CN105018536A - 沼气发酵系统的预处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开沼气发酵系统的预处理工艺，可对需进行沼气发酵的木质素含量高的木质纤维原料进行预处理，预处理工艺的工艺流程如下：将回收的木质纤维原料送入至拆包粗粉机中进行切割及粗粉碎；然后将切割粉碎后的木质纤维原料投送至设有中心平推流搅拌器的平推流分解发生池内进行初步浸润分解，平推流分解发生池内设有回流沼液，平推流分解发生池内的温度可通过热电联产的余热或其他热源来进行加热控温，木质纤维原料经过中心平推流搅拌器缓慢推进并从平推流分解发生池的末端输出且进入到双螺旋热工分解搓揉机中进行热工分解及搓揉操作，经双螺旋热工分解搓揉机处理后的木质纤维原料呈浆糊状，浆糊状的木质纤维原料通过螺杆泵泵入厌氧反应器中。
Description
技术领域
本发明涉及沼气发酵系统的技术领域，特别涉及沼气发酵系统的预处理工艺。
背景技术
在粮食产量不断提高的同时，收割后农作物等木质纤维材料的处理形成了尤为突出的问题，每年约有三成以上的农作物纤维材料被闲置，虽然各地均出台了许多配套措施，但仍然无法解决大量农作物纤维材料被闲置、抛弃、燃烧的现状，造成资源浪费的同时也对环境产生了严重的污染，要解决闲置的纤维材料这一问题，必须广泛寻找纤维材料的利用途径，沼气发酵生产就是解决纤维材料处理问题的最佳途径之一，正逐步成为发展生态农业循环经济的关键环节。沼气发酵是采用木质纤维材料通过厌氧菌发酵原理来发酵产气的。
现有的沼气发酵系统存在产气效率比较低、发酵周期长的问题，如何通过简单的预处理技术，将木质纤维原料处理成为产气效率高、发酵周期短、进出料比较方便的原料，是制约木质纤维原料直接高效沼气化利用的关键。现有的预处理工艺主要以碱处理为主，但碱处理之后物料的碱性增大，对厌氧微生物活性具有抑制作用，因而影响木质纤维原料的厌氧发酵速率。而且碱处理容易对环境造成污染，不利于环境保护。
另外，现有的预处理工艺中一般会把木质纤维原料粉碎成短纤维，在厌氧发酵过程中，短纤维在沼气气泡的带动下漂浮在液体表面，产生漂浮结壳问题，导致沼气聚集受阻，原料利用率低下。
因此，如何实现一种可进行批量化预处理，实现了全自动化处理，处理效率高，无需添加化学添加成分，安全环保无污染，有效提高沼气产气率，缩短发酵时间，有效解决漂浮结壳问题的沼气发酵系统的预处理工艺是业内亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的主要目的是提供沼气发酵系统的预处理工艺，旨在实现一种可进行批量化预处理，实现了全自动化处理，处理效率高，无需添加化学添加成分，安全环保无污染，有效提高沼气产气率，缩短发酵时间，有效解决漂浮结壳问题的沼气发酵系统的预处理工艺。
本发明提出沼气发酵系统的预处理工艺，可对需进行沼气发酵的木质素含量高的木质纤维原料进行预处理，预处理工艺的工艺流程如下：将回收的木质纤维原料送入至拆包粗粉机中进行切割及粗粉碎，为达到理想的单位产出能耗比，切割粉碎后的木质纤维原料的长度不大于15厘米，且切割粉碎后的木质纤维原料的长度不小于6厘米以免影响单位产出能耗比；然后将切割粉碎后的木质纤维原料投送至设有中心平推流搅拌器的平推流分解发生池内进行初步分解，平推流分解发生池内设有可对木质纤维原料进行初步浸润分解的回流沼液，平推流分解发生池内的温度可通过热电联产的余热或其他热源来进行加热控温，木质纤维原料经过中心平推流搅拌器缓慢推进并从平推流分解发生池的末端输出且进入到双螺旋热工分解搓揉机中进行热工分解操作及搓揉操作，经双螺旋热工分解搓揉机处理后的木质纤维原料呈浆糊状，浆糊状的木质纤维原料通过螺杆泵泵入发生厌氧反应的厌氧反应器中，预处理工艺完成。
