CN103184240A

CN103184240A - 利用作物秸秆干式发酵产沼气生产工艺

Info

Publication number: CN103184240A
Application number: CN2011104508279A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: XUZHOU LONGXIANG BIOCHEMISTRY CO Ltd
Current assignee: XUZHOU LONGXIANG BIOCHEMISTRY CO Ltd
Priority date: 2011-12-30
Filing date: 2011-12-30
Publication date: 2013-07-03

Abstract

利用作物秸秆干式发酵产沼气生产工艺，主要针对传统沼气生产方法中厌氧反应不完全，反应底物不能自动排除、更新，及反应器的配套不能满足我国广大农村农户的使用等特点，公开了一种作物秸秆碎化后干式发酵产气法、及反应器生产工艺，其特征是：其特征是：对作物秸秆进行分拣、粉碎、杀菌、消毒、酸化调节、厌氧发酵和脱硫，从而制取沼气；利用玻璃钢材料制造沼气罐。使反应物反应完全，并能自动更新反应物，适合广大农村农户推广使用。

Description

利用作物秸秆干式发酵产沼气生产工艺

技术领域

本发明涉及一种沼气生产技术，确切地说本发明公开了一种利用作物秸秆干式发酵产沼气生产工艺。

背景技术

沼气是有机物在厌氧条件下经微生物分解发酵而生成的一种可燃性气体，它的主要成分是甲烷（CH₄）和二氧化碳（CO₂），还有少量的硫化氢(H₂S)、氮及其他一些成分。其中甲烷含量为55%～70%、二氧化碳含量为28%～44%。沼气可以通过厌氧发酵各种有机质包括农作物秸秆、人畜粪便以及工农业排放废水中所含的有机物等而得到。由于农作物秸秆中纤维素和木质素不易被微生物降解，导致了沼气发酵过程中需预处理、启动慢、产气率慢等弊病，致使目前沼气发展大多趋向于使用畜禽粪便等原料。特别是20世纪90年代以来，我国畜禽养殖业得到迅速发展，在大部分城市郊区出现了一大批大、中型规模化畜禽养殖场，它们在为城乡人民的生活做出重要贡献的同时，也产生了严重的环境污染问题，因此建设了一大批大中型沼气工程来处理日益增多的畜禽粪便。

沼气发酵依据其总固体含量（TS）多少分为液体发酵（＜10%）、高浓度发酵（15%-17%）、固体发酵（＞20%），也可分为湿发酵和干发酵。大多数情况下的沼气发酵一般指湿发酵，比如现在农村的水压式沼气池、曲流布料式沼气池等，但是具有要消耗大量的水，使得发酵池容积增大，建池成本增高，而且由于没有热量的输入，只能采用常温或中温发酵，发酵周期较长等弊病，因此现今各国都在加快对干式发酵的研究。

国外对厌氧干发酵的研究始于20世纪20年代对污泥的卫生填埋，以后主要集中在对城市垃圾的处理。早在1988年Spendlin和Stegmanny以及1993年Baeten和Verstraete的研究中均指出不将垃圾与水进行混合稀释也可以取得和湿式工艺相同的沼气产率和产量。Molnar【匈牙利】等采用一个80m³的批量发酵器进行高浓度厌氧发酵实验，所采用的原料是TS浓度为27%的农业废弃物的混合料(25%牛粪，75%带谷皮和叶的玉米秆)，经过30天的滞留时间，最后获得了C: N=15.9:1的优质沼肥(一般优质沼肥C: N=16: 1)，同时获得了甲烷平均含量为59.9%的沼气。总之，80年代以来，美国、欧洲相继研究成功高浓度发酵的一系列技术，但至今报道的甚少，显然尚存在一些未解决的难题。但是进入90年代后，特别是德国的Bekon公司已研究出成熟的干发酵技术和干发酵装置，并申请获得了专利。与此同时，国内相关部门也作了许多研究，1985年山东省能源所的邹元良和赵中举就对农村沼气干发酵工艺进行了有益的探索，并提出合理的原料配比、适当原料预处理、较大的接种剂用量是影响工艺的重要参数。Ruihong Zhang和Zhiqin Zhang利用厌氧分步固体反应器系统来进行蔬菜、动物粪便等废弃物厌氧分解，效果比较明显。胡天其用1L的烧瓶做发酵器研究农业残余物的干发酵实验，得出了厌氧干发酵的一系列最优条件；而刘晓风等关于城市垃圾厌氧干发酵实验的研究和缪则学等关于压强与沼气干发酵关系的研究以及冷成保等暗河式生活垃圾干发酵处理研究，都从实验上证明厌氧干发酵处理有机废弃物的可行性。曲静霞等人在2004年也做了关于农业废弃物干法厌氧发酵技术研究的报道，对干发酵工艺技术提出了建设性的意见。另外,2004年何丽红的硕士论文具体针对畜禽粪便高温厌氧干发酵也进行了相关研究。据新闻报道,2006年3月河北沧州市青县农民姚旭华发明了秸秆干发酵工艺,但未见相关细节。

