CN108504696A - 一种高效资源化利用烟草秸秆的方法 - Google Patents

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李律
王若琳
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Abstract

本发明公开了一种高效资源化利用烟草秸秆的方法。本发明将烟草秸秆、接种物和水混合，在CSTR厌氧消化反应器中进行产甲烷反应，最终排出的出料进行固液分离后得到沼渣和沼液。沼渣经干燥后放入单级管式热解炉内进行热解反应制成生物炭，然后混合沼液以及新的底物进入反应器继续进行产甲烷反应。与现有的烟草秸秆处理方法相比，本发明所述方法既断绝了焚烧引起的空气污染，又提高了烟草秸秆的回收利用率，应用前景十分广阔。

Description

一种高效资源化利用烟草秸秆的方法
技术领域
本发明属于生物质能源技术领域，特别涉及一种高效资源化利用烟草秸秆的方法。
技术背景
烟草秸秆是烟叶收获后产生的一种农业废弃物。中国有着世界上最多的烟民数量、全球最大的烤烟产量和消耗量，每年产生430万吨的烟杆。这些烟草废弃物导致了很严重的环境问题由于其处理的困难，并且不当的处理方式可能会导致烟草病虫害的传播。传统的处理方法例如：填埋、焚烧、露天堆放，依然是主要的处理手段。但是这些处理方法会导致地下水、大气的污染，侵占土地等问题。近年来有从烟草中提取尼古丁、茄尼醇等化学物质或是通过热解等方式制造生物质能源的报道。这些方法为综合利用烟草废物提供了新思路，但是处理的量是有限的而且处理的过程需要消耗很多能量。
厌氧消化是广泛运用于生物质转化领域的一个实用技术，在生产出沼气这一清洁能源的同时还可以将发酵罐的排出物作为有机复合肥还田。厌氧消化还可以切断烟草病毒的传播。烟草秸秆中含有45％左右的纤维素因而是适宜用于厌氧发酵生产沼气。但是由于烟草秸秆本身木质素含量较高，在厌氧消化反应器进料后会抑制产甲烷菌的活性，导致较低的单位产甲烷量和处理效率，很难实现持续式厌氧消化反应器的长时间运行，同时厌氧消化后剩下的半纤维素、木质素很难被降解。因此，仅通过厌氧消化处理可能会产生烟杆利用率偏低且沼渣过多的问题。因此，寻找一种环保型的新方法显得尤为重要。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种高效资源化利用烟草秸秆的方法。
技术方案如下：
一种高效资源化利用烟草秸秆的方法，包括以下部分：
1)烟草秸秆厌氧消化:
将粉碎后的烟草秸秆与水混合，然后和接种物一起加入CSTR厌氧消化反应器中，反应1天后部分出料；
2)沼液回流：
厌氧消化反应出料后，将出料固液分离，固体沼渣进行热解回收，沼液与新的烟草秸秆以及热解生成的生物炭进行混合定容后再加入CSTR厌氧消化反应器中进行厌氧发酵；
3)每天部分出料，重复步骤2)的上述过程以形成连续且稳定的高效资源化利用烟草秸秆的循环工艺，30-40天后全部出料。
优选的，所述步骤1)具体为，将5-30g粉碎后的烟草秸秆与水混合至固含量为5-15wt％，然后和接种物一起加入CSTR厌氧消化反应器中，接种物与烟草秸秆的固体浓度比为l:l-3，搅拌混合，35-40℃进行厌氧消化产沼气反应，1天后部分出料，出料体积为100-300mL。
优选的，所述步骤1)中的接种物为总固体浓度为3-7wt％的沼气站污泥。
优选的，所述步骤2)中的热解操作为：将固体沼渣先干燥，然后进入单级管式热解炉内400-600℃下进行热解反应，反应后气相为可燃气体用作燃料使用，液相为生物油，固相为生物炭，参与后续厌氧发酵产沼气。
优选的，所述热解反应的温度先控制在300-450℃，并加入钯0.2g热解2h，然后升温到500-600℃，并加入硅酸铝0.2g、氧化铈0.1g继续热解。
优选的，所述步骤2)中的沼液与新的烟草秸秆以及热解生成的生物炭混合定容至100-300mL，然后加入CSTR厌氧消化反应器中进行厌氧发酵。
本发明中所指的TS(Total Solids)即总固体浓度，指一定量的原料在105℃下烘干至恒重的重量与原有物料的质量比。VS(Volatile Solids)即挥发性固体浓度，表示原料中有机物与原有物料的质量比。
