的系統(tǒng)與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及沼氣工程與CO2吸收分離一體化的技術(shù)領(lǐng)域，具體地指一種以沼液和秸桿水解液制備氨基酸及分離CO2的系統(tǒng)與方法。
技術(shù)背景
[0002]目前沼氣、垃圾填埋氣和生物質(zhì)熱解氣等富CO2氣體中0)2分離技術(shù)主要有化學(xué)吸收法、物理吸附法、膜分離技術(shù)等，其中技術(shù)最成熟、工程應(yīng)用最廣泛的是化學(xué)吸收法。CO2化學(xué)吸收法具有CO2分離效率高、分離過(guò)程中目標(biāo)氣體損失少等優(yōu)點(diǎn)。如分離沼氣中的CO 2時(shí)以CH4為目標(biāo)氣體，具有對(duì)氣體分壓適應(yīng)性廣、操作簡(jiǎn)單和商業(yè)應(yīng)用廣等優(yōu)點(diǎn)，是近期可以大規(guī)模推廣應(yīng)用的技術(shù)之一。但傳統(tǒng)化學(xué)吸收技術(shù)存在CO2分離成本過(guò)高及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)較大等關(guān)鍵瓶頸亟待解決。CO2化學(xué)分離成本高，主要?dú)w因于常規(guī)吸收劑高CO 2反應(yīng)速率與低再生能耗特性不能完美匹配，從而導(dǎo)致吸收劑富CO2溶液再生熱耗巨大或系統(tǒng)投資巨大。同時(shí)，吸收劑在循環(huán)運(yùn)行中存在揮發(fā)、降解、夾帶等問(wèn)題，從而造成吸收劑的補(bǔ)充量大，且揮發(fā)的吸收劑和降解產(chǎn)物處理不當(dāng)也易造成對(duì)人體健康與環(huán)境的威脅。
[0003]為解決此問(wèn)題，滿足“低降解、低再生能耗、高CO2吸收速率和高CO 2攜帶能力”的新型單一吸收劑或混合吸收劑成為目前的研究重點(diǎn)。在眾多吸收劑中，由氨基酸與強(qiáng)堿中和反應(yīng)而生成的AAS(Amino acid salt，氨基酸鹽吸收劑)值得重視。氨基酸鹽吸收劑分子結(jié)構(gòu)中擁有與傳統(tǒng)有機(jī)胺相同的氨基官能團(tuán)，其CO2吸收能力可與有機(jī)胺相比，甚至更高。同時(shí)，氨基酸鹽吸收劑的離子特性使其具有零蒸氣分壓及抗氧化降解等特性，因而其揮發(fā)損失和氧化降解損失可忽略不計(jì)。另外，由于氨基酸大多源于自然界，因而具有良好的生物降解特性，處理處置容易，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)小。因此，氨基酸鹽吸收劑被稱為綠色吸收劑或環(huán)境友好型吸收劑，可用于解決目前0)2化學(xué)吸收法工藝中存在的高吸收劑損失及環(huán)境威脅較大等難題。但是，在0)2吸收-再生循環(huán)工藝中，氨基酸鹽吸收劑依然需要采用熱再生工藝，因而其能耗與傳統(tǒng)有機(jī)胺吸收劑相當(dāng)、甚至更高。如果僅僅采用氨基酸鹽吸收劑來(lái)替換傳統(tǒng)有機(jī)胺吸收劑，依然不能解決CO2再生能耗高的問(wèn)題。由于氨基酸鹽吸收劑具有優(yōu)異的生物降解特性，處理處置容易，如果能在使用氨基酸鹽吸收劑的基礎(chǔ)上，將能耗巨大的再生過(guò)程摒棄，將0)2吸收-再生工藝簡(jiǎn)化為僅存在CO 2吸收過(guò)程的單流程工藝，并將生成的富CO 2吸收劑溶液與沼氣工程中產(chǎn)生的沼液按比例混合后應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，促進(jìn)農(nóng)林作物或植物生長(zhǎng)發(fā)育，將CO2固化在植物機(jī)體或土壤中，勢(shì)必會(huì)大幅降低CO 2分離成本，同時(shí)亦可實(shí)現(xiàn)CO2的低成本儲(chǔ)存與應(yīng)用。顯然，基于氨基酸鹽吸收劑的CO2吸收單循環(huán)工藝需要解決的主要瓶頸為氨基酸的來(lái)源，需要滿足低價(jià)、量廣的基本要求。
