CN102744238B

CN102744238B - 一种生物质发电厂草木灰综合利用的方法

Info

Publication number: CN102744238B
Application number: CN201210244679.XA
Authority: CN
Inventors: 黄彦; 王杉杉
Original assignee: Nanjing Tech University
Current assignee: Nanjing Tech University
Priority date: 2012-07-14
Filing date: 2012-07-14
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2032-07-14
Also published as: CN102744238A

Abstract

一种生物质发电厂草木灰综合利用的方法，包括钾盐的提取和吸附剂的制备，首先将发电厂燃烧所生成的草木灰用去离子水浸取，溶解草木灰中的可溶性钾盐，固液分离后，将钾盐溶液蒸发结晶得到钾盐；然后将提取钾盐后的草木灰灰渣用碱活化，用酸或去离子水洗涤到中性，烘干、碾磨、过筛、造粒制得吸附剂。本发明的方法能够充分利用生物质发电厂燃烧产生的草木灰，变废为宝，有效解决生物质发电厂产生的固废问题，有利于生物质电厂环保和经济地推广运行，具有良好的经济、环境和社会效益。该方法工艺简单、成本低廉，便于规模化生产。

Description

一种生物质发电厂草木灰综合利用的方法

技术领域

本发明涉及一种固体废弃物的治理方法，具体涉及一种生物质发电厂草木灰的综合利用方法，该方法利用生物质发电厂产生的草木灰制备钾盐和吸附剂。

背景技术

生物质发电技术起源于20世纪70年代，当时世界性的石油危机爆发后，丹麦开始积极开发清洁的可再生能源，大力推行秸秆等生物质发电。自1990年以来，生物质发电在欧美许多国家开始大力发展。生物质发电技术主要有生物质气化发电和直燃发电两种。近年来以稻麦秸秆等为主要发电原料的生物质发电厂在我国新兴发展起来。以江苏省为例，2006-2008年相继开工建设了11个秸秆发电项目，截至2010年底已有27台机组投入运行。这些发电厂在解决能源需求方面和农田秸秆处理方面发挥作用的同时，也集中产生了大量的草木灰。草木灰虽然在生产上偶有应用，但因其体积庞大，运输不便，目前并没有实质意义上的规模化利用途径，这些大量闲置的草木灰成为亟待处理的固体废弃物，对社会、环境以及企业构成了负担和压力。秸秆燃烧后产生的草木灰中含有大量的可溶性钾盐，从草木灰中提取钾与其他提钾方式相比，具有生产工艺简单、成本低、对环境无污染等优点。

专利CN101823904A公开了一种草木灰饱和水溶液的制备方法，包括进一步利用草木灰的饱和水溶液制成钾肥颗粒或进行提纯。专利CN101172888A确定了生物质秸秆灰提取钾盐过程中秸秆灰的最佳浸取工艺。专利CN101983950A介绍了分级淋洗过滤从草木灰中提取钾盐的方法。专利CN201777889U和CN201704221U分别公开了提取草木灰中钾盐的装置—反向洗滤装置和双池叠加装置。

以上专利主要涉及草木灰的浸取工艺以及如何有效地提取草木灰中的钾盐，并没有涉及到提取钾盐后灰渣的解决办法。当用去离子水浸取草木灰时，得到含钾滤液的同时，也得到了不再含可溶性钾盐的草木灰灰渣。这些灰渣仍然是一种固体废弃物，亟待解决。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种生物质发电厂草木灰综合利用的方法，该方法不仅可以利用草木灰生产出钾盐，同时将提取过钾盐后的草木灰灰渣做成吸附剂，有效解决了固体废弃物治理的技术问题，而且该吸附剂的性能良好，成本低廉，在水处理和化工等领域具有较好的应用效果。

本发明方法利用生物质发电厂产生的草木灰制备钾盐和吸附剂，采用如下技术方案：

一种生物质发电厂草木灰综合利用的方法，包括如下步骤：

1）浸取：以生物质发电厂产生的草木灰为原料，以去离子水为溶剂，通过一次或多次的浸取工艺，使去离子水溶解草木灰中的可溶性钾盐。

2）固液分离：对步骤1）中所获得的固液混合物进行固液分离，分别得到草木灰灰渣与钾盐溶液。

3）制备钾盐：将步骤2）中得到的钾盐溶液进行蒸发结晶得到钾盐。

4）制备吸附剂：将步骤2）中得到的草木灰灰渣，加碱液进行活化，过滤，用酸或去离子水洗涤到中性，烘干、碾磨、筛分、造粒后制得吸附剂。

上述步骤1）的浸取工艺中，灰水质量比为1：2~10，浸取温度为20~90°C，浸取时间1~5h，搅拌速度为0~250r/min。

上述步骤2）中的固液分离可以采取抽滤、滤袋过滤或离心分离。

上述步骤3）中浓缩结晶的分界点是否合理，直接关系着提取出的钾盐的纯度。本发明的上述方法在结晶过程中用波美计来控制浓缩结晶的分界点。用去离子水浸取草木灰，将得到含钾滤液的浓度控制在3~5°Bé（波美度）。在步骤3）制备钾盐过程中，加热浓缩，至13~18°Bé时过滤，得到的固体大多为水垢，包含少量钾盐；滤液继续加热浓缩，至23~26°Bé时过滤，得到纯度90%以上的钾盐，主要是硫酸钾和氯化钾；滤液继续浓缩直至近无液体，得到钾盐和钠盐、钙盐、镁盐等杂质。