本发明所述处理烟草秸秆的方法首先将烟草秸秆在厌氧反应器中进行批式厌氧反应，通过将出料进行固液分离，把厌氧消化后剩余沼渣经干燥处理后进入单管式热解炉热解，再将富含厌氧微生物的沼液回收，与新的进料和热解生成的生物炭混合定容后加入厌氧反应器中。该方法一方面将厌氧消化沼液回流，带来高浓度的厌氧菌有效促进沼气产量，减少了正常进料中水的添加量，降低厌氧消化的成本；另一方面将沼渣热解，产生了气相产物为H2、CO、CH4的热解气可以与沼气一起收集用作烟叶烘烤，家用能源，发电等，液相产物为焦油是一种重要的化工品，固相产物为有高吸附性的生物炭回收后添加到CSTR反应器可以有效促进沼气产量。沼渣热解后提高了烟草秸秆整体的利用效率。本发明所述处理烟草秸秆的方法将厌氧消化技术应用于烟草秸秆能源化的同时，通过沼液回流减少了处理成本和沼液排放的问题。同时通过厌氧技术与热解工艺的耦合，将沼渣热解后生成的生物质炭放入厌氧发酵罐中，提升了沼气产量和整体能源回收率。整个处理工艺实现了较高的废弃物资源化利用率，减少了环境的污染问题。
由上可知，与现有的技术相比，本发明取得的技术进步如下：
1、将厌氧消化技术应用于处理烟草秸秆，可以沼气这一清洁能源的产量同时还能切断烟草病虫害的传播而且不会产生污染；
2、将热解技术应用于处理烟草发酵后产生的沼渣，沼渣热解后生成可燃气体、生物油、生物炭，真正实现了烟草秸秆的高效资源化利用；
3、将沼渣进行热解后把生成的生物炭重新回收发酵罐，一方面提高了烟草秸秆厌氧消化产气率，另一方面减少了沼渣的生成量。
附图说明
图1是本发明的高效资源化利用烟草秸秆的工艺流程图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的一种高效资源化利用烟草秸秆的方法进行详细描述。
实施例1
1、将9L总固体浓度为3wt％的沼气站污泥和15g粉碎后的烟草秸秆加入到11L的CSTR厌氧消化反应器(工作体积9L)，搅拌混合，在37℃下进行厌氧消化产沼气反应，一天后部分出料，出料体积为200mL；
2、厌氧消化反应出料经固液分离后，沼渣在干燥后进入单级式热解炉在400℃条件下进行热解反应，沼液回收约130mL与10g新的烟草秸秆及热解生成的生物炭混合后定容至200mL加入厌氧消化反应器中进行厌氧消化；
3、之后该厌氧消化反应器每天出料体积为200mL，重复步骤2，形成一套连续、稳定的厌氧消化耦合热解技术处理烟草秸秆的工艺，40天后全部出料。
上述热解反应的温度先控制在300℃，并加入钯0.2g热解2h，然后升温到400℃，并加入硅酸铝0.2g、氧化铈0.1g继续热解1h。
实施例2
1、将9L总固体浓度为5wt％的沼气站污泥和15g烟草秸秆加入到11L的CSTR厌氧消化反应器(工作体积9L)，搅拌混合，在37℃下进行厌氧消化产沼气反应，一天后部分出料，出料体积为200mL；
2、厌氧消化反应出料经固液分离后，沼渣在干燥后进入单级式热解炉在400℃条件下进行热解反应，沼液回收约140mL与10g新的烟草秸秆及热解生成的生物炭混合后定容至200mL加入厌氧消化反应器中进行厌氧消化；
3、之后该厌氧消化反应器每天出料体积为200mL，重复步骤2，形成一套连续、稳定的厌氧消化耦合热解技术处理烟草秸秆的工艺，40天后全部出料。
上述热解反应的温度先控制在300℃，并加入钯0.2g热解2h，然后升温到400℃，并加入硅酸铝0.2g、氧化铈0.1g继续热解1h。
实施例3
1、将9L总固体浓度为6wt％的沼气站污泥和15g烟草秸秆加入到11L的CSTR厌氧消化反应器(工作体积9L)，搅拌混合，在37℃下进行厌氧消化产沼气反应，一天后部分出料，出料体积为200mL；
2、厌氧消化反应出料经固液分离后，沼渣在干燥后进入单级式热解炉在500℃条件下进行热解反应，沼液回收约150mL与10g新的烟草秸秆及热解生成的生物炭混合后定容至200mL加入厌氧消化反应器中进行厌氧消化；
3、之后该厌氧消化反应器每天出料体积为200mL,重复步骤2，形成一套连续、稳定的厌氧消化耦合热解技术处理烟草秸秆的工艺，40天后全部出料。
上述热解反应的温度先控制在350℃，并加入钯0.2g热解2h，然后升温到500℃，并加入硅酸铝0.2g、氧化铈0.1g继续热解1h。
实施例4
1、将9L总固体浓度为6wt％的沼气站污泥和15g烟草秸秆加入到11L的CSTR厌氧消化反应器(工作体积9L)，搅拌混合，在37℃下进行厌氧消化产沼气反应，一天后部分出料，出料体积为200mL；
2、厌氧消化反应出料经固液分离后，沼渣在干燥后进入单级式热解炉在500℃条件下进行热解反应，沼液回收约160mL与10g新的烟草秸秆及热解生成的生物炭混合后定容至200mL加入厌氧消化反应器中进行厌氧消化；
