CN107001163A - 由生物聚合物制造肥料的方法和肥料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种从流体黑液生产氮肥的方法，其中，从含有大量木质纤维素的生物物质生成黑液，将含有木质素的成分分解为在单聚物、二聚物至三聚物化合物中的主要部分；从该流体黑液中至少去除游离的烷醇胺，特别是单乙醇胺；将黑液冷却到室温并与水混合，在此，建立黑液的特定的流动状态；将流动的黑液送入搅拌器并与粉状固体物质搅拌成为糊状混合物，并将该混合物成形为颗粒。

Description

由生物聚合物制造肥料的方法和肥料

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的用流体黑液制造氮肥的方法和一种根据权利要求12的肥料。

发明内容

根据本发明，可以将黑液用作生物聚合物源。黑液是一种富含能量和木质素的加工产品，它在造纸工业中被大量作为生产纸浆的废料。黑液是在从纸浆中分离木质素的过程中产生的，而且处理大量的黑液也是耗费很高的事情。过去曾有过各种努力，试图经济合理地利用黑液。黑液的基本特征是含氮，这就特别适用于生产肥料。由于本身带有腐蚀与易燃成分，黑液通常被用于燃烧以获取能源。

本发明的目的在于，提出一种用黑液制造氮肥的经济的方法和一种满足高质量要求的肥料。

本发明的目的一方面通过具有权利要求1的特征的方法的来实现，另一方面通过具有权利要求12的特征的肥料来实现。优选的实施方式由从属权利要求给出。

本发明方法的特征是，从黑液中除去至少一种有害物质，黑液经过冷却到室温和与水混合后，被调制成具有特定的流体状态。把可流动的黑液引入搅拌器，并与粉状的固体物质搅拌成糊状，并使该混合物成形为颗粒。

本发明的基本思想在于，为便于氮肥的生产，清除黑液中的毒素并使黑液成为固体物质。根据本发明的一个方面，给黑液脱毒通过分离出游离的、未结合的化学物质，例如特别是从黑液的制作过程中分离出单乙醇胺来实现。由此得到不含对健康和环境有害的化学物质的黑液。这样的黑液至少在最大程度上不含烷醇胺(Alkanolamine)，主要是单乙醇胺(Monoethanolamin)。

根据本发明，有害物质是指那些就一般专业知识而言，对人身健康和环境造成危害的物质。有害物质的概念主要涉及到毒素、潜在刺激和/或物质的腐蚀作用。

为了经济而方便地利用已加工的黑液，根据本发明的另一方面，通过给黑液添加粉状固体物质，溶剂和/或其他辅助材料，借助搅拌器搅拌使其成为糊状并最终形成颗粒。

按照本发明，可以把流体黑液理解为由各种物质或化学物质组成的含木质素的混合物。可以从含有木质纤维素的生物物质中获取黑液，然后再从黑液中即从植物原料里不易溶解的纤维素和半纤维素中，分离出木素质成分和其他物质。据此，流体黑液也可以包括源自黑液生产过程的物质和其他含有植物成分的物质。所含的物质的范围不限于在生产过程中引入的物质，还包括在黑液生产过程中产生的物质。

在本发明的方法中，优选使用黑液，该黑液源自用烷醇胺方法生产纸浆的过程。根据本发明的认知，这种黑液尤其含氮丰富而且污染小。

流体黑液还可以包括影响流体黑液粘度的物质，其中特别是游离烷醇胺，特别是是游离单乙醇胺。

粉状固体物质可以在若干方面有利于本发明方法的实现。一方面粉状固体物质由于其特点，可以以非常有效的方式与处理过的黑液中所含的流体成分相结合，从而影响处理过的黑液的粘稠度。另一方面它可以作为已处理过的黑液的补充物质，以使产品具有有利的特性，特别是肥料特性。

根据本发明的优选的扩展，要去除有害物质如烷醇胺，特别是带有1-4个碳原子的烷醇胺，并首先是去除单乙醇胺、丙酸醇胺、单丁醇胺和/或二甘醇胺。可以使用有分支和无分支的碳链烷醇胺。根据本发明的扩展，特别优选的是，将单乙醇胺作为烷醇胺使用。特别是在从含有木质纤维素的生物物质中生成黑液的过程中，短碳链烷醇胺具有有利的特性。在黑液生成后，可以非常便利地将短碳链烷醇胺从黑液中继续分离出来。

