一种利用纯秸秆制备生物质燃气的方法技术

本发明专利技术提供一种利用纯秸秆制备生物质燃气的方法，包括：调节秸秆含水量至55％～75％，然后加入占秸秆重量0.01‑0.1‰的秸秆发酵剂菌种，再将秸秆压实密封存储备用；将存储的秸秆粉碎后加入占秸秆重量0.01‑0.1‰的纤维素酶，在水解池中曝气和搅拌条件下水解24～48hr，水解温度控制在37℃‑39℃；经水解处理后的秸秆在搅拌下进行厌氧发酵，发酵温度控制在47℃～49℃，得到生物质燃气、发酵液和发酵固体副产物；将所得生物质燃气净化提纯后作为能源利用；将所得发酵液用于制备液态肥料；将所得发酵固体副产物用于制备固体有机肥。本发明专利技术的方法可进一步提高秸秆的利用效率，减少工艺对环境的污染。

【技术实现步骤摘要】
一种利用纯秸秆制备生物质燃气的方法
本专利技术涉及一种农作物秸秆高价值利用方法，具体涉及一种利用纯秸秆制备生物质燃气的方法。
技术介绍
能源是人类赖以生存的物质基础，是国民经济的基本支撑。我国是能源消费大国，目前能源供应主要依靠煤炭、石油和天然气等化石能源，而化石能源资源的有限性及其开发利用过程对生态环境造成的巨大压力，严重制约着经济社会的可持续发展。因此，开发清洁的可再生能源已成为我国能源领域的一个紧迫课题。在太阳能、风能、水能、潮汐能、地热能和生物质能等可再生能源中，生物质能具有可再生和环境友好等双重属性，是唯一可存储和运输的可再生能源，是国家重点鼓励的能源发展领域之一。农作物秸秆作为生物质能资源的主要来源之一，是目前世界上仅次于煤炭、石油以及天然气的第四大能源之一，在世界能源总消费量中占14％，预计到本世纪中叶，采用新技术生产的各种生物质替代燃料将占全球总能源的40％以上。除此以外，目前农民主要是通过焚烧的办法处理农作物秸秆。因此，大力开发利用秸秆等生物质能，既是我国开拓新的能源途径，缓解能源供需矛盾的战略措施，也是解决“三农”问题以及秸秆焚烧产生的大气污染问题，保证社会经济持续发展的重要任务。秸秆能源气技术，是利用微生物的厌氧消化作用将秸秆转化成清洁可再生能源的处理技术。如何降低过程成本，增强企业造血盈利能力，为生物质能源产业发展创造赢利点，是生物质能源产业开发与利用突破瓶颈的关键所在。除此以外，在将秸秆生物质能源开发利用的过程中，存在秸秆收集困难、存储困难、秸秆利用率低、产气过程易酸化、产气率低、后续发酵副产物污染环境等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：提供一种秸秆的高价值资源化利用工艺，可进一步提高秸秆的利用效率，减少工艺对环境的污染。本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：提供一种利用纯秸秆制备生物质燃气的方法，主要包括以下步骤：1)调节新鲜秸秆含水量至55％～75％，然后加入占秸秆重量0.01-0.1‰的秸秆发酵剂菌种，再将秸秆压实密封存储备用；2)将1)存储的秸秆粉碎后，加入纤维素酶，控制纤维素酶与秸秆的重量比在0.01:1000-0.1:1000，在水解池中曝气和搅拌条件下水解24～48hr，水解温度控制在37℃-39℃；3)经2)水解处理后的秸秆在搅拌下进行厌氧发酵，发酵温度控制在47℃～49℃，得到生物质燃气、发酵液和发酵固体副产物；4)将3)所得生物质燃气净化提纯后作为能源利用；将3)所得发酵液用于制备液态肥料；将3)所得发酵固体副产物用于制备固体有机肥。本专利技术优选的方案中，步骤1)所述的加入秸秆发酵菌种，是先将秸秆粉碎至2-5cm，然后在粉碎的秸秆中喷洒含有所述比例秸秆发酵剂菌种的水溶液，以使秸秆发酵剂菌种能够均匀深入地渗透到秸秆内部。