[发明专利]秸秆经化学催化水解处理实现资源化和零排放的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种农作物秸秆的处理方法，更具体的说涉及一种农作物秸秆经三级化学催化水解处理实现资源化和零排放的方法。

技术背景

农作物秸秆是成熟农作物茎叶(穗)部分的总称，通常指小麦、水稻、玉米、薯类、油料、棉花、甘蔗和其它农作物在收获籽实后的剩余部分。据报道，我国每年大概产生7亿吨各类农作物秸秆，其中约有50％未得到有效地处理和利用，这不但浪费了资源，而且由于大量秸秆的随意丢弃甚至露天焚烧，导致严重的大气污染，并引发火灾和影响高速公路与民航的运行安全，因此有必要选择具有潜在经济效益而又不污染环境的方法处理农作物秸秆。

目前农作物秸秆的处理方法主要有秸秆还田、做家畜饲料、工业生产原料、厌氧发酵产沼气等。秸秆还田是最传统的处理方法之一，虽然秸秆还田具有改善土壤的团粒结构和理化性状，保持和提高土壤肥力，减少化肥用量的作用，但是秸秆还田的处理方法也有缺点，例如将秸秆整株或切碎后直接还田，秸秆腐烂慢，发酵过程中有可能损害作物根部，堆沤还田虽然可以克服直接还田的缺点，但是堆沤过程中，占用空间大，且处理时间较长；秸秆做家畜饲料的处理方法中，由于秸秆的主要成分是粗纤维，质地粗硬，适口性差，不易消化，食入量低，营养价值比较低，因此不能满足家畜的营养要求；秸秆作为工业生产原料的处理过程中，虽然秸秆已作为重要的工业生产原料，被广泛的应用于造纸业和编制业，还有利用秸秆生产纸质地膜、密度板、食用菌、木糖、醋、淀粉等，但是这些处理都会产生一定程度的二次污染，或者要求对原料进行较苛刻选择或预处理，并且利用量还只是秸秆总量的一小部分；秸秆厌氧发酵产沼气的处理方法中，所产的沼气做能源，同时产生大量沼液和沼渣做肥料，但是该处理方法存在发酵时间长，投资大，占地面积大，并产生大量温室气体，尤其是恶臭气体的缺点。

总的来说，目前农作物秸秆的处理利用，属于粗加工的占多数，精细加工的技术有待加强和推广，因此，利用高科技改变技术单一利用的状况，缓解我国资源能源短缺矛盾，促进农业生态平衡，显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种农作物秸秆经三级化学催化水解处理的资源化和零排放的方法，以解决现有农作物秸秆处理过程中存在的技术问题，本发明的处理方法在实现“三废”零排放的同时，得到了高附加值的工业产品，使农作物秸秆实现了高资源化利用。

为实现本发明的目的，本发明的技术方案是：

秸秆经化学催化水解处理实现资源化和零排放的方法，包括以下步骤：

1)预处理：农作物秸秆经破碎成1mm-5mm小段后，用秸秆体积4倍-10倍量的10％-30％的硫酸浸取2h-24h得到酸浸秸秆，将多余的硫酸放出再利用；

2)第一级化学催化水解反应：将步骤1)制备所得的酸浸秸秆输入第一级水解罐中，进行第一级化学催化水解，向第一级水解罐中通入蒸汽，第一级水解罐中的温度控制在100℃-200℃，压力控制在0.1MPa-1.6MPa，水解时间为2h-8h，冷凝反应产生的气相，得到糠醛、甲基糠醛和醋酸的混合物，所得混合物经蒸馏分离出醋酸，所得醋酸用石灰水溶液中和得到醋酸钙溶液，该醋酸钙溶液经过滤、浓缩、结晶、离心分离和干燥得结晶醋酸钙；所得混合物经精馏分出糠醛和甲基糠醛；反应产生的固相为第一级水解渣，所得第一级水解渣质量的50％用于热解气化炉产燃料气供锅炉燃料，用于发电，实现自供电源和蒸汽源，产生的草木灰，用于肥料添加剂以中和肥料的酸性物质和增加肥料中的钾肥成分；

3)第二级化学催化水解反应：将步骤2)所得的第一级水解渣剩余的50％输入到第二级水解罐中，进行第二级化学催化水解，水解温度为150℃-250℃，水解压力为1MPa-2MPa，水解时间为1h-6h，反应产生气相、液相和固相，气相为含醋酸的尾气，该含醋酸的尾气用石灰乳吸收中和生成醋酸钙溶液，该醋酸钙溶液经冷凝、浓缩、结晶和干燥得结晶醋酸钙，液相中含水溶性有机碳类，经浓缩和结晶得固体粉末状速溶性肥料，固相为第二级水解渣；

4)第三级化学催化水解反应：将步骤3)所得的第二级水解渣输入到第三级水解罐中，进行第三级化学催化水解，水解温度为200℃-350℃，水解压力为1.5MPa-3.0MPa，水解反应时间为1h-6h，水解产物为气相、液相和固相，气相含甲酸，用石灰乳吸收，中和生成甲酸钙溶液，该甲酸钙溶液经过滤、浓缩、结晶、离心分离和干燥得结晶甲酸钙，液相含水溶性黄腐酸，经过滤、浓缩、喷雾、干燥和脱水得粉末状黄腐酸，固相为未水解的木质素，该木质素加功能菌制成复合微生物肥料。