以沼液和秸秆水解液制备氨基酸及分离CO2的系统与方法技术方案

本发明专利技术公开了以沼液和秸秆水解液制备氨基酸及分离CO2的系统与方法。该系统和方法中，利用秸秆水解液和沼液进行假丝酵母菌发酵，酵母水解后得到复合氨基酸，复合氨基酸再通过KOH中和后生成相对廉价的复合氨基酸盐，并将其应用于CO2吸收分离，将富CO2氨基酸盐溶液与发酵后沼液按一定比例混合应用于农业生产。本发明专利技术有效规避了传统化学吸收剂降解损失量大、再生能耗高等弊端，同时去除了沼液中大部分氨氮，提高沼液中营养成份含量，使沼液更容易处理和应用，达到在能源与环境两方面双赢的效果。

【技术实现步骤摘要】
以沼液和秸秆水解液制备氨基酸及分离CO2的系统与方法
本专利技术涉及沼气工程与CO2吸收分离一体化的
，具体地指一种以沼液和秸秆水解液制备氨基酸及分离CO2的系统与方法。技术背景目前沼气、垃圾填埋气和生物质热解气等富CO2气体中CO2分离技术主要有化学吸收法、物理吸附法、膜分离技术等，其中技术最成熟、工程应用最广泛的是化学吸收法。CO2化学吸收法具有CO2分离效率高、分离过程中目标气体损失少等优点。如分离沼气中的CO2时以CH4为目标气体，具有对气体分压适应性广、操作简单和商业应用广等优点，是近期可以大规模推广应用的技术之一。但传统化学吸收技术存在CO2分离成本过高及环境风险较大等关键瓶颈亟待解决。CO2化学分离成本高，主要归因于常规吸收剂高CO2反应速率与低再生能耗特性不能完美匹配，从而导致吸收剂富CO2溶液再生热耗巨大或系统投资巨大。同时，吸收剂在循环运行中存在挥发、降解、夹带等问题，从而造成吸收剂的补充量大，且挥发的吸收剂和降解产物处理不当也易造成对人体健康与环境的威胁。为解决此问题，满足“低降解、低再生能耗、高CO2吸收速率和高CO2携带能力”的新型单一吸收剂或混合吸收剂成为目前的研究重点。在众多吸收剂中，由氨基酸与强碱中和反应而生成的AAS(Aminoacidsalt，氨基酸盐吸收剂)值得重视。氨基酸盐吸收剂分子结构中拥有与传统有机胺相同的氨基官能团，其CO2吸收能力可与有机胺相比，甚至更高。同时，氨基酸盐吸收剂的离子特性使其具有零蒸气分压及抗氧化降解等特性，因而其挥发损失和氧化降解损失可忽略不计。另外，由于氨基酸大多源于自然界，因而具有良好的生物降解特性，处理处置容易，环境风险小。因此，氨基酸盐吸收剂被称为绿色吸收剂或环境友好型吸收剂，可用于解决目前CO2化学吸收法工艺中存在的高吸收剂损失及环境威胁较大等难题。但是，在CO2吸收-再生循环工艺中，氨基酸盐吸收剂依然需要采用热再生工艺，因而其能耗与传统有机胺吸收剂相当、甚至更高。如果仅仅采用氨基酸盐吸收剂来替换传统有机胺吸收剂，依然不能解决CO2再生能耗高的问题。由于氨基酸盐吸收剂具有优异的生物降解特性，处理处置容易，如果能在使用氨基酸盐吸收剂的基础上，将能耗巨大的再生过程摒弃，将CO2吸收-再生工艺简化为仅存在CO2吸收过程的单流程工艺，并将生成的富CO2吸收剂溶液与沼气工程中产生的沼液按比例混合后应用于农业生产，促进农林作物或植物生长发育，将CO2固化在植物机体或土壤中，势必会大幅降低CO2分离成本，同时亦可实现CO2的低成本储存与应用。显然，基于氨基酸盐吸收剂的CO2吸收单循环工艺需要解决的主要瓶颈为氨基酸的来源，需要满足低价、量广的基本要求。尽管目前氨基酸生产工艺已经比较成熟，但大多采用微生物发酵方式直接生产单一型氨基酸，原料成本较高，过程控制较严格。如果将氨基酸应用到CO2吸收单循环工艺中，势必会造成氨基酸的供不应求，同时还将造成CO2吸收成本的大幅上升。因此，如能以有机废弃物作为发酵底物制备廉价的复合型氨基酸，不仅可以实现基于氨基酸盐吸收剂的CO2吸收单循环工艺，同时可以减少相关废弃物随意排放所造成的环境污染风险。在传统发酵型氨基酸生产工艺中，微生物生长所必需的碳源和氮源添加成本较高，如使用葡萄糖作为碳源、豆粕作为氮源等。