节能型秸秆厌氧发酵预处理装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种节能型秸秆厌氧发酵预处理装置，包括原料预处理仓６和原料预处理箱１０，原料预处理仓６顶部设有至少一个气体提升管８；原料预处理仓６内活动安装有原料预处理箱１０；原料预处理仓６的一边设有太阳能温室４，太阳能温室４与原料预处理仓６通过原料预处理仓６下部的通风口５相通。本发明专利技术以太阳能和生物能为动力提供秸秆类原料厌氧发酵生物预处理过程补充氧气所需能量，既提高了秸秆预处理效果，又降低了预处理能耗，因此，本发明专利技术具有提高秸秆厌氧生物转化效率以及降低原料预处理费用的双重功效。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于可再生能源开发利用领域，具体涉及一种节能型秸秆厌氧发 酵预处理装置。技术背景随着人类对可持续发展和保护地球环境的日益重视，生物质资源的开发 利用引起了广泛关注。大部分生物质资源，如农作物秸秆、草等的主要成分 是纤维素、半纤维素和木质素，这三种成分的质量占植物纤维原料总质量的80% 95%。三者在植物的细胞壁中相互结合在一起被称为木质纤维素。据 估计，地球上的植物每年通过光合作用形成的生物质所蕴含的能量大约是人 类每年所消耗的化石能源的10倍。在各种可供人类开发利用的木质纤维素资 源中，农作物秸秆是最为丰富的一种，它约占农作物生物学产量的60%，全 世界每年约生产各种农作物秸秆35 40亿吨，我国作为农业大国，每年的秸 秆产量在6亿吨以上。这些农业废弃物以其可再生性、清洁性，以及巨大的 能源储藏能力受到人类的青睐。在这些资源的多种能源化利用途径当中，厌氧发酵产沼气作为一种重要 途径越来越受到人们的关注。在处理固废方面，厌氧生物处理技术主要处理 对象为高含水率的易生物降解原料，如下水道污泥、粪便等，而各种农作物 秸秆由于受其自身结构的限制，如何采用厌氧发酵技术对其高效转化一直是 厌氧生物处理领域的一大难题。受结构的制约秸秆类原料厌氧生物转化利用 过程面临以下两大难题①木质素对纤维素和半纤维素的屏障作用。木质素 在植物细胞壁中与纤维素和半纤维素等碳水化合物结合在一起形成"木质素 一碳水化合物联合体"(Lignin-carbohydrate complexes,简称LCC)， LCC起到保护植物细胞免受微生物攻击的作用。由于木质素对纤维素和半纤维素的屏障作用，降低了原料可利用表面，并阻碍了微生物和酶顺利接近纤维素。 因此木质素对纤维素和半纤维素的屏障作用是此类原料生物降解遇到的一大 障碍。②纤维素高结晶度对生物降解的抑制作用。纤维素分子呈聚集态，纤 维素结晶区内链分子的全部羟基和非结晶区内链分子的部分羟基会形成很多 氢键，这使得纤维素极难溶解，反应性能差。在纤维素的结晶区，葡萄糖分 子的羟基全部在分子内部或与分子外部的氧相结合，这种结晶构造，使得酶 分子和水分子难以侵入到其内部中去，这是木质纤维原料生物降解所必须突 破的又一障碍，被认为是木质纤维原料厌氧生物转化利用过程中所遇到的一 个主要挑战。长期以来，人们一直在不停的探索破解这两大难题的技术途径，希望采 用预处理手段突破这两个瓶颈。提出的预处理方法林林总总，概括起来可以 分为物理法、化学法和生物法。其中物理方法包括机械粉碎、蒸汽爆破、高能射线辐照，以及微波及超声波处理等；化学方法有碱处理、稀酸处理、有 机溶剂处理、氧化处理，以及超临界萃取处理等；生物处理方面许多研究者 一直在为寻找或培育出高效降解木质素的微生物而苦苦探求。总体来看，虽 然方法多种多样，而且一些方法，如稀酸处理、蒸汽爆破等在破坏木质素对 纤维素和半纤维素的屏障作用，以及降低纤维素的结晶度等方面都取得了不 错的效果，但由于受经济性的制约，很难投入实际工程应用，所以到目前为 止，还很难说某种方法已经能够满足大规模生物转化秸秆等木质纤维原料制 取沼气等能源产品的需要。因此，随着人类对开发利用生物质能需求的曰益 增加，如何寻求上述问题的突破已经成为一个亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种利用太阳能和生物能为动力进行充氧对秸秆类 原料进行好氧发酵预处理，从而提高此类原料厌氧生物转化效率的装置。 