CN103332994A

CN103332994A - 生物质灰渣综合利用的方法及系统

Info

Publication number: CN103332994A
Application number: CN2013103156341A
Authority: CN
Inventors: 王兢
Original assignee: 王兢
Current assignee: Lianzhi Tongda (Suzhou) Environmental Technology Co., Ltd
Priority date: 2013-07-25
Filing date: 2013-07-25
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2033-07-25
Also published as: CN103332994B

Abstract

本发明揭示了一种生物质灰渣综合利用的方法及系统，包括将生物质灰渣与酸反应，提取生物质灰渣中的钾、磷、硅、钙、镁等元素，制取钾基复合肥；将酸反应后的剩余生物质灰渣与碱反应，提取生物质灰渣中的硅元素，制取无机硅化合物；再将经酸、碱反应后剩余的生物质炭渣进行赋活反应，制取活性炭，酸反应和碱反应的先后顺序可以根据生物质灰渣种类的不同而改变。本发明以较简单的工艺、较低的生产成本进行生物质灰渣深加工，制取得到高品质的钾基复合肥、相关无机硅化合物以及活性炭产品，不残留灰渣，实现生物质灰渣的全面综合利用，既解决了生物质灰渣的去处，又大幅度提高了生物质灰渣附加值，促进生物质能源产业化和可持续发展。

Description

生物质灰渣综合利用的方法及系统

技术领域

本发明涉及生物质经能源利用后残余灰渣的处理与利用技术领域，尤其是涉及一种将生物质灰渣分别参与酸反应、碱反应和赋活反应，对生物质灰渣中的有益成分进行全面提取与综合利用的方法及系统。

背景技术

随着能源、环保形势愈发严峻，生物质能源方兴未艾，常见的有直燃、热解气化等生物质能源利用形式。生物质种类丰富，常见的有各种秸秆、林业及木材工业剩余物、竹子及竹加工业剩余物、稻壳、各类果壳、甘蔗渣、玉米芯等生物质进行了能源利用后会残余一定量的灰渣，灰渣质量通常占生物质原料质量的百分之十几。有些种类的生物质灰渣较少，灰渣质量仅占生物质原料质量的百分之几，比如木类、棉花秆；而有些种类的生物质灰渣较多，灰渣质量超过生物质原料质量的20％，比如稻草、甘薯。国内建设的直燃式生物质发电厂已超过100家，每家每天消耗的生物质多达几百吨甚至上千吨，所产生的灰渣多达几十吨至几百吨。国内还有一批热解气化式生物质能源装置，每套装置每天也能产生几吨乃至几十吨灰渣。

生物质灰渣堆密度较小，温度较高，含有一定量的残炭，灰渣堆放在厂内带来占用场地、环境污染、火灾隐患等，给生物质能源运营机构带来较大烦恼，影响到生物质能源行业的发展。

据研究，生物质灰渣中富含硅(Si)、钾(K)、磷(P)、钙(Ca)、镁(Mg)等，特别是硅和钾在多数灰渣中含量较高。由于燃烧和热解气化技术的原因，灰渣中往往还会含有部分碳(C)。采用合适的技术，以较低的成本、较简单的工艺充分利用这些资源，成为一项新兴课题。国内外已有较多机构及个人在生物质灰渣综合利用方面进行了大量研发，且已经取得了一定的进展。比如发明专利申请号为200610069650.7、名称为利用生物质能秸秆发电厂的秸秆灰生产磷钾复合肥的方法的申请文件中公开了一种将秸秆灰与酸度调和剂、粘合剂反应，制成磷钾复合肥的方法，再如发明专利申请号为201110382347.3、名称为秸秆灰渣免烧成型建筑材料及制备方法的申请文件中公开了一种将秸秆灰渣与水泥、生石灰、生石膏等材料反应制取建筑材料。但是，这些研究大部分集中在灰渣的直接应用上，并没能充分挖掘灰渣中硅、钾、碳的价值，而且在利用生物质灰渣时还需要额外添加一些原料，生物质灰渣中的有益成分也不能被充分提取利用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种生物质灰渣综合利用的方法及系统，将生物质灰渣分别与酸、碱反应后，再进行赋活反应，以综合利用的方式消化掉生物质灰渣，既解决了生物质灰渣的去处，又大幅度提高了生物质灰渣的附加值，促进生物质能源产业化和可持续发展。

