一种生物质的利用方法与流程

1.本发明涉及生物质综合利用技术领域，具体而言，涉及一种生物质的利用方法。


背景技术：

2.我国秸秆年产量达10亿多吨，是世界第一秸秆大国，并且产量逐年增加。目前大部分农作物秸秆成为废弃物，或常年堆积，占用大量农田，或就地焚烧，不仅污染环境，还造成了严重的资源浪费。不仅秸秆，例如谷壳、稻壳等生物质，都是被浪费的资源。
3.在鼓励开发生物质能发电优惠政策的引导下，生物质(例如秸秆)直燃发电已成为新的投资热点。生物质发电的污染小，例如，每两吨秸秆的热值就相当于一吨煤，而且平均含硫量只有0.38％，远低于煤1％的平均含硫量，采用秸秆开发生物质能是条环保的工艺路线。
4.但是，直接燃烧使得生物质中丰富的纤维资源被浪费，而且在后续的制备工艺过程还需要消耗大量的酸、碱，给环保带来了极大的压力，采用更环保的碳化法工艺能够解决传统酸法工艺带来的环保问题。
5.生物质燃烧发电后的灰分中，以碳酸钾为主，比例占到75-90％，其次是硫酸钾和少量的氯化钾，直接丢弃造成了剩余价值的浪费。通常利用浸取、蒸发和结晶的方法加以分离。而浸取液中钾盐浓度低、分离干燥成本高、附加值低，开发出附加值更高的工艺是急需解决的研究方向。
6.有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

7.本发明的第一目的在于提供一种秸秆高值利用的方法，采用一系列操作，不需要燃烧即可利用生物质资源的所有可以利用价值，实现所有价值全部利用的全产业链。是一种高效、经济、环境友好的生物质资源的高价值利用的处理方法，且综合成本低、经济效益高。所制备得到的产品纯度高、金属含量低、可用于橡塑行业、食品添加剂、饲料添加剂等生产领域。
8.为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
9.一种生物质的利用方法，包括以下步骤：
10.(a)、将生物质在无氧条件下进行加热，得到生物质灰和可燃气体；
11.所述可燃气体包括氢气、一氧化碳和甲烷中的一种和几种的组合；
12.优选的，所述生物质灰的出灰量是所述生物质质量的20％-50％；
13.(b)、所述可燃气体用作生产二氧化硅产品的干燥气源，所述生物质灰与水混合后进行加热，加热后固液分离，得到澄清滤液和生物质灰滤饼；
14.优选的，所述生物质灰与所述水的质量比为1：3-6；
15.优选的，所述加热的温度为50-90℃，更优选的所述加热的时间为1-24 小时；
16.(c)、将步骤(b)得到的滤液浓缩后，与脂肪酸混合，皂化后得到高级脂肪酸盐；
17.优选的，所述与脂肪酸混合的温度为40-95℃，更优选的，所述混合的时间为1-6h；
18.(d)、将步骤(b)得到的生物质灰滤饼与烧碱溶液进行混合、溶解后，固液分离得到水玻璃和活性炭滤饼；
19.(e)、将步骤(d)得到的水玻璃与二氧化碳进行碳化反应，固液分离后，收集固体进行清洗、干燥得到二氧化硅产品，收集液体和所述清洗过程产生的废液经氧化钙处理，得到碳酸钙和烧碱；
20.优选的，所述滤液与所述氧化钙的质量比为1：0.001-0.1；
21.优选的，所述经氧化钙处理的温度为60-95℃，苛化处理的时间为 0.1-5h；
22.(f)、将步骤(d)得到的活性炭滤饼在800-1200℃下活化，得到活性炭。
23.优选的，所述生物质为秸秆和/或谷壳；更优选的，所述秸秆包括玉米秸秆、小麦秸秆和水稻秸秆中的至少一种；更优选的，所述谷壳包括和小麦壳中的至少一种。
24.优选的，在步骤(a)中，在所述加热之前，所述生物质经过压块处理，压制成5-30mm的生物质块；
25.更优选的，在所述加热之前，所述生物质经过筛选分类、粉碎和压块处理。
26.优选的，在步骤(a)中，所述加热的温度为300-600℃，更优选为 400-550℃；
27.更优选的，在气化炉中进行所述加热操作。
28.优选的，在步骤(b)中，所述干燥气源的进风温度为300-800℃，更优选为400-600℃；
