生物质氨化热解联产氨化生物质炭、氨化生物油和铵盐的方法及产品应用技术

本发明专利技术是关于生物质氨化热解联产氨化生物质炭、氨化生物油和铵盐的方法及产品应用，该方法包括：将生物质在氨气气氛下以1‑20℃/min的升温速率升温至350℃‑650℃，物料及蒸汽在炉内驻留时间0.5‑1h，使生物质发生慢速热解及氨化反应，经分离，得到氨化热解蒸汽和氨化生物质炭；将所述氨化热解蒸汽进行冷凝分离，得到氨化生物油和混合气；用稀酸溶液吸收所述混合气中的氨，得到铵盐溶液和吸收后的混合气，将所述铵盐溶液进行结晶分离，得到铵盐。本发明专利技术方法利用生物质热解时产生的热解各阶段产物与氨发生化学反应及吸附作用，生产氨化生物质炭、氨化生物油以及含游离氨的混合气，并用肥料酸回收混合气中的残余氨得到肥料。

【技术实现步骤摘要】
生物质氨化热解联产氨化生物质炭、氨化生物油和铵盐的方法及产品应用
本专利技术涉及生物质资源利用、农用化学品生产领域，特别是涉及一种生物质氨化热解联产氨化生物质炭、氨化生物油和铵盐的方法及产品应用。
技术介绍
生物质炭及生物油是生物质经现代热解或气化热化学转化工艺产生的固体和液体产物，生物质炭作为碳汇剂、土壤改良剂、堆肥增效剂、肥料缓释载体是多功能多用途的创新材料，被广泛的研究、生产及应用。生物油作为土壤改良剂、肥料增效剂及植物生长促进剂也有较多研究报道，其用途和产品也在不断地开发之中。然而，由于绝大多数生物质炭是高碳贫养分的有机物，由于其高的C/N比、高的吸附容量，其施入土壤后与植物争夺土壤有效养分，尤其是争夺土壤有效氮素，常可导致一个季节或多个季节植物生长量降低及产量减产。因而，补充生物质炭养分，消除其养分不足缺陷、改善其农学肥效亟待开发提高生物质炭养分含量的生产工艺。此外，生物油含氮低、酸性强，导致其农业应用面窄、肥效差，因此，也需要改善其性质。现有炭基碳酸氢铵，生物质炭基缓释肥料的研究报道反映了生产炭基缓释肥料的可行性及实际价值，但其均是肥料与成品生物质炭通过掺混、物理挤压造粒、固-液吸附、化学反应制成炭基缓释肥料，虽然采用以上这些工艺制备的炭基缓释氮肥具有一定的养分缓释性能和较好的养分效率，有的制备工艺也简单可行，但是从综合提高生物质热解产物生产及性能角度看，一是以上肥料生产和生物质热解是两个独立的工艺生产线，生物质热解产物需要储存与运输，从而产生附加成本；二是生物质热解产物生物油低养分及高酸性不能在热解过程中的同时得到改善；三是现行的生物质热解或气化产物混合气中的氨，也需要经吸收净化除去，这一工序为生物质氨化热解中残余氨回收生产铵盐肥料提供了便利和基础。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于，提供一种生物质氨化热解联产氨化生物质炭、氨化生物油和铵盐的方法及产品应用，解决了将生物质热解工艺与炭基缓释肥料生产工艺复合的问题，解决了生物油低养分、高酸性的缺陷，并解决了将混合气净化与回收生产铵盐肥料一体化的问题。本专利技术的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本专利技术提出的一种生物质氨化热解联产氨化生物质炭、氨化生物油和铵盐的方法，其包括：(1)将生物质在氨气气氛下以1-20℃/min的升温速率升温至350℃-650℃，物料及热解蒸汽在炉内驻留时间0.5-1h，使生物质发生氨化慢速热解，经分离，得到氨化热解蒸汽和氨化生物质炭；(2)将所述氨化热解蒸汽进行冷凝分离，得到氨化生物油和混合气；(3)用稀酸溶液吸收所述混合气中的氨，得到铵盐溶液和吸收后的混合气，将所述铵盐溶液进行结晶分离，得到铵盐。本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。优选的，前述的生物质氨化热解联产氨化生物质炭、氨化生物油和铵盐的方法，其中在步骤(1)中，所述氨气，以氮计，与生物质的质量百分比为3-35wt％。优选的，前述的生物质氨化热解联产氨化生物质炭、氨化生物油和铵盐的方法，其中在步骤(3)中，所述稀酸溶液为稀硫酸溶液、稀硝酸溶液、稀磷酸溶液和稀盐酸溶液中的至少一种。优选的，前述的生物质氨化热解联产氨化生物质炭、氨化生物油和铵盐的方法，其中在步骤(1)之前，还包括对生物质进行预处理的步骤，具体包括：将生物质粉碎至颗粒直径小于5mm的颗粒，并烘干至含水量≤10％。