專利名稱：生物質(zhì)秸稈沼氣制備方法及其所采用的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬生物質(zhì)秸稈應用領域，尤其涉及一種生物質(zhì)秸稈沼氣制備方法及其所采
用的裝置。
背景技術：
中國是一個能源缺乏的國家，進口石油在高峰期達到80%以上，大量的能源需要 從國外進口，而石油來源和價格的不穩(wěn)定，都在戰(zhàn)略上對中國的發(fā)展和安全形成了制約和 威脅，受制于人是中國能源的現(xiàn)狀。另一方面，由于石油的儲量已經(jīng)不多，研究開發(fā)可代替 原料，可大大改善中國目前的能源戰(zhàn)略現(xiàn)狀，可以借助替代能源重新實現(xiàn)石油自給，而中國 有大量的廢棄植物纖維物可用于替代能源的生產(chǎn)，并且已經(jīng)取得了成熟的技術。
近來，我國糧食生產(chǎn)能力逐年提高。糧食豐，秸稈增?，F(xiàn)在農(nóng)村一到收獲季節(jié)，隨 之而來的就是燒秸稈，大量的秸稈在同一時段燃燒，每年都造成包括很多大城市在內(nèi)的廣 大地區(qū)濃煙彌漫，即造成了嚴重的空氣污染，又使能源白白浪費掉。環(huán)保部門出于追求藍天 白云的考慮，禁止城市周圍農(nóng)村焚燒秸稈，甚至推動政府出臺稀奇古怪的政策、規(guī)定，局外 人難以理解環(huán)保官員的苦衷小秸稈帶來大問題——城市上空煙霧繚繞，機場被迫關閉，高 速公路無法通行，相關部門甚至不得不動用遙感衛(wèi)星監(jiān)測。夏秋收獲之后產(chǎn)生的天文數(shù)字 般的秸稈頓時成為環(huán)保官員的心頭大患。"村村點火、田田冒煙"這是農(nóng)業(yè)收獲季節(jié)不少地 方頭疼的"風景"。如何給日益增加的秸稈找到出路，變廢為寶，已經(jīng)成為迫在眉睫的社會問 題。 農(nóng)村沼氣生產(chǎn)遇到原料供給瓶頸，需要開辟利用秸稈資源。在農(nóng)村沼氣方面，目前 全國已建成戶用沼氣池2200多萬口 ，建成畜禽養(yǎng)殖場大中型沼氣工程2000多處。目前我 國沼氣生產(chǎn)主要利用的是畜禽糞便，但畜禽糞便無法，也不足以保證原料的供給和上述目 標的實現(xiàn)。首先，養(yǎng)殖場呈"點"分布，而用戶呈"面"分布，在沒有養(yǎng)殖場的地方，就沒有了 原料來源，也就無法生產(chǎn)沼氣。其次，可收集的畜禽糞便的產(chǎn)量不足以生產(chǎn)如此巨大數(shù)量的 沼氣。而秸稈分布在我國廣大的種植區(qū)域，呈"面"分布，來源廣泛，數(shù)量巨大，不存在原料 來源問題，可就地獲得、就地建廠和就地服務于民。因此，在我國廣大的農(nóng)村大規(guī)模推廣沼 氣，實現(xiàn)沼氣生產(chǎn)目標，就必須開辟和利用秸稈資源。 目前，秸稈在農(nóng)村能源方面的應用主要有直接燃燒、致密成型燃料、熱解氣化、燃 燒發(fā)電、生產(chǎn)燃料乙醇等。其中，秸稈致密成型燃料和熱解氣化技術在我國推廣較普遍，是 目前秸稈能源化利用的主要途徑，其他技術尚未在農(nóng)村推廣應用。秸稈致密成型燃料易于 儲存和運輸，可以取代煤、燃氣等作為民用燃料進行炊事、取暖等，也可用于供熱、發(fā)電等， 是解決秸稈資源浪費和污染的一項重要技術手段。 現(xiàn)有熱解氣化技術從技術角度看，尚存在如下問題(l)熱解氣化產(chǎn)生的可燃氣 熱值只有沼氣熱值的20% 30%，可燃氣主要成分是一氧化碳，進入人體內(nèi)危害很大，安 全性較差。(2)熱解氣化是一個熱化學反應過程，至少需要在40(TC以上溫度進行，高溫投 入能量大，能效比低，也不容易控制和進行管理，在農(nóng)村應用難度較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術的不足之處而提供一種原料來源廣，熱值高，安全性好，便于生產(chǎn)管理控制的生物質(zhì)秸稈沼氣制備方法。 