CN105936512A - 利用生物质焚烧灰制备农田化肥缓释剂和钾肥的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用生物质焚烧灰制备农田化肥缓释剂和钾肥的方法，包括下述步骤：1、取一定量的生物质灰放置于灰架上，然后平稳放入反应釜中，注入质量比25‑40%的硝酸溶液，关闭反应釜盖，检查密封；2、打开反应釜搅拌器；加热反应釜；在温度180~220℃和压力1.5~1.6MPa下保持搅拌10~12min；3、打开反应釜底部的泄料阀，高温溶液进入冷却池，冷却液为室温下的KNO3饱和溶液，待冷却液冷却后可收集析出的KNO3粗结晶盐；4、取出反应釜灰架，收集残留的固态灰质，加入石灰调节其PH值至6‑8，得到农田缓释剂；5、抽取冷却池的上清液配置硝酸溶液，重新开始步骤1，进行循环生产。本发明能够实现生物质灰中钾元素的高效快速提取制备二元复合肥和制备良好的化肥缓释剂。

Description

利用生物质焚烧灰制备农田化肥缓释剂和钾肥的方法
技术领域
本发明属于环保及循环经济技术领域，特别是涉及利用生物质焚烧发电产生的灰制备农田化肥缓释剂，以及提取钾元素的方法。
背景技术
秸秆、蔗渣、林业废弃物等具有较高的热值，是良好的生物质焚烧发电原料。生物质焚烧发电技术（简称生物质发电）能实现生物质能源化清洁利用，具有显著的经济效益和社会效益，不断得到推广应用。2009年，除生活垃圾外的生物质发电装机量为108.8万千瓦，发电量为52.17亿千瓦时；2014年，除生活垃圾外的生物质发电装机量为512万千瓦，发电量为216亿千瓦时。可知，过去5年生物质发电装机量和发电量均快速增长，分别增长了3.7倍和3.1倍。同时国务院发布的《能源发展战略行动计划（2014-2020）》提出绿色低碳战略，着力优化能源结构，把发展清洁低碳能源作为调整能源结构的主攻方向；力争到2020年，非化石能源占一次能源消费比重达到15%。因此，包括生物质能在内的低碳、清洁、非化石可再生能源将在十三五期间获得更大的发展。
生物质露天焚烧会造成空气污染，特别是加重雾霾天气，目前已经得到了有效的控制。随着生物质发电技术的推广，主要的生物质焚烧灰是产生于生物质发电厂。如果这些灰不能得到有效管理和综合利用，同样会形成扬尘，恶化空气质量。另一方面，生物质焚烧灰含有丰富钾元素，同时不含有显著的有害成分，现有技术中将其浪费，或简单地填埋，实在是太可惜了。
发明内容
为解决现有技术的不足，经探索实践提出一种生物质焚烧灰联合制备缓释剂和钾肥的方法，实现生物质灰的高值化综合利用。这种方法不仅能高效快速提取生物质灰中的钾元素，而且同时能产生良好的农田化肥缓释剂；这种方法还具有节水、节能、环保的特点。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
利用生物质焚烧灰制备农田化肥缓释剂和钾肥的方法，包括下述步骤：
1、取一定量的生物质灰放置于灰架上，然后平稳放入反应釜中，注入质量比25-40%的硝酸溶液，生物质灰与硝酸溶液的质量比为1：0.9~1.1，关闭反应釜盖，检查密封；
2、打开反应釜搅拌器；加热反应釜；在温度180~220℃和压力1.5~1.6MPa下保持搅拌10~12min；
3、打开反应釜底部的泄料阀，高温溶液进入冷却池，冷却液为室温下的KNO3饱和溶液，待冷却液冷却后可收集析出的KNO3粗结晶盐；
4、取出反应釜灰架，收集残留的固态灰质，加入石灰调节其PH值至6-8，得到农田缓释剂；
5、抽取冷却池的上清液配置硝酸溶液，重新开始步骤1，进行循环生产。
本发明所用的原料为生物质发电厂焚烧所产生的生物质灰，虽然各地的生物质发电厂、不同时间点的生物质原料不可能完全一致，但其焚烧后所产生的灰质均含有钾元素，只是含量多寡有所不同，因此均可用于本发明。本发明能够实现生物质灰中钾元素的高效快速提取制备二元复合肥和制备良好的化肥缓释剂，使得生物质飞灰实现高值化综合利用，具体的优点有：
1.反应釜可利用生物质发电厂的焚烧烟气余热进行加热，实现了热量回收利用，不需要外部能量；同时反应釜内的大部分水基本不发生汽化，不需要吸收汽化潜热；因此具有显著的节能效果，降低成本。
2.水热反应过程中，生物质灰中的钾元素在高温水环境（~200℃）和酸性溶液(HNO3)的联合作用下，实现钾元素的高效快速提取,缩短浸提时间,制备二元复合肥(KNO3)。
3.反应釜直接泄压进入冷却池,实现了固液高温分离，防止了溶质在灰表面重新沉积，也省去了过滤步骤，同时由于灰裸露在高温下，灰表面的HNO3发生挥发，极大降低了灰表面的HNO3残留。
4.反应釜泄压溶液进入冷却池实现了水和浸提剂的循环使用，具有节水和减少浸提剂添加量的效果，相对于传统工艺节水率超过50%；利用了KNO3溶解度随温度变化显著的特点，低温饱和KNO3溶液可以循环配置硝酸溶液，产生的高温浸出溶液，不需要蒸发，冷却后会直接结晶。