3、之后该厌氧消化反应器每天出料体积为200mL,重复步骤2，形成一套连续、稳定的厌氧消化耦合热解技术处理烟草秸秆的工艺，40天后全部出料。
上述热解反应的温度先控制在350℃，并加入钯0.2g热解2h，然后升温到500℃，并加入硅酸铝0.2g、氧化铈0.1g继续热解1h。
实施例5
1、将9L总固体浓度为7wt％的沼气站污泥和15g烟草秸秆加入到11L的CSTR厌氧消化反应器(工作体积9L)，搅拌混合，在37℃下进行厌氧消化产沼气反应，一天后部分出料，出料体积为200mL；
2、厌氧消化反应出料经固液分离后，沼渣在干燥后进入单级式热解炉在500℃条件下进行热解反应，沼液回收约170mL与10g新的烟草秸秆及热解生成的生物炭混合后定容至200mL加入厌氧消化反应器中进行厌氧消化；
3、之后该厌氧消化反应器每天出料体积为200mL,重复步骤2，形成一套连续、稳定的厌氧消化耦合热解技术处理烟草秸秆的工艺，40天后全部出料。
上述热解反应的温度先控制在350℃，并加入钯0.2g热解2h，然后升温到500℃，并加入硅酸铝0.2g、氧化铈0.1g继续热解1h。
在实施例1-5中，在该运行条件下，CSTR厌氧消化反应器日最高产气量约为0.54L，日均产量约为0.35L，TS去除率在30％左右。热解反应气体产量为384.17m3/t。热解气中可燃组分比例分别为H226.45％,CO30.67％,CH417.27％。整个处理过程实现了较高的处理率，全部的废弃物和过程产物均得到了利用和回收。
本发明将烟草秸秆、接种物和水混合，在CSTR厌氧消化反应器中进行产甲烷反应:最终排出的出料进行固液分离后得到沼渣和沼液。沼渣经干燥后放入单级管式热解炉内进行热解反应制成生物炭然后混合沼液以及新的底物进入反应器继续进行产甲烷反应。与现有的烟草秸秆处理方法相比，本发明所述方法既断绝了焚烧引起的空气污染，又提高了烟草秸秆的回收利用率，应用前景十分广阔。
上面结合附图对本发明的实例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实例，凡对本发明所作的任何改进和变型均属本发明权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种高效资源化利用烟草秸秆的方法，其特征在于，包括以下部分：
1)烟草秸秆厌氧消化:
将粉碎后的烟草秸秆与水混合，然后和接种物一起加入CSTR厌氧消化反应器中，反应1天后部分出料；
2)沼液回流：
厌氧消化反应出料后，将出料固液分离，固体沼渣进行热解回收，沼液与新的烟草秸秆以及热解生成的生物炭进行混合定容后再加入CSTR厌氧消化反应器中进行厌氧发酵；
3)每天部分出料，重复步骤2)的上述过程以形成连续且稳定的高效资源化利用烟草秸秆的循环工艺，30-40天后全部出料。
2.根据权利要求1所述的高效资源化利用烟草秸秆的方法，其特征在于，所述步骤1)具体为：将5-30g粉碎后的烟草秸秆与水混合至固含量为5-15wt％，然后和接种物一起加入CSTR厌氧消化反应器中，接种物与烟草秸秆的固体浓度比为l:l-3，搅拌混合，35-40℃进行厌氧消化产沼气反应，1天后部分出料，出料体积为100-300mL。
3.根据权利要求2所述的高效资源化利用烟草秸秆的方法，其特征在于，所述步骤1)中的接种物为总固体浓度为3-7wt％的沼气站污泥。
4.根据权利要求3所述的高效资源化利用烟草秸秆的方法，其特征在于，所述步骤2)中的热解操作为：将固体沼渣先干燥，然后进入单级管式热解炉内400-600℃下进行热解反应，反应后气相为可燃气体，液相为生物油，固相为生物炭。
5.根据权利要求4所述的高效资源化利用烟草秸秆的方法，其特征在于，所述热解反应的温度先控制在300-450℃，并加入钯0.2g热解2h，然后升温到500-600℃，并加入硅酸铝0.2g、氧化铈0.1g继续热解。
6.根据权利要求5所述的高效资源化利用烟草秸秆的方法，其特征在于，所述步骤2)中的沼液与新的烟草秸秆以及热解生成的生物炭混合定容至100-300mL，然后加入CSTR厌氧消化反应器中进行厌氧发酵。
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Application publication date: 20180907

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