本發(fā)明還提供一種結構簡單，與上述方法相配套的生物質(zhì)秸稈沼氣制備裝置。 為達到上述目的，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的 —種生物質(zhì)秸稈沼氣制備方法，可按如下步驟依次實施 (1)對生物質(zhì)秸稈物料進行預處理； (2)對步驟(1)產(chǎn)生的物料進行發(fā)酵； (3)初級氣體的脫水處理； (4)將步驟(3)產(chǎn)生的氣體送入貯氣柜。 作為一種優(yōu)選方案，本發(fā)明在所述步驟(3)完成后接續(xù)進行脫硫處理。 作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明在步驟(1)中將生物質(zhì)秸稈物料粉碎，使其粒徑達
到2 3厘米，PH值達到6. 8 7. 5。 進一步地，本發(fā)明在步驟(2)中物料發(fā)酵的溫度為30 40°C。
更進一步地，本發(fā)明在步驟(2)中物料發(fā)酵的溫度為50 55°C。
另外，本發(fā)明在步驟(2)中向物料中加入氮源。
其次，本發(fā)明所述氮源為尿素或碳銨。 —種上述生物質(zhì)秸稈沼氣制備方法所采用的裝置，它包括攪拌池、送料機構、秸稈
厭氧罐及貯氣柜；所述送料機構的入口接攪拌池腔體；所述送料機構的出口接秸稈厭氧罐
腔體；在所述秸稈厭氧罐與貯氣柜之間設有氣液分離器；所述秸稈厭氧罐的出氣口與氣液
分離器的入氣口相通；所述氣液分離器的出氣口與貯氣柜的入氣口相通。 作為一種優(yōu)選方案，本發(fā)明在所述秸稈厭氧罐與貯氣柜之間還設有脫硫器；所述
氣液分離器的出氣口與脫硫器的入氣口相通；所述脫硫器的出氣口與貯氣柜的入氣口相通。 作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述脫硫器包括殼體；在所述殼體內(nèi)固定配有脫硫床層。 本發(fā)明秸稈沼氣技術所用原料與其他原料相比，秸稈沼氣技術具有許多優(yōu)點。與常用的生產(chǎn)原料一一畜禽糞便相比。①秸稈分布廣泛，原料充足，可徹底解決沼氣生產(chǎn)原料問題。②秸稈含水率低，產(chǎn)生的沼渣呈固態(tài)，可直接作為有機肥料使用。沼渣可用于下個批次發(fā)酵料的水分調(diào)節(jié)，完全沒有沼渣的排放，是符合循環(huán)經(jīng)濟要求的清潔生產(chǎn)過程。而畜禽糞便含水率高，產(chǎn)生的沼渣、沼液難以處理和利用，常未經(jīng)處理就排放了，對環(huán)境造成二次污染，因而不能從根本上解決環(huán)境污染問題。③秸稈可長期貯存，運輸方便，價格較便宜。而畜禽糞便不便于、也不能長期存放，運輸不方便。 本發(fā)明秸稈沼氣技術與熱解氣化技術相比具有如下特點(1)秸稈沼氣產(chǎn)生的主要成分是甲烷，甲烷是無色、無毒、無臭的氣體。熱值可達5000 5500大卡。而熱解氣化產(chǎn)生的可燃氣熱值只有沼氣熱值的20% 30%，可燃氣主要成分是一氧化碳，進入人體內(nèi)危害很大，安全性較差。(2)秸稈沼氣技術是生物學過程，反應條件溫和，可在常溫下發(fā)酵，最高發(fā)酵溫度也不會超過55°C 。能源投入產(chǎn)出效益高，便于生產(chǎn)管理，更適于實際生產(chǎn)應用。而熱解氣化是一個熱化學反應過程，至少需要在400°C以上溫度進行，高溫投入能量大，能 效比低，也不容易控制和進行管理，在農(nóng)村應用難度較大。(3)秸稈沼氣是環(huán)境友好的清潔 生產(chǎn)過程。