[發(fā)明專利]配合稻殼發(fā)電制備小蘇打和白炭黑的組合碳化方法

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• 申請日: 2014-10-14
• 公開（公告）號: CN104310410A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葉陽;葉天潤
• 申請（專利權(quán)）人: 葉陽
• 主分類號: C01B33/12
• 分類號: C01B33/12;C01B31/12;C01D7/00;B09B3/00
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及小蘇打和白炭黑的制備方法，特別是以稻殼發(fā)電排放的稻殼灰和二氧化碳為原料與燒堿配合，制備小蘇打和白炭黑并聯(lián)產(chǎn)活性炭的方法。

發(fā)明背景

1.稻殼發(fā)電及有關(guān)問題

將稻殼用作燃料發(fā)電，即所謂的稻殼發(fā)電，是我國能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化的需要。我國是世界上最大的以煤炭為主要能源的國家。到2013年，我國煤炭產(chǎn)量已增至37億噸，絕大部分被用作一次能源，帶來嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題。加快可再生能源的開發(fā)利用以減少煤炭消費(fèi)，改變我國以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)，為我國保護(hù)環(huán)境和應(yīng)對氣候變化、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展所必需。

稻殼屬于可再生能源中的生物質(zhì)能源。將其燃燒熱轉(zhuǎn)化為屬于高品位能量的電能，被認(rèn)為是稻殼作為燃料應(yīng)用的優(yōu)選方式，得到國家的鼓勵(lì)和支持；建設(shè)以生物質(zhì)為燃料的發(fā)電廠，或?qū)⒁延行』痣姍C(jī)組改造成生物質(zhì)燃料機(jī)組，已列入我國可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃中的重點(diǎn)領(lǐng)域。

以稻殼為燃料發(fā)電，無論將稻殼在缺氧條件下燃燒，轉(zhuǎn)化成以一氧化碳和氫氣為主要組分的可燃?xì)怏w后再用作燃料發(fā)電，還是直接將稻殼用作鍋爐燃料產(chǎn)生蒸汽發(fā)電，都存在生成的稻殼灰中的碳含量偏高所導(dǎo)致的熱值損失過大問題，也就是與稻殼難以燃盡有關(guān)的稻殼的燃燒效率偏低問題。

有關(guān)稻殼的燃燒特性研究(任強(qiáng)強(qiáng)、趙長遂、李英杰等，稻殼循環(huán)流化床燃燒特性研究[J]，鍋爐技術(shù)，2007年第4期p38～42；張衛(wèi)杰、孫立、徐健等，稻殼在循環(huán)流化床中燃燒現(xiàn)象分析[J]，可再生能源，2006年第2期p23～27)表明，稻殼即使在富氧的循環(huán)流化態(tài)下燃燒，形成的稻殼灰中的碳含量也難以低于15％。而在轉(zhuǎn)換成燃?xì)鈺r(shí)的缺氧狀態(tài)下燃燒，灰分中的碳含量還要高得多。

稻殼中的碳之所以難以燃盡，與稻殼中二氧化硅含量較高有關(guān)。

稻殼燃燒過程，既是稻殼中的碳的氧化揮發(fā)過程，也是稻殼中的二氧化硅在燃燒殘留物中的富集過程。到燃燒末期，富集的二氧化硅將產(chǎn)生足夠的掩蔽作用，阻止氧與未燃的碳接觸，碳不能再氧化揮發(fā)，與二氧化硅一起成為稻殼灰被保存下來。

由于稻殼的燃燒效率偏低，故按燃燒1公斤稻殼計(jì)的發(fā)電量僅為0.7千瓦時(shí)左右，遠(yuǎn)低于按稻殼熱值預(yù)期的1.42千瓦時(shí)。因此，稻殼發(fā)電盡管得到國家各項(xiàng)優(yōu)惠政策扶持和電價(jià)補(bǔ)貼，但仍因收益缺乏吸引力而發(fā)展困難。

稻殼的燃燒效率偏低，除降低稻殼發(fā)電的收益外，與之有關(guān)的另一問題，就是生成的大量灰分有待處理。

稻殼含有約20％二氧化硅，燃燒后全部成為灰分。再加上未燃的炭，估計(jì)每燃燒1公斤稻殼形成的灰分有0.3公斤左右。我國稻殼的年產(chǎn)量超過4500萬噸(按我國稻田不少于4.5億畝、畝產(chǎn)500公斤估計(jì))，若用于發(fā)電，每年稻殼灰的產(chǎn)量將超過1300萬噸，需要有合理、可行的利用方法予以處理。

2.稻殼灰的利用方法及有關(guān)問題

稻殼灰的利用，主要是其中的碳和二氧化硅的利用。由于活性炭和沉淀二氧化硅―白炭黑有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值并有很大的市場容量，故在稻殼灰的利用方法研究中，以稻殼灰為原料制備白炭黑和活性炭的方法受到人們重視。

以稻殼灰為原料制備活性炭和白炭黑的方法，首先由徐星漢提出(徐星漢，“稻殼灰聯(lián)產(chǎn)水玻璃和活性炭”，CN1039000A，1990年1月24日)。該方法利用燒堿溶解二氧化硅的特性，使稻殼灰中的二氧化硅與燒堿溶液按如下反應(yīng)

生成可溶的硅酸鈉。將反應(yīng)產(chǎn)物過濾，濾渣為碳顆粒，由于其中的二氧化硅溶出，呈高比表面的多孔結(jié)構(gòu)，吸附性能優(yōu)良，經(jīng)水洗、活化，為產(chǎn)品活性炭；濾液為硅酸鈉溶液，濃縮后或作為產(chǎn)品，或與鹽酸按下示反應(yīng)

轉(zhuǎn)變成白炭黑作為產(chǎn)品。

但該方法消耗大量燒堿和鹽酸，并有鈉鹽廢棄導(dǎo)致的污染問題。

專利“以稻殼灰為原料制備氣凝膠的方法”(CN1449997A，2003-10-22)、“用稻殼工業(yè)化生產(chǎn)白炭黑的方法”(CN100391841C，2006-04-26)、“用稻殼灰制備納米二氧化硅的方法”(CN1792789A，2006-06-28)、“以稻殼灰為原料常壓干燥制備二氧化硅氣凝膠”(CN1278933C，2006-10-11)、“一種以稻殼灰為原料制備高純度白炭黑的方法”(CN101391778B，2009-03-25)、用稻殼灰制備納米級白炭黑的方法”(CN101402458A，2009-04-08)、“稻殼灰聯(lián)產(chǎn)制備納米二氧化硅和活性炭的方法”(CN101691225A，2010-04-07)等，除析出二氧化硅的條件不同外，并未解決燒堿消耗和鈉鹽廢棄問題。