本發(fā)明屬于秸稈高效資源化利用技術(shù)領(lǐng)域，有利于提高秸稈發(fā)酵消化性能、縮短生產(chǎn)周期、降低能源消耗。
背景技術(shù)：
秸稈屬于纖維素類生物質(zhì)，含有豐富的營養(yǎng)和易利用的化學(xué)成分，是豐富的可再生有機(jī)物質(zhì)，但是其中大部分被丟棄或露天焚燒，造成資源浪費(fèi)、環(huán)境污染。秸稈主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素三大成份組成，而利用生物消化技術(shù)處理利用秸稈，產(chǎn)生高效、清潔的高品質(zhì)生物質(zhì)能源一一生物質(zhì)天然氣和乙醇、乙酸、碳酸鉀等輕化工產(chǎn)品，是秸稈深加工資源化利用的有效途徑。但是木質(zhì)素作為分子粘合劑結(jié)合在纖維素和半纖維素之間，將纖維素分子包裹在其中，形成一種天然屏障，使酶菌不易與纖維素分子接觸，導(dǎo)致木質(zhì)纖維素原料難以被微生物降解，限制了秸稈用于生物質(zhì)天然氣和纖維素乙醇生產(chǎn)方面的大規(guī)模應(yīng)用?？蒲屑夹g(shù)人員致力于將秸稈應(yīng)用蒸煮法、汽爆法、膨化法等，在秸稈深加工資源化原料預(yù)處理方面取得了一定的效果，但是，工藝過程復(fù)雜、能源消耗高、設(shè)備投資大。
為解決高效預(yù)處理秸稈的技術(shù)難題，本發(fā)明提供一種嶄新的秸稈資源化深加工原料預(yù)處理新方法，即堿磨預(yù)處理秸稈的方法，能夠有效提高秸稈生物發(fā)酵消化性能、縮短生產(chǎn)周期、降低能源消耗、設(shè)備投資少，為秸稈的充分利用開辟一種新的有效途徑。
本發(fā)明采用不同工藝條件下的生物處理技術(shù)，對(duì)秸稈進(jìn)行堿磨預(yù)處埋，以總甲烷產(chǎn)量為性能指標(biāo)，確定最佳處理?xiàng)l件。本發(fā)明操作簡 單，成本低，效率高，無污染，可以改善秸稈的生物降解性，顯著提高生物發(fā)酵產(chǎn)品產(chǎn)量的效果，同時(shí)有效降低預(yù)處理過程對(duì)環(huán)境的影響以及大大的降低能源消耗。
附圖說明：圖1為本發(fā)明工藝流程圖
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明堿磨預(yù)處理秸稈的方法，具體方法如下：
1、原料預(yù)處理：
選用經(jīng)過干燥無霉變的秸稈，去除雜物后用粉碎機(jī)粉碎至2mm以下作為預(yù)處理原料；預(yù)處理溶液為堿性水，其中堿性物質(zhì)添加量為秸稈干重的2--12％；然后與秸稈物料同時(shí)進(jìn)行研磨，研磨后粒度≤20目；經(jīng)過研磨后的料液進(jìn)入發(fā)酵罐，從而結(jié)束堿磨預(yù)處理工序并且進(jìn)入生物發(fā)酵工序。
2、生物發(fā)酵：
2.1厭氧發(fā)酵：
進(jìn)入?yún)捬醢l(fā)酵罐混合液中其物料濃度為10--25％；料液加入量為罐體容積的85～90％、溫度控制在33--45度、ph值為8.5，在此環(huán)境中進(jìn)行堿化處理，處理時(shí)間為6-12h；堿化處理后在攪拌條件下加酸調(diào)整ph值為6.8-7.5、c∶n＝15～30∶1、經(jīng)過2h后再加入酶菌12--24h后物料開始甲烷化。
甲烷化過程完全發(fā)酵時(shí)間≤30d，在此過程收集產(chǎn)生的沼氣；沼氣氣體成份比例大約為：甲烷55％、co240％、h2s0.026％。