5.由于高温水热环境和酸溶液对钾元素的提取，使得灰表面产生了多孔结构，增强了表面吸附能力，同时钾元素的去除使得作为缓释剂对化肥的吸附能力进一步加强，实现了钾肥和缓释剂的联产。
附图说明
图1是本发明实施例所用的水热反应釜结构示意图。
其中附图标记为：1、反应釜搅拌器；2、反应釜盖；3、反应釜；4、灰架（含取出勾）；5、低温烟气出口；6、上清液抽管；7、冷却结晶池；8、卸料阀；9、风门；10、高温烟气进口；11、安全阀。
具体实施方式
实施例一：取20kg生物质灰放置于灰架4上，然后平稳放入反应釜3，反应釜内壁均用哈氏合金制作，注入配置好的18kg稀硝酸溶液(浓度为25%)，关闭反应釜盖2，检查密封；打开反应釜搅拌器1；连通旁路烟道，利用烟气余热加热反应釜；观察反应釜内温度和压力以及烟道温度变化，通过烟道风门控制反应釜内温度，在温度180℃和压力1.6MPa下保持12min；完成保持时间后，迅速打开反应釜底部的泄料阀8，高温溶液快速进入冷却结晶池7，池内充有室温下的KNO3饱和溶液作为冷却液，冷却后收集富含KNO3粗结晶盐，集得11.6kg；取出反应釜灰架4，收集残留的灰质，集得灰质干重13kg，根据测试加入少量石灰调节酸碱度，令其PH值为6，得到农田缓释剂；抽取冷却池的上清液配置硝酸溶液，重新开始步骤1，进行循环生产。
实施例二：取20kg生物质灰放置于灰架4上，然后平稳放入反应釜3，反应釜内壁均用哈氏合金制作，注入配置好的20kg稀硝酸溶液(浓度为30%)，关闭反应釜盖2，检查密封；打开反应釜搅拌器1；连通旁路烟道，利用烟气余热加热反应釜；观察反应釜内温度和压力以及烟道温度变化，通过烟道风门控制反应釜内温度，在温度200℃和压力1.6MPa下保持11min；完成保持时间后，迅速打开反应釜底部的泄料阀8，高温溶液快速进入冷却结晶池7，池内充有室温下的KNO3饱和溶液作为冷却液，冷却后收集富含KNO3粗结晶盐，集得11.7kg；取出反应釜灰架4，收集残留的灰质，集得灰质干重13.1kg，根据测试加入少量石灰调节酸碱度，令其PH值为7，得到农田缓释剂；抽取冷却池的上清液配置硝酸溶液，重新开始步骤1，进行循环生产。
实施例三：取20kg生物质灰放置于灰架4上，然后平稳放入反应釜3，反应釜内壁均用哈氏合金制作，注入配置好的22kg稀硝酸溶液(浓度为40%)，关闭反应釜盖2，检查密封；打开反应釜搅拌器1；连通旁路烟道，利用烟气余热加热反应釜；观察反应釜内温度和压力以及烟道温度变化，通过烟道风门控制反应釜内温度，在温度220℃和压力1.5MPa下保持10min；完成保持时间后，迅速打开反应釜底部的泄料阀8，高温溶液快速进入冷却结晶池7，池内充有室温下的KNO3饱和溶液作为冷却液，冷却后收集富含KNO3粗结晶盐，集得11.8kg；取出反应釜灰架4，收集残留的灰质，集得灰质干重13.2kg，根据测试加入少量石灰调节酸碱度，令其PH值为8，得到农田缓释剂；抽取冷却池的上清液配置硝酸溶液，重新开始步骤1，进行循环生产。
经测试，原始生物质灰K含量为13.6%，残留灰K含量<5‰，K的提取率达98%；结晶物K含量22.7%，主要以KNO3形式存在。
残留灰干重13.1kg，含水率<5%；原始灰比表面积为150m2/g，处理后残留灰比表面积增加到584m2/g。
可见本发明在小型示范工程得到了良好的验证，本实施例利用了焚烧烟气热量加热反应釜，因此不需要额外的燃料，实现节能；由于KNO3随着温度升高，溶解度变化明显（30℃为45.8,100℃为245），所以冷态下KNO3饱和溶液可以直接配置硝酸溶液，并且浸出溶液冷却后KNO3能够有效结晶，不需要蒸发，即节约了用水，又使得结晶变得简单；残留的灰根据需要经过石灰调节酸碱度后可用作农田化肥缓释剂。

Claims (1)

1. 利用生物质焚烧灰制备农田化肥缓释剂和钾肥的方法，其特征在于包括下述步骤：
1、取一定量的生物质灰放置于灰架上，然后平稳放入反应釜中，注入质量比25-40%的硝酸溶液，生物质灰与硝酸溶液的质量比为1：0.9~1.1，关闭反应釜盖，检查密封；
2、打开反应釜搅拌器；加热反应釜；在温度180~220℃和压力1.5~1.6MPa下保持搅拌10~12min；
3、打开反应釜底部的泄料阀，高温溶液进入冷却池，冷却液为室温下的KNO3饱和溶液，待冷却液冷却后可收集析出的KNO3粗结晶盐；
4、取出反应釜灰架，收集残留的固态灰质，加入石灰调节其PH值至6-8，得到农田缓释剂；
5、抽取冷却池的上清液配置硝酸溶液，重新开始步骤1，进行循环生产。
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