CN204752684U - 秸秆糖化酸化反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种秸秆糖化酸化反应器，包括由秸秆堆积区和酸化液区构成的反应器本体，以及与反应器本体相连接的泵。本实用新型解决了固相液相分离问题及秸秆糖化酸化反应后期原料进料的问题；因采用移动式、模块化的结构，可方便地进行拼装或拆卸，还解决了传统设备占地面积大，现场施工时间长，扩容或减容不便等问题。

Description

秸秆糖化酸化反应器

技术领

本实用新型涉及一种秸秆预处理装置；特别涉及一种秸秆糖化酸化反应器。

背景技术

我国是一个农业大国，秸秆资源丰富，每年约有8亿吨产出，但是因为其降解困难，耗时较长，并没有很好的资源化利用。对秸秆进行预处理，是提高秸秆生物质利用率的有效手段之一。

秸秆细胞壁主要由纤维素，半纤维素和木质素组成，三者相互交织组成的致密结构，妨碍了酶、微生物或化学试剂对于每种成分的作用，任何一种成分的降解受到其他成分的制约。因此，木质纤维素致密结构的打开和降解是秸秆生物质转化的首要步骤。

传统的单相厌氧消化，整个厌氧消化在同一个反应器内进行，工艺简单，追求厌氧消化的全过程，而酸化和甲烷化阶段的二大类作用细菌，即产酸菌和产甲烷菌对环境条件存着不同的要求。一般情况下，产甲烷阶段是整个厌氧消化的控制阶段。为了使厌氧消化过程完整地进行就必须首先满足产甲烷相细菌的生长条件，如维持一定的温度、增加反应时间，特别是对难降解或有毒废液需要长时间的驯化才能活应。传统的单相厌氧消化工艺把产酸菌和产甲烷菌这两大类菌群置于一个反应器内，不利于充分发挥各自的优势。两相厌氧消化工艺把酸化和甲烷化两个阶段分离在两个反应器中，使产酸菌和产烷菌各自在最佳环境条件下生长。这样不仅有利于充分发挥其各自的活性，避免了传统的单相厌氧发酵工艺中微生物之间和代谢产物对微生物的抑制作用，而且提高了处理效果，达到了提高容积负荷率、减少反应容积、增加运行稳定性的目的，从而使整个工艺达到最好的处理效果。传统的秸秆厌氧发酵系统，无论是一相还是两相发酵，均将重点放在甲烷的产量上，而忽略了有价值的中间产物。

有鉴于此，特提出本实用新型。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型要解决的技术问题是传统秸秆糖化酸化反应器固相液相分离困难及秸秆糖化酸化反应后期原料进料困难的问题。进一步，本实用新型还解决传统设备占地面积大，现场施工时间长，固定一处使用，扩容或减容不便，投资成本大的问题。

(二)技术方案

为了解决上述第一方面的技术问题，本实用新型提供一种秸秆糖化酸化反应器，包括由秸秆堆积区和酸化液区构成的反应器本体，以及与所述反应器本体相连接的泵；所述酸化液区容积小于所述秆堆积区容积；所述酸化液区与所述反应器本体共底面，且所述酸化液区各个面的尺寸均小于所述反应器本体相应面的尺寸；所述酸化液区至少一个侧面为滤网结构；所述秸秆堆积区的上部设置有进料口和喷淋装置，下部设置有出料口；所述泵与所述酸化液区和所述喷淋装置相连接。

所述酸化液区可收集及回流酸化液；

优选地，所述酸化液区与所述秸秆堆积区的容积比为1-2∶50-75。所述酸化液区容积过大或过小都不利于酸化液循环，实践证明当按上述比例设置时可对秸秆取得较好的处理效果。

本实用新型可根据所处理秸秆性状(如秸秆种类、大小等)的不同而选择相应滤孔结构的滤网，以使所述秸秆不易堵塞滤网且酸化液容易滤出为佳；优选地，在所述滤网结构的滤孔孔径大小为星尖直径为8mm-15mm；所述滤孔的总面积占所述滤网结构面积的1/6-5/6时能达到上述较佳过滤效果。优选地，所述滤网结构的滤孔为多角星状结构；较佳地所述滤网的滤孔为五角星状结构。实验证明，相同孔径条件下，滤孔采用多角形尤其是五角星状结构比圆形、方形、十字形等其他形状结构过滤效果好，沥水时间短，且粉碎后的秸秆不容易堵塞滤孔也不容易脱落到酸化液区。

