專利名稱：稻殼制取煤氣、高檔活性炭、水玻璃和磷酸硅的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及稻殼的綜合開發(fā)利用方法，特別是指稻殼制取煤氣、高檔活性炭、水玻 璃和磷酸硅的方法。
背景技術(shù)：
稻殼的利用雖自古有之，如作燃料供熱、制刷牙粉、化妝面白粉、保溫灰等，但基 本上是一燒了之，不僅利用率低，且污染環(huán)境。近30多年來，由于不可再生資源的貧乏和 環(huán)保的需求及科技的發(fā)展，促使人們對可再生的稻殼的利用，尤其是綜合利用進行了研究， 近10多年來取得了一些進展。例如用稻殼制取活性炭或水玻璃或白炭黑(Si02)，有的 還申請了國家專利如申請?zhí)?3103043. 9<制取無定型白炭黑和活性炭新工藝 > ；專利號 ZL99811256. 9〈苛化煮解稻殼灰制備高活性炭及其制備方法〉；公開號CN1229057A〈用稻殼 灰制取水玻璃及副產(chǎn)品活性炭的方法〉；公開號101486460〈一種利用稻殼制備高吸附活性 炭及白炭黑的生產(chǎn)方法〉；公開號CN1011456555A〈用稻殼灰制備高模數(shù)水玻璃和活性炭的 方法 > ；本人的發(fā)明專利，公開號CN200910043786. 4<稻殼綜合利用制取活性炭和稻殼焦油 并聯(lián)產(chǎn)水玻璃或磷酸硅的方法〉等。但均因稻殼中的炭質(zhì)與二氧化硅(SiO2)分離不徹底， 使制出的活性炭微孔少、吸附值低及水玻璃模數(shù)低、密度低、產(chǎn)量低而未投產(chǎn)。究其原因主 要是稻殼內(nèi)的炭中有SiO2, SiO2中也有炭，現(xiàn)有技術(shù)所公開的技術(shù)方案無法進行高溫活化， 從而無法將炭與SiO2徹底分離，既不能實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)也無法獲得高品質(zhì)的活性炭、水玻 璃、磷酸硅。經(jīng)本發(fā)明人的理論與試驗研究，活性炭的碘吸附值與兩者的分離程度的關(guān)系如 表ι所示表1.稻殼活性炭的碘吸附值與其中炭質(zhì)同SiO2分離程度的關(guān)系 為了解決這個問題，公開號CN1203887A<超高比表面積活性炭的制備 > 專利，采用 了將稻殼碳化物與堿性活化劑按1 2 5(重量比)混合，進行預處理后升溫活化-冷 卻-磨粉，用水浸泡，洗滌至中性，干燥即成。此法只能用于實驗室的小試，不能用于中試 或試生產(chǎn)，更不能用于大規(guī)模生產(chǎn)。主要原因有五其一，稻殼炭化后成了炭粉，即使不再 磨碎，其中也有大量的微小炭粒(即粉塵)，將其與固態(tài)堿混合后投入到能連續(xù)進料與出料 的活化爐內(nèi)的過程中，當爐溫超過炭粉的自燃點(約250°C時)，便會立即自燃或被火星引 燃而爆炸(即粉塵爆炸)，這是很危險的。如果將預處理后的炭粉在密閉爐或金屬容器內(nèi) 活化，則密閉爐難于建造(甚至無法密封)；金屬容器也耐不住900°C以上高溫的長期悶燒(尤其是在高濃度強堿條件下)，即使能做到這一點，也會因加熱與冷卻時間太長而不能連 續(xù)生產(chǎn)，因而產(chǎn)量低、成本高，而不合算。其二，固態(tài)炭粉與固態(tài)堿性物(如K0H、Na0H)混合 時，難于均勻，因而使活化效果(主要是SiO2與堿性物反應的效果及生成物與炭分離的效 果)很差，致使活性炭吸附值低和水玻璃質(zhì)量低、產(chǎn)量低而失去市場競爭力。其三，堿性物 太多，致使活化設(shè)備極易腐蝕損壞(特別是在高溫時)，也極不安全。其四，濃度這么高的 堿性氣體(如NaOH的熔點為318. 4°C，超過此溫度就容易產(chǎn)生NaOH氣體)，極易污染環(huán)境 (空氣、水、土壤)，這是嚴格禁止的。其五，要消耗這么多堿性物，設(shè)備又易損壞，更易污染 環(huán)境，這種產(chǎn)品的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益就得不償失了。目前國內(nèi)外的活性炭90%以上是用煤燒制的。據(jù)統(tǒng)計1噸煤質(zhì)活性炭，需耗1.8 噸精煤。水玻璃幾乎100%是用煤燒熔石英砂而得到的。一方面，精煤燃燒時，會排放一定 的廢氣污染環(huán)境；另一方面，也造成活性炭、水玻璃雜質(zhì)多、質(zhì)量低，制造成本也居高不下。