29.更优选的，所述干燥采用压力喷雾干燥、沸腾床干燥、闪蒸干燥和离心喷雾干燥中的一种或者几种的组合。
30.优选的，在步骤(c)中，浓缩至滤液固含量为2％-15％；
31.更优选的，所述浓缩包括反渗透膜浓缩和/或电渗析浓缩。
32.优选的，在步骤(d)中，所述生物质灰滤饼与烧碱溶液的质量比为 1：0.2-1，优选的质量比为1：0.4-0.8；
33.更优选的，在120-180℃、0.3-0.8mpa条件下进行所述溶解；
34.更优选的，所述溶解在转筒溶解釜中进行。
35.优选的，在步骤(e)中，所述水玻璃与所述二氧化碳比例为1：0.4-1.4。
36.优选的，在步骤(e)中，所述碳化反应的温度为60-95℃，更优选的，所述碳化反应的时间为0.01-5h；
37.更优选的，所述碳化反应在离心雾化塔、压力雾化塔或二流体雾化塔中进行。
38.优选的，在步骤(f)中，所述活化的介质包括空气、二氧化碳和水蒸气中的一种或者几种的组合；
39.更优选的，将所述活化介质通入活化炉中对所述活性炭滤饼进行活化；
40.更优选的，所述活化的时间为0.1-1h。
41.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
42.(1)本发明所提供的方法，附加值高，实现了秸秆的
‘
吃干榨尽’全产业链生产。
43.(2)本发明所提供的方法，是一种高效、经济、环境友好的秸秆高值利用的处理方法，综合成本低、经济效益高。
44.(3)本发明所制备的产品，纯度高、属含量低，可应用于橡塑行业、食品添加剂、饲
料添加剂等生产领域。
45.(4)本发明所提供的方法涉及的装置，设备成熟度高，易于实现工业化。
具体实施方式
46.下面将结合具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
47.本发明所提供的一种生物质的利用方法，包括以下步骤，每个步骤可以阶段性地得到不同产品：
48.(a)、将生物质在无氧条件下进行加热，得到生物质灰和可燃气体；
49.其中，得到生物质灰的出灰量是所述生物质质量的20％-50％，出灰量指的是气化后剩余的固体，所述可燃气体包括氢气、一氧化碳和甲烷中的一种和几种的组合；
50.在本发明一些优选的实施例中，为方便处理，加热之前，所述生物质经过压块处理，压制成5-30mm(例如5、10、15、20、25、30mm)的生物质块；
51.更进一步地，在所述加热之前，所述生物质经过筛选、分类、粉碎和压块处理，分别使用到筛选分类装置、粉碎装置和压块装置，所述筛选分类装置为滚筒筛选装置、分级筛选装置，所述粉碎装置为常规工业粉碎用装置；
52.在本发明一些优选的实施例中，所述加热的温度为300-600(例如300、 350、400、450、500、550、600)℃，在无氧条件下，使得生物质转化为灰分和可燃气体，更进一步地为400-550℃；
53.更进一步地，在气化炉中进行所述加热操作；
54.(b)、所述可燃气体用作生产二氧化硅产品的干燥气源，回收利用，所述生物质灰与水混合后进行加热，加热后固液分离，得到含有丰富无机盐的澄清滤液和生物质灰滤饼；
55.在本发明一些优选的实施例中，所述干燥气源的进风温度为300-800 (例如300、350、400、450、500、550、600、650、700、750、800)℃，更优选为400-600℃；
56.更优选的，所述干燥采用压力喷雾干燥、沸腾床干燥、闪蒸干燥和离心喷雾干燥中的一种或者几种的组合；
57.在本发明一些优选的实施例中，所述生物质灰与所述水的质量比为1： 3-6(例如1:3、1:4、1:5、1:6)；
58.在本发明一些优选的实施例中，所述加热的温度为50-90℃(例如50、 55、60、65、70、75、80、85、90℃)，更进一步地加热时间为1-24小时(例如1、3、7、12、16、18、20、24小时)；
59.(c)、将步骤(b)得到的滤液浓缩后，与脂肪酸混合，皂化后得到高级脂肪酸盐；