优选地，所述酸化液区与所述反应器本体共侧面；例如可以共一个或两个侧面；方便所述酸化液区与所述泵相连接。

优选地，所述反应器本体与所述酸化液区均为矩状/矩形；以便于拆卸和拼装。

优选地，所述泵与所述喷淋装置相连接的管道设置有阀门，可以根据需要开启所述阀门将酸化液泵出。

传统的秸秆糖化酸化反应器将所述滤网水平放置于所述反应器本体的内腔，将所述反应器本体的内腔完全分成上部和下部两个部分，在结构上需要与反应器焊接固定，不便于拆卸；特别是不便于后期固相和液相分离，造成固相和液相出料困难且新秸秆原料也难以进料。

本实用新型通过改进，将所述酸化液区设置为与所述反应器本体共底面的独立区，所述酸化液区至少一个侧面为滤网结构；其优点是第一：在所述滤网自带支撑结构，无需焊接，可以方便拆卸；同时相对于水平放置的滤网大大降低了滤网的承受力，减小了滤网成本，提高了滤网使用寿命；第二：使所述滤网多方向与秸秆接触，增加酸化液的沥出面；提高了过滤效率；加快了对秸秆糖化酸化处理反应进程；第三：特别是方便后期固相和液相分离，使得固相和液相更容易出料；固相可直接从出料口导出，液相可通过所述泵输出；同时也解决了新秸秆原料进料困难的问题。

本实用新型秸秆糖化酸化反应器实际工作时，将酸化液、秸秆放入反应器内部，必要时也可放入其他添加剂等辅料，其中秸秆放入所述反应器的秸秆堆积区，通过所述泵将所述反应器的酸化液区的酸化液输送至所述喷淋装置，对秸秆进行喷淋，酸化液对秸秆进行酸化处理。如此反复循环，直至对秸秆彻底处理完成。然后将酸化液泵出，此酸化液可以用作化工原料，作为沼气发酵或者生物乙醇的底物。

为了解决上述第二方面的技术问题，本实用新型将所述反应器本体与所述酸化液区各自独立地设为可自由拆卸及拼接的模块化结构；所述反应器本体还包括工艺孔模块、空白板模块、仪表模块、太阳能光板模块、储电池模块、底部支撑模块中的一种或几种；所述底座支撑模块位于所述反应器本体外侧的底部。可根据实际需要进行拼装，例如扩容或减容，或者再增加其它功能模块。

优选地，所述模块化结构反应器本体，可根据实际需要设置一个或多个喷淋装置模块、一个或多个滤网模块。

优选地，所述模块化结构反应器本体还包括一个或多个仪表模块；所述仪表模块包括pH计模块、温度检测器模块、液位计模块、气体检测计模块(可检测O₂、CO₂、CH₄、NH₃)等。

优选地，所述模块化结构反应器本体还包括工艺孔模块；所述工艺孔模块带有工艺连接孔，便于与其他模块或其他设备相连。

优选地，所述模块化结构反应器本体还包括空白板模块；所述空白板模块的功能是当所述反应器需要增加或者减小容积时，可以通过增加或者减少空白模块来实现扩容或者减容。

优选地，所述模块化结构反应器本体还包括底部支撑模块，所述底座支撑模块位于所述反应器本体外侧的底部。

优选地，所述模块化结构反应器本体的出料口模块的出料口还可用作人孔。

优选地，所述滤网模块自带支撑结构，方便与其他所述模块(如所述反应器本体的侧面和底面)相连接(不需焊接)；所述滤网模块可以仅包括滤网，单独作为一个模块，与其他模块配合使用；所述滤网模块也可以是由包括滤网和其他模块(如空白板模块)构成的复合模块，方便拼接。

优选地，所述秸秆糖化酸化反应器还包括太阳能光板模块及储电池模块；可满足自身用电需求，无需外接电源，可以满足户外作业要求；优选所述太阳能光板模块(包括太阳能顶板模块和太阳能门板模块两种)设置于所述模块化结构反应器本体外侧的顶部；所述太阳能光板模块材质可选择阳光板。

