一種秸稈提取木質(zhì)纖維素和產(chǎn)甲烷的兩相厭氧工藝和設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于新能源，環(huán)境保護(hù)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種秸桿沼氣強(qiáng)化水解 預(yù)處理提取木質(zhì)纖維素和產(chǎn)甲烷的兩相厭氧工藝和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 秸桿通常是指小麥、水稻和玉米等農(nóng)作物在收獲籽實(shí)后剩余的部分，我國(guó)是農(nóng)業(yè) 大國(guó)，也是秸桿生產(chǎn)大國(guó)。統(tǒng)計(jì)顯示，2010年我國(guó)秸桿理論資源量為8.4億噸，可收集資源量 約為7億噸，可進(jìn)行綜合利用的約為5億噸，但由于缺乏有效的處理方法，每年約2.47億噸秸 桿被直接焚燒，不僅污染周邊空氣環(huán)境，危害人體健康，而且引發(fā)交通事故，影響道路交通 和航空安全，更是對(duì)能源的一種浪費(fèi)。目前秸桿的處理利用的方法較多，但是以秸桿為原料 進(jìn)行沼氣厭氧發(fā)酵最平和、穩(wěn)定，能耗最低，無(wú)污染，生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益最佳。
[0003] 2013年，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院和北京化工大學(xué)聯(lián)合開(kāi)展了秸桿沼氣集中供氣工程的經(jīng) 濟(jì)效益的評(píng)價(jià)研究，實(shí)證分析結(jié)果表明，在現(xiàn)有的經(jīng)營(yíng)管理?xiàng)l件下，多數(shù)秸桿沼氣集中供氣 工程只能保本或微利運(yùn)行。模擬結(jié)果表明，在滿負(fù)荷運(yùn)行的條件下，沼氣收費(fèi)價(jià)格在1元/m3 以上是工程保本運(yùn)營(yíng)的基本條件;在同時(shí)考慮折舊和運(yùn)行費(fèi)用的情況下，秸桿沼氣集中供 氣工程皆虧損運(yùn)行，投資回收期在20年以上，工程嚴(yán)重缺乏經(jīng)濟(jì)性。
[0004] 據(jù)農(nóng)業(yè)部沼氣產(chǎn)品及設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心調(diào)研情況顯示，造成以上問(wèn)題的 重要原因是厭氧發(fā)酵過(guò)程中秸桿原料的上浮結(jié)殼問(wèn)題。秸桿結(jié)殼是因?yàn)榻諚U比重小于水， 上浮至發(fā)酵池液面上后，長(zhǎng)時(shí)間難以被分解，漂浮在發(fā)酵池的貯氣室，慢慢缺水、干縮而形 成，其形成對(duì)厭氧發(fā)酵產(chǎn)生了很多不利影響：1)導(dǎo)致產(chǎn)生的沼氣無(wú)法通過(guò)結(jié)殼層進(jìn)入貯氣 室，只能聚集在結(jié)殼層下部，增加結(jié)殼層的浮力，甚至?xí)歉≡氯隽瞎懿⒁鸱磻?yīng)器爆 裂;2 )大量沼氣在發(fā)酵液中，使沼液的pH值下降，影響產(chǎn)氣;3 )減少了發(fā)酵罐的有效容積和 儲(chǔ)氣空間;4)秸桿上浮使秸桿原料不能與發(fā)酵液充分接觸，原料不能被徹底分解，因而干物 質(zhì)殘留量大，最終秸桿原料利用率低，產(chǎn)氣量少；5)嚴(yán)重影響了發(fā)酵池內(nèi)固、液、氣三相傳 質(zhì)、傳熱和流動(dòng)性，不利于產(chǎn)氣。綜上，秸桿沼氣的結(jié)殼過(guò)程將直接影響到發(fā)酵池的產(chǎn)氣效 率和運(yùn)行穩(wěn)定性，甚至是發(fā)酵池變成"病池、廢池"。
[0005]目前浮渣破殼的解決方法有以下幾種： 1) 休息破殼法:在每年冬天產(chǎn)氣量低的情況下，讓沼氣池停止運(yùn)行5-7天，達(dá)到破殼排 渣的目的。該方法能有效的去除浮渣結(jié)殼，方法簡(jiǎn)單、易行，但需要停氣一周左右，不能連續(xù) 供氣，影響農(nóng)戶用氣； 2) 充氣破殼法:利用其它設(shè)備怎家沼氣池內(nèi)貯氣室的氣壓，達(dá)到破殼效果。該方法需要 使用額外的設(shè)備，增加了投資，且操作方法較復(fù)雜； 3) 自動(dòng)破殼沼氣池:如利用安裝擋板使發(fā)酵原料無(wú)法上浮形成浮渣層等，缺點(diǎn)是池體 較復(fù)雜，增加了投資，且后期維修較難，且只適用于新建池； 4) 攪拌:厭氧消化罐中安裝攪拌裝置。缺點(diǎn)是由于大量無(wú)法降解的秸桿累積，導(dǎo)致不易 操作，易發(fā)生故障，維護(hù)管理復(fù)雜。
