[發明專利]一種提高能源草制備生物燃氣效率的兩相反應方法

有效

• 申請號: 201110246556.5
• 申請日: 2011-08-25
• 公開（公告）號: CN102321674A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 孫永明;李連華;楊富裕;孔曉英;李東;袁振宏;甄峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院廣州能源研究所
• 主分類號: C12P5/02
• 分類號: C12P5/02
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司 44001
• 代理人: 莫瑤江

技術領域

本發明屬于可再生能源領域，具體涉及一種通過二次強化提高能源草厭氧發酵產甲烷效率，縮短停留時間的兩相反應方法。

技術背景

我國是當今世界上最大的發展中國家，也是世界上第二位能源生產國和消費國。然而，我國人口眾多，人均資源嚴重不足，已探明的人均煤炭、石油和天然氣資源分別為世界平均值的42.5％、17.1％和13.2％。隨著經濟快速發展，能源生產已經無法滿足能源消費的快速增長，石油的對外依存度逐年增大，2008年超過50％，供需矛盾突出，能源短缺將是一個長期的過程。2007年中國能源消費中化石燃料占93.5％(其中，煤炭占70％，石油占19.7％，天然氣僅占3.5％)，可再生能源占6.5％。世界天然氣的消費比重占能源消費總量的比重為23.8％，而我國天然氣的消費比重遠低于世界的平均水平。這樣的能源結構給我國經濟發展、社會穩定和生態環境帶來很大壓力，必須尋求可持續的能源消費和供應途徑。

為了逐步提高優質、清潔、可再生能源在能源結構中的比例，2007年國家制定了《可再生能源中長期發展規劃》，力爭到2010年使可再生能源消費量達到能源消費總量的10％左右，到2020年達到15％左右。我國是沼氣技術發展較早的國家之一，幾乎涉及沼氣相關的技術都有單位在研究。尤其在戶用沼氣池技術上處于國際領先水平。在應用我國傳統的天人合一生態、循環理念產生的不同類型沼氣工程模式，具有顯著的特色。我國目前沼氣工程的發酵原料單一，主要為單原料發酵，且主要處理畜禽養殖廢棄物和工業有機廢水，很少用于纖維素原料的厭氧發酵。并且農作物廢棄物因受條件限制(如發酵效果、收集半徑及原料價格)影響其工業化進程。

能源草是一系列可以作為燃料使用的草本植物的統稱，一般是禾本科多年生高大的叢生草本植物，如蘆竹、象草、柳枝稷、草蘆等。這些植物都具有生長快、產量高、易管理、熱值高和環保等優點。通過對其厭氧制備燃氣特性的研究可滿足國家節能減排、能源安全以及可持續發展的需求。

目前對于能源草的應用研究多集中在作為動物飼料、造紙原料、食用菌原料和公路綠化及防護方面。對于以能源草的厭氧發酵研究自從20世紀80年代中期以來，歐美等國對多年生能源禾草的興趣就不斷增加，并從中選取了柳枝稷、芒類、虉草和蘆竹等4類根莖型禾草加以重點突破，以求達到快速應用和示范的目的。目前，主要的利用方式有如下幾種(1)直接燃燒發電，這是目前歐美國家主要利用方式；(2)粉碎、壓縮成固體燃料，用于鍋爐或其他用途；(3)在高溫高壓下氣化，制成CO、H₂等可燃氣體；(4)直接液化或利用硫酸或纖維素酶分解能源草制取燃料乙醇；(5)利用厭氧發酵制沼氣。從目前的技術水平來看，沼氣發酵是能源草利用的最好方式。其優勢有：(1)生物質能源的最大缺點就是分散，收集與運輸費用將占能量成本的很大部分，發酵成沼氣實際上是對能源的“濃縮”，而沼氣可以發電向外輸送，沼氣發電機組容量可靈活選擇(10～500kW)，非常適合分布式發電；(2)沼氣發酵是在常溫(或中溫)常壓下進行的一種自然過程，相對成本低、凈能源產出率高；(3)沼氣發酵使能源草中的絕大部分營養元素留在沼渣，通過沼渣還田，可減少農作物的施肥量、降低生產成本，并避免化肥對環境的污染。

在我國，已開始對柳枝稷和芒草的產能效果進行研究，對于柳枝稷的研究多集中在燃料乙醇的制備，而對于產沼氣的效果則很少報道，芒草的研究則主要集中在濕法厭氧發酵制備沼氣，對于高固體濃度條件下的產氣效果和工藝參數還有待進一步深入，而對蘆竹主要是將其作為造紙制漿的原料進行研究，尚未見到將其作為能源草進行系統研究的報道。可見，有關能源草的開發利用目前仍處在研究和試驗階段，真正的產業鏈尚未形成，技術產業化仍面臨很多問題，如品種資源較為短缺，尚缺少系統的資源調查評估，且目前的主要利用方式是直接燃燒、固化和氣化發電，生物與化學轉化利用仍處在試驗研究階段。

能源草作為厭氧發酵的原料的主要問題由于木質纖維的本身結構造成的，木質纖維素類原料主要有纖維素、半纖維素和木質素三大類組分構成，由于纖維素的結晶度、半纖維素和木質素等的保護作用，使得酶或微生物不易接觸，因此纖維素類原料的厭氧消化過程中水解一直是限速步驟，導致原料的消化時間長(一般需要30-60天左右)，產氣率低等缺點。

發明內容

本發明的目的是提供一種克服能源草中難利用物質厭氧消化性能低的障礙，提高能源草制備生物燃氣效率的兩相反應方法，對產氣性能降低的能源草進行二次強化處理，以提高能源草的利用效率，縮短停留時間，并提高產氣性能。