專利名稱：甲烷和氫氣的生產(chǎn)方法和生產(chǎn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域的甲烷和氫氣的生產(chǎn)方法和裝置，特別是涉及一種采用城市垃圾和污水為原料能夠同時獲得甲烷和氫氣的生產(chǎn)方法和生產(chǎn)裝置。
背景技術(shù)：
氫氣燃燒的產(chǎn)物是水，沒有任何污染，所以氫氣燃料一直是最有發(fā)展的研究方向。但自然界的氫基本上是以化合狀態(tài)存在于水及烴類等很多的化合物中，要得到氫氣就要從這些化合物來制取。
現(xiàn)今生產(chǎn)氫氣最常用的四種方法是(1)煤氣生成-水煤氣變換法，(2)烴類(尤其是甲烷)水蒸氣重整法，(3)重油部分氧化法，(4)以及水電解法，其相應(yīng)的反應(yīng)化學(xué)式如下(1)(2)(3)(4)由于H-O和H-C鍵能大，無一例外的，這些過程本身能耗均很大。設(shè)備要求比較高。這些過程原料本身就是燃料(即使水電解也可以認(rèn)為電是燃料)而又消耗巨大的能源及設(shè)備投資，可想而知產(chǎn)品氫氣價格驚人。即使是很大規(guī)模生產(chǎn)，也大致是“同樣熱值下，氫氣的價格是汽油價格的至少兩倍以上”。水電解氫氣由于過程能量效率低(只有約22％)電極消耗大，價格更是高得驚人，除特殊用途外一般不用這種方式(當(dāng)今大約5％的氫氣由水電解過程生產(chǎn))。改進(jìn)電解槽/電極等，優(yōu)化操作條件，與其它過程聯(lián)用等等可以稍微提高效率，然而也很有限。
中國是利用厭氧處理生產(chǎn)甲烷(沼氣，甲烷)最早的國家，4000年前在我國的西南地區(qū)就開始利用細(xì)菌發(fā)酵處理糞便制取沼氣。垃圾厭氧處理的原理是，在沒有氧氣的狀態(tài)下，利用微生物降解有機(jī)物質(zhì)，生成甲烷和二氧化碳。在最近10年，厭氧處理技術(shù)取得了長足的發(fā)展。在對厭氧微生物越來越了解的基礎(chǔ)上，通過對溫度，濕度，酸堿度，反應(yīng)周期，揮發(fā)性脂肪酸等參數(shù)的調(diào)控，甲烷的產(chǎn)率不斷提高。但是，在實際應(yīng)用上通過家畜糞便，城市垃圾等生產(chǎn)甲烷的裝置，其投資回收期普遍在5-10年，因此多見于歐美發(fā)達(dá)國家。
有機(jī)物與城市污水混合降解有機(jī)物與城市污水混合降解的方法首先見于歐美甲烷工廠。在現(xiàn)有的厭氧生物法生產(chǎn)氫氣過程中，有機(jī)物都是利用凈水稀釋，而后進(jìn)行降解。
在中國專利CN1468799中公開了生產(chǎn)氫氣的方法，其分別對固體垃圾采用高溫?zé)峤馍a(chǎn)生成氣，對污水采用厭氧發(fā)酵生產(chǎn)生成氣，生成氣中含有氫氣，然后對生成氣進(jìn)行凈化和催化制氫氣。該方案雖然提出了用垃圾和污水生產(chǎn)氫氣的方法，但是，其中熱解生產(chǎn)氫氣的方法需要大量的熱能并且同時會產(chǎn)生大量的其他有害物質(zhì)，而對污水采用厭氧發(fā)酵的方法，是傳統(tǒng)的生物產(chǎn)氣法，在厭氧條件下生成甲烷為主要產(chǎn)物的氣體，其氫氣的產(chǎn)量較低。
由此可見，上述現(xiàn)有的甲烷和氫氣的生產(chǎn)方法和裝置仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。雖然，相關(guān)廠商莫不費盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的設(shè)計被發(fā)展完成，此顯然是相關(guān)業(yè)者急欲解決的問題。
