[发明专利]利用生物质焚烧灰制备农田化肥缓释剂和钾肥的方法

说明书

技术领域

本发明属于环保及循环经济技术领域，特别是涉及利用生物质焚烧发电产生的灰制备农田化肥缓释剂，以及提取钾元素的方法。

背景技术

秸秆、蔗渣、林业废弃物等具有较高的热值，是良好的生物质焚烧发电原料。生物质焚烧发电技术（简称生物质发电）能实现生物质能源化清洁利用，具有显著的经济效益和社会效益，不断得到推广应用。2009年，除生活垃圾外的生物质发电装机量为108.8万千瓦，发电量为52.17亿千瓦时；2014年，除生活垃圾外的生物质发电装机量为512万千瓦，发电量为216亿千瓦时。可知，过去5年生物质发电装机量和发电量均快速增长，分别增长了3.7倍和3.1倍。同时国务院发布的《能源发展战略行动计划（2014-2020）》提出绿色低碳战略，着力优化能源结构，把发展清洁低碳能源作为调整能源结构的主攻方向；力争到2020年，非化石能源占一次能源消费比重达到15%。因此，包括生物质能在内的低碳、清洁、非化石可再生能源将在十三五期间获得更大的发展。

生物质露天焚烧会造成空气污染，特别是加重雾霾天气，目前已经得到了有效的控制。随着生物质发电技术的推广，主要的生物质焚烧灰是产生于生物质发电厂。如果这些灰不能得到有效管理和综合利用，同样会形成扬尘，恶化空气质量。另一方面，生物质焚烧灰含有丰富钾元素，同时不含有显著的有害成分，现有技术中将其浪费，或简单地填埋，实在是太可惜了。

发明内容

为解决现有技术的不足，经探索实践提出一种生物质焚烧灰联合制备缓释剂和钾肥的方法，实现生物质灰的高值化综合利用。这种方法不仅能高效快速提取生物质灰中的钾元素，而且同时能产生良好的农田化肥缓释剂；这种方法还具有节水、节能、环保的特点。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

利用生物质焚烧灰制备农田化肥缓释剂和钾肥的方法，包括下述步骤：

1)取一定量的生物质焚烧灰放置于灰架上，然后平稳放入反应釜中，注入质量浓度25-40%的硝酸溶液，生物质焚烧灰与硝酸溶液的质量比为1：0.9~1.1，关闭反应釜盖，检查密封；

2)打开反应釜搅拌器；加热反应釜；在温度180~220℃和压力1.5~1.6MPa下保持搅拌10~12min；

3)打开反应釜底部的泄料阀，高温溶液进入冷却池，池内充有室温下的KNO₃饱和溶液作为冷却液，待冷却液冷却后可收集析出的KNO₃粗结晶盐；

4)取出反应釜内灰架，收集残留的固态灰质，加入石灰调节其pH值至6-8，得到农田缓释剂；

5)抽取冷却池的上清液配置硝酸溶液，重新开始步骤1，进行循环生产。

本发明所用的原料为生物质发电厂焚烧所产生的生物质灰，虽然各地的生物质发电厂、不同时间点的生物质原料不可能完全一致，但其焚烧后所产生的灰质均含有钾元素，只是含量多寡有所不同，因此均可用于本发明。本发明能够实现生物质灰中钾元素的高效快速提取制备二元复合肥和制备良好的化肥缓释剂，使得生物质飞灰实现高值化综合利用，具体的优点有：

1.反应釜可利用生物质发电厂的焚烧烟气余热进行加热，实现了热量回收利用，不需要外部能量；同时反应釜内的大部分水基本不发生汽化，不需要吸收汽化潜热；因此具有显著的节能效果，降低成本。

2.水热反应过程中，生物质灰中的钾元素在高温水环境（~200℃）和酸性溶液(HNO₃)的联合作用下，实现钾元素的高效快速提取,缩短浸提时间,制备二元复合肥(KNO₃)。

3.反应釜直接泄压进入冷却池,实现了固液高温分离，防止了溶质在灰表面重新沉积，也省去了过滤步骤，同时由于灰裸露在高温下，灰表面的HNO₃发生挥发，极大降低了灰表面的HNO₃残留。

4.反应釜泄压溶液进入冷却池实现了水和浸提剂的循环使用，具有节水和减少浸提剂添加量的效果，相对于传统工艺节水率超过50%；利用了KNO₃溶解度随温度变化显著的特点，低温饱和KNO₃溶液可以循环配置硝酸溶液，产生的高温浸出溶液，不需要蒸发，冷却后会直接结晶。

5.由于高温水热环境和酸溶液对钾元素的提取，使得灰表面产生了多孔结构，增强了表面吸附能力，同时钾元素的去除使得作为缓释剂对化肥的吸附能力进一步加强，实现了钾肥和缓释剂的联产。

附图说明

图1是本发明实施例所用的水热反应釜结构示意图。