從殘留材料制備富營養(yǎng)型生物炭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于處理殘留產(chǎn)品以制備生物炭的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 殘留產(chǎn)品例如淤渣或消化殘留物的各種不同的處理方式是已知的。比如，W0 2011/128513中公開了一種方法，該方法包括采用厭氧消化過程處理城市固體廢物（MSW) 的可生物降解餾分，以精煉MSW來制備甲烷。該方法包括以下步驟：a)送入城市固體廢物 (MSW)進(jìn)行預(yù)處理，從中分離并回收可生物降解餾分；b)將從步驟a)得到的可生物降解餾 分送入?yún)捬跸^程，在此得到生物氣和液體廢棄物，并回收包含甲烷的生物氣；以及c) 將步驟a)的從中分離了可生物降解餾分的廢物的剩余部分的至少一部分在熱解單元進(jìn)行 熱解。
[0003] 另外，W02010/135818中公開了從可熱解有機(jī)材料形成熱解生物碳的方法。該方 法采用碳化循環(huán)，在整個循環(huán)中推進(jìn)各個原料區(qū)段。據(jù)稱，該方法有利于用戶在整個循環(huán)中 操縱原料的推進(jìn)速率，按用戶所需選擇性地對來自熱解原料的揮發(fā)物進(jìn)行收集，選擇性地 將預(yù)定的原料區(qū)段暴露于收集的揮發(fā)物，并且進(jìn)行熱回收和重新分配。該方法使得能夠獲 得可定制的生物碳產(chǎn)品。
[0004] 如上所述，本發(fā)明涉及加工和精煉殘留產(chǎn)品，例如淤渣、消化殘留物、廢物等，以制 備富營養(yǎng)型生物炭的方法。本發(fā)明的一個目標(biāo)在于提供一種既節(jié)省成本又能獲得優(yōu)化的生 物炭產(chǎn)品的方法，該生物炭產(chǎn)品不含多余的輸入物質(zhì)，但同時又具有高含量的養(yǎng)分輸入，例 如磷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 上述目的通過處理殘留產(chǎn)品以制備生物炭的方法來實(shí)現(xiàn)，所述方法包括：
[0006]-提供殘留產(chǎn)品材料，所述材料至少包含磷；所述方法還涉及
[0007] -至少在低含氧環(huán)境中，在800-1100°C的溫度下對殘留產(chǎn)品材料進(jìn)行熱處理，以 分離至少還包含鎘（Cd)(如果存在）的料流中的揮發(fā)物，并制備至少包含磷的富營養(yǎng)型生 物炭。
[0008] 關(guān)于本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
，除其他外可大致提到如下內(nèi)容：
[0009] 除磷以外，殘留產(chǎn)品材料還可包含數(shù)量可觀的其他植物營養(yǎng)素，例如鉀。
[0010] 可以進(jìn)一步說，"低含氧環(huán)境"的表述可以（例如）意味著或被定義為"沒有氧氣 供應(yīng)"或"沒有空氣供應(yīng)"。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個具體實(shí)施例，所述熱處理是熱解，其中 熱解意味著沒有氧氣供應(yīng)。
[0011] 另外，應(yīng)該指出的是，文中有時使用的"生物碳"是"生物炭"可能的同義詞。
[0012] 還應(yīng)該指出的是，"殘留產(chǎn)品"的表述根據(jù)本發(fā)明旨在表達(dá)所有可能的、經(jīng)消化和 未經(jīng)消化的原始材料，例如淤渣、消化殘留物、廢物、糞肥等。
[0013] 原始材料的干物質(zhì)水平為15-40%，例如20-30%，如20-25%或25-30%，如約 25%〇