有鑒于上述現(xiàn)有的甲烷和氫氣的生產(chǎn)方法和裝置存在的缺陷，本發(fā)明人基于從事此類產(chǎn)品設(shè)計制造多年豐富的實務(wù)經(jīng)驗及專業(yè)知識，并配合學(xué)理的運用，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種新的甲烷和氫氣的生產(chǎn)方法和裝置，能夠改進(jìn)一般現(xiàn)有的甲烷和氫氣的生產(chǎn)方法和裝置，使其更具有實用性。經(jīng)過不斷的研究、設(shè)計，并經(jīng)反復(fù)試作及改進(jìn)后，終于創(chuàng)設(shè)出確具實用價值的本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有的甲烷和氫氣的生產(chǎn)方法存在的缺陷，而提供一種新的甲烷和氫氣的生產(chǎn)方法，所要解決的技術(shù)問題是使其可以利用包括城市垃圾在內(nèi)的廣泛的有機(jī)物為原料產(chǎn)生氫氣，并利用生產(chǎn)氫氣后的排放物生產(chǎn)甲烷和復(fù)合肥，從而即解決了城市垃圾的處理問題，又生產(chǎn)了清潔能源，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，從而更加適于實用。
本發(fā)明的另一目的在于，克服現(xiàn)有的甲烷或者氫氣的生產(chǎn)裝置存在的缺陷，而提供一種新型結(jié)構(gòu)的甲烷和氫氣生產(chǎn)裝置，所要解決的技術(shù)問題是使其即能夠在一套生產(chǎn)裝置中生產(chǎn)出氫氣又能夠生產(chǎn)出甲烷和有機(jī)復(fù)合肥，從而更加適于實用。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的一種甲烷和氫氣的生產(chǎn)方法，其包括以下步驟原料混合過程，以有機(jī)物和水的混合物為原料，其中的總有機(jī)物重量百分含量為5-30％；制氫氣過程，將上述原料在產(chǎn)氫氣菌存在下，溫度30-55℃，pH值4.5-7條件下進(jìn)行厭氧發(fā)酵反應(yīng)以制備氫氣，時間為1-4天；制甲烷過程，將經(jīng)過上述制氫氣過程后的物料，在溫度為35-55℃，pH值7-7.5進(jìn)行發(fā)酵反應(yīng)以制備甲烷，反應(yīng)時間為10-20天；以及脫水處理過程，對經(jīng)過制甲烷過程后的物料進(jìn)行脫水處理，得到沼液和沼渣。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實現(xiàn)。
前述的甲烷和氫氣的生產(chǎn)方法，其中所述的制氫氣過程中的產(chǎn)氫氣菌是，以現(xiàn)有的發(fā)酵法制甲烷的工藝中甲烷反應(yīng)器排放物為原料，在35-55℃溫度，pH值4.5-5.5之間，保持4-5天的條件下培養(yǎng)的細(xì)菌。
前述的甲烷和氫氣的生產(chǎn)方法，其中所述的有機(jī)物為城市有機(jī)垃圾、污水處理廠污泥、人畜糞便、工業(yè)有機(jī)廢物、農(nóng)作物、農(nóng)作物秸稈、布以及廢紙中的一種或者幾種的組合。
前述的甲烷和氫氣的生產(chǎn)方法，其中所述的水是工業(yè)用水、生活用水、城市的生活污水、工業(yè)污水、河水、井水中的一種或者幾種的組合。