为实现上述发明目的，本发明提出如下技术方案：一种生物质灰渣综合利用的方法，包括以下步骤：

步骤一，将生物质灰渣与酸反应，提取生物质灰渣中的有益元素，制取钾基复合肥；

步骤二，将步骤一反应剩余的生物质灰渣与碱反应，提取生物质灰渣中的硅元素，制取无机硅化合物；

步骤三，将步骤一、步骤二反应剩余的生物质炭渣进行赋活反应，制取活性炭。

可替换的方案为，所述步骤一的反应可在步骤二之后进行，步骤一和步骤二的反应先后顺序根据生物质灰渣种类的不同而不同。

所述有益元素包括磷、硅、钙、镁元素中的一种或几种及钾元素。

所述步骤一具体包括：

将酸加入生物质灰渣中，搅拌混合均匀，搅拌的同时对生物质灰渣进行加热，所述生物质灰渣在温度为70℃～100℃、常压条件下或在温度为120℃～151℃，压力为0.2MPa～0.5MPa条件下与酸充分反应，提取出生物质灰渣中的钾、磷、硅、钙、镁元素，反应完成后出料并进行过滤，实现剩余的生物质灰渣与反应后所得滤液的分离，反应后所得滤液经干燥后制成钾磷硅钙镁复合肥，剩余的生物质灰渣则继续进行所述步骤二的反应。

所述步骤二具体包括：

将碱加入所述剩余的生物质灰渣中，搅拌混合均匀，搅拌的同时对生物质灰渣进行加热，所述生物质灰渣在温度为70℃～100℃、常压条件下或在温度为120℃～151℃，压力为0.2MPa～0.5MPa条件下与碱充分反应，提取出剩余生物质灰渣中的硅元素，反应完成后对剩余的生物质炭渣与反应后所得滤液的混合物进行过滤，实现固液分离，反应后所得滤液经干燥后制成无机硅化合物，剩余的生物质炭渣则继续进行所述步骤三的反应。

所述酸选用盐酸、硝酸、硫酸中的一种或几种的组合，所述碱选用氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、纯碱中的一种或几种的组合。

所述赋活反应选用化学赋活法或物理赋活法或化学赋活法与物理赋活法的组合，所述化学赋活法选用磷酸法或碱法，所述物理赋活法选用水蒸汽法或CO₂法。

所述生物质灰渣综合利用方法还包括：将步骤一和步骤二中反应后所得滤液中的固体物进行沉淀，并回收利用。

本发明的另一目的还在于提出一种生物质灰渣综合利用的系统，包括：酸反应容器、过滤机、干燥机、碱反应容器和赋活反应器，所述酸反应容器与碱反应容器相连，分别用于将生物质灰渣与酸进行反应和将生物质灰渣与碱进行反应；所述过滤机用于对酸反应或碱反应完成后的物料进行固液分离；所述干燥机用于对经过滤机过滤后所得滤液进行干燥，得到钾基复合肥或无机硅化合物；所述赋活反应器与碱反应容器或酸反应容器相连，用于将经酸反应容器和碱反应容器反应剩余的生物质炭渣赋活成活性炭。

优选地，系统还包括破碎机和沉淀及水处理系统，所述破碎机与酸反应容器或碱反应容器相连，用于将生物质灰渣进行破碎；所述沉淀及水处理系统与所述过滤机相连，用于对过滤后所得滤液中的固体物进行沉淀，并回收再利用。

所述酸反应容器和碱反应容器选用釜式反应器或塔式反应器或管式反应器。

所述赋活反应器加热方式选用内热式加热方式或外热式加热方式，结构上采用滚筒式结构或固定窑式结构。

本发明的有益效果是：(1)从生物质残渣中制取出的产物能够工业化生产，并且能够产生较高的经济效益；(2)原料来源很广，以较小的成本、较简单的系统有效地实现对生物质灰渣中各有益成分的提取及对生物质灰渣高附加值地应用；(3)以综合利用的方式消化掉生物质灰渣，既解决了灰渣的去处，又大幅度提高了灰渣附加值，促进生物质能源产业化和可持续发展。

附图说明

图1是本发明生物质灰渣综合利用的方法的流程图；

图2为本发明生物质灰渣综合利用的系统的结构示意图。

图中元件标号为：

1、料斗，2、破碎机，3、输送机，4、酸液喷淋装置，5、酸反应容器，6、过滤机，7、干燥机，8、输送机，9、碱液喷淋装置，10、碱反应容器，11、过滤机，12、干燥机，13、输送机，14、赋活反应器，15、沉淀及水处理系统。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。

如图1所示，本发明所揭示的一种生物质灰渣综合利用的方法，以综合利用的方式将生物质灰渣中的有益成分全部提取出来，包括以下步骤：

具体来说，将酸加入生物质灰渣中，搅拌混合均匀，搅拌的同时对生物质灰渣进行加热，所述生物质灰渣在温度为70℃～100℃、常压条件下或在温度为120℃～151℃，压力为0.2MPa～0.5MPa条件下与酸充分反应，反应时间为1～4小时，提取出生物质灰渣中的钾、磷、硅、钙、镁等元素，反应完成后出料并进行过滤，实现剩余的生物质灰渣与反应后所得滤液的分离，反应后所得滤液经干燥后制成钾基复合肥(如钾磷硅钙镁复合肥)，可以应用于农业生产领域，剩余的生物质灰渣则继续进行后续的反应。

