[发明专利]稻壳制取煤气、高档活性炭、水玻璃和磷酸硅的方法

说明书

技术领域

本发明涉及稻壳的综合开发利用方法，特别是指稻壳制取煤气、高档活性炭、水玻璃和磷酸硅的方法。

背景技术

稻壳的利用虽自古有之，如作燃料供热、制刷牙粉、化妆面白粉、保温灰等，但基本上是一烧了之，不仅利用率低，且污染环境。近30多年来，由于不可再生资源的贫乏和环保的需求及科技的发展，促使人们对可再生的稻壳的利用，尤其是综合利用进行了研究，近10多年来取得了一些进展。例如用稻壳制取活性炭或水玻璃或白炭黑(SiO2)，有的还申请了国家专利：如申请号93103043.9<制取无定型白炭黑和活性炭新工艺>；专利号ZL99811256.9<苛化煮解稻壳灰制备高活性炭及其制备方法>；公开号CN1229057A<用稻壳灰制取水玻璃及副产品活性炭的方法>；公开号101486460<一种利用稻壳制备高吸附活性炭及白炭黑的生产方法>；公开号CN1011456555A<用稻壳灰制备高模数水玻璃和活性炭的方法>；本人的发明专利，公开号CN200910043786.4<稻壳综合利用制取活性炭和稻壳焦油并联产水玻璃或磷酸硅的方法>等。但均因稻壳中的炭质与二氧化硅(SiO₂)分离不彻底，使制出的活性炭微孔少、吸附值低及水玻璃模数低、密度低、产量低而未投产。究其原因主要是稻壳内的炭中有SiO₂，SiO₂中也有炭，现有技术所公开的技术方案无法进行高温活化，从而无法将炭与SiO₂彻底分离，既不能实现工业化生产也无法获得高品质的活性炭、水玻璃、磷酸硅。经本发明人的理论与试验研究，活性炭的碘吸附值与两者的分离程度的关系如表1所示：

表1.稻壳活性炭的碘吸附值与其中炭质同SiO₂分离程度的关系

为了解决这个问题，公开号CN1203887A<超高比表面积活性炭的制备>专利，采用了将稻壳碳化物与碱性活化剂按1∶2～5(重量比)混合，进行预处理后升温活化-冷却-磨粉，用水浸泡，洗涤至中性，干燥即成。此法只能用于实验室的小试，不能用于中试或试生产，更不能用于大规模生产。主要原因有五：其一，稻壳炭化后成了炭粉，即使不再磨碎，其中也有大量的微小炭粒(即粉尘)，将其与固态碱混合后投入到能连续进料与出料的活化炉内的过程中，当炉温超过炭粉的自燃点(约250℃时)，便会立即自燃或被火星引燃而爆炸(即粉尘爆炸)，这是很危险的。如果将预处理后的炭粉在密闭炉或金属容器内活化，则密闭炉难于建造(甚至无法密封)；金属容器也耐不住900℃以上高温的长期闷烧(尤其是在高浓度强碱条件下)，即使能做到这一点，也会因加热与冷却时间太长而不能连续生产，因而产量低、成本高，而不合算。其二，固态炭粉与固态碱性物(如KOH、NaOH)混合时，难于均匀，因而使活化效果(主要是SiO₂与碱性物反应的效果及生成物与炭分离的效果)很差，致使活性炭吸附值低和水玻璃质量低、产量低而失去市场竞争力。其三，碱性物太多，致使活化设备极易腐蚀损坏(特别是在高温时)，也极不安全。其四，浓度这么高的碱性气体(如NaOH的熔点为318.4℃，超过此温度就容易产生NaOH气体)，极易污染环境(空气、水、土壤)，这是严格禁止的。其五，要消耗这么多碱性物，设备又易损坏，更易污染环境，这种产品的经济效益和环保效益就得不偿失了。

目前国内外的活性炭90％以上是用煤烧制的。据统计1吨煤质活性炭，需耗1.8吨精煤。水玻璃几乎100％是用煤烧熔石英砂而得到的。一方面，精煤燃烧时，会排放一定的废气污染环境；另一方面，也造成活性炭、水玻璃杂质多、质量低，制造成本也居高不下。

稻壳发电技术，近几年来已趋成熟。据此，稻壳发电就随之迅速发展，一个稻壳发电的新兴产业正在形成。如湖南宁乡亮之星米业公司目前的稻壳发电装机容量已达1.5兆瓦(1兆瓦＝1000KW)，年耗稻壳约1.5万吨，年发电量约为1036.8万度，每度电耗稻壳1.4～1.8kg，年减排CO₂约1.76万吨，预计到2015年装机容量为10兆瓦；又如湖南澧县生物质(主要是稻壳、棉杆)发电厂装机容量约30兆瓦，年发电2亿度，年减排CO₂40万吨，2009年获得联合国1000万欧元的奖励；再如广州某研究院引进德国技术正准备在东北、华东等地建造100兆瓦以上的大型稻壳发电厂。因这类电厂完全符合文明社会发展的节能与环保两大主题，能真正实现循环经济和低碳经济的理想，故必将得到国内外的高度关注。