本专利技术优选的方案中，步骤2)所述的水解温度控制在38℃。本专利技术优选的方案中，步骤3)所述的发酵温度控制在48℃。本专利技术优选的方案中，步骤4)所述生物质燃气净化提纯包括脱水、脱硫或脱碳中的任意一种或多种的组合。本专利技术进一步优选的方案中，所述的脱碳采用膜分离技术。膜分离技术相比现有的其他物理法沼气提纯技术，具有更高效的回收率；膜组本身为低能耗，有利于降低工艺成本。本专利技术优选的方案中，步骤3)所得的发酵液一部分返回步骤2)所述的水解池参与水解。由此可以对水解池进行补水，不但节约了水源，而且将发酵罐的热量带入水解池，不用单独给水解池加热，节约了能耗。本专利技术优选的方案中，步骤4)所述的发酵液用于制备液态肥料的步骤包括将发酵液过滤、灭菌、二次发酵、调配后，进行磁化、包装；所述过滤是指发酵液通过1000目的筛子过滤；所述灭菌温度为65-85℃，保持45分钟。所述二次发酵是指将发酵罐温度控制在55℃～85℃条件下，保持4～6小时。其中过1000目筛网可有效减少发酵后液体副产物中的不溶物；二次发酵是为了解决液肥在包装、运输、储存过程中受热出现二次发酵产生气体导致涨裂现象等问题；磁化具有促进种子发芽出苗、疏松土壤、加快有机肥分解、刺激农作物生长的作用。本专利技术最优选的一种实施方式，包括以下步骤：1)将新鲜秸秆粉碎至2-5cm后，调节其含水量至60％；然后在秸秆中喷洒含有秸秆发酵剂菌种的水溶液，使秸秆发酵剂菌种占秸秆重量的0.01-0.1‰，再将秸秆压实密封存储备用；2)将步骤1)存储的秸秆与纤维素酶以0.05:1000～0.08:1000的重量比混合，在曝气和搅拌条件下水解池中水解24～48hr，水解温度控制在38℃；3)经2)水解处理后的秸秆在搅拌下进行厌氧发酵，发酵温度控制在48℃，得到生物质燃气、发酵液和发酵固体副产物；发酵液的一部分返回步骤2)的水解池；4)将3)所得生物质燃气脱水、脱硫处理后，作为生物质燃气；再经膜分离法脱碳处理，然后作为车用燃气利用；将3)所得发酵液的剩余部分通过1000目的筛子过滤后在65-85℃下保持45分钟灭菌，再经二次发酵、调配营养元素、磁化后得到液态肥料；将3)所得发酵固体副产物用于制备固体有机肥。与现有技术相比，本专利技术在以下几方面获得了有益效果：1.在较低能耗下获得了高于现有技术的产气率，生产效率显著提高。一方面，现有技术中，用秸秆制备生物质燃气的工艺通常是发酵产气的单相产气技术，在发酵过程中往往出现酸化现象，影响秸秆发酵产气率；本专利技术采用水解-发酵两相分离的发酵技术，将水解的温度控制在低于发酵温度且乙酸转化率高的合适范围(37～39℃)，在纤维素酶的作用下提前将秸秆水解转化成有机酸，避免了正式的发酵过程中出现酸化现象，由此提高了发酵过程的产气率。另一方面，现有技术中的秸秆厌氧发酵通常分为低温(20-25℃)、中温(37-42℃)、高温(50-60℃)发酵，中温发酵的TS产气率大约在250-300m3/t之间，容积产气率在0.6-0.8之间；高温发酵的TS产气率大约在300-350m3/t之间，容积产气率在0.8-1.2之间。本专利技术选择的47～49℃的中高温发酵温度，再结合上述水解-发酵两相分离的处理方式，使本专利技术发酵原料的TS产气率提高到400-450m3/t，容积产气率提高到1.5以上，既超过了高温发酵的产气效果，还节约了能耗。2.同时具有低能耗、零污染、零排放的优点首先，本专利技术工艺所得发酵液可进入液态肥车间生产液态肥，发酵固体副产物可进入有机肥生产系统，从而实现了零排放、零污染。