优选地，平推流分解发生池内的温度在35摄氏度至55摄氏度之间。
优选地，木质纤维原料包括干秸秆。
本发明的预处理工艺可以对木质纤维原料进行批量化的预处理，以工业化尺度来处理干秸秆或者其他木质素含量非常高的木质纤维原料，可用于发展大型的沼气发酵系统工程。此预处理工艺实现了全自动化处理，效率十分高，自身能耗低，而且完全为物理的处理工序，不添加任何化学添加成分，十分安全环保，无污染。通过这样预处理工艺可以改变木质纤维原料中细胞壁的结构，破坏掉木质素与纤维素、半纤维素之间的联结，把纤维素和半纤维素从木质素的“包裹”中“释放”出来；同时，降低纤维素的晶体结构，增大内部反应的表面积，把复杂大分子成分预先降解成小分子，从而显著地提高了木质纤维原料的生物降解性能和厌氧生物消化效率，提高沼气产气率，缩短发酵之间。而且，采用回流沼液对木质纤维原料进行固态预处理，回流沼液可以对木质纤维原料进行充分的浸润；另外，回流的沼液中的含有可对纤维素类物质进行降解的胞外酶及厌氧微生物，可以加强对纤维结构的破坏作用，有利于后序的厌氧发酵产气。本发明实现了一种可进行批量化预处理，实现了全自动化处理，处理效率高，无需添加化学添加成分，安全环保无污染，有效提高沼气产气率，缩短发酵时间，有效解决漂浮结壳问题的沼气发酵系统的预处理工艺。
附图说明
图1为本发明沼气发酵系统的预处理工艺的一实施例的工艺流程示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1，提出本发明的沼气发酵系统的预处理工艺的一实施例，可对需进行沼气发酵的木质素含量高的木质纤维原料1进行预处理。其中，木质纤维原料1包括干秸秆，即成熟农作物茎叶（穗）部分的总称，例如小麦、水稻、玉米、薯类、油菜、棉花、甘蔗、花生和其他农作物在收获籽实后的剩余部分。
预处理工艺的工艺流程如下：将回收的木质纤维原料1送入至拆包粗粉机2中进行切割及粗粉碎，切割粉碎后的木质纤维原料1的长度约为10厘米；然后将切割粉碎后的木质纤维原料1投送至设有中心平推流搅拌器的平推流分解发生池3内进行初步分解，平推流分解发生池3内设有可对木质纤维原料1进行初步分解的回流的沼液，平推流分解发生池3内的温度可通过热电联产的余热来进行加热控温，平推流分解发生池3内的温度在35摄氏度至55摄氏度之间。考虑到最佳的单位产出能耗比，平推流分解发生池3内的温度控制在35摄氏度至45摄氏度之间。如果平推流分解发生池3内的温度控制在55摄氏度左右，则可加快中心平推流搅拌器的运行速度。木质纤维原料1经过中心平推流搅拌器缓慢推进并从平推流分解发生池3的末端输出且进入到双螺旋热工分解搓揉机4中进行热工分解操作及搓揉操作，经双螺旋热工分解搓揉机4处理后的木质纤维原料1呈浆糊状，浆糊状的木质纤维原料1通过螺杆泵5泵入发生厌氧反应的厌氧反应器6中，预处理工艺完成。
木质纤维原料经过平推流分解发生池中的回流沼液的充分浸润和降解后，直接输入到双螺旋热工分解搓揉机中进一步热工分解，木质纤维原料经回流沼液充分浸润和降解后以高浓度（TS%= 40%）状态受到动态的挤压与松弛，依靠规律的高浓高压下纤维间的搓揉，并充分利用摩擦热，来完成纤维压溃和离解，对纤维初生壁和次生壁具有极好的破坏作用。
经过平推流分解发生池3和双螺旋热工分解搓揉机4的热工分解后的浆糊状的木质纤维原料1可通过螺杆泵5直接泵入厌氧反应器6中，而无须再经过任何其它物理方式或化学方式的处理。
经过本预处理工艺处理的木质纤维原料1不会再漂浮在厌氧反应器6表面而产生结壳的现象，而是均匀地悬浮分布在整个厌氧反应器6内，有利于充分地发生反应，解决了漂浮结壳问题，能提高木质纤维原料1在厌氧状态下沼气产气率，且木质纤维原料1厌氧产气后的沼渣可做有机肥，实现了农作物的无害化处理。
