CN208667676U - 低阶煤微生物分级降解反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低阶煤微生物分级降解反应器，包括支架，支架上设有反应箱、旋转搅拌体、全密封轴承、紫光灯、加料斗、三角带、电机、电机带轮、调速器、球阀、挡板、玻璃视窗。本实用新型的结构简单、设计合理，实现及使用操作方便，降解效果好，便于推广使用。

Description

低阶煤微生物分级降解反应器

技术领域

本实用新型属于微生物反应器技术领域，涉及一种低阶煤微生物分级降解反应器。

背景技术

能源和材料是人类赖以生存和社会发展的基础，一直以来世界各国的能源都是以化石能源为主，而占主导地位的是石油、煤炭和天然气。我国是一个石油和天然气相对贫乏的国家，主要能源为煤炭，探明储量(2015年底)为1145亿万吨，占全球储量的12.8％。我国的主要能源消费为煤炭，其占有率高于60％，未来较长时间煤炭消费占据我国能源消费主导地位的现状不会改变。

煤炭，按煤化程度可以粗略的分为低阶煤和高阶煤。低阶煤是指煤化程度较低的煤。若按照我国煤炭的分类，低阶煤包括褐煤、风化长焰煤、不粘煤、弱粘煤和气煤等，高阶煤包括肥煤、瘦煤、贫煤、无烟煤等；而美国的煤炭划分方法，低阶煤则包括褐煤和次烟煤，高阶煤包括烟煤和无烟煤。

随着世界各地对于高阶优质煤的抢先开采，低阶煤在煤炭总量中所占比例越来越高。在我国这样以煤炭为主要一次能源的国家，加强低阶煤的清洁高效利用越来越受到政府和学者的关注。低阶煤的加工利用方式主要有直接燃烧发电，液化、气化、热解和炼焦等，而这些传统的加工利用方式均存在较大的弊端，低阶煤具有热值低、水分高等特点，这就导致其热效率低。低阶煤的气化、液化、热解、炼焦等加工方式一般需要高温高压，对设备要求也高，能耗巨大。低阶煤中含有较高的N、O、S元素以及灰分，因此，低阶煤在燃烧过程中除了产生二氧化碳、碳氢化合物外，还会生成大量烟尘、氮氧化物、硫氧化物等污染物；除此之外，煤炭由于和其他矿物伴生，还会导致重金属元素等污染。随着世界各国对环保的严格要求，以及工业向低能、环保、绿色、安全方向转变，低阶煤的传统加工利用方式受到极大的限制。故而，低阶煤走高效洁净利用是其可持续发展的必然道路。

煤是亿万年前埋在地下的植物遗体经过复杂的生物化学作用和物理化学作用转变而成的沉积有机矿产，是多种高分子化合物和矿物质组成的混合物。煤化程度越低稠环结构越少，脂肪链状结构越多，含有更多类木质素结构，其结构更趋近于原始植物残体，越有利于被微生物降解。煤的微生物转化(或称微生物溶煤，煤的微生物降解)指利用真菌、细菌和放线菌等微生物的作用来实现煤的溶解、降解、液化或气化，以获取清洁燃料和其它化学品，该过程具有设备要求简单、转化条件温和、能耗低、产物利用价值高等一系列优点。利用微生物转化煤，实现煤炭的清洁利用融合了生物技术、矿物加工和化学化工等学科的前沿技术，在低阶煤(褐煤和次烟煤)的综合利用方面具有广阔的发展前景。

经过三十多年的研究和发展，煤的微生物转化研究已取得了喜人的成果，但也存在很多难题亟待解决，比如：高效稳定降解煤的菌株有限且缺乏普适性。针对这一难题，研究者们在微生物降解煤的ABCDE机理及煤风化过程中菌群的演替规律(即：煤自然风化的早期起降解作用的主要是放线菌，其次是细菌，最后为真菌)的基础上，通过菌-煤匹配实验，筛选出了对低阶煤具有较高降解能力的放线菌(A)、细菌(B)和真菌(C)，并建立了低阶煤分级降解的方法。通过大量实验证明该分级降解的方法对低阶煤具有普遍的高降解率，解决了低阶煤降解缺乏高效降解菌及降解菌缺乏普适性的问题。为了进行低阶煤分级降解的工业化实现，本实用新型设计出了低阶煤微生物分级降解的反应器。以期通过该反应器对低阶煤进行分级降解，从而实现煤的溶解、降解、液化或气化，以获取清洁燃料和其它化学品，清洁高效的实现低阶煤的集约型加工利用。