稻殼發(fā)電技術(shù)，近幾年來已趨成熟。據(jù)此，稻殼發(fā)電就隨之迅速發(fā)展，一個稻殼發(fā) 電的新興產(chǎn)業(yè)正在形成。如湖南寧鄉(xiāng)亮之星米業(yè)公司目前的稻殼發(fā)電裝機容量已達1. 5 兆瓦(1兆瓦=1000KW)，年耗稻殼約1.5萬噸，年發(fā)電量約為1036. 8萬度，每度電耗稻殼 1. 4 1. 8kg，年減排CO2約1. 76萬噸，預計到2015年裝機容量為10兆瓦；又如湖南澧縣 生物質(zhì)(主要是稻殼、棉桿)發(fā)電廠裝機容量約30兆瓦，年發(fā)電2億度，年減排C0240萬噸， 2009年獲得聯(lián)合國1000萬歐元的獎勵；再如廣州某研究院引進德國技術(shù)正準備在東北、華 東等地建造100兆瓦以上的大型稻殼發(fā)電廠。因這類電廠完全符合文明社會發(fā)展的節(jié)能與 環(huán)保兩大主題，能真正實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟和低碳經(jīng)濟的理想，故必將得到國內(nèi)外的高度關(guān)注。用稻殼發(fā)電，目前都是將稻殼在煤氣發(fā)生爐內(nèi)炭化成煤氣，再將煤氣除雜、干燥后 供煤氣發(fā)動機發(fā)電。此類發(fā)動機有三類對于小型電廠(裝機容量< 10兆瓦)，常用活塞式 煤氣發(fā)動機。其優(yōu)點是設(shè)備較簡單、成本低、易建造，缺點是煤氣利用率低(一般約30%)， 且不易并網(wǎng)供電；對于大型電廠(裝機容量> 100兆瓦)常用燃氣輪機發(fā)電，其最大優(yōu)點就 是煤氣利用率高(約40% )，且易于并網(wǎng)供電；對于中型發(fā)電廠，常用超臨界態(tài)蒸汽輪機發(fā) 電，其煤氣利用率約25%，雖易于建造，但在超高壓環(huán)境下工作，安全問題不容忽視。雖然， 稻殼發(fā)電優(yōu)勢突顯，但存在的最大問題，是無法將煤氣發(fā)生爐排出的大量稻殼炭中的炭與 硅進行有效分離，也就無法對稻殼碳進行深度加工，只能作廢料處理，既污染了環(huán)境，又浪 費了資源，給發(fā)電廠帶來很大的經(jīng)濟與社會壓力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足而提供一種稻殼的綜合開發(fā)利用方法，即 將稻殼制取煤氣，利用炭化后的稻殼生產(chǎn)高檔活性炭、水玻璃和磷酸硅的方法。本發(fā)明稻殼制取煤氣、高檔活性炭、水玻璃和磷酸硅的方法，包括下述步驟 第一步將稻殼加熱至550 580°C悶燒、炭化與活化，產(chǎn)生煤氣以供發(fā)電，稻殼炭 化與活化后從爐底排出，得到稻殼炭；第二步將第一步所得稻殼炭加入到濃度為20 30%的氫氧化鈉溶液或濃度為 20 25%的磷酸溶液中，泵入反應釜并攪拌加熱至130 140°C，反應4 5小時，將反應 后得到的固液混合料過濾，濾液即為水玻璃或磷酸硅溶液，濾渣即為初檔活性炭；第三步將第二步所得的初檔活性炭密封包裝后置于活化爐內(nèi)進行活化，活化溫
4度為680 720°C，活化時間為20 30分鐘；活化完成后，將爐內(nèi)炭料出爐、清水浸泡，泵 入反應釜，利用第二步存留在初檔活性炭中的氫氧化鈉或磷酸與初檔活性炭中的二氧化硅 進行反應，反應溫度為110 120°C，反應時間為2 3小時，反應完成后將釜內(nèi)料進行固液 分離，濾液即為水玻璃或磷酸硅溶液，濾渣即為中檔活性炭；第四步將第三步所得中檔活性炭水煮水洗至PH = 6. 5 7. 5，干燥后，用濃度為 8 10%的氫氧化鈉溶液或濃度為5 7%的磷酸水溶液將其濕潤，隨后，密封包裝，然后 置于活化爐內(nèi)進行活化，活化溫度為800 840°C，活化時間為20 30分鐘；活化完成后， 將爐內(nèi)炭料出爐、浸泡在水中并泵入反應釜，攪拌加熱至120 140°C，反應3 4小時，然 后，將釜內(nèi)料進行固液分離，濾液即為水玻璃或磷酸硅溶液，濾渣即為中高檔活性炭；第五步將第四步所得中高檔活性炭水煮水洗至PH = 6. 5 7. 5，干燥后，密封 包裝后置于活化爐進行活化，活化溫度為910 950°C，活化時間為20 30分鐘；活化完 成后，將爐內(nèi)炭料出爐、浸泡在濃度為3 5%的磷酸水溶液中，泵入反應釜后攪拌加熱至 105 110°C，反應時間為2 3小時，然后，將釜內(nèi)料進行固液分離，濾液即為磷酸硅溶液， 將濾渣水煮水洗至中性，然后在350 400°C時保溫5 6小時干燥，即得到高檔活性炭。