其中，所述酸选用盐酸(HCl)、硝酸(HNO₃)、硫酸(H₂SO₄)中的一种或几种的组合，根据生物质灰渣的种类不同选择不同的酸溶液。所用酸的用量根据生物质灰渣种类的不同而不同，以与生物质灰渣中的钾、钙、镁等元素充分反应为最佳。

步骤二，将生物质灰渣与碱反应，提取生物质灰渣中的硅元素，制取无机硅化合物。

具体来说，将碱加入所述剩余的生物质灰渣中，搅拌混合均匀，搅拌的同时对生物质灰渣进行加热，所述生物质灰渣在温度为70℃～100℃、常压条件下或在温度为120℃～151℃，压力为0.2MPa～0.5MPa条件下与碱充分反应，反应时间为1～4小时，提取出剩余生物质灰渣中的硅元素，反应完成后对剩余的生物质炭渣与反应后所得滤液的混合物进行过滤，实现固液分离，反应后所得滤液经干燥后制成无机硅化合物，在建筑材料、洗涤用品工业等领域都可以进行使用，剩余的生物质炭渣则继续进行后续的反应。

其中，所述碱选用氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)、氢氧化钙(Ca(OH)₂)、纯碱(Na₂CO₃)中的一种或几种的组合，根据生物质灰渣的种类不同选择不同的碱溶液。所用碱的用量根据生物质灰渣种类的不同而不同，以与生物质灰渣中的硅元素充分反应为最佳。

步骤三，将经步骤一、步骤二反应后剩余的生物质炭渣进行赋活反应，制取活性炭。

具体来说，将生物质炭渣进行赋活反应，提取出生物质灰渣中的碳元素，制取出的活性炭可以实现水净化及污水处理、气体净化、食品的脱色等多种用途，所述赋活反应选用化学赋活法或物理赋活法或化学赋活法与物理赋活法的组合，所述化学赋活法包括磷酸法、碱法，所述物理赋活法包括水蒸汽法、CO₂法。

如图2所示，本发明所揭示的一种生物质灰渣综合利用的系统，包括料斗1，破碎机2，输送机3、8、13，酸反应容器5，过滤机6、11，干燥机7、12，碱反应容器10，赋活反应器14，沉淀及水处理系统15。所述料斗1与破碎机2相连，用于盛装生物质灰渣，料斗1中的生物质灰渣进入破碎机2中进行破碎，所述破碎机2用于将生物质灰渣破碎成粒径为45μm～150μm的细粉，作为后期反应的原料。

所述破碎机2经输送机3与所述酸反应容器5相连，生物质灰渣被输送到酸反应容器5参与反应。所述酸反应容器5内设置酸液喷淋装置4，用于向生物质灰渣中加入酸溶液，使得生物质灰渣与酸进行反应，提取生物质灰渣中的钾、磷、硅、钙、镁等元素。所述酸反应容器选用釜式反应器或塔式反应器或管式反应器。

所述过滤机6与酸反应容器5相连，生物质灰渣在酸反应容器5中充分反应完成后，进入到过滤机6中进行过滤，将反应后剩余的生物质灰渣与反应后所得滤液进行分离。

所述干燥机7与过滤机6相连，用于对所述反应后所得滤液进行干燥，制取出钾磷硅钙镁复合肥。

所述过滤机6经输送机8与所述碱反应容器10相连，经酸反应后剩余的生物质灰渣被输送到碱反应容器10内，本实施例中以酸反应容器5在前、碱反应容器10在后介绍生物质灰渣分别进行酸、碱反应的过程，在其他实施例中，所述酸反应容器5与碱反应容器10连接的前后位置可以具体根据生物质灰渣种类的不同进行前后更换。所述碱反应容器10内设置碱溶液喷淋器，用于向剩余的生物质灰渣中加入碱溶液，使得生物质灰渣与碱进行反应，提取剩余的生物质灰渣中的硅元素。所述碱反应容器选用釜式反应器或塔式反应器或管式反应器。

所述过滤机11与碱反应容器10相连，剩余的生物质灰渣在碱反应容器10中充分反应完成后，进入到过滤机11中进行过滤，生物质灰渣经酸、碱反应后剩余成生物质炭渣，所述将过滤机11用于将剩余的生物质炭渣与反应后所得滤液进行分离。

所述干燥机12与过滤机11相连，用于对经碱反应后所得滤液进行干燥，制取出无机硅化合物，如硅酸钠、白炭黑等。

所述过滤机11经输送机13与所述赋活反应器14相连，剩余的生物质炭渣被输送到赋活反应器14中参与赋活反应，所述赋活反应器结构上采用滚筒式或固定窑式，加热方式选用内热式加热方式或外热式加热方式。

