[发明专利]一种利用作物秸秆制备清洁车用燃料的方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于农业废弃物处理即可再生能源领域，尤其涉及利用作物秸秆制备清洁车用燃料的资源化利用方法及装置。

技术背景

我国是农业大国，也是秸秆资源最为丰富的国家之一，每年的作物秸秆资源总量约为7亿吨，其中以稻草、玉米秸和麦秸为主，这些秸秆资源量约占秸秆总资源量的75.6％。由于没有切实可行的处理与利用技术，大量秸秆转向露天焚烧，导致严重的空气污染，并引发火灾，威胁交通运输安全。因此，通过厌氧消化生产沼气是一种有效的利用途径。

利用作物秸秆通过厌氧消化生产出的沼气是一种很好的清洁能源，其主要成分是甲烷、二氧化碳和微量的硫化氢，以及一些痕量的物质：氢气、氮气等等。沼气在我国主要用于农村炊事、供热和发电，其利用价值低、经济效益差、利用范围也非常有限，从而限制了沼气行业向更高水平的产业化方向发展。而通过沼气提纯，可以把沼气提纯到车用天然气水平，生产出清洁车用燃料，用以替代汽油、天然气等常规化石能源和原料。与天然气相比，这种车用燃料具有可利用废弃物生产、不受气源和地域限制、可再生等特点。而且，研究表明，1标准m³(Nm³)的这种车用燃料相当于1.15L汽油的燃烧值。若按天然气价格计，1Nm³的车用燃料的价格在2.2～2.8元之间，而1.15L93号汽油的价格现阶段则为5.6元，两者相差一倍多。而且，中国汽油的价格尚未与国际接轨，以后的价格还会继续攀升，则这种车用燃料的价格优势会更具吸引力。此外，以甲烷为主要成分的车用燃料的生产本身就是消除环境中污染物的清洁过程，其使用又是一个清洁的过程，制造与利用的双向清洁过程将会使这种由作物秸秆制备出的清洁车用燃料更受人们的青睐。这样，就可实现沼气的工业化高值利用，并可大大缓解我国常规化石能源和原料的短缺问题。

目前，厌氧消化的原料一般是人畜粪便、污泥等，利用作物秸秆制备沼气的方法在有些文献中也有所报道，但由于作物秸秆的木质纤维素含量较高，而厌氧微生物对木质纤维素的降解能力较弱，导致厌氧消化过程缓慢、产气效率低、经济效益差，从而限制了作物秸秆用于沼气生产的大规模应用。

而通过对作物秸秆进行预处理，可以提高其厌氧消化的性能进而提高厌氧消化效率和产气量。常见的预处理方法有物理法、化学法和生物法三种，其目的都是希望通过预处理改变作物秸秆的物理结构或把它降解成简单的成分，以利于随后厌氧微生物的消化利用，从而提高沼气产量。物理法较为简单，但处理效果有限；生物法效果较为明显，但微生物的培养对设备和技术的要求大多比较高，实验研究容易，实际应用难度很大；液态化学预处理产气效果较好，但对反应器的设计要求较高，反应液的回用和处置也导致整个工艺成本的提高。

目前，对沼气净化处理的方式主要有三种，一种是水洗法，该法是利用二氧化碳和硫化氢在水中的溶解度大于甲烷的原理进行分离或提纯的方法。成本低，但去除效果较差，需较为庞大的设备和复杂的操作条件才能得到预期处理效果。第二种是膜分离法，该法利用不同气体对渗透膜的选择性能，将CH₄与CO₂等气体分离，但该法是在加压条件下完成沼气提纯的，其经济技术成本较高，投资较大。另外一种方法是变压吸附法(Pressure Swing Adsorption，PSA)，其基本原理是利用气体组分在固体材料上吸附特性的差异以及吸附量随压力变化而变化的特性，通过周期性的压力变换过程实现气体的分离或提纯的方法，该法属于物理作用，其具有无设备腐蚀、无环境污染等优点，但其投资较高、操作复杂。

发明内容

本发明的目的在于，解决现有技术中的问题，提供一种利用作物秸秆厌氧消化所产生的沼气及类似气源制备清洁车用燃料的方法及装置。

本发明提供的一种利用作物秸秆制备清洁车用燃料的方法，包括以下步骤：

1)作物秸秆的预处理：将作物秸秆粉碎后与氢氧化钠、硫化钠和水按重量比100∶6∶6∶80充分混合均匀呈潮湿状态后，常温下，于密闭容器中保存30天；

2)作物秸秆厌氧消化产沼气：将步骤1)中预处理的作物秸秆、接种污泥和水混合，其中作物秸秆的添加量为65～80g干重/L，污泥的添加量为使混合后体系的悬浮固体浓度MLSS＝15000mg/L(稻草不计在内)，加入氯化铵调节体系的碳氮比为20～30∶1，加氢氧化钠溶液或盐酸调节体系的pH＝6.8～7.4后，于35℃下厌氧消化产生沼气；