煤的微生物转化融合了生物技术、矿物加工和化学化工等学科的前沿技术，在低阶煤的综合利用方面具有广阔的发展前景。然而，该技术尚处于初级研究阶段，实现低阶煤微生物降解工业化，还有还存在一定的难题。首先，低阶煤的降解菌种缺乏普适性，即煤种和菌种之间存在选择性，同一菌种对某一种煤具有降解作用，不一定能降解另一种煤；其二，降解产物的有价高效利用还需要加大研究力度，即该技术尚不能产生巨大的经济效益等。这些问题的关键在于第一步，即降解菌种缺乏普适性，降解效率偏低。只有解决这一问题，提高了微生物转化煤的效率(提供丰富的物质基础——研究对象)，才能激发研究者对煤炭降解产物利用方面的研究力度。基于此，低阶煤的分级降解理论，认为低阶煤的降解是一个系统工程，针对煤中不同的结构单元，具有不同的降解机理，而不同的降解机理源自于不同菌种产生的不同降解活性物质，这也正是低阶煤分级降解技术的基础所在。低阶煤的分级降解技术，经实验证明对低阶煤降解普遍具有较好的效果。本实用新型，针对这一理论和相应的工艺技术，设计出低阶煤的分级降解反应器，以期实现低阶煤分级降解技术工业化的初步尝试。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种低阶煤微生物分级降解反应器，针对低阶煤高效降解菌种较少且缺乏普适性的难题，解决了现有技术中低阶煤分级降解工业化的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，低阶煤微生物分级降解反应器，包括支架，支架上设有反应箱，反应箱包括U型槽状的反应箱箱体，反应箱箱体正上方设有反应箱箱盖，反应箱箱盖上通过焊接设置箱盖把手，反应箱箱盖上设有加料斗和聚乙烯醇缩丁醛夹层玻璃的玻璃视窗，加料斗和玻璃视窗之间平行设有挡板，反应箱箱盖的下侧设置有紫光灯，反应箱箱盖通过箱盖铰链与反应箱箱体连接，反应箱箱体侧面下方设有出料门，出料门上设有出料门把手，出料门正下方通过出料门铰链与反应箱箱体连接，靠出料门其余三侧的反应箱箱体上设有出料门卡柄，反应箱箱体的底部中心设置有球阀，球阀和反应箱箱体的连接处设置有滤网，反应箱内部设有旋转搅拌体，旋转搅拌体的中间设有旋转轴，旋转轴上焊接有十字搅拌桨，十字搅拌桨的两侧外沿均设置有塑料搅拌刷，旋转轴的两端通过全密封轴承与反应箱箱体连接，旋转轴的一侧穿射于反应箱箱体并设置有旋转轴带轮，旋转轴带轮与电机带轮通过三角带连接，电机带轮与电机连接，电机通过导线与调速器连接。

进一步的，所述U型槽状的反应箱箱体下方的半圆柱槽的半径等于十字搅拌桨的半径与塑料搅拌刷的厚度之和，半圆柱槽与塑料搅拌刷过盈配合，ES(上偏差)＝+5mm，EI(下偏差)＝+2mm。

进一步的，所述出料门卡柄设置为3个。

进一步的，所述紫光灯设置为多个。

进一步的，所述反应箱盖与十字搅拌桨最高点之间的距离等于十字搅拌桨的半径。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的结构简单、设计合理，实现及使用操作方便，降解效果好，便于推广使用。通过该反应器对低阶煤进行分级降解，从而实现煤的溶解、降解、液化或气化，以获取清洁燃料和其它化学品，清洁高效的实现低阶煤的集约型加工利用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是图1的俯视图；

图4是图1的右视图。

图中，1.反应箱，1-1.反应箱箱体，1-2.反应箱箱盖，1-3.箱盖把手，1-4.箱盖铰链，1-5.出料门，1-6.出料门把手，1-7.出料门铰链，1-8.出料门卡柄，2.旋转搅拌体，2-1.旋转轴，2-2.旋转轴带轮，2-3.十字搅拌桨，2-4.塑料搅拌刷，3.全密封轴承，4.紫光灯，5.加料斗，6.三角带，7-1.电机，7-2.电机带轮，8.调速器，9.支架，10.球阀，11.挡板，12.玻璃视窗。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