[0014]根據(jù)本發(fā)明，熱處理中的溫度范圍對于以下方面非常重要：破壞致病物質(zhì)、有機(jī)殘 留物如藥劑殘留物、激素和有機(jī)污染物；確保借助揮發(fā)性料流驅(qū)使重金屬如鎘（Cd)分離 出；以及在生物炭產(chǎn)品中提供至少高養(yǎng)分含量磷（P)而不產(chǎn)生其他多余的副產(chǎn)品。此類多 余的副產(chǎn)品為（如）多環(huán)芳烴（PAH)。如果熱處理中使用的溫度過低，則鎘不會蒸發(fā)，也不 能夠分離。如果使用的溫度過高，磷也會與（如）鎘一起蒸發(fā)。此外，低含氧環(huán)境或差不多 無氧的環(huán)境對于抑制PAH的形成是有意義的。
[0015]另外，當(dāng)采用熱解或熱解類似的條件以及相對較高的溫度時，鎘的分離會好得多。 比如，如果使用低氧環(huán)境和約850°C的熱解溫度，則所有的鎘都會出現(xiàn)在揮發(fā)性料流/分離 出的氣相中。
[0016]CN1012173931中公開了動物糞肥碳肥料的制備方法。使用的原材料是動物糞肥。 動物糞肥碳肥料的制備方法包括以下步驟：a.混合有機(jī)顆粒；b.干燥制粒；c.實(shí)施碳化處 理；d.水冷；e.篩選；以及f.返混與制粒。據(jù)稱，通過在高溫和低氧環(huán)境下加熱動物糞肥， 動物糞肥中包含的有機(jī)物會轉(zhuǎn)化成生物碳。
[0017] 如上所述，根據(jù)本發(fā)明的方法中使用的溫度范圍對于確保揮發(fā)性料流的分離非常 重要，所述揮發(fā)性料流帶有生物炭中不期望存在的物質(zhì)。所述不期望存在的物質(zhì)的一個重 要例子是鎘。CN1012173931中未公開或提出溫度范圍與揮發(fā)物的分離，或它們的相關(guān)性。
[0018] 另外，JP2006088020中公開了從污水淤渣獲得的碳化產(chǎn)品的穩(wěn)定化處理方法。該 方法包括對污水廢水處理后生成的濃縮淤渣中的脫水淤渣進(jìn)行熱風(fēng)干燥，再對干燥的淤渣 進(jìn)行干餾處理，以便制備碳化產(chǎn)品。將干燥作業(yè)之前或之后的脫水淤渣與能使有害物質(zhì)穩(wěn) 定的無機(jī)化學(xué)品混合。
[0019] 相較于CN1012173931，JP2006088020中提供了較高的溫度，但即使如此，JP 2006088020中公開的方法也并未涉及分離揮發(fā)性料流以確保（如）鎘等的分離。相反，根 據(jù)JP2006088020所述的方法涉及這樣的步驟：將材料與能使有害物質(zhì)穩(wěn)定的無機(jī)化學(xué)品 混合，從而得到抑制此類物質(zhì)存在的料流。這與本發(fā)明不同。
[0020] 此外，US8361186中公開了用于使生物質(zhì)熱解的方法、裝置和系統(tǒng)。除其他外，US8361186中未提及或提出例如本發(fā)明所公開的帶有（如）鎘（如果存在）的揮發(fā)性料流的 分離。此外，US8361186實(shí)際上還提議比根據(jù)本發(fā)明可采用的溫度更低的溫度范圍。
【附圖說明】
[0021] 在圖1中，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的方法流程的例子。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下文給出了本發(fā)明的具體實(shí)施例。
[0023]本發(fā)明的一個獨(dú)有特征在于，從冷凝器輸出的液體事實(shí)上含有組合物并且被用作 有價值的產(chǎn)品和資源。在處理殘留材料如淤渣等的對應(yīng)設(shè)施中，對應(yīng)的料流僅被當(dāng)作要沉 積的物質(zhì)等來處理。事實(shí)上，根據(jù)本發(fā)明的從冷凝器輸出的液體流是富氮液體，因而是一種 營養(yǎng)產(chǎn)品液體。另外，該富氮冷凝液還具有相對高的pH值。這是個優(yōu)勢，使得有可能在氮 提取設(shè)施中在汽提過程之前將該冷凝液與其他富氮料流相結(jié)合。這樣，對于可升高pH值的 添加物的需求得以降低。