本专利技术的目的可以通过以下措施达到一种节能型秸秆厌氧发酵预处理装置，包括原料预处理仓6和原料预处理箱10，原料预处理箱10安装在原料预处理仓6中；其中原料预处理仓6顶部设有至少一个气体提升管8;原料预处理仓6的一边设有太阳能温室4，太阳能温室4与原料预处理仓6通过原料预处理仓6下部的通风口 5相通。太阳能温室4内部有蓄热材料3;太阳能温室4下部开有进风口 1，进风 口 1上装有单向门2，从而保证空气只能从外部向温室内部流动。具体操作 时太阳能温室4设置在原料预处理仓6的南边，以充分收集太阳能。气体提升管8的下部设有加热装置7，例如电辅助加热圈，可安装在气 体提升管8内部或外部，主要在气体提升力不足以满足原料预处理过程充氧 要求时使用；气体提升管8上装有控制通风量的调节阀13。原料预处理箱10的底板上设有通气孔；原料预处理箱10内设有下端密 封、上端开口、管壁上有通风孔的通气管9;原料预处理仓6内还可设有导 轨11，原料预处理箱10活动放置在导轨11上，即原料预处理箱10预安装 在导轨11上并能沿导轨11移动，以方便原料预处理箱IO进出原料预处理仓 6;原料预处理箱的体积以方便操作为宜。原料预处理仓6优先选用长方形结构，具体设置时可以考虑长边优先采 用东西走向，四周安装保温材料，上部的气体提升管8的数量根据原料预处 理仓6的长度合理设置。原料预处理仓6的一端或两端设有密封门12。本装置的简要运行过程为首先将密封门12、调节阀13、进风口 1上的 单向门2全部关闭，利用太阳能温室4给原料预处理仓6预热，待预热完成 后将装好原料的预处理箱10沿导轨11推进原料预处理仓6，然后关闭密封 门，待原料所携带的氧气及预处理仓6内空气中氧气的含量显著降低后，开 启调节阀13利用由温差产生的气体提升力为原料预处理箱10内的微生物补 充氧气。原料预处理程度满足要求后，关闭调节阀13，然后打开密封门12 将原料预处理箱IO取出，预处理好的原料除留一小部分做下一批次的接种物 外，其余部分调整C/N后送入厌氧反应器进行厌氧发酵。之后可以开始下一 批预处理过程。本专利技术所涉及的秸秆厌氧发酵预处理装置具有以下3方面的特点 ①利用好氧微生物对秸秆进行预处理，以最大限度的破坏木质素，从而打破木质素对纤维素和半纤维素的屏蔽作用，为提高秸秆厌氧发酵的转化效 率提供了保证。② 补充好氧微生物所需氧气的动力主要来自太阳能和原料好氧发酵过程 的自身产能，最大限度降低了原料处理过程中外来能量的投入。③ 装置本身结构相对简单，适应性强，操作简便，便于推广利用。图1是本专利技术的秸秆厌氧发酵预处理装置的侧面视图。图2是本专利技术的秸秆厌氧发酵预处理装置的主视图。图中l为进风口， 2为单向门，3为蓄热材料，4为太阳能温室，5为通 风口， 6为原料预处理仓，7为加热装置，8为气体提升管，9为通气管，10 为原料预处理箱，ll为导轨，12为密封门，13为调节阀。具体实施方式下面结合说明书附图的详细的说明仅仅是阐述本专利技术的普遍原理，并非 限制性的，实际应用过程中可以根据处理原料的不同性质和处理要求，以及 装置的安装位置进行合理的调整和修改。一种节能型秸秆厌氧发酵预处理装置，在四周安装保温材料的东西走向 的长方形原料预处理仓6顶部设三个气体提升管8，在气体提升管8的下部 装有加热装置7 (如电辅助加热圈)，中部装有调节阀13。原料预处理仓6 内壁上设有导轨11，原料预处理箱IO底部通过滑轮活动安装在导轨11上； 原料预处理箱10的底板上设有通气孔，原料预处理箱10内均匀分布有下端 密封、上端开口、管壁上有通风孔的通气管9，空气可以从底板上的通气孔 流进，经过秸秆后再从通气管9上的通风孔流出，使秸秆的温度及氧量均匀。 原料预处理仓6的南边本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种节能型秸秆厌氧发酵预处理装置，包括原料预处理仓（６）和原料预处理箱（１０），原料预处理箱（１０）安装在原料预处理仓（６）中，其特征在于原料预处理仓（６）顶部设有至少一个气体提升管（８）；原料预处理仓（６）的一边设有太阳能温室（４），太阳能温室（４）与原料预处理仓（６）通过原料预处理仓（６）下部的通风口（５）相通。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑正，李继红，杨世关，罗兴章，张继彪，孟卓，冯景伟，黄星发，李培培，赵国华，陈广银，邹星星，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]