一種汽爆甘蔗葉干法厭氧發(fā)酵制備沼氣的工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種汽爆甘蔗葉干法厭氧發(fā)酵制備沼氣的工藝，屬于農(nóng)業(yè)固體廢棄物能源化利用領(lǐng)域；具體是先將甘蔗葉置于密閉的汽爆裝置中，通入飽和水蒸汽，控制汽爆壓力瞬間降壓后得到汽爆甘蔗葉物料；經(jīng)過汽爆處理的甘蔗葉，加入一定量的豬糞和沼氣發(fā)酵促進劑，再添加30%~40%的接種物，用碳酸氫銨調(diào)節(jié)物料C/N為25:1，加水調(diào)節(jié)物料干物質(zhì)濃度至22%~25%，攪拌均勻后裝罐進行中溫厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣；采用汽爆方法對甘蔗葉進行預(yù)處理，可以有效破壞甘蔗葉內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使纖維素、半纖維素、木質(zhì)素結(jié)構(gòu)發(fā)生斷裂、分離，促進了干法厭氧發(fā)酵時沼氣發(fā)酵微生物對甘蔗葉的消化利用，發(fā)酵時間縮短為15天左右，沼氣產(chǎn)量提高了20%；且本方法工藝簡單，成本低廉。
【專利說明】一種汽爆甘蔗葉干法厭氧發(fā)酵制備沼氣的工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種將生物有機物質(zhì)原料轉(zhuǎn)化成可燃燒氣體的方法，具體涉及一種汽爆甘蔗葉干法厭氧發(fā)酵制備沼氣的工藝，是一種以甘蔗葉為原料干發(fā)酵制備沼氣的工藝，屬于農(nóng)業(yè)固體廢棄物能源化利用【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]甘蔗葉是我國熱帶地區(qū)大宗的農(nóng)業(yè)秸桿資源，年廢棄甘蔗葉總量達2 000萬噸，具有產(chǎn)量大、產(chǎn)地集中、易于收購、成本低等特點。目前絕大多數(shù)甘蔗葉被就地焚燒，除了造成嚴重的空氣污染外，還造成了極大的安全隱患。甘蔗葉中營養(yǎng)物質(zhì)豐富，與玉米秸桿相t匕，碳含量高10個百分點，是生產(chǎn)沼氣的優(yōu)良原料。通過干法厭氧發(fā)酵技術(shù)可以將廢棄的甘蔗葉轉(zhuǎn)化成生物質(zhì)能源，進而代替農(nóng)村薪柴，還可用于燃燒供熱或發(fā)電，對于獲取新型能源和控制農(nóng)村廢棄物污染都有積極意義。
[0003]但是前期研究發(fā)現(xiàn)，甘蔗葉產(chǎn)氣啟動速度慢，產(chǎn)氣量偏低，通過對發(fā)酵結(jié)束后的物料進行分析，發(fā)現(xiàn)原料消減率很低，大部分甘蔗葉沒有被分解，原料分解利用不徹底。造成甘蔗葉沼氣轉(zhuǎn)化效率低下的原因與甘蔗葉的質(zhì)地和成分關(guān)系極大。青濕作物的碳水化合物以可溶態(tài)保留于其中，易于高效轉(zhuǎn)，而甘蔗葉則不同，在正常收獲甘蔗后所剩余的甘蔗葉較干，一般含水量為13%左右，主要有機組成是纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、果膠和蠟質(zhì)等，質(zhì)地輕，難以分解；特別是表面的蠟質(zhì)，不容易被微生物所破壞。為了提高秸桿的分解率，科研人員一直致力于通過物理、化學(xué)和好氧生物途徑對秸桿進行預(yù)處理，同時探尋厭氧過程的溫度、原料混配、濃度等最佳控制條件，都取得了一定成效。
[0004]焦靜，王金麗，鄭勇等人以甘蔗葉為發(fā)酵原料，研究纖維素酶預(yù)處理對甘蔗葉產(chǎn)沼氣效果影響。結(jié)果表明，產(chǎn)氣量隨著纖維素酶用量的增加而增加，當(dāng)纖維素酶添加量為1%時，產(chǎn)氣量最大，可達641 L，此時纖維素降解率也最高(纖維素酶預(yù)處理甘蔗葉產(chǎn)沼氣研究，廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012年第24期)；而且他們進一步研究了酸、堿預(yù)處理對甘蔗葉干法厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣效果影響，試驗結(jié)果表明，酸、堿預(yù)處理均可提高甘蔗葉沼氣產(chǎn)量，堿預(yù)處理的產(chǎn)氣量總體好于酸預(yù)處理，甲烷含量也相對較高(化學(xué)預(yù)處理對甘蔗葉厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的影響，熱帶作物學(xué)報，2014年35 (4):779-783)。