秸稈沼氣的產(chǎn)物是清潔能源——沼氣和有機肥料，不產(chǎn)生任何有害副產(chǎn)品(女 口熱解氣化產(chǎn)生的焦油等)，可實現(xiàn)廢棄物的零排放。(4)秸稈沼氣技術是資源高效利用技 術。通過秸稈沼氣可獲得可再生能源——沼氣，產(chǎn)生的沼渣可用來生產(chǎn)有機肥料，從而實現(xiàn) 秸稈的完全資源化轉化和資源的高效利用。因此，利用秸稈為原料生產(chǎn)沼氣是實現(xiàn)秸稈高 效、清潔利用的有效途徑。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步說明。本發(fā)明的保護范圍不僅局 限于下列內(nèi)容的表述。
圖1為本發(fā)明的工藝流程框圖； 圖2為本發(fā)明裝置整體結構示意圖； 圖3為本發(fā)明裝置中氣液分離器結構示意圖； 圖4為本發(fā)明裝置中脫硫器結構示意圖。
具體實施例方式
秸稈沼氣技術就是我們通常所說的厭氧發(fā)酵技術。厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣技術已被廣 泛地用于人畜糞便、食品廢物和有機生活垃圾等的處理和能源化轉化。但是，由于秸稈的木 質(zhì)纖維素含量高、消化率低、產(chǎn)氣量少，因此秸稈常作為人畜糞便厭氧發(fā)酵的配料使用，在 以秸稈為主原料生產(chǎn)沼氣方面的研究一直很少。由于秸稈的物料特性與常規(guī)物料(如畜禽 糞便)有明顯的不同，因此要投入實際生產(chǎn)，還有一些關鍵技術問題需要解決。秸稈的木質(zhì) 纖維素含量較高，不易被厭氧菌消化，解決的方法就是在厭氧發(fā)酵前，對秸稈進行物理、化 學或生物預處理，預先把秸稈轉化成易于消化的面粉，來提高秸稈的生物消化性能、產(chǎn)氣率 和經(jīng)濟性，利用預處理技術可使秸稈的產(chǎn)氣量提高50% 120%以上，預處理的目的是改 變天然纖維素結構，破壞纖維素-木質(zhì)素-半纖維素之間的連接，降低纖維素的結晶度，或 脫去木質(zhì)素，增加原料的疏松性以增加纖維素酶系與纖維素的有效接觸，從而提高產(chǎn)氣效
率。我們現(xiàn)在采取的是物理、化學二者預處理形式相結合的方法，即粉碎和調(diào)節(jié)ra值。將 秸稈粉碎到2 3厘米左右，上料時在調(diào)節(jié)池內(nèi)調(diào)節(jié)好ra值，沼氣微生物最適宜的ra值范
圍是6. 8 7. 5。 通過大量試驗研究，確定了秸稈厭氧消化工藝和主要參數(shù)，包括為改善秸稈的可 生物消化性能增加的化學預處理過程；經(jīng)預處理后的秸稈加入接種物通過上料機進入發(fā)酵 裝置，發(fā)酵裝置內(nèi)的沼氣發(fā)酵微生物是在一定的溫度范圍內(nèi)進行代謝活動的，可以在8 65t:的條件下產(chǎn)生沼氣，溫度高低不同產(chǎn)氣速率不同。在8 65t:范圍內(nèi)，溫度越高，產(chǎn)氣 速率越大，但不是線性關系。 一般常溫發(fā)酵溫度不會突變；對中溫和高溫發(fā)酵，則要求嚴格 控制料液的溫度。通常來說秸稈發(fā)酵產(chǎn)氣的一個高峰值發(fā)生在32t:左右，另一個更高的高 峰值發(fā)生在53t:左右。這是因為在這兩個最適宜的發(fā)酵溫度中，由兩個不同的微生物群參 與作用的結果。前者稱為中溫發(fā)酵，后者稱為高溫發(fā)酵。目前掌握的沼氣發(fā)酵技術已可使 100kg秸稈產(chǎn)沼氣50n^左右。沼氣池投料后經(jīng)過幾天發(fā)酵便可以開始產(chǎn)氣。產(chǎn)生的沼氣是一種以甲烷為主要成分的無色、無味、無毒可燃性氣體。發(fā)酵初期由于沼氣池內(nèi)空氣較好，好氧發(fā)酵較強，所產(chǎn)生的氣體中的二氧化碳含量高，甲烷含量低，不能燃燒。