专利名称：稻壳制取煤气、高档活性炭、水玻璃和磷酸硅的方法
技术领域：
本发明涉及稻壳的综合开发利用方法，特别是指稻壳制取煤气、高档活性炭、水玻 璃和磷酸硅的方法。
背景技术：
稻壳的利用虽自古有之，如作燃料供热、制刷牙粉、化妆面白粉、保温灰等，但基 本上是一烧了之，不仅利用率低，且污染环境。近30多年来，由于不可再生资源的贫乏和 环保的需求及科技的发展，促使人们对可再生的稻壳的利用，尤其是综合利用进行了研究， 近10多年来取得了一些进展。例如用稻壳制取活性炭或水玻璃或白炭黑(Si02)，有的 还申请了国家专利如申请号93103043. 9<制取无定型白炭黑和活性炭新工艺 > ；专利号 ZL99811256. 9〈苛化煮解稻壳灰制备高活性炭及其制备方法〉；公开号CN1229057A〈用稻壳 灰制取水玻璃及副产品活性炭的方法〉；公开号101486460〈一种利用稻壳制备高吸附活性 炭及白炭黑的生产方法〉；公开号CN1011456555A〈用稻壳灰制备高模数水玻璃和活性炭的 方法 > ；本人的发明专利，公开号CN200910043786. 4<稻壳综合利用制取活性炭和稻壳焦油 并联产水玻璃或磷酸硅的方法〉等。但均因稻壳中的炭质与二氧化硅(SiO2)分离不彻底， 使制出的活性炭微孔少、吸附值低及水玻璃模数低、密度低、产量低而未投产。究其原因主 要是稻壳内的炭中有SiO2, SiO2中也有炭，现有技术所公开的技术方案无法进行高温活化， 从而无法将炭与SiO2彻底分离，既不能实现工业化生产也无法获得高品质的活性炭、水玻 璃、磷酸硅。经本发明人的理论与试验研究，活性炭的碘吸附值与两者的分离程度的关系如 表ι所示表1.稻壳活性炭的碘吸附值与其中炭质同SiO2分离程度的关系 为了解决这个问题，公开号CN1203887A<超高比表面积活性炭的制备 > 专利，采用 了将稻壳碳化物与碱性活化剂按1 2 5(重量比)混合，进行预处理后升温活化-冷 却-磨粉，用水浸泡，洗涤至中性，干燥即成。此法只能用于实验室的小试，不能用于中试 或试生产，更不能用于大规模生产。主要原因有五其一，稻壳炭化后成了炭粉，即使不再 磨碎，其中也有大量的微小炭粒(即粉尘)，将其与固态碱混合后投入到能连续进料与出料 的活化炉内的过程中，当炉温超过炭粉的自燃点(约250°C时)，便会立即自燃或被火星引 燃而爆炸(即粉尘爆炸)，这是很危险的。如果将预处理后的炭粉在密闭炉或金属容器内 活化，则密闭炉难于建造(甚至无法密封)；金属容器也耐不住900°C以上高温的长期闷烧(尤其是在高浓度强碱条件下)，即使能做到这一点，也会因加热与冷却时间太长而不能连 续生产，因而产量低、成本高，而不合算。其二，固态炭粉与固态碱性物(如K0H、Na0H)混合 时，难于均勻，因而使活化效果(主要是SiO2与碱性物反应的效果及生成物与炭分离的效 果)很差，致使活性炭吸附值低和水玻璃质量低、产量低而失去市场竞争力。其三，碱性物 太多，致使活化设备极易腐蚀损坏(特别是在高温时)，也极不安全。其四，浓度这么高的 碱性气体(如NaOH的熔点为318. 4°C，超过此温度就容易产生NaOH气体)，极易污染环境 (空气、水、土壤)，这是严格禁止的。其五，要消耗这么多碱性物，设备又易损坏，更易污染 环境，这种产品的经济效益和环保效益就得不偿失了。目前国内外的活性炭90%以上是用煤烧制的。据统计1吨煤质活性炭，需耗1.8 吨精煤。水玻璃几乎100%是用煤烧熔石英砂而得到的。一方面，精煤燃烧时，会排放一定 的废气污染环境；另一方面，也造成活性炭、水玻璃杂质多、质量低，制造成本也居高不下。稻壳发电技术，近几年来已趋成熟。据此，稻壳发电就随之迅速发展，一个稻壳发 电的新兴产业正在形成。如湖南宁乡亮之星米业公司目前的稻壳发电装机容量已达1. 5 兆瓦(1兆瓦=1000KW)，年耗稻壳约1.5万吨，年发电量约为1036. 8万度，每度电耗稻壳 1. 