从残留材料制备富营养型生物炭的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于处理残留产品以制备生物炭的方法。
【背景技术】
[0002] 残留产品例如淤渣或消化残留物的各种不同的处理方式是已知的。比如，W0 2011/128513中公开了一种方法，该方法包括采用厌氧消化过程处理城市固体废物（MSW) 的可生物降解馏分，以精炼MSW来制备甲烷。该方法包括以下步骤：a)送入城市固体废物 (MSW)进行预处理，从中分离并回收可生物降解馏分；b)将从步骤a)得到的可生物降解馏 分送入厌氧消化过程，在此得到生物气和液体废弃物，并回收包含甲烷的生物气；以及c) 将步骤a)的从中分离了可生物降解馏分的废物的剩余部分的至少一部分在热解单元进行 热解。
[0003] 另外，W02010/135818中公开了从可热解有机材料形成热解生物碳的方法。该方 法采用碳化循环，在整个循环中推进各个原料区段。据称，该方法有利于用户在整个循环中 操纵原料的推进速率，按用户所需选择性地对来自热解原料的挥发物进行收集，选择性地 将预定的原料区段暴露于收集的挥发物，并且进行热回收和重新分配。该方法使得能够获 得可定制的生物碳产品。
[0004] 如上所述，本发明涉及加工和精炼残留产品，例如淤渣、消化残留物、废物等，以制 备富营养型生物炭的方法。本发明的一个目标在于提供一种既节省成本又能获得优化的生 物炭产品的方法，该生物炭产品不含多余的输入物质，但同时又具有高含量的养分输入，例 如磷。
【发明内容】
[0005] 上述目的通过处理残留产品以制备生物炭的方法来实现，所述方法包括：
[0006]-提供残留产品材料，所述材料至少包含磷；所述方法还涉及
[0007] -至少在低含氧环境中，在800-1100°C的温度下对残留产品材料进行热处理，以 分离至少还包含镉（Cd)(如果存在）的料流中的挥发物，并制备至少包含磷的富营养型生 物炭。
[0008] 关于本发明的
【发明内容】
，除其他外可大致提到如下内容：
[0009] 除磷以外，残留产品材料还可包含数量可观的其他植物营养素，例如钾。
[0010] 可以进一步说，"低含氧环境"的表述可以（例如）意味着或被定义为"没有氧气 供应"或"没有空气供应"。因此，根据本发明的一个具体实施例，所述热处理是热解，其中 热解意味着没有氧气供应。
[0011] 另外，应该指出的是，文中有时使用的"生物碳"是"生物炭"可能的同义词。
[0012] 还应该指出的是，"残留产品"的表述根据本发明旨在表达所有可能的、经消化和 未经消化的原始材料，例如淤渣、消化残留物、废物、粪肥等。
[0013] 原始材料的干物质水平为15-40%，例如20-30%，如20-25%或25-30%，如约 25%〇
[0014]根据本发明，热处理中的温度范围对于以下方面非常重要：破坏致病物质、有机残 留物如药剂残留物、激素和有机污染物；确保借助挥发性料流驱使重金属如镉（Cd)分离 出；以及在生物炭产品中提供至少高养分含量磷（P)而不产生其他多余的副产品。此类多 余的副产品为（如）多环芳烃（PAH)。如果热处理中使用的温度过低，则镉不会蒸发，也不 能够分离。如果使用的温度过高，磷也会与（如）镉一起蒸发。此外，低含氧环境或差不多 无氧的环境对于抑制PAH的形成是有意义的。
[0015]另外，当采用热解或热解类似的条件以及相对较高的温度时，镉的分离会好得多。 比如，如果使用低氧环境和约850°C的热解温度，则所有的镉都会出现在挥发性料流/分离 出的气相中。
[0016]CN1012173931中公开了动物粪肥碳肥料的制备方法。使用的原材料是动物粪肥。 动物粪肥碳肥料的制备方法包括以下步骤：a.混合有机颗粒；b.干燥制粒；c.实施碳化处 理；d.水冷；e.筛选；以及f.返混与制粒。据称，通过在高温和低氧环境下加热动物粪肥， 动物粪肥中包含的有机物会转化成生物碳。
[0017] 如上所述，根据本发明的方法中使用的温度范围对于确保挥发性料流的分离非常 重要，所述挥发性料流带有生物炭中不期望存在的物质。所述不期望存在的物质的一个重 要例子是镉。CN1012173931中未公开或提出温度范围与挥发物的分离，或它们的相关性。
[0018] 另外，JP2006088020中公开了从污水淤渣获得的碳化产品的稳定化处理方法。该 方法包括对污水废水处理后生成的浓缩淤渣中的脱水淤渣进行热风干燥，再对干燥的淤渣 进行干馏处理，以便制备碳化产品。将干燥作业之前或之后的脱水淤渣与能使有害物质稳 定的无机化学品混合。
