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      以沼液和秸稈水解液制備氨基酸及分離CO2的系統(tǒng)與方法與流程

      文檔序號:11972896閱讀:551來源:國知局
      本發(fā)明涉及沼氣工程與CO2吸收分離一體化的技術(shù)領(lǐng)域,具體地指一種以沼液和秸稈水解液制備氨基酸及分離CO2的系統(tǒng)與方法。技術(shù)背景目前沼氣、垃圾填埋氣和生物質(zhì)熱解氣等富CO2氣體中CO2分離技術(shù)主要有化學吸收法、物理吸附法、膜分離技術(shù)等,其中技術(shù)最成熟、工程應(yīng)用最廣泛的是化學吸收法。CO2化學吸收法具有CO2分離效率高、分離過程中目標氣體損失少等優(yōu)點。如分離沼氣中的CO2時以CH4為目標氣體,具有對氣體分壓適應(yīng)性廣、操作簡單和商業(yè)應(yīng)用廣等優(yōu)點,是近期可以大規(guī)模推廣應(yīng)用的技術(shù)之一。但傳統(tǒng)化學吸收技術(shù)存在CO2分離成本過高及環(huán)境風險較大等關(guān)鍵瓶頸亟待解決。CO2化學分離成本高,主要歸因于常規(guī)吸收劑高CO2反應(yīng)速率與低再生能耗特性不能完美匹配,從而導致吸收劑富CO2溶液再生熱耗巨大或系統(tǒng)投資巨大。同時,吸收劑在循環(huán)運行中存在揮發(fā)、降解、夾帶等問題,從而造成吸收劑的補充量大,且揮發(fā)的吸收劑和降解產(chǎn)物處理不當也易造成對人體健康與環(huán)境的威脅。為解決此問題,滿足“低降解、低再生能耗、高CO2吸收速率和高CO2攜帶能力”的新型單一吸收劑或混合吸收劑成為目前的研究重點。在眾多吸收劑中,由氨基酸與強堿中和反應(yīng)而生成的AAS(Aminoacidsalt,氨基酸鹽吸收劑)值得重視。氨基酸鹽吸收劑分子結(jié)構(gòu)中擁有與傳統(tǒng)有機胺相同的氨基官能團,其CO2吸收能力可與有機胺相比,甚至更高。同時,氨基酸鹽吸收劑的離子特性使其具有零蒸氣分壓及抗氧化降解等特性,因而其揮發(fā)損失和氧化降解損失可忽略不計。另外,由于氨基酸大多源于自然界,因而具有良好的生物降解特性,處理處置容易,環(huán)境風險小。因此,氨基酸鹽吸收劑被稱為綠色吸收劑或環(huán)境友好型吸收劑,可用于解決目前CO2化學吸收法工藝中存在的高吸收劑損失及環(huán)境威脅較大等難題。但是,在CO2吸收-再生循環(huán)工藝中,氨基酸鹽吸收劑依然需要采用熱再生工藝,因而其能耗與傳統(tǒng)有機胺吸收劑相當、甚至更高。如果僅僅采用氨基酸鹽吸收劑來替換傳統(tǒng)有機胺吸收劑,依然不能解決CO2再生能耗高的問題。由于氨基酸鹽吸收劑具有優(yōu)異的生物降解特性,處理處置容易,如果能在使用氨基酸鹽吸收劑的基礎(chǔ)上,將能耗巨大的再生過程摒棄,將CO2吸收-再生工藝簡化為僅存在CO2吸收過程的單流程工藝,并將生成的富CO2吸收劑溶液與沼氣工程中產(chǎn)生的沼液按比例混合后應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn),促進農(nóng)林作物或植物生長發(fā)育,將CO2固化在植物機體或土壤中,勢必會大幅降低CO2分離成本,同時亦可實現(xiàn)CO2的低成本儲存與應(yīng)用。顯然,基于氨基酸鹽吸收劑的CO2吸收單循環(huán)工藝需要解決的主要瓶頸為氨基酸的來源,需要滿足低價、量廣的基本要求。盡管目前氨基酸生產(chǎn)工藝已經(jīng)比較成熟,但大多采用微生物發(fā)酵方式直接生產(chǎn)單一型氨基酸,原料成本較高,過程控制較嚴格。如果將氨基酸應(yīng)用到CO2吸收單循環(huán)工藝中,勢必會造成氨基酸的供不應(yīng)求,同時還將造成CO2吸收成本的大幅上升。因此,如能以有機廢棄物作為發(fā)酵底物制備廉價的復合型氨基酸,不僅可以實現(xiàn)基于氨基酸鹽吸收劑的CO2吸收單循環(huán)工藝,同時可以減少相關(guān)廢棄物隨意排放所造成的環(huán)境污染風險。在傳統(tǒng)發(fā)酵型氨基酸生產(chǎn)工藝中,微生物生長所必需的碳源和氮源添加成本較高,如使用葡萄糖作為碳源、豆粕作為氮源等。沼液是沼氣發(fā)酵過程中產(chǎn)生的一種高氨氮、高COD(ChemicalOxygenDemand,化學需氧量)的廢液,盡管其可以作為肥料澆灌農(nóng)作物,但大量的過剩沼液成為難以處理的廢棄物,極易造成環(huán)境的二次污染。沼液中的氨氮能夠作為假絲酵母菌生長的氮源,而秸稈水解液中高濃度葡萄糖可為其生長提供碳源,利用兩種廢棄物進行發(fā)酵,理論上在得到廉價氨基酸的同時,還可降低沼液中大部分氨氮,使之更容易處理或應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。因此,需要開發(fā)一種以沼液和秸稈水解液制備氨基酸及分離CO2的系統(tǒng)與方法,該系統(tǒng)和方法能通過沼液和秸稈水解液發(fā)酵,得到廉價的可再生復合氨基酸,并將復合氨基酸作為CO2化學吸收劑進行單循環(huán)CO2吸收應(yīng)用,大部分吸收富液與發(fā)酵后的低氨氮沼液混合可直接用于農(nóng)業(yè)應(yīng)用或拋棄。

