CN107190027A - 碱磨预处理秸秆的方法 - Google Patents

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Abstract

碱磨预处理秸秆的方法：选用经过干燥无霉变的秸秆，去除杂物后用粉碎机粉碎至2mm以下作为预处理原料；预处理溶液为碱性水，其中碱性物质添加量为秸秆干重的2--12％；然后与秸秆物料同时进行研磨，研磨后粒度≤20目；经过研磨后的料液进入发酵罐，从而结束碱磨预处理工序并进入生物发酵处理工序；经过生物发酵生产后主要产品为沼气、乙醇、盐、有机肥。本发明操作简单，成本低，效率高，无污染，可以改善秸秆的生物降解性，显著提高生物发酵产品产量的效果，同时有效降低预处理过程对环境的影响以及大大的降低能源消耗。

Description

碱磨预处理秸秆的方法
技术领域
本发明属于秸秆高效资源化利用技术领域，有利于提高秸秆发酵消化性能、缩短生产周期、降低能源消耗。
背景技术
秸秆属于纤维素类生物质，含有丰富的营养和易利用的化学成分，是丰富的可再生有机物质，但是其中大部分被丢弃或露天焚烧，造成资源浪费、环境污染。秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素三大成份组成，而利用生物消化技术处理利用秸秆，产生高效、清洁的高品质生物质能源一一生物质天然气和乙醇、乙酸、碳酸钾等轻化工产品，是秸秆深加工资源化利用的有效途径。但是木质素作为分子粘合剂结合在纤维素和半纤维素之间，将纤维素分子包裹在其中，形成一种天然屏障，使酶菌不易与纤维素分子接触，导致木质纤维素原料难以被微生物降解，限制了秸秆用于生物质天然气和纤维素乙醇生产方面的大规模应用。科研技术人员致力于将秸秆应用蒸煮法、汽爆法、膨化法等，在秸秆深加工资源化原料预处理方面取得了一定的效果，但是，工艺过程复杂、能源消耗高、设备投资大。
为解决高效预处理秸秆的技术难题，本发明提供一种崭新的秸秆资源化深加工原料预处理新方法，即碱磨预处理秸秆的方法，能够有效提高秸秆生物发酵消化性能、缩短生产周期、降低能源消耗、设备投资少，为秸秆的充分利用开辟一种新的有效途径。
本发明采用不同工艺条件下的生物处理技术，对秸秆进行碱磨预处埋，以总甲烷产量为性能指标，确定最佳处理条件。本发明操作简单，成本低，效率高，无污染，可以改善秸秆的生物降解性，显著提高生物发酵产品产量的效果，同时有效降低预处理过程对环境的影响以及大大的降低能源消耗。
附图说明：图1为本发明工艺流程图
发明内容
本发明碱磨预处理秸秆的方法，具体方法如下：
1、原料预处理：
选用经过干燥无霉变的秸秆，去除杂物后用粉碎机粉碎至2mm以下作为预处理原料；预处理溶液为碱性水，其中碱性物质添加量为秸秆干重的2--12％；然后与秸秆物料同时进行研磨，研磨后粒度≤20目；经过研磨后的料液进入发酵罐，从而结束碱磨预处理工序并且进入生物发酵工序。
2、生物发酵：
2.1厌氧发酵：
进入厌氧发酵罐混合液中其物料浓度为10--25％；料液加入量为罐体容积的85～90％、温度控制在33--45度、PH值为8.5，在此环境中进行碱化处理，处理时间为6-12h；碱化处理后在搅拌条件下加酸调整PH值为6.8-7.5、C∶N＝15～30∶1、经过2h后再加入酶菌12--24h后物料开始甲烷化。
甲烷化过程完全发酵时间≤30d，在此过程收集产生的沼气；沼气气体成份比例大约为：甲烷55％、CO240％、H2S0.026％。
2.2、沼气气体提纯：提纯前甲烷≥55％可直接供燃气机发电；沼气提纯后(甲烷≥90％)供民用；H2S回收为稀硫酸用于生产过程调整PH值；C2O回收与碱类物质作用制作盐产品。该发酵工艺下秸秆沼气日平均罐容产气率约为1.50m3/m3d，CH4含量约为55-60％。
2.3、料液分离循环：将厌氧发酵后的沼液物料采用料层控制法进行分离，分离出30～50％的沼液悬浊液返回厌氧发酵罐用于菌种底物添加液。
2.4、有氧发酵：将料液分离后的料液放置于有氧发酵罐中，使发酵体系中的固液质量百分比为10--15％；使用酿酒酵母进行发酵，酵母的浓度为物料质量的0.5～1.5％，纤维素酶的用量为10FPU/g固形物；溶液糖分含量控制在12％±2、于温度33--45℃，pH为4.5--5.5的微氧(空气泵加氧)环境条件下发酵24---48h，控制纤维素的水解率≥90％。
3、蒸馏：通过蒸馏得到乙醇，首先蒸馏提取50度粗酒，并回收发酵产生的CO2。粗酒输入精馏塔提取95度酒精，粗酒蒸馏后灌水入蒸馏釜稀释酒糟，然后采用输浆泵将物料排出进入醪渣脱水工序。得到的乙醇(95％)，供生产燃料乙醇用。
4、醪渣脱水：采用离心分离机进行醪渣料液分离，分离出的醪渣烘干处理后做有机肥或饲料；分离出的醪液可作为循环水或作为液体有机肥输送至农田灌溉。
5、燃料乙醇：利用得到的95度乙醇与汽油和添加剂充分调和后即得到清洁燃料--燃料乙醇，可用于直接发电或车用燃料。
本碱磨预处理秸秆的方法与蒸煮法、汽爆法、膨化法相比较，在秸秆深加工资源化原料预处理方面，能够有效提高秸秆生物发酵消化性能、缩短生产周期、降低能源消耗、设备投资少，为秸秆的充分利用开辟一种新的有效途径。
碱磨预处理秸秆的方法，其特征在于：
1、碱磨预处理秸秆的方法所选用的磨机设备为可适用于湿法生产的立式砂磨机、卧式砂磨机、立式研磨机、卧式研磨机中的一种。
2、、氢氧化钙、氢氧化铝、氢氧化镁中的一种；亦可采用以水为溶液与秸秆同时研磨后在容器内按配比与碱混合进行碱化处理。
3、加入一定质量的水控制混合料液浓度为10-25％，然后同时进行研磨，研磨后粒度小于20目；
4、经过研磨后的料液进入发酵罐进行生物发酵物料混配，从而结束碱磨预处理工序。
5、生产过程产生的C2O回收与碱类物质作用制作盐产品，碱类物质可以是氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化铝、氢氧化镁中的一种。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明在较高的温度(45℃)下利用碱水预处理秸秆，微生物活性较高，生长速率快，可以快速地降解有机质，缩短预处理时间并且快速启动发酵酸化反应。
2、本发明利用不同工艺方法实现了生物学上的碱化阶段、酸化阶段和甲烷阶段的分离，便于工艺过程控制，增强了秸秆纤维素和半纤维素分解，有利于生产过程的连续稳定和高效运行。
3、生产过程连续，可用于规模化工业生产，碱磨预处理后的连续式甲烷化容积率提高了90％以上，TS综合利用率≥85％，明显缩短了生产时间、提高设备综合利用效率、降低了生产成本。
具体实施方法：
一、秸秆预处理
1、选用经过自然风干且没有霉变的秸秆，用粉碎机粉碎至20目，经过去士、去石处理，使物料含土率≤1％；把秸秆粉碎至2mm≤，进行淋洗并且淋洗时间不少于10min。
2、碱磨：以氢氧化钠为溶剂配制碱水，氢氧化钠相对干物质添加量为5--8％、40℃条件下配制碱水，并伴随淋洗后物料进入胶体磨，物料浓度为15％，在研磨至≤40目后排出使物料进入发酵罐，经过间歇性搅拌进行碱处理6--10小时。
二、生物发酵
1、生物发酵在发酵罐中进行，物料经过碱化处理后，开动搅拌器，采用质量分数为0.2％稀硫酸调整物料混合液PH值为6.8-7.2；调整后物料搁置2h，再次开动搅拌器，加入甲烷菌剂，菌剂添加量1--2kg/8m3。
2、厌氧发酵：进入发酵罐混合液中其加入量为罐体容积的80～90％，物料浓度为10--20％；温度控制在33--45度，pH值6.5--7.5，C∶N＝15～30∶1，完全发酵时间≤30d，此过程收集产生的沼气；沼气气体成份比例大约为：甲烷浓度55％、CO2浓度40％。
3、混合气体提纯：提纯前甲烷≥55％可直接供燃气机发电；沼气提纯后甲烷浓度≥90％供民用；H2S回收为稀硫酸；C2O回收与氢氧化钾作用制作碳酸钾。该发酵工艺下秸秆沼气日平均池容产气率约为150m3/m3d，CH4含量约为55-60％。
4、有氧发酵：厌氧发酵后物料因空气泵作用与空气同时进入有氧发酵罐，造成微氧环境；使物料发酵体系中的固液质量百分比为10--15％；使用酿酒酵母进行发酵，酵母的浓度为1--3g/L(或为物料质量的0.5～1.5％)，纤维素酶的用量为10FPU/g固形物；溶液糖分浓度控制在12％、于温度35--40℃，pH为5.5的环境条件下发酵24--48h。
三、蒸馏：有氧发酵后的物料泵入蒸馏塔，通过蒸馏得到乙醇。
四、蒸馏后的物料泵入离心分离机进入醪渣脱水工序。
五、醪渣脱水：采用离心分离机进行醪渣料液分离，分离出的醪渣烘干处理后做有机肥或饲料；分离出的液体返回可用于循环水或作为液体有机肥用于农田灌溉。
产量：秸秆沼气日平均池容产气率约为1.50m3/m3d，CH4含量约为55-60％，VS利用率≥90％。