沼液是沼气发酵过程中产生的一种高氨氮、高COD(ChemicalOxygenDemand，化学需氧量)的废液，尽管其可以作为肥料浇灌农作物，但大量的过剩沼液成为难以处理的废弃物，极易造成环境的二次污染。沼液中的氨氮能够作为假丝酵母菌生长的氮源，而秸秆水解液中高浓度葡萄糖可为其生长提供碳源，利用两种废弃物进行发酵，理论上在得到廉价氨基酸的同时，还可降低沼液中大部分氨氮，使之更容易处理或应用于农业生产。因此，需要开发一种以沼液和秸秆水解液制备氨基酸及分离CO2的系统与方法，该系统和方法能通过沼液和秸秆水解液发酵，得到廉价的可再生复合氨基酸，并将复合氨基酸作为CO2化学吸收剂进行单循环CO2吸收应用，大部分吸收富液与发酵后的低氨氮沼液混合可直接用于农业应用或抛弃。
技术实现思路
本专利技术的目的就是要提供一种以沼液和秸秆水解液制备氨基酸及分离CO2的系统与方法。该系统和方法利用秸秆水解液和沼液进行假丝酵母菌发酵，酵母水解后得到复合氨基酸，复合氨基酸再通过KOH(氢氧化钾)中和后生成相对廉价的复合氨基酸盐，并将其应用于CO2吸收分离，将富CO2氨基酸盐溶液与发酵后沼液按一定比例混合应用于农业生产，有效规避了传统化学吸收剂降解损失量大、再生能耗高等弊端。同时去除了沼液中大部分氨氮，提高沼液中营养成份含量，使沼液更容易处理和应用，达到在能源与环境两方面双赢的效果。为实现此目的，本专利技术所设计的以沼液和秸秆水解液制备氨基酸及分离CO2的系统，其特征在于：包括沼气工程发酵设备、沼液沉淀设备、沼液离心设备、搅拌发酵设备、第一过滤器、秸秆糖化反应设备、秸秆水洗设备、秸秆预处理反应器、悬浊发酵液离心设备、沼液储液罐、酵母水解反应器、第二过滤器、酵母水解液浓缩设备、氨基酸盐反应器、CO2吸收设备、三通阀、富液解吸设备、提纯气储气罐，它还包括第一输送泵、第二输送泵、第三输送泵、热交换器、第四输送泵，其中，沼气工程发酵设备的新鲜沼液出口连接沼液沉淀设备的新鲜沼液入口，沼液沉淀设备的沼液出口通过第一输送泵连接沼液离心设备的沼液入口，沼液离心设备的上清液出口连接搅拌发酵设备的上清液入口，搅拌发酵设备还设有假丝酵母菌入口；秸秆预处理反应器设有第一秸秆出口、第一秸秆入口、NaOH溶液入口，秸秆预处理反应器的第一秸秆出口连接秸秆水洗设备的第二秸秆入口，秸秆水洗设备的第二秸秆出口连接秸秆糖化反应设备的第三秸秆入口，秸秆糖化反应设备还设有纤维素酶、缓冲溶液入口，秸秆糖化反应设备的秸秆糖化液出口连接第一过滤器的秸秆糖化液入口，第一过滤器的秸秆糖化滤液出口连接搅拌发酵设备的秸秆糖化滤液入口，搅拌发酵设备的发酵液出口通过第二输送泵连接悬浊发酵液离心设备的发酵液入口，悬浊发酵液离心设备的低氨氮沼液出口连接沼液储液罐的低氨氮沼液入口；悬浊发酵液离心设备的酵母泥出口连接酵母水解反应器的酵母泥入口，酵母水解反应器还设有木瓜蛋白酶、缓冲溶液及诱导剂入口，酵母水解反应器的酵母水解液出口连接第二过滤器的酵母水解液入口，第二过滤器的酵母水解滤液出口连接酵母水解液浓缩设备的酵母水解滤液入口，酵母水解液浓缩设备的复合氨基酸出口连接氨基酸盐反应器的复合氨基酸入口，氨基酸盐反应器还设有KOH溶液入口，氨基酸盐反应器的复合氨基酸盐溶液出口连接CO2吸收设备的复合氨基酸盐溶液入口，CO2吸收设备还设有富碳气体入口、提纯气出口，CO2吸收设备的提纯气出口连接提纯气储气罐的提纯气入口；CO2吸收设备的富液出口通过第三输送泵连接三通阀的第一接口，三通阀的第二接口连接沼液储液罐的第一富液入口，沼液储液罐还设有第一富液出口；三通阀的第三接口连接热交换器的低温富液入口，热交换器的高温富液出口连接富液解吸设备的第二富液入口，富液解吸设备还设有加热器、空气入口、富碳气体出口，富液解吸设备的高温贫液出口连接热交换器的高温贫液入口，热交换器的低温贫液出口通过第四输送泵连接氨基酸盐反应器的复合氨基酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