优选地，所述秸秆糖化酸化反应器本体的秸秆堆积区还设有液体排空清理孔，用于更好地排空所述秸秆堆积区的酸化液。

优选地，所述秸秆糖化酸化反应器本体的酸化液区还设有酸化液进口，便于酸化液输入。

本实用新型可以根据实际需要，增加或减少所述模块，达到扩容、减容或增加功能的目的。

根据实际需要，除太阳能光板模块及储电池模块外，其他模块材质可选择玻璃钢、不锈钢或碳钢。

具体地，本实用新型提供一种秸秆糖化酸化反应器，包括由秸秆堆积区和酸化液区构成的反应器本体，以及与所述反应器本体相连接的泵；所述酸化液区和所述秸秆堆积区的容积比为1-2∶50-75；所述酸化液区与所述反应器本体共底面和共侧面，且所述酸化液区各个面的尺寸均小于所述反应器本体相应面的尺寸；所述酸化液区至少一个侧面为滤网结构；所述滤网结构的滤孔孔径大小为星尖直径为8mm-15mm，所述滤孔的总面积占所述滤网结构面积的1/6-5/6；所述滤孔为五角星状结构；所述秸秆堆积区的上部设置有进料口和喷淋装置，下部设置有出料口；所述泵与所述酸化液区和所述喷淋装置相连接；所述反应器本体及酸化液区均为矩状/矩形；所述反应器本体与所述酸化液区各自独立地设为可自由拆卸及拼接的模块化结构。

(三)有益效果

本实用新型利用特制滤网将固相和液相分开，解决固相液相分离困难的问题及秸秆糖化酸化反应后期原料进料困难的问题。优选五角星状网孔结构的滤网能够实现更好的过滤效果，沥水时间短，且粉碎后的秸秆不容易脱落到酸化液区。特别地，本实用新型采用移动式、模块化的结构，可方便地进行拼装或拆卸，可有效减少施工时间，并可根据需要进行设备体积的扩容、减容，或者增加、减少功能；亦可在多个地点使用同一设备，避免重复投资；解决传统设备占地面积大，现场施工时间长，固定一处使用，投资成本大的问题。

一般传统设备对秸秆糖化酸化效率在60％以下，且酸化时间大于30天；采用本实用新型设备，对秸秆糖化酸化效率可达60％以上，且酸化时间小于15天。采用本实用新型设备对秸秆进行糖化酸化处理，可以快速有效的降解秸秆中的木质纤维素和其他有机质，得到高浓度高价值的中间产物，并根据实际需要，进行再加工(比如进行提纯后用作化学合成原料，发酵后获取生物乙醇，当然也可以用于高效的沼气生产)。

附图说明

图1是实施例1秸秆糖化酸化反应器示意图。

图2是实施例3-12秸秆糖化酸化反应器的模块化结构反应器本体示意图。

图3是实施例3秸秆糖化酸化反应器的模块化结构反应器本体立体结构示意图。

图4是实施例4-6秸秆糖化酸化反应器的模块化结构反应器本体示意图。

图5是实施例7-12秸秆糖化酸化反应器的模块化结构反应器本体立体结构示意图。

图6-图10分别为秸秆糖化酸化反应器(实施例3-12)的模块化结构反应器本体主视图、左视图、俯视图、AA剖面图、BB剖面图。

图1-图5中：1、反应器本体；2、泵；3、进料口(或进料口模块)；4、出料口(或出料口模块)；5、喷淋装置(或喷淋装置模块)；6、滤网(或滤网模块)；7、反应器本体的秸秆堆积区；8、反应器本体的酸化液区；9、pH计模块(或pH计)；10a、温度检测器模块(或温度检测器)；10b、温度检测器模块(或温度检测器)；11a、液位计模块(或液位计)；11b、液位计模块(或液位计)。12、气体检测计模块(或气体检测计)；13太阳能光板-顶板模块；14太阳能光板-门板模块；15、酸化液区的顶面(或酸化液区的顶面模块)；16、空白板模块；17、底座支撑模块；18、液体排空清理孔；19、工艺孔模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

