CN101371076B - 生物质材料的利用方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用生物质材料的方法，使生物质材料在燃烧时与反应物直接混合接触，由生物质材料的自燃烧放热直接加热反应物至反应温度，发生由生物质材料包含的热能、碳、硅元素参与的化学反应，如与含碱金属元素的化合物反应生产粉状或块状的碱金属硅酸盐，与硝酸盐合成火药、还原硫酸盐、分解碳酸盐等。本发明具有热利用率高、无需外部热源、能耗低、设备成本低、工艺简单的效果。

Description

生物质材料的利用方法
技术领域
本发明是关于生物质材料的利用方法，特别是关于利用生物质材料作为工业反应的热源、生产碱金属硅酸盐的方法。
背景技术
生物质材料主要从木材及森林废弃物、农业废弃物、农林加工残余物、油料植物、动物粪便、城市乡村生活垃圾等中获取，具有可再生、低污染、分布广、储量大等优点，目前已被广泛地用于工业生产当中。
生物质材料在燃烧时会放出大量热，是一种能源，可作为煤、天然气等矿产能源的替代物来作为供暖、发电、工业化学反应等的热源。
生物质材料含有大量碳、硅等元素，例如水稻、小麦、黄豆、玉米、高粱等农作物秸杆，谷壳、稻壳等，含碳量达30％左右，含氧化硅量可多达20％(灰分中含硅量多达60％)；例如柴薪、野草、树枝树叶、锯末、林场废弃物、甘蔗渣等含硅量极少，通常低于2％，可忽略不计，含碳量可达90％左右。可见，生物质材料也是一种重要的地表矿产资源工业原料，现有技术中已经出现利用稻壳灰来生产硅酸钠、活性碳的方法。
在生物质材料作为工业反应热源的利用方法中，热效率较高的方法是将生物质材料压缩成型为燃料块而提高能量密度之后，置入一燃烧设备内进行燃烧，燃烧放热再由另一套高温反应釜设备的外部通过热传导、热辐射的方式传递给高温反应釜，再由高温反应釜将热量间接地传递给其内等待进行分解、还原、氧化或合成等工业反应的反应物，或使燃烧放热通过管路输送至高温反应釜。在此利用生物质材料作为工业反应热源的方法中，相对于等待吸热的反应物而言，燃烧放热发生在高温反应釜外部的燃烧设备内，而反应物吸热发生在高温反应釜设备内部，生物质材料在燃烧时并未与反应物直接接触，热量并未直接作用于反应物，仍是一种热量只能间接作用于反应物的外部热源，热量利用效率不能达到更高水平。更重要的，由于燃烧放热场所与反应物吸热场所存在空间上的不同，因此就必须用到用于燃烧的燃烧设备及用于发生反应的反应设备两套设备，生产前期的设备资金投入高，而在工艺上也需要分别控制燃烧过程与反应过程，操作、生产工艺复杂。
在将可燃生物质材料作为矿产资源来生产硅酸钠之前，人们主要是通过一种称为干法的生产工艺来生产硅酸钠，具体是采用纯碱和石英砂这两类矿物质作为反应原料，利用煤炭、煤气、天然气、重油或电等外部热源加热容纳反应原料的反应器，使反应原料在高温下熔融发生反应而制得各种模数特别是高模数的硅酸钠。此干法硅酸钠生产工艺中，同样存在外部能源燃烧时未与反应物直接接触、热量利用效率不能达到更高水平，以及需要更多设备而使生产投入高、生产工艺复杂的缺陷。
在干法生产工艺中，因石英砂一般是晶体结构，反应活性极低，需要使用高能量密度的能源来提供高达1300℃以上的高温反应条件，而低能量密度、低成本的生物质能已不能满足此需求，耗能相当巨大，能源成本非常高。而采用上述干法来生产各种模数的粉状或速溶的碱金属硅酸盐，就还需要经过液体溶解调模浓缩蒸发、喷雾、高温空气干燥或再结晶过程而间接制得，例如日本专利03-164422号和美国专利US 5,229,095号中所公开的技术，其中调模浓缩蒸发、喷雾、高温空气干燥等步骤使生产工艺更加复杂，并进一步增加了生产中的能源消耗。
基于石英砂的低反应活性而不利于在相对低温下发生反应的缺陷，人们研发出用液体烧碱与石英砂在反应器中加温加压而使二者发生反应来生产碱金属硅酸盐的湿法生产方法，例如中国CN02113068号专利申请就公开了一种采用细石英砂湿法生产无水硅酸钠的方法，通过液碱与细石英砂经混合、搅拌、脱水、粉碎而制得无水硅酸钠。为了利用稻草灰或稻壳灰中的氧化硅，稻草灰或稻壳灰已经用来代替矿物石英砂以湿法生产碱金属硅酸盐，例如中国专利CN88105429.1，CN98113837.3及CN90106479.3号就公开了利用稻草灰、稻壳灰通过湿法来生产无水硅酸钠的方法。湿法生产工艺，虽然可以在相对低温下进行快速的化学反应，降低能耗，但此法难于制得高模数的产品，且同样存在需单独提供不与反应物直接接触的外部热源，燃烧热量利用效率不能达到更高水平，以及需要两套以上设备而使生产投入高、生产工艺复杂的缺陷。
并且，在前述利用生物质材料的湿法生产当中，利用稻麦草或稻壳中硅元素的方式都是利用稻麦草或稻壳等生物质材料燃烧后的灰烬即草木灰或稻壳灰，而为了获得草木灰或稻壳灰而燃烧生物质材料的过程，并没有发生在反应器内而使生物质材料直接与反应物混合接触来作为生产无水硅酸盐工艺当中所需的能源，例如前述CN88105429.1号专利中稻麦草或稻壳燃烧的热量用来输送至电厂发电，而CN98113837.3专利中的稻麦草或稻壳是在半地下冲天自然炉中燃烧的，产生的热量白白释放至大气当中造成浪费，热量利用率不高。且为获得灰烬的燃烧过程还需要单独的步骤来进行，使工艺复杂化，而反应物反应所需的热量却还另外需要其它外部能源再单独提供，造成双重的能源浪费，耗能巨大，不符合节能要求。进一步，利用烧碱水溶液来溶解稻麦草或稻壳灰分中的氧化硅是一种水热反应，还需要大量水分，消耗了水资源，而为了脱除硅酸钠产物中的水分又需进行干燥步骤而进一步加大了能源的消耗，造成了能源的多重浪费，增加了更多的工艺步骤，工艺非常复杂。
总之，现有技术中用于工业反应所需的能源例如生物质能、重油、酒精、煤炭、煤气、天然气等都是外部热源，燃烧时燃料均未与反应物接触，都需要单独的燃烧设备进行燃烧放热，再将燃烧放热供应给用于进行工业反应的反应器而将热量间接的供给反应物，燃烧放热与反应吸热不在同一空间同步发生，且燃料燃烧放热用途单一，热量利用效率不能达到更高水平，且大多数的工业反应生产项目都需要燃烧设备及反应设备等多套设备，生产前期的设备资金投入极高、工艺操作复杂、能源消耗巨大。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种生物质材料的利用方法，利用生物质材料在燃烧时的现场放热来作为与反应物直接接触的内部热源，热利用率达到最高水平，能耗低，且能将用于燃烧燃料的能源供应设备与反应设备合二为一，设备成本大大降低、工艺流程简单。
