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      沙柳秸稈果殼等生物質資源利用技術

      發布時間:2021-08-07 17:21:16      點擊次數:3133

         生物質是指通過光合作用而形成的各種有機體,包括所有的動植物和微生物。而所謂生物質能,就是太陽能以化學能形式貯存在生物質中的能量形式,即以生物質為載體的能量。它直接或間接地來源于綠色植物的光合作用,取之不盡、用之不竭,是一種可再生能源,同時也是唯一一種可再生的碳資源。生物質能源是世界第四大能源,僅次于煤炭、石油和天然氣。根據生物學家估算,每年地球上生物質總量就達1440~1800億噸,其能量約相當于20世紀90年代初全世界總能耗的3~8倍。有關專家估計,生物質能極有可能成為未來可持續能源系統的組成部分,到下世紀中葉,采用新技術生產的各種生物質替代燃料將占全球總能耗的40%以上。但是,縱觀國內外,目前生物質能尚未被人們合理利用,還沒有成熟的生物質資源化循環綜合利用技術與裝備。

      生物質中的沙柳是生長在西北地區,特別是內蒙古西部地區(如庫不齊沙漠)的一種獨特的沙生植物,是三北防護林的主要速生灌木。沙柳的主要成分為木質纖維素,包括半纖維素、纖維素和木質素,是制備生物質化學品和木炭的極好原料。沙柳在干旱的沙漠中能快速生長,可以在2-3年時間內可以長到3-5米,3年后一公頃的沙柳可以收獲5.2噸左右的生物質材料。然而,如果在沙柳在種植后的3-5年沒有平茬(修剪)就會使它們的生長速度急劇減慢,最后導致植物死亡。所以,必須對其每隔3年進行平茬一次以確保其發芽和再生,據不完全統計僅內蒙古自治區東勝市每年平茬沙柳數量在45萬噸左右。

      沙柳利用價值主要包括:1.沙柳可作為燃料,其所含的熱量與煤相當;2.沙柳葉含粗蛋白質13.79%,粗脂肪4.32%,為優質的家畜飼料;3.沙柳是纖維板、刨花板、紡織、造紙的重要原料;4.沙柳廢棄物可用于生產食用菌和有機蔬菜;5.沙柳有藥用價值,以葉、樹皮或須狀根入藥。

      近年來有沙柳用于纖維板、木漿造紙、生物乙醇和生物質活性碳的報道。然而,在這些應用中,如作為飼料和燃料外、造紙和纖維板制作,要么無法產生巨大的利用價值、浪費嚴重;要么會對生態環境起到了破壞作用。

      象沙柳這樣的生物質資源非常豐富,種類繁多。生物質是一種復雜的材料,主要由纖維素、半纖維素和木質素組成,以及少量的單寧酸、脂肪酸、樹脂和無機鹽。生物質能源作為一種新型可再生能源,其最重要的優勢是其可再生性。生物質能由于通過植物的光合作用可以再生,與煤、石油、天然氣等化石能源相比,是一種可再生能源,而且資源豐富,可保證能源的永久利用。另一個最重要的優勢是其總量十分豐富。生物質能是僅次于煤炭、石油和天然氣的世界第四大含碳能源。生物質能源植物(簡稱“生物質資源”)分布面積十分廣泛,隨著農林業的不斷發展,生物質資源將越來越多?!?/span>

      但是,目前生物質資源的高效和高附加值開發利用非常有限。

       

      元隆永泰公司充分利用鄂爾多斯地區和我國廣大地區的生物質資源,現在已研發成功兩類生物質資源利用技術:

      1. 利用生物質資源降解重構得到以芳烴為主要成分的有機小分子化學品,同時得到活性炭產品;

      2. 利用生物質資源降解重構得到生物除臭劑、生物有機肥添加劑、生物土壤改良添加劑和生物炭基產品。

      這兩類生物質資源利用技術,利用的生物資源是相同的,采用的技術路線是相同的,采用的工藝流程是相同的,但是得到的產品是完全不同的。

      利用的生物資源是相同的:利用平茬的沙柳,農作物的秸稈,快速生長的竹子,以及食品工業廢棄的果核果殼、中藥工業廢棄的植物藥渣等生物質資源。

      采用的技術路線是相同的:溫和降解重構法。

      采用的工藝流程是相同的:

       

      圖片1.png

      工藝流程主要包括加料、反應和冷凝三個工序。

      將各種生物質,加上專用制劑,在溫度低于350℃、壓力為常壓條件下,使生物質降解重構制得所需產品。

      但是,得到的產品是完全不同的:

      一種是以芳烴為主要成分的有機小分子化學品和活性炭產品;

      另一種是生物除臭劑、生物有機肥添加劑、生物土壤改良添加劑和生物炭基產品。

      之所以會得到完全不同的產品那是因為加料時加入的專用制劑完全不同,以及工藝參數完全不同。這里所說的專用制劑和工藝參數是元隆永泰公司的核心技術祕密。

       

      沙柳秸稈果殼等生物質資源利用技術的先進性:

      1、一步法用植物資源直接制得所需產品。

      2、反應條件溫和,能耗低,安全性高。本技術不依靠高溫和高壓,而是在常壓和溫度不高的條件下實現,有利于整個生產裝置的安全和節能。

      3、不排放任何污染物。本技術在整個工藝過程中不排放廢氣,不排放廢液,不排放廢渣,真正實現無害化。

      4、耗水極少。主要用水進行循環冷卻。

      5、工藝流程簡單,設備少,投資省。工藝流程簡單設備少是本技術的一大特點,這一特點使項目占地少、建廠快、投資省。

      6、對生物質要求低。實際上,通過光合作用而形成的各種有機體均可作為原料,而且也可不必分門別類,而是混在一起、同一降解,進行混同降解重構,得到以芳烴為主要成分的有機小分子化學品和活性炭產品;或得到生物除臭劑、生物有機肥添加劑、生物土壤改良添加劑和生物炭基產品。

       

      利用生物質資源降解重構得到以芳烴為主要成分的有機小分子化學品

      利用平茬的沙柳,農作物的秸稈,快速生長的竹子,以及食品工業廢棄的果核果殼,以及中藥工業廢棄的植物藥渣等生物質資源,采用溫和降解重構方法進行無害化處理和資源化利用,得到高價值的以芳烴為主要成分的有機小分子化學品,同時得到活性炭產品。

      芳烴是含苯環結構的碳氫化合物的總稱,是有機化工的重要原料。其中最重要的產品是苯、二甲苯,是制造多種合成樹脂、合成橡膠、合成纖維的化工原料?,F在,世界芳烴總產量中90%以上來自石油。2018年混合芳烴需求量應在950萬噸左右,2019年7月25日全國混合芳烴均價5340元/噸,2020年5月,中國混合芳烴進口量為98.04萬噸,環比上漲193.84%,同比上漲485.73%。國內對芳烴需求量很大。

       

      這項利用生物質資源降解重構得到以芳烴為主要成分的有機小分子化學品的技木創新點主要有兩點:

      第一、經文獻調研與專利檢索,至今國內外沒有見到利用植物資源制取芳烴的報道。經元隆永泰公司多次用多種植物資源進行的試驗證實,完全可以利用植物資源制取芳烴,而且是一步法用植物資源直接制芳烴。

      第二、現在,世界芳烴總產量中90%以上來自不可再生的石油。本植物資源直接制芳烴技術,無疑為我國開創了一條利用可再生的植物資源用一步法直接制取芳烴的新路,降低芳烴對不可再生的石油資源的依存度。

      2020年6月和8月,曾用沙柳、杏殼和椰殼等生物質采用溫和降解重構方法進行直接制取芳烴試驗,經中科院寧波材料所分析,沙柳2個樣品分別含芳烴27.10%和44.62%、杏殼2個樣品分別含芳烴83.76%和33.20%、椰殼2個樣品分別含芳烴54.00%和23.78。這些數據說明,利用可再生的植物資源直接制取芳烴是切實可行的、大有可為的。