实施例1

一种秸秆糖化酸化反应器，如图1所示，包括由秸秆堆积区(7)和酸化液区(8)构成的反应器本体(1)，以及与所述反应器本体(1)相连接的泵(2)；所述酸化液区(8)容积小于所述秆堆积区(7)容积；所述酸化液区(8)与所述反应器本体(1)共底面和共侧面，且所述酸化液区各个面的尺寸均小于所述反应器本体相应面的尺寸；所述酸化液区一个侧面(6)为滤网结构；所述秸秆堆积区的上部设置有进料口(3)和喷淋装置(5)，下部设置有出料口(4)；所述泵(2)与所述酸化液区(8)和所述喷淋装置(5)相连接。所述侧面(6)滤网结构的滤孔孔径大小为星尖直径为8mm-15mm，所述滤孔的总面积占所述滤网结构面积的1/6-5/6；所述滤孔为五角星状结构。

本实用新型秸秆糖化酸化反应器实际工作时，将酸化液、秸秆放入反应器内部，其中秸秆放入所述反应器的秸秆堆积区，通过所述泵将所述反应器的酸化液区的酸化液输送至所述喷淋装置，对秸秆进行喷淋，酸化液对秸秆进行酸化处理。如此反复循环，直至对秸秆彻底处理完成。然后将酸化液泵出，此酸化液可以用作化工原料，作为沼气发酵或者生物乙醇的底物。

实施例2

一种秸秆糖化酸化反应器，与实施例1相比区别在于所述酸化液区的顶面(15)为滤网结构，其滤孔为五角星状结构。

实施例3

一种秸秆糖化酸化反应器，与实施例1的区别在于所述反应器本体(1)与所述酸化液区(8)各自独立地设为可自由拆卸及拼接的模块化结构。如图2-图3所示，由秸秆堆积区(7)和酸化液区(8)构成模块化结构的反应器本体(1)；所述酸化液区(8)容积小于所述秆堆积区(7)容积；所述酸化液区(8)与所述反应器本体(1)共底面和共侧面，且所述酸化液区(8)各个面的尺寸均小于所述反应器本体(1)相应面的尺寸；所述酸化液区一个侧面(6)为模块化的滤网结构；所述秸秆堆积区的上部设置有进料口模块(3)和喷淋装置模块(5)，下部设置有出料口模块(4)；所述酸化液区(8)和所述喷淋装置模块(5)通过所述泵相连接；所述侧面(6)模块化的滤网的滤孔为五角星状结构。所述反应器本体及酸化液区均为矩状/矩形。

实施例4

一种秸秆糖化酸化反应器，与实施例3相比区别在于所述模块化结构反应器本体还包括多个仪表模块。如图4所示，pH计模块(9)设置于所述反应器本体的秸秆堆积区(7)下部；两个温度检测器模块(10a和10b)分别设置于所述反应器本体的秸秆堆积区上部和下部，用于检测秸秆温度或空气温度；两个液位计模块(11b和11a)分别设置于所述反应器本体的秸秆堆积区的上部和下部；通过液位计检测到液位变化控制泵(2)的启停；具体地，当液位高于所述反应器本体的秸秆堆积区上部的液位计(11b)时泵(2)停止运行，当液位低于所述反应器本体的秸秆堆积区下部的液位计(11a)时泵(2)停止运行。

实施例5

一种秸秆糖化酸化反应器，如图4所示，与实施例4相比区别在于所述模块化结构反应器本体还包括气体检测仪表模块(12)；用于检测所述反应器本体上部O₂、CO₂、CH₄、NH₃浓度。

实施例6

一种秸秆糖化酸化反应器，如图4所示，与实施例5相比区别在于所述模块化结构反应器本体包括8个喷淋装置模块(5)，即包括8个喷淋装置，分两层布置在所述模块化结构反应器本体内部的四面。实验证明这种设置可以保证酸化液均匀的喷淋到秸秆堆积区，无死角出现。

实施例7

一种秸秆糖化酸化反应器，如图5-图10所示，与实施例3相比区别在于所述秸秆糖化酸化反应器还包括太阳能光板模块及储电池模块；可满足自身用电需求，无需外接电源，可以满足户外作业要求；所述太阳能光板模块(包括太阳能顶板模块(13)和太阳能门板模块(14)两种)设置于所述模块化结构反应器本体外侧的顶部；所述太阳能光板模块材质为阳光板。