      技術(shù)實現(xiàn)要素:
      本發(fā)明的目的就是要提供一種以沼液和秸稈水解液制備氨基酸及分離CO2的系統(tǒng)與方法。該系統(tǒng)和方法利用秸稈水解液和沼液進行假絲酵母菌發(fā)酵,酵母水解后得到復合氨基酸,復合氨基酸再通過KOH(氫氧化鉀)中和后生成相對廉價的復合氨基酸鹽,并將其應(yīng)用于CO2吸收分離,將富CO2氨基酸鹽溶液與發(fā)酵后沼液按一定比例混合應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn),有效規(guī)避了傳統(tǒng)化學吸收劑降解損失量大、再生能耗高等弊端。同時去除了沼液中大部分氨氮,提高沼液中營養(yǎng)成份含量,使沼液更容易處理和應(yīng)用,達到在能源與環(huán)境兩方面雙贏的效果。為實現(xiàn)此目的,本發(fā)明所設(shè)計的以沼液和秸稈水解液制備氨基酸及分離CO2的系統(tǒng),其特征在于:包括沼氣工程發(fā)酵設(shè)備、沼液沉淀設(shè)備、沼液離心設(shè)備、攪拌發(fā)酵設(shè)備、第一過濾器、秸稈糖化反應(yīng)設(shè)備、秸稈水洗設(shè)備、秸稈預處理反應(yīng)器、懸濁發(fā)酵液離心設(shè)備、沼液儲液罐、酵母水解反應(yīng)器、第二過濾器、酵母水解液濃縮設(shè)備、氨基酸鹽反應(yīng)器、CO2吸收設(shè)備、三通閥、富液解吸設(shè)備、提純氣儲氣罐,它還包括第一輸送泵、第二輸送泵、第三輸送泵、熱交換器、第四輸送泵,其中,沼氣工程發(fā)酵設(shè)備的新鮮沼液出口連接沼液沉淀設(shè)備的新鮮沼液入口,沼液沉淀設(shè)備的沼液出口通過第一輸送泵連接沼液離心設(shè)備的沼液入口,沼液離心設(shè)備的上清液出口連接攪拌發(fā)酵設(shè)備的上清液入口,攪拌發(fā)酵設(shè)備還設(shè)有假絲酵母菌入口;秸稈預處理反應(yīng)器設(shè)有第一秸稈出口、第一秸稈入口、NaOH溶液入口,秸稈預處理反應(yīng)器的第一秸稈出口連接秸稈水洗設(shè)備的第二秸稈入口,秸稈水洗設(shè)備的第二秸稈出口連接秸稈糖化反應(yīng)設(shè)備的第三秸稈入口,秸稈糖化反應(yīng)設(shè)備還設(shè)有纖維素酶、緩沖溶液入口,秸稈糖化反應(yīng)設(shè)備的秸稈糖化液出口連接第一過濾器的秸稈糖化液入口,第一過濾器的秸稈糖化濾液出口連接攪拌發(fā)酵設(shè)備的秸稈糖化濾液入口,攪拌發(fā)酵設(shè)備的發(fā)酵液出口通過第二輸送泵連接懸濁發(fā)酵液離心設(shè)備的發(fā)酵液入口,懸濁發(fā)酵液離心設(shè)備的低氨氮沼液出口連接沼液儲液罐的低氨氮沼液入口;懸濁發(fā)酵液離心設(shè)備的酵母泥出口連接酵母水解反應(yīng)器的酵母泥入口,酵母水解反應(yīng)器還設(shè)有木瓜蛋白酶、緩沖溶液及誘導劑入口,酵母水解反應(yīng)器的酵母水解液出口連接第二過濾器的酵母水解液入口,第二過濾器的酵母水解濾液出口連接酵母水解液濃縮設(shè)備的酵母水解濾液入口,酵母水解液濃縮設(shè)備的復合氨基酸出口連接氨基酸鹽反應(yīng)器的復合氨基酸入口,氨基酸鹽反應(yīng)器還設(shè)有KOH溶液入口,氨基酸鹽反應(yīng)器的復合氨基酸鹽溶液出口連接CO2吸收設(shè)備的復合氨基酸鹽溶液入口,CO2吸收設(shè)備還設(shè)有富碳氣體入口、提純氣出口,CO2吸收設(shè)備的提純氣出口連接提純氣儲氣罐的提純氣入口;CO2吸收設(shè)備的富液出口通過第三輸送泵連接三通閥的第一接口,三通閥的第二接口連接沼液儲液罐的第一富液入口,沼液儲液罐還設(shè)有第一富液出口;三通閥的第三接口連接熱交換器的低溫富液入口,熱交換器的高溫富液出口連接富液解吸設(shè)備的第二富液入口,富液解吸設(shè)備還設(shè)有加熱器、空氣入口、富碳氣體出口,富液解吸設(shè)備的高溫貧液出口連接熱交換器的高溫貧液入口,熱交換器的低溫貧液出口通過第四輸送泵連接氨基酸鹽反應(yīng)器的復合氨基酸鹽出口與CO2吸收設(shè)備的氨基酸鹽入口之間的輸送管路。