本发明专利技术一种利用秸秆生产甲烷气和木质素等的方法及装置，方法包括：除杂和粉碎秸秆得到秸秆粉；将其送进水解设备，控制水解程度使得半纤维素全部水解，纤维素水解20％-100％；上层水解液送进厌氧发酵池发酵得到粗甲烷气；下层木质素浆液排出，经过滤、干燥得到木质素粉末。秸秆水解酶包括质量比为1：1.2-10：0.8-5：1.5-8的外切β葡聚糖酶、内切β葡聚糖酶、β葡萄糖苷酶以及木聚糖酶；其培养物中添加有诱导物激活剂；使用时添加发酵剂。本发明专利技术的方法和实施该方法而专门设计的装置充分利用秸秆，得到甲烷气和木质素，并可调节秸秆水解程度生产出市场所需产物，用于不同化工原料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种利用秸杆生产甲烷气和木质素的方法及装置，属于农业废弃物有效利用及环境保护领域。
技术介绍
我国每年农业废弃物量约7亿吨，相当数量的秸杆被堆弃于田间地头、场院房头或就地焚烧，未得到有效处理和利用，造成了极大的资源浪费和环境污染。同时，世界性的能源危机日趋加重，亟待开发可替代石油、煤炭的新型能源，特别是可再生能源。农作物秸杆的主要成分为纤维素类的碳化合物，利用生物炼制技术把秸杆等农业废弃物转化成新材料及能源，不仅解决了秸杆等农业废弃物焚烧带来的环境污染问题，同时能够替代传统森林木质材料及化石能源，更为重要的是为保护我国的林业资源和大气环境提供了有效支撑。因此秸杆等农业废弃物作为一种可再生的清洁生物能源受到了世界各国的高度重视。秸杆中的纤维素类物质包括半纤维素、纤维素以及木质素，目前国内对秸杆的主要处理方式比较单一，要么将其制成纤维素乙醇，作为汽油添加剂或其他化工原料，如中国专利ZL02151719.3，制成生物制乙醇无法有效利用秸杆中的木质素部分，对秸杆的利用效率低，造成大量的浪费，甚至是二次污染。或者就是经气化炉焚烧制成秸杆气，经压缩、催化反应、脱水、脱二氧化碳制备成生物质天然气，如中国专利CN200910175357.2。该工艺流程长，投资高，二氧化碳排放量大，并且无法有效利用木质素的价值。再者是利用酸、水解酶处理秸杆，使纤维素和半纤维素完全水解，得到木质素，如中国专利ZL200310121807.2，此方法需要使用大量的水解酶，生产成本高，而且不能有效利用水解产物，秸杆利用率低。
技术实现思路
为了解决现有技术中的问题，更高效地利用农作物秸杆的价值，本专利技术提出一种利用秸杆生产甲烷气和木质素的方法，同时生产甲烷气和木质素。本专利技术还涉及一种利用秸杆生产甲烷气和木质素的装置。所述秸杆为玉米、小麦、水稻等农作物的秸杆，秸杆的主要成分是半纤维素、纤维素和木质素。本专利技术的
技术实现思路
:一种利用秸杆生产甲烷气和木质素的方法，包括以下步骤:首先对秸杆依次进行除杂和粉碎处理，得到秸杆粉；然后将所述秸杆粉送进水解设备，在秸杆水解酶的作用下控制水解程度，使得半纤维素全部水解，纤维素水解20% -100%，得到秸杆水解液和下层木质素浆液的混合物；分离所述混合物并将所述水解液送进厌氧发酵池进行发酵，得到粗甲烷气；并及时将所述木质素浆液排出所述水解设备，经过滤、干燥得到木质素粉末，其中所述秸杆水解酶是多组分酶系，包括质量比为1:1.2-10:0.8-5:1.5-8的外切β葡聚糖酶、内切β葡聚糖酶、β葡萄糖苷酶以及木聚糖酶；所述水解酶的培养物中添加有质量分数为2-15%的诱导物激活剂，包括槐糖、乳糖、醋酸酯及表面活性剂；使用时水解酶内添加有质量分数为2-15%的发酵剂。所述水解设备为3-4台连续串联的水解罐，操作温度为30-50°C，操作压力微正压，pH值为4.0-5.5，所述水解罐中加入质量比为100:5-40:200-800的秸杆、水解酶、水解水，水解时间为0.5-5小时。所述粉碎包括机械切碎和气爆粉碎，机械切碎后所述秸杆的长度为2_15cm ;所述气爆粉碎在气爆装置中进行，气爆压力为1.0MPa-2.0MPa，气爆时间为40-120秒。所述混合物的分离方式为真空吸滤和板框过滤结合；所述木质素浆液过滤后得到的液体被送入所述厌氧发酵池，得到固体沉淀被送入干燥装置。所述厌氧发酵池被通入污泥含量5-10% Wt的生活污水，池内温度为30_55°C，厌氧反应周期为15-25天。所述粗甲烷被送入吸附净化器，得到甲烷含量超过95%的天然气。当外切β葡聚糖酶、内切β葡聚糖酶、β葡萄糖苷酶、木聚糖酶的比例范围为1.0:1.2-3.0:0.8-2.5:1.5-2.5时，所述木质素粉末中纤维素含量超过85 %，此时将混有纤维素的木质素粉末加工成可降解农用地膜、可降解塑料袋；当外切β葡聚糖酶、内切β葡聚糖酶、β葡萄糖苷酶、木聚糖酶的比例范围为1.0:7.0-10:3.5-5:5.0-8.0时，所述木质素粉末中纤维素含量小于15%，此时将所述木质素粉末加工成家具材料。