60.在本发明一些优选的实施例中，所述与脂肪酸混合的温度为40-95℃ (例如40、50、60、70、80、90、95℃)，更进一步地，所述混合的时间为 1-6h；
61.在本发明一些优选的实施例中，浓缩至滤液固含量为2％-15％；
62.更进一步地，所述浓缩包括反渗透膜浓缩和/或电渗析浓缩。
63.(d)、将步骤(b)得到的生物质灰滤饼与烧碱溶液进行混合、溶解后，固液分离得到水玻璃和活性炭滤饼；
64.在本发明一些优选的实施例中，所述生物质灰滤饼与烧碱溶液的质量比为1：0.2-1，进一步地质量比为1：0.4-0.8；
65.更进一步地，在120-180℃、0.3-0.8mpa条件下进行所述溶解；
66.更进一步地，所述溶解在转筒溶解釜中进行；
67.(e)、将步骤(d)得到的水玻璃与二氧化碳进行碳化反应，固液分离后，收集固体进行清洗、干燥得到二氧化硅产品，收集液体和所述清洗过程产生的废液经氧化钙处理，得到碳酸钙和烧碱，回收利用；
68.在本发明一些优选的实施例中，所述滤液与所述氧化钙的质量比为1： 0.001-0.1；
69.在本发明一些优选的实施例中，所述经氧化钙处理的温度为60-95℃，苛化处理的时间为0.1-5h；
70.在本发明一些优选的实施例中，在步骤(e)中，所述水玻璃与所述二氧化碳比例为1：0.4-1.4；
71.在本发明一些优选的实施例中，在步骤(e)中，所述碳化反应的温度为60-95℃，更优选的，所述碳化反应的时间为0.01-5h；
72.更进一步地，所述碳化反应在离心雾化塔、压力雾化塔或二流体雾化塔中进行；
73.(f)、将步骤(d)得到的活性炭滤饼在800-1200℃下活化，增大活性炭孔直径，增加活性炭的比表面积和吸碘值，即提高活性炭的吸附能力，得到活性炭；
74.在本发明一些优选的实施例中，在步骤(f)中，所述活化的介质包括空气、二氧化碳和水蒸气中的一种或者几种的组合；
75.更进一步地，将所述活化介质通入活化炉中对所述活性炭滤饼进行活化；
76.更进一步地，所述活化的时间为0.1-1h。
77.在本发明一些优选的实施例中，所述生物质为秸秆和/或谷壳；更优选的，所述秸秆包括玉米秸秆、小麦秸秆和水稻秸秆中的至少一种；更优选的，所述谷壳包括稻壳、小麦壳。
78.下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
79.实施例
80.(1)将生物质进行筛选分类、粉碎、压块，得到大小为5-30mm的含量在90％以上的生物质块；
81.(2)生物质块进入气化炉中进行厌氧焖烧，温度300-600℃，出灰量 20-50％；
82.(3)可燃气作为生产二氧化硅产品的能源干燥气源，干燥进风温度 300-800℃；
83.(4)气化剩余废渣生物质灰加水浸取处理，灰与水比例为1：3～1：6，处理温度为50-90℃，处理时间1-24h，经固液分离得到澄清滤液和生物质灰滤饼；
84.(5)滤液经浓缩后得到固含量为2-15％的浓缩液，再与脂肪酸40-95℃混合1-6h，
皂化得到高级脂肪酸钠/钾盐副产品；
85.(6)生物质灰滤饼与烧碱溶液混合，生物质灰与烧碱溶液比例为1： 0.2～1：0.6，再经120-180℃、0.3-0.8mpa条件下溶解1-5h后，固液分离得到液体水玻璃和活性炭滤饼；
86.(7)液体水玻璃与二氧化碳在碳化塔内进行碳化反应，液体水玻璃与二氧化碳比例为1：0.4-1.4，在60-95℃反应0.01-5h，固液分离得到二氧化硅滤饼，经洗涤干燥得到二氧化硅产品；所产生的生产废水经氧化钙处理，生产废水与氧化钙比例为1：0.001-0.1，在60-95℃苛化0.1-5h，得到碳酸钙和烧碱；
87.(8)活性炭滤饼经活化炉800-1200℃下通入水蒸气活化0.1-1h，得到高品质活性炭。
88.实施例1
89.(1)将秸秆进行筛选分类、粉碎、压块，得到大小为5mm且合格率 90％以上的秸秆块；
90.(2)秸秆块进入气化炉中进行厌氧焖烧，温度300℃，出灰量20％，其余为可燃气；
91.(3)可燃气作为生产二氧化硅产品的能源干燥气源，干燥进风温度 300℃；