本发明的第二目的是提供一种生物质材料的利用方法，利用生物质材料中的硅元素是以离子、分子或纳米状态分布于秸秆组织中而比石英砂具有更高的化学反应活性使反应温度相对更低的特性及自燃烧放热作为内部热源来提供一种仅需简单的混合、燃烧步骤就能一次性最简单最直接的生产粉状或块状的无水碱金属硅酸盐的干法生产方法，工艺极其简单，热利用率达到最高水平，能耗低，且能将用于燃烧燃料的能源供应设备与反应设备合二为一或者不采用任何设备，直接在适用的场地进行燃烧生产，生产投入及成本极低。
本发明的第三目的是提供一种生物质材料的利用方法，利用生物质材料的自燃烧放热作为内部热源来提供一种焚烧处理工业废物或残渣的方法，热利用率高、能耗低、使用设备少、成本低、工艺简单，符合环保要求。
本发明的第四目的是提供一种生物质材料的利用方法，利用生物质材料包含的碳元素及其自燃烧的现场放热作为内部热源而提供一种还原硫酸盐的方法，热利用率高、使用设备少、能耗低、成本低、工艺简单。
本发明的第五目的是提供一种生物质材料的利用方法，利用可燃生物质材料中的碳元素、氧化硅及现场燃烧放热提供一种合成火药的方法，可代替制造黑火药工艺中所使用的硫磺及碳粉，节约矿产资源，生产成本低、工艺简单。
本发明的第六目的是提供一种生物质材料的利用方法，利用生物质材料自燃烧的现场放热来作为内部热源而提供一种分解碳酸盐、提炼硫铁矿的方法，热利用率达到最高水平，使用设备少，能耗、成本低，工艺极其简单。
本发明的技术方案是：一种利用生物质材料的方法，使生物质材料在燃烧时与反应物直接接触混合，由生物质材料的自燃烧放热直接加热反应物至反应温度而发生化学反应。
根据本发明的第二目的，本发明提供一种直接生产粉状或块状无水碱金属硅酸盐的干法生产方法。由生物质材料的自燃烧放热直接加热反应物而发生主产物为碱金属硅酸盐的化学反应，所发生的化学反应选自但不局限于：
2NaOH+SiO2＝＝＝》Na2SiO3+H2O；
Na2CO3+SiO2＝＝＝》Na2SiO3+CO2；及
Na2SO4+SiO2＝＝＝》Na2SiO3+SO3；
通式为：Na2O.X+SiO2＝＝＝》Na2SiO3+X。
依生物质材料含硅量，分为三种情况。第一种情况，生物质材料包括不含硅的生物质材料，反应物包括含硅矿物质与含碱金属元素的化合物；第二种情况，生物质材料为含硅生物质材料，反应物包括按生物质材料含硅量当量配比的含碱金属元素的化合物，该情况是本发明提倡优先采纳的；第三种情况，生物质材料包括含硅和不含硅的生物质材料，根据生物质材料的平均含硅量，加入当量配比的含碱金属元素的化合物和细石英粉。
根据本发明的第三目的，利用生物质材料的自燃烧放热作为内部热源来提供一种焚烧处理工业废液中残渣的方法，具体步骤包括：
A、由生物质材料过滤工业废液，回收废液中包含的固形物残渣；
B、燃烧混合有所述固形物残渣的生物质材料，由生物质材料的自燃烧放热来焚烧工业废弃物。
在优选方案中，在步骤A、B之间包括烘干混合有所述固形物残渣的生物质材料的步骤。
在优选方案中，在步骤A中过滤所得的固形物残渣包括甘蔗渣、糠醛渣、造纸工业产生的黑红废液中的废弃物；在步骤A、B之间还包括根据混合有所述固形物残渣的生物质材料的含硅量，加入当量配比的含碱金属元素的化合物的步骤C；利用步骤C生物质材料的自燃烧放热来焚烧工业废弃物的过程中同时生产碱金属硅酸盐。
根据本发明的第四目的，利用不含硅但含碳的生物质材料及其自燃烧现场放热而提供一种还原硫酸盐的方法，不含硅生物质材料选自：野草、锯末、树枝树叶；反应所得的主要还原产物为亚硫酸盐和/或硫化盐和/或氧化硫及对应的金属氧化物。
根据本发明的第五目的，利用可燃生物质材料中的碳元素、氧化硅及现场燃烧放热，反应物采用碱金属硝酸盐，能发生剧烈体积膨胀的反应而用于制备火药。为便于混合均匀，优选方案中，生物质材料选自颗粒型的谷壳、稻壳及锯末，或选自秸杆类、林木类生物质材料经粉碎后的颗粒状生物质材料。
根据本发明的第六目的，利用生物质材料自燃烧的现场放热提供一种分解碳酸盐、提炼硫铁矿的方法。
具体方案中，反应物为碳酸钙，反应后生成的主产物为氧化钙。
具体方案中，反应物为硫铁矿，反应后生成的主产物为氧化硫、氧化铁。
在本发明前述的利用方法中，可以先将生物质材料置入一炉窑内；再点燃生物质材料；而在生物质材料燃烧的过程中向其内撒入反应物使二者混合。也可以先将生物质材料与反应物预先混合为混合物；之后再点燃生物质材料发生反应。
在本发明的前述方案中，可以不采用生产设备，随时随地在任何适当的场地进行燃烧生产，也不需要选择有电能的地方，能在广大农村的野外实现生产，解决了有效低成本的大规模工业化利用生物质材料的问题。
在本发明的优选方案中，可将生物质材料与反应物的混合物置入一炉窑内进行燃烧，炉窑也可以是任何简单的炉具，只要能够容纳生物质材料和反应物并使生物质材料燃烧发热即可，甚至可以简化为一个平板式的炉板，只要能通过不断搅拌生物质材料而使其不断燃烧发热达到化学反应生成相应产物所需的温度即可。
优选的，采用具有一中心通风口的炉窑。
优选的方案，是使生物质材料与反应物预先混合。
优选的方案，可用重油或酒精充分浸润生物质材料。
可行的方案，先使易溶于水的反应物溶于水中；再将生物质材料于该溶液中充分浸泡；使溶于水的反应物与生物质材料充分均匀混合后再烘干。该方案适用于全部反应物均易溶于水的方法，例如含硅生物质材料与易溶性碱金属化合物来生产碱金属硅酸盐的方法，不含硅生物质材料还原易溶性硫酸盐的方法、制备火药的方法。而对于用不含硅生物质材料生产硅酸盐的方法、及分解碳酸钙、硫铁矿、硫酸钙等方案中，由于包含了不溶于水的固形物，因此，在可溶性反应物溶于水后，再需将这些不溶于水的反应物与生物质材料掺杂在一起，工艺相对较多，不优先采用。
优选的方案，使生物质材料夹杂着反应物编成草绳；在置入炉窑的步骤中，将草绳压紧堆放入炉窑内对应中心通风口的周边。
优选的方案，使生物质材料成型为带有中心燃烧通道的燃料块；在置入炉窑的步骤中，使燃料块的中心燃烧通道与炉窑的中心燃烧通道相对应。
优选的方案，将生物质材料与反应物于炉窑内间隔分层地码放成为具有中心燃烧通道的燃料块，使燃料块的中心燃烧通道与炉窑的中心通风口相对应。
优选的方案，使燃料块上端所码放的反应物多于下端所码放的反应物，这样在反应物达到熔融状态后会向下流动，促进反应发生。
优选的方案，在点燃生物质材料之后，还包括对所述炉窑的中心通风口鼓风通入空气的通风步骤，使燃烧集中在燃料块的中心燃烧通道区域。
优选的方案，在生物质燃料块的顶部放置一网格状且可自由下坠的重压块，随着燃烧的进行，该重压块能使生物质材料保持压紧状态。
优选的方案，所述炉窑还包括一具有轨道结构的炉蓖，由炉蓖分隔出上下燃烧室；将生物质材料与反应物的混合物置入一炉窑内的步骤是采用该炉蓖将混合物经过一滑车送入上燃烧室内，燃烧过程中灰烬落入下燃烧室继续燃烧发生反应。