       

      利用生物質資源降解重構得到生物除臭劑、生物有機肥添加劑、生物土壤改良添加劑和生物炭基產品

      利用平茬的沙柳,農作物的秸稈,快速生長的竹子,以及食品工業廢棄的果核果殼,以及中藥工業廢棄的植物藥渣等生物質資源,采用溫和降解重構方法進行無害化處理和資源化利用,得到高價值的生物除臭劑、生物有機肥添加劑、生物土壤改良添加劑和生物炭基產品。

       

      利用生物質制備生物除臭劑、生物有機肥添加劑、生物土壤改良添加劑和生物炭基產品的技木創新點:不是采用普通的“熱裂解法”,而是采用“溫和化學降解重構法”。這是一種新工藝新技術,其優點是:流程簡單,過程環保,不消耗水,轉化率高,產品產量大、質量高。整個工藝過程不排放廢氣、廢液和廢渣。

       

      2020年8月,曾用沙柳、杏殼和椰殼等生物質采用溫和降解重構方法進行制備生物除臭劑、生物有機肥添加劑、生物土壤改良添加劑等試驗,經中科院寧波材料所分析,沙柳樣品含乙酸25.86%、酚類16.60%、醛類15.13%、酮類12.21%和酸類3.62%。柏樹樣品含酚類27.63%、酸類16.92%、酮類14.60%、乙酸9.67%、醇類2.08%。杏殼樣品含酚類30.96%、乙酸26.02%、醛類10.59%、酮類9.56%、醇類2.6%。

       

      生物除臭劑曾在河南省某著名食品股份有限公司一個養豬場的病死豬無害化處理車間進行生物除臭劑去除惡臭試驗。此前,曾用國內外許多除臭劑試驗過,除臭效果都不滿意。用本生物除臭劑試驗后其除臭效果令人意外,一是除臭速度極快,二是除臭效果極好。參加試驗的當地環保部門也都稱贊其優異的除臭效果。該公司已要求批量供貨。

      生物有機肥添加劑,經過用水高倍數稀釋,可直接作為液體有機肥料或葉面有機肥料使用。曾用樹木、玉米、蔬菜和花卉試驗過,效果很好。

      生物有機肥添加劑可生產生物綠色防控產品(或稱生物農藥),取代殺蟲化學農藥。在高濃度下具有較強的殺菌、抗菌的功能;在低濃度下能抑制雜菌的繁殖,具有防菌,防蟲的功效。

      生物有機肥添加劑,可生產高效復合肥料,能夠改善土壤肥力、提供作物營養、增強作物抗逆能力、提高作物產量和品質。

      采用“溫和化學降解重構法”制得生物炭可以用于生產生物炭基肥料。由于生物炭孔道發達,具有極好的保水保墑、提高氮磷鉀的利用率、改良土壤和鈍化重金屬的作用,廣泛用于生產土壤改良劑、生物炭肥、水體凈化劑。

      生物炭基肥料不僅是高效緩釋肥料的先進技術代表,更是對農業產業在生物質綜合利用、土壤改良、農產品提質增收方面提供了綜合性的解決方案。其核心生物質炭具有以下優點:一是具有豐富的孔隙結構,增加土壤的透氣性;二是解決土壤酸化問題(生物質炭pH8-10);三是解決肥料中微量元素不足問題,有利于作物吸收各種營養元素,增加土壤肥效;四是對肥料和農藥有很好的緩釋作用,提高肥料利用率;五是增加土壤的有機質,提升地力;六是提高土壤保水能力;七是吸附土壤重金屬,有效降低作物中重金屬含量;八是提高地溫,有利于作物生長,提早出苗和成熟;九是有利于土壤微生物環境的修復;十是提高農產品產量和質量。

      利用生物有機肥添加劑可快速生產高效備復合有機肥,整個工藝過程不排放廢氣、廢液和廢渣。生產高效復合有機肥料過程中,由于噴灑加入了有快速除臭效果和生物農藥稱謂的生物有機肥添加劑,起到了殺蟲滅菌作用,而且也沒有普通復合有機肥那樣的臭味。

