專利名稱：秸稈厭氧發(fā)酵制備沼氣的方法及集中利用的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于廢棄物資源化利用領(lǐng)域，是一種農(nóng)村秸稈廢棄物制備沼氣的技術(shù)，同 時涉及了一種農(nóng)村秸稈制沼氣工程建設(shè)與運行的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
推動農(nóng)村城鎮(zhèn)化發(fā)展，建設(shè)資源節(jié)約、環(huán)境友好的城鎮(zhèn)發(fā)展格局是我國的既定目 標，其中小城鎮(zhèn)發(fā)展是城市化發(fā)展的重要一環(huán)，小城鎮(zhèn)的發(fā)展離不開集中化供氣和商品化 燃料生產(chǎn)和銷售，在我國發(fā)展農(nóng)村城鎮(zhèn)化集中供氣系統(tǒng)，如果仍然依靠現(xiàn)有的天然氣資源， 必將給我國已經(jīng)有限的天然氣資源造成更大沖擊。必需立足小城鎮(zhèn)發(fā)展實際，就地尋找資 源，發(fā)展可再生能源，才能夠保證我國小城鎮(zhèn)的可持續(xù)發(fā)展。利用農(nóng)村的秸稈等資源，發(fā)展 秸稈發(fā)酵制沼氣產(chǎn)業(yè)，建設(shè)秸稈資源化利用的沼氣工程與集中利用與供氣系統(tǒng)，符合小城 鎮(zhèn)發(fā)展的實際和需求，必將為我國的城市化進程，發(fā)展小城鎮(zhèn)經(jīng)濟提供支撐。秸稈資源在我國是一種極為豐富的農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源，年產(chǎn)量超過7億噸，如果 50%用于沼氣生產(chǎn)，可產(chǎn)生沼氣1600億立方，完全可以替代我國每年的天然氣需求，因此 開發(fā)潛力巨大。沼氣是一種可再生能源的重要產(chǎn)品，具有能量產(chǎn)出高和原料來源廣泛的優(yōu) 點，沼氣有多種用途，如經(jīng)過凈化后可替代天然氣，用作車用燃料、并網(wǎng)發(fā)電、燃燒供熱替代 煤炭等等，具有廣泛的商業(yè)化用途。但目前我國沼氣產(chǎn)業(yè)所用原料主要以各種禽畜糞便為主，以秸稈為原料的沼氣工 程數(shù)量很少，工藝落后，效率低下。制約秸稈沼氣工程發(fā)展的主要原因是目前現(xiàn)有的秸稈制 沼氣工藝技術(shù)落后、能源效率很低，另外一個主要原因則是秸稈制沼氣工程的單位投資收 益很低，工程規(guī)模小，沒有規(guī)模效應(yīng)。因此要充分發(fā)揮秸稈發(fā)酵制沼氣的潛力，推動秸稈能 源化利用產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，首先要發(fā)展適于秸稈發(fā)酵制沼氣的高效生產(chǎn)技術(shù)，其次要推廣 適于農(nóng)村秸稈制沼氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的工程模式，擴大秸稈制沼氣工程規(guī)模，但要突破秸稈收集 半徑的局限性，發(fā)展創(chuàng)新工程模式，推廣沼氣集中利用與供氣系統(tǒng)，使秸稈制沼氣工程產(chǎn)生 規(guī)模效益，極大的促進秸稈制沼氣產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種秸稈厭氧發(fā)酵制備沼氣的方法。本發(fā)明的又一目的在于提供一種將上述方法制備的沼氣集中利用的系統(tǒng)。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的秸稈厭氧發(fā)酵制備沼氣的方法，將干秸稈粉碎后 于50°C -60°C發(fā)酵；發(fā)酵過程中采用氮源調(diào)節(jié)發(fā)酵物料的碳氮比，物料碳氮元素質(zhì)量比 調(diào)為25 1-35 1 ；每千克秸稈中分別添加0.05-0. 15克的Co、0. 05-0. 12克的Ni和 0. 05-0. 25 克的 Fe。所述的方法中，每千克秸稈中還分別添加0-0. 000035克的B、0_0. 1克的Mo、 0-0. 015 克的 W、0-0. 002 克的 Mn 和 0-0. 0002 克的 Cu。所述的方法中，氮源為碳酸氫氨或/和尿素。