[0006]隨著秸桿沼氣的逐步發(fā)展，如何有效解決浮渣結(jié)殼問(wèn)題已成為當(dāng)今秸桿沼氣厭氧 發(fā)酵的一個(gè)重要問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種秸桿提取木質(zhì)纖維素和產(chǎn)甲烷的 兩相厭氧工藝和設(shè)備。
[0008] 為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:一種秸桿提取木質(zhì)纖維素和產(chǎn)甲烷 的兩相厭氧工藝，秸桿經(jīng)過(guò)揉搓破碎之后進(jìn)行熱水解，經(jīng)過(guò)熱水解之后進(jìn)行強(qiáng)化水解酸化， 強(qiáng)化水解酸化產(chǎn)生的酸化泥通過(guò)部分酸化液混合調(diào)節(jié)后進(jìn)行厭氧發(fā)酵，酸化液的另一部分 通過(guò)厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼液調(diào)節(jié)后，與熱水解后的秸桿混合繼續(xù)進(jìn)行強(qiáng)化水解酸化;剩余酸 化液進(jìn)行厭氧發(fā)酵;強(qiáng)化水解酸化后未被溶解的漂浮物進(jìn)行機(jī)械和水力復(fù)合脫膜形成木質(zhì) 纖維素，清洗、消毒、烘干、打包和入庫(kù);強(qiáng)化水解酸化和厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣輸出利用;厭 氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼渣用作有機(jī)肥，多余的沼液用作有機(jī)肥或深度處理后達(dá)標(biāo)排放。
[0009] 作為優(yōu)選，秸桿經(jīng)過(guò)揉搓破碎之后，破碎長(zhǎng)度為50-100mm，破碎直徑< 2_;臘質(zhì)層 破碎率：2 80-90%，有機(jī)物表面積增加2-3倍，< 10mm的不降解物質(zhì)破碎尺寸的量< 10-20%。 揉搓破碎可使秸桿表面蠟質(zhì)層進(jìn)行破碎，消除蠟質(zhì)層的阻礙作用，增加秸桿總表面積，有利 于后續(xù)的熱水解和強(qiáng)化水解酸化。
[0010] 作為優(yōu)選，所述熱水解的條件為溫度60-90°C，時(shí)間1-4小時(shí)。
[0011] 作為優(yōu)選，所述強(qiáng)化水解酸化的條件為：工作溫度：20-40°C，pH值:4-7，總固體 (TS):5-20%，水力停留時(shí)間(HRT):3-9天，固體停留時(shí)間（SRT): 2 10天。
[0012] 作為優(yōu)選，酸化泥通過(guò)部分酸化液混合調(diào)節(jié)后的濃度為總固體< 2%，溫度為30-40 V。
[0013]作為優(yōu)選，酸化液通過(guò)厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼液調(diào)節(jié)的具體方式為沼液占二者總體積 的10%，酸化液與沼液二者總質(zhì)量占強(qiáng)化水解酸化池內(nèi)物料的20-30%。
[0014]作為優(yōu)選，機(jī)械和水力復(fù)合脫膜的條件為:脫膜分選率(可降解物質(zhì)部分系統(tǒng)總的 去除率）2 95%;未降解物質(zhì)破壞率< 10-20%。
[0015]本發(fā)明還提供了一種秸桿提取木質(zhì)纖維素和產(chǎn)甲烷的兩相厭氧設(shè)備，包括揉搓破 碎機(jī)、熱水解池、強(qiáng)化水解酸化池、一號(hào)調(diào)節(jié)池、二號(hào)調(diào)節(jié)池、厭氧消化池和復(fù)合脫膜機(jī)，所 述揉搓破碎機(jī)與熱水解池相連，所述熱水解池與強(qiáng)化水解酸化池相連，強(qiáng)化水解酸化池底 部設(shè)有排泥口，頂部設(shè)有出水口，所述排泥口與一號(hào)調(diào)節(jié)池相連，所述一號(hào)調(diào)節(jié)池和出水口 均與二號(hào)調(diào)節(jié)池相連，所述二號(hào)調(diào)節(jié)池與底部與厭氧消化池底部相連，所述厭氧消化池底 部還與二號(hào)調(diào)節(jié)池頂部相連，用于沼液回流至二號(hào)調(diào)節(jié)池;所述強(qiáng)化水解酸化池還與水力 機(jī)械復(fù)合脫模機(jī)相連。
