[发明专利]一种秸秆提取木质纤维素和产甲烷的两相厌氧工艺和设备

说明书

本发明公开了一种秸秆提取木质纤维素和产甲烷的两相厌氧工艺及其，秸秆经过揉搓破碎之后进行热水解，经过热水解之后进行强化水解酸化，强化水解酸化产生的酸化泥通过部分酸化液混合调节后进行厌氧发酵，酸化液的另一部分通过厌氧发酵产生的沼液调节后，与热水解后的秸秆混合继续进行强化水解酸化；剩余酸化液进行厌氧发酵；强化水解酸化后未被溶解的漂浮物进行机械和水力复合脱膜形成木质纤维素，清洗、消毒、烘干、打包和入库；强化水解酸化和厌氧发酵产生的沼气输出利用；厌氧发酵产生的沼渣用作有机肥，多余的沼液用作有机肥或深度处理后达标排放。

技术领域

本发明属于新能源，环境保护和循环经济领域，具体涉及一种秸秆沼气强化水解预处理提取木质纤维素和产甲烷的两相厌氧工艺和设备。

背景技术

秸秆通常是指小麦、水稻和玉米等农作物在收获籽实后剩余的部分，我国是农业大国，也是秸秆生产大国。统计显示，2010年我国秸秆理论资源量为8.4亿吨，可收集资源量约为7亿吨，可进行综合利用的约为5亿吨，但由于缺乏有效的处理方法，每年约2.47亿吨秸秆被直接焚烧，不仅污染周边空气环境，危害人体健康，而且引发交通事故，影响道路交通和航空安全，更是对能源的一种浪费。目前秸秆的处理利用的方法较多，但是以秸秆为原料进行沼气厌氧发酵最平和、稳定，能耗最低，无污染，生态和经济效益最佳。

2013年，中国农业科学院和北京化工大学联合开展了秸秆沼气集中供气工程的经济效益的评价研究，实证分析结果表明，在现有的经营管理条件下，多数秸秆沼气集中供气工程只能保本或微利运行。模拟结果表明，在满负荷运行的条件下，沼气收费价格在1元/m³以上是工程保本运营的基本条件；在同时考虑折旧和运行费用的情况下，秸秆沼气集中供气工程皆亏损运行，投资回收期在20年以上，工程严重缺乏经济性。

据农业部沼气产品及设备质量监督检验测试中心调研情况显示，造成以上问题的重要原因是厌氧发酵过程中秸秆原料的上浮结壳问题。秸秆结壳是因为秸秆比重小于水，上浮至发酵池液面上后，长时间难以被分解，漂浮在发酵池的贮气室，慢慢缺水、干缩而形成，其形成对厌氧发酵产生了很多不利影响：1）导致产生的沼气无法通过结壳层进入贮气室，只能聚集在结壳层下部，增加结壳层的浮力，甚至会是浮渣堵塞出料管并引起反应器爆裂；2）大量沼气在发酵液中，使沼液的pH值下降，影响产气；3）减少了发酵罐的有效容积和储气空间；4）秸秆上浮使秸秆原料不能与发酵液充分接触，原料不能被彻底分解，因而干物质残留量大，最终秸秆原料利用率低，产气量少；5）严重影响了发酵池内固、液、气三相传质、传热和流动性，不利于产气。综上，秸秆沼气的结壳过程将直接影响到发酵池的产气效率和运行稳定性，甚至是发酵池变成“病池、废池”。

目前浮渣破壳的解决方法有以下几种：

1）休息破壳法：在每年冬天产气量低的情况下，让沼气池停止运行5-7天，达到破壳排渣的目的。该方法能有效的去除浮渣结壳，方法简单、易行，但需要停气一周左右，不能连续供气，影响农户用气；

2）充气破壳法：利用其它设备怎家沼气池内贮气室的气压，达到破壳效果。该方法需要使用额外的设备，增加了投资，且操作方法较复杂；

3）自动破壳沼气池：如利用安装挡板使发酵原料无法上浮形成浮渣层等，缺点是池体较复杂，增加了投资，且后期维修较难，且只适用于新建池；

4）搅拌：厌氧消化罐中安装搅拌装置。缺点是由于大量无法降解的秸秆累积，导致不易操作，易发生故障，维护管理复杂。

随着秸秆沼气的逐步发展，如何有效解决浮渣结壳问题已成为当今秸秆沼气厌氧发酵的一个重要问题。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的问题，提供一种秸秆提取木质纤维素和产甲烷的两相厌氧工艺和设备。