CN108017418A - 一种秸秆壳层强化去除方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种秸秆壳层强化去除方法及装置，所述装置包括：粉碎装置、输料管、物料喷头、破壳装置、储料槽、酸化水解罐及水解液回流管。本发明所述装置首先将秸秆进行机械粉碎，随后进行2次及以上的机械研磨，研磨过程中添加水解酸化产生的酸化液。最终实现秸秆壳层的高效破碎，同时壳层中的壳聚糖在低pH环境条件下高效糖化，提高秸秆的生物发酵效率和碳素的资源化水平。对于解决秸秆类固体废物由于壳层结构复杂、难破碎、生物发酵难度大等问题有显著成效。

Description

一种秸秆壳层强化去除方法及装置
技术领域
本发明涉及有机固废的能源化与资源化技术领域，具体涉及一种秸秆壳层强化去除方法及装置。
背景技术
我国作为农业大国，秸秆年产量大约7亿多吨，位居世界之首。我国秸秆主要以玉米、稻谷和小麦秸秆为主，占秸秆总产量的4/5。随着人口不断增加和农作物单产的不断提高，秸秆产量逐年上升，每年以6％的速度增加。经热能核算，相当于4351亿t标准煤。但大量的秸秆随意堆放或露天焚烧，不仅造成资源浪费，也对环境造成影响。厌氧发酵获取生物能源是秸秆由污染特性向资源特性转变的重要途径之一。该方法使秸秆在受控条件下进行生物发酵，产生沼气能源和有机肥料，且发酵过程中处理系统不需要供应氧气和大量能源。
底物水解速率是限制厌氧发酵过程的关键因素，秸秆是由细胞壁和细胞内容物组成，通常细胞壁占4/5以上。秸秆细胞壁主要由纤维素、木质素和半纤维素组成，其次是蛋白质、角质、蜡质和单宁等。纤维素在秸秆中含量丰富，占40～50％的比例，是β-1,4糖苷键连接吡喃葡萄糖分子结合而成的直链多糖；半纤维素主要成分是戊聚糖，分别通过共价键和氢键与木质素和纤维素相结合，仅能溶于稀碱溶液中；木质素为一类酚酸多聚体的混合物，化学性质非常稳定，常与纤维素和半纤维素等紧密结合，极难以被一般微生物降解利用。此外，蜡质和角质也附着在秸秆的表皮细胞壁上，构成又一道屏障阻止厌氧微生物的消化。由于厌氧微生物对纤维素、半纤维素和木质素的消化能力也比较弱，从而导致水解过程减慢、水解化程度较低，随后的酸化和产气过程也受到严重影响，表现出厌氧发酵时间长、消化效率低和产气量少等问题，限制了秸秆能源化利用及相关技术的大规模应用和推广。
亟需通过强化预处理与水解工艺，在物料进入发酵阶段，有效破坏秸秆的分子结构，从而促进碳水化合物的水解酸化，最终达到提高碳素能源化与资源化的水平。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种秸秆壳层强化去除方法及装置，以便解决上述问题的至少之一。
(二)技术方案
本发明是通过如下技术方案实现的：
作为本发明的一方面，提供一种秸秆壳层强化去除装置，所述秸秆壳层强化去除装置包括：粉碎装置、输料管、物料喷头、破壳装置、储料槽、酸化水解罐及水解液回流管；粉碎装置用于将物料粉粹并经过输料管将粉碎后的物料运送至物料喷头，物料喷头用于将粉碎后的物料均匀喷洒到破壳装置中，破壳装置用于将粉碎后的物料研磨，储料槽用于储存研磨后的物料并经过输料管将研磨后的物料运送至酸化水解罐，酸化水解罐用于使研磨后的物料水解发酵并经过水解液回流管将酸化水解罐产生的水解酸化液回流进入破壳装置。
优选地，所述粉碎装置用于接纳含水率为50％-90％的物料，优选含水率为70％-80％的物料，粉碎装置用于使粉碎后的物料颗粒粒径为0.3-5cm，优选0.8-2cm；所述输料管管径为10-30cm，优选15-20cm。
