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申请/专利权人：哈尔滨工业大学

摘要：基于同步糖化发酵的玉米秸秆生物产氢装置及其制氢方法，属于生物能源技术领域，本发明为解决现有暗发酵制氢过程中存在底物有机质氢能转化效率差、有机废弃物的排放多、制取氢气的质量差以及制氢成本高的问题，所述产氢装置包括立式发酵罐、辐照预处理单元、酶解糖化单元、暗发酵单元、光发酵单元、电力供应箱和储氢罐，本申请利用不同微生物对底物的高度特异性，将暗发酵与光发酵制氢过程相结合，不仅可以大幅度提高底物有机质氢能转化效率，实现底物的彻底分解处理并制取高品质氢气，还可以使农业废弃物资源化利用，降低制氢成本，达到减排产能的目的。本申请主要用作氢气的制备。

主权项：1.一种基于同步糖化发酵的玉米秸秆生物产氢装置，其特征在于：所述产氢装置包括立式发酵罐1、辐照预处理单元2、酶解糖化单元10、暗发酵单元18、光发酵单元26、电力供应箱24和储氢罐32；所述辐照预处理单元2、酶解糖化单元10、暗发酵单元18和电力供应箱24由上至下依次设置在立式发酵罐1，且辐照预处理单元2、酶解糖化单元10、暗发酵单元18和电力供应箱24均与立式发酵罐1的内壁固定连接，立式发酵罐1侧壁的上部加工有进料口6，进料口6与辐照预处理单元2连通设置，辐照预处理单元2的出料端与酶解糖化单元10的进料端连通设置，立式发酵罐1侧壁的中部插装有酶制剂进液管11，酶制剂进液管11与酶解糖化单元10连通设置，酶解糖化单元10的液体出料端与暗发酵单元18的进料端连通设置，酶解糖化单元10的固体出料端通过插装在立式发酵罐1侧壁上的固体出料管16排出至立式发酵罐1的外部并流入固体废料池进行统一处理，立式发酵罐1侧壁的下部插装有产氢菌进料管17，产氢菌进料管17与暗发酵单元18连通设置，暗发酵单元18的产氢端与储氢罐32连通设置，暗发酵单元18的排液端与光发酵单元26的进料端连通设置，光发酵单元26设置在立式发酵罐1的外侧，光发酵单元26的产氢端与储氢罐32连通设置，光发酵单元26的排料端与回收池连通设置，电力供应箱24的电力输出端通过导线分别与辐照预处理单元2的电力输入端、酶解糖化单元10的电力输入端、暗发酵单元18的电力输入端和光发酵单元26的电力输入端相连；所述辐照预处理单元2包括辐射光照组件、物料传送机构和防辐射隔离板9，所述辐射光照组件固接在立式发酵罐1的内顶部，防辐射隔离板9设置在辐射光照组件的下方，防辐射隔离板9与立式发酵罐1的一侧内壁固定连接，防辐射隔离板9与立式发酵罐1的另一侧内壁之间设有下料间隙，物料传送机构固接在防辐射隔离板9的顶部，且辐射光照组件的照射端朝向物料传送机构设置，物料传送机构的起始端设置在进料口6的正下方，物料传送机构的末端设置在下料间隙的正上方，辐照预处理单元2通过下料间隙与酶解糖化单元10的进料端连通设置；所述辐射光照组件包括灯管支架3、辐射探照灯4和控制开关5，所述灯管支架3固接在立式发酵罐1的内顶部，辐射探照灯4安装在灯管支架3的底部，且辐射探照灯4朝向物料传送机构设置，控制开关5安装在灯管支架3上，且控制开关5通过导线与辐射探照灯4和物料传送机构的启动端串联设置，电力供应箱24中的一号电力输出端通过导线与辐射探照灯4的电力输入端相连；所述物料传送机构包括物料传送带7、支架8、传送电机、主动带轮和从动带轮，所述支架8固接在防辐射隔离板9的顶部，主动带轮和从动带轮均安装在支架8上，且主动带轮和从动带轮均与支架8转动连接，传送电机设置在立式发酵罐1的外侧，且传送电机的壳体与立式发酵罐1的外侧壁固定连接，传送电机的动力输出轴延伸至立式发酵罐1内并通过联轴器与主动带轮的轮轴相连，传送电机的动力输出轴通过轴承与立式发酵罐1的侧壁转动连接，物料传送带7套设在主动带轮和从动带轮上，且物料传送带7与主动带轮和从动带轮张紧设置，物料传送带7的起始端设置在进料口6的正下方，物料传送带7的末端设置在下料间隙的正上方，电力供应箱24中的二号电力输出端通过导线与传送电机的电力输入端相连；所述酶解糖化单元10包括固体螺旋输送机13、螺旋电机14、糖化液出料管15、分离隔板19和两个液体搅拌器12，所述分离隔板19设置在防辐射隔离板9的下方，固体螺旋输送机13安装在分离隔板19上，螺旋电机14设置在立式发酵罐1的外侧，且螺旋电机14的壳体与立式发酵罐1的外侧壁固定连接