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還采用以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的一種甲烷和氫氣的生產(chǎn)裝置，用于聯(lián)合生產(chǎn)甲烷和氫氣，其包括原料計量設(shè)備，其包括用于計量固體原料的稱重平臺；及用于計量液態(tài)原料的計量泵；原料混合罐，在混合罐中設(shè)有粉碎絞刀，并設(shè)有物料出口；氫氣反應(yīng)器，是釜式反應(yīng)器，其通過管線與原料混合罐相連，并設(shè)有氣體排放口、物料出口以及攪拌器；甲烷反應(yīng)器，是釜式反應(yīng)器，與氫氣反應(yīng)器的物料出口相連，并設(shè)有氣體排放口、物料出口以及攪拌器；以及脫水處理裝置，其連接于甲烷反應(yīng)器的物料出口。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實現(xiàn)。
前述的甲烷和氫氣的生產(chǎn)裝置，其中所述的氫氣反應(yīng)器和甲烷反應(yīng)器是連續(xù)攪拌式釜式反應(yīng)器。
前述的甲烷和氫氣的生產(chǎn)裝置，其中所述的其還包括氫氣儲罐，連接于氫氣反應(yīng)器的氣體排放口，用于存儲氫氣；以及甲烷儲罐，連接于甲烷反應(yīng)器的排放口，用于存儲甲烷。
前述的甲烷和氫氣的生產(chǎn)裝置，其還包括氫氣過濾器，設(shè)置于氫氣反應(yīng)器和氫氣儲罐之間，用于提高氫氣的純度；以及甲烷過濾器，設(shè)置于甲烷反應(yīng)器和甲烷儲罐之間，用于提高甲烷的純度。
前述的甲烷和氫氣的生產(chǎn)裝置，其中所述的氫氣反應(yīng)器可以采用多個反應(yīng)器并聯(lián)的方式組成。
前述的甲烷和氫氣的生產(chǎn)裝置，其中所述的甲烷反應(yīng)器可以采用多個反應(yīng)器并聯(lián)的方式組成。
本發(fā)明專利提供一種甲烷和氫氣的聯(lián)合生產(chǎn)方法，其是通過有機(jī)物和水混合發(fā)酵生產(chǎn)甲烷，氫氣，有機(jī)復(fù)合肥料。有機(jī)物和水首先進(jìn)入混合罐，混合均勻，混合后的原料中總有機(jī)物含量控制在5-30％，而后混合原料進(jìn)入氫氣反應(yīng)器中發(fā)酵，在厭氧環(huán)境下發(fā)酵，水解，在這一過程中，復(fù)雜有機(jī)物被降解成游離糖、乙醇、揮發(fā)性脂肪酸(VFA)、氫氣及二氧化碳。其反應(yīng)式為(5)(6)在上述反應(yīng)過程中，發(fā)酵溫度控制在35至55℃，發(fā)酵pH值控制在4.5-7范圍內(nèi)，發(fā)酵條件為厭氧發(fā)酵，即在與空氣密閉隔絕，在產(chǎn)氫氣細(xì)菌存在的條件下進(jìn)行反應(yīng)。其主要原料的成分為全部或部分有機(jī)物，如城市有機(jī)垃圾、污水處理廠污泥、人畜糞便、工業(yè)有機(jī)廢物、農(nóng)作物和農(nóng)作物秸稈、布以及廢紙等。發(fā)酵生產(chǎn)氫氣過程的周期為1至4天，厭氧發(fā)酵中使用的產(chǎn)氫氣細(xì)菌是現(xiàn)有的有機(jī)物發(fā)酵生產(chǎn)甲烷過程中提取的高效產(chǎn)氫細(xì)菌。
在生產(chǎn)氫氣的過程后，將氫氣反應(yīng)器中的物料(當(dāng)進(jìn)料固體含量為10％時其排放污為固體含量2.5-3％的泥漿料)轉(zhuǎn)移到甲烷反應(yīng)器中，在溫度為35-55℃，pH值7-7.5進(jìn)行發(fā)酵反應(yīng)以制備甲烷，反應(yīng)時間為10-20天，在制取甲烷過程中，該物料在甲烷反應(yīng)器中用于生成甲烷。上述的兩個反應(yīng)之間有著嚴(yán)格的相互配合作用。原料中的有機(jī)物通過在氫氣反應(yīng)器中的發(fā)酵，有機(jī)物的揮發(fā)性脂肪酸(VFA)濃度大幅提高，并控制揮發(fā)性脂肪酸濃度使其小于產(chǎn)甲烷發(fā)酵的抑制水平。在甲烷反應(yīng)器中有機(jī)物就可以作為產(chǎn)甲烷菌的底物，因而降解速率增加，而且甲烷產(chǎn)量大幅增加。在這個過程中，產(chǎn)酸菌把復(fù)雜有機(jī)物水解或分解成揮發(fā)性脂肪酸后，生長速率變慢，揮發(fā)性脂肪酸氧化成其他的揮發(fā)性脂肪酸、氫氣及二氧化碳，這些是產(chǎn)甲烷菌合適的生長底物。