优选地，所述破壳装置包括上盘、下盘及转轴，其中，转轴用于连接上盘和下盘，且上盘与下盘的距离为0-2cm，优选0-0.8cm，最优选0-0.3cm；所述上盘可在转轴的作用下发生旋转，所述下盘为固定结构。
优选地，所述上盘上均匀分布有进料孔，进料孔为圆形、方形及其它多边形，优选圆形；所述进料孔孔径为3-10cm，优选4-8cm，最优选5-6cm。
优选地，所述上盘的下底面和下盘的上底面分布凸起的槽纹，槽纹为直线式或波浪式；所述槽纹的高度为0.3-1cm，优选0.3-0.5cm。
一种秸秆壳层强化去除方法，包括如下步骤：
(1)将物料通过粉碎装置粉碎；
(2)将初步粉碎的物料通过破壳装置多级研磨；
(3)在研磨过程中添加水解酸化液；
(4)研磨物料进入酸化水解罐进行恒温水解发酵。
优选地，所述步骤(1)中，物料粉碎至粒径小于0.3-5cm的物料颗粒，优选粒径为0.8-2cm。
优选地，所述步骤(2)中，多级研磨为两级以上，优选2-6级，最优选2-3级。
优选地，所述步骤(3)中，研磨过程中添加水解酸化液，是指在物料颗粒进入破壳装置过程中，由水解液回流管将酸化水解罐产生的酸化水解液回流到输料管中，与经粉碎装置粉碎后的物料均匀进入破壳装置进行研磨，第一级破壳装置内酸化水解液的回流量为物料干重的5％-20％，优选5-10％，随后逐级在上一级的基础上减半。
优选地，所述步骤(4)中，水解酸化发酵时间为12-48h，优选24-36h；所述步骤中，降解温度为20-80℃，优选25-35℃和50-80℃，最优选35℃和60℃。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明的一种秸秆壳层强化去除方法及装置具有以下有益效果：本发明所述技术首先将秸秆进行机械粉碎，随后进行2次及以上的机械研磨，研磨过程中添加水解酸化产生的酸化液。最终实现秸秆壳层的高效破碎，同时壳层中的壳聚糖在低pH环境条件下高效糖化，提高秸秆的生物发酵效率和碳素的资源化水平。对于解决秸秆类固体废物由于壳层结构复杂、难破碎、生物发酵难度大等问题有显著成效。
附图说明
图1为本发明所述秸秆壳层强化去除方法的流程图；
图2为本发明所述破壳装置示意图；
其中，1-粉碎装置，2-输料管，3-物料喷头，4-破壳装置，5-储料槽，6-酸化水解罐，7-水解液回流管，8-上盘，9-下盘，10-进料孔，11-转轴，12-槽纹。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
本发明公开了一种秸秆壳层强化去除方法及装置。所述装置包括：粉碎装置、输料管、物料喷头、破壳装置、储料槽、酸化水解罐及水解液回流管。本发明所述装置首先将秸秆进行机械粉碎，随后进行2次及以上的机械研磨，研磨过程中添加水解酸化产生的酸化液。最终实现秸秆壳层的高效破碎，同时壳层中的壳聚糖在低pH环境条件下高效糖化，提高秸秆的生物发酵效率和碳素的资源化水平。对于解决秸秆类固体废物由于壳层结构复杂、难破碎、生物发酵难度大等问题有显著成效。
具体地，本发明提供一种秸秆壳层强化去除装置，所述秸秆壳层强化去除装置包括：粉碎装置、输料管、物料喷头、破壳装置、储料槽、酸化水解罐及水解液回流管；粉碎装置用于将物料粉粹并经过输料管将粉碎后的物料运送至物料喷头，物料喷头用于将粉碎后的物料均匀喷洒到破壳装置中，破壳装置用于将粉碎后的物料研磨，储料槽用于储存研磨后的物料并经过输料管将研磨后的物料运送至酸化水解罐，酸化水解罐用于使研磨后的物料水解发酵并经过水解液回流管将酸化水解罐产生的水解酸化液回流进入破壳装置。
