[發(fā)明專利]一種利用木質(zhì)纖維素原料生產(chǎn)生物燃氣的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310179765.1
• 申請日: 2013-05-15
• 公開（公告）號: CN103266136A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳新德;黃超;熊蓮;陳雪芳;楊小燕;張海榮;羅峻;郭海軍;李穎穎
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)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(biāo)代理有限公司 44001
• 代理人: 莫瑤江

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種生物燃氣的生產(chǎn)方法，具體涉及一種木質(zhì)纖維素原料生產(chǎn)物燃氣(沼氣)的方法。

背景技術(shù)：

生物燃氣俗稱沼氣，是微生物群體在厭氧條件下協(xié)同發(fā)酵可降解有機廢棄物的產(chǎn)物，傳統(tǒng)能源供應(yīng)的萎縮和增加可再生能源在能源消費中份額的需求使沼氣的重要性越來越突出。傳統(tǒng)上，廣泛來源于自然界的木質(zhì)纖維素原料包括工農(nóng)廢棄物、草本植物、硬木、軟木等，尤其是各種工農(nóng)廢棄物如秸稈、甘蔗渣、玉米芯等被認為是沼氣發(fā)酵的理想原料。

目前，國內(nèi)外通用的沼氣發(fā)酵方式大部分為固體或半固體進料，也就是固體半固體木質(zhì)纖維素原料直接堆埋在發(fā)酵罐或者反應(yīng)器中，通過添加菌種以及其它配料(如氮源、磷源等)使之在發(fā)酵罐或者反應(yīng)器中進行固體或者半固體的發(fā)酵。這種傳統(tǒng)的沼氣發(fā)酵方法的一個最大的缺點在于固體或者半固體發(fā)酵的周期較長、傳質(zhì)傳熱效率低下、沼氣產(chǎn)率低、生產(chǎn)規(guī)模不能過大、發(fā)酵過程容易酸化導(dǎo)致沼氣發(fā)酵失敗等。因此，沼氣發(fā)酵技術(shù)通常只能在農(nóng)村或者小城鎮(zhèn)中推廣。與此同時，木質(zhì)纖維素原料的收集及運輸成本也是限制沼氣發(fā)酵技術(shù)推廣的問題之一。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的是提供一種利用木質(zhì)纖維素原料通過水解、液體厭氧發(fā)酵生產(chǎn)生物燃氣的方法。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的：

一種利用木質(zhì)纖維素原料生產(chǎn)生物燃氣（沼氣）的方法，包括以下步驟：

1)將木質(zhì)纖維素原料采用稀酸水解方法對木質(zhì)纖維素原料中的半纖維素和纖維素進行水解，水解后過濾除去水解殘渣，得到木質(zhì)纖維素水解液（主要成分為水溶性有機物）；

2)水解液預(yù)處理：在水解液中加入堿性物質(zhì)調(diào)節(jié)水解液pH為5.5～10.0之間，過濾，得到水解液清液；

3)在水解液清液中加水稀釋，使水解液清液的COD達到2000～25000mg/L，加入氮源和磷源營養(yǎng)物質(zhì)得到發(fā)酵原料；所述發(fā)酵原料中C/N質(zhì)量比為50～500:5，C/P質(zhì)量比為50～500:1；

4)首先在厭氧發(fā)酵器中加入占反應(yīng)器體積10%～80%的厭氧發(fā)酵菌株，然后將發(fā)酵原料連續(xù)送到厭氧反應(yīng)器進行連續(xù)厭氧發(fā)酵，發(fā)酵原料在厭氧反應(yīng)器中停留時間為3～20h,發(fā)酵溫度為15～50℃，生物燃氣(沼氣)從發(fā)酵反應(yīng)器頂部排出。

步驟1)中，所述木質(zhì)纖維素原料選自稻草、玉米秸稈、玉米芯、甘蔗渣、木屑、稻殼、草本植物、硬木或軟木。

所述稀酸水解方法以無機酸(硫酸、鹽酸和亞硫酸等)或者有機酸(甲酸、乙酸等)或有機酸和無機酸的混合酸作為催化劑，酸質(zhì)量分數(shù)為0.05～5%，固液比為2.5～15，反應(yīng)溫度為80～210℃，反應(yīng)時間為10～300min。

步驟2)中所述的堿性物質(zhì)選自石灰、碳酸鈣、氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸鉀中的一種或一種以上。

步驟3)中所述的氮源或磷源選自玉米漿、玉米粉、麩皮、米糠、酵母膏、蛋白胨、魚粉、豆餅粉、酵母粉、豆餅、硫酸銨、氯化銨、碳酸銨、碳酸氫銨、尿素、磷酸二氫銨、磷酸氫二銨、磷酸二氫鉀、磷酸二氫鈉、磷酸氫鉀或磷酸氫鈉中的一種或一種以上。

步驟4)中所述的厭氧發(fā)酵菌株來源于厭氧活性污泥或厭氧顆粒污泥。

所述的厭氧發(fā)酵器選自厭氧發(fā)酵罐、厭氧生物濾池、上流式厭氧污泥床反應(yīng)器、厭氧顆粒污泥膨脹床反應(yīng)器或內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器等。

本發(fā)明的有益效果是：

1）首先采用稀酸對木質(zhì)纖維素原料進行水解得到水溶性有機物，大大提高厭氧發(fā)酵過程中水解效率，進而大大提高產(chǎn)氣速率和產(chǎn)氣效率；

2)沼氣發(fā)酵所用的進料方式為液體進料，避免了固體或者半固體發(fā)酵的周期較長、傳質(zhì)傳熱效率低、沼氣產(chǎn)率低、生產(chǎn)規(guī)模不能過大、發(fā)酵過程容易酸化導(dǎo)致沼氣發(fā)酵失敗等問題，因此其發(fā)酵規(guī)模可以根據(jù)實際需要進行放大；

3)本沼氣發(fā)酵方法的應(yīng)用不限于農(nóng)村，可以在市鎮(zhèn)、城市中進行規(guī)模化推廣，實現(xiàn)可再生能源的革命突破。

具體實施方式：

以下是對本發(fā)明的進一步說明，而不是對本發(fā)明的限制。

實施例1：

將玉米芯粉碎，采用質(zhì)量分數(shù)為0.05%稀硫酸、固液比15，反應(yīng)溫度為210℃，反應(yīng)時間10min進行稀酸水解，水解后過濾，得到初始的玉米芯稀酸水解液。

再用石灰把該水解液pH調(diào)至10.0，過濾，中和后得到玉米芯稀酸水解液。

所得玉米芯稀酸水解液加水稀釋至初始COD2000mg/L，加入尿素與磷酸二氫鉀分別調(diào)節(jié)稀釋后的水解液C/N質(zhì)量比為50:5，C/P質(zhì)量比為50:1。

把厭氧顆粒污泥裝入?yún)捬醢l(fā)酵罐，裝泥量為反應(yīng)器體積的80%。