本發(fā)明中，將制得的液態(tài)磷酸硅加熱至110 130°C，攪拌，同時添加稻殼灰，直至 所述液態(tài)磷酸硅的PH = 6. 5 7，然后，過濾分離，取濾液加熱至680 720°C，保溫，直至 全部變?yōu)榘咨勰?，即得到固體磷酸硅。本發(fā)明中，將制得的水玻璃加熱至130 140°C，保溫3 4小時，攪拌，同時添加 稻殼灰，直至所述水玻璃PH = 7 7. 5，然后，過濾分離，濾液即為高模數(shù)高濃度的水玻璃。本發(fā)明中，在所制得的水玻璃中按水玻璃和固態(tài)磷酸硅的重量比1 1/60 1/70 加入磷酸硅，常溫下攪拌1 2小時，即得到固化水玻璃。本發(fā)明第二步中，所述氫氧化鈉溶液或磷酸溶液的重量是所述稻殼炭重量的2 2. 5倍，最好是2 2. 2倍本發(fā)明中，所述密封包裝的材料選自塑料、紙、無紡布中的至少一種。本發(fā)明中，生產(chǎn)水玻璃的化學反應方程是2Na0H+nSi02 — Na2O · nSi02+H20 (1)也可有Na2C03+nSi02 — Na2O · nSi02+C02 (2)兩式中的η為水玻璃模數(shù)，η越大時，水玻璃質(zhì)量越好，在本反應中常為2. 2 3.0。反應溫度135°C，反應4 5小時。本發(fā)明中，生成磷酸硅的反應式為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劑。兩者的固化效果也 相同。在700士20°C、850士20°C、940士20°C多次活化，目的是盡量將活性炭內(nèi)的SiO2生 成水玻璃或磷酸硅分離出來。H3PO4在這樣高的溫度下，可生成P205。而P2O5與SiO2亦可生 成磷酸硅，反應如下2P205+3Si02 — Si3(PO4)4 (5)
P205+Si02 — Si P2O7 (6)如果用N代表用堿活化的過程，而用P代表用酸活化的過程，用下角標煮或燒分別 表示在反應釜或活化爐內(nèi)的活化過程，則本發(fā)明制取活性炭的工藝可表示Ns-N貞-P貞-P煮 或Pit-P燒-P燒-P煮。除此外，N燒-N煮-N燒-P煮和Pit-P燒-N燒-P燒及Pit-P燒-N燒-P煮過程效 果也很好。若對活性炭的吸附值要求不太高(碘值約800mg/g)，也只需三次活化，如Ns-N
燒燒，N燒燒，P煮_N燒_P燒，P煮_P燒_P燒。本發(fā)明采用上述工藝方法，首先將稻殼加熱至550 580°C悶燒、炭化與活化，產(chǎn) 生煤氣以供發(fā)電，得到稻殼炭；然后，利用稻殼炭分別與氫氧化鈉溶液或磷酸溶液在釜內(nèi)反 應，得到水玻璃或磷酸硅溶液及初檔活性炭；隨后，將初檔活性炭進行防塵防爆處理，即進 行密封包裝后置于活化爐內(nèi)進行中溫活化；接著用清水浸泡后泵入反應釜并加熱攪拌，利 用第二步存留在初檔活性炭中的氫氧化鈉或磷酸與初檔活性炭中的二氧化硅進行反應，得 到水玻璃或磷酸硅溶液及中檔活性炭；然后，將所得中檔活性炭水煮水洗至PH = 7，干燥 后，再加氫氧化鈉溶液或磷酸溶液將其濕潤，隨后，進行防塵防爆處理，即密封包裝后置于 活化爐內(nèi)進行次高溫活化；活化完成后，用水浸泡并泵入反應釜，攪拌加熱反應得到磷酸硅 溶液和中高檔活性炭；最后，將所得中高檔活性炭水煮水洗至PH = 7，干燥后，進行防塵防 爆處理，即密封包裝后置于活化爐進行高溫活化；活化完成后，浸泡在磷酸水溶液中并泵入 反應釜，攪拌加熱反應得到磷酸硅溶液及高檔活性炭。本發(fā)明由于對稻殼炭進行了防塵防爆即密封包裝處理，使得中溫、次高溫、高溫活 化得以實現(xiàn)，從而，實現(xiàn)最大限度地將稻殼炭中的炭與二氧化硅進行分離，制備出高品質(zhì)的 活性炭產(chǎn)品。本發(fā)明在水玻璃中加入適量磷酸硅，反應制備出固化水玻璃，克服了水玻璃變成 固體后，由于其中存在大量鈉離子(Na+)，容易吸收水或水汽發(fā)生潮解而重新變成水玻璃的 弊端，有效拓展了水玻璃的應用范圍；固化水玻璃由于加入磷酸硅后，產(chǎn)生大量氫離子(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，這不僅有望取 代普通玻璃、有機玻璃、鋼化玻璃，而且能夠開辟這些玻璃無法應用的新領(lǐng)域，從而市場前 景極好。經(jīng)發(fā)明人的試驗與檢測，干燥純凈的稻殼內(nèi)含炭質(zhì)約20% (重量比)，二氧化硅 (SiO2)約15%，炭氫氧等有機質(zhì)約30%，水分約34%，鉀、鈉等微量元素約1 %，殼內(nèi)不含任 何對人身心有毒有害的物質(zhì)。將其密閉炭化(約500°C)后，可得到約35%的稻殼炭，其中 含炭質(zhì)約56%，含3102約42%，鉀、鈉等含約2%。各物質(zhì)在稻殼和稻殼炭及稻殼灰(在約 700°C燒成的灰色粉末)中的含量如表2所示表2.干燥純凈稻殼和稻殼炭及稻殼灰中所含各物質(zhì)的百分比