上述技術(shù)方案中,所述沼液沉淀設(shè)備的沼液出口與沼液離心設(shè)備的沼液入口之間的管路內(nèi)設(shè)有第一流量計和第一輸送泵,所述沼液離心設(shè)備的上清液出口與攪拌發(fā)酵設(shè)備的上清液入口之間的管路內(nèi)設(shè)有第二流量計,第一過濾器的秸稈糖化濾液出口與攪拌發(fā)酵設(shè)備的秸稈糖化濾液入口之間的管路內(nèi)設(shè)有第三流量計,秸稈糖化反應(yīng)設(shè)備的纖維素酶、緩沖溶液入口處設(shè)有第四流量計,秸稈預處理反應(yīng)器的NaOH溶液入口處設(shè)有第五流量計,攪拌發(fā)酵設(shè)備的發(fā)酵液出口與懸濁發(fā)酵液離心設(shè)備的發(fā)酵液入口之間的管路內(nèi)設(shè)有第二輸送泵和第六流量計,懸濁發(fā)酵液離心設(shè)備的酵母泥出口與酵母水解反應(yīng)器的酵母泥入口之間的管路內(nèi)設(shè)有質(zhì)量傳感器,酵母水解液濃縮設(shè)備的復合氨基酸出口與氨基酸鹽反應(yīng)器的復合氨基酸入口之間的管路內(nèi)設(shè)有氨基酸濃度傳感器,氨基酸鹽反應(yīng)器的KOH溶液入口處設(shè)有第七流量計,氨基酸鹽反應(yīng)器的復合氨基酸鹽溶液出口與CO2吸收設(shè)備的復合氨基酸鹽溶液入口之間的管路內(nèi)設(shè)有第八流量計,CO2吸收設(shè)備的富碳氣體入口處設(shè)有第一CO2濃度傳感器,CO2吸收設(shè)備的富液出口與三通閥的第一接口之間的管路內(nèi)設(shè)有第九流量計和第三輸送泵,三通閥的第二接口與沼液儲液罐的第一富液入口之間的管路內(nèi)設(shè)有第十流量計,三通閥的第三接口與熱交換器的低溫富液入口之間設(shè)有第十一流量計,熱交換器的高溫富液出口與富液解吸設(shè)備的第二富液入口之間的管路內(nèi)設(shè)有溫度傳感器,富液解吸設(shè)備的富碳氣體出口處設(shè)有第二CO2濃度傳感器,富液解吸設(shè)備的空氣入口處設(shè)有第十二流量計。一種利用上述以沼液和秸稈水解液制備氨基酸及分離CO2的系統(tǒng)制備氨基酸及分離CO2的方法,其特征在于,包括如下步驟:步驟1:沼氣工程發(fā)酵設(shè)備產(chǎn)生的新鮮沼液由新鮮沼液出口進入沼液沉淀設(shè)備,在沼液沉淀設(shè)備中自然沉淀1~2天后由沼液出口2進入沼液離心設(shè)備,在沼液離心設(shè)備中沼液以1900~2100r/min的轉(zhuǎn)速離心15~25min,脫除沼液中大粒徑懸浮顆粒,使懸浮顆粒直徑范圍在4~5μm,離心得到的沼液上清液通過上清液出口進入攪拌發(fā)酵設(shè)備;步驟2:秸稈由第一秸稈入口進入秸稈預處理反應(yīng)器中,進料時調(diào)節(jié)秸稈預處理反應(yīng)器中秸稈的濃度為40~60g/L,NaOH溶液通過NaOH溶液入口進入秸稈預處理反應(yīng)器中,在35~40℃的溫度條件下處理時間5~7小時;經(jīng)過NaOH預處理的秸稈通過第一秸稈出口進入秸稈水洗設(shè)備,經(jīng)過水洗后由第三秸稈入口進入秸稈糖化反應(yīng)設(shè)備,檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液(即該緩沖液由檸檬酸和檸檬酸鈉配制而成)和纖維素酶通過纖維素酶、緩沖溶液入口進入秸稈糖化反應(yīng)設(shè)備中,水解糖化反應(yīng)23~24小時,得到秸稈糖化液;秸稈糖化液由秸稈糖化液出口進入第一過濾器,在第一過濾器中濾去殘渣后得到秸稈糖化濾液,秸稈糖化濾液通過秸稈糖化濾液入口輸送至攪拌發(fā)酵設(shè)備;步驟3:通過第二流量計和第三流量計控制沼液上清液和秸稈糖化濾液的進料體積比為1:2,假絲酵母菌由假絲酵母菌入口進入攪拌發(fā)酵設(shè)備,在發(fā)酵液中按1L發(fā)酵液接入30mL新鮮菌液的接種量接種假絲酵母菌,控制攪拌發(fā)酵設(shè)備中溫度為35~38℃、pH為3.0~5.0,好氧發(fā)酵2.5~3.5天,得到懸濁發(fā)酵液;步驟4:步驟3中發(fā)酵完成的懸濁發(fā)酵液通過第二輸送泵由發(fā)酵液入口輸送至懸濁發(fā)酵液離心設(shè)備中,懸濁發(fā)酵液在1900~2100r/min的轉(zhuǎn)速下離心10~15min,懸濁發(fā)酵液經(jīng)過離心分離形成低氨氮沼液和酵母泥,低氨氮沼液通過低氨氮沼液出口進入沼液儲液罐;在懸濁發(fā)酵液離心設(shè)備離心分離得到的酵母泥通過酵母泥出口進入酵母水解反應(yīng)器;步驟5:酵母泥在酵母水解反應(yīng)器中先進行自溶,后進行水解,通過質(zhì)量傳感器控制進入酵母水解反應(yīng)器中酵母泥的質(zhì)量,再經(jīng)木瓜蛋白酶、緩沖溶液及誘導劑入口向酵母水解反應(yīng)器進水配制成濃度為180~220g/L的菌懸濁液,調(diào)節(jié)酵母水解反應(yīng)器的溫度為50~60℃、pH為5.0~6.0,再由木瓜蛋白酶、緩沖溶液及誘導劑入口加入質(zhì)量分數(shù)為2~5%的氯化鈉自溶15~17小時,自溶完成后,通過木瓜蛋白酶、緩沖溶液及誘導劑入口補充質(zhì)量分數(shù)為0.7~1.0%的木瓜蛋白酶,水解22~24小時,得到酵母水解液,酵母水解液通過酵母水解液出口進入第二過濾器,在第二過濾器中酵母水解液濾去殘渣得到上清液,上清液通過酵母水解濾液出口14.2進入酵母水解液濃縮設(shè)備,在酵母水解液濃縮設(shè)備中對酵母水解濾液濃縮10~15倍得到濃度為0.5~1mol/L的復合氨基酸,復合氨基酸由復合氨基酸出口進入氨基酸鹽反應(yīng)器,與由KOH溶液入口進入的濃度為1mol/L的KOH等體積反應(yīng),生成濃度為0.5~1mol/L的復合氨基酸鉀溶液,復合氨基酸鉀溶液由復合氨基酸鹽溶液出口進入CO2吸收設(shè)備頂部的復合氨基酸鹽溶液入口;步驟6:富CO2氣體通過富碳氣體入口進入CO2吸收設(shè)備的下部,復合氨基酸鉀溶液在塔內(nèi)進行CO2的吸收,富CO2氣體去除CO2后得到提純氣體,提純氣體由提純氣出口進入提純氣儲氣罐,吸收了CO2的復合氨基酸鉀溶液轉(zhuǎn)化成富液;步驟7:從CO2吸收設(shè)備底部富液出口流出的富液,根據(jù)CO2氣體需要量通過三通閥來控制分配富液用于直接利用或摒棄與再生的比例,其中,用于直接利用或摒棄的富液通過第二接口進入沼液儲液罐;用于再生的富液通過第三接口進入熱交換器的低溫富液入口,用于再生的富液在熱交換器中加熱升溫至60~80℃后,由高溫富液出口進入富液解吸設(shè)備頂部,并在富液解吸設(shè)備底部被加熱器加熱到100~115℃,使得CO2從富液中擴散出來,同時用空氣輔佐吹掃再生,空氣通過空氣入口從富液解吸設(shè)備下部進入,空氣攜帶從富液中擴散出來的CO2通過富碳氣體出口從富液解吸設(shè)備的頂部排出,通過調(diào)節(jié)吹掃空氣的溫度、流量,使得從富液解吸設(shè)備頂部排出的氣體中CO2體積分數(shù)達到800~1000ppmv;富液釋放出CO2后再生成貧液,再生后的貧液通過高溫貧液出口從富液解吸設(shè)備底部流出,由高溫貧液入口進入熱交換器完成熱交換降溫后,通過第四輸送泵并入氨基酸鹽反應(yīng)器的復合氨基酸鹽出口與CO2吸收設(shè)備的氨基酸鹽入口之間的輸送管道內(nèi)。上述技術(shù)方案中,所述步驟2中秸稈采用粉碎處理,粉碎后秸稈的粒徑為0.5~1mm。上述技術(shù)方案中,所述步驟2中秸稈糖化反應(yīng)設(shè)備內(nèi)設(shè)有溫度傳感器和pH傳感器,所述秸稈糖化反應(yīng)設(shè)備內(nèi)進行水解糖化反應(yīng)的溫度為50~55℃、pH值為4~6。上述技術(shù)方案中,所述步驟3中攪拌發(fā)酵設(shè)備內(nèi)設(shè)有用于攪拌菌體和發(fā)酵液的攪拌裝置,所述發(fā)酵設(shè)備還設(shè)有通氣口。上述技術(shù)方案中,所述步驟3得到的懸濁發(fā)酵液的氨氮濃度為30~100mg/L。上述技術(shù)方案中,所述步驟5中酵母水解反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有溫度傳感器、pH傳感器,所述酵母水解反應(yīng)器底部設(shè)有加熱裝置,通過與溫度傳感器配合控制反應(yīng)溫度。上述技術(shù)方案中,所述步驟5中酵母水解液濃縮設(shè)備的濾膜為卷式納濾膜,所述酵母水解液濃縮設(shè)備中過濾采用錯流過濾方式。上述技術(shù)方案中,所述步驟7中CO2吸收設(shè)備和富液解吸設(shè)備采用填料塔或疏水性中空纖維膜接觸器。本發(fā)明的有益效果為:1、本發(fā)明以有機質(zhì)厭氧發(fā)酵所產(chǎn)生的低成本沼液及廢棄農(nóng)作物秸稈為底物,通過微生物發(fā)酵和水解作用,得到低成本的復合氨基酸,并以其為環(huán)境友好型CO2吸收劑,應(yīng)用于沼氣、生物質(zhì)熱解氣等富CO2氣體的CO2吸收中,且大部分富液與沼液混合應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn),可有效規(guī)避傳統(tǒng)化學吸收劑的高再生能耗問題,降低了工業(yè)中CO2分離成本;同時,也降低了揮發(fā)的吸收劑和降解產(chǎn)物的處理處置對人體健康與環(huán)境的潛在威脅。2、本發(fā)明經(jīng)過酵母發(fā)酵后的沼液不僅保留了原有營養(yǎng)物質(zhì)、去除了大部分氨氮,更提高了沼液中氨基酸、蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)含量,使沼液在應(yīng)用及處理過程中更加方便,提高了其利用價值,降低了處理成本;沼液與富CO2氨基酸鹽溶液混合后應(yīng)用于農(nóng)林生態(tài),不僅能夠改善土壤質(zhì)量,增加農(nóng)林植物的生物質(zhì)產(chǎn)量,還可以將富液中的CO2轉(zhuǎn)移到植物體內(nèi),達到進一步利用植物固定CO2的目的。3、本發(fā)明以系統(tǒng)中產(chǎn)生的CO2氣肥和富CO2氨基酸鹽與沼液混合溶液為CO2載體,從氣相和液相兩方面為農(nóng)林作物和植物生長提供生長所必須的CO2,可有效提高農(nóng)林作物和植物的產(chǎn)量,還可加強對CO2的固定,一舉多得。4、本發(fā)明增大了對秸稈的利用量,減少了由于焚燒秸稈而給環(huán)境帶來的污染。5、本發(fā)明中沼液沉淀、離心后的沼渣可以作為固體營養(yǎng)原料,促進農(nóng)林作物和植物生長的同時降低肥料成本。