优选的，前述的生物质氨化热解联产氨化生物质炭、氨化生物油和铵盐的方法，其中在步骤(1)中，还包括：将所述氨化热解蒸汽进行旋风分离，将氨化热解蒸汽中所含的氨化生物质炭分离出来。优选的，前述的生物质氨化热解联产氨化生物质炭、氨化生物油和铵盐的方法，其中步骤(2)具体包括：将所述氨化热解蒸汽在冷凝交换器中用-5℃≤t≤0℃冷却液冷凝分离出可冷凝的氨化生物油和不可冷凝的混合气。优选的，前述的生物质氨化热解联产氨化生物质炭、氨化生物油和铵盐的方法，其中在步骤(3)中，将结晶分离后的稀溶液引入到配制稀酸溶液的系统中，循环使用。优选的，前述的生物质氨化热解联产氨化生物质炭、氨化生物油和铵盐的方法，其中在步骤(3)中，将所述吸收后的混合气进行催化重整，经分离、净化，得到氢气和废气，并将废气送入到生物质烘干工序中，废气余热用于加热烘干生物质。优选的，前述的生物质氨化热解联产氨化生物质炭、氨化生物油和铵盐的方法，其中在步骤(3)中，将所述吸收后的混合气直接送入到生物质烘干工序中，经燃烧，用于加热烘干生物质。本专利技术的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本专利技术提出的根据前述的方法得到的氨化生物质炭、氨化生物油和铵盐的应用，其中，所述氨化生物质炭的含氮量为3-20wt％，当含氮量＜5wt％时，氨化生物质炭可用作土壤改良剂或碳汇剂；当含氮量≥5wt％时，氨化生物质炭可用作炭基缓释氮肥；所述氨化生物油的含氮量为3-15wt％，可用作土壤改良剂、植物生长促进剂或肥料造粒粘结剂；所述铵盐可用于制备铵盐肥料或复合肥料。借由上述技术方案，本专利技术提出的生物质氨化热解联产氨化生物质炭、氨化生物油和铵盐的方法及产品应用至少具有下列优点：1、本专利技术通过在生物质(包括废弃生物质)慢速热解炉中通入氨气，使生物质发生慢速热解的同时进行氨化反应，经氨气与生物质热解产物的化学反应及吸附作用，以实现生产氨化生物质炭、氨化生物油、及特定化学品的目的。本专利技术利用生物质在氨气氛环境中热解工艺生产氨化生物质炭、氨化生物油及铵盐，一是肥料生产和生物质热解在一个生产工艺线内完成；二是改善生物油的低养分、高酸性的缺陷，提高了其农用价值和生产特定化学品的潜力；三是既净化了生物质热解产物混合气中的氨，又回收了铵盐肥料，因此，本专利技术专利是一个生产多种附加值产品的生物质热解工艺，也是绿色生产工艺。2、本专利技术方法在生物质热解过程中向炉中通入与炉温相近的氨气，氨在热解炉中与受热生物质热化学转化产生的初级、中间及末级产物的部分产物发生化学反应、吸附作用形成氨化生物质炭及氨化热解蒸汽，经热解炉分离系统分离得到氨化生物质炭及氨化热解蒸汽，氨化热解蒸汽经冷凝器分离得到氨化生物油及不可冷凝的混合气，混合气中残余氨用肥料酸(磷酸、硫酸、硝酸及盐酸)回收得到肥料，净化后混合气可直接做燃气使用，也可进一步经热重整交换、分离、净化生产纯净氢气。该氨化(氨气氛)热解生物质工艺利用氨气作为生物质热解过程中驱赶氧气的气体和炉内气氛气体，又利用氨作为反应物与热解生物质产生的热解物反应，形成富含氮素的产物。3、本专利技术方法在生物质热解过程中向热解炉内或反应器内通入与炉温相近或相同的氨气，利用氨作为生物质热解炉的气氛气体及反应物进行氨化慢速热解，生物质热解时产生的热解各阶段产物与氨发生化学反应及吸附作用，生产氨化生物质炭及氨化生物油，该方法对生物质进行氨化慢速热解的优点在于：降低生物质炭的C/N比；提高生物质炭中的氮养分含量；中和生物油酸性，增加生物油中的含氮化合物，改善生物油作为植物生长促进剂，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物质氨化热解联产氨化生物质炭、氨化生物油和铵盐的方法，其特征在于，包括：/n(1)将生物质在氨气气氛下以1-20℃/min的升温速率升温至350℃-650℃，物料及热解蒸汽在炉内驻留时间为0.5-1h，使生物质发生慢速热解及氨化反应，经分离，得到氨化热解蒸汽和氨化生物质炭；/n(2)将所述氨化热解蒸汽进行冷凝，得到氨化生物油和混合气；/n(3)用稀酸溶液吸收所述混合气中的氨，得到铵盐溶液和吸收后的混合气，将所述铵盐溶液进行结晶分离，得到铵盐。/n