为适应有机固体废物固态厌氧消化处理技术要求，各国均开展了固态厌氧发酵工艺研究，目前研究的工艺路线，主要有两种，一种是连续反应器，另一种是间歇式（批次）反应器。

连续式反应器，单相消化的工艺简单,能够有效处理总固体含量20%～40%的有机固体废物。由于底物的高粘性,在反应器中底物一般通过平推流的方式移动。现在已经有多种有效的能够大规模应用的工艺,如Dranco 工艺,Kompogas 工艺,Valorga工艺。在Dranco 工艺中,从反应器底部抽取一些已经消化过的废物与没有消化过的废物按一定的比例混合,混合后从反应器顶部注入。Kompogas 工艺与Dranco 工艺相似,不同的是发酵物平推流的方向不同,在Kompogas 工艺中是水平的,而在Dranco 工艺中是竖直的。TS 含量也不相同,Dranco 工艺能够适合很广的TS 含量，而Kompogas 工艺只适合TS 含量在23 %左右的条件下。在Valorga 工艺中,平推流的方向是环形的，混合搅拌是通过在反应器的底部注入高压的沼气来实现的。

1983 年Ghosh（1983）提出一种改进的两相消化过程用来处理有机固体废物。该发酵系统包括2个部分: ①水解酸化反应器,其中装有TS 含量很高的发酵底物； ②产甲烷反应器。水解酸化反应器中发酵产生大量的挥发性脂肪酸，通过渗滤，这些酸转入有大量的乙酸化菌和产甲烷菌的产甲烷反应器中。这样，能为两类微生物菌群分别提供适宜的生长环境,提高了整个厌氧消化的效率。Ghosh（1995）通过中试以及扩大实验比较两相消化过程与单相消化过程认为:在两相消化过程中,沼气产率提高了,挥发性固体的转化率也提高了。Zhang Ruihong 等（1999）利用厌氧两相消化的方法研究稻草固态发酵产沼气,并且设计用一个产甲烷反应器连结多个稻草水解酸化反应器,取得很好的效果。

但在实际的市场运作中,两相消化并没有表现出优越性。De Baere（2000）通过对欧洲固体垃圾厌氧消化的调查发现,两相消化所占的比重比单相消化要小得多,原因是两相消化系统需要更多的投资,以及运转维护也更为复杂。