以沼液和秸秆水解液制备氨基酸及分离CO2的系统，其特征在于：包括沼气工程发酵设备(1)、沼液沉淀设备(2)、沼液离心设备(4)、搅拌发酵设备(5)、第一过滤器(6)、秸秆糖化反应设备(7)、秸秆水洗设备(8)、秸秆预处理反应器(9)、悬浊发酵液离心设备(11)、沼液储液罐(12)、酵母水解反应器(13)、第二过滤器(14)、酵母水解液浓缩设备(15)、氨基酸盐反应器(16)、CO2吸收设备(17)、三通阀(19)、富液解吸设备(22)、提纯气储气罐(24)，它还包括第一输送泵(3)、第二输送泵(10)、第三输送泵(18)、热交换器(20)、第四输送泵(23)，其中，沼气工程发酵设备(1)的新鲜沼液出口(1.1)连接沼液沉淀设备(2)的新鲜沼液入口(2.1)，沼液沉淀设备(2)的沼液出口(2.2)通过第一输送泵(3)连接沼液离心设备(4)的沼液入口(4.1)，沼液离心设备(4)的上清液出口(4.2)连接搅拌发酵设备(5)的上清液入口(5.1)，搅拌发酵设备(5)还设有假丝酵母菌入口(5.2)；秸秆预处理反应器(9)设有第一秸秆出口(9.1)、第一秸秆入口(9.2)、NaOH溶液入口(9.3)，秸秆预处理反应器(9)的第一秸秆出口(9.1)连接水洗设备(8)的第二秸秆入口(8.2)，水洗设备(8)的第二秸秆出口(8.1)连接秸秆糖化反应设备(7)的第三秸秆入口(7.3)，秸秆糖化反应设备(7)还设有纤维素酶、缓冲溶液入口(7.2)，秸秆糖化反应设备(7)的秸秆糖化液出口(7.1)连接第一过滤器(6)的秸秆糖化液入口(6.2)，第一过滤器(6)的秸秆糖化滤液出口(6.1)连接搅拌发酵设备(5)的秸秆糖化滤液入口(5.3)，搅拌发酵设备(5)的发酵液出口(5.4)通过第二输送泵(10)连接悬浊发酵液离心设备(11)的发酵液入口(11.1)，悬浊发酵液离心设备(11)的低氨氮沼液出口(11.3)连接沼液储液罐(12)的低氨氮沼液入口(12.1)；悬浊发酵液离心设备(11)的酵母泥出口(11.2)连接酵母水解反应器(13)的酵母泥入口(13.1)，酵母水解反应器(13)还设有木瓜蛋白酶、缓冲溶液及诱导剂入口(13.2)，酵母水解反应器(13)的酵母水解液出口(13.3)连接第二过滤器(14)的酵母水解液入口(14.1)，第二过滤器(14)的酵母水解滤液出口(14.2)连接酵母水解液浓缩设备(15)的酵母水解滤液入口(15.1)，酵母水解液浓缩设备(15)的复合氨基酸出口(15.2)连接氨基酸盐反应器(16)的复合氨基酸入口(16.1)，氨基酸盐反应器(16)还设有KOH溶液入口(16.2)，氨基酸盐反应器(16)的复合氨基酸盐溶液出口(16.3)连接CO2吸收设备(17)的复合氨基酸盐溶液入口(17.1)，CO2吸收设备(17)还设有富碳气体入口(17.2)、提纯气出口(17.3)，CO2吸收设备(17)的提纯气出口(17.3)连接提纯气储气罐(24)的提纯气入口(24.1)；CO2吸收设备(17)的富液出口(17.4)通过第三输送泵(18)连接三通阀(19)的第一接口(19.1)，三通阀(19)的第二接口(19.2)连接沼液储液罐(12)的第一富液入口(12.2)，沼液储液罐(12)还设有第一富液出口(12.3)；三通阀(19)的第三接口(19.3)连接热交换器(20)的低温富液入口(20.1)，热交换器(20)的高温富液出口(20.2)连接富液解吸设备(22)的第二富液入口(22.1)，富液解吸设备(22)还设有加热器(21)、空气入口(22.2)、CO2气体出口(22.4)，富液解吸设备(22)的贫液出口(22.3)连接热交换器(20)的高温贫液入口(20.3)，热交换器(20)的低温贫液出口(20.4)通过第四输送泵(23)连接氨基酸盐反应器(16)的复合氨基酸盐出口(16.3)与CO2吸收设备(17)的氨基酸盐入口(17.1)之间的输送管路。...

