CN109516518B - 一种用于生物制氢过程含气高粘度液体的气液分离装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于生物制氢过程含气高粘度液体的气液分离装置，包括容器，容器由相互联通的上部的气液分离区和下部的液相收集区构成，在气液分离区上部联通有进液口，进液口与气液分离区内布设的布液管连通，在布液管底部设置有出液孔，在布液管下面的气液分离区内至少设置一排液膜破碎管，每排液膜破碎管至少平行设置两根液膜破碎管，相邻排液膜破碎管交错排列，在气液分离区顶部设置连接管，液相收集区底部设置有出液口，在容器下部设置有惰性气体联通管，惰性气体联通管伸入到液相收集区内。本发明有以下技术效果：本发明通过布液管将含气高粘度液体分布到布液管上进行破碎使氢气从液体中充分分离出来，同时在惰性气体排气孔的鼓泡作用下上升，从而促进氢气快速充分地从液相中向上排出。

Description

一种用于生物制氢过程含气高粘度液体的气液分离装置
技术领域
本发明属于生物制氢技术领域，具体地说涉及一种生物制氢过程中含气高粘度液体的气液分离设备。
背景技术
生物制氢是微生物利用有机底物通过发酵方式实现的氢能生产的过程。在该过程中有机底物和多中间的代谢产物会同时存在于液相环境中。
通常存在且不限于以下有机的碳源和氮源成分。它们在20℃的粘度参考值如下（单位：10-3pa·s）：
葡萄糖:4300-8600（依浓度不同而变） 甘油：1500 乳酸：5-60 乙酸：2.9
丁酸：2.8 苹果酸：6.5 乙醇：4.1 甲酸：7.3 水：1.0
由此可见，这些有机成分的粘度均大于纯水的粘度。因为液相中含有的多种有机成分，使得分子间的氢键增加，因此增大了分子间的作用力。而粘度的定义为：相距单位距离的两液层，使单位面积的液层维持单位速度差所需的切力。因此，分子间作用力的增大导致液相的粘度较纯水明显增加。
氢气产生于液相，且需要从液相析出以便收集。从力学原理来分析，要使氢气从液相析出，必须使氢气气泡在上浮过程中克服重力和气液相界面的阻力。而液相粘度的增加使氢气上浮过程中的阻力明显增加。氢气的析出因此更加困难。
由于在生物制氢的过程中，液相环境中同时存在着:微生物、有机底物、微小的氢气气泡等多种成分，液相的粘度往往大大高于同温同压下的水的粘度，使得所产生的微小氢气气泡难以快速和彻底的从液相分离。
发明内容
本发明提供一种用于生物制氢过程含气高粘度液体的气液分离装置，能够快速充分地将生物制氢过程中产生的含气高粘度液体进行气液分离。
本发明的目的是以下述方式实现的：
一种用于生物制氢过程含气高粘度液体的气液分离装置，包括容器，容器由相互联通的上部的气液分离区和下部的液相收集区构成，在气液分离区上部联通有进液口，进液口与气液分离区内布设的布液管连通，在布液管底部设置有出液孔，在布液管下面的气液分离区内至少设置一排液膜破碎管，每排液膜破碎管至少平行设置两根液膜破碎管，相邻排液膜破碎管交错排列，在气液分离区顶部设置连接管，液相收集区底部设置有出液口，在容器下部设置有惰性气体联通管，惰性气体联通管伸入到液相收集区内。
上述用于生物制氢过程含气高粘度液体的气液分离装置，在气液分离区顶部设置有气相收集区，连接管伸入至气相收集区的上半部分内，在气相收集区的顶部设置有氢气排出口。
上述用于生物制氢过程含气高粘度液体的气液分离装置，伸入到液相收集区的惰性气体联通管上设置有向上的排气孔。
上述用于生物制氢过程含气高粘度液体的气液分离装置，所述排气孔至少为两个，且均匀布在伸入到液相收集区的惰性气体联通管上。
上述用于生物制氢过程含气高粘度液体的气液分离装置，在液相收集区的底部设置有储液井，出液口设置有储液井的底部。
上述用于生物制氢过程含气高粘度液体的气液分离装置，在气相收集区的底部设置有回流管，回流管与惰性气体联通管联通，且在惰性气体联通管上设置有气泵和气体进取样管，在气体进取样管上设置有阀门。
上述用于生物制氢过程含气高粘度液体的气液分离装置，气液分离区的截面为上窄下宽的梯形。
上述用于生物制氢过程含气高粘度液体的气液分离装置，所述液相收集区的截面为矩形。
上述用于生物制氢过程含气高粘度液体的气液分离装置，所述液相收集区的高度为气流分离区高度的1/3。
相对于现有技术，本发明有以下技术效果：本发明通过布液管将含气高粘度液体分布到布液管上进行破碎使氢气从液体中充分分离出来，同时在惰性气体排气孔的鼓泡作用下上升，从而促进氢气快速充分地从液相中向上排出。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种用于生物制氢过程含气高粘度液体的气液分离装置，包括容器，容器由相互联通的上部的气液分离区11和下部的液相收集区8构成，在气液分离区上部联通有进液口1，进液口与气液分离区内布设的布液管13连通，在布液管底部设置有出液孔14，在布液管下面的气液分离区内至少设置一排液膜破碎管12，每排液膜破碎管至少平行设置两根液膜破碎管，相邻排液膜破碎管交错排列，在气液分离区顶部设置连接管4，液相收集区底部设置有出液口10，在容器下部设置有惰性气体联通管5，惰性气体联通管伸入到液相收集区内。
本发明在气液分离区顶部设置有气相收集区2，连接管4伸入至气相收集区的上半部分内，在气相收集区的顶部设置有氢气排出口3。在气相收集区的底部设置有回流管，回流管与惰性气体联通管5联通，且在惰性气体联通管上设置有气泵7和气体进取样管6，在气体进取样管上设置有阀门，气体进取样管6作为整个装置启动时充氩气和运行中气体采样检验；气泵7用于使氩气在装置内循环，以便对液相收集区实施鼓泡。伸入到液相收集区的惰性气体联通管上设置有向上的排气孔15，所述排气孔至少为两个，且均匀布在伸入到液相收集区的惰性气体联通管上，在液相收集区的底部设置有储液井9，出液口10设置有储液井的底部，储液井9深度为矩形部分高度的1/3。出液口10的尺寸与进液口1的尺寸相同。
本发明气相收集区2呈矩形，高度应不低于气液分离区11高度的1/2。体积不小于进液管1的一个小时的累积体积流量。
本发明的气液分离区的截面为上窄下宽的梯形，这样来确保分离得到的氢气在向上流出气液分离装置时可以因为通道截面的减小而逐渐加速，从而保证连接管4处有足够的流速，为后续的氢气收集创造必要的条件。
所述液相收集区的截面为矩形，这样的结构使得残存与液相的微小氢气气泡，在上浮脱离液相的运动中不会被外壳壁面而阻挡。该部分的垂直高度为气液分离区11高度的1/3。
本发惰性气体选用大于氢气的惰性气体，本发明选用氩气。由于惰性气体的化学性质不活泼，没有与氢气反应的可能性。另外，氩气分子量明显高于氢气便于分离，为后续的氩气再循环操作提供必要的支持依据。比重大于氢气的惰性气体均可以用。
本发明的工作过程如下：
首先从阀门将惰性气体通过惰性气体联通管将惰性气体（氩气）充入到液相收集区及气液分离区，充满后，将含气高粘度液体从进液口1流入布液管13，含气高粘度液体通过均匀分布在布液管上的出液孔14流出，在重力作用下，滴落至固定于装置内部空间的液膜破碎管12上。含气高粘度液体的液膜在撞击的作用下被破坏，氢气因此从液相析出。液膜破碎管在装置内水平贯穿，且沿垂直方向至少布置3排，以便实现液膜的多次破碎，促进含气高粘度流体中的氢气充分析出。最终，液体下落于该装置下方的液相收集区8。已经析出的氢气因比重远低于氩气，会沿连接管4流入气相收集区2，并汇聚于2的上部空间。连接管4伸入气相收集区2的高程应大于气相收集区2高度的1/2以上。气相收集区2的下部经由惰性气体联通管5，与液相收集区相连。惰性气体联通管5与气泵7相连，并在伸入液相收集区8的水平段，且在该水平段等距开设若干排气孔15。在气相收集区2内，由于氢气比重远小于氩气，氩气因而会自然沉降而汇聚在气相收集区2的下部空间。这里的氩气在气泵7的作用下，被回打至液相收集区8，并通过均布的排气孔15对液相收集区8里的流体再次施加扰动作用。从小孔流出的大量氩气气泡在浮力作用下，朝自由液面处做宏观运动，沿程使得在液相收集区8内仍残存的少量的微小氢气气泡，在这些氩气气泡的裹挟和带动下，被进一步带出液相收集区8而析出。
综上，分离出的氢气从最上端的氢气排出口3流出该装置，分离出的液体由该装置的最下端的储液井9，经由出液口10流出该装置，实现了将含气粘性流体中的氢气从液相充分分离的目的。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (7)