[0024] 此外，根據(jù)本發(fā)明，如果氮在液體中的水平是關(guān)注點(diǎn)，可對其進(jìn)行控制。所述控制 的一種方式是使用添加物。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個具體實(shí)施例，在熱處理前加入pH調(diào)節(jié) 性添加物。通過（例如）使用可升高pH值的添加物，可以提高所述液體輸出流中存在的氮 的水平。如果使用可降低pH值的添加物，則可以提高熱處理后僅次于磷的氮的水平。應(yīng)該 再次清楚地指出，為符合排放到接受器的閾值，必須以相當(dāng)高的成本將氮從富氮液體殘留 物中移除，通常僅在這方面將富氮液體殘留物視作問題。
[0025] 重要的是要認(rèn)識到，根據(jù)本發(fā)明，其他添加物也是可能的。其例子是輔助燃料或 含氯材料，前者將在下文進(jìn)一步討論，而后者是腐蝕性材料，可能導(dǎo)致使用過的設(shè)備出現(xiàn)問 題。氯化物質(zhì)，例如氯化鈣，可以適當(dāng)?shù)赜米鳠崽幚聿襟E之前或期間的添加物，以適當(dāng)?shù)卮_ 保一些多余物質(zhì)的分離程度增大，使得制得的生物炭組合物中這些多余物質(zhì)的水平較低。 當(dāng)使用氯化物時，存在鉀隨揮發(fā)物一起被移除的風(fēng)險(xiǎn)。因此，可使用結(jié)合鉀的添加物。其例 子是不同的硅酸鹽，例如硅酸鋁，如高嶺土。另外，如果使用氯化物，一些天然包含硅酸鹽的 殘留產(chǎn)品材料可具有積極效果。因此，根據(jù)一個具體實(shí)施例，在熱處理前加入含氯材料和硅 酸鹽中的至少一種添加物。如前所述，硅酸鹽也可存在于使用過的原始材料中。此外，也可 以在干燥作業(yè)之前加入氯化物和/或硅酸鹽。
[0026] 如上所述，熱處理中的溫度范圍在本發(fā)明的方法中十分重要。根據(jù)一個實(shí)施例，在 800-1000°C的溫度下進(jìn)行熱處理。此外，可借助不同的技術(shù)進(jìn)行熱處理，但需要考慮一些重 要的方面。第一方面是要排除例如固體燃料鍋爐中的常規(guī)氧化燃燒。使用本文所公開的材 料時，此類燃燒可產(chǎn)生不期望的副產(chǎn)品，并且還會形成顆粒材料。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施 例，在熱處理中分離的揮發(fā)物不含顆粒材料，相較于使用常規(guī)焚燒的方法，這是一個積極特 征。
[0027] 關(guān)于熱處理的第二方面是，要提供能將含氧量控制在非常低的水平，優(yōu)選地抑制 含氧量的技術(shù)。因此，氣化是可以使用的一種技術(shù)，但其具有產(chǎn)生PAH的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)一個具 體實(shí)施例，熱解消除了上文所公開的幾個問題。因此，根據(jù)一個實(shí)施例，熱處理為熱解。不 同形式的熱解均是可能的，例如閃速熱解或如真空驅(qū)動型熱解。若熱處理形式為熱解，則在 選擇熱解形式時主要關(guān)注的方面是設(shè)備的成本、在特定過程中需要的條件等。在根據(jù)本發(fā) 明的常規(guī)方法中，常規(guī)熱解機(jī)構(gòu)和設(shè)備應(yīng)是完全可以使用的。
[0028] 如上所述，根據(jù)本發(fā)明的熱處理可涉及破壞致病物質(zhì)、有機(jī)殘留物如藥劑殘留物、 激素和有機(jī)污染物（如果存在）。
[0029] 另外，如上所述，根據(jù)本發(fā)明可在不同的步驟中使用添加物。添加物的一個例子是 輔助燃料。因此，根據(jù)一個實(shí)施例，在干燥作業(yè)和/或熱處理之前或期間加入輔助燃料。輔 助燃料是與在這種情況下被干燥或熱解的輸入材料相比具有更高的能量值的材料。
[0030] 根據(jù)一個具體實(shí)施例，在熱處理之前或期間加入稻草或馬糞。這兩類添加物都可 用作比如熱解步驟之前或期間的輔助燃料。由于稻草被用作馬匹的草墊，因此馬糞中也包 含許多存在于稻草中的物質(zhì)。這兩種類型的材料都富含鉀（K)，這對于根據(jù)本發(fā)明的生物炭 最終產(chǎn)品也是有意義的。
[0031] 作為例子可能提及，根據(jù)本發(fā)明可在熱解步驟之前將馬糞肥與干燥的淤渣混合。 這可制備富含磷和鉀兩者的生物炭產(chǎn)品，并且