經(jīng)過二至三天后，二氧化碳含量減少，甲烷濃度上升，正常產(chǎn)氣后，甲烷氣含氣量在60 70%，此時即可使用。將所產(chǎn)氣體經(jīng)脫水和脫硫后，通過用貯氣柜貯存，以保證有充足的氣體和穩(wěn)定的氣壓以便使用。 發(fā)酵后的沼渣通過發(fā)酵裝置內(nèi)的自然壓力排出發(fā)酵裝置，進入沼渣收集池內(nèi)，沼渣可做有機肥料使用。 秸稈發(fā)酵的主要設各由粉碎機、攪拌機、發(fā)酵裝置、脫水器、脫硫器、貯氣柜、電控柜、沼氣發(fā)電機組、生活用灶具等。 本發(fā)明可采用太陽房設計，在沼氣池上建立保溫棚，合理利用太陽能資源，保證了
越冬難的問題也增加發(fā)酵產(chǎn)生所需熱量。在發(fā)酵裝置處增設一個燃氣供暖爐，使沼氣池形成了循環(huán)增溫的系統(tǒng)，更好地促進秸稈發(fā)酵產(chǎn)氣，提高產(chǎn)氣率和產(chǎn)氣量。為了是提高秸稈發(fā)
酵速度最好的辦法就是降低碳氮比值，秸稈本身的碳氮比就較高，加入一定比例的氮源改
變秸稈原有的碳氮比，氮源主要是尿素和碳銨。 實施例1 參見圖l，生物質(zhì)秸稈沼氣制備方法，可按如下步驟依次實施 (1)對生物質(zhì)秸稈物料進行預處理； (2)對步驟(1)產(chǎn)生的物料進行發(fā)酵； (3)初級氣體的脫水處理； (4)將步驟(3)產(chǎn)生的氣體送入貯氣柜。 本發(fā)明在所述步驟(3)完成后還可接續(xù)進行脫硫處理。 本發(fā)明在上述步驟(1)中將生物質(zhì)秸稈物料粉碎，使其粒徑達到2. 5厘米，ra值達到7。 本發(fā)明在步驟(2)中物料發(fā)酵的溫度為35°C。 本發(fā)明在步驟(2)中物料發(fā)酵的溫度也可為55°C。 本發(fā)明在步驟(2)中向物料中加入氮源尿素。 實施例2 參見圖l，生物質(zhì)秸稈沼氣制備方法，可按如下步驟依次實施 (1)對生物質(zhì)秸稈物料進行預處理； (2)對步驟(1)產(chǎn)生的物料進行發(fā)酵； (3)初級氣體的脫水處理； (4)將步驟(3)產(chǎn)生的氣體送入貯氣柜。 本發(fā)明在所述步驟(3)完成后接續(xù)進行脫硫處理。 本發(fā)明在步驟(i)中將生物質(zhì)秸稈物料粉碎，使其粒徑達到2厘米，ra值達到
6. 8。 本發(fā)明在步驟(2)中物料發(fā)酵的溫度為30°C。 本發(fā)明在步驟(2)中物料發(fā)酵的溫度為50°C。 本發(fā)明在步驟(2)中向物料中加入氮源碳銨。 參見圖2，實現(xiàn)上述生物質(zhì)秸稈沼氣制備方法所采用的裝置，它包括攪拌池1、送料機構4、秸稈厭氧罐2及貯氣柜3 ;所述送料機構4的入口接攪拌池1腔體；所述送料機構4的出口接秸稈厭氧罐2腔體；在所述秸稈厭氧罐2與貯氣柜3之間設有氣液分離器5 ;所述秸稈厭氧罐2的出氣口與氣液分離器5的入氣口相通；所述氣液分離器5的出氣口與貯氣柜3的入氣口相通。 本發(fā)明在所述秸稈厭氧罐2與貯氣柜3之間還設有脫硫器6 ;所述氣液分離器5的
出氣口與脫硫器6的入氣口相通；所述脫硫器6的出氣口與貯氣柜3的入氣口相通。 參見圖4，本發(fā)明所述脫硫器6包括殼體7 ;在所述殼體7內(nèi)固定配有脫硫床層8，
所述脫硫床層8配有脫硫劑，13為脫硫器6的入氣口 ， 14為脫硫器6的出氣口 。 參見圖3，本發(fā)明所述氣液分離器5包括外殼體9 ;在所述外殼體9內(nèi)固定配有氣
液分離擋板10，11為氣液分離器5的出氣口，12為氣液分離器5的進氣口。 在使用時，本發(fā)明攪拌池1用以對生物質(zhì)秸稈物料進行預處理；處理后的物料由
送料機構4送入秸稈厭氧罐2的腔體內(nèi)進行物料發(fā)酵。秸稈厭氧罐2產(chǎn)生的氣體經(jīng)氣液分