【技术特征摘要】
1.一种以沼液和秸秆水解液制备氨基酸及分离CO2的系统，其特征在于：包括沼气工程发酵设备(1)、沼液沉淀设备(2)、沼液离心设备(4)、搅拌发酵设备(5)、第一过滤器(6)、秸秆糖化反应设备(7)、秸秆水洗设备(8)、秸秆预处理反应器(9)、悬浊发酵液离心设备(11)、沼液储液罐(12)、酵母水解反应器(13)、第二过滤器(14)、酵母水解液浓缩设备(15)、氨基酸盐反应器(16)、CO2吸收设备(17)、三通阀(19)、富液解吸设备(22)、提纯气储气罐(24)，它还包括第一输送泵(3)、第二输送泵(10)、第三输送泵(18)、热交换器(20)、第四输送泵(23)，其中，沼气工程发酵设备(1)的新鲜沼液出口(1.1)连接沼液沉淀设备(2)的新鲜沼液入口(2.1)，沼液沉淀设备(2)的沼液出口(2.2)通过第一输送泵(3)连接沼液离心设备(4)的沼液入口(4.1)，沼液离心设备(4)的上清液出口(4.2)连接搅拌发酵设备(5)的上清液入口(5.1)，搅拌发酵设备(5)还设有假丝酵母菌入口(5.2)；秸秆预处理反应器(9)设有第一秸秆出口(9.1)、第一秸秆入口(9.2)、NaOH溶液入口(9.3)，秸秆预处理反应器(9)的第一秸秆出口(9.1)连接水洗设备(8)的第二秸秆入口(8.2)，水洗设备(8)的第二秸秆出口(8.1)连接秸秆糖化反应设备(7)的第三秸秆入口(7.3)，秸秆糖化反应设备(7)还设有纤维素酶、缓冲溶液入口(7.2)，秸秆糖化反应设备(7)的秸秆糖化液出口(7.1)连接第一过滤器(6)的秸秆糖化液入口(6.2)，第一过滤器(6)的秸秆糖化滤液出口(6.1)连接搅拌发酵设备(5)的秸秆糖化滤液入口(5.3)，搅拌发酵设备(5)的发酵液出口(5.4)通过第二输送泵(10)连接悬浊发酵液离心设备(11)的发酵液入口(11.1)，悬浊发酵液离心设备(11)的低氨氮沼液出口(11.3)连接沼液储液罐(12)的低氨氮沼液入口(12.1)；悬浊发酵液离心设备(11)的酵母泥出口(11.2)连接酵母水解反应器(13)的酵母泥入口(13.1)，酵母水解反应器(13)还设有木瓜蛋白酶、缓冲溶液及诱导剂入口(13.2)，酵母水解反应器(13)的酵母水解液出口(13.3)连接第二过滤器(14)的酵母水解液入口(14.1)，第二过滤器(14)的酵母水解滤液出口(14.2)连接酵母水解液浓缩设备(15)的酵母水解滤液入口(15.1)，酵母水解液浓缩设备(15)的复合氨基酸出口(15.2)连接氨基酸盐反应器(16)的复合氨基酸入口(16.1)，氨基酸盐反应器(16)还设有KOH溶液入口(16.2)，氨基酸盐反应器(16)的复合氨基酸盐溶液出口(16.3)连接CO2吸收设备(17)的复合氨基酸盐溶液入口(17.1)，CO2吸收设备(17)还设有富碳气体入口(17.2)、提纯气出口(17.3)，CO2吸收设备(17)的提纯气出口(17.3)连接提纯气储气罐(24)的提纯气入口(24.1)；CO2吸收设备(17)的富液出口(17.4)通过第三输送泵(18)连接三通阀(19)的第一接口(19.1)，三通阀(19)的第二接口(19.2)连接沼液储液罐(12)的第一富液入口(12.2)，沼液储液罐(12)还设有第一富液出口(12.3)；三通阀(19)的第三接口(19.3)连接热交换器(20)的低温富液入口(20.1)，热交换器(20)的高温富液出口(20.2)连接富液解吸设备(22)的第二富液入口(22.1)，富液解吸设备(22)还设有加热器(21)、空气入口(22.2)、CO2气体出口(22.4)，富液解吸设备(22)的贫液出口(22.3)连接热交换器(20)的高温贫液入口(20.3)，热交换器(20)的低温贫液出口(20.4)通过第四输送泵(23)连接氨基酸盐反应器(16)的复合氨基酸盐出口(16.3)与CO2吸收设备(17)的氨基酸盐入口(17.1)之间的输送管路。