      煤矸石是采煤過程和洗煤過程中排放的固體廢物,是一種在成煤過程中與煤層伴生的一種含碳量較低、比煤堅硬的黑灰色巖石。煤矸石中一般含有大量的碳質頁巖,其中有機質含量一般在15%~25%,并含有豐富的植物生長所必需的硼(B)、錳(Mn)、鋅(Zn)、銅(Cu)、鉬(Mo)等微量元素和微量稀有元素(鎵、釩、鈦、鈷),一般比土壤中的含量高出2~10倍,具有較大的吸收容量。據統計,我國積存煤矸石達 10億噸以上,每年還將排出煤矸石1億噸。煤矸石作為目前我國年排放量和累計堆存量最大的工業固體廢棄物之一,如何使其變廢為寶,已成為當前一大重要課題。目前我國煤矸石年廢棄量占當年煤炭產量的10%~15%,約占全國工業固體廢棄物總量的40%,大量煤矸石長期露天堆放會污染環境和破壞生態。

      目前,秸稈和畜禽糞污等農業和畜牧業廢棄物,是農業和畜牧業面源污染治理的一大難點。

      元隆永泰公司利用煤矸石、秸桿和畜禽糞便,加上生物有機肥添加劑,采用常溫常壓化學活化法,利用煤矸石生產高效復合有機肥料為煤矸石變廢為寶提供了廣闊前景。利用生物有機肥添加劑快速生產高效復合有機肥的工藝流程方塊圖如下:

      圖片2.png

      將煤矸石粉碎磨細,噴灑適量的生物有機肥添加劑,輸送至攪拌機中;將農作物秸桿粉碎,噴灑適量的生物有機肥添加劑,輸送至攪拌機中;將畜禽糞便,噴灑適量的生物有機肥添加劑,輸送至攪拌機中;將已噴灑適量生物有機肥添加劑的煤矸石、農作物秸桿和畜禽糞便輸送至攪拌機中,加入適量的水,在常溫常壓條件下進行充分攪拌,攪拌后即可裝袋成為高效復合有機肥料。

      煤矸石復合有機肥與其他復合肥料相比,有如下特點:一是原料廣泛易得,生產簡單,成本低廉。二是煤矸石含有豐富的有機質和微量元素,并有較大的吸收容量,有明顯的增產效果,而且能使農作物的品質有所改善。三是煤矸石復合有機肥屬于長效肥,隨著顆粒的風化,其中的養分陸續析出,在2-3年內均可有肥效。四是由于煤矸石中含有大量的有機物,是攜帶氮固、解磷、解鉀等微生物最理想的原料基質和載體,因此施用煤矸石復合有機肥后可增強土壤的氮、磷、鉀肥力。五是生產煤矸石復合有機肥,建廠投資省,生產周期短,資金回籠快,能做到當年設計、當年施工、當年投產、當年見效。

      生物土壤改良添加劑是直接快速降低鹽堿地酸堿度pH的極好生物制劑。經內蒙古農業大學草原與資源環境學院化驗:生物土壤改良添加劑原液pH值為 3.36,原液稀釋100倍pH值為 3.40,原液稀釋500倍pH值為 3.69。由此可見,生物土壤改良添加劑的酸堿度pH值,即便是經過高倍數稀釋其pH值仍變化不大,對降低鹽堿地酸堿度pH值和堿化度非常有利。

      綜上所述,利用生物質制備生物除臭劑、生物有機肥添加劑、生物土壤改良添加劑和生物炭基產品的技木是我國當前迫切需要的農業科技創新項目,也屬于農業戰略性新興產業,積極開展該項目成果的推廣和應用,將有力地推進我國農業綠色發展進程。同時,由于該技木大量利用平茬的沙柳,農作物的秸稈,快速生長的竹子,以及食品工業廢棄的果核果殼,以及中藥工業廢棄的植物藥渣等各種生物質再生資源,將極大調動農牧民的積極性,必將為生態文明建設和提高農牧民生活水平起到積極推動作用。


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