4 1. 8kg，年减排CO2约1. 76万吨，预计到2015年装机容量为10兆瓦；又如湖南澧县 生物质(主要是稻壳、棉杆)发电厂装机容量约30兆瓦，年发电2亿度，年减排C0240万吨， 2009年获得联合国1000万欧元的奖励；再如广州某研究院引进德国技术正准备在东北、华 东等地建造100兆瓦以上的大型稻壳发电厂。因这类电厂完全符合文明社会发展的节能与 环保两大主题，能真正实现循环经济和低碳经济的理想，故必将得到国内外的高度关注。用稻壳发电，目前都是将稻壳在煤气发生炉内炭化成煤气，再将煤气除杂、干燥后 供煤气发动机发电。此类发动机有三类对于小型电厂(装机容量< 10兆瓦)，常用活塞式 煤气发动机。其优点是设备较简单、成本低、易建造，缺点是煤气利用率低(一般约30%)， 且不易并网供电；对于大型电厂(装机容量> 100兆瓦)常用燃气轮机发电，其最大优点就 是煤气利用率高(约40% )，且易于并网供电；对于中型发电厂，常用超临界态蒸汽轮机发 电，其煤气利用率约25%，虽易于建造，但在超高压环境下工作，安全问题不容忽视。虽然， 稻壳发电优势突显，但存在的最大问题，是无法将煤气发生炉排出的大量稻壳炭中的炭与 硅进行有效分离，也就无法对稻壳碳进行深度加工，只能作废料处理，既污染了环境，又浪 费了资源，给发电厂带来很大的经济与社会压力。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种稻壳的综合开发利用方法，即 将稻壳制取煤气，利用炭化后的稻壳生产高档活性炭、水玻璃和磷酸硅的方法。本发明稻壳制取煤气、高档活性炭、水玻璃和磷酸硅的方法，包括下述步骤 第一步将稻壳加热至550 580°C闷烧、炭化与活化，产生煤气以供发电，稻壳炭 化与活化后从炉底排出，得到稻壳炭；第二步将第一步所得稻壳炭加入到浓度为20 30%的氢氧化钠溶液或浓度为 20 25%的磷酸溶液中，泵入反应釜并搅拌加热至130 140°C，反应4 5小时，将反应 后得到的固液混合料过滤，滤液即为水玻璃或磷酸硅溶液，滤渣即为初档活性炭；第三步将第二步所得的初档活性炭密封包装后置于活化炉内进行活化，活化温
4度为680 720°C，活化时间为20 30分钟；活化完成后，将炉内炭料出炉、清水浸泡，泵 入反应釜，利用第二步存留在初档活性炭中的氢氧化钠或磷酸与初档活性炭中的二氧化硅 进行反应，反应温度为110 120°C，反应时间为2 3小时，反应完成后将釜内料进行固液 分离，滤液即为水玻璃或磷酸硅溶液，滤渣即为中档活性炭；第四步将第三步所得中档活性炭水煮水洗至PH = 6. 5 7. 5，干燥后，用浓度为 8 10%的氢氧化钠溶液或浓度为5 7%的磷酸水溶液将其湿润，随后，密封包装，然后 置于活化炉内进行活化，活化温度为800 840°C，活化时间为20 30分钟；活化完成后， 将炉内炭料出炉、浸泡在水中并泵入反应釜，搅拌加热至120 140°C，反应3 4小时，然 后，将釜内料进行固液分离，滤液即为水玻璃或磷酸硅溶液，滤渣即为中高档活性炭；第五步将第四步所得中高档活性炭水煮水洗至PH = 6. 5 7. 5，干燥后，密封 包装后置于活化炉进行活化，活化温度为910 950°C，活化时间为20 30分钟；活化完 成后，将炉内炭料出炉、浸泡在浓度为3 5%的磷酸水溶液中，泵入反应釜后搅拌加热至 105 110°C，反应时间为2 3小时，然后，将釜内料进行固液分离，滤液即为磷酸硅溶液， 将滤渣水煮水洗至中性，然后在350 400°C时保温5 6小时干燥，即得到高档活性炭。本发明中，将制得的液态磷酸硅加热至110 130°C，搅拌，同时添加稻壳灰，直至 所述液态磷酸硅的PH = 6. 5 7，然后，过滤分离，取滤液加热至680 720°C，保温，直至 全部变为白色粉末，即得到固体磷酸硅。本发明中，将制得的水玻璃加热至130 140°C，保温3 4小时，搅拌，同时添加 稻壳灰，直至所述水玻璃PH = 7 7. 