当外切β葡聚糖酶、内切β葡聚糖酶、β葡萄糖苷酶、木聚糖酶的比例范围为1.0:3.0-7.0:2.5-3.5:2.5-5.0时，所述木质素粉末中纤维素含量15% -85%，此时将所述木质素粉末加工成质地较软的装饰材料、文具、玩具等。一种利用秸杆生产甲烷气和木质素的装置，包括水解设备、厌氧发酵池和木质素浆过滤器，所述水解设备中分别通入秸杆粉、水解酶和水解水，其出口一路连接通向所述厌氧发酵池的第一真空泵，另一路连接所述木质素浆过滤器；所述木质素浆过滤器的出口一路连接木质素深加工装置，另一路连接通向所述厌氧发酵池的第二真空泵，其中所述水解酶是多组分酶系，包括质量比为1:1.2-10:0.8-5:1.5-8的外切β葡聚糖酶、内切β葡聚糖酶、β葡萄糖苷酶以及木聚糖酶；所述水解酶的培养物中添加有质量分数为2-15%的诱导物激活剂，包括槐糖、乳糖、醋酸酯及表面活性剂；使用时水解酶内添加有质量分数为2-15%的发酵剂。还包括依次连接的秸杆除杂烘干设备和秸杆粉碎装置，所述秸杆粉碎装置包括机械切碎装置和气爆粉碎装置，所述气爆粉碎装置中分别通入机械切碎的秸杆和气爆蒸汽，出口处设置有泄压电磁阀，其连接通向所述水解设备的第三真空泵。还包括吸附净化器，所述厌氧发酵池的出口连接所述吸附净化器，所述吸附净化器连接乙二醇或异丁醇生产线；所述木质素深加工装置包括依次连接的干燥装置、绝氧加热装置以及地膜成型机或塑料袋成型机或家具材料成型机。本专利技术的技术效果:本专利技术的一种利用秸杆生产甲烷气和木质素的方法，在生产甲烷气的同时得到含有纤维素的木质素粉末，并以所述粉末为原料，利用其中羟基含量高以及低分散性的纤维素，可制备可降解的地膜或塑料；利用其中含有的硬质木质素可制成木质素家居材料。综合利用秸杆中的有效成分，解决现有技术中单一生产甲烷气类产品或木质素产品而不能综合、有效利用秸杆的弊端。选用高活性的复合秸杆水解酶对秸杆进行水解，并对水解酶的合成进行改进，添加诱导物激活剂消除水解过程中产生的纤维二糖和葡萄糖等抑制剂，并消除水解过程中产生的泡沫；添加发酵剂以使半纤维素和纤维素水解生成的葡萄糖进一步分解，降低其对水解酶的抑制作用，及时将木质素浆液从水解设备中分离，以降低其对水解酶的抑制作用，从而提高秸杆水解的酶解效率。本方法通过调整秸杆水解酶的种类与比例、水解酶与秸杆和水的比例以及水解罐的台数，可控制秸杆的水解程度:将秸杆中的半纤维素完全水解，纤维素部分或全部水解，以控制甲烷气、木质素粉末的产量以及木质素粉末中纤维素的含量，因此可根据市场需要，控制秸杆水解程度，得到所需产物。本专利技术工艺流程简单，秸杆利用率高，不污染环境，水解液发酵生成的粗甲烷气可直接用于居民燃气、发电等，或经净化生产甲烷气含量超过95%的压缩天然气(CNG)或者液化天然气(LNG)，用于汽车的环保燃料，也可以继续加工成乙二醇，异丁醇等基础化工原料。未水解的木质素粉末用于化工原料，根据其组分含量生产不同产品。【附图说明】图1为本专利技术实施例的装置及流程示意图；附图标记:1-原料；2_秸杆除杂烘干设备；3_杂质和水；4_气爆设备；5_气爆蒸汽；本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用秸秆生产甲烷气和木质素的方法，其特征在于包括以下步骤：首先对秸秆依次进行除杂和粉碎处理，得到秸秆粉；然后将所述秸秆粉送进水解设备，在秸秆水解酶的作用下控制水解程度，使得半纤维素全部水解，纤维素水解20％‑100％，得到秸秆水解液和下层木质素浆液的混合物；分离所述混合物并将所述水解液送进厌氧发酵池进行发酵，得到粗甲烷气；并及时将所述木质素浆液排出所述水解设备，经过滤、干燥得到木质素粉末，其中所述秸秆水解酶是多组分酶系，包括质量比为1：1.2‑10：0.8‑5：1.5‑8的外切β葡聚糖酶、内切β葡聚糖酶、β葡萄糖苷酶以及木聚糖酶；所述水解酶的培养物中添加有质量分数为2‑15％的诱导物激活剂，包括槐糖、乳糖、醋酸酯及表面活性剂；使用时水解酶内添加有质量分数为2‑15％的发酵剂。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李苏安，王坤朋，邓清宇，
申请(专利权)人：北京中科诚毅科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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