本发明涉及秸秆利用领域。更具体地，涉及一种生物质沼气发酵装置及制备方法。
背景技术：
沼气的主要成分是甲烷，约占所产生的各种气体的60％～80％。甲烷是一种理想的气体燃料，它无色无味，与适量空气混合后即可燃烧，每立方米的纯甲烷发热量为3.4kJ，每立方米沼气发热量为2.08～2.36kJ，即1立方米的沼气完全燃烧后，能产生相当于0.7kg无烟标准煤的热量。
沼气是一种清洁能源，可替代煤炭，起到减少排放二氧化碳的效果，每立方米的沼气相当于减少排放二氧化碳2.13kg～3.8kg，燃烧1立方米的甲烷相当于减少排放二氧化碳21立方米。与煤矿瓦斯、焦炉煤气、高炉煤气等富氢的可燃气体而言，沼气成分稳定，便于利用。
中国天然气缺口很大，其中人均生活用气只是韩国的1/5，尤其是农村燃气供应缺口更大。要实现2020年国民经济翻两番的目标，保障可靠的燃气供应是必备条件，因地制宜的利用当地生物质能源资源生产各种可再生能源成为当务之急。沼气归类于绿色能源。
在强调可持续发展的大背景下，大力推广大型沼气工程建设是十分必要的，但是厌氧发酵产气率低，系统运行、配套的技术和设备还不成熟，从而获得秸秆发酵生规模化应用受气候条件影响较大，因此需要找到一种新型的沼气发酵装置和发酵方法以提高产气率，实现大规模生产。
技术实现要素：
本发明的一个目的在于提供一种沼气发酵装置。
本发明的另一个目的在于提供一种生物质沼气的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种生物质沼气发酵装置，包括：
太阳能集热器：将光能转化为热能；
罐体：沼气生产的装置；
搅拌泵：使罐体内部菌种与液体混合均匀，有利于产气；
生物膜：为甲烷菌提供代谢条件；
导热介质：散热到罐体内，保持罐体内温度恒定。
所述太阳能集热器设置在罐体的外侧，与地面成30-45°角；所述搅拌泵设置在罐体内，所述生物膜固定在罐体的内壁上，所述导热介质设置在罐体的底部。
进一步，所述太阳能集热器的一侧设置风机，通过风机将热风送入罐体底层的导热介质中；
所述罐体侧壁上设置进水管、出气管、溢流管和排污管，所述溢流管在进水管和出气管的下部，所述排污管设置在导热介质的上部。
本发明还提供了上述发酵装置在制备生物质沼气中的应用。
本发明进一步公开了制备生物质沼气的方法，包括以下步骤：1)玉米秸秆粉碎：将玉米秸秆粉碎成长度为3-5厘米的小段；2)玉米秸秆预处理：采用高温高压热解撕裂处理粉碎后的玉米秸秆；3)固液分离；将预处理后的玉米秸秆进行固液分离，得到高浓度碳水化合物溶液和固体物质；将固体物质在超声波作用下，浸入弱酸性离子水中，实现碳水化合物转化，完成碳水化合物小分子物质的富集，再进行固液分离；4)将固液分离得到的液体进入上述生物质沼气发酵装置进行厌氧发酵，产生沼气。
进一步，本发明还可以将所述步骤3)分离后的固体在超声波和电泳耦合作用下，浸入弱碱性离子水，固体物料中的长链纤维素分解后溶于水中，完成三次固液分离。
进一步，所述厌氧发酵的pH值范围6.5-8，温度控制在30-60℃。
本发明的有益效果如下：
本发明沼气发酵装置不仅解决了生物质秸秆沼气制备的结块、搅拌困难以及物料更替的问题，而且提高了产气效率，无沼渣沼液二次污染问题。另外，在冬季也可持续产气，易于规模化生产，便于推广。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出沼气发酵装置示意图；
其中，1太阳能集热器、2罐体、3搅拌泵、4生物膜、5导热介质、6进水管、7出气管、8溢流管和9排污管。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1一种沼气发酵装置
一种沼气发酵装置，包括：太阳能集热器1、罐体2、搅拌泵3、生物膜4、导热介质5；所述太阳能集热器1设置在罐体2的外侧，与地面成30-45°角，可将光能转化为热能，所述搅拌泵3设置在罐体2内，所述生物膜4固定在罐体2的内壁上，为甲烷菌提供代谢条件；所述导热介质5设置在罐体2的底部，散热到罐体中，保持罐体内温度恒定；所述太阳能集热器1一侧设置风机，通过风机将热风送入罐体底部的导热介质中；所述罐体2的外壁上设置进水管6、出气管7、溢流管8和排污管9，所述溢流管8在进水管6和出气管7的下部，所述排污管9设置导热介质5的上部。
实施例2一种制备生物质沼气的方法
一种制备生物质沼气的方法，包括以下步骤：1)玉米秸秆粉碎：将玉米秸秆粉碎成长度为3-5厘米的小段；2)玉米秸秆预处理：采用高温高压热解撕裂处理粉碎后的玉米秸秆；3)固液分离；将预处理后的玉米秸秆进行固液分离，得到高浓度碳水化合物溶液和固体物质；将固体物质在超声波作用下，浸入弱酸性离子水中，实现碳水化合物转化，完成碳水化合物小分子物质的富集，再进行固液分离，得到高浓度碳水化合物溶液和固体物质，合并高浓度碳水化合物溶液；4)将固液分离得到的液体进入发酵装置进行厌氧发酵，厌氧发酵的pH值为6.5，温度为30℃，产生沼气。
实施例3一种制备生物质沼气的方法
一种制备生物质沼气的方法，包括以下步骤：1)玉米秸秆粉碎：将玉米秸秆粉碎成长度为3-5厘米的小段；2)玉米秸秆预处理：采用高温高压热解撕裂处理粉碎后的玉米秸秆；3)固液分离；将预处理后的玉米秸秆进行固液分离，得到高浓度碳水化合物溶液和固体物质；将固体物质在超声波作用下，浸入弱酸性离子水中，实现碳水化合物转化，完成碳水化合物小分子物质的富集，再进行固液分离，得到高浓度碳水化合物溶液和固体物质；4)分离后的固体在超声波和电泳耦合作用下，浸入弱碱性离子水，固体物料中的长链纤维素分解后溶于水中，完成三次固液分离，合并高浓度碳水化合物溶液；5)将固液分离得到的液体进入发酵装置进行厌氧发酵，厌氧发酵的pH值为8，温度为60℃，产生沼气。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。