本发明的预处理工艺可以对木质纤维原料1进行批量化的预处理，以工业化尺度来处理干秸秆或者其他木质素含量非常高的木质纤维原料1，可用于发展大型的沼气发酵系统工程。此预处理工艺实现了全自动化处理，效率十分高，自身能耗低，而且完全为物理的处理工序，不添加任何化学添加成分，十分安全环保，无污染。通过这样预处理工艺可以改变木质纤维原料1中细胞壁的结构，破坏掉木质素与纤维素、半纤维素之间的联结，把纤维素和半纤维素从木质素的“包裹”中“释放”出来；同时，降低纤维素的晶体结构，增大内部反应的表面积，把复杂大分子成分预先降解成小分子，从而显著地提高了木质纤维原料1的生物降解性能和厌氧生物消化效率，提高沼气产气率，缩短发酵之间。而且，采用回流沼液对木质纤维原料1进行固态预处理，回流沼液可以对木质纤维原料1进行充分的浸润；另外，回流的沼液中的含有可对纤维素类物质进行降解的胞外酶及厌氧微生物，可以加强对纤维结构的破坏作用，有利于后序的厌氧发酵产气。本发明实现了一种可进行批量化预处理，实现了全自动化处理，处理效率高，无需添加化学添加成分，安全环保无污染，有效提高沼气产气率，缩短发酵时间，有效解决漂浮结壳问题的沼气发酵系统的预处理工艺。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (3)
1.沼气发酵系统的预处理工艺，其特征在于，可对需进行沼气发酵的木质素含量高的木质纤维原料进行预处理，所述预处理工艺的工艺流程如下：将回收的所述木质纤维原料送入至拆包粗粉机中进行切割及粗粉碎，为达到理想的单位产出能耗比，切割粉碎后的所述木质纤维原料的长度不大于15厘米，且切割粉碎后的所述木质纤维原料的长度不小于6厘米以免影响单位产出能耗比；然后将切割粉碎后的所述木质纤维原料投送至设有中心平推流搅拌器的平推流分解发生池内进行初步分解，所述平推流分解发生池内设有可对所述木质纤维原料进行初步浸润分解的回流沼液，所述平推流分解发生池内的温度可通过热电联产的余热或其他热源来进行加热控温，所述木质纤维原料经过所述中心平推流搅拌器缓慢推进并从所述平推流分解发生池的末端输出且进入到双螺旋热工分解搓揉机中进行热工分解操作及搓揉操作，经所述双螺旋热工分解搓揉机处理后的所述木质纤维原料呈浆糊状，浆糊状的所述木质纤维原料通过螺杆泵泵入发生厌氧反应的厌氧反应器中，所述预处理工艺完成。
2.根据权利要求1所述的沼气发酵系统的预处理工艺，其特征在于，所述平推流分解发生池内的温度在35摄氏度至55摄氏度之间。
3.根据权利要求1所述的沼气发酵系统的预处理工艺，其特征在于，所述木质纤维原料包括干秸秆。
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| CN (1) | CN105018536A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105603001A (zh) * | 2016-02-05 | 2016-05-25 | 新疆农业科学院生物质能源研究所 | 一种沼液回用有氧厌氧耦联半连续补料沼气发酵方法 |
| CN109851403A (zh) * | 2019-01-11 | 2019-06-07 | 湖北绿鑫生态科技有限公司 | 强制好氧堆肥系统及强制好氧堆肥方法 |
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2015
- 2015-07-07 CN CN201510390760.2A patent/CN105018536A/zh active Pending
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