根据本发明的统一构思，本发明还提供了一种工业燃料的使用方法，将工业燃料与反应物直接接触混合均匀置于一炉窑内，由工业燃料的自燃烧放热直接加热反应物至反应温度而发生化学反应。
优选方案中，工业燃料为煤、重油、固态酒精，反应物包括含碱金属元素的化合物及石英砂，所发生的化学反应是主产物为碱金属硅酸盐的化学反应。
当然，所述反应物可以包括硫酸盐，发生还原反应，所生成的主产物为氧化硫及相对应的金属氧化物。或者，反应物包括碳酸盐，发生分解反应，所生成的主产物为二氧化碳及相对应的金属氧化物。
本发明相对于现有技术的效果是显著的，具有如下有益效果：
一、本发明利用生物质材料在燃烧过程中释放的热量直接现场供应给与其接触的反应物，无需单独提供外部能源，且燃烧放热在用于供应反应所需热源的同时，还可以将燃烧热量输送至其它用热场所，即在同一时间点上，热量可同时用于两项以上的用途，热利用效率翻倍增加，极大的降低了能源消耗，生产工艺非常简单。
二、本发明的优选方案同时有效利用了可再生的生物质材料所蕴含的热能和硅、碳成分，使生物质材料在燃烧时与含碱金属元素的化合物直接接触放热，热利用效率极高，无需外部提供反应所需热能，就能使生物质材料内的氧化硅与含碱金属元素的化合物进行反应而生产无水碱金属硅酸盐，尤其是可以一步直接生产粉状或块状碱金属(钠、钾、钙、镁)硅酸盐，特别是能够一步直接生产速溶的粉状或块状碱金属硅酸盐，工艺极其简单。本发明提供的将稻、麦草或稻壳等生物质材料直接燃烧释放能量的过程和硅酸盐的合成过程溶为一体的技术方案，开辟了一条新的与传统硅化工相比具有无需外加能耗无须用水的硅化工工艺途径，由固相反应获得完全不含水的硅酸盐产品，能耗大大降低。同时，由于本发明能将能源供应设备与反应设备合二为一或不需采用生产设备，设备成本投入大大降低，具有更高的商业利用价值。
三、本发明利用生物质的热能和硅元素，使生物质的自燃烧放热来焚烧与其混合在一起的造纸废液或其它工业废液中的废渣以及含碱金属元素的化合物，能在处理焚烧工业废弃物的同时获得碱金属硅酸盐的化学产品，热利用率高、能耗低、成本低、工艺简单。
四、本发明利用生物质材料的热能及碳元素及自燃烧放热产生高温使生物质材料中未完全燃烧的碳与硫酸盐发生氧化-还原反应，制得亚硫酸盐和/或硫化盐和/或氧化硫及对应的金属氧化物，热利用率高、设备用量少、能耗低、成本低、工艺简单。
五、本发明利用生物质材料中的碳元素、氧化硅及现场燃烧放热提供一种合成火药的方法，可代替制造黑火药工艺中所使用的硫磺及碳粉，节约矿产资源，生产成本低、工艺简单。
六、本发明利用生物质材料自燃烧的现场放热提供一种分解碳酸盐、提炼硫铁矿的方法，热利用率达到最高水平，设备用量少，能耗、成本低，工艺极其简单。
附图说明
图1为本发明使生物质材料与反应物成型为具有中心燃烧通道的燃料块的示意图。
图2为图1的俯视图。
图3为本发明中带有下中心通风口的柱状炉具剖视图，炉底也可以是用钢筋做的支撑架，以免松散的生物质材料在燃烧时滑落。
图4为本发明中带有上中心通风口的柱状炉具剖视图，炉底可有钢筋做的支撑架，以免松散的生物质在燃烧时滑落。
图5为Na2O-SiO3相图。
图6为本发明优选的具有上下燃烧室的炉窑示意图，其中箭头表示通风口和通风方向。
具体实施方式
实施例1
本发明提供一种利用生物质材料的方法，由于生物质材料的燃烧温度在空气助燃条件下通常能够达到300～1000℃左右，因此，本发明可用于对反应温度在300～1000℃左右的反应物进行直接接触加热来发生相应的反应，在富氧助燃条件下，燃烧温度可以继续增加。本发明将生物质材料作为生产碱金属硅酸盐的反应热源。具体方法是：继续采用现有干法生产硅酸钠所采用的反应物：碱金属无机酸盐、煤粉以及细石英粉，对于各反应物的重量比例同现有技术中的比例相同，其中碱金属是指钠、钾、钙或镁，以后不再说明，碱金属无机酸盐可以选自硫酸盐和碳酸盐。使所述反应物与生物质材料均匀混合形成混合物，将混合物放置在任意平坦的光滑平面上，点燃生物质材料，使生物质材料在自燃烧时与反应物直接接触混合，由该生物质材料的自燃烧放热直接加热反应物至其熔融温度而发生反应，生成块状或粉状的碱金属硅酸盐主产物，在生物质材料燃烧过程中，通过不断搅拌生物质材料，通风助燃使其在供氧充足的情况下使燃烧温度达到600℃以上。
其中，生物质材料可选自：例如水稻、小麦、黄豆、玉米、高粱等农作物秸杆，谷壳、稻壳等含硅量较多的生物质材料；例如柴薪、野草、树枝树叶、锯末、林场废弃物、甘蔗渣、糠醛渣、造纸厂加工废弃物等含硅量少的生物质材料。
在该实施例中，主要利用生物质材料与反应物直接接触混合，而由自燃烧放热现场直接加热反应物的原理，热利用率高；且仅通过简单的混合、燃烧步骤就能直接生产粉状或块状的无水碱金属硅酸盐，工艺极其简单，能耗低；反应不需采用专用设备，可在相对平整的场地进行生产，生产投入及成本极低。
说明一下，由于本发明的燃烧过程可以发生在任意场地，且生物质材料燃烧后的灰烬及反应物反应后的杂质仍混合在反应产物中，产品精度相对并不高，对于需要获得高纯度产品的用户而言，本发明的产品可以作为中间产品，再经单独分离提取的步骤即可获得高纯度产品。但通常，碱金属硅酸盐主要用于洗涤产品制造、造纸工业中的洗涤流程及水泥、陶瓷领域中的解胶剂领域，对于产品精度要求不高，且生物质材料燃烧后的剩余碳具有吸附作用，可作为硅酸盐有效成分发挥作用，因此，所得产物也可以直接作为成品而作为洗涤剂等领域的添加剂来使用。
实施例2
该实施例与实施例1的原理及效果相同，不再重述。区别是该实施例特别选择不含硅的生物质材料，反应物包括含硅矿物质与含碱金属元素的化合物。
不含硅生物质材料选自：野草、锯末、树枝树叶；含碱金属元素的化合物选自：含碱金属元素的氢氧化物、碱金属无机酸盐及碱金属有机酸盐，其中含碱金属元素的氢氧化物选自氢氧化钠及氢氧化钾；碱金属无机酸盐选自：碳酸钠、碳酸钾、硫酸钠、硫酸钾、盐酸钠、盐酸钾、磷酸钠及磷酸钾；碱金属有机酸盐选自：有机酸钠盐及有机酸钾盐；含硅矿物质选自细石英粉、硅藻土及白土。
由于锯末、树枝叶、野草等含硅量极低，为了得到所需模数的硅酸盐，需添加足够的细石英粉。可以先将石英砂粉末与含碱金属元素的化合物均匀混合后再与生物质材料混合进行燃烧反应，优选的重量配比为不含硅生物质材料：含碱金属元素的化合物(如氢氧化钠)∶含硅矿物质＝～2-3∶1∶0.7。
在该实施例中，主要是应用了生物质材料在自燃烧时释放的热能来直接加热反应物。相对于实施例1的又一改进之处，是使生物质材料与反应物置入炉窑内发生燃烧反应，最佳地，可以采用如图3、4所示的具有中心通风孔5的炉具4，其中，通风孔5可以设在炉具4的上部或下部，在点燃生物质材料之前，预先使生物质材料与反应物均匀混合，以利于提高产率。
