一种暗发酵光合作用联合产氢装置及其产氢方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及农业工程能源利用技术领域，尤其涉及一种暗发酵光合作用联合产氢装置及其产氢方法。
【背景技术】
[0002]能源短缺问题以及能源生产消费引起的环境污染问题已经成为21世纪人类面临的最严重的两大难题，开发新能源迫在眉睫。在所有的可替代能源中，氢气以其洁净燃烧、能量密度高、可再生而被能源界公认为最理想的矿石燃料的替代能源。传统的制氢技术主要有电解水制氢和化石燃料制氢，即化学法制氢，需要以消耗大量的电能、石油、天然气和煤炭等不可再生资源为代价，成本高昂，且难以摆脱对化石能源的依赖。同时生产过程会污染环境，不能满足可持续发展的要求。而生物制氢技术因可利用农业废弃物为制氢原料、反应条件温和、环境友好和不消耗矿物资源等优点，既实现了废弃物的资源化，又解决了环境污染问题，被认为是最有潜力和发展前景的新能源技术，将会是未来氢能生产的主要形式。
[0003]据不完全统计，我国每年的秸杆资源总量约7亿吨，预计到2015年我国农作物秸杆年产量将达到10亿吨，但是仅有约2%的农作物秸杆用于新能源制备，如秸杆发电、秸杆沼气发酵等，其余大部分则被废弃或焚烧，浪费资源的同时更造成了环境污染，利用秸杆类生物质为原料进行生物制氢具有很好的发展潜力。
[0004]相关研究表明，暗发酵细菌分解葡萄糖后的终产物多为甲酸、乙酸、丁酸等有机酸，而除甲酸可进一步分解出HjP CO 2外，其它有机酸不能继续分解，这是因为反应只能向自由能降低的方向进行。这是厌氧细菌产氢效率低的根本原因所在，而产氢效率低则是暗发酵制氢技术在实际应用中面临的主要障碍，而光合细菌则可以利用太阳能来克服有机酸进一步分解所面临的正自由能壁皇，使有机酸得以彻底分解，释放出更多的氢气。另一方面由于光合细菌只能利用葡萄糖和少数小分子有机酸，不能直接利用淀粉、纤维素、半纤维素等复杂有机物；而厌氧细菌则可以分解几乎所有的有机物为小分子有机酸。因此，把厌氧细菌和光合细菌以一定的技术手段和方法进行结合联合制取氢气，做到二者的优势互补，将会是未来生物质制氢的一个重点研究方向。
[0005]随着暗发酵与光合作用两步法联合生物制氢的兴起，暗发酵与光合作用两步法联合生物制氢反应器也将成为一个研究热点。目前，国内对暗发酵与光合作用两步法联合生物制氢反应器的研究较少，在实际的反应器设计中经常是凭借经验开展。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种同心圆柱型暗发酵与光合作用联合产氢装置。
[0007]本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种同心圆柱型暗发酵与光合作用联合产氢方法。
[0008]为解决上述第一个技术问题，本发明的一种暗发酵光合作用联合产氢装置，包括支架，所述支架上放置有光合生物制氢反应器，光合生物制氢反应器的内部设有暗发酵生物制氢反应器，且暗发酵生物制氢反应器的顶部高于光合生物制氢反应器的顶部，所述光合生物制氢反应器与暗发酵生物制氢反应器之间设有隔光保温层。