[0016]所述強(qiáng)化水解酸化池內(nèi)設(shè)有水力脫膜破殼裝置，用于控制水流方向、流速和流量， 具體流速為〇.5m/s，流量為固體物的2-10倍。
[0017] 所述一號(hào)調(diào)節(jié)池和二號(hào)調(diào)節(jié)池還與畜禽糞污調(diào)節(jié)池相連。
[0018]本發(fā)明所述的秸桿提取木質(zhì)纖維素和產(chǎn)甲烷的兩相厭氧工藝和設(shè)備，提取了秸桿 中木質(zhì)纖維素并進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮筇幚砗蟪缮唐烦鍪?，可降解的物料進(jìn)行厭氧消化產(chǎn)生沼氣和 有機(jī)肥，解決了傳統(tǒng)厭氧發(fā)酵的結(jié)殼問(wèn)題、實(shí)現(xiàn)盈利的同時(shí)并實(shí)現(xiàn)無(wú)害化處理。經(jīng)過(guò)大量實(shí) 驗(yàn)項(xiàng)目證明，按照本發(fā)明所述方法，每噸秸桿可產(chǎn)生(平均值)沼氣420m3/t，有機(jī)肥:300kg/t，木質(zhì)纖維素400kg/t。我國(guó)每年按4億噸秸桿算，其可實(shí)現(xiàn)可產(chǎn)生資源量:沼氣：1680億m3 (2520億kw.h)，有機(jī)肥:1.2億噸，木質(zhì)纖維素：1.6億噸。
[0019] 綜上，相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)概括如下： 1)使厭氧消化池的結(jié)殼難題得到解決，消除了"病池、廢池"的現(xiàn)象，并且厭氧消化池中 原料的利用率和產(chǎn)氣率分別提高約20%和150%左右。
[0020] 2)所獲得的木質(zhì)纖維素可以成為初級(jí)工業(yè)原料銷售，每噸秸桿約產(chǎn)木質(zhì)纖維素 0.4噸，增加企業(yè)的資金收入，并且沒(méi)有添加任何添加劑，100%無(wú)害化。
[0021] 3)本發(fā)明就使現(xiàn)有的秸桿沼氣工程皆虧損運(yùn)行，嚴(yán)重缺乏經(jīng)濟(jì)性和對(duì)政府補(bǔ)貼 "依賴"的現(xiàn)狀，改變成為贏利運(yùn)行的企業(yè)，為秸桿沼氣工程的推廣創(chuàng)造了技術(shù)和經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)， 不但解決了直接焚燒秸桿造成的環(huán)境污染，而且每年還可以提供巨大的可再生資源。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本發(fā)明所述的工藝流程說(shuō)明圖； 圖2為本發(fā)明所述的設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖； 其中：1揉搓破碎機(jī)，2熱水解池，3強(qiáng)化水解酸化池，4一號(hào)調(diào)節(jié)池，5二號(hào)調(diào)節(jié)池，6厭氧 消化池，7水力機(jī)械復(fù)合脫膜機(jī)，8秸桿，9排泥口，10沼氣，11出水口，12沼液，13沼渣，14水力 脫膜破殼裝置，15木質(zhì)纖維素，16畜禽糞污調(diào)節(jié)池。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0024] 實(shí)施例1 南京市曉莊街道原南京鐵合金廠進(jìn)行秸桿提取木質(zhì)纖維素和產(chǎn)甲烷的兩相厭氧工藝， 其中所用秸桿包括有稻草秸桿、麥草秸桿和一些雜草，共計(jì)400kg。
[0025] 秸桿經(jīng)過(guò)揉搓破碎機(jī)進(jìn)行揉搓破碎，破碎長(zhǎng)度為50-100mm，破碎直徑< 2mm;臘質(zhì) 層破碎率：2 80-90%，有機(jī)物表面積增加2-3倍，< 10mm的不降解物質(zhì)破碎尺寸的量< 10-20%。揉搓破碎可使秸桿表面蠟質(zhì)層進(jìn)行破碎，消除蠟質(zhì)層的阻礙作用，增加秸桿總表面積， 有利于后續(xù)的熱水解和強(qiáng)化水解酸化。揉搓破碎之后進(jìn)入熱水解池進(jìn)行熱水解，熱水解的 條件為60°C，