氫氣反應(yīng)器和甲烷反應(yīng)器均由密閉的與空氣隔絕的容器構(gòu)成，反應(yīng)器容積由原料種類，年處理量與反應(yīng)周期決定。氫氣反應(yīng)器首先裝入產(chǎn)氫細(xì)菌，再逐漸加入原料，通過簡單的氣液分離裝置，生產(chǎn)出的氫氣儲存在專門容器中，反應(yīng)后的物料則進(jìn)入甲烷反應(yīng)器，做為制甲烷過程的原料，甲烷反應(yīng)器已經(jīng)預(yù)先加入產(chǎn)甲烷菌，生產(chǎn)出的氣體甲烷儲存在甲烷儲罐中，其中的物料經(jīng)過脫水及其他處理，制成高效有機(jī)復(fù)合肥料。與傳統(tǒng)的厭氧發(fā)酵處理方法比較，本發(fā)明投資增加10％，而利潤則增加一倍。本發(fā)明還可以采用間歇式反應(yīng)，即氫氣反應(yīng)器和甲烷反應(yīng)器是間歇式反應(yīng)器，也可以實施本發(fā)明提出的甲烷和氫氣的生產(chǎn)方法。
借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明提出的甲烷和氫氣的生產(chǎn)方法和生產(chǎn)裝置至少具有下列優(yōu)點本發(fā)明專利提供的甲烷和氫氣的生產(chǎn)方法，此生產(chǎn)方法不僅提供了廉價的，持續(xù)的甲烷和氫氣的生產(chǎn)方法，同時，在生產(chǎn)氫氣的過程中，可以將城市污水作為有機(jī)原料的稀釋劑，使其得到了有效的處理，解決了現(xiàn)有的氫氣生產(chǎn)方法成本過高，以及現(xiàn)有的甲烷工廠投資回收期過長等實際問題，從而更加適于實用，且具有產(chǎn)業(yè)上廣泛的利用價值。
本發(fā)明提出的甲烷和氫氣的生產(chǎn)裝置，能夠順利實施上述的甲烷和氫氣的生產(chǎn)方法，可以在一套工藝流程中得到氫氣和甲烷以及有機(jī)復(fù)合肥，具有極好的經(jīng)濟(jì)效益，從而更加適于實用。
綜上所述，本發(fā)明甲烷和氫氣的生產(chǎn)方法能夠利用包括城市垃圾在內(nèi)的有機(jī)物為原料產(chǎn)生氫氣，并利用產(chǎn)氫氣后的排放物產(chǎn)生甲烷和復(fù)合肥，從而即解決了城市垃圾的處理問題，又產(chǎn)生了清潔能源，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。而本發(fā)明的甲烷和氫氣的生產(chǎn)裝置能夠在一套生產(chǎn)裝置中生產(chǎn)出氫氣又能夠生產(chǎn)出甲烷和有機(jī)復(fù)合肥。其具有上述諸多的優(yōu)點及實用價值，并在同類方法及裝置中未見有公開發(fā)表或使用而確屬創(chuàng)新，不論在方法、裝置或功能上皆有較大的改進(jìn)，在技術(shù)上有較大的進(jìn)步，并產(chǎn)生了好用及實用的效果，且較現(xiàn)有的氫氣或甲烷的生產(chǎn)方法和裝置具有增進(jìn)的多項功效，從而更加適于實用，而具有產(chǎn)業(yè)的廣泛利用價值，誠為一新穎、進(jìn)步、實用的新設(shè)計。
上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細(xì)說明如下。


圖1是本發(fā)明的甲烷和氫氣的生產(chǎn)裝置第一實施例示意圖。
圖2是本發(fā)明的甲烷和氫氣的生產(chǎn)裝置第二實施例的反應(yīng)器部分示意圖。