【技术特征摘要】
1.一种生物质氨化热解联产氨化生物质炭、氨化生物油和铵盐的方法，其特征在于，包括：
(1)将生物质在氨气气氛下以1-20℃/min的升温速率升温至350℃-650℃，物料及热解蒸汽在炉内驻留时间为0.5-1h，使生物质发生慢速热解及氨化反应，经分离，得到氨化热解蒸汽和氨化生物质炭；
(2)将所述氨化热解蒸汽进行冷凝，得到氨化生物油和混合气；
(3)用稀酸溶液吸收所述混合气中的氨，得到铵盐溶液和吸收后的混合气，将所述铵盐溶液进行结晶分离，得到铵盐。


2.根据权利要求1所述的生物质氨化热解联产氨化生物质炭、氨化生物油和铵盐的方法，其特征在于，
在步骤(1)中，所述氨气，以氮计，与生物质的质量百分比为3-35wt％。


3.根据权利要求1所述的生物质氨化热解联产氨化生物质炭、氨化生物油和铵盐的方法，其特征在于，
在步骤(3)中，所述稀酸溶液为稀硫酸溶液、稀硝酸溶液、稀磷酸溶液和稀盐酸溶液中的至少一种。


4.根据权利要求1所述的生物质氨化热解联产氨化生物质炭、氨化生物油和铵盐的方法，其特征在于，
在步骤(1)之前，还包括对生物质进行预处理的步骤，具体包括：
将生物质粉碎至颗粒直径小于5mm的颗粒，并烘干至含水量≤10％。


5.根据权利要求1所述的生物质氨化热解联产氨化生物质炭、氨化生物油和铵盐的方法，其特征在于，
在步骤(1)中，还包括：将所述氨化热解蒸汽进行旋风分离，将氨化热解蒸汽中所含的氨化生物质炭分离出来...

【专利技术属性】
技术研发人员：何绪生，宛甜，阮小凤，徐世彦，耿增超，王安柱，蔡宇良，
申请(专利权)人：西北农林科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61