图1、2所示，使生物质材料与反应物预先均匀混合的步骤在炉具外进行，较佳的方案是使生物质材料与反应物3成型为带有中心燃烧通道1的圆柱状燃料块2。如图3所示，将燃料块2置入圆柱状炉具4内，使燃料块2的中心燃烧通道1与炉具的中心通风口5相对应。
为了获得稳定的燃烧状态以便于高效的利用燃烧放出的热能，当通风口5如图3所示在炉具下部时，可以先从中心燃烧通道1的上部中心口点燃；当然也可先从下部开始点燃燃烧，此时燃烧过程中容易出现剧烈燃烧状态而有利于硅酸盐的合成反应。而当通风口5如图4所示位于炉具4的上部时，可从中心燃烧通道1的下部中心口点燃；当然，也可先从上部开始点燃燃烧，此时燃烧过程中容易出现剧烈燃烧状态而有利于硅酸盐的合成反应。
由于炉膛内不同位置的温度不同，所处位置的硅酸盐的模数也不同，根据对炉膛内温度的测量，温度范围在300～1000℃，炉膛内大部分区域的温度在500～800℃之间，由于硅酸盐的模数受反应温度的影响，可确定所得硅酸盐是各种可能的模数，即为0.5、1或2或更高模数的混合物。具体反应产物与燃烧状态尤其与具体的反应温度有关，而反应温度也受炉内通风状态、生物质材料在炉窑内的分布等因素的影响。因此，在上述反应温度范围内主要得到偏硅酸盐(Na2SiO3)，上述发现与图5所示的Na2O-SiO2相图相符。
优选的方案，为了获得高模数的产品，可以利用风机引风或利用外部鼓风机鼓风向中心燃烧通道1内鼓入空气助燃，使用100～3000W的鼓风机为宜，视一次燃烧生物质材料数量而定，使燃烧主要集中在燃料块2的中心区域内，而中心燃烧通道1周边的生物质材料受热发生气化裂解和逐步燃烧。
经生物质材料与含碱金属元素的化合物的混合物充分燃烧约15～30分钟，所得产物经破碎分离黑碳后，硅酸盐产品在水中的溶解检测表明，产品具有速溶特性，100克水中10克硅酸盐产品的溶解速度大于0.5克/秒。
实施例3
该实施例与实施例2的原理及效果相同，不再重述。区别是该实施例特别选择含硅的生物质材料，反应物包括含碱金属元素的化合物。
其中，含硅生物质材料选自：稻草、稻壳、麦草、玉米及高粱秸秆；含碱金属元素的化合物与实施例2完全相同，不再重述。
为得到所需模数的硅酸盐，需将含碱金属元素的化合物与生物质材料中的氧化硅的重量比例进行相应配比，由于主要的反应产物的模数约为1～2，所以，以自然风干的稻草中氧化硅重量含量15～20％计算和示范，为充分利用经济价值更高的含碱金属元素的化合物，加入的稻草重量可超过反应所需当量，即稻草与含碱金属元素的化合物的当量重量优选的比例可选择在3～10∶1之间。
如选择麦草秸秆，其含氧化硅平均为～5％，因此为了充分利用麦草放热量以获得最多的硅酸盐尤其是偏硅酸盐产品，在混合麦草和含碱金属元素的化合物时添加细石英粉，举例而言，重量比例为麦草∶氢氧化钠∶石英＝10∶1.5∶1时较为合适。
说明一下，所述含硅生物质材料中还可以添加选自稻草、稻壳、麦草、玉米及高粱秸秆的生物质材料燃烧后的灰烬，能充分利用生物质材料灰烬中未反应完全的硅元素及作为发热源的碳元素。
与实施例2的不同之处是，该实施例中使生物质材料与反应物均匀混合的步骤是在炉具内现场码放完成的。
其中，为了将生物质材料在码放入炉内时形成相对中心通风口5形成类似燃料块2的中心燃烧通道1，可以在装填料时先在炉体4中心放入一圆柱形直杆，装填完毕后取出而形成，或由数根直杆形成的多角形透风结构形成而可以不用取出，或在圆柱状炉膛内装填料后用带尖角的直圆柱杆插入炉体中心而形成。
具体的方案是，使自然风晒干的稻草与粉状或片状含碱金属元素的化合物分层叠放入直径30～60厘米、高50～150厘米的炉桶内并压实，同时形成一3.5～20厘米直径的中心燃烧通道，对于中心燃烧通道的直径大小，只要能保证燃烧所需足够的空气流通即可。该尺寸只是作为示范而不是对技术方案的约束。当然，也可使生物质材料夹杂着反应物编成草绳，而将草绳压紧堆放入炉具内的周边形成一中心通道，压缩成燃料块或编织成草绳的目的是为了提高生物质材料的密实度，提高硅酸盐产量。秸秆类生物质可以先经过粉碎清洗等处理，但不是必然需要的处理步骤。
现以稻草与氢氧化钠混合为例，燃烧反应后，氢氧化钠开始熔解达到熔融流动状态而向下流动，此时化学反应比较充分，能快速与氧化硅发生反应形成固相的硅酸钠，因此，为了高效利用炉具以进行循环燃烧合成硅酸盐，较佳的方法是采用自上吹风和自上点火剧烈的燃烧方式，当炉具内的生物质材料燃烧大约5～10分钟后，能使生物质材料的挥发分基本挥发燃烧完毕(该方法可以用来单独去除生物质中的挥发分以得到生物质中的固定碳作为最终产品)，当该处的生物质燃料块温度大于800℃时，首先形成的硅酸钠可继续反应，并增加硅酸钠的模数，经过约为15～30分钟，生物质材料与氢氧化钠混合物达到充分燃烧，最终得到外观是白色或青绿色或棕色的硅酸钠附着在秸杆灰烬上或互相结合成块状，而内部仍可见残余黑色炭或活性炭。仍然灼热燃烧的混合物落入到炉具下方的炉膛内进行二次供风燃烧，使硅酸钠的合成反应继续进行。考虑此因素，含碱金属元素的化合物可以在生物质燃料块的上方放置的更多一些。
在燃烧反应过程中，为了充分利用价值较高的碱金属成分，稻草装载量高于当量反应所需，因此还有一些未参与反应的生物质燃烧灰分，该灰分视比重较硅酸盐轻，可以用风吹扫方式与块状或颗粒状硅酸钠分离。在装载稻草和碱金属成分时，也可以适量混合生物质燃烧后的灰分，可先将该灰分预先混合适合当量的含碱金属元素的化合物，也可以适量混合生物质加工后的残渣，如浓缩的造纸黑、红废液、糠醛渣等，使生物质材料在工业利用后的废弃物得到无害化和资源化处理以解决环境保护问题，这样生物质灰分中的氧化硅或造纸废液中的钠或/及硅成分得到继续应用，只要不使燃烧时产生的温度低于碱或盐成分的熔点或分解温度(如氢氧化钠熔点～320℃；氢氧化钾熔点～406℃；7碳酸钠开始分解温度～850℃，但在有氧化硅存在时可降低至～500℃；碳酸钾开始分解温度～890℃)即可。
因为燃料块2内部不同地点的燃烧和反应温度不均匀，所以，反应产物是各种模数的硅酸盐的混合物，通过称重分析，即在稻草过量的燃烧情况下，当生物质中混合1公斤氢氧化钠时，可得硅酸钠产物约1.6公斤(理论偏硅酸钠产量～1.4公斤)，所以可以判断所得硅酸钠产品的平均模数约为1～1.5。
经破碎分离黑碳之后，将所得反应产物放入冷水中，数秒之内即可见开始溶解(主要是偏硅酸钠)，最后剩有少量棕色难溶于水的物质(应是模数大于1的硅酸钠，如二硅酸钠等)，因此，所得松散的或结块了的硅酸钠具有速溶性质。当模数M＝1或2时，所得硅酸盐应为无定型或结晶型层状速溶硅酸钠(增加保温时间将促进结晶型硅酸钠的形成)。根据配料和反应温度的不同，最终硅酸钠(或钾)产品的模数，即含SiO2和Na2O的比值，可在0.5至4之间变化。