6 經(jīng)研究，稻殼發(fā)電所用煤氣的重量約占干燥稻殼重量的30 33%，這類煤氣中各 成分的重量比如表3所示表3.稻殼發(fā)電所用煤氣的成分質(zhì)量比 經(jīng)本發(fā)明人的試驗與檢測，發(fā)電后剛從煤氣發(fā)生爐排出的稻殼炭中，含炭53 56 %，含Si0241 42 %，含表2中的微量元素共約0. 5 2. 0 %。由此可知，發(fā)電后的稻殼炭 中的主要成份是炭質(zhì)與二氧化硅，且大部分是炭，故應稱為稻殼炭(不能稱為稻殼灰)；稻 殼灰是含雜質(zhì)多而呈灰色的二氧化硅。由此可知，稻殼發(fā)電后產(chǎn)生的稻殼炭中的炭質(zhì)幾乎 都保留了(保留95%以上)，因此，它完全能像稻殼一樣制取活性炭、水玻璃(或白炭黑)、 磷酸硅，而且稻殼已炭化，比直接用稻殼制取這些產(chǎn)品省去了炭化工藝，因此，成本更低。我國是全球稻谷產(chǎn)銷的第一大國，近幾年稻谷產(chǎn)銷均約2000億公斤(2億噸)，產(chǎn) 稻殼約4000萬噸，可裝機4000兆瓦，年發(fā)電約270億度，產(chǎn)值約120億元；年減排CO2約 4500萬噸(產(chǎn)值約100億元)；采用稻殼發(fā)電后得到的稻殼炭可以生產(chǎn)活性炭約600萬噸 (產(chǎn)值約400億元)和水玻璃2400萬噸(產(chǎn)值約140億元)。此外，目前國內(nèi)90%以上的 活性炭是煤質(zhì)的，制備1噸活性炭要耗精煤約2噸，若改用稻殼活性炭后全國每年可節(jié)約 精煤1100萬噸，可減排C022700萬噸，可得60億元獎勵。目前水玻璃幾乎100%是用煤燒 熔石英砂而得到的。若用稻殼生產(chǎn)水玻璃，則每年又可節(jié)煤約1000萬噸，可減排CO2 2500 萬噸，可得獎金約55億元人民幣。每年全國因此項可收入1200億元人民幣，能使120萬人 就業(yè)。由此知，該項目的經(jīng)濟效益與社會效益，可與國內(nèi)外任何一個項目相媲美。將發(fā)電后的稻殼炭直接生產(chǎn)活性炭和水玻璃及磷酸硅，從而徹底消化利用了這些 稻殼炭。不僅解決了制約稻殼發(fā)電的瓶頸和壓力，而且還能為電廠創(chuàng)造更多的財富。綜上所述，本發(fā)明工藝方法、工藝流程合理，解決了稻殼炭中、高溫活化的技術(shù)障 礙，可以直接從稻殼制備煤氣后的稻殼炭生產(chǎn)出高品質(zhì)的活性炭和水玻璃及磷酸硅，有效 提升了稻殼的經(jīng)濟價值?？蓪崿F(xiàn)規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)，為實現(xiàn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化和稻谷的完整生產(chǎn)鏈 提供了一種新的途徑。
具體實施例方式本發(fā)明的技術(shù)方案絕不只局限于以下各實施例的內(nèi)容。實施例1 將7. 5噸稻殼發(fā)電后再制取高品質(zhì)活性炭和水玻璃初品及磷酸硅初品。第一步將稻殼7. 5噸分次添加至煤氣發(fā)生爐于550 580°C悶燒、炭化與活化， 產(chǎn)生煤氣以供發(fā)電，煤氣機功率為1兆瓦，6小時內(nèi)發(fā)電5100度，稻殼炭化與活化后從爐底 排出，即得到稻殼炭2. 5噸，其碘吸附值為110mg/g ；第二步將所得稻殼炭2. 5噸加入到3. 3噸濃度為22%的氫氧化鈉溶液中，泵入 反應釜內(nèi)攪拌加熱至130 140°C，反應4 5小時，將反應后得到的固液混合料過濾，濾液 即為水玻璃，濾渣干燥后即為初檔活性炭，重約1. 8噸(活性炭顆粒中含有大量的水玻璃)， 其碘吸附值為430mg/g ；第三步將所得的初檔活性炭1. 