CN102689900A - 一种橡胶木枝桠材和板皮木糠利用的新方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种橡胶木枝桠材和板皮木糠利用的新方法。制备方法：将枝桠材、刨花、板皮木糠等进行筛分和粉碎得到橡胶木木粉，将木粉与催化剂磷酸混合，重量比为1:1-4，经干燥、活化、洗涤和烘干过程制备比表面积达到1600m²/g活性炭，同时回收催化剂。将木粉加入炭化炉中，采用慢速热解工艺，制备出橡胶木生物质炭粉。同时将热解过程中热解气冷凝分离出的可燃气回收，用于活性炭制备过程。热解气冷凝的液体为生物质油，将生物质油与生物质炭粉混合，利用模具挤压成型，可制备各种规格的生物质型炭。利用活性炭制备工艺中回收的浓度在10-40%磷酸处理生物质型炭燃烧后剩余的灰，可得到钾、磷比例可调节的液体复合肥和颗粒肥。本发明涉及以橡胶木加工过程产生的枝桠材、刨花、板皮木糠为原料，生产高比表面积活性炭、型炭和复合肥的综合利用工艺路线。

Description

一种橡胶木枝桠材和板皮木糠利用的新方法

技术领域

本发明属于林业加工废弃物的综合利用，具体涉及一种利用橡胶木加工废弃物枝桠材和板皮木糠，制备生物质炭、活性炭和复合肥的综合工艺。

背景技术

我国生物质资源十分丰富，生物质废弃物的综合利用是一个重要的研究领域。作为经济树种的橡胶树，以海南省为例，每年更新橡胶树超过100万株，在其加工过程中产生大量的枝桠材、刨花、板皮木糠等剩余物，其中板皮木糠约占50%，刨花木节约占20%，枝桠材约占30%。这些废弃物形状各异，给进一步加工和利用带来不便。传统的燃烧方法会严重污染环境，此外废弃物的热值即能量密度低。如何有效、合理地利用这些可再生资源具有重要的意义。

生物质炭广泛应用于食品、制药、化工、冶金、国防、农业及环境保护等诸多领域。活性炭是一种含炭材料制成的外观呈黑色，内部孔隙结构发达，比表面积大、吸附能力强的一类微晶质碳素材料，是一种常用的吸附剂、催化剂或催化剂载体。若将橡胶木加工的废弃物转化为高附加值的生物质炭和活性炭将实现天然橡胶产业链的延长，有利于传统农林业及其附属产品加工业向市场化、专业化、社会化、商品化的发展。草本和木本植物燃烧后的灰烬，含有植物所含的矿质元素，其中含量最多的是6－12%的钾，这些钾成份中90%以上是水溶性，以碳酸钾形式存在，因其质轻，粉末状不便于撒施，干时易随风而去，湿时易随水而走;pH值为9呈碱性，易使土壤碱性化，与氮肥接触易造成氮素挥发损失，腐蚀有机肥和其他粪类；又因它营养单一，难以满足作物的需要，我国每年要产生大量的草木灰，只有少量应用于农业，多数随垃圾扔掉。

专利CN101629083A公开了一种木材加工废弃物经粉碎、炭化挤压成型的工艺制备木炭的方法。专利CN102161897A公开了一种农作物秸秆，经粉碎后与粘结剂混合挤压成型后经炭化，水蒸气活化过程制备木炭活性炭、可燃气和生物质油的工艺。专利CN102247806A公开了以椰壳、杏壳、茶籽壳、工业抛花、锯屑为原料通过磷酸、氧化锌为活化剂制备活性炭的工艺。专利CN102190298A公开了一种以林木木屑、林木枝桠直接在700-1200℃快速热解制备活性炭的工艺。专利CN102153082A公开了一种以磷酸作活化剂，以硼酸作为活化反应催化剂，采用化学物理结合方法制取木屑活性炭的制备方法。专利CN101823904A公开了一种以草木灰为原料，制备草木灰饱和溶液及钾肥的方法。专利CN201777889U公开了一种以草木灰为原料，通过反向过滤法来提取钾盐的装置。

本发明以橡胶木加工废弃物枝桠材、刨花、板皮木糠为原料，提出了制备规则形状生物质炭及高比表面积活性炭的工艺，以及利用将橡胶木生物质炭燃烧后的木炭灰制备复合肥的工艺未见报道。