前述可溶性碱金属硅酸盐产品在水中溶解检测表明，反应所得产物主要含钠或钾的硅酸盐、剩余碳及来自草木灰中的金属氧化物杂质所形成的盐类复合物(如氧化铝可以与氧化钠生成铝酸钠的盐或氧化铝可以与硅酸钠生成铝硅酸钠的盐)，产品具有速溶特性，100克水中10克硅酸钠产品的溶解速度大于0.5克/秒，水溶液为透明碱性液体但含有少量胶体状物质，该胶体状物质应该是稻草中所含的少量金属氧化物，如氧化铝、氧化镁、氧化钙等与氢氧化钠或氧化硅反应形成的化合物的水合物。因剩余碳具有疏松多孔吸附等作用，可以作为一种硅酸盐产品中的有效成分来发挥作用，因此，所得产物也可以直接作为洗涤剂等领域的添加剂来使用。上述疏松硅酸盐产物再经研磨粉碎过筛即得到各种规格颗粒大小的粉状硅酸盐。
实施例4
该实施例与实施例3的原理及效果相同，不再重述。区别是该实施例的炉具有所变化。如图6所示，炉窑具有中心通风口5，与燃料块2的中心燃烧通道1对应，在中心通风口5的外周设有多个辅助通风口51，可以间歇或连续方式通风，该炉窑还包括一具有轨道结构的炉蓖9，由炉蓖9分隔出上下燃烧室7、8；通过该炉蓖9将含硅生物质材料与反应物的混合物经过一滑车送入上燃烧室7内。
该实施例中，生物质材料与反应物被动态随时送入炉窑内，炉窑的周边即作为燃烧筒的边界，可以同时搅拌使之燃烧充分。当然，也可以使生物质材料夹杂着反应物而预先混合成型为燃料块或编成草绳，将燃料块或草绳间歇性或连续地送入炉窑内并压紧压实，能提高物料的密度，提高产量。部分未燃烧完全或未反应的稻草等生物质材料及燃烧形成的灰分、含钠/钾的原料落入炉窑底部的下燃烧室8内继续燃烧、反应，燃烧反应产物间歇性地或连续地从底部8取出，炉窑底部同时也作为烟气的出口。
作为间歇性从炉窑顶部的上燃烧室7的中心通风口5吹风供氧燃烧方式的示例，一座高3米、直径2米的炉窑可在其网格状炉蓖9上装稻草约500公斤，烧碱100公斤，得到固体产物(主要是偏硅酸钠)约150公斤。炉蓖9可以是一轨道结构，使生物质材料与碱、盐的混合堆积物易于经过一滑车送入炉内的上燃烧室7中。增加炉窑高度、大小相应增加产品产量。当炉膛燃烧截面较大时，或在燃烧后期，可以在炉膛顶部四周的辅助通风口51通入少量风以供燃烧所需部分氧气，达到从上而下的均衡燃烧的目的。
实施例5
该实施例与实施例4的原理及效果相同，不再重述。区别是：为了避免燃烧过程中生物质材料体积的缩小造成燃烧空洞，在生物质燃料块的顶部放置一网格状且较重的自由下坠的压块，随着燃烧的进行，该压块能使生物质材料保持压紧状态，从而有利于燃烧的稳定和含钠/钾的物质与生物质材料紧密接触而利于发生化学反应。
实施例6
该实施例与实施例3的原理及效果相同，不再重述。区别是该实施例的生物质材料可以包括含硅和不含硅的生物质材料，再根据生物质材料的平均含硅量，加入当量配比的含碱金属元素的化合物和细石英粉反应物。
实施例7
该实施例与实施例3的原理及效果相同，不再重述。区别是该实施例的生物质材料可以包括含硅和不含硅的生物质材料，反应物仅包括碱金属碳酸盐。由于碳酸盐分解温度较高，因此，为了增加反应温度使反应进行完全，最好采用较高的生物质材料与碱金属碳酸盐的混合比例，以获得更多的热能。
以碳酸钠为例，通过称重分析，当细粉末状碳酸钠与稻草的混合比例在1∶5或以上时即得到理论当量的白色或青绿色颗粒或小块状以偏硅酸钠为主的产品，以及未参与反应的稻草灰分和少量未完全反应的碳酸钠原料。将硅酸钠产品与稻草灰分分离得到以偏硅酸钠为主的产品及含少量细小的硅酸钠粉末和未完全反应的碳酸钠粉末。由于稻草灰分及硅酸钠和碳酸钠粉末易于形成飞灰，为了方便将其再次装入炉内，可将其与少量水分混合成型后放入炉内或与稻草秸秆混合后放入炉内。
如将碳酸钠与生物质中的氧化硅反应后生成的二氧化碳(包括生物质燃烧时放出的二氧化碳)与溶于水中的硅酸钠反应，则可以得到水合氧化硅(俗称白碳黑)产品及可以再循环利用的碳酸钠。
实施例8
该实施例与实施例3的原理及效果相同，不再重述。区别是生物质材料与反应物的预先混合步骤不同。为了使生物质材料与含碱金属元素的化合物充分混合，混合步骤包括：
首先使易溶于水的含碱金属元素的化合物溶于水中；
再将生物质材料于该溶液中充分浸泡；
使溶于水的反应物与生物质材料充分均匀混合后再进行烘干干燥处理。
但由于在水溶液状态下碱性物质容易与生物质材料中的有机质反应，而形成熔点比钠碱高的钠盐，如碱木素、碱纤维素等，使化学反应需要更高的温度，因此该方法并非最优方案。
当然，也可以将烘干后的生物质材料与反应物的混合物成型为带有中心燃烧通道的燃料块或编成草绳。
实施例9
该实施例与前述全部实施例的原理及效果相同，不再重述，改进之处是在燃烧之前，用细煤粉、重油或酒精充分浸润生物质材料或混合有反应物的生物质燃料块或草绳，能提高燃烧温度，利于生成高模数的产品。
实施例10
该实施例与前述全部实施例的原理及效果相同，不再重述。该实施例中主要利用生物质材料燃烧的热能来焚烧处理任何工业废弃物，具体步骤包括：
A、由生物质材料过滤工业废液，回收废液中包含的固形物残渣；
B、燃烧混合有所述固形物残渣的生物质材料，由生物质材料的自燃烧放热来焚烧处理工业废弃物。
为使生物质材料顺利燃烧，在步骤A、B之间包括烘干混合有所述固形物残渣的生物质材料的步骤。在该方案中，仅用到生物质材料的现场燃烧放热来处理工业废弃物。
其中，对于造纸工业中产生的工业废液，由于在纸浆生产或废纸回收脱墨过程，需要用到大量碱，因此，废液中会包含碱金属成分和/或硅成分和/或硫成分，这样用稻草、麦草等生物质材料过滤造纸废液的过程中，利用稻草、麦草秸秆或稻壳作为过滤网可以得到工业利用后的含硅的生物质材料及碱金属和/或硫成分，所得潮湿的废渣混合物可再进行适当干燥处理，或直接与干的稻草或其它生物质材料混合装入燃烧炉内，根据废液含碱金属成分的多少调整加入含碱金属元素的化合物使用量，这样在焚烧处理工业废弃物的同时获得尽可能多的硅酸盐产品，而生物质材料燃烧产生的热能还能再用于造纸工艺流程，使燃烧放热同时用于焚烧废弃物、生产硅酸盐产品以及用于造纸三个用途，热利用效率接近300％。本方法也可以处理钙基造纸蒸煮废液，得到氧化钙和氧化硅和/或硅酸钙的混合产物。经过滤后的水分中含有溶解了的无机或有机碱、盐及有机物成分，可以继续用于纸浆的蒸煮或其它应用。
最后为获得相对纯度高的产品，还可以单独分离收集碱金属硅酸盐产品。
实施例11
实施例1～10所发生的化学反应都能生产碱金属硅酸盐，并且利用了生物质材料的热能及包含的硅元素。该实施例则主要利用热能及其包含的碳元素，还原硫酸盐。说明一下，在该实施例中生物质材料选择不含硅生物质材料，选自：野草、锯末、树枝树叶。如果生物质材料中包含硅元素，则发生的反应将归属于实施例1～10中生产硅酸盐的化学反应。