[0005]但是酶法成本相對較高，酸法和堿法處理后造成對環(huán)境的污染，本發(fā)明提供了一種汽爆甘蔗葉干法厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣工藝，汽爆預(yù)處理可以有效破壞甘蔗葉內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使纖維素、半纖維素、木質(zhì)素結(jié)構(gòu)發(fā)生斷裂、分離，促進了干法厭氧發(fā)酵時沼氣發(fā)酵微生物對甘蔗葉的消化利用，可以獲得較快的啟動速率和較高的沼氣產(chǎn)量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種汽爆甘蔗葉干法厭氧發(fā)酵制備沼氣的工藝，加快甘蔗葉纖維素類物質(zhì)的降解，提高發(fā)酵啟動速率和沼氣產(chǎn)量。
[0007]為了解決上述問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種汽爆甘蔗葉干法厭氧發(fā)酵制備沼氣的工藝，包括如下步驟:
(1)汽爆處理甘蔗葉
將甘蔗葉置于密閉的汽爆裝置中，通入飽和水蒸汽，控制汽爆壓力和時間，瞬間降壓后得到汽爆甘蔗葉物料；
(2)干法厭氧發(fā)酵
經(jīng)過汽爆處理的甘蔗葉，加入一定量的豬糞和沼氣發(fā)酵促進劑，再添加甘蔗葉體積30%~40%的接種物，用碳酸氫銨調(diào)節(jié)物料C/N為25:1，加水調(diào)節(jié)物料干物質(zhì)濃度，攪拌均勻后裝罐進行中溫厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣，發(fā)酵時間為10-20天。
[0008]所述汽爆處理甘蔗葉工藝中，汽爆壓力為2.5^4.0 MPa，保壓時間為3~10min ； 所述干法厭氧發(fā)酵工藝中，添加的豬糞與甘蔗葉的干物質(zhì)重量比為廣2:1 ;沼氣發(fā)酵促進劑為成都合成生物科技有限公司生產(chǎn)的“瑞萊特”微生物催腐劑，用量為甘蔗葉質(zhì)量的0.01%。~0.015%。；攪拌均勻后裝罐物料的TS含量為22%~25% ;發(fā)酵溫度為37~39°C。
[0009]本發(fā)明的有益效果在于:
(1)采用汽爆方法對甘蔗葉進行預(yù)處理，可以有效破壞甘蔗葉內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使纖維素、半纖維素、木質(zhì)素結(jié)構(gòu)發(fā)生斷裂、分離，促進了干法厭氧發(fā)酵時沼氣發(fā)酵微生物對甘蔗葉的消化利用，發(fā)酵時間從傳統(tǒng)發(fā)酵的20多天縮短為15天左右，沼氣產(chǎn)量提高了 20%;
(2)該方法預(yù)處理時間短、操作簡單，可實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，在提高甘蔗葉利用率的同時產(chǎn)生清潔能源，用于直接燃燒或者發(fā)電，大大改善了甘蔗葉廢棄物的利用問題。

【具體實施方式】
[0010]下面通過實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明，這些實施例僅用來說明本發(fā)明，并不限制本發(fā)明的范圍。
[0011]實施例1
一種汽爆甘蔗葉干法厭氧發(fā)酵制備沼氣的工藝，包括如下步驟:
(1)汽爆處理甘蔗葉
將甘蔗葉置于密閉的汽爆裝置中，通入飽和水蒸汽，控制汽爆壓力為2.5MPa，保壓時間為lOmin，瞬間降壓后得到汽爆甘蔗葉物料；
(2)干法厭氧發(fā)酵
經(jīng)過汽爆處理的甘蔗葉，加入與甘蔗葉的干物質(zhì)重量比為1:1的豬糞和質(zhì)量百分數(shù)為
0.015%。的沼氣發(fā)酵促進劑，再添加甘蔗葉體積40%的接種物，用碳酸氫銨調(diào)節(jié)物料C/N為25:1，加水調(diào)節(jié)物料干物質(zhì)濃度至25%，攪拌均勻后裝罐，在39°C條件下進行中溫厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣，發(fā)酵時間為10天。
[0012]實施例2
一種汽爆甘蔗葉干法厭氧發(fā)酵制備沼氣的工藝，包括如下步驟:
(1)汽爆處理甘蔗葉
將甘蔗葉置于密閉的汽爆裝置中，通入飽和水蒸汽，控制汽爆壓力為4.0 MPa，保壓時間為3min，瞬間降壓后得到汽爆甘蔗葉物料；
(2)干法厭氧發(fā)酵
經(jīng)過汽爆處理的甘蔗葉，加入與甘蔗葉的干物質(zhì)重量比為2:1的豬糞和質(zhì)量百分數(shù)為0.01%。的沼氣發(fā)酵促進劑，再添加甘蔗葉體積30%的接種物，用碳酸氫銨調(diào)節(jié)物料C/N為25:1，加水調(diào)節(jié)物料干物質(zhì)濃度至22%，攪拌均勻后裝罐，在37°C條件下進行中溫厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣，發(fā)酵時間為20天。
[0013]實施例3