5，然后，过滤分离，滤液即为高模数高浓度的水玻璃。本发明中，在所制得的水玻璃中按水玻璃和固态磷酸硅的重量比1 1/60 1/70 加入磷酸硅，常温下搅拌1 2小时，即得到固化水玻璃。本发明第二步中，所述氢氧化钠溶液或磷酸溶液的重量是所述稻壳炭重量的2 2. 5倍，最好是2 2. 2倍本发明中，所述密封包装的材料选自塑料、纸、无纺布中的至少一种。本发明中，生产水玻璃的化学反应方程是2Na0H+nSi02 — Na2O · nSi02+H20 (1)也可有Na2C03+nSi02 — Na2O · nSi02+C02 (2)两式中的η为水玻璃模数，η越大时，水玻璃质量越好，在本反应中常为2. 2 3.0。反应温度135°C，反应4 5小时。本发明中，生成磷酸硅的反应式为4H3P04+3Si02 — Si3 (PO4) 4+6H20 (3)或2H3P04+Si02 — SiP207+3H20(4)式中Si3(PO4)4和SiP2O7都是磷酸硅，且都是水玻璃的固化剂。两者的固化效果也 相同。在700士20°C、850士20°C、940士20°C多次活化，目的是尽量将活性炭内的SiO2生 成水玻璃或磷酸硅分离出来。H3PO4在这样高的温度下，可生成P205。而P2O5与SiO2亦可生 成磷酸硅，反应如下2P205+3Si02 — Si3(PO4)4 (5)
P205+Si02 — Si P2O7 (6)如果用N代表用碱活化的过程，而用P代表用酸活化的过程，用下角标煮或烧分别 表示在反应釜或活化炉内的活化过程，则本发明制取活性炭的工艺可表示Ns-N贞-P贞-P煮 或Pit-P烧-P烧-P煮。除此外，N烧-N煮-N烧-P煮和Pit-P烧-N烧-P烧及Pit-P烧-N烧-P煮过程效 果也很好。若对活性炭的吸附值要求不太高(碘值约800mg/g)，也只需三次活化，如Ns-N
烧烧，N烧烧，P煮_N烧_P烧，P煮_P烧_P烧。本发明采用上述工艺方法，首先将稻壳加热至550 580°C闷烧、炭化与活化，产 生煤气以供发电，得到稻壳炭；然后，利用稻壳炭分别与氢氧化钠溶液或磷酸溶液在釜内反 应，得到水玻璃或磷酸硅溶液及初档活性炭；随后，将初档活性炭进行防尘防爆处理，即进 行密封包装后置于活化炉内进行中温活化；接着用清水浸泡后泵入反应釜并加热搅拌，利 用第二步存留在初档活性炭中的氢氧化钠或磷酸与初档活性炭中的二氧化硅进行反应，得 到水玻璃或磷酸硅溶液及中档活性炭；然后，将所得中档活性炭水煮水洗至PH = 7，干燥 后，再加氢氧化钠溶液或磷酸溶液将其湿润，随后，进行防尘防爆处理，即密封包装后置于 活化炉内进行次高温活化；活化完成后，用水浸泡并泵入反应釜，搅拌加热反应得到磷酸硅 溶液和中高档活性炭；最后，将所得中高档活性炭水煮水洗至PH = 7，干燥后，进行防尘防 爆处理，即密封包装后置于活化炉进行高温活化；活化完成后，浸泡在磷酸水溶液中并泵入 反应釜，搅拌加热反应得到磷酸硅溶液及高档活性炭。本发明由于对稻壳炭进行了防尘防爆即密封包装处理，使得中温、次高温、高温活 化得以实现，从而，实现最大限度地将稻壳炭中的炭与二氧化硅进行分离，制备出高品质的 活性炭产品。本发明在水玻璃中加入适量磷酸硅，反应制备出固化水玻璃，克服了水玻璃变成 固体后，由于其中存在大量钠离子(Na+)，容易吸收水或水汽发生潮解而重新变成水玻璃的 弊端，有效拓展了水玻璃的应用范围；固化水玻璃由于加入磷酸硅后，产生大量氢离子(H+) 去取代Na+，固化后不再吸水溶解，因而，具有不吸水和水汽、不潮解的特性，这不仅有望取 代普通玻璃、有机玻璃、钢化玻璃，而且能够开辟这些玻璃无法应用的新领域，从而市场前 景极好。经发明人的试验与检测，干燥纯净的稻壳内含炭质约20% (重量比)，二氧化硅 (SiO2)约15%，炭氢氧等有机质约30%，水分约34%，钾、钠等微量元素约1 %，壳内不含任 何对人身心有毒有害的物质。将其密闭炭化(约500°C)后，可得到约35%的稻壳炭，其中 含炭质约56%，含3102约42%，钾、钠等含约2%。各物质在稻壳和稻壳炭及稻壳灰(在约 700°C烧成的灰色粉末)中的含量如表2所示表2.干燥纯净稻壳和稻壳炭及稻壳灰中所含各物质的百分比