8噸與180kg干稻殼摻和并盡量拌勻，然后，用塑 料袋密封包裝好、封緊(不漏出炭粉)置于活化爐內(nèi)進行活化，活化溫度為680 720°C，活 化時間為20 30分鐘；活化完成后，將爐內(nèi)炭料出爐、清水浸泡并泵入反應釜攪拌加熱，利 用第二步存留在初檔活性炭中的氫氧化鈉與初檔活性炭中的二氧化硅進行反應，反應溫度 為110 120°C，反應時間為2 3小時，反應完成后將釜內(nèi)料進行固液分離，濾液即為水玻 璃，濾渣干燥后即為中檔活性炭，重約1.5噸(活性炭顆粒中含有少量的水玻璃)，其碘吸附 值為 640mg/g ；第四步將所得中檔活性炭1. 5噸水煮水洗至PH = 7 7. 5，干燥后，用濃度為6% 的磷酸水溶液將其濕潤，隨后，用塑料袋密封包裝好、封緊(不漏出炭粉)，然后置于活化爐 內(nèi)進行活化，活化溫度為800 840°C，活化時間為20 30分鐘；活化完成后，將爐內(nèi)炭料 出爐、浸泡在水中并泵入反應釜，攪拌加熱至120 140°C，反應3 4小時，然后，將釜內(nèi)料 進行固液分離，濾液即為磷酸硅溶液，濾渣即為中高檔活性炭，重約1.2噸(活性炭顆粒中 含有極少量的水玻璃及磷酸硅)，其碘吸附值為820mg/g ；第五步將所得中高檔活性炭1. 2噸用塑料袋密封包裝好、封緊(不漏出炭粉)后 置于活化爐進行活化，活化溫度為910 950°C，活化時間為20 30分鐘；活化完成后，將 爐內(nèi)炭料出爐、浸泡在濃度為4%的磷酸水溶液中并泵入反應釜，攪拌加熱至105 110°C， 反應時間為2 3小時，然后，將釜內(nèi)料進行固液分離，濾液即為磷酸硅溶液，將濾渣水煮水 洗至中性，然后在350 400°C時保溫5 6小時干燥，即得到高檔活性炭1. 1噸，碘吸附值 為 1100mg/g。此實施例的工藝可表述為N煮-N燒-P燒-P煮過程。實施例2 將7. 5噸稻殼發(fā)電后再制取高品質(zhì)活性炭和磷酸硅初品及水玻璃初品。第一步將稻殼7. 5噸分次添加至煤氣發(fā)生爐于550 580°C悶燒、炭化與活化， 產(chǎn)生煤氣以供發(fā)電，煤氣機功率為1兆瓦，6小時內(nèi)發(fā)電5100度，稻殼炭化與活化后從爐底 排出，即得到稻殼炭2. 5噸，其碘吸附值為110mg/g ；第二步將所得稻殼炭2. 5噸加入到2. 5噸濃度為22 %的磷酸溶液中，泵入反應 釜，攪拌加熱至130 140°C，反應4 5小時，將反應后得到的固液混合料過濾，濾液即為 磷酸硅，濾渣干燥后即為初檔活性炭，重約1. 8噸(活性炭顆粒中含有大量的磷酸硅)，其碘 吸附值為420mg/g ；第三步將所得的初檔活性炭1. 8噸與180kg干稻殼摻和并盡量拌勻，然后，用紙袋密封包裝好、封緊(不漏出炭粉)置于活化爐內(nèi)進行活化，活化溫度為680 720°C，活 化時間為20 30分鐘；活化完成后，將爐內(nèi)炭料出爐、清水浸泡并泵入反應釜攪拌加熱， 利用第二步存留在初檔活性炭中的磷酸與初檔活性炭中的二氧化硅進行反應，反應溫度為 110 120°C，反應時間為2 3小時，反應完成后將釜內(nèi)料進行固液分離，濾液即為磷酸 硅，濾渣干燥后即為中檔活性炭，重約1.5噸(活性炭顆粒中含有少量的磷酸硅)，其碘吸附 值為 620mg/g ；第四步將所得中檔活性炭1. 5噸，干燥后，用濃度為6%的磷酸水溶液將其濕潤， 隨后，用紙袋密封包裝好、封緊(不漏出炭粉)，然后置于活化爐內(nèi)進行活化，活化溫度為 800 840°C，活化時間為20 30分鐘；活化完成后，將爐內(nèi)炭料出爐、浸泡在水中并泵入 反應釜，攪拌加熱至120 140°C，反應3 4小時，然后，將釜內(nèi)料進行固液分離，濾液即為 磷酸硅溶液，濾渣即為中高檔活性炭，重約1.2噸(活性炭縫隙中含有極少量的磷酸硅)，其 碘吸附值為840mg/g ；第五步將所得中高檔活性炭1. 2噸用紙袋密封包裝好、封緊(不漏出炭粉)后置 于活化爐進行活化，活化溫度為910 950°C，活化時間為20 30分鐘；活化完成后，將爐 內(nèi)炭料出爐、浸泡在濃度為4%的磷酸水溶液中并泵入反應釜，攪拌加熱至105 110°C，反 應時間為2 3小時，然后，將釜內(nèi)料進行固液分離，濾液即為磷酸硅溶液，將濾渣水煮水洗 至中性，然后在350 400°C時保溫5 6小時干燥，即得到高檔活性炭1. 1噸，碘吸附值為 1100mg/g。此實施例的工藝過程可表述為P煮-P燒-P燒-P煮。實施例3將7. 5噸稻殼發(fā)電后再制取高品質(zhì)活性炭和磷酸硅初品及水玻璃初品。