離器5氣液分離及脫硫器6進行脫硫后，最終進入貯氣柜3?？梢岳斫獾厥?，以上關于本發(fā)
明的具體描述，僅用于說明本發(fā)明而并非受限于本發(fā)明實施例所描述的技術方案，本領域
的普通技術人員應當理解，仍然可以對本發(fā)明進行修改或等同替換，以達到相同的技術效
果；只要滿足使用需要，都在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
一種生物質(zhì)秸稈沼氣制備方法，其特征在于，按如下步驟依次實施(1)對生物質(zhì)秸稈物料進行預處理；(2)對步驟(1)產(chǎn)生的物料進行發(fā)酵；(3)初級氣體的脫水處理；(4)將步驟(3)產(chǎn)生的氣體送入貯氣柜。
2. 根據(jù)權利要求1所述生物質(zhì)秸稈沼氣制備方法，其特征在于在所述步驟(3)完成 后接續(xù)進行脫硫處理。
3. 根據(jù)權利要求2所述生物質(zhì)秸稈沼氣制備方法，其特征在于在步驟(1)中將生物質(zhì)秸稈物料粉碎，使其粒徑達到2 3厘米，ra值達到6. 8 7. 5。
4. 根據(jù)權利要求3所述生物質(zhì)秸稈沼氣制備方法，其特征在于在步驟(2)中物料發(fā) 酵的溫度為30 40°C。
5. 根據(jù)權利要求3所述生物質(zhì)秸稈沼氣制備方法，其特征在于在步驟(2)中物料發(fā) 酵的溫度為50 55°C。
6. 根據(jù)權利要求4或5所述生物質(zhì)秸稈沼氣制備方法，其特征在于在步驟(2)中向 物料中加入氮源。
7. 根據(jù)權利要求6所述生物質(zhì)秸稈沼氣制備方法，其特征在于所述氮源為尿素或碳銨。
8. —種如權利要求1 5之任一所述生物質(zhì)秸稈沼氣制備方法所采用的裝置，其特征 在于包括攪拌池(1)、送料機構(4)、秸稈厭氧罐(2)及貯氣柜(3);所述送料機構(4)的 入口接攪拌池(1)腔體；所述送料機構(4)的出口接秸稈厭氧罐(2)腔體；在所述秸稈厭氧 罐(2)與貯氣柜(3)之間設有氣液分離器(5);所述秸稈厭氧罐(2)的出氣口與氣液分離 器(5)的入氣口相通；所述氣液分離器(5)的出氣口與貯氣柜(3)的入氣口相通。
9. 根據(jù)權利要求8所述生物質(zhì)秸稈沼氣制備方法所采用的裝置，其特征在于在所述秸稈厭氧罐(2)與貯氣柜(3)之間還設有脫硫器(6);所述氣液分離器(5)的出氣口與脫 硫器(6)的入氣口相通；所述脫硫器(6)的出氣口與貯氣柜(3)的入氣口相通。
10. 根據(jù)權利要求9所述生物質(zhì)秸稈沼氣制備方法所采用的裝置，其特征在于所述脫硫器(6)包括殼體(7);在所述殼體(7)內(nèi)固定配有脫硫床層(8)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種生物質(zhì)秸稈沼氣制備方法及其所采用的裝置，可按如下步驟依次實施(1)對物料進行預處理；(2)對步驟(1)產(chǎn)生的物料進行發(fā)酵；(3)初級氣體的脫水處理；(4)將步驟(3)產(chǎn)生的氣體送入貯氣柜。制備裝置包括攪拌池(1)、送料機構(4)、秸稈厭氧罐(2)及貯氣柜(3)；所述送料機構(4)的入口接攪拌池(1)腔體；送料機構(4)的出口接秸稈厭氧罐(2)腔體；在秸稈厭氧罐(2)與貯氣柜(3)之間設有氣液分離器(5)；所述秸稈厭氧罐(2)的出氣口與氣液分離器(5)的入氣口相通；氣液分離器(5)的出氣口與貯氣柜(3)的入氣口相通。本發(fā)明原料來源廣，熱值高，安全性好，便于生產(chǎn)管理控制。
文檔編號C12M1/107GK101787377SQ20101013775
公開日2010年7月28日 申請日期2010年4月2日 優(yōu)先權日2010年4月2日
發(fā)明者劉蘭, 李曉東, 李蘇誼 申請人:劉蘭