[發(fā)明專利]利用作物秸稈干式發(fā)酵產(chǎn)沼氣生產(chǎn)工藝

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110450827.9
• 申請(qǐng)日: 2011-12-30
• 公開（公告）號(hào): CN103184240A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 不公告發(fā)明人
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 徐州龍翔生物化學(xué)有限公司
• 主分類號(hào): C12P5/02
• 分類號(hào): C12P5/02;C12M1/107
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種沼氣生產(chǎn)技術(shù)，確切地說本發(fā)明公開了一種利用作物秸稈干式發(fā)酵產(chǎn)沼氣生產(chǎn)工藝。

背景技術(shù)

沼氣是有機(jī)物在厭氧條件下經(jīng)微生物分解發(fā)酵而生成的一種可燃性氣體，它的主要成分是甲烷（CH₄）和二氧化碳（CO₂），還有少量的硫化氫(H₂S)、氮及其他一些成分。其中甲烷含量為55%～70%、二氧化碳含量為28%～44%。沼氣可以通過厭氧發(fā)酵各種有機(jī)質(zhì)包括農(nóng)作物秸稈、人畜糞便以及工農(nóng)業(yè)排放廢水中所含的有機(jī)物等而得到。由于農(nóng)作物秸稈中纖維素和木質(zhì)素不易被微生物降解，導(dǎo)致了沼氣發(fā)酵過程中需預(yù)處理、啟動(dòng)慢、產(chǎn)氣率慢等弊病，致使目前沼氣發(fā)展大多趨向于使用畜禽糞便等原料。特別是20世紀(jì)90年代以來，我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)得到迅速發(fā)展，在大部分城市郊區(qū)出現(xiàn)了一大批大、中型規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場，它們?cè)跒槌青l(xiāng)人民的生活做出重要貢獻(xiàn)的同時(shí)，也產(chǎn)生了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，因此建設(shè)了一大批大中型沼氣工程來處理日益增多的畜禽糞便。

沼氣發(fā)酵依據(jù)其總固體含量（TS）多少分為液體發(fā)酵（＜10%）、高濃度發(fā)酵（15%-17%）、固體發(fā)酵（＞20%），也可分為濕發(fā)酵和干發(fā)酵。大多數(shù)情況下的沼氣發(fā)酵一般指濕發(fā)酵，比如現(xiàn)在農(nóng)村的水壓式沼氣池、曲流布料式沼氣池等，但是具有要消耗大量的水，使得發(fā)酵池容積增大，建池成本增高，而且由于沒有熱量的輸入，只能采用常溫或中溫發(fā)酵，發(fā)酵周期較長等弊病，因此現(xiàn)今各國都在加快對(duì)干式發(fā)酵的研究。

國外對(duì)厭氧干發(fā)酵的研究始于20世紀(jì)20年代對(duì)污泥的衛(wèi)生填埋，以后主要集中在對(duì)城市垃圾的處理。早在1988年Spendlin和Stegmanny以及1993年Baeten和Verstraete的研究中均指出不將垃圾與水進(jìn)行混合稀釋也可以取得和濕式工藝相同的沼氣產(chǎn)率和產(chǎn)量。Molnar【匈牙利】等采用一個(gè)80m³的批量發(fā)酵器進(jìn)行高濃度厭氧發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，所采用的原料是TS濃度為27%的農(nóng)業(yè)廢棄物的混合料(25%牛糞，75%帶谷皮和葉的玉米稈)，經(jīng)過30天的滯留時(shí)間，最后獲得了C:?N=15.9:1的優(yōu)質(zhì)沼肥(一般優(yōu)質(zhì)沼肥C:?N=16:?1)，同時(shí)獲得了甲烷平均含量為59.9%的沼氣?？傊?，80年代以來，美國、歐洲相繼研究成功高濃度發(fā)酵的一系列技術(shù)，但至今報(bào)道的甚少，顯然尚存在一些未解決的難題。但是進(jìn)入90年代后，特別是德國的Bekon公司已研究出成熟的干發(fā)酵技術(shù)和干發(fā)酵裝置，并申請(qǐng)獲得了專利。與此同時(shí)，國內(nèi)相關(guān)部門也作了許多研究，1985年山東省能源所的鄒元良和趙中舉就對(duì)農(nóng)村沼氣干發(fā)酵工藝進(jìn)行了有益的探索，并提出合理的原料配比、適當(dāng)原料預(yù)處理、較大的接種劑用量是影響工藝的重要參數(shù)。Ruihong?Zhang和Zhiqin?Zhang利用厭氧分步固體反應(yīng)器系統(tǒng)來進(jìn)行蔬菜、動(dòng)物糞便等廢棄物厭氧分解，效果比較明顯。胡天其用1L的燒瓶做發(fā)酵器研究農(nóng)業(yè)殘余物的干發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，得出了厭氧干發(fā)酵的一系列最優(yōu)條件；而劉曉風(fēng)等關(guān)于城市垃圾厭氧干發(fā)酵實(shí)驗(yàn)的研究和繆則學(xué)等關(guān)于壓強(qiáng)與沼氣干發(fā)酵關(guān)系的研究以及冷成保等暗河式生活垃圾干發(fā)酵處理研究，都從實(shí)驗(yàn)上證明厭氧干發(fā)酵處理有機(jī)廢棄物的可行性。曲靜霞等人在2004年也做了關(guān)于農(nóng)業(yè)廢棄物干法厭氧發(fā)酵技術(shù)研究的報(bào)道，對(duì)干發(fā)酵工藝技術(shù)提出了建設(shè)性的意見。另外,2004年何麗紅的碩士論文具體針對(duì)畜禽糞便高溫厭氧干發(fā)酵也進(jìn)行了相關(guān)研究。據(jù)新聞報(bào)道,2006年3月河北滄州市青縣農(nóng)民姚旭華發(fā)明了秸稈干發(fā)酵工藝,但未見相關(guān)細(xì)節(jié)。

為適應(yīng)有機(jī)固體廢物固態(tài)厭氧消化處理技術(shù)要求，各國均開展了固態(tài)厭氧發(fā)酵工藝研究，目前研究的工藝路線，主要有兩種，一種是連續(xù)反應(yīng)器，另一種是間歇式（批次）反應(yīng)器。

連續(xù)式反應(yīng)器，單相消化的工藝簡單,能夠有效處理總固體含量20%～40%的有機(jī)固體廢物。由于底物的高粘性,在反應(yīng)器中底物一般通過平推流的方式移動(dòng)?，F(xiàn)在已經(jīng)有多種有效的能夠大規(guī)模應(yīng)用的工藝,如Dranco?工藝,Kompogas?工藝,Valorga工藝?。在Dranco?工藝中,從反應(yīng)器底部抽取一些已經(jīng)消化過的廢物與沒有消化過的廢物按一定的比例混合,混合后從反應(yīng)器頂部注入。Kompogas?工藝與Dranco?工藝相似,不同的是發(fā)酵物平推流的方向不同,在Kompogas?工藝中是水平的,而在Dranco?工藝中是豎直的。TS?含量也不相同,Dranco?工藝能夠適合很廣的TS?含量，而Kompogas?工藝只適合TS?含量在23?%左右的條件下。在Valorga?工藝中,平推流的方向是環(huán)形的，混合攪拌是通過在反應(yīng)器的底部注入高壓的沼氣來實(shí)現(xiàn)的。