第一步將稻殼7. 5噸分次添加至煤氣發(fā)生爐于550 580°C悶燒、炭化與活化， 產(chǎn)生煤氣以供發(fā)電，煤氣機功率為1兆瓦，6小時內(nèi)發(fā)電5100度，稻殼炭化與活化后從爐底 排出，即得到稻殼炭2. 5噸，其碘吸附值為110mg/g ；第二步將所得稻殼炭2. 5噸加入到2. 5噸濃度為22 %的磷酸溶液中，加熱至 130 140°C，反應4 5小時，將反應后得到的固液混合料過濾，濾液即為磷酸硅，濾渣 干燥后即為初檔活性炭，重約1. 8噸(活性炭顆粒中含有大量的磷酸硅)，其碘吸附值為 420mg/g ；第三步將所得的初檔活性炭1. 8噸與180kg干稻殼摻和并盡量拌勻，然后，用無 紡布袋密封包裝好、封緊(不漏出炭粉)置于活化爐內(nèi)進行活化，活化溫度為680 720°C， 活化時間為20 30分鐘；活化完成后，將爐內(nèi)炭料出爐、清水浸泡并泵入反應釜攪拌加熱， 利用第二步存留在初檔活性炭中的磷酸與初檔活性炭中的二氧化硅進行反應，反應溫度為 110 120°C，反應時間為2 3小時，反應完成后將釜內(nèi)料進行固液分離，濾液即為磷酸 硅，濾渣干燥后即為中檔活性炭，重約1.5噸(活性炭顆粒中含有少量的磷酸硅)，其碘吸附 值為 620mg/g ；第四步將所得中檔活性炭1. 5噸水洗水煮至PH = 6. 5 7，干燥后，用濃度為 10%的氫氧化鈉水溶液將其濕潤，隨后，用無紡布袋密封包裝好、封緊(不漏出炭粉)，然后 置于活化爐內(nèi)進行活化，活化溫度為800 840°C，活化時間為20 30分鐘；活化完成后， 將爐內(nèi)炭料出爐、浸泡在水中并泵入反應釜，攪拌加熱至120 140°C，反應3 4小時，然后，將釜內(nèi)料進行固液分離，濾液即為水玻璃，濾渣即為中高檔活性炭，重約1.2噸(活性炭 顆粒中含有極少量的水玻璃及磷酸硅)，其碘吸附值為810mg/g ；第五步將所得中高檔活性炭1. 2噸水煮水洗至PH = 7 7. 5，分離干燥后，用無 紡布袋密封包裝好、封緊(不漏出炭粉)后置于活化爐進行活化，活化溫度為910 950°C， 活化時間為20 30分鐘；活化完成后，將爐內(nèi)炭料出爐、浸泡在濃度為4%的磷酸水溶液 中并泵入反應釜，攪拌加熱至105 110°C，反應時間為2 3小時，然后，將釜內(nèi)料進行固 液分離，濾液即為磷酸硅溶液，將濾渣水煮水洗至中性，然后在350 400°C時保溫5 6小 時干燥，即得到高檔活性炭1. 1噸，碘吸附值為1100mg/g。此實施例的工藝過程可表述為P煮-P燒-N燒-P煮。實施例4將7. 5噸稻殼發(fā)電后再制取高品質(zhì)活性炭和水玻璃初品及磷酸硅初品。第一步將稻殼7. 5噸分次添加至煤氣發(fā)生爐于550 580°C悶燒、炭化與活化， 產(chǎn)生煤氣以供發(fā)電，煤氣機功率為1兆瓦，6小時內(nèi)發(fā)電5100度，稻殼炭化與活化后從爐底 排出，即得到稻殼炭2.5噸；第二步將所得稻殼炭2. 5噸與250公斤干稻殼混合均勻，再用2. 8噸濃度為20% 的氫氧化鈉溶液濕潤，然后，用塑料袋密封包裝好、封緊(不漏出炭粉)置于活化爐內(nèi)進行 活化，活化溫度為680 720°C，活化時間為20 30分鐘；活化完成后，將爐內(nèi)炭料出爐、 清水浸泡，即得到初檔活性炭3. 3噸，(活性炭顆粒中含有大量的水玻璃)，其碘吸附值為 500mg/g ；第三步將所得的初檔活性炭3. 3噸浸泡在水中病泵入反應釜，利用第二步存 留在初檔活性炭中的氫氧化鈉與初檔活性炭中的二氧化硅進行反應，反應溫度為120 140°C，反應時間為4 5小時，反應完成后將釜內(nèi)料進行固液分離，濾液即為水玻璃，濾渣 干燥后即為中檔活性炭，重約1. 5噸(活性炭顆粒中含有少量的水玻璃)，其碘吸附值為 650mg/g ；第四步將所得中檔活性炭1. 5噸用濃度6%的很氧化鈉溶液濕潤并干燥后，用 塑料袋密封包裝好、封緊(不漏出炭粉)，然后置于活化爐內(nèi)進行活化，活化溫度為800 840°C，活化時間為20 30分鐘；活化完成后，將爐內(nèi)炭料出爐、浸泡在水中并泵入反應 釜，加熱至120 140°C，反應3 4小時，然后，將釜內(nèi)料進行固液分離，濾液即為水玻璃， 濾渣即為中高檔活性炭，重約1. 2噸(活性炭顆粒中含有極少量的水玻璃)，其碘吸附值為 810mg/g ；第五步將所得中高檔活性炭1. 2噸水煮水洗至PH = 7，干燥后，用塑料袋密封包 裝好、封緊(不漏出炭粉)后置于活化爐進行活化，活化溫度為910 950°C，活化時間為 20 30分鐘；活化完成后，將爐內(nèi)炭料出爐、浸泡在濃度為4%的磷酸水溶液中并泵入反應 釜，加熱至105 110°C，反應時間為2 3小時，然后，將釜內(nèi)料進行固液分離，濾液即為磷 酸硅溶液及少量水玻璃，將濾渣水煮水洗至中性，然后在350 400°C時保溫5 6小時干 燥，即得到高檔活性炭1. 1噸，碘吸附值為1150mg/g。此實施例的工藝可表述為N燒-N煮-N燒-P煮過程。實施例5將實施例1與3及4中所得的水玻璃初品制成水玻璃產(chǎn)品。