說明書附圖圖1為本發(fā)明以沼液和秸稈水解液制備氨基酸及分離CO2的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與流程示意圖。其中,1—沼氣工程發(fā)酵設(shè)備、1.1—新鮮沼液出口、2—沼液沉淀設(shè)備、2.1—新鮮沼液入口、2.2—沼液出口、3—第一輸送泵、4—沼液離心設(shè)備、4.1—沼液入口、4.2—上清液出口、5—攪拌發(fā)酵設(shè)備、5.1—上清液入口、5.2—假絲酵母菌入口、5.3—秸稈糖化濾液入口、5.4—發(fā)酵液出口、6—第一過濾器、6.1—秸稈糖化濾液出口、6.2—秸稈糖化液入口、7—秸稈糖化反應(yīng)設(shè)備、7.1—秸稈糖化液出口、7.2—纖維素酶、緩沖溶液入口、7.3—第三秸稈入口、8—秸稈水洗設(shè)備、8.1—第二秸稈出口、8.2—第二秸稈入口、9—秸稈預處理反應(yīng)器、9.1—第一秸稈出口、9.2—第一秸稈入口、9.3—NaOH溶液入口、10—第二輸送泵、11—懸濁發(fā)酵液離心設(shè)備、11.1—發(fā)酵液入口、11.2—酵母泥出料口、11.3—低氨氮沼液出液口、12—沼液儲液罐、12.1—酵母泥出口、12.2—第一富液入口、12.3—第一富液出口、13—酵母水解反應(yīng)器、13.1—酵母泥入口、13.2—木瓜蛋白酶、緩沖溶液及誘導劑入口、13.3—酵母水解液出口、14—第二過濾器、14.1—酵母水解液入口、14.2—酵母水解濾液出口、15—酵母水解液濃縮設(shè)備、15.1—酵母水解濾液入口、15.2—復合氨基酸出口、16—氨基酸鹽反應(yīng)器、16.1—復合氨基酸入口、16.2—KOH溶液入口、16.3—復合氨基酸鹽溶液出口、17—CO2吸收設(shè)備、17.1—復合氨基酸鹽溶液入口、17.2—富碳氣體入口、17.3—提純氣出口、17.4—富液出口、18—第三輸送泵、19—三通閥、19.1—第一接口、19.2—第二接口、19.3—第三接口、20—熱交換器、20.1—低溫富液入口、20.2—高溫富液出口、20.3—高溫貧液入口、20.4—低溫貧液出口、21—加熱器、22—富液解吸設(shè)備、22.1—第二富液入口、22.2—空氣入口、22.3—高溫貧液出口、22.4—富碳氣體出口、23—第四輸送泵、24—提純氣儲氣罐、24.1—提純氣入口、25.1—第一流量計、25.2—第二流量計、25.3—第三流量計、25.4—第四流量計、25.5—第五流量計、25.6—第六流量計、25.7—第七流量計、25.8—第八流量計、25.9—第九流量計、25.10—第十流量計、25.11—第十一流量計、25.12—第十二流量計、26—溫度傳感器、27—質(zhì)量傳感器、28.1—氨基酸濃度傳感器、28.2—第一CO2濃度傳感器、28.3—第二CO2濃度傳感器。具體實施方式以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明:如圖1所示的以沼液和秸稈水解液制備氨基酸及分離CO2的系統(tǒng),包括沼氣工程發(fā)酵設(shè)備1、沼液沉淀設(shè)備2、沼液離心設(shè)備4、攪拌發(fā)酵設(shè)備5、第一過濾器6、秸稈糖化反應(yīng)設(shè)備7、秸稈水洗設(shè)備8、秸稈預處理反應(yīng)器9、懸濁發(fā)酵液離心設(shè)備11、沼液儲液罐12、酵母水解反應(yīng)器13、第二過濾器14、酵母水解液濃縮設(shè)備15、氨基酸鹽反應(yīng)器16、CO2吸收設(shè)備17、三通閥19、富液解吸設(shè)備22、提純氣儲氣罐24,它還包括第一輸送泵3、第二輸送泵10、第三輸送泵18、熱交換器20、第四輸送泵23,其中,沼氣工程發(fā)酵設(shè)備1的新鮮沼液出口1.1連接沼液沉淀設(shè)備2的新鮮沼液入口2.1,沼液沉淀設(shè)備2的沼液出口2.2通過第一輸送泵3連接沼液離心設(shè)備4的沼液入口4.1,沼液離心設(shè)備4的上清液出口4.2連接攪拌發(fā)酵設(shè)備5的上清液入口5.1,攪拌發(fā)酵設(shè)備5還設(shè)有假絲酵母菌入口5.2;秸稈預處理反應(yīng)器9設(shè)有第一秸稈出口9.1、第一秸稈入口9.2、NaOH溶液入口9.3,秸稈預處理反應(yīng)器9的第一秸稈出口9.1連接水洗設(shè)備8的第二秸稈入口8.2,水洗設(shè)備8的第二秸稈出口8.1連接秸稈糖化反應(yīng)設(shè)備7的第三秸稈入口7.3,秸稈糖化反應(yīng)設(shè)備7還設(shè)有纖維素酶、緩沖溶液入口7.2,秸稈糖化反應(yīng)設(shè)備7的秸稈糖化液出口7.1連接第一過濾器6的秸稈糖化液入口6.2,第一過濾器6的秸稈糖化濾液出口6.1連接攪拌發(fā)酵設(shè)備5的秸稈糖化濾液入口5.3,攪拌發(fā)酵設(shè)備5的發(fā)酵液出口5.4通過第二輸送泵10連接懸濁發(fā)酵液離心設(shè)備11的發(fā)酵液入口11.1,懸濁發(fā)酵液離心設(shè)備11的低氨氮沼液出口11.3連接沼液儲液罐12的低氨氮沼液入口12