[0004]盡管目前氨基酸生產(chǎn)工藝已經(jīng)比較成熟，但大多采用微生物發(fā)酵方式直接生產(chǎn)單一型氨基酸，原料成本較高，過(guò)程控制較嚴(yán)格。如果將氨基酸應(yīng)用到0)2吸收單循環(huán)工藝中，勢(shì)必會(huì)造成氨基酸的供不應(yīng)求，同時(shí)還將造成0)2吸收成本的大幅上升。因此，如能以有機(jī)廢棄物作為發(fā)酵底物制備廉價(jià)的復(fù)合型氨基酸，不僅可以實(shí)現(xiàn)基于氨基酸鹽吸收劑的CO2吸收單循環(huán)工藝，同時(shí)可以減少相關(guān)廢棄物隨意排放所造成的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。在傳統(tǒng)發(fā)酵型氨基酸生產(chǎn)工藝中，微生物生長(zhǎng)所必需的碳源和氮源添加成本較高，如使用葡萄糖作為碳源、豆柏作為氮源等。沼液是沼氣發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的一種高氨氮、高COD (ChemicalOxygen Demand,化學(xué)需氧量)的廢液，盡管其可以作為肥料饒灌農(nóng)作物，但大量的過(guò)剩沼液成為難以處理的廢棄物，極易造成環(huán)境的二次污染。沼液中的氨氮能夠作為假絲酵母菌生長(zhǎng)的氮源，而秸桿水解液中高濃度葡萄糖可為其生長(zhǎng)提供碳源，利用兩種廢棄物進(jìn)行發(fā)酵，理論上在得到廉價(jià)氨基酸的同時(shí)，還可降低沼液中大部分氨氮，使之更容易處理或應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。
[0005]因此，需要開(kāi)發(fā)一種以沼液和秸桿水解液制備氨基酸及分離0)2的系統(tǒng)與方法，該系統(tǒng)和方法能通過(guò)沼液和秸桿水解液發(fā)酵，得到廉價(jià)的可再生復(fù)合氨基酸，并將復(fù)合氨基酸作為0)2化學(xué)吸收劑進(jìn)行單循環(huán)0)2吸收應(yīng)用，大部分吸收富液與發(fā)酵后的低氨氮沼液混合可直接用于農(nóng)業(yè)應(yīng)用或拋棄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的就是要提供一種以沼液和秸桿水解液制備氨基酸及分離CO2的系統(tǒng)與方法。該系統(tǒng)和方法利用秸桿水解液和沼液進(jìn)行假絲酵母菌發(fā)酵，酵母水解后得到復(fù)合氨基酸，復(fù)合氨基酸再通過(guò)KOH(氫氧化鉀)中和后生成相對(duì)廉價(jià)的復(fù)合氨基酸鹽，并將其應(yīng)用于0)2吸收分離，將富CO 2氨基酸鹽溶液與發(fā)酵后沼液按一定比例混合應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，有效規(guī)避了傳統(tǒng)化學(xué)吸收劑降解損失量大、再生能耗高等弊端。同時(shí)去除了沼液中大部分氨氮，提高沼液中營(yíng)養(yǎng)成份含量，使沼液更容易處理和應(yīng)用，達(dá)到在能源與環(huán)境兩方面雙贏的效果。