2.根据权利要求1所述的一种以沼液和秸秆水解液制备氨基酸及分离CO2的系统，其特征在于：所述沼液沉淀设备(2)的沼液出口(2.2)与沼液离心设备(4)的沼液入口(4.1)之间的管路内设有第一流量计(25.1)和第一输送泵(3)，所述沼液离心设备(4)的上清液出口(4.2)与搅拌发酵设备(5)的上清液入口(5.1)之间的管路内设有第二流量计(25.2)，第一过滤器(6)的秸秆糖化滤液出口(6.1)与搅拌发酵设备(5)的秸秆糖化滤液入口(5.3)之间的管路内设有第三流量计(25.3)，秸秆糖化反应设备(7)的纤维素酶、缓冲溶液入口(7.2)处设有第四流量计(25.4)，秸秆预处理反应器(9)的NaOH溶液入口(9.3)处设有第五流量计(25.5)，搅拌发酵设备(5)的发酵液出口(5.4)与悬浊发酵液离心设备(11)的发酵液入口(11.1)之间的管路内设有第二输送泵(10)和第六流量计(25.6)，悬浊发酵液离心设备(11)的酵母泥出口(11.2)与酵母水解反应器(13)的酵母泥入口(13.1)之间的管路内设有质量传感器(27)，酵母水解液浓缩设备(15)的复合氨基酸出口(15.2)与氨基酸盐反应器(16)的复合氨基酸入口(16.1)之间的管路内设有氨基酸浓度传感器(28.1)，氨基酸盐反应器(16)的KOH溶液入口(16.2)处设有第七流量计(25.7)，氨基酸盐反应器(16)的复合氨基酸盐溶液出口(16.3)与CO2吸收设备(17)的复合氨基酸盐溶液入口(17.1)之间的管路内设有第八流量计(25.8)，CO2吸收设备(17)的富碳气体入口(17.2)处设有第一CO2浓度传感器(28.2)，CO2吸收设备(17)的富液出口(17.4)与三通阀(19)的第一接口(19.1)之间的管路内设有第九流量计(25.9)和第三输送泵(18)，三通阀(19)的第二接口(19.2)与沼液储液罐(12)的第一富液入口(12.2)之间的管路内设有第十流量计(25.10)，三通阀(19)的第三接口(19.3)与热交换器(20)的低温富液入口(20.1)之间设有第十一流量计(25.11)，热交换器(20)的高温富液出口(20.2)与富液解吸设备(22)的第二富液入口(22.1)之间的管路内设有温度传感器(26)，富液解吸设备(22)的CO2气体出口(22.4)处设有第二CO2浓度传感器(28.3)，富液解吸设备(22)的空气入口(22.2)处设有第十二流量计(25.12)。3.一种利用权利要求2所述的以沼液和秸秆水解液制备氨基酸及分离CO2的系统制备氨基酸及分离CO2的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：沼气工程发酵设备(1)产生的新鲜沼液由新鲜沼液出口(1.1)进入沼液沉淀...

【专利技术属性】
技术研发人员：晏水平，王文超，贺清尧，张衍林，艾平，王媛媛，袁巧霞，
申请(专利权)人：华中农业大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42