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第一步將質(zhì)量較差(如含灰多、垃圾稻殼炭)的稻殼送入炭化爐內(nèi)，使其在約 700°C時生成灰白色或白色的SiO2粉末；第二步將實施例1、3、4中制備的水玻璃混合液泵入反應釜中，將第一步得到的 灰白色或白色的SiO2粉末逐步添加到反應釜中，攪拌、加熱至130 140°C，保溫3 4小 時，直至所述水玻璃混合液的PH = 7，然后，過濾分離，濾液即為高模數(shù)高濃度的水玻璃，所 得到的水玻璃波美濃度為35，模數(shù)為2. 8，密度≥ 1. 3g/cm3。實施例6將實施例1、2、3、4中所得到的磷酸硅初液制成固態(tài)磷酸硅。首先，將質(zhì)量差的稻 殼或稻殼炭(含雜質(zhì)或灰砂者)，入爐在700°C時制成灰白色或白色的SiO2 ；將上述灰白 色或白色的SiO2逐步添加到實施例1、2、3、4所制得的磷酸硅混合液中，并加熱至110 130°C，攪拌，直至所述液態(tài)磷酸硅的PH = 7，然后，過濾分離，取濾液加熱至680 720V， 保溫，直至全部變?yōu)榘咨勰吹玫焦腆w磷酸硅。實施例7將實施例1、2、3、4制備的水玻璃制成固化水玻璃。將實施例6制備的Ikg磷酸硅粉末加入到60kg密度為1. 4g/cm3,模數(shù)為2. 8的水 玻璃中，并攪拌溶解均勻，保持2小時，則成為固化水玻璃。實施例8將固化水玻璃作粘膠劑制成產(chǎn)品1、取實施例7制備的固化水玻璃1. 2kg與實施例1、2、3、4任意一個制取的高檔活 性炭2. Okg混合，并攪拌均勻成為濕潤活性炭。2、取其中1. 8kg入鋼模壓制(油壓為6MPa)成直徑20cm，厚度2cm的活性炭板，再 將余下的1. 2kg入鋼模(壓強為IOMPa)制成直徑10cm、高14cm的活性炭圓柱體；將2件 成型品放入鐵盒內(nèi)(加蓋)，再置于干燥活化爐內(nèi)，以20°C /h的速度升到300°C，保溫4h， 再以30°C /h的速度降到室溫，取出。 3、將圓板浸泡于水中，長期不吸水不解體，取出后再放入酸、堿、鹽水溶液中，也不 解體；用火柴或打火機點火直燒圓柱體，也不燒壞。4、用未加磷酸硅的同類水玻璃和同樣的活性炭制成活性炭板或活性炭圓柱體，在 同樣條件下，干燥到相同的溫度，冷卻到室溫后，再做與(3)同樣的試驗，則炭板不到10分 鐘便水解，將圓柱體浸于硫酸中，5分鐘解體，浸于NaOH溶液中，就很快解體。實施例9用固化水玻璃制作永久保鮮的室外花卉。1、在一個有底且內(nèi)直徑為25cm、高40cm的薄壁塑料圓筒內(nèi)壁附一層透明塑料薄膜。2、筒底擺一個盛有泥土的陶瓷盆，盆內(nèi)插一枝鮮活的玫瑰花。3、將實施例7制取的固化水玻璃緩慢注入圓筒內(nèi)，不得改變、更不得損壞玫瑰花 的自然狀態(tài)，并應及時將水玻璃中產(chǎn)生的氣泡除掉。4、注滿(約50kg)后靜置10天，水玻璃便固化。5、細心剝?nèi)ニ芰贤埠湍ぃ愕玫揭慌栌垒狨r活的花卉，長期(數(shù)年)置于室外，任 憑風吹雨淋，日曬夜露，仍保持鮮活狀態(tài)。
權(quán)利要求
稻殼制取煤氣、高檔活性炭、水玻璃和磷酸硅的方法，包括下述步驟第一步將稻殼在550～580℃悶燒、炭化與活化，產(chǎn)生煤氣以供發(fā)電，稻殼炭化與活化后從爐底排出，得到稻殼炭；第二步將第一步所得稻殼炭加入到濃度為20～30％的氫氧化鈉溶液或濃度為20～25％的磷酸溶液中，加熱至130～140℃，反應4～5小時，將反應后得到的固液混合料過濾，濾液即為水玻璃或磷酸硅溶液，濾渣即為初檔活性炭；第三步將第二步所得的初檔活性炭密封包裝后置于活化爐內(nèi)進行活化，活化溫度為680～720℃，活化時間為20～30分鐘；活化完成后，將爐內(nèi)炭料出爐、清水浸泡后泵入反應