发明内容

本发明目的是提供橡胶木加工废弃物枝桠材、刨花、板皮木糠综合利用的新方法。

本发明首先将枝桠材、刨花、板皮木糠等进行筛分，粒径在10-100目的木粉与催化剂磷酸混合，催化剂浓度为30-85%，木粉与催化剂混合重量比为1:1-4，经干燥、活化、洗涤和烘干过程制备高比表面积活性炭，同时回收催化剂。尺寸大的枝桠材通过粉碎机粉碎为小粒径的木粉，加入炭化炉中，采用慢速热解工艺，制备出橡胶木生物质炭粉。同时将热解过程中热解气冷凝分离出的可燃气回收，用于活性炭制备过程。热解气冷凝的液体为生物质油，将生物质油与生物质炭粉混合，利用模具挤压成型，可制备各种规格的生物质型炭。利用磷酸活化工艺中回收的浓度在10-40%磷酸经稀释后与生物质型炭燃烧后剩余的灰混合，经洗滤、浓缩及干燥工艺获得钾、磷可调节比例的液体复合肥和颗粒肥。其来源于生物质，含有多种微量元素，因此养分含量高。造粒后与粉状或结晶状的单元肥料相比，结构紧密，养分释放均匀，肥效稳而长。由于副成分少，对土壤不利影响小。

本发明采取了多品种综合加工为一体的以橡胶木加工废弃物枝桠材、刨花、板皮木糠为原料，联产橡胶木炭粉、型炭、高比表面积活性炭和复合肥的工艺技术。

具体实施方式

本发明主要包括以下步骤:

一、高比表面积活性炭的制备步骤

(1)原料混合:将橡胶木木糠和催化剂按比例混合30-120分钟;其中木糠和催化剂之间混合的重量比为1:1-4。

原料中的木糠为10-100目、水分含量5-10%;所述的催化剂为磷酸，浓度为30-85%。

(2)干燥：将步骤(1)的混合物在80-125℃下进行干燥。

(3)活化:将步骤(2)得到的产物在400-550℃的环境中进行活化，活化的时间为30-90分钟。

(4) 催化剂回收:将步骤(3)的产物进行催化剂回收，回收采用逆流回收的方式至溶液中催化剂含量<1%。回收液中磷酸浓度为10%-35%。

(5)漂洗:将步骤(4)的产物采用清水进行漂洗。

(6)烘干:将步骤(5)得到的产品在100-120℃烘干。

二、橡胶木生物质型炭的制备步骤

(1)原料干燥：将橡胶木加工废弃物粉碎后得到的木糠在80-125℃下干燥。

(2)预炭化：将步骤(1)得到的含水率小于10% 的木糠在炭化炉中低于200℃炭化，释放产生的水蒸气。

(3)橡胶木炭粉末的制备:将步骤(2)得到的产物升温至400-550℃，炭化、冷却，得到橡胶木炭粉。同时收集炭化过程中产生的气体，进入冷凝塔，得到橡胶木基生物质油。

(4) 橡胶木生物质型炭的加工:将步骤(3)得到的固体粉末与生物质油直接混合，进入炭粉成型机，根据需要制成球形，棒状，蜂窝煤形等产品。

三、由橡胶木生物质型炭燃烧后的炭灰制备液体复合肥和颗粒肥的步骤

(1)以步骤二中制得型炭燃烧后获得的重量约2－5％的灰份为复合肥生产的原料，以1份灰与3份步骤一（4）产生的磷酸通过逆流洗涤方式可以获得钾，磷含量不同的液体复合肥，通过收集不同阶段洗涤液，可以得到钾含量3－10％的复合肥。灰份重量减少30％—40％。

(2)以步骤二中制得型炭燃烧后获得的重量约2－5％的灰份为复合肥生产的原料，以1份灰与3份水通过逆流洗涤方式得到以钾为主的碱性液体复合肥，进一步通过加入步骤一（4）产生的磷酸中和，获得以钾和磷为主的中性液体复合肥，同时收集产生的沉淀磷酸钙。

(3)复合肥钾和磷含量调节:利用配酸槽调节步骤(1)中的磷酸浓度，可以获钾和磷不同比例的液体复合肥。

(4)颗粒肥制备:将步骤(1)或步骤(2)中得到的高钾含量的液体复合肥经浓缩和蒸发得到含钾和磷的颗粒复合肥。

实施例1：选用目数30－100目木粉，加入70%的磷酸溶液，木粉干基重量与磷酸按1：4比例，在搅拌机内混合，保持0.5小时后，移置入干燥装置在120℃干燥，然后在回转炉中500℃下活化60分钟。反应过程中，利用喷淋工艺回收活化过程产生的尾气。并将活化产物采用逆流回收的方式回收磷酸，至洗涤液中磷酸含量<1%。回收液中磷酸浓度为10%-35%，活化产物经进一步的漂洗和烘干，制得比表面积达1601 m²/g的活性炭。反应过程、漂洗过程以及喷淋过程得到的低浓度磷酸将用在复合肥的制备过程，从而实现活性炭制备过程中排放废气对环境无污染，无废水排放的环保需要。

