一种植物茎叶大型产业化综合处理和利用方法及装置制造方法及图纸

一种植物茎叶、秸秆大规模综合处理和利用方法及装置，即以植物茎叶、秸秆为原料，利用微生物发酵法生产沼气和沼渣、沼液，沼气采用本发明专利技术所述工艺收集并合成燃料甲醇，或净化液化后替代天然气车用燃料，沼渣、沼液为肥料返还土地，维护土壤生态平衡。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种大规模利用植物茎叶、秸秆生产车用燃料的方法及装置，具体说，是一种通过综合利用植物茎叶、秸秆，将碳水化合物转化为车用燃料、废弃物转化为 肥料的生产方法及装置。
技术介绍
炼油厂液化气主要来源于催化裂化和延迟焦化装置。催化裂化液化气是生产炼油 丙烯和MTBE的主要原料。农林业生产过程中，每年都有巨量的植物茎叶、秸秆资源废弃。这 些废弃物在地表腐烂后， 一部分有机质转化为肥料滋养土壤，还有大量碳水化合物降解后 产生二氧化碳，排放到大气。这些碳水化合物，是可以开发为燃料的有用物质。有必要探寻 一种生产方法，将这部分碳水化合物转化为人类需要的车用燃料，既减少植物自然腐烂产 生的二氧化碳排放，实现农林业减排，又增加车用燃料收入，还不影响滋养土壤肥力。采用 产量巨大的植物茎叶、秸秆生产车用燃料，其前景是十分乐观。 当今利用植物茎叶、秸秆生产的车用燃料有燃料沼气/甲醇/乙醇/ 丁醇等。 燃料沼气是沼气经净化，去除水蒸气、硫化氢和二氧化碳后，经压縮或者液化，用 于替代CNG或LNG的汽车燃料。但现今沼气净化、压縮和液化没有专门装置。其工艺和装 置是借用天然气的，流程和设备较复杂。而沼气与天然气比，虽主要成分甲烷都相同，但沼 气含有更多的二氧化碳。而天然气还含有乙烷、丙烷、丁烷、戊烷及含量不多庚烷和一氧化 碳、氮气、氢气等。因此，处理沼气的工艺和装置应该简化，以适应沼气处理，降低生产成本， 提高效率。 燃料田醇是车用燃料的重要组成部分。现今甲醇的生产原料有煤、天然气和油等 化石原料，要么工艺复杂，要么原料成本高，且均不可再生。寻找可再生的生物质原料生产 燃料甲醇，是化解未来世界化石能源危机的有效途径之一。但现今主要方法是将秸秆裂解 为燃气，然后催化合成甲醇，其裂解过程工艺复杂，工业设施投入较大。且秸秆裂解产生有 用气体过程中，还产生大量影响甲醇合成的惰性氮气，必须在后续工艺中去除，增加了工艺 难度和生产成本。 燃料乙醇也是车用燃料的重要组成部分。大多数情况是考虑利用植物糖分、淀粉 转化燃料乙醇。而高糖植物，虽物种资源丰富，但大规模开发需占用大面积土地，是无法回 避的困难。因此，有人提出利用生物量巨大的植物秸秆即秸秆纤维素转化燃料乙醇的方法。 就技术而言，虽取得了较大进展，至今尚无产业化成熟技术，即使该项技术成熟，其转化成 本也较高。 燃料丁醇是最近植物秸秆开发车用燃料的新进展。丁醇有水不溶性、低蒸汽压、高 热比等特点，与燃料乙醇相比，能够与汽油达到更高的混合比，能量密度接近汽油，更适合 在现有的燃料供应和分销系统中使用，被认为是比燃料乙醇更具有广泛应用前景的第三代 生物燃料。但是，植物秸秆联产丁醇工艺流程与乙醇一样，也包括酸水解、发酵、蒸馏、提纯 等复杂过程，生产设备投入大，成本高，技术难度大。需要建成较大规模生产线方能实现产业化价值。 以上方法均全面利用秸秆，而若无有机质、矿物质返还土壤，对于农业生产的土壤 生态结构而言，将会造成有机质退化、微量元素缺失等生态失衡问题。且这些方法，在出产 车用燃料的同时，也排放二氧化碳。例如将纤维素转化的葡萄糖以及其他糖质转化为乙醇 的过程中，从反应式C6H1206 = 2(:2115011+20)2可以看出，有近1/2物质转化为二氧化碳，近 1/3的碳素不可利用，即类似于纤维素或者糖质转化燃料乙醇的方法是资源利用率减半并 排放二氧化碳的过程。 另外，现有的方法中，还未考虑植物茎叶、秸秆收集、运输难的问题。植物茎叶、秸 秆蓬松，采用车辆运输效率低，田间压縮需要动力，既耗能又费时费力。很难实现大规模的 工业化生产。 因此，必须考虑一种大规模综合利用方法及装置，以提高我们开发利用植物茎叶、 秸秆资源效率，降低成本的同时，统筹兼顾资源利用和生态保护，实现人与自然和谐发展。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提供一种大规模综合利用植物茎叶纤维生产车用燃料的方法及装置，以达到降低车用燃料的生产成本，提高植物茎叶纤维资源利用效率，并兼顾资源 开发和生态保护的目的。 为了达到本专利技术的上述目的，本专利技术提供一种植物茎叶、秸秆大规模综合处理和 利用方法及装置，即以植物茎叶为原料，利用微生物发酵法生产沼气和沼渣、沼液，沼气采 用本专利技术所述工艺收集并合成燃料甲醇，或净化液化后替代天然气车用燃料，沼渣、沼液为 肥料返还土地，维护土壤生态平衡。所述植物茎叶、秸秆处理和利用方法包括如下步骤 1)以年产100吨植物茎叶、秸秆农林面积10至50亩为单位，在田地旁建沼气生产 点。