6 经研究，稻壳发电所用煤气的重量约占干燥稻壳重量的30 33%，这类煤气中各 成分的重量比如表3所示表3.稻壳发电所用煤气的成分质量比 经本发明人的试验与检测，发电后刚从煤气发生炉排出的稻壳炭中，含炭53 56 %，含Si0241 42 %，含表2中的微量元素共约0. 5 2. 0 %。由此可知，发电后的稻壳炭 中的主要成份是炭质与二氧化硅，且大部分是炭，故应称为稻壳炭(不能称为稻壳灰)；稻 壳灰是含杂质多而呈灰色的二氧化硅。由此可知，稻壳发电后产生的稻壳炭中的炭质几乎 都保留了(保留95%以上)，因此，它完全能像稻壳一样制取活性炭、水玻璃(或白炭黑)、 磷酸硅，而且稻壳已炭化，比直接用稻壳制取这些产品省去了炭化工艺，因此，成本更低。我国是全球稻谷产销的第一大国，近几年稻谷产销均约2000亿公斤(2亿吨)，产 稻壳约4000万吨，可装机4000兆瓦，年发电约270亿度，产值约120亿元；年减排CO2约 4500万吨(产值约100亿元)；采用稻壳发电后得到的稻壳炭可以生产活性炭约600万吨 (产值约400亿元)和水玻璃2400万吨(产值约140亿元)。此外，目前国内90%以上的 活性炭是煤质的，制备1吨活性炭要耗精煤约2吨，若改用稻壳活性炭后全国每年可节约 精煤1100万吨，可减排C022700万吨，可得60亿元奖励。目前水玻璃几乎100%是用煤烧 熔石英砂而得到的。若用稻壳生产水玻璃，则每年又可节煤约1000万吨，可减排CO2 2500 万吨，可得奖金约55亿元人民币。每年全国因此项可收入1200亿元人民币，能使120万人 就业。由此知，该项目的经济效益与社会效益，可与国内外任何一个项目相媲美。将发电后的稻壳炭直接生产活性炭和水玻璃及磷酸硅，从而彻底消化利用了这些 稻壳炭。不仅解决了制约稻壳发电的瓶颈和压力，而且还能为电厂创造更多的财富。综上所述，本发明工艺方法、工艺流程合理，解决了稻壳炭中、高温活化的技术障 碍，可以直接从稻壳制备煤气后的稻壳炭生产出高品质的活性炭和水玻璃及磷酸硅，有效 提升了稻壳的经济价值。可实现规模化工业生产，为实现农业产业化和稻谷的完整生产链 提供了一种新的途径。
具体实施例方式本发明的技术方案绝不只局限于以下各实施例的内容。实施例1 将7. 5吨稻壳发电后再制取高品质活性炭和水玻璃初品及磷酸硅初品。第一步将稻壳7. 5吨分次添加至煤气发生炉于550 580°C闷烧、炭化与活化， 产生煤气以供发电，煤气机功率为1兆瓦，6小时内发电5100度，稻壳炭化与活化后从炉底 排出，即得到稻壳炭2. 5吨，其碘吸附值为110mg/g ；第二步将所得稻壳炭2. 5吨加入到3. 3吨浓度为22%的氢氧化钠溶液中，泵入 反应釜内搅拌加热至130 140°C，反应4 5小时，将反应后得到的固液混合料过滤，滤液 即为水玻璃，滤渣干燥后即为初档活性炭，重约1. 8吨(活性炭颗粒中含有大量的水玻璃)， 其碘吸附值为430mg/g ；第三步将所得的初档活性炭1. 8吨与180kg干稻壳掺和并尽量拌勻，然后，用塑 料袋密封包装好、封紧(不漏出炭粉)置于活化炉内进行活化，活化温度为680 720°C，活 化时间为20 30分钟；活化完成后，将炉内炭料出炉、清水浸泡并泵入反应釜搅拌加热，利 用第二步存留在初档活性炭中的氢氧化钠与初档活性炭中的二氧化硅进行反应，反应温度 为110 120°C，反应时间为2 3小时，反应完成后将釜内料进行固液分离，滤液即为水玻 璃，滤渣干燥后即为中档活性炭，重约1.5吨(活性炭颗粒中含有少量的水玻璃)，其碘吸附 值为 640mg/g ；第四步将所得中档活性炭1. 