[实用新型]微波-汽爆同步耦合法对植物秸秆去晶化的装置

说明书

技术领域

本实用新型属于秸秆的生物化工领域，特别涉及一种微波-汽爆同步耦合法对植物秸秆去晶化的装置，主要用于玉米秸秆、麦秆和甜高粱秸秆等多种植物秸秆的预处理。

背景技术

未经处理的秸秆很难被微生物和酶水解，主要是因为构成秸秆细胞壁的木质纤维素的结构较为复杂。木质纤维素主要包括纤维素、半纤维素、木质素三种组分，半纤维素和木质素通过共价键联结成网络结构，将纤维素分子包埋其中，使酶不易与纤维素分子接触。同时许多纤维素分子通过氢键连接共同组成结晶结构，使纤维素聚合物显示出刚性和高度水不溶性，增加了酶解的困难。因此高效利用秸秆组分的关键在于通过对秸秆进行预处理，部分去除木质素和半纤维素等成分，破坏纤维素的结晶结构，增加生物质材料的多孔性，增加酶和原料的接触面积，提高酶的可及性，从而提高秸秆的酶解率。

汽爆是木质纤维素原料预处理较常用的方法。它是用高压饱和蒸汽处理生物质原料，然后突然减压，细胞中的水瞬时汽化，造成纤维素分子间晶体结构解体，同时木质素和半纤维素对纤维素的保护作用遭到破坏，纤维素分子暴露出来，有利于后续酶解。汽爆法是一种无污染、不需回收物质的技术，用于处理硬木的经济性较好，可有效水解半纤维素，但也存在一定的局限性，主要表现在设备费用较高，反应破坏了木聚糖的结构，对木质素的分离不彻底，还可能积累糠醛、蚁酸等对微生物生长起抑制作用的物质。

微波是一种波长在100cm至1mm范围内的电磁波(其频率在300MHz至300GHz)。微波处理是一种新型的木质纤维素原料预处理方法，它是用微波辐射物料，使物料内部分子互相碰撞、产生热量，从而导致物料升温，在高温下发生酸催化的自水解反应，从而部分降解木质素和半纤维素，增加纤维素的可及性和反应活性，提高植物纤维素的酶解效率。目前，对微波预处理技术的研究还停留在实验室阶段，尚无实际生产应用的报道。

在实际对植物秸秆原料进行预处理时，由于单一的处理方法很难达到预定的效果，往往采用各种不同的组合方法，比较常见的组合方法有平行组合和顺序组合两种。如中国专利CN 101148830A即公布了一种将汽爆与微波两种方法顺序组合对植物秸秆进行预处理的方法。

在此基础上，遵循平行组合的思路，综合微波技术加热效率高和汽爆技术爆破的工艺方法未见报道。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有汽爆技术和微波技术处理秸秆的各自的优势和不足，提供一种微波-汽爆同步耦合法对植物秸秆去晶化的装置，为生物质能源的开发利用提供一条新的途径。

本实用新型提供的微波-汽爆同步耦合对植物秸秆去晶化的装置包括秸秆粉碎机、物料预浸器、电加热蒸气发生器、第一微波发生器和第二微波发生器、微波-蒸汽爆破反应罐、物料接收罐和固液分离器。

微波-蒸汽爆破反应罐通过加料阀与物料预浸器连接，物料预浸器与秸秆粉碎机连接。反应罐分别通过两个波导管与第一微波发生器和第二微波发生器连接，罐体底端和夹套分别通过管道与蒸汽发生器连接。反应罐通过爆破阀与其正下方的物料接收罐连接，物料接收罐与固液分离器连接。

使用本实用新型进行对植物秸秆去晶化的方法包括以下步骤：

将秸秆用粉碎机粉碎至粒径为5-50mm，用水预浸至含水量为10-40％，放入微波-蒸汽爆破反应罐中。对电加热蒸汽发生器进行预热，将产生的150-235℃的饱和蒸汽分别通入微波-蒸汽爆破反应罐的筒体和夹套中，同时将第一微波发生器和第二微波发生器产生的的微波通过上、下两个微波馈口引入反应罐，从而保证微波较为均匀的作用于物料，秸秆对微波的比吸收率为100-9000W/(kg干秸秆)。根据处理原料和工艺要求的不同，可通过控制第一微波发生器和第二微波发生器的启闭实现微波连续或间歇作用于物料，其中间歇作用的方式为每隔1-2min作用1-4min恒定功率的微波。反应2-15min后，开启爆破阀门，秸秆物料在压差作用下进入物料接收罐，冷却后送入固液分离器中分离并收集所得固体产品和液体产品。收集从微波-蒸汽爆破反应罐和物料接收罐排出的蒸汽，冷凝后加以回收利用，并用水管清洗反应罐和物料接收罐。

所述的微波-蒸汽爆破反应罐的外部具有夹套和岩棉保温层，实现保温；蒸汽发生器分两路连通反应罐的筒体和夹套。

所述的第一微微波发生器和第二微波发生器分别连接微波-蒸汽爆破反应罐的上、下两个微波馈口。第一微波发生器和第二微波发生器所产生的微波分别通过微波-蒸汽爆破反应罐的上、下两个微波馈口导入罐内，每个微波馈口能够承受300℃的高温、5.0MPa的高压。微波馈口的数量可反应罐容积的不同而有所变化。