[發明專利]生物質預處理方法及生物質厭氧發酵制沼氣的方法與設備

有效

• 申請號: 200910301992.0
• 申請日: 2009-07-07
• 公開（公告）號: CN101560525A
• 公開（公告）日: 2009-10-21
• 發明（設計）人: 張書廷
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C12P5/02
• 分類號: C12P5/02;C05F5/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所
• 代理人: 王 麗

技術領域

本發明屬于固體廢物處理與資源化領域技術。特別是生物質預處理方法及生物質厭氧發 酵制沼氣的方法與設備。

背景技術

在農業生產過程中產生大量秸稈，樹木產品制作過程中產生大量的鋸末樹皮及邊角料等 生物質廢物，尤其是農業秸稈常被作為廢物就地焚燒污染環境。另一方面，生物質中又含有 大量的有機物，是豐富的資源，有關生物質的資源化已有很多探索。其中，要制成純度高的 產品則往往成本高，難于實用。而作為燃料直接燃燒，小規模則易污染，大規模則由于能量 密度低，難于高效率利用。在農村的農戶將其直接進行厭氧發酵生產沼氣，雖簡單易行，但 因速度慢且轉化率低，所以難于實現規模化處理和利用。而要實現規?；瘏捬醢l酵制沼氣， 則需解決轉化率低，速度慢和所產生廢液的處理問題。要解決這些問題就必須進行預處理和 高效發酵。傳統的預處理有酸解，堿解與水熱反應等，但一般都成本較高，且所加入的化學 藥劑對后續的殘渣利用帶來不良影響。由于甲烷發酵的菌體繁殖速度慢，傳統的秸稈發酵過 程中又難于將菌體與排出物分離，從而很難使菌體在反應器中保持高濃度，所以，致使發酵 速度慢，反應器的容積效率低。

因此，探索包括植物秸稈在內的生物質高效可綜合利用的厭氧發酵制沼氣的預處理方法 和設備，對于開拓生物質的利用途徑，從工程角度實現其資源化具有重要的意義。

發明內容

本發明的目的在于提供將木材，植物秸稈等生物質高效厭氧發酵制取沼氣，并使其綜合 利用不產生廢物的生物質預處理方法及生物質厭氧發酵制沼氣的方法與設備，該發明具有高 效率不產生廢物的特點。

本發明是通過下述技術方案加以實現的。

一種秸稈等生物質厭氧發酵制沼氣的預處理方法，其特征是至少包括如下步驟：

1)將生物質處理成3～40mm的短節；

2)將短節在水溫15～80℃中浸泡15～90分鐘；

3)將所浸泡后的短節撕碎成碎片；

4)將所撕碎成的碎片在加熱或加熱加壓的條件下進行水熱反應；

5)將水熱反應后的秸稈進行壓榨得到糖化液和糖化渣。

通過所述預處理得到易于發酵的糖化液和糖化秸稈渣，為后續的厭氧發酵制取沼氣的高 轉化率，快速進行奠定了基礎。秸稈的浸潤在水溫15～80℃條件下進行，不僅浸潤速度加快 ，也能提高浸潤效果。

所述秸稈厭氧發酵制沼氣的預處理方法中所述的步驟3)用相對線速度不同的兩個轉輥 實現，所用設備至少由線速度不同的兩個圓輥，電動機，機殼及物料的進口和出口組成。通 過這種相對線速度不同的兩個轉輥將膨潤的秸稈用很小的動力將其撕裂，大幅提高了比表面 積，但又不被粉碎，便于后續的固液分離。而且在濕狀態下的撕碎效果要優于干狀態。

所述秸稈厭氧發酵制沼氣的預處理方法中所述的步驟4)的過程中按達到總重量(該總 重量是包括生物質、水和酸的所有物質，本發明都簡稱為總重量)的0.05～1.0％比例加入硝 酸，并在80～180℃，反應10～120分鐘。加入硝酸提高了水熱反應的效果，同時也不會對后 續發酵沼渣的肥料利用產生不利影響。

所述秸稈厭氧發酵制沼氣的預處理方法中的步驟5)所用設備，其特征在于所采用的壓 榨機由兩個旋轉的圓輥組成，該圓輥上開有溝槽，溝槽內開有貫通圓輥壁通向圓輥內側的孔 或不開溝槽和孔，或在輥上只開孔不開溝槽；或該壓榨機是螺旋壓濾機；或該壓榨機是皮帶 壓濾機。通過這些壓榨裝置能夠很好地將預處理后的秸稈固液分離，以便后續發酵。

所述秸稈厭氧發酵制沼氣的預處理方法中的步驟3)得到的撕碎后的秸稈在超聲波裝置 中按達到總重量的0.05～1.0％比例加入硝酸等無機酸，在超聲波密度為0.2～3.0W/cm2的條 件下，作用時間20～300秒后再進行步驟4)和5)的反應。在超聲波的作用下，硝酸等無機 酸能夠很快地滲透到秸稈內部，為后續的水熱反應奠定基礎。

所述秸稈厭氧發酵制沼氣的預處理方法中步驟2)就按達到總重量的0.05～1.0％比例加 入硝酸等無機酸。在加入水的同時加入硝酸，雖對裝置的防腐要求提高，增加了裝置材質的 成本，但簡化了操作程序。