生物天然气汽爆发酵系统的制作方法

本发明涉及一种对固态生物质进行汽爆发酵的生物天然气生产系统，属于生物环境与能源领域。

背景技术：

固态生物质是一类较难降解的有机物质，其中以各类秸秆、园林废弃物、有机垃圾、蔗渣、菌渣、水藻、污泥等为代表的难降解固废更是目前环境领域内的重点攻关方向。这类固废一般都有着完整的抗降解结构，特别在厌氧条件下发酵分解速度更慢。对此类物质，往往要借助预处理手段来加快降解速度。一般的方式是通过与粪便及强碱混合后简单堆沤预处理后，打入到混合发酵罐进行厌氧发酵。主要问题是发酵周期极为缓慢，一般长达90天以上；浮渣、结壳现象严重，难以清除；同时秸秆等植物类原料所占比例低，单位池容产气能力差。国外也常采用高浓度混合发酵方法，通过螺旋给料器实现连续进出料方式，并配套大型搅拌器。但整体发酵速度、固体滞留期、甲烷转化率等指标仍不理想，且单位产能投资过高，难以适应生物质能产业发展要求，需要从根本上改变现有发酵及预处理方式。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服上述现有技术之不足，提供一套新的固态生物质处理系统，主要包括汽爆、生物酸解、液态发酵三个工艺阶段。首先，在汽爆预处理工艺阶段，仅使用饱和水蒸汽，通过瞬时弹射式蒸汽爆破(icse)过程，实现难降解生物质固废的微观抗降解结构破坏；接着利用汽爆热化学反应过程中产生的大量有机酸，在生物酸解反应器中对生物质进行酸水解，其中的可降解部分溶解到液相中，通过固液分离装置将酸水解液提取出来，并排出固体底物；最后将酸水解液精确计量给入高效厌氧发酵反应器中进行液态发酵，转化为生物天然气。首先，该系统通过icse处理使固态生物质能与水充分融合并快速酸解，避免了结壳与浮渣现象的产生，使固体滞留期由30～60天缩短至72小时。其次，该系统摒弃了混合发酵方式，通过固液分离的方法既实现了高效的容积负荷5～10kgcod/天·m³，又保证了固态生物质的充分降解。这就克服了传统混合发酵难以兼顾产气效率与产气得率，进料与出料难以隔离等问题。同时产气甲烷含量高，不含硫化氢、氨等杂质气体，为大规模的生物天然气生产开辟了全新模式。此外，该系统装置具备全自动进出料功能，为分布式生物天然气生产装置的无人化、集成化创造了条件。

本发明的目的是通过以下方式实现的：

本发明包括：瞬时弹射式汽爆主机及其进出料辅机、酸水解反应器、固液分离机、供液贮罐、厌氧发酵反应器、料浆泵、供液泵、配套管道及阀门、智能测控系统等。其中，汽爆出料口与一个或多个酸水解反应器的投料口对接，酸水解反应器的进液口与厌氧发酵反应器上部的溢流口对接，酸水解反应器底部的出料口与固液分离机的进料口经料浆泵通过管道相连；固液分离机的液相排出口经供液泵与供液贮罐的入口相连；供液贮罐的出口与厌氧发酵反应器底部的进液口经供液泵通过管道相连。智能测控系统独立于装置之外，可进行远程测控。

本发明的工作过程是这样的：

在智能测控系统控制下，生物质首先送入汽爆主机的进料辅机，并按次送入汽爆主机处理仓中。然后通入0.2～2mpa的饱和水蒸汽并保压1～10min后，生物质固体物料在汽爆主机中被瞬间爆破，并瞬间降温至40～50℃；汽爆后的生物质固体物料经出料辅机被送入酸水解反应器中并与发酵液混合；经过2～4天的酸水解后，酸水解反应器中的混合料浆由料浆泵抽出并送至固液分离机进料口。经固液分离后的固相底物排出系统，送至下道有机肥加工工序，并经脱水后制成纯植物高效有机肥；液相部分经供液泵排入供液贮罐，并按照工艺负荷定时定量送入厌氧发酵反应器。当厌氧发酵反应器内液位超过上部溢流口后溢流回酸水解反应器，形成系统内部液体封闭循环。厌氧发酵反应器连续产生的生物天然气被送至后续气体存储加工单元，从而完成全部生物天然气的汽爆发酵生产过程。