圖3是本發(fā)明的甲烷和氫氣的生產(chǎn)裝置第三實施例的反應(yīng)器部分示意圖。
圖4是本發(fā)明的甲烷和氫氣的生產(chǎn)裝置第四實施例的反應(yīng)器部分示意圖。
1稱重平臺2傳送帶3混合罐 4水輸入管線5污水泵 6粉碎絞刀7氫氣反應(yīng)器的加料泵 8氫氣反應(yīng)器9攪拌器 10加料泵11氫氣輸送管道 12氫氣儲罐
13甲烷反應(yīng)器 14攪拌器15甲烷反應(yīng)器排料泵16脫水裝置17管道18甲烷儲罐20氫氣過濾器 30甲烷過濾器具體實施方式
為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的甲烷和氫氣的生產(chǎn)方法和生產(chǎn)裝置其具體實施方式
、方法、步驟、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。
通過
具體實施例方式
的說明，當(dāng)可對本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定目的所采取的技術(shù)手段及功效得一更加深入且具體的了解，然而所附圖式僅是提供參考與說明之用，并非用來對本發(fā)明加以限制。
請參閱圖1所示，是本發(fā)明的甲烷和氫氣的生產(chǎn)裝置的第一實施例示意圖。其主包括稱重平臺1與傳送帶2相連，有機(jī)物原料，如城市有機(jī)垃圾，污水處理廠污泥，人畜糞便，工業(yè)有機(jī)廢物及農(nóng)作物和農(nóng)作物秸稈等，經(jīng)過稱量重量后，被傳送帶2由頂部送入混合罐3，混合罐3還連接于設(shè)有污水泵5的水輸入管線4。在混合罐3中設(shè)有粉碎絞刀6，用于粉碎有機(jī)物并與水混合均勻。混合罐3通過設(shè)有加料泵7的管線連接于氫氣反應(yīng)器8，氫氣反應(yīng)器8中設(shè)有攪拌器9，并設(shè)有排放氣體的氣體排放口和排放物料的物料出口，該氣體排放口通過管線11連接于氫氣儲罐12，在管線11上還可以設(shè)有氫氣過濾器20，用于純化氫氣。上述氫氣反應(yīng)器8的物料出口通過設(shè)有加料泵10的管線連接于甲烷反應(yīng)器13。甲烷反應(yīng)器13中設(shè)有攪拌器14，還設(shè)有用于排放氣體的氣體排放口和物料出口，該氣體排放口通過管線17連接于甲烷儲罐，還可以在管線17上設(shè)置甲烷過濾器30，用于純化甲烷。甲烷反應(yīng)器13的物料出口通過設(shè)有排料泵15的管線連接脫水裝置16，該脫水裝置16用于將甲烷反應(yīng)器13的物料經(jīng)過脫水轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)復(fù)合肥料。
請參閱圖2所示，是本發(fā)明的甲烷和氫氣的生產(chǎn)裝置第二實施例的反應(yīng)器示意圖，與第一實施例不同之處為其具有4個氫氣反應(yīng)器8，該4個氫氣反應(yīng)器8采用并聯(lián)的方式組合。小罐為氫氣反應(yīng)器8，大罐為甲烷反應(yīng)器13，所有反應(yīng)器由頂部加料，氫氣反應(yīng)器為并聯(lián)方式連接請參閱圖3所示，是本發(fā)明的甲烷和氫氣的生產(chǎn)裝置第三實施例的反應(yīng)器示意圖，與第一實施例不同之處為其具有4個甲烷反應(yīng)器13，該4個甲烷反應(yīng)器采用并聯(lián)的方式組合。