[0007]為實(shí)現(xiàn)此目的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的以沼液和秸桿水解液制備氨基酸及分離CO2的系統(tǒng)，其特征在于:包括沼氣工程發(fā)酵設(shè)備、沼液沉淀設(shè)備、沼液離心設(shè)備、攪拌發(fā)酵設(shè)備、第一過(guò)濾器、秸桿糖化反應(yīng)設(shè)備、秸桿水洗設(shè)備、秸桿預(yù)處理反應(yīng)器、懸濁發(fā)酵液離心設(shè)備、沼液儲(chǔ)液罐、酵母水解反應(yīng)器、第二過(guò)濾器、酵母水解液濃縮設(shè)備、氨基酸鹽反應(yīng)器、0)2吸收設(shè)備、三通閥、富液解吸設(shè)備、提純氣儲(chǔ)氣罐，它還包括第一輸送栗、第二輸送栗、第三輸送栗、熱交換器、第四輸送栗，其中，沼氣工程發(fā)酵設(shè)備的新鮮沼液出口連接沼液沉淀設(shè)備的新鮮沼液入口，沼液沉淀設(shè)備的沼液出口通過(guò)第一輸送栗連接沼液離心設(shè)備的沼液入口，沼液離心設(shè)備的上清液出口連接攪拌發(fā)酵設(shè)備的上清液入口，攪拌發(fā)酵設(shè)備還設(shè)有假絲酵母菌入口 ；秸桿預(yù)處理反應(yīng)器設(shè)有第一秸桿出口、第一秸桿入口、NaOH溶液入口，秸桿預(yù)處理反應(yīng)器的第一稻桿出口連接稻桿水洗設(shè)備的第二稻桿入口，稻桿水洗設(shè)備的第二稻桿出口連接秸桿糖化反應(yīng)設(shè)備的第三秸桿入口，秸桿糖化反應(yīng)設(shè)備還設(shè)有纖維素酶、緩沖溶液入口，秸桿糖化反應(yīng)設(shè)備的秸桿糖化液出口連接第一過(guò)濾器的秸桿糖化液入口，第一過(guò)濾器的秸桿糖化濾液出口連接攪拌發(fā)酵設(shè)備的秸桿糖化濾液入口，攪拌發(fā)酵設(shè)備的發(fā)酵液出口通過(guò)第二輸送栗連接懸濁發(fā)酵液離心設(shè)備的發(fā)酵液入口，懸濁發(fā)酵液離心設(shè)備的低氨氮沼液出口連接沼液儲(chǔ)液罐的低氨氮沼液入口 ；懸濁發(fā)酵液離心設(shè)備的酵母泥出口連接酵母水解反應(yīng)器的酵母泥入口，酵母水解反應(yīng)器還設(shè)有木瓜蛋白酶、緩沖溶液及誘導(dǎo)劑入口，酵母水解反應(yīng)器的酵母水解液出口連接第二過(guò)濾器的酵母水解液入口，第二過(guò)濾器的酵母水解濾液出口連接酵母水解液濃縮設(shè)備的酵母水解濾液入口，酵母水解液濃縮設(shè)備的復(fù)合氨基酸出口連接氨基酸鹽反應(yīng)器的復(fù)合氨基酸入口，氨基酸鹽反應(yīng)器還設(shè)有KOH溶液入口，氨基酸鹽反應(yīng)器的復(fù)合氨基酸鹽溶液出口連接0)2吸收設(shè)備的復(fù)合氨基酸鹽溶液入口，CO2吸收設(shè)備還設(shè)有富碳?xì)怏w入口、提純氣出口，CO2吸收設(shè)備的提純氣出口連接提純氣儲(chǔ)氣罐的提純氣入口 ；0)2吸收設(shè)備的富液出口通過(guò)第三輸送栗連接三通閥的第一接口，三通閥的第二接口連接沼液儲(chǔ)液罐的第一富液入口，沼液儲(chǔ)液罐還設(shè)有第一富液出口 ；三通閥的第三接口連接熱交換器的低溫富液入口，熱交換器的高溫富液出口連接富液解吸設(shè)備的第二富液入口，富液解吸設(shè)備還設(shè)有加熱器、空氣入口、富碳?xì)怏w出口，富液解吸設(shè)備的高溫貧液出口連接熱交換器的高溫貧液入口，熱交換器的低溫貧液出口通過(guò)第四輸送栗連接氨基酸鹽反應(yīng)器的復(fù)合氨基酸鹽出口與0)2吸收設(shè)備的氨基酸鹽入口之間的輸送管路。