不含硅生物质材料中也可以添加选自野草、锯末、树枝树叶的生物质材料燃烧后的灰烬。
以硫酸钠为例，硫酸钠的分解温度约为884℃，分解同时有生物质材料中碳元素的参与和促进，根据已知反应：
Na2SO4+C＝＝Na2SO3+CO↑
2Na2SO4+C＝＝2Na2SO3+CO2↑
或有稻草中碳氢化合物参与反应
Na2SO4+CnHm---》Na2SO3+H2O↑+CO2↑
碳使硫酸钠被还原成易与二氧化硅发生反应的亚硫酸钠；如进一步增加碳量，即发生反应：
Na2SO4+4C→Na2S+4CO↑
如有氧化硅存在，即发生反应：nSiO2+Na2S+3/2O2→Na2O·nSiO2+SO2↑
通过改变硫酸钠和生物质材料的配比，得到不同的最终反应产物，理想的配比是不含硅生物质材料∶硫酸钠＝4～8∶1。点燃生物质材料发生反应，并经分析反应产物后确定：重量配比在4～6∶1之间，反应所得的主要还原产物为碱金属亚硫酸盐；重量配比在6～7∶1之间，反应所得的主要还原产物为碱金属亚硫酸盐和碱金属硫化盐；使燃烧维持在884℃以上的高温条件下并保留尽可能多的碳使重量配比约在7～8∶1之间，反应所得的主要还原产物为碱金属硫化盐。
从以上反应可见碳的存在促进了硫酸盐的分解，将其分解为熔点相对低且活性相对高而易于与氧化硅发生反应的亚硫酸盐，如将硫酸钠或亚硫酸钠与生物质中的氧化硅反应后生成的酸性二氧化硫与溶于水中的硅酸钠反应，则可以得到水合氧化硅(俗称白碳黑)产品及可以再循环利用的硫酸钠或亚硫酸钠；或酸性二氧化硫溶于水中用于造纸或生物质的水解，而生物质的水解产物可以作为发酵生产工业酒精、饲料酵母等原料。同理，硫酸盐可以是硫酸钙、硫酸铁、硫酸镁等，在生物质材料不含硅的情况下，其反应产物为氧化硫及对应的金属氧化物：
Figure GA20181565200780002709301D00201
实施例12
在该实施例中，与前述全部实施例不同的是：生物质材料选自含硅量多的稻草、稻壳、麦草、玉米及高粱秸秆或其燃烧后的灰烬，反应物为硝酸盐。以硝酸钠为例，由于硝酸钠与生物质中碳元素、氧化硅，尤其是存在于生物质组织内的微小氧化硅离子或分子或颗粒会发生剧烈放热反应，因此该实施例利用生物质材料中的碳元素、氧化硅及热能，在点燃共热条件下或在温度高于硝酸钠熔点307℃的条件下可发生下列剧烈体积膨胀的反应：
4NaNO3+5C+2SiO2＝＝＝＝5CO2+2N2+2Na2SiO3
或/及与生物质所含的或经由热分解产生的碳氢化合物反应：
NaNO3+CnHm+SiO2＝＝＝》CO2+H2O+N2+Na2SiO3
因此，该混合物可以作为炸药来利用。其优点是可以采用生物质，尤其是含氧化硅的生物质材料或含硅生物质不完全燃烧的灰烬(同时含未完全燃烧的碳及氧化硅)，代替制造普通黑火药时所需要的硫磺和碳粉(S+C+NaNO3→CO2+Na2S+N2)。同理，用硝酸钾(熔点334℃)代替硝酸钠得到相同的效果。
优选的方案中，为了使硝酸盐与生物质材料充分混合，可以先将硝酸盐溶于水后再与生物质混合均匀，在点燃加热前将该混合物进行干燥脱除部分或全部水分，或者同时将生物质材料进行粉碎处理，或者优先利用颗粒状的生物质材料，如稻壳、谷壳。
实施例13
在该实施例中，与前述全部实施例不同的是：反应物包括浓缩的含碳酸钙及少量钠碱和钠盐的造纸白泥，生物质材料可选择任何含硅或不含硅的类型，由于碳酸钙的分解温度在800～1300℃度范围内，生物质材料的燃烧能够达到这样的温度，因此，该实施例的生物质材料在高温燃烧时能使碳酸钙分解得到二氧化碳、氧化钙及草木灰中氧化硅和/或硅酸钙的混合产品。
同理，该实施例也可适用于反应温度在300～1300℃度范围内的硫铁矿的提炼，反应后生成的主产物为氧化硫、氧化铁。
实施例14
该实施例与前述全部实施例的不同之处在于：反应所需要的热源不是生物质材料，而采用了常用的高能量密度的煤等工业燃料与反应物混合均匀后置于一炉窑内，使工业燃料在燃烧时与反应物直接接触混合，由工业燃料的自燃烧放热直接加热反应物至反应温度而发生化学反应。
该实施例中的反应物包括含碱金属元素的化合物(例如碱金属硫酸盐、碱金属碳酸盐等)以及石英砂，所发生的化学反应是主产物为碱金属硅酸盐的化学反应。
当然，反应物也可以包括碱金属或其它金属元素的硫酸盐，发生还原反应，所生成的主产物为氧化硫及相对应的金属氧化物。或者，反应物包括碱金属或其它金属元素的碳酸盐，发生分解反应，所生成的主产物为二氧化碳及相对应的金属氧化物。
在能解决防爆的前提下，可以考虑利用重油类型、或固体酒精的能源与反应物直接混合，能达到提高热能利用率、不需外部能源、减少反应设备、投资低、工艺极其简单的效果。
本发明的发明点是为了解决使固体生物质燃料与反应物混合在一起，由燃料的自燃烧放热现场达到所需反应温度，仅需要一个反应设备的低成本、提高燃料放热利用率的技术问题。显然的，根据等同原理，除本发明提供的使生物质材料、煤与反应物混合以外的方案，还可以用汽油、煤油、柴油等重油液体燃料与反应物混合在一起，能达到与本发明相同的技术效果。当然，也可以将酒精等有机液态燃料与反应物直接混合来达到现场燃烧、现场升温的效果，并且利用酒精来代替生物质材料与反应物混合，还可以提高反应产物的纯度。这些等同的方案都应属于本发明的保护范围。
当然，本发明所限定的工业化学反应也不局限于前述的分解、还原、氧化或合成等反应，其它适用于本发明温度范围的化学反应，只要是使工业燃料燃烧时直接与反应物混合接触来促进反应完成，就应属于本发明的保护范围。

Claims (52)

1.一种利用生物质材料的方法，其特征在于，使生物质材料在燃烧时与反应物直接接触混合，由生物质材料的自燃烧放热直接加热反应物至反应温度而发生化学反应。
2.如权利要求1所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，所发生的化学反应是主产物为碱金属硅酸盐的化学反应。
3.如权利要求2所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，所述反应物包括含碱金属元素的化合物、煤粉以及细石英粉。
4.如权利要求2所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，所述生物质材料包括不含硅生物质材料，反应物包括含硅矿物质与含碱金属元素的化合物。
5.如权利要求4所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，所述不含硅生物质材料选自：野草、锯末及树枝树叶；所述含碱金属元素的化合物选自：含碱金属元素的氢氧化物、碱金属无机酸盐及碱金属有机酸盐；所述含硅矿物质选自细石英粉、硅藻土及白土。