以年储存IOOO吨沼气为单位，建沼气储存站。以年加工IO万吨沼气为单位，建沼气加 工厂。以管道网连接沼气生产点、储存站和加工厂，将沼气输送、储存，再输送、加工，建立沼 气生产、输送、储存和加工的"生产网络体系"，如图1所示。 2)将收集的植物茎叶打捆，堆垛，集中，发酵，按每IO亩秸秆为单位，储存于沼气 生产点附近，以备常年利用； 3)将步骤2)储存的植物茎叶打散，粉碎至40目，淋湿，发酵，以备后用； 4)将步骤3)处理的物料，加入20至40wt^的牛粪，接入甲烷菌，加入石灰水将ra值调整至7. 0至7. 5，含水量调至80wt^左右； 5)将步骤4)处理的植物茎叶保持松散，输入沼气发酵罐，密闭，厌氧发酵25至40 天，生产沼气； 或将步骤4)处理的植物茎叶，装入网袋，保持疏松，系上绳索，投入沼气池中，厌 氧发酵，生产沼气，并在绳索另一端标示投料日期标牌。发酵时间为30天左右，根据时间标 示牌，及时将发酵到期物料取出，并投入新料； 或将步骤4)处理的植物茎叶，就地装入网袋，保持疏松，在田间地头堆垛于沼气 发酵袋中，密封沼气袋，尽可能抽干空气，保持25至40天，厌氧发酵，生产沼气； 6)将步骤5)产生的沼气，从各个沼气发生地点，采用管道输送，集中、收集、储存 于罐中，以备后用。将沼渣和沼液作为肥料在原地直接返回农田，维护土壤肥力； 7)将步骤6)储存的沼气净化并生产液化沼气(LNG)，即在压縮和冷冻沼气过程中，同步依次去除硫化氢、水蒸汽、二氧化碳，使沼气中(以下百分比均为体积百分比)甲烷> 90%，二氧化碳《3%，氧气《0. 5%，硫化氢《15mg/m 总硫《200mg/m3，从而生产出符合GB17820标准的液化天然气，再将净化沼气压縮于_1621:绝热气瓶中，替代天然气，作为汽车燃料使用； 所述植物茎叶、秸秆处理和利用方法还可以包括以下步骤 8)将步骤7)净化后，去除硫化氢和二氧化碳的沼气，按C4 : 02 = 9 : 1的体积比加氧气混合，在20(TC和10Mpa的条件下，通过铜制管道反应制得甲醇，所述反应的反应式为2CH4+02 = 2CH30H，蒸馏获得纯甲醇，以备后用。将反应后的尾气回收，重新升温加压至200°C 、 10Mpa，返回铜制管道生成甲醇，如此循环。 或者， 9)使用步骤6)储存的沼气生产甲醇，所述方法的反应式为3CH4+C02+2H20 =4CH30H，冷却甲醇混合气体，使甲醇液化，获得纯甲醇，以备后用； 10)将步骤8)或9)制成的甲醇加入本领域常用的添加剂，生产变性甲醇，以5 30%体积比添加入汽油作为车用燃料。 优选的，步骤7)所述沼气的净化是采用递进冷冻法，使用管状立式递进冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种植物茎叶、秸秆大规模综合处理和利用方法，包括以下步骤：　　１）以年产１００吨植物茎叶、秸秆农林面积１０至５０亩为单位，在田地旁建沼气生产点；以年储存１０００吨沼气为单位，建沼气储存站；以年加工１０万吨沼气为单位，建沼气加工厂；以管道网连接沼气生产点、储存站和加工厂，从而建立沼气生产、输送、储存和加工体系；　　２）将收集的植物茎叶打捆，堆垛，集中，发酵，按每１０亩秸秆为单位，储存于沼气生产点附近，以备常年利用；　　３）将步骤２）储存的植物茎叶打散，粉碎至４０目，淋湿，发酵，以备后用；　　４）将步骤３）处理的物料，加入２０至４０ｗｔ％的牛粪，接入甲烷菌，加入石灰水将ＰＨ值调整至７．０至７．５，含水量调至８０ｗｔ％左右；　　５）将步骤４）处理的植物茎叶保持松散，输入沼气发酵罐，密闭，厌氧发酵２５至４０天，生产沼气；　　或将步骤４）处理的植物茎叶，装入网袋，保持疏松，系上绳索，投入沼气池中，厌氧发酵，生产沼气，并在绳索另一端标示投料日期标牌；发酵时间为３０天左右，根据标示牌，抽干空气，及时将发酵到期物料取出，并投入新料；　　或将步骤４）处理的植物茎叶，就地装入网袋，保持疏松，在田间地头堆垛于沼气发酵袋中，密封沼气袋，尽可能抽干空气，保持２５至４０天，厌氧发酵，生产沼气；　　６）将步骤５）产生的沼气，从各个沼气发生地点，采用管道输送，集中、收集、储存于罐中，以备后用；将沼渣和沼液作为肥料在原地直接返回农田，维护土壤肥力；　　７）将步骤６）储存的沼气净化并生产液化沼气，即在压缩和冷冻沼气过程中，依次去除硫化氢、水蒸汽、二氧化碳，使沼气中各组分的体积百分比分别为：甲烷≥９０％，二氧化碳≤３％，氧气≤０．５％，硫化氢≤１５ｍｇ／ｍ↑［３］，总硫≤２００ｍｇ／ｍ↑［３］，从而生产出符合ＧＢ１７８２０标准的液化天然气，再将净化沼气压缩于－１６２℃绝热气瓶中，替代天然气，作为汽车燃料使用...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张永北，陈武，张爱诚，
申请(专利权)人：张永北，
类型：发明
国别省市：66[中国|海南]