[0008]上述技術(shù)方案中，所述沼液沉淀設(shè)備的沼液出口與沼液離心設(shè)備的沼液入口之間的管路內(nèi)設(shè)有第一流量計(jì)和第一輸送栗，所述沼液離心設(shè)備的上清液出口與攪拌發(fā)酵設(shè)備的上清液入口之間的管路內(nèi)設(shè)有第二流量計(jì)，第一過(guò)濾器的秸桿糖化濾液出口與攪拌發(fā)酵設(shè)備的秸桿糖化濾液入口之間的管路內(nèi)設(shè)有第三流量計(jì)，秸桿糖化反應(yīng)設(shè)備的纖維素酶、緩沖溶液入口處設(shè)有第四流量計(jì)，秸桿預(yù)處理反應(yīng)器的NaOH溶液入口處設(shè)有第五流量計(jì)，攪拌發(fā)酵設(shè)備的發(fā)酵液出口與懸濁發(fā)酵液離心設(shè)備的發(fā)酵液入口之間的管路內(nèi)設(shè)有第二輸送栗和第六流量計(jì)，懸濁發(fā)酵液離心設(shè)備的酵母泥出口與酵母水解反應(yīng)器的酵母泥入口之間的管路內(nèi)設(shè)有質(zhì)量傳感器，酵母水解液濃縮設(shè)備的復(fù)合氨基酸出口與氨基酸鹽反應(yīng)器的復(fù)合氨基酸入口之間的管路內(nèi)設(shè)有氨基酸濃度傳感器，氨基酸鹽反應(yīng)器的KOH溶液入口處設(shè)有第七流量計(jì)，氨基酸鹽反應(yīng)器的復(fù)合氨基酸鹽溶液出口與CO2吸收設(shè)備的復(fù)合氨基酸鹽溶液入口之間的管路內(nèi)設(shè)有第八流量計(jì)，0)2吸收設(shè)備的富碳?xì)怏w入口處設(shè)有第一 CO2濃度傳感器，CO2吸收設(shè)備的富液出口與三通閥的第一接口之間的管路內(nèi)設(shè)有第九流量計(jì)和第三輸送栗，三通閥的第二接口與沼液儲(chǔ)液罐的第一富液入口之間的管路內(nèi)設(shè)有第十流量計(jì)，三通閥的第三接口與熱交換器的低溫富液入口之間設(shè)有第i^一流量計(jì)，熱交換器的高溫富液出口與富液解吸設(shè)備的第二富液入口之間的管路內(nèi)設(shè)有溫度傳感器，富液解吸設(shè)備的富碳?xì)怏w出口處設(shè)有第二 CO2濃度傳感器，富液解吸設(shè)備的空氣入口處設(shè)有第十二流量計(jì)。
[0009]—種利用上述以沼液和秸桿水解液制備氨基酸及分離0)2的系統(tǒng)制備氨基酸及分離CO2的方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0010]步驟1:沼氣工程發(fā)酵設(shè)備產(chǎn)生的新鮮沼液由新鮮沼液出口進(jìn)入沼液沉淀設(shè)備，在沼液沉淀設(shè)備中自然沉淀I?2天后由沼液出口 2進(jìn)入沼液離心設(shè)備，在沼液離心設(shè)備中沼液以1900?2100r/min的轉(zhuǎn)速離心15?25min，脫除沼液中大粒徑懸浮顆粒，使懸浮顆粒直徑范圍在4?5 μ m，離心得到的沼液上清液通過(guò)上清液出口進(jìn)入攪拌發(fā)酵設(shè)備；
[0011]步驟2:秸桿由第一秸桿入口進(jìn)入秸桿預(yù)處理反應(yīng)器中，進(jìn)料時(shí)調(diào)節(jié)秸桿預(yù)處理反應(yīng)器中秸桿的濃度為40?60g/L，NaOH溶液通過(guò)NaOH溶液入口進(jìn)