根据本发明的优选实施方式，可以通过蒸馏、薄膜蒸发、沉淀蒸发、喷淋干燥、管式蒸发、沉淀及随后的过滤、离心分离或挤压方法，从黑液中分离出游离烷醇胺特别是单乙醇胺。特别是通过蒸馏或其他蒸发方法，可以极为方便地从黑液中分离出短链游离烷醇胺。在此，短链游离烷醇胺的相对低的沸点是有优势的。游离烷醇胺还可以通过给含有游离烷醇胺的黑液添加非溶剂而分离出来。在此，黑液、特别是木质素成分会形成固体颗粒状物的形式，并且通过适当的固体/液体分离过程，如过滤、离心分离或挤压，与游离烷醇胺分离。同样，通过导入二氧化碳、优选在有水的情况下，使黑液特别是木质素成分沉淀，也可以分离游离烷醇胺。在此得到固体颗粒物形式的黑液。剩下的残余由被分解的活性黑液组成。

本发明的一种扩展通过使黑液含氮，特别是构成为具有至少一种结合的烷醇胺成分尤其是单乙醇胺成分来实现。黑液中的氮含量例如可以通过使黑液中含有结合的含氮化合物，特别是烷醇胺来实现。而烷醇胺又特别是可与木质素结合。与游离的、非结合形式的同种化合物不同的是，这种结合的含氮化合物、特别是结合的烷醇胺并不具有同样的侵蚀或损害环境的毒性。通过形成具有与黑液相结合的氮分量，特别是至少一种含氮物质的分量的黑液，可以确保在黑液中的微生物分解或分化的范围内使含氮化合物延迟释放。这样，可以把带有例如结合的烷醇胺特别是单乙醇胺的黑液作为长效肥料使用，在此微生物可以将这种黑液转化为植物所需要的氮化合物。

本发明特别优选的扩展在于，粉状的固体物质包括有机和/或无机的肥料成分，特别是含氮、磷和/或钾的物质、矿物质、粘合材料、膨润土、风化褐煤、微量元素、其他植物养分、植物保护物质、土壤改善物质、微生物或这些物质的组合。将有机和/或无机肥料组分作为颗粒状固体物质添加到根据本发明的黑液中，可以有利的方式影响植物的生长。在此尤其是可以把肥料成分理解为这样的物质：各种植物在生物结构形成时所需要的物质，以及加快或有利于植物生长的物质和那些促进植物生长并能保护植物免受外界影响(损害和阻碍植物健康生长)的物质。特别是这些物质还可以包括灭霉剂、除草剂和杀虫剂，以及专业人员通常使用的各种保护植物免受外界影响的物质和它们的组合。外界影响是指那些不仅对植物表面而且对植物内部产生的影响，如病虫害和植物毒素。另外，本发明中所提到的肥料组分物质或成分是指那些可以改变土壤以有利于植物生长的物质或组合。有机和/或无机肥料组分的概念按照本领域普通技术人员常用的方式来理解。此外有机肥料组分的概念还包括生物肥料组分，如有机肥和微生物。这些微生物有机体可以调节肥料组分的降解和分解过程并根据需要释放出养料。

具体实施方式

本发明的特别有利的扩展在于，将黑液和固体物质引入挤压机并在其中进行混合，然后从挤压机出口压出形成拉条，这些拉条然后被切成颗粒。通过挤压可以使颗粒物具有预期的可塑性和流动性，并且在剪切压出的拉条后得到形状特别稳定的颗粒。为了便于剪切，优选在板状造型工具的外面装配切割装置，特别是旋转刀具。在此，按照本发明的混合装置通过挤压机同时得以实现。通过对液体的压力和输送，可以设置混合物的期望的、优选为糊状稠度。特别是可以使用同向或逆向运行的多轴挤压机，以对挤压物提供很好的混合和预处理。使用挤压机能够使成形的颗粒的粒度处于相同、至少也相似的范围内。替代地，在本发明的另一优选实施方式中，通过烧结来制造颗粒。在此可以借助裂纹的或纤维的表面的毛细吸力、粘合剂、分子吸引以及其在内部相互交错的连接，通过要烧结的物质的运动来加大颗粒。

