生物质材料生成沼气装置及生成方法与流程

技术领域：

本发明涉及一种生物质材料生成沼气装置及生成方法。

背景技术：
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中国是农业大国，是世界上秸秆资源最为丰富的国家之一，据调查统计，2010年全国秸秆理论资源量为8.4亿t，可收集资源量约为7亿t，但是，由于缺乏有效的处理方式，约有2.47亿t的秸秆被废弃或直接焚烧，不仅污染了环境，更是对资源的极大浪费，秸秆作为一种优质的生物质能，可替代部分化石能源，秸秆沼气发酵能量利用效率是直接燃烧的1.2-1.9倍，同时产生的副产物沼渣沼液，因其富含氮、磷等营养元素，可以有效地应用于农业生产，提高农作物产量，近年来，随着秸秆厌氧发酵技术的逐渐成熟，秸秆沼气工程越来越受到人们的关注，现有生产沼气的方法都是将秸秆等农业废弃物经过粉碎后进入预处理池，加水调节水分含量至60%,添加尿素或硫铵补充n源堆沤入池，密闭7-10天预处理，预处理后物料送至沼气池发酵生产沼气，此方法预处理周期长，沼气产生量低，需要添加补充n源量较大，沼气成本高，预处理效果差，沼气产量一般小于每吨干秸秆270nm³。

技术实现要素：
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本发明的目的是提供一种生物质材料生成沼气装置及生成方法，提高沼气生成速度和比例。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种生物质材料生成沼气装置，其组成包括：厌氧装置、氧化装置，所述的氧化装置包括氧化反应器，所述的氧化反应器分别与加热器、热交换器、催化剂循环泵通过管路连接，所述的加热器与所述的热交换器通过管路连接，所述的热交换器分别与加压器、冷却器通过管路连接，所述的加压器与木质素分离器通过管路连接，所述的木质素分离器与所述的厌氧装置通过管路连接。

所述的生物质材料生成沼气装置，所述的冷却器与减压器a通过管路连接，所述的减压器a与超滤膜通过管路连接，所述的超滤膜与减压器b通过管路连接，所述的减压器b与脱气罐通过管路连接，所述的脱气罐与所述的厌氧装置通过管路连接。

所述的生物质材料生成沼气装置，所述的催化剂循环泵与反渗透器通过管路连接。

利用权利要求1-3之一所述的设备使用生物质材料生成沼气的方法，其特征是：该方法包括如下步骤：将预处理后的动物粪便和秸秆混合输送到浸泡池，动物粪便的量为秸秆的15%-20%，加入尿素，一公斤秸秆添加50g尿素，补充氮源有利于菌体生产，用工艺水及酒精废醪液将浸泡池物料调节到干物含量12%，在温度53—55℃的条件下，将调节好的料液通过泵输送到厌氧装置内进行厌氧发酵，厌氧装置包括全混厌氧反应器和uasb厌氧反应器，经过全混厌氧反应器初步降解的物料进入uasb厌氧反应器，反应温度为53—55℃，在两种反应器中秸秆、动物粪便得进行深度厌氧发酵获得沼气、沼渣和沼液，uasb厌氧反应器沼液经过分离得到木质素及未能有效降解的纤维素，木质素和纤维素经过氧化装置，在氧化反应器温度为250—350℃，压力为20—25mpa的条件下，使用氢氧化钾作为催化剂，催化剂添加量为进入氧化反应器内的木质素和纤维素总含量的5—10%，其中反应ph>7，使用氧气或双氧水作为氧化剂对秸秆等木质素原料进行断链氧化，氧气或双氧水的含量为5%-10%其中氧化反应时间为2—5min，将上述物料进行断链产生醛酸类等可溶性有机物，重新进入厌氧装置经罐内原有甲烷菌代谢产生大量的沼气，两种厌氧反应器产生的沼气进入沼气气柜，气柜内沼气经脱硫、脱水、脱碳等工艺制成高纯度生物天然气供给下游企业，排出uasb厌氧反应器的废水经过uf膜分离后浓缩物进行氧化断链后重新进入uasb厌氧反应器进行重新厌氧发酵生产沼气，膜分离透过液送至ro系统进行进一步处理，ro透过液得到工艺水直接送至酒精厂及沼气电厂使用，ro膜节流浓缩物中主要是秸秆中含有的n、p、k盐类是天然的生物肥料，将该浓缩物进行四效蒸发浓缩，一效温度为107℃，压力为0.105mpa，二效温度为97℃，在常压状态下进行，三效温度为82-85℃，压力为-0.03mpa至-0.06mpa,四效温度为67-70℃，压力为-0.01mpa至-0.1mpa，干燥到水分小于10%后得到生物肥料。

有益效果：

1.本发明是一种生物质材料生成沼气装置及生成方法，取消了秸秆堆怄预处理，提高了利用率，采用厌氧废水两级膜过滤结构，系统水可回用节省资源。

本发明在降解秸秆等废弃物生产沼气的同时还生产富含n、p、k的生物质肥料，采用了氧化装置将传统废水沼渣进一步氧化断链生成醛酸等可溶性有机物进行深度降解生产沼气，大幅度提高了沼气的产量吨秸秆产沼气大于600nm³，氧化反应器所用的氧化剂为氧气或者双氧水，氧化装置采用高温高压操作。

