[发明专利]生物质灰渣综合利用的方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及生物质经能源利用后残余灰渣的处理与利用技术领域，尤其是涉及一种将生物质灰渣分别参与酸反应、碱反应和赋活反应，对生物质灰渣中的有益成分进行全面提取与综合利用的方法及系统。

背景技术

随着能源、环保形势愈发严峻，生物质能源方兴未艾，常见的有直燃、热解气化等生物质能源利用形式。生物质种类丰富，常见的有各种秸秆、林业及木材工业剩余物、竹子及竹加工业剩余物、稻壳、各类果壳、甘蔗渣、玉米芯等生物质进行了能源利用后会残余一定量的灰渣，灰渣质量通常占生物质原料质量的百分之十几。有些种类的生物质灰渣较少，灰渣质量仅占生物质原料质量的百分之几，比如木类、棉花秆；而有些种类的生物质灰渣较多，灰渣质量超过生物质原料质量的20％，比如稻草、甘薯。国内建设的直燃式生物质发电厂已超过100家，每家每天消耗的生物质多达几百吨甚至上千吨，所产生的灰渣多达几十吨至几百吨。国内还有一批热解气化式生物质能源装置，每套装置每天也能产生几吨乃至几十吨灰渣。

生物质灰渣堆密度较小，温度较高，含有一定量的残炭，灰渣堆放在厂内带来占用场地、环境污染、火灾隐患等，给生物质能源运营机构带来较大烦恼，影响到生物质能源行业的发展。

据研究，生物质灰渣中富含硅(Si)、钾(K)、磷(P)、钙(Ca)、镁(Mg)等，特别是硅和钾在多数灰渣中含量较高。由于燃烧和热解气化技术的原因，灰渣中往往还会含有部分碳(C)。采用合适的技术，以较低的成本、较简单的工艺充分利用这些资源，成为一项新兴课题。国内外已有较多机构及个人在生物质灰渣综合利用方面进行了大量研发，且已经取得了一定的进展。比如发明专利申请号为200610069650.7、名称为利用生物质能秸秆发电厂的秸秆灰生产磷钾复合肥的方法的申请文件中公开了一种将秸秆灰与酸度调和剂、粘合剂反应，制成磷钾复合肥的方法，再如发明专利申请号为201110382347.3、名称为秸秆灰渣免烧成型建筑材料及制备方法的申请文件中公开了一种将秸秆灰渣与水泥、生石灰、生石膏等材料反应制取建筑材料。但是，这些研究大部分集中在灰渣的直接应用上，并没能充分挖掘灰渣中硅、钾、碳的价值，而且在利用生物质灰渣时还需要额外添加一些原料，生物质灰渣中的有益成分也不能被充分提取利用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种生物质灰渣综合利用的方法及系统，将生物质灰渣分别与酸、碱反应后，再进行赋活反应，以综合利用的方式消化掉生物质灰渣，既解决了生物质灰渣的去处，又大幅度提高了生物质灰渣的附加值，促进生物质能源产业化和可持续发展。

为实现上述发明目的，本发明提出如下技术方案：一种生物质灰渣综合利用的方法，包括以下步骤：

步骤一，将生物质灰渣与酸反应，提取生物质灰渣中的有益元素，制取钾基复合肥；

步骤二，将步骤一反应剩余的生物质灰渣与碱反应，提取生物质灰渣中的硅元素，制取无机硅化合物；

步骤三，将步骤一、步骤二反应剩余的生物质炭渣进行赋活反应，制取活性炭。

可替换的方案为，所述步骤一的反应可在步骤二之后进行，步骤一和步骤二的反应先后顺序根据生物质灰渣种类的不同而不同。

所述有益元素包括磷、硅、钙、镁元素中的一种或几种及钾元素。

所述步骤一具体包括：

将酸加入生物质灰渣中，搅拌混合均匀，搅拌的同时对生物质灰渣进行加热，所述生物质灰渣在温度为70℃～100℃、常压条件下或在温度为120℃～151℃，压力为0.2MPa～0.5MPa条件下与酸充分反应，提取出生物质灰渣中的钾、磷、硅、钙、镁元素，反应完成后出料并进行过滤，实现剩余的生物质灰渣与反应后所得滤液的分离，反应后所得滤液经干燥后制成钾磷硅钙镁复合肥，剩余的生物质灰渣则继续进行所述步骤二的反应。

所述步骤二具体包括：

将碱加入所述剩余的生物质灰渣中，搅拌混合均匀，搅拌的同时对生物质灰渣进行加热，所述生物质灰渣在温度为70℃～100℃、常压条件下或在温度为120℃～151℃，压力为0.2MPa～0.5MPa条件下与碱充分反应，提取出剩余生物质灰渣中的硅元素，反应完成后对剩余的生物质炭渣与反应后所得滤液的混合物进行过滤，实现固液分离，反应后所得滤液经干燥后制成无机硅化合物，剩余的生物质炭渣则继续进行所述步骤三的反应。

所述酸选用盐酸、硝酸、硫酸中的一种或几种的组合，所述碱选用氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、纯碱中的一种或几种的组合。