根据本发明的优选扩展，黑液生成于含有木质纤维素的生物物质，特别是一年生的植物，优选是谷物秸秆，并且至少部分地具有低分子木质素。对于由木质纤维素生成的黑液而言，木质素是其重要的组成部分。在生物物质分解过程中，生物聚合物木质素被分解成较小的木质素组分或低分子木质素单元。与此相关地还可以看作是对木质素的分解或激活。木质纤维素既存在于草本植物中也存在于木本植物中。根据本发明的扩展特别优选的是，由麦秆生成黑液。然而，也可以使用任何一种其他含有木质纤维素成分的植物。

根据本发明的一种优选实施方式，在黑液生成时，将其中含有的木质素成分分解成单聚物、二聚物至三聚物化合物中的主要部分。黑液中木质素单元中形成的单聚物、二聚物至三聚物化合物的较高含量，对黑液中结合的烷醇胺特别是单乙醇胺的含量会产生有利的影响。特别优选的是，木质素成分的单聚物、二聚物至三聚物化合物的含量在木质素的20-90％之间，优选在40-60％之间。

在本发明的一种扩展中，特别优选地，为了生成黑液，从含有木质纤维素的生物物质中至少分解出一种烷醇胺、特别是单乙醇胺。特别是在从木质素和其他可溶解的黑液成分中分离纤维素和半纤维素时，烷醇胺特别是单乙醇胺会有助于从含有木质纤维素的生物物质中的生成黑液。难溶解的残留物可用于后续加工以获取纤维素。为了能够从含有木质纤维素的生物物质中提取更多的黑液，优选给木质素成分额外添加其他溶剂。优选这些溶剂带有水的成分。在从含有木质纤维素的生物物质中提取黑液时，有利的是使反应温度高于室温，但低于在用的烷醇胺的分解温度。在提取黑液时，提高反应温度会有助于从含有木质纤维素的生物物质中更快速、全面地分解木质素成分。

根据本发明的优选实施方式，对于含木质纤维素的生物物质的分解，还可以引入其他辅助材料，以改善产出量和反应时间，并降低必要的反应温度。当前的辅助材料特别是具有催化作用的辅助材料，可以对含木质纤维素的生物物质的分解起到良好的影响。借助辅助材料可以促进生物物质的分解反应并有效遏制副反应。具有催化作用的辅助材料主要有起催化作用的醌(Chinone)，特别是萘醌、蒽醌、蒽酮和菲醌类形式的。用蒽醌作为催化辅助材料已被证明是非常有利的，但是，用烷基替代的衍生物，如2-氨蒽醌、2-乙蒽醌、2.6二甲基蒽醌、2.7二甲基蒽醌等也能对含有木质纤维素的生物物质的分解产生有利的作用。

根据本发明的实施方式，特别有利的是，在生成黑液的过程中，产生生物聚合物特别是纤维素，并将其从黑液中分离出去。在此是指优选用于造纸的不易溶解的生物聚合物。

根据本发明的实施方式，特别优选的是，为了净化黑液，通过过滤、离心分离、沉积、挤压和清洗将不易溶解的生物聚合物分离出来。根据黑液与不易溶解的木质纤维素成分之间的各分离过程的实施，需要其他步骤来净化黑液中不易溶解的成分特别是纤维素和半纤维素成分。在此，在分离不易溶解的成分时，充分利用了黑液在适当的溶剂中的较高的可溶性。

在本发明一种特别优选的实施方式中，肥料中所包含的颗粒是由黑液和粉状固体物质的混合物形成的。在此尤其优选黑液是含氮的。通过用适当的、专业通行的方法制成颗粒后，就可以使包含被挤压成糊状的混合物的黑液和粉状固体物质脱离现有的溶剂，以生产出形状稳定的肥料颗粒。这尤其是可以通过对于溶剂的加热、低压和粘合剂或它们的组合来实现。由于黑液在颗粒中尤其是含有结合的烷醇胺特别是单乙醇胺，所以对挤压出的糊状混合物的烘干过程不会造成颗粒的含氮成分的明显损失，从而可以使颗粒用作肥料。