92.(4)气化剩余废渣秸秆灰加水浸取处理，灰与水比例为1：3，处理温度为50℃，处理时间1h，经固液分离得到澄清滤液和秸秆灰滤饼；
93.(5)滤液经浓缩后得到固含量为2％的浓缩液，再与脂肪酸40℃混合 1h，皂化得到高级脂肪酸钠/钾盐副产品；
94.(6)秸秆灰滤饼与烧碱溶液混合，秸秆灰与烧碱溶液比例为1：0.2，再经120℃、0.3mpa条件下溶解1h后，固液分离得到液体水玻璃和活性炭滤饼；
95.(7)液体水玻璃与二氧化碳在碳化塔内进行碳化反应，液体水玻璃与二氧化碳比例为1：0.4，在60℃反应0.01h，固液分离得到二氧化硅滤饼，经洗涤干燥得到二氧化硅产品；所产生的生产废水经氧化钙处理，生产废水与氧化钙比例为1：0.001，在60℃苛化0.1h，得到碳酸钙和烧碱；
96.(8)活性炭滤饼经活化炉800℃下通入水蒸气活化0.1h，得到高品质活性炭。
97.实施例2
98.(1)将稻壳进行筛选分类、粉碎、压块，得到大小为30mm且合格率90％以上的稻壳块；
99.(2)稻壳块进入气化炉中进行厌氧焖烧，温度600℃，出灰量50％，其余为可燃气；
100.(3)可燃气作为生产二氧化硅产品的能源干燥气源，干燥进风温度 800℃；
101.(4)气化剩余废渣稻壳灰加水浸取处理，灰与水比例为1：6，处理温度为90℃，处理时间24h，经固液分离得到澄清滤液和稻壳灰滤饼；
102.(5)滤液经浓缩后得到固含量为15％的浓缩液，再与脂肪酸95℃混合 6h，皂化得到高级脂肪酸钠/钾盐副产品；
103.(6)稻壳灰滤饼与烧碱溶液混合，稻壳灰与烧碱溶液比例为1：0.6，再经180℃、0.8mpa条件下溶解5h后，固液分离得到液体水玻璃和活性炭滤饼；
104.(7)液体水玻璃与二氧化碳在碳化塔内进行碳化反应，液体水玻璃与二氧化碳比例为1：1.4，在95℃反应5h，固液分离得到二氧化硅滤饼，经洗涤干燥得到二氧化硅产品；所产生的生产废水经氧化钙处理，生产废水与氧化钙比例为1：0.1，在95℃苛化5h，得到碳酸
钙和烧碱；
105.(8)活性炭滤饼经活化炉1200℃下通入水蒸气活化1h，得到高品质活性炭。
106.实施例3
107.(1)将秸秆进行筛选分类、粉碎、压块，得到大小为20mm且合格率 90％以上的秸秆块；
108.(2)秸秆块进入气化炉中进行厌氧焖烧，温度400℃，出灰量30％，其余为可燃气；
109.(3)可燃气作为生产二氧化硅产品的能源干燥气源，干燥进风温度600℃；
110.(4)气化剩余废渣秸秆灰加水浸取处理，灰与水比例为1：4，处理温度为60℃，处理时间12h，经固液分离得到澄清滤液和秸秆灰滤饼；
111.(5)滤液经浓缩后得到固含量为10％的浓缩液，再与脂肪酸60℃混合 3h，皂化得到高级脂肪酸钠/钾盐副产品；
112.(6)秸秆灰滤饼与烧碱溶液混合，秸秆灰与烧碱溶液比例为1：0.4，再经160℃、0.5mpa条件下溶解3h后，固液分离得到液体水玻璃和活性炭滤饼；
113.(7)液体水玻璃与二氧化碳在碳化塔内进行碳化反应，液体水玻璃与二氧化碳比例为1：1，在75℃反应3h，固液分离得到二氧化硅滤饼，经洗涤干燥得到二氧化硅产品；所产生的生产废水经氧化钙处理，生产废水与氧化钙比例为1：0.01，在75℃苛化3h，得到碳酸钙和烧碱；
114.(8)活性炭滤饼经活化炉800-1200℃下通入水蒸气活化0.1-1h，得到高品质活性炭。
115.对比例1
116.将秸秆进行筛选分类、粉碎、压块，得到大小为20mm且合格率90％以上的秸秆块；
117.秸秆块进入锅炉中进行燃烧，温度850℃，作为生产二氧化硅产品的能源干燥气源。
118.实验例1经济效益对比
119.本发明所产生的经济效益对比如表1所示。
120.表1经济效益对比
121.[0122][0123]
综上本技术所提供的生物质的利用方法，可以产生大量副产物，提高经济效益。
[0124]
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些替换和修改。