2.2、沼氣氣體提純：提純前甲烷≥55％可直接供燃?xì)鈾C(jī)發(fā)電；沼氣提純后(甲烷≥90％)供民用；h2s回收為稀硫酸用于生產(chǎn)過程調(diào)整 ph值；c2o回收與堿類物質(zhì)作用制作鹽產(chǎn)品。該發(fā)酵工藝下秸稈沼氣日平均罐容產(chǎn)氣率約為1.50m3/m3d，ch4含量約為55-60％。
2.3、料液分離循環(huán)：將厭氧發(fā)酵后的沼液物料采用料層控制法進(jìn)行分離，分離出30～50％的沼液懸濁液返回厭氧發(fā)酵罐用于菌種底物添加液。
2.4、有氧發(fā)酵：將料液分離后的料液放置于有氧發(fā)酵罐中，使發(fā)酵體系中的固液質(zhì)量百分比為10--15％；使用釀酒酵母進(jìn)行發(fā)酵，酵母的濃度為物料質(zhì)量的0.5～1.5％，纖維素酶的用量為10fpu/g固形物；溶液糖分含量控制在12％±2、于溫度33--45℃，ph為4.5--5.5的微氧(空氣泵加氧)環(huán)境條件下發(fā)酵24---48h，控制纖維素的水解率≥90％。
3、蒸餾：通過蒸餾得到乙醇，首先蒸餾提取50度粗酒，并回收發(fā)酵產(chǎn)生的co2。粗酒輸入精餾塔提取95度酒精，粗酒蒸餾后灌水入蒸餾釜稀釋酒糟，然后采用輸漿泵將物料排出進(jìn)入醪渣脫水工序。得到的乙醇(95％)，供生產(chǎn)燃料乙醇用。
4、醪渣脫水：采用離心分離機(jī)進(jìn)行醪渣料液分離，分離出的醪渣烘干處理后做有機(jī)肥或飼料；分離出的醪液可作為循環(huán)水或作為液體有機(jī)肥輸送至農(nóng)田灌溉。
5、燃料乙醇：利用得到的95度乙醇與汽油和添加劑充分調(diào)和后即得到清潔燃料--燃料乙醇，可用于直接發(fā)電或車用燃料。
本堿磨預(yù)處理秸稈的方法與蒸煮法、汽爆法、膨化法相比較，在秸稈深加工資源化原料預(yù)處理方面，能夠有效提高秸稈生物發(fā)酵消化性能、縮短生產(chǎn)周期、降低能源消耗、設(shè)備投資少，為秸稈的充分利 用開辟一種新的有效途徑。
堿磨預(yù)處理秸稈的方法，其特征在于：
1、堿磨預(yù)處理秸稈的方法所選用的磨機(jī)設(shè)備為可適用于濕法生產(chǎn)的立式砂磨機(jī)、臥式砂磨機(jī)、立式研磨機(jī)、臥式研磨機(jī)中的一種。
2、、氫氧化鈣、氫氧化鋁、氫氧化鎂中的一種；亦可采用以水為溶液與秸稈同時(shí)研磨后在容器內(nèi)按配比與堿混合進(jìn)行堿化處理。
3、加入一定質(zhì)量的水控制混合料液濃度為10-25％，然后同時(shí)進(jìn)行研磨，研磨后粒度小于20目；
4、經(jīng)過研磨后的料液進(jìn)入發(fā)酵罐進(jìn)行生物發(fā)酵物料混配，從而結(jié)束堿磨預(yù)處理工序。
5、生產(chǎn)過程產(chǎn)生的c2o回收與堿類物質(zhì)作用制作鹽產(chǎn)品，堿類物質(zhì)可以是氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氧化鈣、氫氧化鋁、氫氧化鎂中的一種。
本發(fā)明具有以下有益效果：
1、本發(fā)明在較高的溫度(45℃)下利用堿水預(yù)處理秸稈，微生物活性較高，生長速率快，可以快速地降解有機(jī)質(zhì)，縮短預(yù)處理時(shí)間并且快速啟動(dòng)發(fā)酵酸化反應(yīng)。
