玉米秸秆蒸汽爆破用于厌氧发酵的技术评价.pdf

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1、第27卷第1期2862011年1月农业工程学报TransactionsoftheCSAE、，01．27No．1Jan．20ll玉米秸秆蒸汽爆破用于厌氧发酵的技术评价李刚1，李东亮2，王许涛嫌，国超1(1．河南农业大学农业部农村可再生能源重点开放实验室，郑州450002；2．川渝中烟工业公司技术研发中心，成都610066；3．河南城建学院，平项山467044)摘要：蒸汽爆破可破坏木质纤维素结构，提高纤维素、半纤维素的转化利用率，是秸秆类物质利用的一种有效预处理方式。作者研究了玉米秸秆蒸汽爆破处理及其厌氧发酵过程中的能量平衡关系，结果表明相同维压时间下蒸汽爆破处理后玉米秸秆厌氧发酵过

2、程中的能源转化率随着压力增大而增大，而在相同压力条件下均在90S维压时间时得到最大能源转化率。玉米秸秆蒸汽爆破后在常温条件下厌氧发酵的最小和最大能源转化率分别为8．39％和11．68％，是对照组的1．38倍和1．92倍。但对蒸汽爆破玉米秸秆厌氧发酵的增量效益一费用比分析表明，因玉米秸秆蒸汽爆破处理而引起厌氧发酵产气量增加所形成产气的能量增加量小于蒸汽爆破处理所消耗的能量，从能量转换角度来说蒸汽爆破并不是玉米秸秆厌氧发酵的最经济处理方式。关键词：秸秆，厌氧消化，能源转换，蒸汽爆破，增量效益一费用比doi：10．3969／j．issn．1002—6819．2011．01．046中图分

3、类号：TK6文献标志码：A文章编号：1002—6819(2011)一01—0286—05李刚，李东亮，王许涛，等．玉米秸秆蒸汽爆破用于厌氧发酵的技术评价[J】．农业工程学报，2011，27(1)：286——290．LiGang,LiDongliang，WangXutao，eta1．Technologyevaluationofsteamexplodedcor'nstalkanaerobicfermentation[J】．TransactionsoftheCSAE，2011，27(1)：286--290．(inChinesewithEnglishabstract)0引言作为一个农业大

4、国，中国有着丰富的秸秆资源，但随着经济的快速发展，原作为农村生活用能和牲畜饲料的农作物秸秆逐步沦为农业废弃物，其不当处置造成了严重的环境污染。近年来，随着化石能源供应紧张和环境问题的日益突出，以秸秆为主的生物质能成为后续能源发展的重要技术方式【I川。但秸秆作为一种典型的木质纤维素聚合体，木质素的包绕结构阻碍了微生物对纤维素和半纤维素转化和利用，破坏木质纤维素结构成为提高秸秆生物转化效率的重要技术措施【5。7】。蒸汽爆破作为一种预处理方式，可以有效实现木质素、纤维素、半纤维素结构的分离，提高后继工艺对纤维素、半纤维素的利用率，逐步被应用于秸秆厌氧发酵、纤维素燃料乙醇发酵等技术领域【

5、8．¨1。目前，对以蒸汽爆破作为预处理手段的生物能源生产技术研究主要集中于对生物转化环节的研究，突出蒸汽爆破措施对产量的提升效果。因而，蒸汽爆破也仅被作为一种预处理手段对待，对于其处理过程的能量转换关系缺少相关的研究。虽有文献对厌氧发酵过程的能量转换效率进行分析，但这些分析都是基于理论推算且忽略了厌氧发酵过程中的基本能量平衡，收稿日期：2010416-27修订日期：2010-08-18作者简介：李刚(1975一)，男，河南郸城人，博士，讲师，主要从事可再生能源转换技术研究。郑州河南农业大学农业部农村可再生能源重点开放实验室，450002．Email：energy7S9@126．c

6、oin※通信作者：王许涛(1971一)，男，河南平顶山人，博士，副教授，从事可再生能源转换技术研究．平顶山河南城建学院，467044。Emaihdsands@163．OOIlL未能考虑接种物所带入能量和产气中因CH4含量不同而引起的产出能量的变化02-13】，由此计算出的能源转化效率还值得商榷。由于蒸汽爆破处理需要使用高温高压的饱和蒸汽作为工作介质，这些外界能量输入将对秸秆能源化利用过程的经济性能产生很大的影响1141。文章以玉米秸秆蒸汽爆破处理后用于厌氧发酵为研究对象，分析了玉米秸秆蒸汽爆破和厌氧发酵过程的能量平衡关系，探讨了蒸汽爆破玉米秸秆进行厌氧发酵的能量转换关系，从能量学

7、角度对玉米秸秆汽爆处理及厌氧发酵过程中能量投入产出的影响进行对比分析，为秸秆厌氧发酵的工程应用提供参考数据。1试验材料与方法1．1试验材料玉米秸秆，河南农业大学科教园区，去根后自然风干，粉碎至2～3c111，低位发热量(空气干燥基)Q山d=14500kJ／kg。活性污泥，郑州市五龙口污水处理厂，含水率99．4％，Q岫=12680kJ／kg。1．2仪器设备QB一200蒸汽爆破工艺试验台，鹤壁市正道重型机械厂，爆腔容积为405mL，试验时单次秸秆爆破量质为35g，蒸汽充实量约为200