配合稻壳发电制备小苏打和白炭黑的组合碳化方法
【专利摘要】一种与稻壳发电配合制备小苏打和白炭黑的组合碳化方法，原料为烧碱和稻壳发电排放的二氧化碳和稻壳灰。烧碱溶液与稻壳灰中的二氧化硅反应生成硅酸钠后，过滤，滤渣经水洗、活化，为活性炭；硅酸钠滤液用小苏打和二氧化碳依次碳化制备小苏打和白炭黑。
【专利说明】配合稻壳发电制备小苏打和白炭黑的组合碳化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及小苏打和白炭黑的制备方法，特别是W稻壳发电排放的稻壳灰和二氧 化碳为原料与烧碱配合，制备小苏打和白炭黑并联产活性炭的方法。
[0002] 发明背景
[0003] 1.稻壳发电及有关问题
[0004] 将稻壳用作燃料发电，即所谓的稻壳发电，是我国能源结构优化的需要。我国是世 界上最大的W煤炭为主要能源的国家。到2013年，我国煤炭产量已增至37亿吨，绝大部分 被用作一次能源，带来严重的生态环境问题。加快可再生能源的开发利用W减少煤炭消费， 改变我国W煤炭为主的能源结构，为我国保护环境和应对气候变化、实现经济社会可持续 发展所必需。
[0005] 稻壳属于可再生能源中的生物质能源。将其燃烧热转化为属于高品位能量的电 能，被认为是稻壳作为燃料应用的优选方式，得到国家的鼓励和支持；建设W生物质为燃料 的发电厂，或将已有小火电机组改造成生物质燃料机组，已列入我国可再生能源中长期发 展规划中的重点领域。
[0006] W稻壳为燃料发电，无论将稻壳在缺氧条件下燃烧，转化成W-氧化碳和氨气为 主要组分的可燃气体后再用作燃料发电，还是直接将稻壳用作锅炉燃料产生蒸汽发电，都 存在生成的稻壳灰中的碳含量偏高所导致的热值损失过大问题，也就是与稻壳难W燃尽有 关的稻壳的燃烧效率偏低问题。
[0007] 有关稻壳的燃烧特性研究（任强强、赵长遂、李英杰等，稻壳循环流化床燃烧特性 研究[J]，锅炉技术，2007年第4期p38?42 ;张卫杰、孙立、徐健等，稻壳在循环流化床中 燃烧现象分析[J]，可再生能源，2006年第2期p23?27)表明，稻壳即使在富氧的循环流 化态下燃烧，形成的稻壳灰中的碳含量也难W低于15%。而在转换成燃气时的缺氧状态下 燃烧，灰分中的碳含量还要高得多。
[0008] 稻壳中的碳之所W难W燃尽，与稻壳中二氧化娃含量较高有关。
[0009] 稻壳燃烧过程，既是稻壳中的碳的氧化挥发过程，也是稻壳中的二氧化娃在燃烧 残留物中的富集过程。到燃烧末期，富集的二氧化娃将产生足够的掩蔽作用，阻止氧与未燃 的碳接触，碳不能再氧化挥发，与二氧化娃一起成为稻壳灰被保存下来。
[0010] 由于稻壳的燃烧效率偏低，故按燃烧1公斤稻壳计的发电量仅为0. 7千瓦时左右， 远低于按稻壳热值预期的1. 42千瓦时。因此，稻壳发电尽管得到国家各项优惠政策扶持和 电价补贴，但仍因收益缺乏吸引力而发展困难。
[0011] 稻壳的燃烧效率偏低，除降低稻壳发电的收益外，与之有关的另一问题，就是生成 的大量灰分有待处理。
[0012] 稻壳含有约20%二氧化娃，燃烧后全部成为灰分。再加上未燃的炭，估计每燃烧1 公斤稻壳形成的灰分有0.3公斤左右。我国稻壳的年产量超过4500万吨（按我国稻田不 少于4. 5亿亩、亩产500公斤估计），若用于发电，每年稻壳灰的产量将超过1300万吨，需要 有合理、可行的利用方法予W处理。
[0013] 2.稻壳灰的利用方法及有关问题
[0014] 稻壳灰的利用，主要是其中的碳和二氧化娃的利用。由于活性炭和沉淀二氧化 娃一白炭黑有很高的经济价值并有很大的市场容量，故在稻壳灰的利用方法研究中，W稻 壳灰为原料制备白炭黑和活性炭的方法受到人们重视。
[0015] W稻壳灰为原料制备活性炭和白炭黑的方法，首先由徐星汉提出（徐星汉，"稻壳 灰联产水玻璃和活性炭"，CN1039000A，1990年1月24日）。该方法利用烧碱溶解二氧化娃 的特性，使稻壳灰中的二氧化娃与烧碱溶液按如下反应
[0016] (1)
[0017] 生成可溶的娃酸轴。将反应产物过滤，滤渣为碳颗粒，由于其中的二氧化娃溶出， 呈高比表面的多孔结构，吸附性能优良，经水洗、活化，为产品活性炭；滤液为娃酸轴溶液， 浓缩后或作为产品，或与盐酸按下示反应
[0018] (2)