所述的方法中，秸稈為干秸稈和青貯秸稈。所述的方法中，干秸稈粉碎成平均粒徑20-40目，青貯秸稈粉碎成平均粒徑小于 2mm ο所述的方法中，發(fā)酵采用完全混合式厭氧發(fā)酵工藝。本發(fā)明提供的將上述制備的沼氣集中利用的系統(tǒng)，由分布在不同地點的多個秸稈 發(fā)酵制備沼氣的裝置通過輸送管道將沼氣集中在一起進行利用。所述的系統(tǒng)中，沼氣集中后進行凈化再利用。所述的系統(tǒng)中，沼氣凈化后的利用是用于制備車用氣體燃料、熱電聯(lián)產(chǎn)工程以及 制備天然氣。本發(fā)明以秸稈為原料的沼氣高效生產(chǎn)技術(shù)，可為具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ慕斩挵l(fā)酵制 沼氣產(chǎn)業(yè)提供核心技術(shù)。


圖1是本發(fā)明秸稈高溫發(fā)酵制沼氣工藝流程圖。圖2是本發(fā)明秸稈沼氣工程模式示意圖。
具體實施例方式請參閱圖1。本發(fā)明提供的秸稈發(fā)酵制沼氣技術(shù)，按照發(fā)酵過程順序包括發(fā)酵原 料粉碎預處理、原料碳氮比調(diào)節(jié)和微量元素調(diào)節(jié)、發(fā)酵原料進料、厭氧發(fā)酵、沼氣輸送、沼氣 處理與利用等6個步驟。本發(fā)明的物料預處理環(huán)節(jié)為粉碎，干秸稈粉碎物料平均粒徑為20-40目，青貯秸 稈粉碎物料平均粒徑小于2mm。粉碎后無需其它預處理環(huán)節(jié)。本發(fā)明的碳氮比調(diào)節(jié)方法是向秸稈中添加碳酸氫氨、尿素等氮肥，添加比例根據(jù) 秸稈本底碳氮比不同而有所變化，經(jīng)過碳氮比調(diào)節(jié)，秸稈物料的碳氮比應(yīng)在25/1-35/1范 圍內(nèi)。本發(fā)明的進料環(huán)節(jié)使用無軸輸送機為進料設(shè)備，可以直接進干物料，在無軸輸送 機將物料輸送至發(fā)酵罐之前，配以水和沼液混合物，將物料的固含率調(diào)節(jié)至12-20%。本發(fā)明的厭氧發(fā)酵環(huán)節(jié)要求遵循以下過程參數(shù)，物料停留時間40-50天，有機負 荷2-5gVS/L · d，發(fā)酵pH值控制在7. 1-7. 6之間。本發(fā)明的沼液回流環(huán)節(jié)應(yīng)當在出料后立刻進行，保持料液溫度，回流的發(fā)酵液中 的氮元素和微量元素算作進料氮元素和微量元素，不應(yīng)該重復計算、添加。本發(fā)明的工程化實施按照沼氣集中利用的模式進行，在玉米秸稈主產(chǎn)區(qū)，單處發(fā) 酵工程單元總發(fā)酵罐體積控制在12000m3以下，多處沼氣工程(圖2中的沼氣工程1、2、3、4、5、6…η)所產(chǎn)生的沼氣通過管道集中輸送和收集到 1處，通過沼氣集中處理與利用工程，進行集中處理與利用，如發(fā)電或生產(chǎn)高品質(zhì)天然氣。實施例1本發(fā)明的工藝技術(shù)和工程組織模式可以用于沼氣并網(wǎng)發(fā)電。以總工程規(guī)模2. 4萬 立方米的沼氣并網(wǎng)發(fā)電工程為實施案例加以說明。該工程年秸稈需求量為2. 5萬噸，玉米秸稈每季每畝產(chǎn)量約0. 6-0. 7噸，保守計
4算，秸稈供應(yīng)面積應(yīng)不低于4. 2萬畝耕地，考慮到一般玉米主產(chǎn)區(qū)，玉米種植面積約為當?shù)?耕地面積1/2，同時玉米秸稈也有其它用途，為保證充足的秸稈原料供應(yīng)，用于生物燃氣生 產(chǎn)的秸稈原料應(yīng)不超過收集范圍內(nèi)玉米秸稈年產(chǎn)量的1/3，因此工程所需秸稈收購面積應(yīng) 不低于168km2。在該區(qū)域設(shè)置3處沼氣工程，每處沼氣工程單元發(fā)酵罐總體積8000m3，生產(chǎn) 的沼氣通過管道輸送到沼氣處理工程進行集中并網(wǎng)發(fā)電。