根据本发明的实施方式，特别优选的是，颗粒中含有结合的烷醇胺特别是单乙醇胺，优选结合的烷醇胺特别是单乙醇胺的含量为1％-40％。为了确保按照本发明的颗粒能够提供充足的、有利于植物的含氮化合物，优选在已加工的黑液中使结合的烷醇胺特别是单乙醇胺的含量比较高。根据黑液制造过程的实施，结合的烷醇胺的含量可以是变化的。在此，通过黑液接收的烷醇胺与结合的烷醇胺特别是结合的单乙醇胺的份额比，取决于黑液中所形成的、木质素单元的低分子化合物的含量，特别是单聚物、二聚物至三聚物化合物的含量。

按照本发明，特别是提出一种氮肥的制作方法。根据这种方法，由含有木质纤维素的生物物质生成一种黑液。其中含有木质素的成分被分解为单聚物、二聚物乃至三聚物化合物中的主要部分，从流体黑液中至少去除作为有害物质的游离烷醇胺，在此，结合的烷醇胺继续留在黑液中。将带有结合的烷醇胺的黑液冷却到室温并与水混合，设置出黑液的特定的流动状态。然后把可流动的黑液输入搅拌器，并与含有有机和/或无机肥料组分的粉状固体物质混合成糊状肥料混合物并将该糊状肥料混合物成形为肥料颗粒。

Claims (14)

1.一种生产氮肥的方法，其中，

由含有木质纤维素的生物物质形成黑液，其中，将含有木质素的成分分解为单聚物、二聚物至三聚物化合物中的主要部分；

从该流体黑液中至少去除作为有害物质的游离烷醇胺，在此，使结合的烷醇胺继续留在黑液中；

将该含有结合的烷醇胺的黑液冷却到室温并与水混合，在此，建立该黑液的特定的流动状态；

将该可流动的黑液送入搅拌器，添加含有有机和/或无机肥料组分的粉状固体物质并搅拌成为糊状肥料混合物；

使该糊状肥料混合物成形为肥料颗粒。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

去除作为有害物质的具有1-4个碳原子的烷醇胺，尤其是单乙醇胺、丙酸醇胺、单丁醇胺和/或二甘醇胺。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

通过蒸馏、薄膜蒸发、沉淀蒸发、喷淋干燥、管式蒸发、沉淀及随后的过滤、离心分离和挤压，从所述黑液中去除游离烷醇胺尤其是单乙醇胺。

4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，

所述黑液被生成为含有作为结合的烷醇胺的单乙醇胺的成分。

5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，

所述粉状固体物质包括含氮、磷和/或钾的物质、矿物质、粘合材料、膨润土、风化褐煤、微量元素、其他植物养分、植物保护物质、土壤改善物质、微生物或这些物质其中的组合。

6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，

将所述黑液和固体物质输入挤压机并进行混合，在挤压机的出口挤压成条，所述条被切割成颗粒。

7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，

所述黑液由作为含有木质纤维素的生物物质的一年生植物形成，优选由谷物秸秆形成，并且至少部分地具有低分子木质素。

8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，

为了形成所述黑液，从含有木质纤维素的生物物质中至少分解出一种烷醇胺尤其是单乙醇胺。

9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，

对于对含木质纤维素的生物物质的分解，为了改善产量、反应时间和/或降低必要的反应温度，还引入其他辅助材料。

10.如权利要求7至9中任一项所述的方法，其特征在于，

在形成黑液的过程中，产生生物聚合物特别是纤维素，并将它们从黑液中分离出去。

11.如权利要求7至10中任一项所述的方法，其特征在于，

为了净化所述黑液，通过过滤、离心分离、沉积、挤压和清洗将不易溶解的生物聚合物分离出来。

12.一种利用如权利要求1至11中任一项所述的方法制造的肥料，其特征在于，

所述肥料包含颗粒物，这些颗粒物由黑液和粉状固体物质的混合物形成。

13.如权利要求12所述的肥料，其特征在于，

所述黑液含氮。

14.如权利要求12或13所述的肥料，其特征在于，

所述颗粒物中含有结合的烷醇胺特别是单乙醇胺，优选含有1％-40％份额的结合的烷醇胺特别是单乙醇胺。