实施例8

一种秸秆糖化酸化反应器，如图5-图10所示，与实施例4相比区别在于所述秸秆糖化酸化反应器还包括与实施例7相同的太阳能光板模块(13和14)及储电池模块。

实施例9

一种秸秆糖化酸化反应器，如图5-图10所示，与实施例5相比区别在于所述秸秆糖化酸化反应器还包括与实施例7相同的太阳能光板模块(13和14)及储电池模块。

实施例10

一种秸秆糖化酸化反应器，如图5-图10所示，与实施例6相比区别在于所述秸秆糖化酸化反应器还包括与实施例7相同的太阳能光板模块(13和14)及储电池模块。

实施例11

一种秸秆糖化酸化反应器，如图5-图10所示，与实施例3相比区别在于所述秸秆糖化酸化反应器的模块化结构反应器本体还包括空白板模块(16)、底座支撑模块(17)、工艺孔模块(19)，所述底座支撑模块位于所述反应器本体外侧的底部。

实施例12

一种秸秆糖化酸化反应器，如图4所示，与实施例3相比区别在于所述秸秆糖化酸化反应器的模块化结构反应器本体的秸秆堆积区还设有液体排空清理孔(18)，用于更好地排空所述秸秆堆积区的酸化液。

实施例13

一种秸秆糖化酸化反应器，与实施例2相比区别在于所述秸秆糖化酸化反应器还包括与实施例7相同的太阳能光板模块及储电池模块。所述反应器本体(1)与所述酸化液区(8)均为矩状/矩形。

实施例2-13所述秸秆糖化酸化反应器实际工作过程与实施例1相同。

以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种秸秆糖化酸化反应器，其特征在于，包括由秸秆堆积区和酸化液区构成的反应器本体，以及与所述反应器本体相连接的泵；所述酸化液区容积小于所述秆堆积区容积；所述酸化液区与所述反应器本体共底面，且所述酸化液区各个面的尺寸均小于所述反应器本体相应面的尺寸；所述酸化液区至少一个侧面为滤网结构；所述秸秆堆积区的上部设置有进料口和喷淋装置，下部设置有出料口；所述泵与所述酸化液区和所述喷淋装置相连接。

2.如权利要求1所述的秸秆糖化酸化反应器，其特征在于，所述酸化液区与所述秸秆堆积区的容积比为1-2∶50-75。

3.如权利要求1所述的秸秆糖化酸化反应器，其特征在于，所述滤网结构的滤孔孔径大小为星尖直径8mm-15mm；所述滤孔的总面积占所述滤网结构面积的1/6-5/6。

4.如权利要求1所述的秸秆糖化酸化反应器，其特征在于，所述滤网结构的滤孔为多角星状结构。

5.如权利要求4所述的秸秆糖化酸化反应器，其特征在于，所述滤网的滤孔为五角星状结构。

6.如权利要求1所述的秸秆糖化酸化反应器，其特征在于，所述酸化液区与所述反应器本体共侧面。

7.如权利要求1所述的秸秆糖化酸化反应器，其特征在于，所述反应器本体与所述酸化液区均为矩状/矩形。

8.如权利要求1-7任一项所述的秸秆糖化酸化反应器，其特征在于，所述反应器本体与所述酸化液区各自独立地设为可自由拆卸及拼接的模块化结构。

9.如权利要求8所述的秸秆糖化酸化反应器，其特征在于，所述反应器本体还包括工艺孔模块、空白板模块、仪表模块、太阳能光板模块、储电池模块、底部支撑模块中的一种或几种；所述底部支撑模块位于所述反应器本体外侧的底部。

10.如权利要求1所述的秸秆糖化酸化反应器，其特征在于，所述酸化液区和所述秸秆堆积区的容积比为1-2∶50-75；所述滤网结构的滤孔孔径大小为星尖直径8mm-15mm，所述滤孔的总面积占所述滤网结构面积的1/6-5/6；所述滤孔为五角星状结构；所述酸化液区与所述反应器本体共侧面；所述反应器本体及酸化液区均为矩状/矩形；所述反应器本体与所述酸化液区各自独立地设为可自由拆卸及拼接的模块化结构。