釜，利用第二步存留在初檔活性炭中的氫氧化鈉或磷酸與初檔活性炭中的二氧化硅進行反應，反應溫度為110～120℃，反應時間為2～3小時，反應完成后將釜內(nèi)料進行固液分離，濾液即為水玻璃或磷酸硅溶液，濾渣即為中檔活性炭；第四步將第三步所得中檔活性炭水煮水洗至PH＝6.5～7.5，干燥后，用濃度為8～10％的氫氧化鈉溶液或濃度為5～7％的磷酸水溶液將其濕潤，隨后，密封包裝，然后置于活化爐內(nèi)進行活化，活化溫度為800～840℃，活化時間為20～30分鐘；活化完成后，將爐內(nèi)炭料出爐、浸泡在水中并泵入反應釜，攪拌加熱至120～140℃，反應3～4小時，然后，將釜內(nèi)料進行固液分離，濾液即為水玻璃或磷酸硅溶液，濾渣即為中高檔活性炭；第五步將第四步所得中高檔活性炭水煮水洗至PH＝6.5～7.5，干燥后密封包裝，置于活化爐進行活化，活化溫度為910～950℃，活化時間為20～30分鐘；活化完成后，將爐內(nèi)炭料出爐、浸泡在濃度為3～5％的磷酸水溶液中，泵入反應釜后攪拌、加熱至105～110℃，反應時間為2～3小時，然后，將釜內(nèi)料進行固液分離，濾液即為磷酸硅溶液，將濾渣水煮水洗至中性，然后在350～400℃時保溫5～6小時干燥，即得到高檔活性炭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稻殼制取煤氣、高檔活性炭、水玻璃和磷酸硅的方法，其特征 在于將制得的液態(tài)磷酸硅加熱至110 130°C，攪拌，同時添加稻殼灰，直至所述液態(tài)磷酸 硅的PH = 6. 5 7，然后，過濾分離，取濾液加熱至680 720°C，保溫，直至全部變?yōu)榘咨?粉末，即得到固體磷酸硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稻殼制取煤氣、高檔活性炭、水玻璃和磷酸硅的方法，其特征 在于將制得的水玻璃加熱至130 140°C，保溫3 4小時，攪拌，同時添加稻殼灰，直至 所述水玻璃PH = 7 7. 5，然后，過濾分離，濾液即為高模數(shù)高濃度的水玻璃。
4.根據(jù)權(quán)利要求4所述的稻殼制取煤氣、高檔活性炭、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態(tài)磷酸硅的重量比1 1/60 1/70加入磷酸硅， 常溫下攪拌1 2小時，即得到固化水玻璃。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稻殼制取煤氣、高檔活性炭、水玻璃和磷酸硅的方法，其特征 在于所述第二步中，所述氫氧化鈉溶液或磷酸溶液的重量是所述稻殼炭重量的2 2. 5 倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稻殼制取煤氣、高檔活性炭、水玻璃和磷酸硅的方法，其特征 在于所述密封包裝的材料選自塑料、紙、無紡布中的至少一種。
全文摘要
本發(fā)明稻殼制取煤氣、高檔活性炭、水玻璃和磷酸硅的方法，是將稻殼悶燒、炭化與活化，產(chǎn)生煤氣以供發(fā)電并得到稻殼炭；對稻殼炭進行酸、堿活化后，得到初檔活性炭，對所述初檔活性炭進行防塵防爆密封包裝處理后，進行中溫、次高溫、高溫活化，最終制得高品質(zhì)活性炭并同時產(chǎn)出水玻璃及磷酸硅?？朔爽F(xiàn)有技術(shù)采用稻殼炭制備的活性炭品位低的缺陷。本發(fā)明工藝方法、工藝流程合理，解決了稻殼炭中、高溫活化的技術(shù)障礙，可以直接將稻殼制備煤氣后的稻殼炭生產(chǎn)出高品質(zhì)的活性炭和水玻璃及磷酸硅，有效提升了稻殼的經(jīng)濟效益和社會效益?？蓪崿F(xiàn)規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)，為實現(xiàn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化和稻谷加工的完整產(chǎn)業(yè)鏈提供了一種新的途徑。
文檔編號C01B25/26GK101891189SQ201010253539
公開日2010年11月24日 申請日期2010年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月13日
發(fā)明者成如山, 成宇 申請人:寧鄉(xiāng)縣亮之星米業(yè)有限公司