6.如权利要求2所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，所述生物质材料为含硅生物质材料，反应物包括按生物质材料含硅量当量配比的含碱金属元素的化合物。
7.如权利要求6所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，所述含硅生物质材料选自：稻草、稻壳、麦草、玉米及高粱秸秆；所述含碱金属元素的化合物选自：含碱金属元素的氢氧化物、碱金属无机酸盐及碱金属有机酸盐。
8.如权利要求7所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，所述含碱金属元素的氢氧化物选自氢氧化钠、氢氧化钾及氢氧化钙；碱金属无机酸盐选自：碳酸钠、碳酸钾、硫酸钠、硫酸钾、盐酸钠、盐酸钾、磷酸钠及磷酸钾；碱金属有机盐酸选自：有机酸钠盐及有机酸钾盐。
9.如权利要求7所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，所述含硅生物质材料添加有选自稻草、稻壳、麦草、玉米及高粱秸秆的生物质材料燃烧后的灰烬。
10.如权利要求2所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，所述生物质材料包括含硅和不含硅的生物质材料，根据生物质材料的平均含硅量，加入当量配比的含碱金属元素的化合物和细石英粉。
11.如权利要求1所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，所述化学反应用于焚烧工业废弃物，具体步骤包括：
A、由所述生物质材料过滤工业废液，回收废液中包含的固形物残渣；
B、燃烧混合有所述固形物残渣的生物质材料，由生物质材料的自燃烧放热来焚烧处理工业废弃物。
12.如权利要求11所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，在步骤A、B之间包括烘干混合有所述固形物残渣的生物质材料的步骤。
13.如权利要求11所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，在步骤A中过滤所得的固形物残渣包括甘蔗渣、糠醛渣、造纸工业产生的黑红废液中的废弃物；在步骤A、B之间还包括根据混合有所述固形物残渣的生物质材料的含硅量，加入当量配比的含碱金属元素的化合物的步骤C；利用步骤C生物质材料的自燃烧放热来焚烧工业废弃物的过程中同时生产碱金属硅酸盐。
14.如权利要求13所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，在步骤C之后包括分离收集碱金属硅酸盐产品的步骤D。
15.如权利要求2～10、13或14中任意一项所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，反应所得的产物主要为粉状或块状的碱金属硅酸盐和/或碱金属偏硅酸盐和/或剩余碳。
16.如权利要求1所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，所发生的化学反应包括利用不含硅生物质材料中所含碳元素还原硫酸盐的还原反应。
17.如权利要求16所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，所述不含硅生物质材料选自：野草、锯末及树枝树叶；重量配比是不含硅生物质材料∶硫酸盐＝4～8∶1。
18.如权利要求17所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，所述不含硅生物质材料添加有选自野草、锯末及树枝树叶的生物质材料燃烧后的灰烬。
19.如权利要求17所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，重量配比在4～6∶1之间，反应所得的主要还原产物为亚硫酸盐；重量配比在6～7∶1之间，反应所得的主要还原产物为亚硫酸盐和硫化盐；重量配比在7～8∶1之间，反应所得的主要还原产物为硫化盐。
20.如权利要求1所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，所发生的化学反应是利用生物质材料中所含的硅、碳元素及燃烧放热特性与硝酸盐来发生剧烈体积膨胀的反应而用于制备火药。
21.如权利要求20所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，所述生物质材料选自颗粒型的谷壳、稻壳及锯末，或选自秸杆类、林木类生物质材料经粉碎后的颗粒状生物质材料。
22.如权利要求1所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，所发生的化学反应是用于对反应温度在300～1300℃范围内的反应物的分解反应。
23.如权利要求22所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，所述反应物为碳酸钙，反应后生成的主产物为氧化钙。
24.如权利要求22所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，所述反应物为硫铁矿，反应后生成的主产物为氧化硫、氧化铁。
25.如权利要求1～19、22～24中任意一项所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，具体步骤是：
将生物质材料置入一炉窑内；
点燃生物质材料；
在生物质材料燃烧的过程中向其内撒入反应物使二者混合。
26.如权利要求1～19、22～24中任意一项所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，具体步骤是：
先将生物质材料与反应物预先混合为混合物；
点燃生物质材料发生反应。
27.如权利要求26所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，在预先混合步骤和点燃生物质材料的步骤之间，还包括将生物质材料与反应物的混合物置入一炉窑内的步骤。
28.如权利要求27所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，预先混合步骤在炉窑外进行。