上述步骤4）中所用碱为氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钾、碳酸钠、氢氧化钙中的一种或几种。本发明中碱的用量较少，灰渣：碱液（w/v）=1：1.5~4，其质量分数为1%~20%，优选为5%~15%，活化温度为20~90°C，活化时间为3~6h。洗涤所用的酸可以为盐酸、磷酸、硫酸中的一种或几种，质量分数为3%~20%。

本发明的生物质发电厂草木灰综合利用的方法，利用生物质发电厂产生的草木灰制备钾盐和吸附剂，本发明方法使生物质发电厂燃烧产生的草木灰得到充分利用，变废为宝，从而降低了发电厂的生产成本，增加了发电厂的利润，更有利于生物质电厂环保化和经济化地推广运行，具有良好的经济、环境和社会效益。其优点至少包括：

1、该方法不仅可以生产出钾盐，同时将提取过钾盐后的固体废弃物进行综合利用，有效解决了生物质发电厂产生的固废问题，节约了厂房和能耗等。

2、制备的钾盐能够缓解我国钾资源短缺状况，有良好的应用前景。

3、本发明制得的吸附剂相比直接用未提取钾盐的草木灰制备的吸附剂而言，该吸附剂的性能更加优越，在水处理和化工方面具有较好的吸附效果，而且成本低廉。

附图说明

图1为本发明的利用生物质发电厂草木灰制备钾盐和吸附剂的工艺流程示意图。

图2为实施例1制得的吸附剂在-196℃时的吸附和脱附等温线。

图3为实施例1制得的吸附剂的孔径分布曲线。

具体实施方式

实施例1

一种生物质发电厂草木灰综合利用的方法，利用生物质发电厂的草木灰制备钾盐和吸附剂，其工艺流程如图1，具体步骤如下：

1）浸取草木灰：以去离子水为溶剂浸取生物质发电厂产生的草木灰，其中氧化钾质量含量为7.54%，灰水质量比为1：2，浸取温度为70°C，浸取时间2h，搅拌速度为250r/min，使去离子水充分溶解草木灰中的可溶性钾盐。

2）固液分离：采用抽滤装置分离固液混合物，并保证分离效果，使灰渣中残留的钾盐水溶液尽可能地少。用波美计测试滤液浓度为3~5°Bé。

3）制备钾盐：将步骤2）中得到的浓度为3~5°Bé含钾滤液，加热浓缩，有似片状的白色固体产生，至13~18°Bé时过滤，得到的固体大多为水垢和少量钾盐，可作为固体废弃物作进一步处理；滤液继续加热浓缩，有颗粒状白色晶体出现，至23~26°Bé时过滤，得到纯度较高的钾盐，其纯度达到90%以上，主要是硫酸钾和氯化钾；滤液继续浓缩直至近无液体，得到钾盐和钠盐、钙盐、镁盐等杂质的混合物，可以通过重结晶法进行提纯。

4）制备吸附剂：所处理的草木灰的二氧化硅质量含量约为41.46%，步骤1）中用去离子水浸取草木灰，只溶解了其中的可溶性物质，并未溶解二氧化硅。将步骤2）中得到的浸取后的草木灰灰渣，干燥，用10%的氢氧化钠在85°C活化3h，灰渣：碱液(w/v)为1：2.5，过滤，滤液仍呈碱性，可再回收利用。过滤后的灰渣用10%的盐酸进行洗涤，至洗涤灰渣的滤液呈中性或弱酸性，若洗涤灰渣的滤液呈弱酸性，则用去离子水继续洗涤到中性。然后将灰渣烘干、碾磨、筛分、造粒做成吸附剂1。收率约为91.25%，100g提取过钾盐后的草木灰灰渣可制得91.25g吸附剂。

上述制得的吸附剂的吸附和脱附等温线如图2，孔径分布曲线如图3。

上述制得的吸附剂中含有Si，其原因在于步骤4）中用稀碱液的目的是对灰渣进行活化，且所用碱量较少，碱并不能将草木灰中的SiO₂大量溶解，因此这也是吸附剂收率较高的原因。与商品活性炭相比，所制得的吸附剂性能稍差，但仍具有较好的性能，对于一些对吸附剂要求不高的体系已经足够应用，如废水中低浓度染料的吸附、微量重金属离子的脱除等。本发明方法碱用量少，从而减少了后期中和、水洗用的酸量和水量，减少了废碱、废酸和废水的排放。