[0019] 转变成白炭黑作为产品。
[0020] 但该方法消耗大量烧碱和盐酸，并有轴盐废弃导致的污染问题。
[0021] 专利"W稻壳灰为原料制备气凝胶的方法"（CN1449997A，2003-10-2。、"用 稻壳工业化生产白炭黑的方法"（CN100391841C，2006-04-26)、"用稻壳灰制备纳米二 氧化娃的方法"（CN1792789A，2006-06-28)、" W稻壳灰为原料常压干燥制备二氧化娃 气凝胶"（CN1278933C，2006-10-11)、" 一种W稻壳灰为原料制备高纯度白炭黑的方 法"（CN101391778B，2009-03-25)、用稻壳灰制备纳米级白炭黑的方法"（CN101402458A， 2009- 04-08)、"稻壳灰联产制备纳米二氧化娃和活性炭的方法"（CN101691225A， 2010- 04-07)等，除析出二氧化娃的条件不同外，并未解决烧碱消耗和轴盐废弃问题。
[0022] 在该问题的解决中，有所突破的为雷吉斯特印度科学院。在其公开的"用稻壳灰生 产沉淀二氧化娃的新方法和装置"(CN1756719A，2006-04-05)中，用二氧化碳取代硫酸或盐 酸，并按如下反应使烧碱和二氧化碳循环应用：
[0023] 首先巧烧碱与稻壳灰中的二氧化娃按反应（1)
【权利要求】
1.与稻壳发电配合制备小苏打和白炭黑的组合碳化方法，其特征是包括下述步骤的活 性炭、小苏打和白炭黑制备方法： (1) 硅酸钠一活性炭制备 测定稻壳灰中硅石含量，将适量灰分加入带搅拌的压力反应器，再加入15~20%的烧碱 溶液或回收的用于活性炭活化的烧碱溶液，加入量按二氧化硅与烧碱中的氧化钠的摩尔比 计为2. (T2. 5,加入后于12(T200°C及相应的饱和蒸汽压力下反应45?90分钟，结束反应； (2) 硅酸钠一炭渣分离 将反应产物过滤，滤渣为碳颗粒构成的碳渣，送下步水洗工序；滤液为硅酸钠溶液，送 小苏打一白炭黑制备工序； (3) 炭渣水洗 将炭渣水先二次，用水量为全部回收并入步骤（2)得到的滤液后，恰能将硅酸钠的浓度 调整到用于小苏打一白炭黑制备所要求的浓度； (4) 炭渣活化 向水洗后的炭渣中加入32飞0%的烧碱溶液，加入量以百分之百烧碱计为步骤（1)中向 稻壳灰中的加入量再加估计的活化反应消耗量，加入后于15(T20(TC及相应的饱和蒸汽压 力下进行活化反应，时间为30~60分钟； (5) 活化反应产物分离 将反应产物过滤，滤液为含少量硅酸钠的烧碱溶液，回收送步骤（1)用于硅酸钠一活性 炭制备；滤渣为活化后的炭渣，送活性炭制备工序； (6) 活性炭制备 将炭渣水先二次，用水量为全部回收并如步骤（5)得到的滤液后，恰能将烧碱的浓度调 整到步骤（1)用于硅酸钠制备所要求的浓度；继续将炭渣水洗至pH值到8~7时，停止水洗， 再经干燥，即产品活性炭，此次水洗水再生后循环应用； (7) 硅酸钠碳化与小苏打一白炭黑制备 将来自步骤（2)的适量硅酸钠加入带搅拌的反应器，控制温度6(T75°C，于30~60分钟 内加入于53°C配制并保持温度为53±2°C的12. 5%的小苏打溶液，加入量以硅酸钠中的氧 化钠与小苏打的摩尔比计为1:2.，加完后再于反应温度下通入用2~3倍干燥空气或氮稀释 的二氧化碳，每分钟的二氧化碳通入量按投入的硅酸钠中的Na 2O量乘0. 07、. 09控制，当 pH彡8. 5时，停止通二氧化碳，结束碳化反应； (8) 小苏打一白炭黑分离 保持反应产物在温度不低于53°C下过滤，滤液送小苏打制备工序；滤饼送白炭黑制备 工序； (9) 白炭黑制备 将滤饼水洗三次，每次用水量约为滤饼干重的二倍，水洗后再经干燥，即产品白炭黑； 水洗水回收并人滤液，送小苏打制备工序； (10) 小苏打制备 将滤液蒸发浓缩，蒸水量按投入碳化的硅酸钠的含水量加水洗水量再减去碳化反应的 净耗水量及滤饼的含水量计并略有多出，蒸水量到达要求后，恒温于49°C结晶，析出的晶体 再经干燥，即产品小苏打，母液回收用于下次碳化反应。
【文档编号】B09B3/00GK104310410SQ201410540089
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月14日 优先权日:2014年10月14日
【发明者】叶阳, 叶天润 申请人:叶阳