[实用新型]梯度流化氨循环爆破法对植物秸秆去晶化的装置

说明书

技术领域

本实用新型属于秸秆的生物化工领域，特别涉及一种梯度流化氨循环爆破法对植物秸秆去晶化的装置，主要用于玉米秸秆、麦秆等多种植物秸秆的预处理。

背景技术

未经处理的秸秆很难被微生物和酶水解，主要是因为构成秸秆细胞壁的木质纤维素的结构较为复杂。木质纤维素主要包括纤维素、半纤维素、木质素三种组分，半纤维素和木质素通过共价键联结成网络结构，将纤维素分子包埋其中，使酶不易与纤维素分子接触。同时许多纤维素分子通过氢键连接共同组成结晶结构，使纤维素聚合物显示出刚性和高度水不溶性，增加了酶解的困难。因此高效利用秸秆组分的关键在于通过对秸秆进行预处理，部分去除木质素和半纤维素等成分，破坏纤维素的结晶结构，增加生物质材料的多孔性，增加酶和原料的接触面积，提高酶的可及性，从而提高秸秆的酶解效率。

通过各种预处理方法，提高生物质纤维素糖转化率已在各领域得到广泛应用。目前的预处理方法包括碱处理法，稀酸处理法，汽爆处理法等。这些方法在技术性与经济性方面存在以下问题：(1)在处理过程使部分糖降解，产生酸类，醛类物质，降低得糖率，抑制后续发酵过程；(2)用化学方法处理完毕，不易从从产物中回收化学药品；(3)残留的化学药品会抑制后续的发酵过程；(4)预处理和酶解后得糖率低，在经济上不可行。

美国Bruce E.Dale教授领导下的密歇根州立大学生物能源转化实验室，长期从事纤维素预处理方向的研究，他们于上世纪80年代开发出一种利用液氨实现对秸秆爆破处理的工艺——氨纤维爆破预处理工艺，简称AFEX工艺，并在AFEX工艺的设计和优化、参数的控制和整体系统的整合方面一直处于世界领先水平。这一工艺使用高压液氨与秸秆反应，加热并保温一段时间后突然减压，氨由液态变为气态实现秸秆爆破从而达到预处理效果，它具有极少产生发酵抑制物、纤维素和半纤维素保存完好、可回收几乎全部氨、爆破后残留的微量氨可作为糖发酵时的氮源等优点，是一种很有前途的秸秆预处理工艺。但是，这种工艺也存在液氨成本较高、达到高压条件所需能耗较大、氨回收工艺的设备投资和能耗较大、对硬木和软木处理效果较差、随着秸秆中木质素含量的升高处理效果变差等缺点。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有AFEX工艺处理秸秆的不足，提供一种改进的利用梯度流化氨循环爆破法对植物秸秆去晶化的装置，为生物质能源的开发利用提供一条新的途径。该装置用流化的氨液(液氨或氨水)代替AFEX工艺中静滞的液氨以提高反应效率，可通过调节氨的流量实现流化程度随时间的梯度变化，用氨水部分取代液氨从而降低成本，使整套装置更趋近实际生产应用的目标，有较大的应用潜力。

本实用新型提供的梯度流化氨循环爆破法对植物秸秆去晶化的装置包括秸秆粉碎机、氨瓶、柱塞泵、氨液爆破反应罐、氨液缓冲罐、物料接收罐、固液分离器和氨回收塔。

氨液爆破反应罐上端经由柱塞泵与氨瓶连接，下端与氨液缓冲罐的上端通过管道连接，并通过爆破阀与其正下方的物料接收罐连接，氨液缓冲罐下端与柱塞泵通过管道连接，物料接收罐与固液分离器和氨回收塔连接。

使用本实用新型具体包括以下步骤：

将秸秆用粉碎机1粉碎并预浸后，放入氨液爆破反应罐4中。用柱塞泵3从氨瓶2中按10-50ml氨液/(g干秸秆)的氨液(液氨或氨水)输送至反应罐4，2-10ml氨液/(g干秸秆)的氨液输送至氨液缓冲罐5，使循环氨载荷(所加入的氨液质量与干秸秆质量之比)达到12-60ml氨液/(g干秸秆)。调节阀门，由柱塞泵3提供动力，使氨不断在柱塞泵3、氨液爆破反应罐4和氨液缓冲罐5之间单向循环流动，从而实现反应罐4中物料的流化，循环氨流量为10-50ml氨液/(g干秸秆·min)，并可通过调节氨的流量实现流化程度随时间的梯度变化。同时向反应罐4的夹套中通入饱和蒸汽加热至反应温度70-100℃，反应压力3.2-6.2MPa，反应并保温2-15min。反应结束后，柱塞泵3停止工作，调节阀门将氨液爆破反应罐4中的氨排放至氨液缓冲罐5，然后关闭两罐间的阀门，打开爆破阀，秸秆中的残留氨迅速挥发实现爆破。反应罐4中的物料在压差作用下进入物料接收罐6，冷却后送入固液分离器7中分离并收集所得固体产品和液体产品。收集氨液缓冲罐5中的氨液和物料接收罐6中的氨气，通入氨回收塔8中实现氨的回收再利用。通入氮气吹除管路和氨液爆破反应罐4、氨液缓冲罐5、物料接收罐6中的残余氨。

上述中的所有蒸汽管路和氨液爆破反应罐4、氨液缓冲罐5、氨回收塔8均用岩棉包裹实现保温。氨液爆破反应罐的外部具有夹套，蒸汽通入夹套中对氨液爆破反应罐进行加热。