2、本發(fā)明利用不同工藝方法實(shí)現(xiàn)了生物學(xué)上的堿化階段、酸化階段和甲烷階段的分離，便于工藝過程控制，增強(qiáng)了秸稈纖維素和半纖維素分解，有利于生產(chǎn)過程的連續(xù)穩(wěn)定和高效運(yùn)行。
3、生產(chǎn)過程連續(xù)，可用于規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)，堿磨預(yù)處理后的連續(xù)式甲烷化容積率提高了90％以上，ts綜合利用率≥85％，明顯縮短了生產(chǎn)時(shí)間、提高設(shè)備綜合利用效率、降低了生產(chǎn)成本。
具體實(shí)施方法：
一、秸稈預(yù)處理
1、選用經(jīng)過自然風(fēng)干且沒有霉變的秸稈，用粉碎機(jī)粉碎至20目，經(jīng)過去士、去石處理，使物料含土率≤1％；把秸稈粉碎至2mm≤，進(jìn)行淋洗并且淋洗時(shí)間不少于10min。
2、堿磨：以氫氧化鈉為溶劑配制堿水，氫氧化鈉相對(duì)干物質(zhì)添加量為5--8％、40℃條件下配制堿水，并伴隨淋洗后物料進(jìn)入膠體磨，物料濃度為15％，在研磨至≤40目后排出使物料進(jìn)入發(fā)酵罐，經(jīng)過間歇性攪拌進(jìn)行堿處理6--10小時(shí)。
二、生物發(fā)酵
1、生物發(fā)酵在發(fā)酵罐中進(jìn)行，物料經(jīng)過堿化處理后，開動(dòng)攪拌器，采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2％稀硫酸調(diào)整物料混合液ph值為6.8-7.2；調(diào)整后物料擱置2h，再次開動(dòng)攪拌器，加入甲烷菌劑，菌劑添加量1--2kg/8m3。
2、厭氧發(fā)酵：進(jìn)入發(fā)酵罐混合液中其加入量為罐體容積的80～90％，物料濃度為10--20％；溫度控制在33--45度，ph值6.5--7.5，c∶n＝15～30∶1，完全發(fā)酵時(shí)間≤30d，此過程收集產(chǎn)生的沼氣；沼氣氣體成份比例大約為：甲烷濃度55％、co2濃度40％。
3、混合氣體提純：提純前甲烷≥55％可直接供燃?xì)鈾C(jī)發(fā)電；沼氣提純后甲烷濃度≥90％供民用；h2s回收為稀硫酸；c2o回收與氫氧化鉀作用制作碳酸鉀。該發(fā)酵工藝下秸稈沼氣日平均池容產(chǎn)氣率約為150m3/m3d，ch4含量約為55-60％。
4、有氧發(fā)酵：厭氧發(fā)酵后物料因空氣泵作用與空氣同時(shí)進(jìn)入有 氧發(fā)酵罐，造成微氧環(huán)境；使物料發(fā)酵體系中的固液質(zhì)量百分比為10--15％；使用釀酒酵母進(jìn)行發(fā)酵，酵母的濃度為1--3g/l(或?yàn)槲锪腺|(zhì)量的0.5～1.5％)，纖維素酶的用量為10fpu/g固形物；溶液糖分濃度控制在12％、于溫度35--40℃，ph為5.5的環(huán)境條件下發(fā)酵24--48h。
三、蒸餾：有氧發(fā)酵后的物料泵入蒸餾塔，通過蒸餾得到乙醇。
四、蒸餾后的物料泵入離心分離機(jī)進(jìn)入醪渣脫水工序。
五、醪渣脫水：采用離心分離機(jī)進(jìn)行醪渣料液分離，分離出的醪渣烘干處理后做有機(jī)肥或飼料；分離出的液體返回可用于循環(huán)水或作為液體有機(jī)肥用于農(nóng)田灌溉。
產(chǎn)量：秸稈沼氣日平均池容產(chǎn)氣率約為1.50m3/m3d，ch4含量約為55-60％，vs利用率≥90％。