按照發(fā)明內(nèi)容要求，沼氣發(fā)酵過程物料停留時間40-50天、有機負荷率2_5gVS/ L*d、進料固含率12% -20%。工程實現(xiàn)正常運行后，每噸秸稈產(chǎn)沼氣300-450m3，甲烷濃度 50%-60%，沼氣采用原位脫硫工藝進行凈化，凈化后沼氣通過管道輸送至沼氣集中利用工 程進行集中發(fā)電。建設(shè)以上規(guī)模秸稈沼氣工程，使用本發(fā)明的工藝技術(shù)和工程運行模式，需要工程 投資M50萬元(不包括土地成本)，原料成本510萬元/年，工程其它費用(包括設(shè)備維 護、運輸費、人工費、電費、水費等)150萬元/年，發(fā)電收益920萬元/年，有機肥收益300 萬元/年，該工程可以實現(xiàn)年收益560萬元(不計稅收)。
權(quán)利要求
1.一種秸稈厭氧發(fā)酵制備沼氣的方法，將秸稈粉碎后于50°C -60°c發(fā)酵；發(fā)酵過程中 采用氮源調(diào)節(jié)發(fā)酵物料的碳氮比，物料碳氮元素質(zhì)量比調(diào)為25 1-35 1;每千克秸稈中 分別添加 0. 05-0. 15 克的 Co、0. 05-0. 12 克的 Ni 和 0. 05-0. 25 克的 Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，每千克秸稈中分別添加0-0.000035克的B、 0-0. 1 克的 Mo、0-0. 015 克的 W、0-0. 002 克的 Mn 和 0-0. 0002 克的 Cu。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，氮源為碳酸氫氨或/和尿素。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，秸稈為干秸稈和青貯秸稈。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，干秸稈粉碎成平均粒徑20-40目，青貯秸稈粉碎 成平均粒徑小于2mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，發(fā)酵采用完全混合式厭氧發(fā)酵工藝。
7.一種將權(quán)利要求1制備的沼氣集中利用的系統(tǒng)，由分布在不同地點的多個秸稈發(fā)酵 制備沼氣的裝置通過輸送管道將沼氣集中在一起進行利用。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，沼氣集中后進行凈化再利用。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，沼氣凈化后的利用是用于制備車用氣體燃料、熱 電聯(lián)產(chǎn)工程以及制備天然氣。
全文摘要
一種秸稈厭氧發(fā)酵制沼氣的技術(shù)和一種沼氣集中利用的工程模式。本發(fā)明的秸稈厭氧發(fā)酵制沼氣技術(shù)，以玉米秸稈為發(fā)酵原料，包括秸稈粉碎預處理、秸稈濕法高溫厭氧發(fā)酵與秸稈發(fā)酵過程營養(yǎng)元素及微量元素調(diào)節(jié)工藝。本發(fā)明的沼氣集中利用工程模式，由多個沼氣工程與沼氣集中處理與利用工程組成，分布在不同地點的沼氣工程生產(chǎn)的沼氣，通過管道輸送匯集后，通過沼氣處理與利用工程進行集中處理與利用。該發(fā)明不僅包括秸稈發(fā)酵制沼氣的技術(shù)，同時提出了一種符合農(nóng)村秸稈資源狀況的集中型沼氣工程建設(shè)與運行模式，縮小了秸稈收集半徑，對于進行農(nóng)村秸稈資源化利用，促進農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義，具有良好的經(jīng)濟社會效益。
文檔編號C12P5/02GK102140479SQ20101010307
公開日2011年8月3日 申請日期2010年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月1日
發(fā)明者孟憲武, 李瀟萍, 羅生軍, 許曉暉, 郭榮波 申請人:中國科學院青島生物能源與過程研究所