利用生物質(zhì)焚燒灰制備農(nóng)田化肥緩釋劑和鉀肥的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用生物質(zhì)焚燒灰制備農(nóng)田化肥緩釋劑和鉀肥的方法，包括下述步驟：1、取一定量的生物質(zhì)灰放置于灰架上，然后平穩(wěn)放入反應(yīng)釜中，注入質(zhì)量比25?40%的硝酸溶液，關(guān)閉反應(yīng)釜蓋，檢查密封；2、打開反應(yīng)釜攪拌器；加熱反應(yīng)釜；在溫度180~220℃和壓力1.5~1.6MPa下保持攪拌10~12min；3、打開反應(yīng)釜底部的泄料閥，高溫溶液進入冷卻池，冷卻液為室溫下的KNO3飽和溶液，待冷卻液冷卻后可收集析出的KNO3粗結(jié)晶鹽；4、取出反應(yīng)釜灰架，收集殘留的固態(tài)灰質(zhì)，加入石灰調(diào)節(jié)其PH值至6?8，得到農(nóng)田緩釋劑；5、抽取冷卻池的上清液配置硝酸溶液，重新開始步驟1，進行循環(huán)生產(chǎn)。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)生物質(zhì)灰中鉀元素的高效快速提取制備二元復(fù)合肥和制備良好的化肥緩釋劑。
【專利說明】
利用生物質(zhì)焚燒灰制備農(nóng)田化肥緩釋劑和鉀肥的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)保及循環(huán)經(jīng)濟技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及利用生物質(zhì)焚燒發(fā)電產(chǎn)生的灰制備農(nóng)田化肥緩釋劑，以及提取鉀元素的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]秸桿、蔗渣、林業(yè)廢棄物等具有較高的熱值，是良好的生物質(zhì)焚燒發(fā)電原料。生物質(zhì)焚燒發(fā)電技術(shù)(簡稱生物質(zhì)發(fā)電)能實現(xiàn)生物質(zhì)能源化清潔利用，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益，不斷得到推廣應(yīng)用。2009年，除生活垃圾外的生物質(zhì)發(fā)電裝機量為108.8萬千瓦，發(fā)電量為52.17億千瓦時;2014年，除生活垃圾外的生物質(zhì)發(fā)電裝機量為512萬千瓦，發(fā)電量為216億千瓦時。可知，過去5年生物質(zhì)發(fā)電裝機量和發(fā)電量均快速增長，分別增長了3.7倍和3.1倍。同時國務(wù)院發(fā)布的《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃(2014-2020)》提出綠色低碳戰(zhàn)略，著力優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，把發(fā)展清潔低碳能源作為調(diào)整能源結(jié)構(gòu)的主攻方向；力爭到2020年，非化石能源占一次能源消費比重達到15%。因此，包括生物質(zhì)能在內(nèi)的低碳、清潔、非化石可再生能源將在十三五期間獲得更大的發(fā)展。
[0003]生物質(zhì)露天焚燒會造成空氣污染，特別是加重霧霾天氣，目前已經(jīng)得到了有效的控制。隨著生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)的推廣，主要的生物質(zhì)焚燒灰是產(chǎn)生于生物質(zhì)發(fā)電廠。如果這些灰不能得到有效管理和綜合利用，同樣會形成揚塵，惡化空氣質(zhì)量。另一方面，生物質(zhì)焚燒灰含有豐富鉀元素，同時不含有顯著的有害成分，現(xiàn)有技術(shù)中將其浪費，或簡單地填埋，實在是太可惜了。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，經(jīng)探索實踐提出一種生物質(zhì)焚燒灰聯(lián)合制備緩釋劑和鉀肥的方法，實現(xiàn)生物質(zhì)灰的高值化綜合利用。這種方法不僅能高效快速提取生物質(zhì)灰中的鉀元素，而且同時能產(chǎn)生良好的農(nóng)田化肥緩釋劑;這種方法還具有節(jié)水、節(jié)能、環(huán)保的特點。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
利用生物質(zhì)焚燒灰制備農(nóng)田化肥緩釋劑和鉀肥的方法，包括下述步驟:
1、取一定量的生物質(zhì)灰放置于灰架上，然后平穩(wěn)放入反應(yīng)釜中，注入質(zhì)量比25-40%的硝酸溶液，生物質(zhì)灰與硝酸溶液的質(zhì)量比為1:0.9?1.1，關(guān)閉反應(yīng)釜蓋，檢查密封；
2、打開反應(yīng)釜攪拌器;加熱反應(yīng)釜;在溫度180?220°C和壓力1.5?1.6MPa下保持攪拌10~12min；
3、打開反應(yīng)釜底部的泄料閥，高溫溶液進入冷卻池，冷卻液為室溫下的KNO3飽和溶液，待冷卻液冷卻后可收集析出的KNO3粗結(jié)晶鹽；
4、取出反應(yīng)釜灰架，收集殘留的固態(tài)灰質(zhì)，加入石灰調(diào)節(jié)其PH值至6-8，得到農(nóng)田緩釋劑；
5、抽取冷卻池的上清液配置硝酸溶液，重新開始步驟I，進行循環(huán)生產(chǎn)。
[0006]本發(fā)明所用的原料為生物質(zhì)發(fā)電廠焚燒所產(chǎn)生的生物質(zhì)灰，雖然各地的生物質(zhì)發(fā)電廠、不同時間點的生物質(zhì)原料不可能完全一致，但其焚燒后所產(chǎn)生的灰質(zhì)均含有鉀元素，只是含量多寡有所不同，因此均可用于本發(fā)明。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)生物質(zhì)灰中鉀元素的高效快速提取制備二元復(fù)合肥和制備良好的化肥緩釋劑，使得生物質(zhì)飛灰實現(xiàn)高值化綜合利用，具體的優(yōu)點有:
1.反應(yīng)釜可利用生物質(zhì)發(fā)電廠的焚燒煙氣余熱進行加熱，實現(xiàn)了熱量回收利用，不需要外部能量;同時反應(yīng)釜內(nèi)的大部分水基本不發(fā)生汽化，不需要吸收汽化潛熱；因此具有顯著的節(jié)能效果，降低成本。
[0007]2.水熱反應(yīng)過程中，生物質(zhì)灰中的鉀元素在高溫水環(huán)境200°C)和酸性溶液(HNO3)的聯(lián)合作用下，實現(xiàn)鉀元素的高效快速提取，縮短浸提時間，制備二元復(fù)合肥(KNO3)。
[0008]3.反應(yīng)釜直接泄壓進入冷卻池，實現(xiàn)了固液高溫分離，防止了溶質(zhì)在灰表面重新沉積，也省去了過濾步驟，同時由于灰裸露在高溫下，灰表面的HNO3發(fā)生揮發(fā)，極大降低了灰表面的HNO3殘留。
[0009]4.反應(yīng)釜泄壓溶液進入冷卻池實現(xiàn)了水和浸提劑的循環(huán)使用，具有節(jié)水和減少浸提劑添加量的效果，相對于傳統(tǒng)工藝節(jié)水率超過50%;利用了 KNO3溶解度隨溫度變化顯著的特點，低溫飽和KNO3溶液可以循環(huán)配置硝酸溶液，產(chǎn)生的高溫浸出溶液，不需要蒸發(fā)，冷卻后會直接結(jié)晶。
[0010]5.由于高溫水熱環(huán)境和酸溶液對鉀元素的提取，使得灰表面產(chǎn)生了多孔結(jié)構(gòu)，增強了表面吸附能力，同時鉀元素的去除使得作為緩釋劑對化肥的吸附能力進一步加強，實現(xiàn)了鉀肥和緩釋劑的聯(lián)產(chǎn)。
【附圖說明】
[0011 ]圖1是本發(fā)明實施例所用的水熱反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]其中附圖標記為:1、反應(yīng)釜攪拌器;2、反應(yīng)釜蓋;3、反應(yīng)釜;4、灰架(含取出勾)；5、低溫?zé)煔獬隹冢?6、上清液抽管;7、冷卻結(jié)晶池;8、卸料閥；9、風(fēng)門；10、高溫?zé)煔膺M口； 11、安全閥。
【具體實施方式】
[0013]實施例一:取20kg生物質(zhì)灰放置于灰架4上，然后平穩(wěn)放入反應(yīng)釜3，反應(yīng)釜內(nèi)壁均用哈氏合金制作，注入配置好的18kg稀硝酸溶液(濃度為25%)，關(guān)閉反應(yīng)釜蓋2，檢查密封；打開反應(yīng)釜攪拌器I;連通旁路煙道，利用煙氣余熱加熱反應(yīng)釜;觀察反應(yīng)釜內(nèi)溫度和壓力以及煙道溫度變化，通過煙道風(fēng)門控制反應(yīng)釜內(nèi)溫度，在溫度180°C和壓力1.6MPa下保持12min;完成保持時間后，迅速打開反應(yīng)釜底部的泄料閥8，高溫溶液快速進入冷卻結(jié)晶池7，池內(nèi)充有室溫下的KNO3飽和溶液作為冷卻液，冷卻后收集富含KNO3粗結(jié)晶鹽，集得11.6kg;取出反應(yīng)釜灰架4，收集殘留的灰質(zhì)，集得灰質(zhì)干重13kg，根據(jù)測試加入少量石灰調(diào)節(jié)酸堿度，令其PH值為6，得到農(nóng)田緩釋劑;抽取冷卻池的上清液配置硝酸溶液，重新開始步驟I，進行循環(huán)生產(chǎn)。