[0019] 相较于CN1012173931，JP2006088020中提供了较高的温度，但即使如此，JP 2006088020中公开的方法也并未涉及分离挥发性料流以确保（如）镉等的分离。相反，根 据JP2006088020所述的方法涉及这样的步骤：将材料与能使有害物质稳定的无机化学品 混合，从而得到抑制此类物质存在的料流。这与本发明不同。
[0020] 此外，US8361186中公开了用于使生物质热解的方法、装置和系统。除其他外，US8361186中未提及或提出例如本发明所公开的带有（如）镉（如果存在）的挥发性料流的 分离。此外，US8361186实际上还提议比根据本发明可采用的温度更低的温度范围。
【附图说明】
[0021] 在图1中，示出了根据本发明的一个实施例的方法流程的例子。
【具体实施方式】
[0022] 下文给出了本发明的具体实施例。
[0023]本发明的一个独有特征在于，从冷凝器输出的液体事实上含有组合物并且被用作 有价值的产品和资源。在处理残留材料如淤渣等的对应设施中，对应的料流仅被当作要沉 积的物质等来处理。事实上，根据本发明的从冷凝器输出的液体流是富氮液体，因而是一种 营养产品液体。另外，该富氮冷凝液还具有相对高的pH值。这是个优势，使得有可能在氮 提取设施中在汽提过程之前将该冷凝液与其他富氮料流相结合。这样，对于可升高pH值的 添加物的需求得以降低。
[0024] 此外，根据本发明，如果氮在液体中的水平是关注点，可对其进行控制。所述控制 的一种方式是使用添加物。因此，根据本发明的一个具体实施例，在热处理前加入pH调节 性添加物。通过（例如）使用可升高pH值的添加物，可以提高所述液体输出流中存在的氮 的水平。如果使用可降低pH值的添加物，则可以提高热处理后仅次于磷的氮的水平。应该 再次清楚地指出，为符合排放到接受器的阈值，必须以相当高的成本将氮从富氮液体残留 物中移除，通常仅在这方面将富氮液体残留物视作问题。
[0025] 重要的是要认识到，根据本发明，其他添加物也是可能的。其例子是辅助燃料或 含氯材料，前者将在下文进一步讨论，而后者是腐蚀性材料，可能导致使用过的设备出现问 题。氯化物质，例如氯化钙，可以适当地用作热处理步骤之前或期间的添加物，以适当地确 保一些多余物质的分离程度增大，使得制得的生物炭组合物中这些多余物质的水平较低。 当使用氯化物时，存在钾随挥发物一起被移除的风险。因此，可使用结合钾的添加物。其例 子是不同的硅酸盐，例如硅酸铝，如高岭土。另外，如果使用氯化物，一些天然包含硅酸盐的 残留产品材料可具有积极效果。因此，根据一个具体实施例，在热处理前加入含氯材料和硅 酸盐中的至少一种添加物。如前所述，硅酸盐也可存在于使用过的原始材料中。此外，也可 以在干燥作业之前加入氯化物和/或硅酸盐。
[0026] 如上所述，热处理中的温度范围在本发明的方法中十分重要。根据一个实施例，在 800-1000°C的温度下进行热处理。此外，可借助不同的技术进行热处理，但需要考虑一些重 要的方面。第一方面是要排除例如固体燃料锅炉中的常规氧化燃烧。使用本文所公开的材 料时，此类燃烧可产生不期望的副产品，并且还会形成颗粒材料。根据本发明的一个实施 例，在热处理中分离的挥发物不含颗粒材料，相较于使用常规焚烧的方法，这是一个积极特 征。
[0027] 关于热处理的第二方面是，要提供能将含氧量控制在非常低的水平，优选地抑制 含氧量的技术。因此，气化是可以使用的一种技术，但其具有产生PAH的风险。根据一个具 体实施例，热解消除了上文所公开的几个问题。因此，根据一个实施例，热处理为热解。不 同形式的热解均是可能的，例如闪速热解或如真空驱动型热解。若热处理形式为热解，则在 选择热解形式时主要关注的方面是设备的成本、在特定过程中需要的条件等。在根据本发 明的常规方法中，常规热解机构和设备应是完全可以使用的。
[0028] 如上所述，根据本发明的热处理可涉及破坏致病物质、有机残留物如药剂残留物、 激素和有机污染物（如果存在）。
[0029] 另外，如上所述，根据本发明可在不同的步骤中使用添加物。添加物的一个例子是 辅助燃料。因此，根据一个实施例，在干燥作业和/或热处理之前或期间加入辅助燃料。辅 助燃料是与在这种情况下被干燥或热解的输入材料相比具有更高的能量值的材料。
[0030] 根据一个具体实施例，在热处理之前或期间加入稻草或马粪。这两类添加物都可 用作比如热解步骤之前或期间的辅助燃料。由于稻草被用作马匹的草垫，因此马粪中也包 含许多存在于稻草中的物质。这两种类型的材料都富含钾（K)，这对于根据本发明的生物炭 最终产品也是有意义的。
[0031] 作为例子可能提及，根据本发明可在热解步骤之前将马粪肥与干燥的淤渣混合。 这可制备富含磷和钾两者的生物炭产品，并且