1.一种用于生物制氢过程含气高粘度液体的气液分离装置，包括容器，其特征在于：容器由相互联通的上部的气液分离区和下部的液相收集区构成，在气液分离区上部联通有进液口，进液口与气液分离区内布设的布液管连通，在布液管底部设置有出液孔，在布液管下面的气液分离区内至少设置一排液膜破碎管，每排液膜破碎管至少平行设置两根液膜破碎管，相邻排液膜破碎管交错排列，在气液分离区顶部设置连接管，液相收集区底部设置有出液口，在容器下部设置有惰性气体联通管，惰性气体联通管伸入到液相收集区内，在气液分离区顶部设置有气相收集区，连接管伸入至气相收集区的上半部分内，在气相收集区的顶部设置有氢气排出口，伸入到液相收集区的惰性气体联通管上设置有向上的排气孔。
2.根据权利要求1所述的用于生物制氢过程含气高粘度液体的气液分离装置，其特征在于：所述排气孔至少为两个，且均匀分布在伸入到液相收集区的惰性气体联通管上。
3.根据权利要求1所述的用于生物制氢过程含气高粘度液体的气液分离装置，其特征在于：在液相收集区的底部设置有储液井，出液口设置有储液井的底部。
4.根据权利要求1所述的用于生物制氢过程含气高粘度液体的气液分离装置，其特征在于：在气相收集区的底部设置有回流管，回流管与惰性气体联通管联通，且在惰性气体联通管上设置有气泵和气体进取样管，在气体进取样管上设置有阀门。
5.根据权利要求1所述的用于生物制氢过程含气高粘度液体的气液分离装置，其特征在于：气液分离区的截面为上窄下宽的梯形。
6.根据权利要求5所述的用于生物制氢过程含气高粘度液体的气液分离装置，其特征在于： 所述液相收集区的截面为矩形。
7.根据权利要求6所述的用于生物制氢过程含气高粘度液体的气液分离装置，其特征在于：所述液相收集区的高度为气液分离区高度的1/3。
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