[发明专利]一种利用玉米秸秆和造纸黑液制备生物炭和有机肥的方法

说明书

本发明公开了一种以玉米秸秆和碱法草浆造纸黑液为原料，采用水热炭化技术制备生物炭和水溶性有机肥的方法，其过程是将玉米秸秆去除杂质、除尘、粉碎后压实成型备用，取适量碱法草浆造纸黑液，通入CO₂将pH值调节至6‑7，经过滤除去沉淀后得到黑色液体；将压实的玉米秸秆与CO₂酸化的黑液按照质量比1:3均匀混合后装釜，在的温度为180℃‑280℃，压力为2.5‑10MPa下进行水热炭化反应0.5小时，将水热炭化反应釜冷却至室温和常压后开釜倒出产物进行固液分离；固体烘干得生物炭，液体储存15d稀释后可作水溶性小分子有机肥，本发明提供一种提高玉米秸秆和碱法草浆造纸黑液的综合利用效率和经济效益的有效方法。

技术领域

本发明涉及生物质炭和水溶性有机肥制备技术领域，特别涉及一种利用玉米秸秆和造纸黑液制备生物炭和有机肥的方法。

背景技术

每一年世界产生大约20亿吨生物质纤维废料；这些废料主要来自于农林剩余物，如玉米秸秆、麦草、锯木屑等；由于受到技术水平和经济效益的限制，多数的生物质废料都没有得到正确的对待；在广大的农村地区，多数农作物秸秆被野外焚烧或者是作为家庭烹饪和取暖燃料；

农作物秸秆的野外燃烧不可避免的导致环境污染问题；首先，燃烧农作物秸秆产生的浓烟降低了能见度、影响了空气质量，容易引起道路交通事故；其次，农作物秸秆不完全燃烧产生了大量的持久性有机污染物，如氧化多环芳烃和二噁英等；再次，农作物秸秆燃烧也是形成大气细颗粒物如PM2.5和PM10的主要原因；

农作物秸秆经过合理的转化和利用可以成为生产燃料、精细化学品和生物质材料的重要资源；并且，转化生物质为燃料和化学品是构建碳中和循环网络的重要途径，完全符合社会可持续发展理念；

我国人均森林占有率在全世界范围内处于中下游水平,利用国内木材制浆造纸不符合我国国情；根据相关统计国产木材资源占比不足我国造纸原料的10％；利用大量农作物秸秆原料开展草浆造纸符合我国实际现状,并且前景广阔；

碱法制浆在我国造纸行业处于主导地位，占比达到90％以上，碱法制浆过程是在强碱性条件下通过蒸煮将木材、竹子、农作物秸秆等植物原料中的纤维素分离出来用于造纸，而木质素和部分半纤维素(降解成为糖份)则残留在蒸煮液中成为制浆废液(简称黑液)的主要成份；每生产一吨纸浆将伴随产生10吨造纸黑液；

造纸黑液中的硅元素是导致黑液粘度变大的主要成因，草浆黑液含硅量高达15～24％，相比之下，木浆黑液含硅量在2％以下，这导致草浆黑液粘度远高于木浆黑液，高粘度的草浆黑液完全不适合用处理木浆黑液的喷射炉进行回收利用，导致草浆造纸企业面临技术壁垒和环境污染的双重压力；

玉米秸秆含有36～43％的纤维素，28～43％的半纤维素，和13～19％木质素，纤维素含量仅次于大麦秸秆(36.0～43.0％)，与小麦秸秆(32.0～40.0％)和高粱秸秆(35.0～39.0％)相当；是理想的草浆造纸原料；以玉米秸秆为原料的草浆造纸技术已经在我国的部分地区开始推行，但是草浆厂的规模受到原料产地分散的限制，规模不大；采用日处理千吨以上的大型喷射炉处理草浆黑液，中小草浆造纸企业难以承担；

水热炭化是以木质纤维生物质为原料,水作为液相反应介质,在一定温度和压力下,将生物质转化为以生物炭为主的一系列高附加值产物；由于所有反应在水相中完成，不会产生尾气处理问题，并且产生的生物炭具有疏水性和较大的比表面积，可以成为生产生物炭基肥的原料，最终返归农田，能够起到固碳减排、改良土壤、钝化重金属、减肥减药、提升农作物产量和品质，和推动农业绿色高质量可持续发展的作用；同时，水热炭化过程中产生的水相中含有酚、醛、酮、酯和酸等有机小分子，经过合理的处理后可以成为水溶性小分子有机碳肥；在水肥一体技术领域有着广泛的应用前景；