[发明专利]大豆秸秆工业化制沼气及提取纤维素和木质素的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大豆秸秆工业化制沼气及提取纤维素和木质素的方法，属于可再生能源 和资源环境技术领域。

背景技术

目前全球石油资源日益短缺，油价居高不下，作为可再生能源的生物质沼气技术已经有 了几十年的应用和发展，但大多是农户式的中小型生产方法，其目的一是处理牲畜粪便及部 分农作物秸秆，减少环境污染；二是产生沼气替代部分能源。

黑龙江省是我国大豆主产区，2006～2008年平均大豆种植面积5500万亩，年产大豆秸 秆900万吨，其中约20～25％用于牲畜饲料、约10～15％用于农村烧柴，而大多数被焚烧或自 然腐烂。同时黑龙江省是高寒地区，冬季最低气温-20～-30℃，极不利于农村中小型沼气的 生产。

本发明是一种利用大豆秸秆为主要原料，大型工业化生产沼气的工艺方法，同时从生物 发酵分解后的废渣中提取纤维素和木质素，使大豆秸秆得到充分的利用，提高了经济效益， 工业化生产效益显著。生产的沼气可直接用于发电、居民燃气等，也可将沼气压缩使二氧化 碳气体液化分离，使沼气中甲烷含量达到85％以上，高压储存，用于汽车的绿色环保燃料。 提取的纤维素和木质素用于造纸及化工原料。

发明内容

本发明提供了一种以大豆秸秆为主要原料，大型工业化制沼气及从生物发酵分解后的废 渣中提取纤维素、木质素的方法，其具体步骤如下：

一、原料预处理

1、用底筛3～10目的锤式粉碎机粉碎秸秆；

2、用连续汽爆机对粉碎的秸秆进行汽爆处理，其蒸气压力2～3MPa，压力保持时间50～ 120秒；

3、在连续搅拌混合机中，将汽爆处理后的秸秆中加入0.1～0.3％的沼气复合菌剂和经分 离的沼液清液，使原料含水率为65～70％，混合均匀；

二、原料酸化发酵

1、向酸化反应罐内加入混合均匀的秸秆原料，加入量为罐体容积的50～60％，加热保温 控制罐内温度35～40℃，间隔4～6小时从罐底鼓入压缩空气5～10分钟，好氧发酵2～3天；

2、向好氧发酵后的酸化罐内加入经分离的沼液清液，至罐体容积的90～95％，保温35～ 40℃，厌氧酸化发酵5～15天，并保持发酵液PH值小于6，必要时可用稀盐酸调节；

3、酸化发酵完成后，用旋液分离器分离出比重较大的泥沙，再用20～50的震动过滤筛 分离出主要成分为纤维素和木质素的固体残渣，残渣再用板框压滤机压滤，滤液全部送去沼 气发酵；

三、沼气发酵

1、酸化发酵后的滤液中，其有机物含量约为10～20％，将其泵入沼气发酵罐，加入量为 罐体容积的65～70％，用石灰水调节PH值6.5～7.5，再加入罐体容积20～25％的分离的沼液 悬浊液作为接种物，总容积为罐体容积的90％；

2、控制温度35～40℃，进行中温厌氧发酵15～30天，收集产生的沼气；

3、发酵后的沼液，用螺旋式分离机分离，分离出55～70％的沼液清液，用于酸化发酵的 添加液，20～30％的沼液悬浊液，用于沼气发酵的菌种底物添加液，10～15％的污泥，集中处 理后做有机肥；

四、纤维素和木质素的提取

1、酸化发酵后分离出的固体残渣，加入反应釜中，加入2～15％的氢氧化钠溶液，固液 比20～30∶70～80，搅拌并加热到80～100℃，溶解2～5小时；

2、离心过滤分离出滤渣，主要成分为纤维素和半纤维素，再经漂白、干燥处理后，得到 纤维素成品；

3、滤液用稀酸调节PH值5～7，使木质素沉淀析出，离心过滤分离出木质素，洗涤、干 燥后得到木质素成品；

4、废液经好氧爆气生化处理，废水达标排放。

本专利方法具有以下特点：

1、大豆秸秆中，C∶N比为32∶1，在酸化发酵后分离出约30％的以纤维素和木质素为主 要成分的碳源性固体残渣，酸化液中C∶N比上升为20～30∶1，经中和后适宜沼气发酵，不 用额外添加氮源原料。

2、沼气复合菌剂含有分解纤维素、半纤维素、木质素的复合菌群，是处理秸秆的生物复 合菌剂，可使秸秆的内部结构变柔软、疏松，以便于厌氧微生物分解利用，并且安全、无毒、 无害。

3、沼气生产过程中的废水全部循环利用，纤维素和木质素提取过程中的废水，经好氧爆 气生化处理后一部分可循环利用，多余部分达标排放。