一種汽爆甘蔗葉干法厭氧發(fā)酵制備沼氣的工藝，包括如下步驟:
(1)汽爆處理甘蔗葉
將甘蔗葉置于密閉的汽爆裝置中，通入飽和水蒸汽，控制汽爆壓力為3.0 MPa，保壓時間為5min，瞬間降壓后得到汽爆甘蔗葉物料；
(2)干法厭氧發(fā)酵經(jīng)過汽爆處理的甘蔗葉，加入與甘蔗葉的干物質(zhì)重量比為1:1的豬糞和質(zhì)量百分數(shù)為
0.01%。的沼氣發(fā)酵促進劑，再添加甘蔗葉體積35%的接種物，用碳酸氫銨調(diào)節(jié)物料C/N為25:1，加水調(diào)節(jié)物料干物質(zhì)濃度至23%，攪拌均勻后裝罐，在38°C條件下進行中溫厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣，發(fā)酵時間為15天。
[0014]實施例4
一種汽爆甘蔗葉干法厭氧發(fā)酵制備沼氣的工藝，包括如下步驟:
(1)汽爆處理甘蔗葉
將甘蔗葉置于密閉的汽爆裝置中，通入飽和水蒸汽，控制汽爆壓力為3.5MPa，保壓時間為5min，瞬間降壓后得到汽爆甘蔗葉物料；
(2)干法厭氧發(fā)酵
經(jīng)過汽爆處理的甘蔗葉，加入與甘蔗葉的干物質(zhì)重量比為1.5:1的豬糞和質(zhì)量百分數(shù)為0.015%。的沼氣發(fā)酵促進劑，再添加甘蔗葉體積30%的接種物，用碳酸氫銨調(diào)節(jié)物料C/N為25:1，加水調(diào)節(jié)物料干物質(zhì)濃度至23%，攪拌均勻后裝罐，在37°C條件下進行中溫厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣，發(fā)酵時間為13天。
[0015]實施例5
一種汽爆甘蔗葉干法厭氧發(fā)酵制備沼氣的工藝，包括如下步驟:
(1)汽爆處理甘蔗葉
將甘蔗葉置于密閉的汽爆裝置中，通入飽和水蒸汽，控制汽爆壓力為4.0 MPa，保壓時間為8min，瞬間降壓后得到汽爆甘蔗葉物料；
(2)干法厭氧發(fā)酵
經(jīng)過汽爆處理的甘蔗葉，加入與甘蔗葉的干物質(zhì)重量比為2:1的豬糞和質(zhì)量百分數(shù)為
0.01%。的沼氣發(fā)酵促進劑，再添加甘蔗葉體積40%的接種物，用碳酸氫銨調(diào)節(jié)物料C/N為25:1，加水調(diào)節(jié)物料干物質(zhì)濃度至22%，攪拌均勻后裝罐，在37°C條件下進行中溫厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣，發(fā)酵時間為17天。
【權(quán)利要求】
1.一種汽爆甘蔗葉干法厭氧發(fā)酵制備沼氣的工藝，其特征在于:包括如下步驟: (1)汽爆處理甘蔗葉 將甘蔗葉置于密閉的汽爆裝置中，通入飽和水蒸汽，控制汽爆壓力和時間，瞬間降壓后得到汽爆甘蔗葉物料； (2)干法厭氧發(fā)酵 經(jīng)過汽爆處理的甘蔗葉，加入一定量的豬糞和沼氣發(fā)酵促進劑，再添加甘蔗葉體積30%~40%的接種物，用碳酸氫銨調(diào)節(jié)物料C/N為25:1，加水調(diào)節(jié)物料干物質(zhì)濃度，攪拌均勻后裝罐進行中溫厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣，發(fā)酵時間為10-20天。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽爆甘蔗葉干法厭氧發(fā)酵制備沼氣的工藝，其特征在于:步驟(1)所述的汽爆壓力為2.5^4.0 MPa，所述的時間為3~lOmin。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽爆甘蔗葉干法厭氧發(fā)酵制備沼氣的工藝，其特征在于:步驟(2)所述的添加的豬糞與甘蔗葉的干物質(zhì)重量比為廣2:1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽爆甘蔗葉干法厭氧發(fā)酵制備沼氣的工藝，其特征在于:步驟(2)所述的沼氣發(fā)酵促進劑為成都合成生物科技有限公司生產(chǎn)的“瑞萊特”微生物催腐劑，用量為甘蔗葉質(zhì)量的0.01%。^0.015%0。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽爆甘蔗葉干法厭氧發(fā)酵制備沼氣的工藝，其特征在于:步驟(2)所述的攪 拌均勻后裝罐物料的TS含量為22%~25% ;發(fā)酵溫度為37~39°C。
【文檔編號】C02F11/04GK104073522SQ201410349471
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月22日
【發(fā)明者】焦靜, 張勁, 王金麗, 鄭勇, 王剛, 郭昌進, 黃小紅 申請人:中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機械研究所