本发明的优点是：

1、本发明中的汽爆过程使固体生物质由疏水状态转变为亲水状态，微观胞壁结构被彻底破碎，从而使固体物料与液相水解液可以完全融合，避免发生分层、浮渣等现象，实现了高效酸水解反应，仅经过2～4天就可以完成90%以上的水解率。

2、本发明的系统设计可以最大程度实现高浓度发酵，反应器的容积负荷比传统工艺提高了3～5倍。

3、由于避免了传统工艺中在单一反应容器内不同进料批次固体混合，使固体植物生物质酸水解工艺的一致性得到保证，提高了生物天然气得率。

4、在智能测控系统的控制下，实现了酸水解液的精确定量给入，保证了甲烷化反应的负荷可控和持续稳定，满足了工业化均衡生产要求。

5、本发明的运行过程实现了水的封闭循环利用，既避免了规模化的生物质固体降解过程大量耗水和环境污染，又保留了大量活性厌氧污泥的流失，为生物发酵过程创造了稳定的微生物环境。

6、本发明的运行全过程全部在大数据采集基础上由智能系统决策，实现了生产全程的高度智能化和自动化，为分布式生物天然气生产装置的无人化、集成化打通了技术通道。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

图1为本发明一实施例的系统流程示意图。

参照附图，本发明包括：瞬时弹射式汽爆主机1及其进料辅机2和出料辅机3、酸水解反应器4、固液分离机5、供液贮罐6、厌氧发酵反应器7、料浆泵8、固液分离机供液泵9、供液贮罐供液泵10、配套管道及阀门11、智能测控系统。

在图1实施例中：汽爆出料辅机3的出口与酸水解反应器4的投料口对接，酸水解反应器4的进液口与厌氧发酵反应器7上部的溢流口对接，酸水解反应器4底部的出料口与固液分离机5的进料口经料浆泵8通过管道相连；固液分离机5的液相排出口经其供液泵9与供液贮罐6的入口相连；供液贮罐6的出口与厌氧发酵反应器7底部的进液口经供液泵10通过管道相连。智能测控系统独立于装置之外，可进行远程测控。

本发明的工作过程是这样的：在智能测控系统控制下，生物质首先送入汽爆主机1的进料辅机2，并按次送入汽爆主机1的处理仓中。然后通入0.2～2mpa的饱和水蒸汽并保压1～10min后，生物质固体物料在汽爆主机1中被瞬间爆破，并瞬间降温至40～50℃；汽爆后的生物质固体物料经出料辅机3被送入酸水解反应器4中并与发酵液混合；经过2～4天的酸水解后，酸水解反应器4中的混合料浆由料浆泵8抽出并送至固液分离机5进料口。经固液分离后的固相底物排出系统，送至下道有机肥加工工序，并经脱水后制成纯植物高效有机肥；液相部分经供液泵9排入供液贮罐6，并按照工艺负荷由供液泵10定时定量送入厌氧发酵反应器7。当厌氧发酵反应器7内液位超过上部溢流口后溢流回酸水解反应器4，形成系统内部液体封闭循环。厌氧发酵反应器7连续产生的生物天然气被送至后续气体存储加工单元，从而完成全部生物天然气的汽爆发酵生产过程。

具体实施方式

bng-200型生物天然气集装站为上述发明的具体实施。该型集装站装备有qb-1000型汽爆主机及四台400立方米主反应器及配套酸水解反应器，每次进料量15吨秸秆，生物天然气日产气量6000～6400立方米，可实现无人值守。为生物天然气行业生产提供了高效集成化的运行系统范本。