实施例2：选用废弃物经粉碎后的橡胶木粉在烘干炉中干燥，使木粉含水率低于5％，通过输送机进入大型炭化炉中炭化，保持200℃炭化0.1小时，排除产生的水蒸气。 然后升高至500℃继续炭化0.2小时后冷却，得到橡胶木炭粉，收集炭化过程中产生的气体，进入冷凝塔，得到橡胶木基生物质油。

实施例3：将实施例2得到的橡胶木炭粉与生物质油直接混合， 100℃下进入蜂窝煤冲压机直接制备出蜂窝煤形产品。

实施例4：以实施例3中蜂窝煤型炭燃烧后获得的重量约3％的灰份为原料，以1份灰与3份实施例1中回收的浓度为10％磷酸通过逆流洗涤方式，磷酸通过给酸泵，在洗涤容器的底部通入，上部收集洗涤液，洗涤后，灰份损失35％。洗涤液为钾，磷含量为3％的液体复合肥，pH约为7。灰分中钾，硼的提取率超过85%，锰和铝的提取率达到75%和10%。通过收集第1份磷酸洗涤液可以得到钾含量10％的洗涤液。

实施例5：将实施例4获得的钾含量为10％的高浓度复合肥经浓缩和蒸发得到含钾和磷的颗粒复合肥。

实施例6：同实施例4，将逆流处理灰分的3份磷酸换成水，灰份损失30％。洗涤液为钾含量为3％的液体复合肥，pH约为13。灰分中钾，钙，硼的提取率超过96%，锰、铝和磷的提取率达到88%，65%和30%。通过收集第1份水洗涤液可以得到钾含量10％的洗涤液。并在其中加入1份20%磷酸进行中和，分离出沉淀磷酸钙后，得到中性复合肥。

实施例7：将实施例6获得的钾含量为10％的高浓度复合肥经浓缩和蒸发得到含钾和磷的颗粒复合肥。

Claims (7)

1.一种橡胶木枝桠材和板皮木糠利用的新方法，其具体步骤如下：

将枝桠材、刨花、板皮木糠等进行筛分和粉碎得到10-100目的橡胶木木粉，将木粉与催化剂磷酸，按混合重量比为1:1-4混合，磷酸浓度为30-85%，80-125℃下干燥，经活化、洗涤和烘干过程制备高比表面积活性炭，同时回收催化剂；此外将木粉加入炭化炉中，采用慢速热解工艺，制备出橡胶木生物质炭粉；同时将热解过程中热解气冷凝分离出的可燃气回收利用，热解气冷凝的液体为生物质油，将生物质油与生物质炭粉混合，重量比约1:2，利用模具挤压成型，可制备球形、棒状和蜂窝煤形生物质型炭；利用活性炭制备工艺中回收的浓度在10-40%磷酸处理生物质型炭燃烧后剩余的灰，或是用磷酸中和橡胶木型炭燃烧后剩余灰的水提取液，可得到钾、磷比例可调节的中性液体复合肥，液体复合肥中钾含量3-10％；高钾含量的液体复合肥经浓缩和蒸发得到颗粒复合肥。

2.一种如权利要求1所述的制备高表面积活性炭、型炭和复合肥的新方法，其特征在于原料来源为：橡胶木加工过程产生的枝桠材和板皮木糠。

3.一种如权利要求1所述的橡胶木粉制备高比表面积活性炭的方法，其特征在于：采用磷酸为活化剂的低温活化法。

4.一种如权利要求1所述的橡胶木型炭的制备方法，其特征在于：先将橡胶木粉炭化得到炭粉后与热解过程收集的生物质油混合后再加工成型。

5.一种如权利要求1所述的液体复合肥的制备方法，其特征在于：利用活性炭制备过程中回收的活化剂磷酸作为处理剂，与橡胶木粉制备的型炭燃烧后的木灰作用来制得钾与磷比例可调节的中性液体复合肥。

6.一种如权利要求1所述的液体复合肥的制备方法，其特征在于：利用活性炭制备过程中回收的活化剂磷酸作为中和剂，与橡胶木型炭燃烧后所得木灰的水提取液作用来制得中性液体复合肥。

7.一种如权利要求1所述的颗粒复合肥的制备方法，其特征在于：利用高浓度钾的液体复合肥，经浓缩和蒸发得到颗粒复合肥。