所述粉碎装置用于接纳含水率为50％-90％的物料，优选含水率为70％-80％的物料，粉碎装置用于使粉碎后的物料颗粒粒径为0.3-5cm，优选0.8-2cm；所述输料管管径为10-30cm，优选15-20cm。
所述破壳装置包括上盘、下盘及转轴，其中，转轴用于连接上盘和下盘，且上盘与下盘的距离为0-2cm，优选0-0.8cm，最优选0-0.3cm；所述上盘可在转轴的作用下发生旋转，所述下盘为固定结构。
所述上盘上均匀分布有进料孔，进料孔为圆形、方形及其它多边形，优选圆形；所述进料孔孔径为3-10cm，优选4-8cm，最优选5-6cm。
所述上盘的下底面和下盘的上底面分布凸起的槽纹，槽纹为直线式或波浪式；所述槽纹的高度为0.3-1cm，优选0.3-0.5cm。
本发明还提供一种秸秆壳层强化去除方法，包括如下步骤：
(1)将物料通过粉碎装置粉碎；
(2)将初步粉碎的物料通过破壳装置多级研磨；
(3)在研磨过程中添加水解酸化液；
(4)研磨物料进入酸化水解罐进行恒温水解发酵。
所述步骤(1)中，物料粉碎至粒径小于0.3-5cm的物料颗粒，优选粒径为0.8-2cm。
所述步骤(2)中，多级研磨为两级以上，优选2-6级，最优选2-3级。
所述步骤(3)中，研磨过程中添加水解酸化液，是指在物料颗粒进入破壳装置过程中，由水解液回流管将酸化水解罐产生的酸化水解液回流到输料管中，与经粉碎装置粉碎后的物料均匀进入破壳装置进行研磨，第一级破壳装置内酸化水解液的回流量为物料干重的5％-20％，优选5-10％，随后逐级在上一级的基础上减半。
所述步骤(4)中，水解酸化发酵时间为12-48h，优选24-36h；所述步骤中，降解温度为20-80℃，优选25-35℃和50-80℃，最优选35℃和60℃。下面举个具体的实施例，以对本发明的实施和应用效果做更好的说明。
实施例1
如图2所示，其显示一种秸秆壳层强化去除装置，所述秸秆壳层强化去除装置包括：粉碎装置1、输料管2、物料喷头3、破壳装置4、储料槽5、酸化水解罐6及水解液回流管7。
所述破壳装置4包括上盘8、下盘9及转轴11，其中，转轴11用于连接上盘8和下盘9，且上盘8与下两盘9的距离为0.3cm；所述上盘8可在转轴的作用下发生旋转，所述下盘9为固定结构；所述上盘8上均匀分布有进料孔10，进料孔10为圆形；所述进料孔10孔径为5cm；所述上盘8的下底面和下盘9的上底面分布凸起的槽纹12为波浪式；所述槽纹12的高度为0.5cm；所述粉碎物料含水率为70％，粉碎后的物料颗粒粒径1cm，输料管2管径为15cm。
如图1所示，其显示一种秸秆壳层强化去除方法的流程示意图，包括如下步骤：
(1)将物料通过粉碎装置1粉碎；
(2)将初步粉碎的物料通过破壳装置4多级研磨；
(3)在研磨过程中添加水解酸化液；
(4)研磨物料进入酸化水解罐6进行恒温水解发酵。
步骤(1)中，物料秸秆粉碎至粒径小于1cm，步骤(2)多级研磨为3级。步骤(3)研磨过程中添加水解酸化液，是指在秸秆颗粒进入破壳装置3过程中，由水解液回流管7将酸化水解罐6产生的酸化水解液回流到输料管中，与经粉碎装置粉碎后的物料均匀进入破壳装置3进行研磨，第一级破壳系统内酸化水解液的回流量为物料干重的10％，随后逐级在上一级的基础上减半。步骤(4)水解酸化发酵时间为36h，步骤(4)降解温度为35℃。