，螺旋电机14的动力输出轴延伸至立式发酵罐1内并通过联轴器与固体螺旋输送机13的螺旋轴相连，螺旋电机14的动力输出轴通过轴承与立式发酵罐1的侧壁转动连接，固体螺旋输送机13的末端与固体出料管16对应设置，固体螺旋输送机13的末端与固体出料管16之间设有可升降隔板，糖化液出料管15插装在分离隔板19上，且酶解糖化单元10通过糖化液出料管15与暗发酵单元18连通设置，两个液体搅拌器12设置在固体螺旋输送机13与防辐射隔离板9之间，每个液体搅拌器12对应设有一个搅拌电机，每个搅拌电机设置在立式发酵罐1的外侧，且每个搅拌电机的壳体与立式发酵罐1的外侧壁固定连接，搅拌电机的动力输出轴延伸至立式发酵罐1内并通过联轴器与液体搅拌器12的搅拌轴相连，搅拌电机的动力输出轴通过轴承与立式发酵罐1的侧壁转动连接，酶制剂进液管11位于两个液体搅拌器12的上方，且酶制剂进液管11靠近防辐射隔离板9的底部设置，电力供应箱24中的三号电力输出端通过导线与螺旋电机14的电力输入端相连，电力供应箱24中的四号电力输出端通过导线与两个搅拌电机的电力输入端相连；所述暗发酵单元18包括搅拌桨20、传动电机21、排液管22和一号氢气输出管23，所述搅拌桨20设置在分离隔板19的下方，传动电机21设置在立式发酵罐1的外侧，且传动电机21的壳体与立式发酵罐1的外侧壁固定连接，传动电机21的动力输出轴延伸至立式发酵罐1内并通过联轴器与搅拌桨20的搅拌轴相连，传动电机21的动力输出轴通过轴承与立式发酵罐1的侧壁转动连接，产氢菌进料管17设置在暗发酵单元18中酶解糖化液的液面上方，且产氢菌进料管17上串联有电磁阀，排液管22设置在暗发酵单元18中酶解糖化液的液面下方，且排液管22的进液端与立式发酵罐1连通设置，排液管22的出液端与光发酵单元26的进液端连通设置，一号氢气输出管23设置在暗发酵单元18中酶解糖化液的液面上方，一号氢气输出管23的进气端与立式发酵罐1连通设置，一号氢气输出管23的出气端与储氢罐32连通设置，排液管22上串联有电磁阀，一号氢气输出管23沿气体流通方向依次串联有一号输气阀和一号单向阀；所述光发酵单元26包括光反应发酵池27、排料管28、回流管29、二号氢气输出管30和光照组件31，所述排液管22的出液端与光反应发酵池27的一端连通设置，光反应发酵池27中设有一号纵向挡板组33和二号纵向挡板组34，一号纵向挡板组33中包括多个一号纵向挡板，多个一号纵向挡板沿光反应发酵池27的长度延伸方向依次布置在光反应发酵池27的内底部，且每个一号纵向挡板的底部与光反应发酵池27的内底部固定连接，二号纵向挡板组34包括多个二号纵向挡板，多个二号纵向挡板沿光反应发酵池27的长度延伸方向依次布置在光反应发酵池27的内顶部，且每个二号纵向挡板的顶部与光反应发酵池27的内顶部固定连接，且每个一号纵向挡板与一个二号纵向挡板错位布置，排料管28与光反应发酵池27另一端的下部连通设置，回流管29设置在排液管22与排料管28之间，且回流管29的一端与排液管22连通设置，回流管29的另一端与排料管28连通设置，排料管28的末端串联有排料阀，二号氢气输出管30设置在光反应发酵池27的顶部，且二号氢气输出管30靠近光反应发酵池27的另一端设置，二号氢气输出管30的进气端与光反应发酵池27连通设置，二号氢气输出管30的出气端与储氢罐32连通设置，二号氢气输出管30沿气体流通方向依次串联有二号输气阀和二号单向阀，光反应发酵池27的顶部通过透明板密封设置，光照组件31设置在光反应发酵池27的外顶部，且光照组件31的连接部与光反应发酵池27的外顶部固定连接，光照组件31的照射端朝向透明板设置；所述光照组件31包括可升降的纵向调节结构以及双光源照明头，可升降的纵向结构为电驱动的丝杠螺母结构，双光源照明头通过固定座安装在丝杠螺母上，并通过位于纵向结构顶部的电机转动带动丝杠转动，同时带动位于丝杠上的螺母沿丝杠的轴线延伸方向进行移动，并伴随着螺母的运动带动双光源照明头实现升降作用，通过调整双光源照明头与光反应发酵池27之间的间距可以间接调整光照的强度和照射面积，可以对使光反应发酵池27内的物料反应更充分，双光源照明头中包括两种灯源，一种是LED灯，一种是黄光灯，可以根据物料的光反应特性却选择工作时光照的光源，以使光反应更加稳定。

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