔膜27。用于二次过滤液态分解产物。

所述氢气输送管9上安装有冷却盒28。用于冷却氢气，便于后续对氢气进行冷却压缩。

所述柜体1的顶部安装有第三电机29，所述第三电机29的输出端伸入柜体1内部，所述第三电机29的输出端连接有扇叶30。用于提高柜体1内部气体流动速率，提高发酵速率。

所述气体处理装置包括无机透氧膜反应设备和变压吸附脱碳设备8，所述无机透氧膜反应设备与变压吸附脱碳设备8连通，所述无机透氧膜反应设备内部竖直安装有无机透氧膜31，将无机透氧膜反应设备沿竖直方向一分为二，所述无机透氧膜反应设备顶部一侧安装有充气泵32，所述无机透氧膜反应设备底部一侧开设有出气口。所述无机透氧膜反应设备左侧通入混合气体，右侧通入空气，空气中的氧气经无机透氧膜31进入混合气体所在腔室，所述无机透氧膜反应设备外部同样缠绕有电加热管11，所述无机透氧膜31除使用电加热管11加热外还可以使用高倍数聚光型太阳能集热器对无机透氧膜31进行加热，高倍数聚光型太阳能集热器可达到2000摄氏度的高温，对于加热无机透氧膜31具有较好的效果。

一种基于无机膜的生物质燃料制氢方法，包括以下步骤：

S1、若生物质原料不需粉碎，则通过第一加料口2将生物质原料加入到柜体1中的第一无机多孔膜5上，若生物质原料需要粉碎，则通过第二加料口3，将其加入到粉碎机构中进行粉碎，粉碎后的生物质原料会掉落至柜体1内部的第一无机多孔膜5上；

S2、生物质原料掉落至第一无机多孔膜5上后，关闭第一插接板19和第二插接板20，形成密闭空间，而后打开进气管4，通入少量空气后，关闭进气管4，电加热管11通电，为柜体1内部供热，打开第三电机29，驱动扇叶30转动；

S3、生物质原料分解后产生一氧化碳、氢气、甲烷和二氧化碳混合的气体，关闭第三电机29，混合气体自出气管7流入无机透氧膜反应设备一侧的腔室中，开启充气泵32，启动无机透氧膜反应设备上的电加热管11，空气中的氧气经无机透氧膜31进入到混合气体所在的腔室中，对混合气体中的甲烷进行处理，而后再经变压吸附脱碳设备8回收一氧化碳和二氧化碳后，输出的氢气经氢气输送管9流入到氢气储存罐10中进行储存；

S4、在进行步骤S3中氢气经氢气输送管9流入到氢气储存罐10中进行储存的过程中，冷却盒28会对氢气进行冷却；

S5、氢气制备完成后，接通排液管6，排出经第一无机多孔膜5和第二无机多孔膜27过滤后的液体，打开排污门26，拉动把手24，使第一无机多孔膜5的一端与排污门26的下沿抵接，清理第一无机多孔膜5上残留的生物质原料。

本发明结构简单，使用方便，若生物质原料不需粉碎，则通过第一加料口2将生物质原料加入到柜体1中的第一无机多孔膜5上，若生物质原料需要粉碎，则通过第二加料口3，将其加入到粉碎机构中第一粉碎板16和第二粉碎板17相向转动，粉碎杆18交错设置，对生物质原料进行粉碎，粉碎后的生物质原料会掉落至柜体1内部的第一无机多孔膜5上；生物质原料掉落至第一无机多孔膜5上后，关闭第一插接板19和第二插接板20，形成密闭空间，而后打开进气管4，通入少量空气后，关闭进气管4，电加热管11通电，为柜体1内部供热，打开第三电机29，驱动扇叶30转动，提高柜体1内部气体流动速率；生物质原料分解后产生一氧化碳、氢气、甲烷和二氧化碳混合的气体，混合气体自出气管7流入无机透氧膜反应设备一侧的腔室中，开启充气泵32，启动无机透氧膜反应设备上的电加热管11，空气中的氧气经无机透氧膜31进入到混合气体所在的腔室中，对混合气体中的甲烷进行处理，产生氢气和一氧化碳，而后再经变压吸附脱碳设备8回收一氧化碳和二氧化碳后，输出的氢气经氢气输送管9流入到氢气储存罐10中进行储存；冷却盒28会对氢气进行冷却；氢气制备完成后，接通排液管6，无污染排出经第一无机多孔膜5和第二无机多孔膜27过滤后的液态分解产物，打开排污门26，向下拉动把手24，使第一无机多孔膜5框架的一端与排污门26的下沿抵接，清理第一无机多孔膜5上残留的生物质原料，从而使得本发明具有可通过多种生物质制备氢气，可以针对不同的生物质选择不同的添加方式，参与反应的生物质颗粒小，受热快，方便清理生物质材料残余，制备速度快，制备纯度高，不会排出有害废气和废液，净化后的废液方便收集的优点。

本说明书中实施例采用递进的方式描述，对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。