冷成保等（2001杜）设计了一种可连续添加的暗河式反应器，在TS含量25-30％之间，可以获得较好COD消减与产气效果。

间歇式（批次）反应器，在间歇式消化系统中，底物为一次加料接种后，在TS为30-40％间，完成消化过程，这种间歇式厌氧发酵系统与箱式垃圾填埋产甲烷相比，并未增加设备，但产气量约是后者的50-100倍，这主要是由于从间歇式反应器中淋滤液被循环应用到反应器，增加了接种以及养分，其次是间歇式反应器有更高的反应温度。虽然，目前这种间歇式反应器还未真正地用于商业市场，但由于它设计简单、操作方便、耐受粗糙底物与重金属以及投资省而在发展中国家更具前途（Ouedraogo,1999）。世界上第一个商业运行的一部间歇式反应器建于荷兰的lelystad（ten Brummeler,1999），这种反应器的特点是将反应器产生的淋滤液通过一个循环系统再喷淋到反应器中，这种反应器的一个主要缺点是淋滤液在通过底物时，容易受压实的底物阻塞，而限制了底物的高度。Chanakya等（1999）利用这种一步间歇式反应器研究了六种不同底物添加频次与产气率与TS减少率关系，同时研究了发酵反应器中底物被压缩条件下，甲烷产气率、产气量以及TS消减变化。Ghanem（2001）研究厨余在一步间歇式反应器中的削减与产气效果，发现淋滤液中pH值一直稳定在4左右，反应的开始阶段，VFA含量较高，在第五天达到最高，减少了产气，此后，系统逐步平稳。我国的哈森等（1989）设计了一种自排式反应器，试验的反应器容积为2.0M³，发酵原科是牲畜粪便和玉米秆。粪(马、牛、猪粪)草比为3 ：1，总TS为20％，试验时间为80天，结果：平均每天产气量达到1.09M³/M³。而针对我国广大农村户用式反应器则鲜有研究，更无成功的先例。

发明内容

本发明结合我国国情，公开了一种利用作物秸秆干式发酵产沼气生产工艺，主要是适应我国广大农村农户和城市垃圾无污染处理的要求，变废为宝、科学利用。其特征是：对作物秸秆进行分拣、粉碎、杀菌、消毒、酸化调节、厌氧发酵和脱硫，从而制取沼气；利用玻璃钢材料制造沼气罐，主要具备以下参数：

气密性（8KPa时24h压降）：沼气发生器无漏损；

每立方米日产气量：达0.4m³；

正常贮气量：6立方反应器0.9 m³, 8立方反应器1.2 m³；

强度安全系数：K≥2.9；

使用寿命：30年；

活荷载：260kg/m²；

地基承载力：≥30Kpa；

池内正常工作气压：≤2.5Kpa；

排料方式：自动。

工艺：满足间歇法工艺要求。包括原料收集，预处理，反应器制造，出料的后处理，沼气的净化、贮存和输配。

容积：适合于农村三口之家所需沼气反应器的容积，分6m³、8m³2种。制造：模具一次成型技术，设计使用寿命：30年。

根据本发明的技术方案和具体参数制造出的沼气和反应器的配套使用，不仅解决了广大农村农作物秸秆露天焚烧污染环境问题，而且对作物秸秆的合理、科学利用，变废为宝，沼气用来作为煤气、煤炭、石油等能源材料的替代产品，发酵后的底物更是庄稼的理想肥料。

附图说明

参见附图，图1是本发明的作物秸秆碎化处理干式发酵产沼气的工艺流程图；

图2是本发明的反应器制作工艺图。

实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的具体实施过程。

参见图1，挑选作物秸秆，按不同作物和不同含水量进行配比，例如：玉米的新鲜秸秆：干麦秸秆=3：1（重量比），并可根据不同季节，选择相应的作物秸秆作原料，可根据湿度选择一定比率切碎，然后预腐存入干式反应器进行干式发酵，产生的沼气输出使用。经过一定时间后，对已经完全反应的底物进行自动化出渣，堆积腐败作为庄稼的有机肥使用。

Claims

1.利用作物秸秆干式发酵产沼气生产工艺，主要包括：作物秸秆碎化后干式发酵产沼气和反应器生产工艺，其特征是：其特征是：对作物秸秆进行分拣、粉碎、杀菌、消毒、酸化调节、厌氧发酵和脱硫，从而制取沼气；利用玻璃钢材料制造沼气罐。

2.根据权利要求1利用作物秸秆干式发酵产沼气生产工艺，其特征在于：所述的作物秸秆碎化后干式发酵产沼气，是利用不同作物秸秆按一定配比进行切碎处理后，进行预腐，然后加入反应器，进行厌氧干式反应生产沼气。

3.根据权利要求1利用作物秸秆干式发酵产沼气生产工艺，其特征还在于：所述的反应器是利用玻璃钢材料制造沼气罐。