此外，本专利技术的秸秆发酵制备生物质燃气的方法不同于现有技术的一大特征在于：现有技术常规需要添加畜禽粪便参与发酵，生产沼气；而本专利技术的方法全套工艺都不需要添加畜禽粪便或其他任何化学合成物质，因此本专利技术的方法原材料洁净、绿色、有机，不含抗生素等污染环境的物质。而且由于是纯秸秆发酵，经过固液分离后的发酵固体副产物何重金属含量极低，以此作为原料，经高温发酵腐熟所生产的有机肥，具有抑制病虫害的良好效果，可减少农药使用，替代化肥，减轻环境污染及生态危机。在降低成本方面，本专利技术采用菌种法存储秸秆(即在含水率55～75％的秸秆中加入占秸秆重量0.01-0.1‰的秸秆发酵剂菌种，再将秸秆压实密封存储备用)，有效地避免了秸秆在存储过程中的易腐烂现象，使秸秆的存储时间长达几年甚至十几年之久，从而降低了生产工艺中秸秆存储环节的难度和要求，降低了工艺成本。而且本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用纯秸秆制备生物质燃气的方法，主要包括以下步骤：1)调节新鲜秸秆含水量至55％～75％，然后加入占秸秆重量0.01‑0.1‰的秸秆发酵剂菌种，再将秸秆压实密封存储备用；2)将1)存储的秸秆粉碎后，加入纤维素酶，控制纤维素酶与秸秆的重量比在0.01:1000‑0.1:1000，在水解池中曝气和搅拌条件下水解24～48hr，水解温度控制在37℃‑39℃；3)经2)水解处理后的秸秆在搅拌下进行厌氧发酵，发酵温度控制在47℃～49℃，得到生物质燃气、发酵液和发酵固体副产物；4)将3)所得生物质燃气净化提纯后作为能源利用；将3)所得发酵液用于制备液态肥料；将3)所得发酵固体副产物用于制备固体有机肥。

【技术特征摘要】
1.一种利用纯秸秆制备生物质燃气的方法，主要包括以下步骤：1)调节新鲜秸秆含水量至55％～75％，然后加入占秸秆重量0.01-0.1‰的秸秆发酵剂菌种，再将秸秆压实密封存储备用；2)将1)存储的秸秆粉碎后，加入纤维素酶，控制纤维素酶与秸秆的重量比在0.01:1000-0.1:1000，在水解池中曝气和搅拌条件下水解24～48hr，水解温度控制在37℃-39℃；3)经2)水解处理后的秸秆在搅拌下进行厌氧发酵，发酵温度控制在47℃～49℃，得到生物质燃气、发酵液和发酵固体副产物；4)将3)所得生物质燃气净化提纯后作为能源利用；将3)所得发酵液用于制备液态肥料；将3)所得发酵固体副产物用于制备固体有机肥。2.权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)所述的加入秸秆发酵菌种，是先将秸秆粉碎至2-5cm，然后在粉碎的秸秆中喷洒含有所述比例秸秆发酵剂菌种的水溶液。3.权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2)所述的水解温度控制在38℃。4.权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3)所述的发酵温度控制在48℃。5.权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤4)所述生物质燃气净化提纯包括脱水、脱硫或脱碳中的任意一种或多种的组合。6.权利要求5所述的方法，其特征在于：所述的脱碳采用膜分离技术。7.权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅旭荣，张元成，宋吉青，于萌萌，白文波，
申请(专利权)人：山东宝力生物质能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37