Claims (6)

1.碱磨预处理秸秆的方法，其特征在于：在秸秆加工生产中，把粉碎的秸秆物料与碱水同时进入研磨机进行处理，经过生物发酵生产后主要产品为沼气、乙醇、盐、有机肥。
2.根据权利要求1所述的碱磨预处理秸秆的方法，其特征在于：碱磨法预处理所选用的磨机设备为可适用于湿法生产的立式砂磨机、卧式砂磨机、立式研磨机、卧式研磨机中的一种。
3.根据权利要求1所述的碱磨预处理秸秆的方法，其特征在于：预处理溶液为碱性水，碱水溶剂可以是氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化铝、氢氧化镁中的一种；亦可采用以水为溶液与秸秆同时研磨后在容器内按配比与碱混合进行碱化处理。
4.根据权利要求1所述的碱磨预处理秸秆的方法，其特征在于：碱水与秸秆物料同时进行研磨，亦可与水为溶液与秸秆物料同时研磨。
5.根据权利要求1所述的碱磨预处理秸秆的方法，其特征在于：经过研磨后的料液进入发酵罐进行生物发酵物料混配。
6.根据权利要求1所述的碱磨预处理秸秆的方法，其特征在于：生产过程产生的C2O回收与碱类物质作用制作盐产品，碱类物质可以是氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化铝、氢氧化镁中的一种。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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