[0009]所述光合生物制氢反应器包括第一筒体、第二筒体、第三筒体、第一底板、第一顶板、第二顶板，所述第二筒体位于第一筒体的内部，第三筒体位于第二筒体的内部，且第一筒体与第二筒体之间设有光反应循环水层，第二筒体与第三筒体之间设有光反应腔室，所述第一筒体的底部、第二筒体的底部、第三筒体的底部均与第一底板的上表面固定连接，所述第一筒体顶部与第一顶板的下表面固定连接，所述第二顶板位于第一顶板的上方且第一顶板与第二顶板可拆卸连接；所述第一底板固定连接有竖直的光反应进液管，光反应进液管的上端位于光反应腔室内，所述第二顶板固定连接有竖直光反应氢气出气管，光反应氢气出气管的下端位于光反应腔室内，所述第一筒体的上端侧面固定连接有水平光反应出液管，光反应出液管的一端位于光反应腔室内。
[0010]所述暗发酵生物制氢反应器包括第四筒体、第五筒体、第二底板、第三顶板、第四顶板，所述第五筒体位于第四筒体内部，且第四筒体与第五筒体之间设有暗反应循环水层，第五筒体的内部为暗反应腔室，所述第四筒体的底部、第五筒体的底部均与第二底板的上表面固定连接，所述第四筒体顶部与第三顶板的下表面固定连接，所述第四顶板位于第三顶板的上方且第三顶板与第四顶板可拆卸连接；所述第二底板固定连接有竖直的暗反应进液管，暗反应进液管的上端位于暗反应腔室内，所述第四顶板固定连接有竖直暗反应氢气出气管，暗反应氢气出气管的下端位于暗反应腔室内，所述第四筒体的上端侧面固定连接有水平暗反应出液管，暗反应出液管的一端位于暗反应腔室内。
[0011]所述第一筒体、第二筒体、第三筒体、第四筒体、第五筒体均上下通透，所述暗反应出液管与光反应进液管相连通；
当暗反应腔室为多个时，所述暗反应腔室依次相连通，其中最后一个暗反应腔室的暗反应出液管与光反应腔室的光反应进液管相连通。
[0012]当光反应腔室为多个时，所述光反应腔室依次相连通，其中第一个光反应腔室的光反应进液管与暗反应腔室的暗反应出液管相连通。
[0013]作为本发明的一种优选技术方案，所述光反应腔室为八个，所述第二筒体与第三筒体之间沿周向均匀设有八块竖直光挡板，所述八块竖直光挡板分别与第二筒体、第三筒体可拆卸连接；所述暗反应腔室为四个，所述第五筒体内部设有两块相互垂直的竖直暗挡板，两块暗挡板固定连接，两块暗挡板分别与第五筒体可拆卸连接。
[0014]作为本发明的一种优选技术方案，所述八个光反应腔室底部均设有竖直的光反应进液管，所述八个光反应腔室顶部均设有竖直的光反应氢气出气管，所述八个光反应腔室侧面均设有水平的光反应出液管；所述四个暗反应腔室底部均设有竖直的暗反应进液管，所述四个暗反应腔室顶部均设有竖直的暗反应氢气出气管，所述四个光反应腔室侧面均设有水平的暗反应出液管。
[0015]作为本发明的一种优选技术方案，所述光反应出液管位于光反应腔室内的端部可拆卸连接有“L”型弯头，所述“L”型弯头朝上；所述暗反应出液管位于暗反应腔室内的端部可拆卸连接有“L”型弯头，所述“L”型弯头朝上。
[0016]作为本发明的一种优选技术方案，所述隔光保温层与第三筒体之间设有光源，所述光源朝向光合生物制氢反应器。
[0017]作为本发明的一种优选技术方案，所述第一筒体的中心线、第二筒体的中心线、第三筒体的中心线、第四筒体的中心线、第五筒体的中心线在同一竖直线上。
[0018]作为本发明的一种优选技术方案，所述光合生物制氢反应器为透明材料。
[0019]作为本发明的一种优选技术方案，所述光合生物制氢反应器透明材料为玻璃或有机玻璃。
[0020]为解决上述第一个技术问题，本发明的暗发酵光合作用联合产氢装置产生氢气的方法主要包括以下步骤:
A:首先将恒流栗的一端与反应液存储容器用橡胶管相连通，恒流栗的另一端与暗反应进液管用橡胶管相连通，然后将暗发酵制氢反应器的暗反应出液管与光合生物制氢反应器的光反应进液管用橡胶管相连