其中，上述秸秆壳层强化去除装置的进料孔10还可以是方形及其它多边形；上盘8的下底面和下盘9的上底面分布凸起的槽纹12还可以是直线式或其它线条结构。在秸秆壳层强化去除方法中，第一级破壳系统内酸化水解液的回流量可以为物料干重5-20％，随后逐级在上一级的基础上减半即可。
实际应用效果表明，本发明对于解决秸秆类固体废物由于壳层结构复杂、难破碎、生物发酵难度大等问题有显著成效。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种秸秆壳层强化去除装置，其特征在于：所述秸秆壳层强化去除装置包括：粉碎装置、输料管、物料喷头、破壳装置、储料槽、酸化水解罐及水解液回流管；粉碎装置用于将物料粉粹并经过输料管将粉碎后的物料运送至物料喷头，物料喷头用于将粉碎后的物料均匀喷洒到破壳装置中，破壳装置用于将粉碎后的物料研磨，储料槽用于储存研磨后的物料并经过输料管将研磨后的物料运送至酸化水解罐，酸化水解罐用于使研磨后的物料水解发酵并经过水解液回流管将酸化水解罐产生的水解酸化液回流进入破壳装置。
2.根据权利要求1所述的一种秸秆壳层强化去除装置，其特征在于：所述粉碎装置用于接纳含水率为50％-90％的物料，优选含水率为70％-80％的物料，粉碎装置用于使粉碎后的物料颗粒粒径为0.3-5cm，优选0.8-2cm；所述输料管管径为10-30cm，优选15-20cm。
3.根据权利要求1所述的一种秸秆壳层强化去除装置，其特征在于：所述破壳装置包括上盘、下盘及转轴，其中，转轴用于连接上盘和下盘，且上盘与下盘的距离为0-2cm，优选0-0.8cm，最优选0-0.3cm；所述上盘可在转轴的作用下发生旋转，所述下盘为固定结构。
4.根据权利要求1所述的一种秸秆壳层强化去除装置，其特征在于：所述上盘上均匀分布有进料孔，进料孔为圆形、方形及其它多边形，优选圆形；所述进料孔孔径为3-10cm，优选4-8cm，最优选5-6cm。
5.根据权利要求1所述的一种秸秆壳层强化去除装置，其特征在于：所述上盘的下底面和下盘的上底面分布凸起的槽纹，槽纹为直线式或波浪式；所述槽纹的高度为0.3-1cm，优选0.3-0.5cm。
6.一种秸秆壳层强化去除方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将物料通过粉碎装置粉碎；
(2)将初步粉碎的物料通过破壳装置多级研磨；
(3)在研磨过程中添加水解酸化液；
(4)研磨物料进入酸化水解罐进行恒温水解发酵。
7.根据权利要求7所述的一种秸秆壳层强化去除方法，其特征在于：所述步骤(1)中，物料粉碎至粒径小于0.3-5cm的物料颗粒，优选粒径为0.8-2cm。
8.根据权利要求7所述的一种秸秆壳层强化去除方法，其特征在于：所述步骤(2)中，多级研磨为两级以上，优选2-6级，最优选2-3级。
9.根据权利要求7所述的一种秸秆壳层强化去除方法，其特征在于：所述步骤(3)中，研磨过程中添加水解酸化液，是指在物料颗粒进入破壳装置过程中，由水解液回流管将酸化水解罐产生的酸化水解液回流到输料管中，与经粉碎装置粉碎后的物料均匀进入破壳装置进行研磨，第一级破壳装置内酸化水解液的回流量为物料干重的5％-20％，优选5-10％，随后逐级在上一级的基础上减半。
10.根据权利要求7所述的一种秸秆壳层强化去除方法，其特征在于：所述步骤(4)中，水解酸化发酵时间为12-48h，优选24-36h；所述步骤中，降解温度为20-80℃，优选25-35℃和50-80℃，最优选35℃和60℃。
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