所述沉淀及水处理系统15分别与所述过滤机6和过滤机11相连，用于对经过滤机6和过滤机11过滤出的反应后所得滤液进行处理，沉淀出反应后所得滤液中的固体物后对固体物进行回收再利用，并且对滤液进行酸碱中和后排出，避免滤液直接排出造成的污染问题。

下面以生物质灰渣种类为稻草燃烧后残余灰渣为例，说明本发明对生物质灰渣综合利用的处理过程。生物质灰渣通过输送装置(图未示)被送入料斗1中，再经破碎机2破碎成粒径为45μm-150μm细粉后通过输送机3送入酸反应容器5中，酸液喷淋装置4向生物质灰渣中喷入硫酸(H₂SO₄)溶液，生物质灰渣与硫酸的质量比为1∶0.5-1∶1.5，酸反应容器5中的生物质灰渣在温度为80℃～95℃、常压条件下与硫酸充分反应，反应时间为1-4小时，反应后进行出料，进入到过滤机6进行液固分离，分离出的反应后所得滤液经干燥机7干燥得到钾磷硅钙镁复合肥，分离出的剩余的生物质灰渣经输送机8被送入到碱反应容器10中。

碱液喷淋装置9向生物质灰渣中喷入纯碱(Na₂CO₃)溶液，碱反应容器10中的生物质灰渣在温度为80℃～95℃、常压条件下与纯碱充分反应，反应时间为1-4小时，反应后进行出料，进入到过滤机11进行液固分离，分离出的反应后所得滤液经干燥机12干燥得到硅酸钠，分离出的剩余的生物质灰渣经输送机13被送入到赋活反应器14中进行赋活反应，制取出活性炭，过滤机6和过滤机11中过滤出的滤液经输送管道送入到沉淀及水处理系统中，进行沉淀、酸碱中和处理，沉淀出的固体物进行回收利用、中和后的滤液进行外排出去。

本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。

Claims

1.一种生物质灰渣综合利用的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的生物质灰渣综合利用的方法，其特征在于，所述有益元素包括磷、硅、钙、镁元素中的一种或几种及钾元素。

3.根据权利要求1所述的生物质灰渣综合利用的方法，其特征在于，所述生物质灰渣在温度为70℃～100℃、常压条件下或在温度为120℃～151℃，压力为0.2MPa～0.5MPa条件下与酸反应，反应完成后进行过滤及干燥处理。

4.根据权利要求1所述的生物质灰渣综合利用的方法，其特征在于，所述生物质灰渣在温度为70℃～100℃、常压条件下或在温度为120℃～151℃，压力为0.2MPa～0.5MPa条件下与碱反应，反应完成后进行过滤及干燥处理。

5.根据权利要求1所述的生物质灰渣综合利用的方法，其特征在于：所述酸选用盐酸、硝酸、硫酸中的一种或几种的组合，所述碱选用氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、纯碱中的一种或几种的组合。

6.根据权利要求1所述的生物质灰渣综合利用的方法，其特征在于：所述赋活反应选用化学赋活法或物理赋活法，或化学赋活法与物理赋活法的组合，所述化学赋活法选用磷酸法或碱法，所述物理赋活法选用水蒸汽法或CO₂法。

7.一种生物质灰渣综合利用的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，将生物质灰渣与碱反应，提取生物质灰渣中的硅元素，制取无机硅化合物；

步骤二，将步骤一反应剩余的生物质灰渣与酸反应，提取生物质灰渣中的有益元素，制取钾基复合肥；

8.根据权利要求7所述的生物质灰渣综合利用的方法，其特征在于，所述有益元素包括磷、硅、钙、镁元素中的一种或几种及钾元素。

9.一种生物质灰渣综合利用的系统，其特征在于，包括酸反应容器、过滤机、干燥机、碱反应容器和赋活反应器，所述酸反应容器与碱反应容器相连，分别用于将生物质灰渣与酸进行反应和将生物质灰渣与碱进行反应；所述过滤机用于对酸反应或碱反应完成后的物料进行固液分离；所述干燥机用于对经过滤机过滤后所得滤液进行干燥；所述赋活反应器与碱反应容器或酸反应容器相连，用于将经酸反应容器和碱反应容器反应剩余的生物质炭渣赋活成活性炭。

10.根据权利要求9所述的生物质灰渣综合利用的系统，其特征在于，还包括破碎机和沉淀及水处理系统，所述破碎机与酸反应容器或碱反应容器相连，用于将生物质灰渣进行破碎；所述沉淀及水处理系统与所述过滤机相连，用于对过滤后所得滤液中的固体物进行沉淀。