实施例2

一种生物质发电厂草木灰综合利用的方法，利用生物质发电厂的草木灰制备钾盐和吸附剂，具体步骤如下：

1）浸取草木灰：以去离子水为溶剂多次浸取生物质发电厂产生的草木灰，其中氧化钾质量含量为7.54%，灰水质量比为1：8，浸取温度为40°C，浸取时间4h，搅拌速度为250r/min，使去离子水充分溶解草木灰中的可溶性钾盐。

3）制备钾盐：将步骤2）中得到的浓度为3~5°Bé含钾滤液，加热浓缩，有似片状的白色固体产生，至13~18°Bé时过滤，得到的固体大多为水垢和少量钾盐，作为固体废弃物作进一步处理；滤液继续加热浓缩，有颗粒状白色晶体出现，至23~26°Bé时过滤，得到纯度较高的钾盐，其纯度达到90%以上，主要是硫酸钾和氯化钾；滤液继续浓缩直至近无液体，得到钾盐和钠盐、钙盐、镁盐等杂质的混合物，可以通过重结晶法进行提纯。

4）制备吸附剂：将步骤2）中得到的浸取后的草木灰灰渣，干燥，用5%的氢氧化钠在60°C活化5h，灰渣：碱液(w/v)为1：4.0，过滤，滤液仍呈碱性，可再回收利用。过滤后的灰渣用10%的盐酸进行洗涤，至洗涤灰渣的滤液呈中性或弱酸性，若洗涤灰渣的滤液呈弱酸性，则用去离子水继续洗涤到中性。然后将灰渣烘干、碾磨、筛分、造粒做成吸附剂。

对比例

将生物质电厂的草木灰，不经去离子水浸取，直接按照上述实施例1的步骤4)处理，得到吸附剂2。

将两种吸附剂进行对比，结果如下：

样品	比表面积(m²·g^-1)	孔容（cm³·g^-1）	平均孔径（nm）
				吸附剂1	146.76	0.2186	5.9595
吸附剂2	119.69	0.1452	4.8526

以上可以看出，用碱处理提取钾盐后的草木灰制备出的吸附剂1，与碱处理原草木灰制备出的吸附剂2相比，性能更加优越。

Claims

1.一种生物质发电厂草木灰综合利用的方法，其特征在于，所述的方法利用生物质发电厂产生的草木灰同时制备钾盐和吸附剂，包括如下步骤：

1）浸取：以生物质发电厂产生的草木灰为原料，以去离子水为溶剂，通过一次或多次的浸取工艺，使去离子水溶解草木灰中的可溶性钾盐；

2）固液分离：对步骤1）中所获得的固液混合物进行固液分离，分别得到草木灰灰渣与钾盐溶液；

3）制备钾盐：将步骤2）中得到的钾盐溶液进行蒸发结晶得到钾盐；

4）制备吸附剂：将步骤2）中得到的草木灰灰渣，加碱液进行活化，碱的用量为灰渣：碱液（w/v）=1：1.5~4，碱液质量分数1%~20%，活化温度为20~90°C，活化时间为3~6h；过滤，用酸或去离子水洗涤到中性，烘干、碾磨、筛分、造粒后制得吸附剂。

2.根据权利要求1所述的生物质发电厂草木灰综合利用的方法，其特征在于，步骤1）的浸取工艺中，灰水质量比为1：2~10，浸取温度为20~90°C，浸取时间1~5h，搅拌速度为0~250r/min。

3.根据权利要求1所述的生物质发电厂草木灰综合利用的方法，其特征在于，步骤2）中的固液分离采取抽滤、滤袋过滤或离心分离的方法。

4.根据权利要求1所述的生物质发电厂草木灰综合利用的方法，其特征在于，步骤2）中得到的钾盐溶液的浓度为3~5°Bé。

5.根据权利要求1所述的生物质发电厂草木灰综合利用的方法，其特征在于，步骤3）中钾盐溶液蒸发结晶包括以下步骤：

（1）将钾盐溶液加热浓缩至13~18°Bé，过滤，得到水垢和钾盐的混合物；

（2）滤液继续加热浓缩至23~26°Bé，过滤，得到纯度90%以上的钾盐；

（3）滤液继续浓缩直至近无液体，得到钾盐和钠盐、钙盐、镁盐杂质的混合物。

6.根据权利要求5所述的生物质发电厂草木灰综合利用的方法，其特征在于，步骤（3）所得到的钾盐和钠盐、钙盐、镁盐杂质的混合物采用重结晶法进行提纯。

7.根据权利要求1所述的生物质发电厂草木灰综合利用的方法，其特征在于，步骤4）中的碱为氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钾、碳酸钠或氢氧化钙中的一种或几种。

8.根据权利要求1所述的生物质发电厂草木灰综合利用的方法，其特征在于，步骤4）中酸为盐酸、磷酸或硫酸中的一种或几种，质量分数为3%~20%。