請參閱圖4所示，是本發(fā)明的甲烷和氫氣的生產(chǎn)裝置第四實施例的反應(yīng)器示意圖，與第一實施例不同之處為其具有4個氫氣反應(yīng)器8，以及4個甲烷反應(yīng)器13，該4個氫氣反應(yīng)器8采用并聯(lián)的方式組合，該4個甲烷反應(yīng)器13采用并聯(lián)方式組合。左側(cè)的四個為氫氣反應(yīng)器8，右側(cè)四個為甲烷反應(yīng)器13，所有反應(yīng)器由頂部加料，底部排放，所有氫氣反應(yīng)器并聯(lián)方式連接，所有甲烷反應(yīng)器并聯(lián)方式連接，氫氣反應(yīng)器與甲烷反應(yīng)器串聯(lián)方式連接。
產(chǎn)氫氣細(xì)菌的制備方法在一容器中，加入現(xiàn)有甲烷生產(chǎn)工藝中的甲烷反應(yīng)器的反應(yīng)物料，控制容器內(nèi)反應(yīng)體系的溫度在35-55℃，pH在4.5至5.5間的某一數(shù)值進(jìn)行厭氧發(fā)酵反應(yīng)，保持反應(yīng)時間為4-5天，則該容器中的產(chǎn)物為含有產(chǎn)氫氣細(xì)菌的產(chǎn)物。其中的細(xì)菌包括多種Clostridia和Enterobacter菌系的細(xì)菌，如C.butyricum，E.aerogenes，E.cloacae等。
產(chǎn)氫氣細(xì)菌的制備例1在一容器中，加入現(xiàn)有甲烷生產(chǎn)工藝中的甲烷反應(yīng)器的反應(yīng)物料，控制容器內(nèi)反應(yīng)體系的溫度在40℃，pH在5間的某一數(shù)值進(jìn)行厭氧發(fā)酵反應(yīng)，保持反應(yīng)時間為5天，得到含有產(chǎn)氫氣細(xì)菌的產(chǎn)物。
生產(chǎn)方法實施例1選取一定量的有機(jī)物和水進(jìn)行混合，對有機(jī)物進(jìn)行破碎，使原料混合物中的固體的塊狀物的直徑大小在1-10mm左右，塊狀物的體積越小產(chǎn)氣量越高，控制原料混合物中的總有機(jī)物含量的重量百分?jǐn)?shù)為5-30％。在氫氣反應(yīng)器中加入上述產(chǎn)氫氣細(xì)菌制備例中得到的含有產(chǎn)氫氣細(xì)菌的產(chǎn)物，在密閉條件下，攪拌，控制溫度為30-55℃，pH值4.5-7。采用連續(xù)攪拌式反應(yīng)器(CSTR)，連續(xù)加入上述原料混合物，保持上述條件不變，進(jìn)行厭氧發(fā)酵反應(yīng)，反應(yīng)時間為1-4天；收集氫氣反應(yīng)器中產(chǎn)生的氣體，該氣體中含有氫氣。從氫氣反應(yīng)器連續(xù)流出的物料被送入甲烷反應(yīng)器中，采用連續(xù)攪拌式反應(yīng)器(CSTR)，其生產(chǎn)甲烷的條件為，在厭氧條件下，pH為7-7.5，溫度為35-55℃，反應(yīng)時間是10-20天，收集甲烷反應(yīng)器中產(chǎn)生的氣體，該氣體中含有甲烷，甲烷反應(yīng)器中的流出物料被送入脫水裝置中，對其進(jìn)行脫水處理，脫水后得到的固體物為有機(jī)復(fù)合肥料。由于本發(fā)明提出的是采用連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器，且甲烷反應(yīng)需要的時間比制氫氣反應(yīng)時間長，所以甲烷反應(yīng)器的容積相應(yīng)的大于氫氣反應(yīng)器的容積。
實例1按照生產(chǎn)方法實施例1所述的方法，其中所述的有機(jī)物來源為城市垃圾，典型的100萬人口的城市，其典型的垃圾有機(jī)物含量約為65％，1噸城市垃圾經(jīng)過分揀，去掉無機(jī)物，剩余650公斤有機(jī)城市垃圾，這些垃圾與約2噸自來水共同送入混合罐，粉碎，攪拌，然后送入氫氣反應(yīng)器。氫氣反應(yīng)器采用連續(xù)攪拌式反應(yīng)器，開始時，反應(yīng)器中全部加入由細(xì)菌制備例中的產(chǎn)物，然后加入原料，控制反應(yīng)時間為2天，每天加入1噸水與325公斤有機(jī)物垃圾，控制氫氣反應(yīng)器的溫度為30℃，pH值為4.5。