5吨水煮水洗至PH = 7 7. 5，干燥后，用浓度为6% 的磷酸水溶液将其湿润，随后，用塑料袋密封包装好、封紧(不漏出炭粉)，然后置于活化炉 内进行活化，活化温度为800 840°C，活化时间为20 30分钟；活化完成后，将炉内炭料 出炉、浸泡在水中并泵入反应釜，搅拌加热至120 140°C，反应3 4小时，然后，将釜内料 进行固液分离，滤液即为磷酸硅溶液，滤渣即为中高档活性炭，重约1.2吨(活性炭颗粒中 含有极少量的水玻璃及磷酸硅)，其碘吸附值为820mg/g ；第五步将所得中高档活性炭1. 2吨用塑料袋密封包装好、封紧(不漏出炭粉)后 置于活化炉进行活化，活化温度为910 950°C，活化时间为20 30分钟；活化完成后，将 炉内炭料出炉、浸泡在浓度为4%的磷酸水溶液中并泵入反应釜，搅拌加热至105 110°C， 反应时间为2 3小时，然后，将釜内料进行固液分离，滤液即为磷酸硅溶液，将滤渣水煮水 洗至中性，然后在350 400°C时保温5 6小时干燥，即得到高档活性炭1. 1吨，碘吸附值 为 1100mg/g。此实施例的工艺可表述为N煮-N烧-P烧-P煮过程。实施例2 将7. 5吨稻壳发电后再制取高品质活性炭和磷酸硅初品及水玻璃初品。第一步将稻壳7. 5吨分次添加至煤气发生炉于550 580°C闷烧、炭化与活化， 产生煤气以供发电，煤气机功率为1兆瓦，6小时内发电5100度，稻壳炭化与活化后从炉底 排出，即得到稻壳炭2. 5吨，其碘吸附值为110mg/g ；第二步将所得稻壳炭2. 5吨加入到2. 5吨浓度为22 %的磷酸溶液中，泵入反应 釜，搅拌加热至130 140°C，反应4 5小时，将反应后得到的固液混合料过滤，滤液即为 磷酸硅，滤渣干燥后即为初档活性炭，重约1. 8吨(活性炭颗粒中含有大量的磷酸硅)，其碘 吸附值为420mg/g ；第三步将所得的初档活性炭1. 8吨与180kg干稻壳掺和并尽量拌勻，然后，用纸袋密封包装好、封紧(不漏出炭粉)置于活化炉内进行活化，活化温度为680 720°C，活 化时间为20 30分钟；活化完成后，将炉内炭料出炉、清水浸泡并泵入反应釜搅拌加热， 利用第二步存留在初档活性炭中的磷酸与初档活性炭中的二氧化硅进行反应，反应温度为 110 120°C，反应时间为2 3小时，反应完成后将釜内料进行固液分离，滤液即为磷酸 硅，滤渣干燥后即为中档活性炭，重约1.5吨(活性炭颗粒中含有少量的磷酸硅)，其碘吸附 值为 620mg/g ；第四步将所得中档活性炭1. 5吨，干燥后，用浓度为6%的磷酸水溶液将其湿润， 随后，用纸袋密封包装好、封紧(不漏出炭粉)，然后置于活化炉内进行活化，活化温度为 800 840°C，活化时间为20 30分钟；活化完成后，将炉内炭料出炉、浸泡在水中并泵入 反应釜，搅拌加热至120 140°C，反应3 4小时，然后，将釜内料进行固液分离，滤液即为 磷酸硅溶液，滤渣即为中高档活性炭，重约1.2吨(活性炭缝隙中含有极少量的磷酸硅)，其 碘吸附值为840mg/g ；第五步将所得中高档活性炭1. 2吨用纸袋密封包装好、封紧(不漏出炭粉)后置 于活化炉进行活化，活化温度为910 950°C，活化时间为20 30分钟；活化完成后，将炉 内炭料出炉、浸泡在浓度为4%的磷酸水溶液中并泵入反应釜，搅拌加热至105 110°C，反 应时间为2 3小时，然后，将釜内料进行固液分离，滤液即为磷酸硅溶液，将滤渣水煮水洗 至中性，然后在350 400°C时保温5 6小时干燥，即得到高档活性炭1. 1吨，碘吸附值为 1100mg/g。此实施例的工艺过程可表述为P煮-P烧-P烧-P煮。实施例3将7. 5吨稻壳发电后再制取高品质活性炭和磷酸硅初品及水玻璃初品。第一步将稻壳7. 5吨分次添加至煤气发生炉于550 580°C闷烧、炭化与活化， 产生煤气以供发电，煤气机功率为1兆瓦，6小时内发电5100度，稻壳炭化与活化后从炉底 排出，即得到稻壳炭2. 