29.如权利要求27所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，在预先混合步骤后及置入炉窑内的步骤之前，还包括用细煤粉混合、重油或酒精充分浸润生物质材料的步骤。
30.如权利要求26所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，所述预先混合步骤包括：
首先使易溶于水的反应物溶于水中；
再将生物质材料于该溶液中充分浸泡；
使溶于水的反应物与生物质材料充分均匀混合后再烘干，如果包括不溶于水的反应物就将其直接与生物质材料掺杂在一起。
31.如权利要求28所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，所述预先混合步骤包括：使生物质材料夹杂着反应物编成草绳或成型为燃料块。
32.如权利要求26所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，预先混合步骤在炉窑内进行。
33.如权利要求32所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，所述预先混合步骤包括将生物质材料与反应物间隔分层地码放于炉窑内。
34.如权利要求33所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，在将生物质材料与反应物间隔分层地码放于炉窑内的过程中，使燃料块上端所码放的反应物多于下端所码放的反应物。
35.如权利要求34所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，在预先混合步骤完成及燃烧步骤之间，包括向炉窑内加入细煤粉、重油或酒精而使其充分浸润至生物质材料中的步骤。
36.如权利要求27所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，在点燃生物质材料之后，还包括对所述炉窑鼓风通入空气的通风步骤。
37.如权利要求27所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，在生物质材料的顶部放置一网格状且可自由下坠的重压块，随着燃烧的进行，该压块能使生物质材料保持压紧状态。
38.如权利要求27所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，所述炉窑还包括一具有轨道结构的炉蓖，由炉蓖分隔出上下燃烧室；将生物质材料与反应物的混合物置入一炉窑内的步骤是采用该炉蓖将混合物经过一滑车送入上燃烧室内；燃烧过程中灰烬落入下燃烧室继续燃烧发生反应。
39.如权利要求27所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，所述炉窑具有一中心通风口。
40.如权利要求39所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，预先混合步骤在炉窑外完成。
41.如权利要求40所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，在预先混合步骤后及置入炉窑内的步骤之前，还包括用细煤粉混合、重油或酒精充分浸润生物质材料的步骤。
42.如权利要求40所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，所述预先混合步骤包括：
首先使易溶于水的反应物溶于水中；
再将生物质材料于该溶液中充分浸泡；
使溶于水的反应物与生物质材料充分均匀混合后再烘干，如果包括不溶于水的反应物就将其直接与生物质材料掺杂在一起。
43.如权利要求40所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，所述预先混合步骤包括：使生物质材料夹杂着反应物编成草绳；在置入炉窑的步骤中，将草绳压紧堆放入炉窑内对应中心通风口的周边。
44.如权利要求42所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，使烘干后的生物质材料成型为带有中心燃烧通道的燃料块；在置入炉窑的步骤中，使燃料块的中心燃烧通道与炉窑的中心通风口相对应。
45.如权利要求40所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，所述预先混合步骤包括：
使混合有反应物的生物质材料压缩成型为带有中心燃烧通道的燃料块；在置入炉窑的步骤中，使燃料块的中心燃烧通道与炉窑的中心通风口相对应。
46.如权利要求39所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，预先混合步骤在炉窑内完成。
47.如权利要求46所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，预先混合步骤包括：将生物质材料与反应物间隔分层地码放成为具有中心燃烧通道的燃料块，使燃料块的中心燃烧通道与炉窑的中心通风口相对应。
48.如权利要求47所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，在将生物质材料与反应物间隔分层地码放于炉窑内的过程中，使燃料块上端所码放的反应物多于下端所码放的反应物。
49.如权利要求46所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，预先混合步骤完成及燃烧步骤之间，还包括向炉窑内加入细煤粉、重油或酒精，使其充分混合、浸润至生物质材料中的步骤。
50.如权利要求39所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，在点燃烧生物质材料之后，还包括对所述炉窑的中心通风口鼓风通入空气的通风步骤，使燃烧集中在中心燃烧通道区域。
51.如权利要求39所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，在生物质燃料块的顶部放置一网格状且可自由下坠的重压块，随着燃烧的进行，该压块能使生物质保持压紧状态。
52.如权利要求39所述的利用生物质材料的方法，其特征在于，所述炉窑还包括一具有轨道结构的炉蓖，由炉蓖分隔出上下燃烧室；将生物质材料与反应物的混合物置入一炉窑内的步骤采用该炉蓖将混合物经过一滑车送入上燃烧室内，燃烧过程中灰烬落入下燃烧室继续燃烧发生反应。
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