[0014]實施例二:取20kg生物質(zhì)灰放置于灰架4上，然后平穩(wěn)放入反應(yīng)釜3，反應(yīng)釜內(nèi)壁均用哈氏合金制作，注入配置好的20kg稀硝酸溶液(濃度為30%)，關(guān)閉反應(yīng)釜蓋2，檢查密封；打開反應(yīng)釜攪拌器I;連通旁路煙道，利用煙氣余熱加熱反應(yīng)釜;觀察反應(yīng)釜內(nèi)溫度和壓力以及煙道溫度變化，通過煙道風(fēng)門控制反應(yīng)釜內(nèi)溫度，在溫度200°C和壓力1.6MPa下保持Ilmin;完成保持時間后，迅速打開反應(yīng)釜底部的泄料閥8，高溫溶液快速進入冷卻結(jié)晶池7，池內(nèi)充有室溫下的KNO3飽和溶液作為冷卻液，冷卻后收集富含KNO3粗結(jié)晶鹽，集得11.7kg;取出反應(yīng)釜灰架4，收集殘留的灰質(zhì)，集得灰質(zhì)干重13.lkg，根據(jù)測試加入少量石灰調(diào)節(jié)酸堿度，令其PH值為7，得到農(nóng)田緩釋劑;抽取冷卻池的上清液配置硝酸溶液，重新開始步驟I，進行循環(huán)生產(chǎn)。
[0015]實施例三:取20kg生物質(zhì)灰放置于灰架4上，然后平穩(wěn)放入反應(yīng)釜3，反應(yīng)釜內(nèi)壁均用哈氏合金制作，注入配置好的22kg稀硝酸溶液(濃度為40%)，關(guān)閉反應(yīng)釜蓋2，檢查密封；打開反應(yīng)釜攪拌器I;連通旁路煙道，利用煙氣余熱加熱反應(yīng)釜;觀察反應(yīng)釜內(nèi)溫度和壓力以及煙道溫度變化，通過煙道風(fēng)門控制反應(yīng)釜內(nèi)溫度，在溫度220°C和壓力1.5MPa下保持1min;完成保持時間后，迅速打開反應(yīng)釜底部的泄料閥8，高溫溶液快速進入冷卻結(jié)晶池7，池內(nèi)充有室溫下的KNO3飽和溶液作為冷卻液，冷卻后收集富含KNO3粗結(jié)晶鹽，集得11.8kg;取出反應(yīng)釜灰架4，收集殘留的灰質(zhì)，集得灰質(zhì)干重13.2kg，根據(jù)測試加入少量石灰調(diào)節(jié)酸堿度，令其PH值為8，得到農(nóng)田緩釋劑;抽取冷卻池的上清液配置硝酸溶液，重新開始步驟I，進行循環(huán)生產(chǎn)。
[0016]經(jīng)測試，原始生物質(zhì)灰K含量為13.6%，殘留灰K含量〈5%。，1(的提取率達98%;結(jié)晶物K含量22.7%，主要以KNO3形式存在。
[0017]殘留灰干重13.lkg，含水率〈5%;原始灰比表面積為150m2/g，處理后殘留灰比表面積增加到584m2/g。
[0018]可見本發(fā)明在小型示范工程得到了良好的驗證，本實施例利用了焚燒煙氣熱量加熱反應(yīng)釜，因此不需要額外的燃料，實現(xiàn)節(jié)能；由于KNO3隨著溫度升高，溶解度變化明顯(30°C為45.8，100 °C為245)，所以冷態(tài)下KNO3飽和溶液可以直接配置硝酸溶液，并且浸出溶液冷卻后KNO3能夠有效結(jié)晶，不需要蒸發(fā)，即節(jié)約了用水，又使得結(jié)晶變得簡單;殘留的灰根據(jù)需要經(jīng)過石灰調(diào)節(jié)酸堿度后可用作農(nóng)田化肥緩釋劑。
【主權(quán)項】
1.利用生物質(zhì)焚燒灰制備農(nóng)田化肥緩釋劑和鉀肥的方法，其特征在于包括下述步驟: .1、取一定量的生物質(zhì)灰放置于灰架上，然后平穩(wěn)放入反應(yīng)釜中，注入質(zhì)量比25-40%的硝酸溶液，生物質(zhì)灰與硝酸溶液的質(zhì)量比為1:0.9?1.1，關(guān)閉反應(yīng)釜蓋，檢查密封； .2、打開反應(yīng)釜攪拌器;加熱反應(yīng)釜;在溫度180?220°C和壓力1.5-1.6MPa下保持攪拌10~12min； .3、打開反應(yīng)釜底部的泄料閥，高溫溶液進入冷卻池，冷卻液為室溫下的KNO3飽和溶液，待冷卻液冷卻后可收集析出的KNO3粗結(jié)晶鹽； .4、取出反應(yīng)釜灰架，收集殘留的固態(tài)灰質(zhì)，加入石灰調(diào)節(jié)其PH值至6-8，得到農(nóng)田緩釋劑； .5、抽取冷卻池的上清液配置硝酸溶液，重新開始步驟I，進行循環(huán)生產(chǎn)。
【文檔編號】C05G3/00GK105936512SQ201610238584
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年4月18日
【發(fā)明人】嚴密, 江志強, 方祝敏, 何磊, 林杰, 徐璋, 胡艷軍, 任建莉
【申請人】浙江工業(yè)大學(xué)