5吨，其碘吸附值为110mg/g ；第二步将所得稻壳炭2. 5吨加入到2. 5吨浓度为22 %的磷酸溶液中，加热至 130 140°C，反应4 5小时，将反应后得到的固液混合料过滤，滤液即为磷酸硅，滤渣 干燥后即为初档活性炭，重约1. 8吨(活性炭颗粒中含有大量的磷酸硅)，其碘吸附值为 420mg/g ；第三步将所得的初档活性炭1. 8吨与180kg干稻壳掺和并尽量拌勻，然后，用无 纺布袋密封包装好、封紧(不漏出炭粉)置于活化炉内进行活化，活化温度为680 720°C， 活化时间为20 30分钟；活化完成后，将炉内炭料出炉、清水浸泡并泵入反应釜搅拌加热， 利用第二步存留在初档活性炭中的磷酸与初档活性炭中的二氧化硅进行反应，反应温度为 110 120°C，反应时间为2 3小时，反应完成后将釜内料进行固液分离，滤液即为磷酸 硅，滤渣干燥后即为中档活性炭，重约1.5吨(活性炭颗粒中含有少量的磷酸硅)，其碘吸附 值为 620mg/g ；第四步将所得中档活性炭1. 5吨水洗水煮至PH = 6. 5 7，干燥后，用浓度为 10%的氢氧化钠水溶液将其湿润，随后，用无纺布袋密封包装好、封紧(不漏出炭粉)，然后 置于活化炉内进行活化，活化温度为800 840°C，活化时间为20 30分钟；活化完成后， 将炉内炭料出炉、浸泡在水中并泵入反应釜，搅拌加热至120 140°C，反应3 4小时，然后，将釜内料进行固液分离，滤液即为水玻璃，滤渣即为中高档活性炭，重约1.2吨(活性炭 颗粒中含有极少量的水玻璃及磷酸硅)，其碘吸附值为810mg/g ；第五步将所得中高档活性炭1. 2吨水煮水洗至PH = 7 7. 5，分离干燥后，用无 纺布袋密封包装好、封紧(不漏出炭粉)后置于活化炉进行活化，活化温度为910 950°C， 活化时间为20 30分钟；活化完成后，将炉内炭料出炉、浸泡在浓度为4%的磷酸水溶液 中并泵入反应釜，搅拌加热至105 110°C，反应时间为2 3小时，然后，将釜内料进行固 液分离，滤液即为磷酸硅溶液，将滤渣水煮水洗至中性，然后在350 400°C时保温5 6小 时干燥，即得到高档活性炭1. 1吨，碘吸附值为1100mg/g。此实施例的工艺过程可表述为P煮-P烧-N烧-P煮。实施例4将7. 5吨稻壳发电后再制取高品质活性炭和水玻璃初品及磷酸硅初品。第一步将稻壳7. 5吨分次添加至煤气发生炉于550 580°C闷烧、炭化与活化， 产生煤气以供发电，煤气机功率为1兆瓦，6小时内发电5100度，稻壳炭化与活化后从炉底 排出，即得到稻壳炭2.5吨；第二步将所得稻壳炭2. 5吨与250公斤干稻壳混合均勻，再用2. 8吨浓度为20% 的氢氧化钠溶液湿润，然后，用塑料袋密封包装好、封紧(不漏出炭粉)置于活化炉内进行 活化，活化温度为680 720°C，活化时间为20 30分钟；活化完成后，将炉内炭料出炉、 清水浸泡，即得到初档活性炭3. 3吨，(活性炭颗粒中含有大量的水玻璃)，其碘吸附值为 500mg/g ；第三步将所得的初档活性炭3. 3吨浸泡在水中病泵入反应釜，利用第二步存 留在初档活性炭中的氢氧化钠与初档活性炭中的二氧化硅进行反应，反应温度为120 140°C，反应时间为4 5小时，反应完成后将釜内料进行固液分离，滤液即为水玻璃，滤渣 干燥后即为中档活性炭，重约1. 5吨(活性炭颗粒中含有少量的水玻璃)，其碘吸附值为 650mg/g ；第四步将所得中档活性炭1. 5吨用浓度6%的很氧化钠溶液湿润并干燥后，用 塑料袋密封包装好、封紧(不漏出炭粉)，然后置于活化炉内进行活化，活化温度为800 840°C，活化时间为20 30分钟；活化完成后，将炉内炭料出炉、浸泡在水中并泵入反应 釜，加热至120 140°C，反应3 4小时，然后，将釜内料进行固液分离，滤液即为水玻璃， 滤渣即为中高档活性炭，重约1. 