每天收集到氫氣反應(yīng)器中的氣體15立方米(25℃，100kpa)，經(jīng)過分析，其中的氫氣含量為12立方米(25℃，100kpa)。氫氣反應(yīng)器中的物料連續(xù)流入甲烷反應(yīng)器中，控制pH值為7.5，溫度為55℃，反應(yīng)時間10天，每天收集到甲烷反應(yīng)器的氣體204.6立方米(25℃，100kpa)，經(jīng)過分析，其中的甲烷含量為133立方米(25℃，100kpa)。甲烷反應(yīng)器流出的物料被送入脫水裝置中進(jìn)行脫，每天得到固態(tài)有機(jī)復(fù)合肥料248kg。
實例2按照生產(chǎn)方法實施例1所述的方法，其中所述的有機(jī)物來源為植物秸稈，其中所述的水的來源為生活污水。其中，氫氣反應(yīng)器條件為溫度35℃，pH值6.8，反應(yīng)時間4天；甲烷反應(yīng)器條件為溫度55℃，pH值7.5，反應(yīng)時間10天。
實例3按照生產(chǎn)方法實施例1所述的方法，其中所述的有機(jī)物來源為污水處理廠污泥，其中所述的水的來源為工業(yè)用水生活污水。其中，氫氣反應(yīng)器條件為溫度40℃，pH值5.7，反應(yīng)時間3天；甲烷反應(yīng)器條件為溫度35℃，pH值7.5，反應(yīng)時間10天。
實例4按照生產(chǎn)方法實施例1所述的方法，其中所述的有機(jī)物來源為養(yǎng)殖廠牛糞，其中所述的水的來源為河水。其中，氫氣反應(yīng)器條件為溫度50℃，pH值5.7，反應(yīng)時間1天；甲烷反應(yīng)器條件為溫度55℃，pH值7.5，反應(yīng)時間12天。
請參閱表1所示，是本發(fā)明的按照生產(chǎn)方法實施例1所述的方法的實例所得數(shù)據(jù)。
表1

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的方法及技術(shù)內(nèi)容作出些許的更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種甲烷和氫氣的生產(chǎn)方法，其特征在于其包括以下步驟原料混合過程，以有機(jī)物和水的混合物為原料，其中的總有機(jī)物重量百分含量為5-30％；制氫氣過程，將上述原料在產(chǎn)氫氣菌存在下，溫度30-55℃，pH值4.5-7條件下進(jìn)行厭氧發(fā)酵反應(yīng)以制備氫氣，時間為1-4天；制甲烷過程，將經(jīng)過上述制氫氣過程后的物料，在溫度為35-55℃，pH值7-7.5進(jìn)行發(fā)酵反應(yīng)以制備甲烷，反應(yīng)時間為10-20天；以及脫水處理過程，對經(jīng)過制甲烷過程后的物料進(jìn)行脫水處理，得到沼液和沼渣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的甲烷和氫氣的生產(chǎn)方法，其特征在于其中所述的制氫氣過程中的產(chǎn)氫氣菌是以現(xiàn)有的發(fā)酵法制甲烷的工藝中甲烷反應(yīng)器排放物為原料，在35-55℃溫度，pH值4.5-5.5之間，保持4-5天的條件下培養(yǎng)的細(xì)菌。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的甲烷和氫氣的生產(chǎn)方法，其特征在于其中所述的有機(jī)物為城市有機(jī)垃圾、污水處理廠污泥、人畜糞便、工業(yè)有機(jī)廢物、農(nóng)作物、農(nóng)作物秸稈、布以及廢紙中的一種或者幾種的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的甲烷和氫氣的生產(chǎn)方法，其特征在于其中所述的水是工業(yè)用水、生活用水、城市的生活污水、工業(yè)污水、河水、井水中的一種或者幾種的組合。