.1;懸濁發(fā)酵液離心設(shè)備11的酵母泥出口11.2連接酵母水解反應(yīng)器13的酵母泥入口13.1,酵母水解反應(yīng)器13還設(shè)有木瓜蛋白酶、緩沖溶液及誘導劑入口13.2,酵母水解反應(yīng)器13的酵母水解液出口13.3連接第二過濾器14的酵母水解液入口14.1,第二過濾器14的酵母水解濾液出口14.2連接酵母水解液濃縮設(shè)備15的酵母水解濾液入口15.1,酵母水解液濃縮設(shè)備15的復合氨基酸出口15.2連接氨基酸鹽反應(yīng)器16的復合氨基酸入口16.1,氨基酸鹽反應(yīng)器16還設(shè)有KOH溶液入口16.2,氨基酸鹽反應(yīng)器16的復合氨基酸鹽溶液出口16.3連接CO2吸收設(shè)備17的復合氨基酸鹽溶液入口17.1,CO2吸收設(shè)備17還設(shè)有富碳氣體入口17.2、提純氣出口17.3,CO2吸收設(shè)備17的提純氣出口17.3連接提純氣儲氣罐24的提純氣入口24.1;CO2吸收設(shè)備17的富液出口17.4通過第三輸送泵18連接三通閥19的第一接口19.1,三通閥19的第二接口19.2連接沼液儲液罐12的第一富液入口12.2,沼液儲液罐12還設(shè)有第一富液出口12.3;三通閥19的第三接口19.3連接熱交換器20的低溫富液入口20.1,熱交換器20的高溫富液出口20.2連接富液解吸設(shè)備22的第二富液入口22.1,富液解吸設(shè)備22還設(shè)有加熱器21、空氣入口22.2、CO2氣體出口22.4,富液解吸設(shè)備22的貧液出口22.3連接熱交換器20的高溫貧液入口20.3,熱交換器20的低溫貧液出口20.4通過第四輸送泵23連接氨基酸鹽反應(yīng)器16的復合氨基酸鹽出口16.3與CO2吸收設(shè)備17的氨基酸鹽入口17.1之間的輸送管路。上述技術(shù)方案中,所述沼液沉淀設(shè)備2的沼液出口2.2與沼液離心設(shè)備4的沼液入口4.1之間的管路內(nèi)設(shè)有第一流量計25.1和第一輸送泵3,所述沼液離心設(shè)備4的上清液出口4.2與攪拌發(fā)酵設(shè)備5的上清液入口5.1之間的管路內(nèi)設(shè)有第二流量計25.2,第一過濾器6的秸稈糖化濾液出口6.1與攪拌發(fā)酵設(shè)備5的秸稈糖化濾液入口5.3之間的管路內(nèi)設(shè)有第三流量計25.3,秸稈糖化反應(yīng)設(shè)備7的纖維素酶、緩沖溶液入口7.2處設(shè)有第四流量計25.4,秸稈預處理反應(yīng)器9的NaOH溶液入口9.3處設(shè)有第五流量計25.5,攪拌發(fā)酵設(shè)備5的發(fā)酵液出口5.4與懸濁發(fā)酵液離心設(shè)備11的發(fā)酵液入口11.1之間的管路內(nèi)設(shè)有第二輸送泵10和第六流量計25.6,懸濁發(fā)酵液離心設(shè)備11的酵母泥出口11.2與酵母水解反應(yīng)器13的酵母泥入口13.1之間的管路內(nèi)設(shè)有質(zhì)量傳感器27,酵母水解液濃縮設(shè)備15的復合氨基酸出口15.2與氨基酸鹽反應(yīng)器16的復合氨基酸入口16.1之間的管路內(nèi)設(shè)有氨基酸濃度傳感器28.1,氨基酸鹽反應(yīng)器16的KOH溶液入口16.2處設(shè)有第七流量計25.7,氨基酸鹽反應(yīng)器16的復合氨基酸鹽溶液出口16.3與CO2吸收設(shè)備17的復合氨基酸鹽溶液入口17.1之間的管路內(nèi)設(shè)有第八流量計25.8,CO2吸收設(shè)備17的富碳氣體入口17.2處設(shè)有第一CO2濃度傳感器28.2,CO2吸收設(shè)備17的富液出口17.4與三通閥19的第一接口19.1之間的管路內(nèi)設(shè)有第九流量計25.9和第三輸送泵18,三通閥19的第二接口19.2與沼液儲液罐12的第一富液入口12.2之間的管路內(nèi)設(shè)有第十流量計25.10,三通閥19的第三接口19.3與熱交換器20的低溫富液入口20.1之間設(shè)有第十一流量計25.11,熱交換器20的高溫富液出口20.2與富液解吸設(shè)備22的第二富液入口22.1之間的管路內(nèi)設(shè)有溫度傳感器26,富液解吸設(shè)備22的CO2氣體出口22.4處設(shè)有第二CO2濃度傳感器28.3,富液解吸設(shè)備22的空氣入口22.2處設(shè)有第十二流量計25.12。上述技術(shù)方案中,溫度傳感器26、質(zhì)量傳感器27及各個流量計和濃度傳感器均用于測量各處溶液或氣體的相關(guān)參數(shù),確定本系統(tǒng)是否在正常的范圍運行,有不足或者超過相關(guān)參數(shù),將對外源添加劑流量、沼液流量、水解液流量、酵母泥輸送質(zhì)量或加熱器溫度等進行調(diào)節(jié),保證系統(tǒng)的正常工作。