低阶煤微生物分级降解反应器，如图1至图4所示，包括支架9，支架9上设有反应箱1，反应箱1包括U型槽状的反应箱箱体1-1，反应箱箱体1-1正上方设有反应箱箱盖1-2，反应箱箱盖1-2上焊接有箱盖把手1-3，反应箱箱盖1-2上设有加料斗5和聚乙烯醇缩丁醛夹层玻璃的玻璃视窗12，加料斗5和玻璃视窗12之间平行设有挡板11，反应箱箱盖1-2的下侧设置有紫光灯4，反应箱箱盖1-2通过箱盖铰链1-4与反应箱箱体1-1连接，反应箱箱体1-1侧面下方设有出料门1-5，出料门1-5上设有出料门把手1-6，出料门1-5正下方通过出料门铰链1-7与反应箱箱体1-1连接，靠出料门1-5其余三侧的反应箱箱体1-1上设有出料门卡柄1-8，反应箱箱体1-1的底部中心设置有球阀10，球阀10和反应箱箱体1-1的连接处设置有滤网，反应箱1内部设有旋转搅拌体2，旋转搅拌体2的中间设有旋转轴2-1，旋转轴2-1上焊接有十字搅拌桨2-3，十字搅拌桨2-3的两侧外沿均设置有塑料搅拌刷2-4，旋转轴2-1的两端通过全密封轴承3与反应箱箱体1-1连接，旋转轴2-1的一侧穿射于反应箱箱体1-1并设置有旋转轴带轮2-2，旋转轴带轮2-2与电机带轮7-2通过三角带6连接，电机带轮7-2与电机7-1连接，电机7-1通过导线与调速器8连接。

反应箱箱体1-1为U型槽状，反应箱箱体1-1下方为半圆柱槽，十字搅拌桨2-3的半径与塑料搅拌刷2-4的厚度之和等于半圆柱槽的半径，塑料搅拌刷2-4与半圆柱槽过盈配合，ES(上偏差)＝+5mm，EI(下偏差)＝+2mm；

出料门卡柄1-8设置为3个；

紫光灯4根据需要设置为多个，对反应箱1内进行灭菌处理；

加料斗5用于向反应箱1内加入反应物；

玻璃视窗12采用聚乙烯醇缩丁醛夹层玻璃；可以隔离紫外线，且具有良好的透明性，使操作人员方便的观察反应箱内的反应情况；

支架9用于支撑和固定反应器；

玻璃视窗12和加料斗5之间设置有挡板11，防止物料散落到玻璃视窗12上；

球阀10和反应箱箱体1-1的连接处设置有滤网，流动性反应产物可通过滤网由阀门阀10放出；

反应箱箱体1-1侧面下方设有出料门1-5，固体物料可由出料门1-5出料；出料门1-5的边沿一周与反应箱箱体1-1的接触处设置有密封圈；出料门1-5关闭后，转动出料门卡柄1-8，卡紧出料门1-5，使得出料门1-5与反应箱箱体1-1密封配合；塑料搅拌刷2-4和反应箱箱体1-1内壁适度公差配合，防止物料沉积在反应箱1的箱底。

调速器8的调速范围为0～200r/min，接通电源后，通过调速器8调节至合适转速，电机7-1转动，通过三角带6带动旋转轴2-1转动，同时十字搅拌桨2-3开始转动，搅动物料，降解反应开始。

反应箱盖1-2与十字搅拌桨2-3最高点之间的距离等于十字搅拌桨2-3的半径，所加液体物料的高度介于半圆柱槽的半径到直径之间，最佳高度为半圆柱槽直径的三分之二，十字搅拌桨2-3转动阻力较小，不会使反应物料溅到反应箱箱盖1-2上。

首先，低阶煤微生物分级降解反应器放置于无菌、恒温操作间(操作间通过紫外灯实时灭菌，空调实时温度30℃)，反应器接通电源后，通过调速器8控制电机7-1在较低的转速带动旋转搅拌体2转动；通过加料斗5，按照一级降解(放线菌A降解低阶煤)的工艺条件，加入放线菌培养基(所加培养基的高度介于半圆柱槽的半径到直径之间，最佳高度为半圆柱槽直径的三分之二)，接种放线菌母菌液，培养一段时间后，加入粒度小于1mm的煤粉，通过调速器8加速至适当转速，待反应时间完成后，打开紫光灯4，灭菌30min，调低搅拌转速，直至转速为“0”，关闭电源，将盛接容器放置到球阀10下方，转动球阀10上的转盘打开球阀10，降解液通过滤网流入容器；通过玻璃视窗12观察降解液流尽后，关闭球阀10，降解液中带出的煤粒，经沉淀后，可重新由加料斗5加入反应箱1内，进行下一级降解。