5.一種甲烷和氫氣的生產(chǎn)裝置，用于聯(lián)合生產(chǎn)甲烷和氫氣，其特征在于其包括原料計量設(shè)備，其包括用于計量固體原料的稱重平臺；及用于計量液態(tài)原料的計量泵；原料混合罐，在混合罐中設(shè)有粉碎絞刀，并設(shè)有物料出口；氫氣反應(yīng)器，是釜式反應(yīng)器，其通過管線與原料混合罐相連，并設(shè)有氣體排放口、物料出口以及攪拌器；甲烷反應(yīng)器，是釜式反應(yīng)器，與氫氣反應(yīng)器的物料出口相連，并設(shè)有氣體排放口、物料出口以及攪拌器；以及脫水處理裝置，其連接于甲烷反應(yīng)器的物料出口。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的甲烷和氫氣的生產(chǎn)裝置，其特征在于其中所述的氫氣反應(yīng)器和甲烷反應(yīng)器是連續(xù)攪拌式釜式反應(yīng)器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的甲烷和氫氣的生產(chǎn)裝置，其特征在于其還包括氫氣儲罐，連接于氫氣反應(yīng)器的氣體排放口，用于存儲氫氣；以及甲烷儲罐，連接于甲烷反應(yīng)器的排放口，用于存儲甲烷。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的甲烷和氫氣的生產(chǎn)裝置，其特征在于其還包括氫氣過濾器，設(shè)置于氫氣反應(yīng)器和氫氣儲罐之間，用于提高氫氣的純度；以及甲烷過濾器，設(shè)置于甲烷反應(yīng)器和甲烷儲罐之間，用于提高甲烷的純度。
9.根據(jù)權(quán)利要求5-8任一項所述的甲烷和氫氣的生產(chǎn)裝置，其特征在于其中所述的氫氣反應(yīng)器可以采用多個反應(yīng)器并聯(lián)的方式組成。
10.根據(jù)權(quán)利要求5-8任一項所述的甲烷和氫氣的生產(chǎn)裝置，其特征在于其中所述的甲烷反應(yīng)器可以采用多個反應(yīng)器并聯(lián)的方式組成。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種甲烷和氫氣的生產(chǎn)方法和生產(chǎn)裝置。該方法其包括以下步驟原料混合過程，以有機(jī)物和水的混合物為原料，其中的總有機(jī)物重量百分含量為5－30％；制氫氣過程，將上述原料在產(chǎn)氫氣菌存在下，溫度30－55℃，pH值4.5－7條件下進(jìn)行厭氧發(fā)酵反應(yīng)以制備氫氣，時間為1－4天；制甲烷過程，將經(jīng)過上述制氫氣過程后的物料，在溫度為35－55℃，pH值7－7.5進(jìn)行發(fā)酵反應(yīng)以制備甲烷，反應(yīng)時間為10－20天；以及脫水處理過程。該甲烷和氫氣的生產(chǎn)裝置，用于聯(lián)合生產(chǎn)甲烷和氫氣，其包括原料計量設(shè)備，原料混合罐，氫氣反應(yīng)器，甲烷反應(yīng)器，以及脫水處理裝置。本發(fā)明既解決了城市垃圾的處理問題，又提供了清潔能源，從而具有良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號C12P5/02GK1766119SQ20051009376
公開日2006年5月3日 申請日期2005年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月29日
發(fā)明者劉大鵬, 劉大為 申請人:劉大鵬, 劉大為