本发明采用了氧化装置对沼渣进行氧化提高了沼气中甲烷气体的含量，由原来一般50%甲烷含量提高到65%甲烷气体含量。

本发明将预处理后秸秆与动物粪便混合输送到浸泡池，添加尿素补充氮源有利于菌体生产。

本发明用工艺水及酒精废醪液将浸泡池物料调节到干物含量12%，在温度53—55℃的条件下，将调节好的料液通过泵输送到厌氧装置内进行厌氧发酵，通过厌氧发酵代谢时间快，占地面积小，容积负荷率大于8kg/m³，

3..本发明通过将全混厌氧反应器初步降解的物料进入uasb厌氧反应器，在两种反应器中秸秆、动物粪便得进行深度厌氧发酵获得沼气、沼渣和沼液，uasb厌氧反应器采用气体搅拌技术，容积负荷率更高，负荷率为10-12kg/m³

4.本发明的催化剂添加量为进入氧化反应器内的木质素和纤维素总含量的5—10%，其中反应ph>7，使用氧气或双氧水作为氧化剂对秸秆等木质素原料进行断链氧化，其中氧化反应时间为2—5min，将上述物料进行断链能够产生醛酸类等可溶性有机物。

本发明将排出uasb厌氧反应器的废水经过uf膜分离后浓缩物进行氧化断链后重新进入uasb厌氧反应器进行重新厌氧发酵生产沼气，膜分离透过液送至ro膜进行进一步处理，节约用水，减少一次水的使用。

附图说明：

附图1是本发明的结构示意图。

附图2是本发明生产沼气的流程图。

具体实施方式：

实施例1：

一种生物质材料生成沼气装置，其组成包括：厌氧装置1、氧化装置8，所述的氧化装置包括氧化反应器6，所述的氧化反应器分别与加热器5、热交换器4、催化剂循环泵7通过管路连接，所述的加热器与所述的热交换器通过管路连接，所述的热交换器分别与加压器3、冷却器14通过管路连接，所述的加压器与木质素分离器2通过管路连接，所述的木质素分离器与所述的厌氧装置通过管路连接。

实施例2：

根据实施例1所述的生物质材料生成沼气装置，所述的冷却器与减压器a，件号：13通过管路连接，所述的减压器a与超滤膜12通过管路连接，所述的超滤膜与减压器b，件号：11通过管路连接，所述的减压器b与脱气罐10通过管路连接，所述的脱气罐与所述的厌氧装置通过管路连接。

实施例3：

根据实施例1或2所述的生物质材料生成沼气装置，所述的催化剂循环泵与反渗透器9通过管路连接。

实施例4：

一种实施例1-3之一所述的装置利用生物质材料生成沼气的方法，该方法包括如下步骤：将预处理后的动物粪便和秸秆混合输送到浸泡池，动物粪便的量为秸秆的15%-20%，加入尿素，一公斤秸秆添加50g尿素，补充氮源有利于菌体生产，用工艺水及酒精废醪液将浸泡池物料调节到干物含量12%，在温度53—55℃的条件下，将调节好的料液通过泵输送到厌氧装置内进行厌氧发酵，厌氧装置包括全混厌氧反应器和uasb厌氧反应器，经过全混厌氧反应器初步降解的物料进入uasb厌氧反应器，反应温度为53—55℃，在两种反应器中秸秆、动物粪便得进行深度厌氧发酵获得沼气、沼渣和沼液，uasb厌氧反应器沼液经过分离得到木质素及未能有效降解的纤维素，木质素和纤维素经过氧化装置，在氧化反应器温度为250—350℃，压力为20—25mpa的条件下，使用氢氧化钾作为催化剂，催化剂添加量为进入氧化反应器内的木质素和纤维素总含量的5—10%，其中反应ph>7，使用氧气或双氧水作为氧化剂对秸秆等木质素原料进行断链氧化，氧气或双氧水的含量为5%-10%其中氧化反应时间为2—5min，将上述物料进行断链产生醛酸类等可溶性有机物，重新进入厌氧装置经罐内原有甲烷菌代谢产生大量的沼气，两种厌氧反应器产生的沼气进入沼气气柜，气柜内沼气经脱硫、脱水、脱碳等工艺制成高纯度生物天然气供给下游企业，排出uasb厌氧反应器的废水经过uf膜分离后浓缩物进行氧化断链后重新进入uasb厌氧反应器进行重新厌氧发酵生产沼气，膜分离透过液送至ro系统进行进一步处理，ro透过液得到工艺水直接送至酒精厂及沼气电厂使用，ro膜节流浓缩物中主要是秸秆中含有的n、p、k盐类是天然的生物肥料，将该浓缩物进行四效蒸发浓缩，一效温度为107℃，压力为0.105mpa，二效温度为97℃，在常压状态下进行，三效温度为82-85℃，压力为-0.03mpa至-0.06mpa,四效温度为67-70℃，压力为-0.01mpa至-0.1mpa，干燥到水分小于10%后得到生物肥料。