[发明专利]利用作物秸秆干式发酵产沼气生产工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种沼气生产技术，确切地说本发明公开了一种利用作物秸秆干式发酵产沼气生产工艺。

背景技术

沼气是有机物在厌氧条件下经微生物分解发酵而生成的一种可燃性气体，它的主要成分是甲烷（CH₄）和二氧化碳（CO₂），还有少量的硫化氢(H₂S)、氮及其他一些成分。其中甲烷含量为55%～70%、二氧化碳含量为28%～44%。沼气可以通过厌氧发酵各种有机质包括农作物秸秆、人畜粪便以及工农业排放废水中所含的有机物等而得到。由于农作物秸秆中纤维素和木质素不易被微生物降解，导致了沼气发酵过程中需预处理、启动慢、产气率慢等弊病，致使目前沼气发展大多趋向于使用畜禽粪便等原料。特别是20世纪90年代以来，我国畜禽养殖业得到迅速发展，在大部分城市郊区出现了一大批大、中型规模化畜禽养殖场，它们在为城乡人民的生活做出重要贡献的同时，也产生了严重的环境污染问题，因此建设了一大批大中型沼气工程来处理日益增多的畜禽粪便。

沼气发酵依据其总固体含量（TS）多少分为液体发酵（＜10%）、高浓度发酵（15%-17%）、固体发酵（＞20%），也可分为湿发酵和干发酵。大多数情况下的沼气发酵一般指湿发酵，比如现在农村的水压式沼气池、曲流布料式沼气池等，但是具有要消耗大量的水，使得发酵池容积增大，建池成本增高，而且由于没有热量的输入，只能采用常温或中温发酵，发酵周期较长等弊病，因此现今各国都在加快对干式发酵的研究。

国外对厌氧干发酵的研究始于20世纪20年代对污泥的卫生填埋，以后主要集中在对城市垃圾的处理。早在1988年Spendlin和Stegmanny以及1993年Baeten和Verstraete的研究中均指出不将垃圾与水进行混合稀释也可以取得和湿式工艺相同的沼气产率和产量。Molnar【匈牙利】等采用一个80m³的批量发酵器进行高浓度厌氧发酵实验，所采用的原料是TS浓度为27%的农业废弃物的混合料(25%牛粪，75%带谷皮和叶的玉米秆)，经过30天的滞留时间，最后获得了C: N=15.9:1的优质沼肥(一般优质沼肥C: N=16: 1)，同时获得了甲烷平均含量为59.9%的沼气。总之，80年代以来，美国、欧洲相继研究成功高浓度发酵的一系列技术，但至今报道的甚少，显然尚存在一些未解决的难题。但是进入90年代后，特别是德国的Bekon公司已研究出成熟的干发酵技术和干发酵装置，并申请获得了专利。与此同时，国内相关部门也作了许多研究，1985年山东省能源所的邹元良和赵中举就对农村沼气干发酵工艺进行了有益的探索，并提出合理的原料配比、适当原料预处理、较大的接种剂用量是影响工艺的重要参数。Ruihong Zhang和Zhiqin Zhang利用厌氧分步固体反应器系统来进行蔬菜、动物粪便等废弃物厌氧分解，效果比较明显。胡天其用1L的烧瓶做发酵器研究农业残余物的干发酵实验，得出了厌氧干发酵的一系列最优条件；而刘晓风等关于城市垃圾厌氧干发酵实验的研究和缪则学等关于压强与沼气干发酵关系的研究以及冷成保等暗河式生活垃圾干发酵处理研究，都从实验上证明厌氧干发酵处理有机废弃物的可行性。曲静霞等人在2004年也做了关于农业废弃物干法厌氧发酵技术研究的报道，对干发酵工艺技术提出了建设性的意见。另外,2004年何丽红的硕士论文具体针对畜禽粪便高温厌氧干发酵也进行了相关研究。据新闻报道,2006年3月河北沧州市青县农民姚旭华发明了秸秆干发酵工艺,但未见相关细节。

为适应有机固体废物固态厌氧消化处理技术要求，各国均开展了固态厌氧发酵工艺研究，目前研究的工艺路线，主要有两种，一种是连续反应器，另一种是间歇式（批次）反应器。

连续式反应器，单相消化的工艺简单,能够有效处理总固体含量20%～40%的有机固体废物。由于底物的高粘性,在反应器中底物一般通过平推流的方式移动。现在已经有多种有效的能够大规模应用的工艺,如Dranco 工艺,Kompogas 工艺,Valorga工艺 。在Dranco 工艺中,从反应器底部抽取一些已经消化过的废物与没有消化过的废物按一定的比例混合,混合后从反应器顶部注入。Kompogas 工艺与Dranco 工艺相似,不同的是发酵物平推流的方向不同,在Kompogas 工艺中是水平的,而在Dranco 工艺中是竖直的。TS 含量也不相同,Dranco 工艺能够适合很广的TS 含量，而Kompogas 工艺只适合TS 含量在23 %左右的条件下。在Valorga 工艺中,平推流的方向是环形的，混合搅拌是通过在反应器的底部注入高压的沼气来实现的。