2吨(活性炭颗粒中含有极少量的水玻璃)，其碘吸附值为 810mg/g ；第五步将所得中高档活性炭1. 2吨水煮水洗至PH = 7，干燥后，用塑料袋密封包 装好、封紧(不漏出炭粉)后置于活化炉进行活化，活化温度为910 950°C，活化时间为 20 30分钟；活化完成后，将炉内炭料出炉、浸泡在浓度为4%的磷酸水溶液中并泵入反应 釜，加热至105 110°C，反应时间为2 3小时，然后，将釜内料进行固液分离，滤液即为磷 酸硅溶液及少量水玻璃，将滤渣水煮水洗至中性，然后在350 400°C时保温5 6小时干 燥，即得到高档活性炭1. 1吨，碘吸附值为1150mg/g。此实施例的工艺可表述为N烧-N煮-N烧-P煮过程。实施例5将实施例1与3及4中所得的水玻璃初品制成水玻璃产品。
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第一步将质量较差(如含灰多、垃圾稻壳炭)的稻壳送入炭化炉内，使其在约 700°C时生成灰白色或白色的SiO2粉末；第二步将实施例1、3、4中制备的水玻璃混合液泵入反应釜中，将第一步得到的 灰白色或白色的SiO2粉末逐步添加到反应釜中，搅拌、加热至130 140°C，保温3 4小 时，直至所述水玻璃混合液的PH = 7，然后，过滤分离，滤液即为高模数高浓度的水玻璃，所 得到的水玻璃波美浓度为35，模数为2. 8，密度≥ 1. 3g/cm3。实施例6将实施例1、2、3、4中所得到的磷酸硅初液制成固态磷酸硅。首先，将质量差的稻 壳或稻壳炭(含杂质或灰砂者)，入炉在700°C时制成灰白色或白色的SiO2 ；将上述灰白 色或白色的SiO2逐步添加到实施例1、2、3、4所制得的磷酸硅混合液中，并加热至110 130°C，搅拌，直至所述液态磷酸硅的PH = 7，然后，过滤分离，取滤液加热至680 720V， 保温，直至全部变为白色粉末，即得到固体磷酸硅。实施例7将实施例1、2、3、4制备的水玻璃制成固化水玻璃。将实施例6制备的Ikg磷酸硅粉末加入到60kg密度为1. 4g/cm3,模数为2. 8的水 玻璃中，并搅拌溶解均勻，保持2小时，则成为固化水玻璃。实施例8将固化水玻璃作粘胶剂制成产品1、取实施例7制备的固化水玻璃1. 2kg与实施例1、2、3、4任意一个制取的高档活 性炭2. Okg混合，并搅拌均勻成为湿润活性炭。2、取其中1. 8kg入钢模压制(油压为6MPa)成直径20cm，厚度2cm的活性炭板，再 将余下的1. 2kg入钢模(压强为IOMPa)制成直径10cm、高14cm的活性炭圆柱体；将2件 成型品放入铁盒内(加盖)，再置于干燥活化炉内，以20°C /h的速度升到300°C，保温4h， 再以30°C /h的速度降到室温，取出。 3、将圆板浸泡于水中，长期不吸水不解体，取出后再放入酸、碱、盐水溶液中，也不 解体；用火柴或打火机点火直烧圆柱体，也不烧坏。4、用未加磷酸硅的同类水玻璃和同样的活性炭制成活性炭板或活性炭圆柱体，在 同样条件下，干燥到相同的温度，冷却到室温后，再做与(3)同样的试验，则炭板不到10分 钟便水解，将圆柱体浸于硫酸中，5分钟解体，浸于NaOH溶液中，就很快解体。实施例9用固化水玻璃制作永久保鲜的室外花卉。1、在一个有底且内直径为25cm、高40cm的薄壁塑料圆筒内壁附一层透明塑料薄膜。2、筒底摆一个盛有泥土的陶瓷盆，盆内插一枝鲜活的玫瑰花。3、将实施例7制取的固化水玻璃缓慢注入圆筒内，不得改变、更不得损坏玫瑰花 的自然状态，并应及时将水玻璃中产生的气泡除掉。4、注满(约50kg)后静置10天，水玻璃便固化。5、细心剥去塑料筒和膜，便得到一盆永葆鲜活的花卉，长期(数年)置于室外，任 凭风吹雨淋，日晒夜露，仍保持鲜活状态。
权利要求