一種利用上述以沼液和秸稈水解液制備氨基酸及分離CO2的系統(tǒng)制備氨基酸及分離CO2的方法,該方法中,沼液與秸稈水解液經(jīng)過假絲酵母菌發(fā)酵,水解發(fā)酵液中的酵母菌得到的水解液與KOH溶液反應(yīng)得到復合氨基酸鹽,沼氣、垃圾填埋氣和生物質(zhì)熱解氣等富CO2氣體中的CO2在吸收階段被復合氨基酸鹽溶液吸收而形成富液,大部分富液與發(fā)酵后沼液混合施用于農(nóng)作物,少量富液回收再生,同時將再生過程中產(chǎn)生的CO2氣體作為氣肥施用溫室于大棚。在CO2氣體需求量較小情況下,大部分富液與發(fā)酵后沼液混合,直接用于農(nóng)林生態(tài)應(yīng)用,或者用于農(nóng)林作物或植物的澆灌,促進作物或植物的生長,從而將攜帶的CO2儲存在作物或植物機體和土壤及含水層中。在CO2氣體需求量較大的情況下,少部分富液可經(jīng)過熱交換器20加熱后進入富液解吸設(shè)備22中,經(jīng)過升溫和空氣吹掃輔助再生,將富液中攜帶的CO2再生,從而形成貧碳氨基酸鹽液簡稱貧液,貧液通過熱交換器20降溫后輸送至CO2吸收設(shè)備17進行循環(huán)利用。通過調(diào)節(jié)吹掃空氣溫度、流量,從而使從富液解吸設(shè)備22頂部排出的氣體中CO2體積分數(shù)達到800~1000ppmv,可直接用于溫室大棚的氣體施肥應(yīng)用。本發(fā)明具體來說包括如下步驟:步驟1:沼氣工程發(fā)酵設(shè)備1產(chǎn)生的新鮮沼液由新鮮沼液出口1.1進入沼液沉淀設(shè)備2,在沼液沉淀設(shè)備2中自然沉淀1天后由沼液出口2.2進入沼液離心設(shè)備4,在沼液離心設(shè)備4中沼液以2000r/min的轉(zhuǎn)速離心20min,脫除沼液中大粒徑懸浮顆粒,使懸浮顆粒直徑范圍在4~5μm,離心得到的沼液上清液通過上清液出口4.2進入攪拌發(fā)酵設(shè)備5;步驟2:秸稈由第一秸稈入口9.2進入秸稈預處理反應(yīng)器9中,進料時調(diào)節(jié)秸稈預處理反應(yīng)器9中秸稈的濃度為40~60g/L,NaOH溶液(質(zhì)量分數(shù)為1.5%~2%)通過NaOH溶液入口9.3進入秸稈預處理反應(yīng)器9中,在35~40℃的溫度條件下處理時間6小時;經(jīng)過NaOH預處理的秸稈通過第一秸稈出口9.1進入秸稈水洗設(shè)備8,經(jīng)過水洗后由第三秸稈入口7.3進入秸稈糖化反應(yīng)設(shè)備7,檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液(質(zhì)量百分數(shù)為15~25%)和纖維素酶(按1g干秸稈加入35~50mg纖維素酶的加入量)通過纖維素酶、緩沖溶液入口7.2進入秸稈糖化反應(yīng)設(shè)備7中,水解糖化反應(yīng)24小時,得到秸稈糖化液水解糖化過程完成后,秸稈糖化液中葡萄糖的濃度為20~35g/L;秸稈糖化液由秸稈糖化液出口7.1進入第一過濾器6,在第一過濾器6中濾去殘渣后得到秸稈糖化濾液,秸稈糖化濾液通過秸稈糖化濾液入口5.3輸送至攪拌發(fā)酵設(shè)備5;步驟3:通過第二流量計25.2和第三流量計25.3控制沼液上清液和秸稈糖化濾液的進料體積比為1:2(根據(jù)假絲酵母菌在沼液中生長的最佳營養(yǎng)條件C:N≈27:1,即氨氮濃度為300mg/L、葡萄糖濃度20g/L,而通過濕發(fā)酵沼氣工程發(fā)酵得到沼液中氨氮濃度為800~1500mg/L、秸稈水解液中葡萄糖的濃度為20~35g/L,所以確定沼液與糖化水解液的進料體積比為1:2),假絲酵母菌由假絲酵母菌入口5.2進入攪拌發(fā)酵設(shè)備5,在發(fā)酵液中按1L發(fā)酵液接入30mL新鮮菌液的接種量接種假絲酵母菌,控制攪拌發(fā)酵設(shè)備5中溫度為35~38℃、pH為3.0~5.0,好氧發(fā)酵3天,得到懸濁發(fā)酵液;步驟4:步驟3中發(fā)酵完成的懸濁發(fā)酵液通過第二輸送泵10由發(fā)酵液入口11.1輸送至懸濁發(fā)酵液離心設(shè)備11中,懸濁發(fā)酵液在2000r/min的轉(zhuǎn)速下離心10min,懸濁發(fā)酵液經(jīng)過離心分離形成低氨氮沼液和酵母泥,低氨氮沼液通過低氨氮沼液出口11.3進入沼液儲液罐12;在懸濁發(fā)酵液離心設(shè)備11離心分離得到的酵母泥通過酵母泥出口11.2進入酵母水解反應(yīng)器13;步驟5:酵母泥在酵母水解反應(yīng)器13中先進行自溶,后進行水解,通過質(zhì)量傳感器27控制進入酵母水解反應(yīng)器13中酵母泥的質(zhì)量,再經(jīng)木瓜蛋白酶、緩沖溶液及誘導劑入口13.2向酵母水解反應(yīng)器13進水配制成濃度為180~220g/L的菌懸濁液,調(diào)節(jié)酵母水解反應(yīng)器13的溫度為50~60℃、pH為5.0~6.0,再由木瓜蛋白酶、緩沖溶液及誘導劑入口13.2加入質(zhì)量分數(shù)為2~5%(以干酵母重量計算)的氯化鈉(誘導劑)自溶16小時,自溶完成后,通過木瓜蛋白酶、緩沖溶液及誘導劑入口13.2補充質(zhì)量分數(shù)為0.7~1.0%(以干酵母重量計算)的木瓜蛋