打开电源，打开紫光灯4，对反应箱1内的菌体和残余煤粉进行强力灭菌30min。按照二级降解(细菌B再降解放线菌降解后的残煤)的工艺条件，加入细菌培养基，并接种细菌母菌液，通过调速器8加速至适当转速，开始降解实验；达到降解时间后，打开紫光灯4，灭菌30min，调低搅拌转速，直至转速为“0”，关闭电源；将盛接容器放置到球阀10下方，转动球阀10上的转盘打开球阀10，降解液通过滤网流入容器；通过玻璃视窗12观察降解液流尽后，关闭球阀10，降解液中带出的煤粒，经沉淀后，可重新由加料斗5加入反应箱1内，进行下一级降解。

打开电源，打开紫光灯4，对反应箱1内的菌体和残余煤粉进行强力灭菌30min。按照三级降解(真菌C再降解细菌降解后的残煤)的工艺条件，加入真菌培养基，并接种真菌母菌液，通过调速器8加速至适当转速，开始降解实验；降解时间结束后，打开紫光灯4，灭菌30min，调低搅拌转速，直至转速为“0”，关闭电源；将盛接容器放置到球阀10下方，转动球阀10上的转盘打开球阀10，降解液通过滤网流入容器；通过玻璃视窗12观察降解液流尽后，关闭球阀10。低阶煤的分级降解过程结束，逐个转动出料门卡柄1-8，通过出料门把手1-6打开出料门1-5，用工具对反应箱1内残煤进行出料操作，必要时转动十字搅拌桨2-3，配合出料，完毕后，关上出料口1-5，逐个转动出料门卡柄1-8，卡紧出料门；可通过加料斗5向反应箱1内壁和搅拌桨上冲水，冲洗干净反应箱1，以备后续使用，操作完毕。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (5)

1.低阶煤微生物分级降解反应器，其特征在于，包括支架(9)，支架(9)上设有反应箱(1)，反应箱(1)包括U型槽状的反应箱箱体(1-1)，反应箱箱体(1-1)正上方设有反应箱箱盖(1-2)，反应箱箱盖(1-2)上焊接有箱盖把手(1-3)，反应箱箱盖(1-2)上设有加料斗(5)和聚乙烯醇缩丁醛夹层玻璃的玻璃视窗(12)，加料斗(5)和玻璃视窗(12)之间平行设有挡板(11)，反应箱箱盖(1-2)的下侧设置有紫光灯(4)，反应箱箱盖(1-2)通过箱盖铰链(1-4)与反应箱箱体(1-1)连接，反应箱箱体(1-1)侧面下方设有出料门(1-5)，出料门(1-5)上设有出料门把手(1-6)，出料门(1-5)正下方通过出料门铰链(1-7)与反应箱箱体(1-1)连接，靠出料门(1-5)其余三侧的反应箱箱体(1-1)上设有出料门卡柄(1-8)，反应箱箱体(1-1)的底部中心设置有球阀(10)，球阀(10)和反应箱箱体(1-1)的连接处设置有滤网，反应箱(1)内部设有旋转搅拌体(2)，旋转搅拌体(2)的中间设有旋转轴(2-1)，旋转轴(2-1)上焊接有十字搅拌桨(2-3)，十字搅拌桨(2-3)的两侧外沿均设置有塑料搅拌刷(2-4)，旋转轴(2-1)的两端通过全密封轴承(3)与反应箱箱体(1-1)连接，旋转轴(2-1)的一侧穿射于反应箱箱体(1-1)并设置有旋转轴带轮(2-2)，旋转轴带轮(2-2)与电机带轮(7-2)通过三角带(6)连接，电机带轮(7-2)与电机(7-1)连接，电机(7-1)通过导线与调速器(8)连接。

2.根据权利要求1所述的低阶煤微生物分级降解反应器，其特征在于，所述U型槽状的反应箱箱体(1-1)下方的半圆柱槽的半径等于十字搅拌桨(2-3)的半径与塑料搅拌刷(2-4)的厚度之和，半圆柱槽与塑料搅拌刷(2-4)过盈配合。

3.根据权利要求1所述的低阶煤微生物分级降解反应器，其特征在于，所述出料门卡柄(1-8)设置为3个。

4.根据权利要求1所述的低阶煤微生物分级降解反应器，其特征在于，所述紫光灯(4)设置为多个。

5.根据权利要求1所述的低阶煤微生物分级降解反应器，其特征在于，所述反应箱箱盖(1-2)与十字搅拌桨(2-3)最高点之间的距离等于十字搅拌桨(2-3)的半径。