稻壳制取煤气、高档活性炭、水玻璃和磷酸硅的方法，包括下述步骤第一步将稻壳在550～580℃闷烧、炭化与活化，产生煤气以供发电，稻壳炭化与活化后从炉底排出，得到稻壳炭；第二步将第一步所得稻壳炭加入到浓度为20～30％的氢氧化钠溶液或浓度为20～25％的磷酸溶液中，加热至130～140℃，反应4～5小时，将反应后得到的固液混合料过滤，滤液即为水玻璃或磷酸硅溶液，滤渣即为初档活性炭；第三步将第二步所得的初档活性炭密封包装后置于活化炉内进行活化，活化温度为680～720℃，活化时间为20～30分钟；活化完成后，将炉内炭料出炉、清水浸泡后泵入反应釜，利用第二步存留在初档活性炭中的氢氧化钠或磷酸与初档活性炭中的二氧化硅进行反应，反应温度为110～120℃，反应时间为2～3小时，反应完成后将釜内料进行固液分离，滤液即为水玻璃或磷酸硅溶液，滤渣即为中档活性炭；第四步将第三步所得中档活性炭水煮水洗至PH＝6.5～7.5，干燥后，用浓度为8～10％的氢氧化钠溶液或浓度为5～7％的磷酸水溶液将其湿润，随后，密封包装，然后置于活化炉内进行活化，活化温度为800～840℃，活化时间为20～30分钟；活化完成后，将炉内炭料出炉、浸泡在水中并泵入反应釜，搅拌加热至120～140℃，反应3～4小时，然后，将釜内料进行固液分离，滤液即为水玻璃或磷酸硅溶液，滤渣即为中高档活性炭；第五步将第四步所得中高档活性炭水煮水洗至PH＝6.5～7.5，干燥后密封包装，置于活化炉进行活化，活化温度为910～950℃，活化时间为20～30分钟；活化完成后，将炉内炭料出炉、浸泡在浓度为3～5％的磷酸水溶液中，泵入反应釜后搅拌、加热至105～110℃，反应时间为2～3小时，然后，将釜内料进行固液分离，滤液即为磷酸硅溶液，将滤渣水煮水洗至中性，然后在350～400℃时保温5～6小时干燥，即得到高档活性炭。
2.根据权利要求1所述的稻壳制取煤气、高档活性炭、水玻璃和磷酸硅的方法，其特征 在于将制得的液态磷酸硅加热至110 130°C，搅拌，同时添加稻壳灰，直至所述液态磷酸 硅的PH = 6. 5 7，然后，过滤分离，取滤液加热至680 720°C，保温，直至全部变为白色 粉末，即得到固体磷酸硅。
3.根据权利要求1所述的稻壳制取煤气、高档活性炭、水玻璃和磷酸硅的方法，其特征 在于将制得的水玻璃加热至130 140°C，保温3 4小时，搅拌，同时添加稻壳灰，直至 所述水玻璃PH = 7 7. 5，然后，过滤分离，滤液即为高模数高浓度的水玻璃。
4.根据权利要求4所述的稻壳制取煤气、高档活性炭、水玻璃和磷酸硅的方法，其特征 在于在所制得的水玻璃中按水玻璃和固态磷酸硅的重量比1 1/60 1/70加入磷酸硅， 常温下搅拌1 2小时，即得到固化水玻璃。
5.根据权利要求1所述的稻壳制取煤气、高档活性炭、水玻璃和磷酸硅的方法，其特征 在于所述第二步中，所述氢氧化钠溶液或磷酸溶液的重量是所述稻壳炭重量的2 2. 5 倍。
6.根据权利要求1所述的稻壳制取煤气、高档活性炭、水玻璃和磷酸硅的方法，其特征 在于所述密封包装的材料选自塑料、纸、无纺布中的至少一种。
全文摘要
本发明稻壳制取煤气、高档活性炭、水玻璃和磷酸硅的方法，是将稻壳闷烧、炭化与活化，产生煤气以供发电并得到稻壳炭；对稻壳炭进行酸、碱活化后，得到初档活性炭，对所述初档活性炭进行防尘防爆密封包装处理后，进行中温、次高温、高温活化，最终制得高品质活性炭并同时产出水玻璃及磷酸硅。克服了现有技术采用稻壳炭制备的活性炭品位低的缺陷。本发明工艺方法、工艺流程合理，解决了稻壳炭中、高温活化的技术障碍，可以直接将稻壳制备煤气后的稻壳炭生产出高品质的活性炭和水玻璃及磷酸硅，有效提升了稻壳的经济效益和社会效益。可实现规模化工业生产，为实现农业产业化和稻谷加工的完整产业链提供了一种新的途径。
文档编号C01B25/26GK101891189SQ201010253539
公开日2010年11月24日 申请日期2010年8月13日 优先权日2010年8月13日
发明者成如山, 成宇 申请人:宁乡县亮之星米业有限公司