白酶,水解24小時,得到酵母水解液,酵母水解液通過酵母水解液出口13.3進入第二過濾器14,在第二過濾器14中酵母水解液濾去殘渣得到上清液,上清液通過酵母水解濾液出口14.2進入酵母水解液濃縮設(shè)備15中(酵母水解液中含有未水解的酵母蛋白、小肽、復合氨基酸、核苷酸等物質(zhì),其中復合氨基酸主要有谷氨酸、亮氨酸、丙氨酸、天冬氨酸等常見α-氨基酸,復合氨基酸濃度為5~10g/L),在酵母水解液濃縮設(shè)備15中對酵母水解濾液濃縮10~15倍得到濃度為0.5~1mol/L的復合氨基酸,復合氨基酸由復合氨基酸出口15.2進入氨基酸鹽反應(yīng)器16,與由KOH溶液入口16.2進入的濃度為1mol/L的KOH等體積反應(yīng),生成濃度為0.5~1mol/L的復合氨基酸鉀溶液,復合氨基酸鉀溶液由復合氨基酸鹽溶液出口16.3進入CO2吸收設(shè)備17頂部的復合氨基酸鹽溶液入口17.1;步驟6:富CO2氣體通過富碳氣體入口17.2進入CO2吸收設(shè)備17的下部,復合氨基酸鉀溶液在塔內(nèi)進行CO2的吸收,富CO2氣體去除CO2后得到提純氣體,提純氣體由提純氣出口17.3進入提純氣儲氣罐24,吸收了CO2的復合氨基酸鉀溶液轉(zhuǎn)化成富液;步驟7:從CO2吸收設(shè)備17底部富液出口17.4流出的富液,根據(jù)CO2氣體需要量通過三通閥19來控制分配富液用于直接利用或摒棄與再生的比例,其中,用于直接利用或摒棄的富液通過第二接口19.2進入沼液儲液罐12中(與低氨氮沼液混合后應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn));用于再生的富液通過第三接口19.3進入熱交換器20的低溫富液入口20.1,用于再生的富液在熱交換器20中加熱升溫至60~80℃后,由高溫富液出口20.2進入富液解吸設(shè)備22頂部,并在富液解吸設(shè)備22底部被加熱器21加熱到100~115℃,使得CO2從富液中擴散出來,同時用空氣輔佐吹掃再生,空氣通過空氣入口22.2從富液解吸設(shè)備22下部進入,空氣攜帶從富液中擴散出來的CO2通過CO2氣體出口22.4從富液解吸設(shè)備22的頂部排出,通過調(diào)節(jié)吹掃空氣的溫度、流量,使得從富液解吸設(shè)備22頂部排出的氣體中CO2體積分數(shù)達到約800~1000ppmv(直接應(yīng)用于溫室大棚中CO2氣肥施加);富液釋放出CO2后再生成貧液,再生后的貧液通過貧液出口22.3從富液解吸設(shè)備22底部流出,由高溫貧液入口20.3進入熱交換器20完成熱交換降溫后,通過第四輸送泵23并入氨基酸鹽反應(yīng)器16的復合氨基酸鹽出口16.3與CO2吸收設(shè)備17的氨基酸鹽入口17.1之間的輸送管道內(nèi)。上述技術(shù)方案中,所述步驟2中秸稈采用粉碎處理,粉碎后秸稈的粒徑為0.5~1mm,增加了秸稈與反應(yīng)液的接觸面積,有利于反應(yīng)充分。上述技術(shù)方案中,所述步驟2中秸稈糖化反應(yīng)設(shè)備7內(nèi)設(shè)有溫度傳感器和pH傳感器,所述秸稈糖化反應(yīng)設(shè)備7內(nèi)進行水解糖化反應(yīng)的溫度為50~55℃、pH值為4~6。上述技術(shù)方案中,所述步驟3中攪拌發(fā)酵設(shè)備5內(nèi)設(shè)有用于攪拌菌體和發(fā)酵液的攪拌裝置,在發(fā)酵過程中加強菌體與發(fā)酵液接觸。所述發(fā)酵設(shè)備5還設(shè)有通氣口,有利于保證發(fā)酵過程中,發(fā)酵液溶氧充足。上述技術(shù)方案中,所述步驟3得到的懸濁發(fā)酵液的氨氮濃度為30~100mg/L。發(fā)酵過后沼液氨氮去除率預計可達到70%以上,可以直接應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn),也可以先儲存在利用,沼液是否儲存及儲存時間可根據(jù)實際沼液的需求量來進行調(diào)整,但沼液的最大儲存時間一般不超過7天。上述技術(shù)方案中,所述步驟5中酵母水解反應(yīng)器13內(nèi)設(shè)有溫度傳感器、pH傳感器,所述酵母水解反應(yīng)器13底部設(shè)有加熱裝置,通過與溫度傳感器配合控制反應(yīng)溫度。上述技術(shù)方案中,所述步驟5中酵母水解液濃縮設(shè)備15的濾膜為卷式納濾膜,所述酵母水解液濃縮設(shè)備15中過濾采用錯流過濾方式,同時配套清洗裝置。上述技術(shù)方案中,所述步驟7中CO2吸收設(shè)備17和富液解吸設(shè)備22采用填料塔或疏水性中空纖維膜接觸器,有利于提供較大的氣液接觸面積,從而增強氣液傳質(zhì)。上述技術(shù)方案中,所有管路均包裹保溫材料,有利于降低沼液和初始富液在管路運行中的熱量損失。說明書未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
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