從殘留材料制備富營養型生物炭的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及用于處理殘留產品以制備生物炭的方法。
【背景技術】
[0002] 殘留產品例如淤渣或消化殘留物的各種不同的處理方式是已知的。比如，W0 2011/128513中公開了一種方法，該方法包括采用厭氧消化過程處理城市固體廢物（MSW) 的可生物降解餾分，以精煉MSW來制備甲烷。該方法包括以下步驟：a)送入城市固體廢物 (MSW)進行預處理，從中分離并回收可生物降解餾分；b)將從步驟a)得到的可生物降解餾 分送入厭氧消化過程，在此得到生物氣和液體廢棄物，并回收包含甲烷的生物氣；以及c) 將步驟a)的從中分離了可生物降解餾分的廢物的剩余部分的至少一部分在熱解單元進行 熱解。
[0003] 另外，W02010/135818中公開了從可熱解有機材料形成熱解生物碳的方法。該方 法采用碳化循環，在整個循環中推進各個原料區段。據稱，該方法有利于用戶在整個循環中 操縱原料的推進速率，按用戶所需選擇性地對來自熱解原料的揮發物進行收集，選擇性地 將預定的原料區段暴露于收集的揮發物，并且進行熱回收和重新分配。該方法使得能夠獲 得可定制的生物碳產品。
[0004] 如上所述，本發明涉及加工和精煉殘留產品，例如淤渣、消化殘留物、廢物等，以制 備富營養型生物炭的方法。本發明的一個目標在于提供一種既節省成本又能獲得優化的生 物炭產品的方法，該生物炭產品不含多余的輸入物質，但同時又具有高含量的養分輸入，例 如磷。

【發明內容】

[0005] 上述目的通過處理殘留產品以制備生物炭的方法來實現，所述方法包括：
[0006]-提供殘留產品材料，所述材料至少包含磷；所述方法還涉及
[0007] -至少在低含氧環境中，在800-1100°C的溫度下對殘留產品材料進行熱處理，以 分離至少還包含鎘（Cd)(如果存在）的料流中的揮發物，并制備至少包含磷的富營養型生 物炭。
[0008] 關于本發明的
【發明內容】
，除其他外可大致提到如下內容：
[0009] 除磷以外，殘留產品材料還可包含數量可觀的其他植物營養素，例如鉀。
[0010] 可以進一步說，"低含氧環境"的表述可以（例如）意味著或被定義為"沒有氧氣 供應"或"沒有空氣供應"。因此，根據本發明的一個具體實施例，所述熱處理是熱解，其中 熱解意味著沒有氧氣供應。
[0011] 另外，應該指出的是，文中有時使用的"生物碳"是"生物炭"可能的同義詞。
[0012] 還應該指出的是，"殘留產品"的表述根據本發明旨在表達所有可能的、經消化和 未經消化的原始材料，例如淤渣、消化殘留物、廢物、糞肥等。
[0013] 原始材料的干物質水平為15-40%，例如20-30%，如20-25%或25-30%，如約 25%〇
[0014]根據本發明，熱處理中的溫度范圍對于以下方面非常重要：破壞致病物質、有機殘 留物如藥劑殘留物、激素和有機污染物；確保借助揮發性料流驅使重金屬如鎘（Cd)分離 出；以及在生物炭產品中提供至少高養分含量磷（P)而不產生其他多余的副產品。此類多 余的副產品為（如）多環芳烴（PAH)。如果熱處理中使用的溫度過低，則鎘不會蒸發，也不 能夠分離。如果使用的溫度過高，磷也會與（如）鎘一起蒸發。此外，低含氧環境或差不多 無氧的環境對于抑制PAH的形成是有意義的。
[0015]另外，當采用熱解或熱解類似的條件以及相對較高的溫度時，鎘的分離會好得多。 比如，如果使用低氧環境和約850°C的熱解溫度，則所有的鎘都會出現在揮發性料流/分離 出的氣相中。
[0016]CN1012173931中公開了動物糞肥碳肥料的制備方法。使用的原材料是動物糞肥。 動物糞肥碳肥料的制備方法包括以下步驟：a.混合有機顆粒；b.干燥制粒；c.實施碳化處 理；d.水冷；e.篩選；以及f.返混與制粒。據稱，通過在高溫和低氧環境下加熱動物糞肥， 動物糞肥中包含的有機物會轉化成生物碳。
[0017] 如上所述，根據本發明的方法中使用的溫度范圍對于確保揮發性料流的分離非常 重要，所述揮發性料流帶有生物炭中不期望存在的物質。所述不期望存在的物質的一個重 要例子是鎘。CN1012173931中未公開或提出溫度范圍與揮發物的分離，或它們的相關性。
[0018] 另外，JP2006088020中公開了從污水淤渣獲得的碳化產品的穩定化處理方法。該 方法包括對污水廢水處理后生成的濃縮淤渣中的脫水淤渣進行熱風干燥，再對干燥的淤渣 進行干餾處理，以便制備碳化產品。將干燥作業之前或之后的脫水淤渣與能使有害物質穩 定的無機化學品混合。
[0019] 相較于CN1012173931，JP2006088020中提供了較高的溫度，但即使如此，JP 2006088020中公開的方法也并未涉及分離揮發性料流以確保（如）鎘等的分離。相反，根 據JP2006088020所述的方法涉及這樣的步驟：將材料與能使有害物質穩定的無機化學品 混合，從而得到抑制此類物質存在的料流。這與本發明不同。
[0020] 此外，US8361186中公開了用于使生物質熱解的方法、裝置和系統。除其他外，US8361186中未提及或提出例如本發明所公開的帶有（如）鎘（如果存在）的揮發性料流的 分離。此外，US8361186實際上還提議比根據本發明可采用的溫度更低的溫度范圍。
【附圖說明】
[0021] 在圖1中，示出了根據本發明的一個實施例的方法流程的例子。
【具體實施方式】
[0022] 下文給出了本發明的具體實施例。
[0023]本發明的一個獨有特征在于，從冷凝器輸出的液體事實上含有組合物并且被用作 有價值的產品和資源。在處理殘留材料如淤渣等的對應設施中，對應的料流僅被當作要沉 積的物質等來處理。事實上，根據本發明的從冷凝器輸出的液體流是富氮液體，因而是一種 營養產品液體。另外，該富氮冷凝液還具有相對高的pH值。這是個優勢，使得有可能在氮 提取設施中在汽提過程之前將該冷凝液與其他富氮料流相結合。這樣，對于可升高pH值的 添加物的需求得以降低。
[0024] 此外，根據本發明，如果氮在液體中的水平是關注點，可對其進行控制。所述控制 的一種方式是使用添加物。因此，根據本發明的一個具體實施例，在熱處理前加入pH調節 性添加物。通過（例如）使用可升高pH值的添加物，可以提高所述液體輸出流中存在的氮 的水平。如果使用可降低pH值的添加物，則可以提高熱處理后僅次于磷的氮的水平。應該 再次清楚地指出，為符合排放到接受器的閾值，必須以相當高的成本將氮從富氮液體殘留 物中移除，通常僅在這方面將富氮液體殘留物視作問題。
[0025] 重要的是要認識到，根據本發明，其他添加物也是可能的。其例子是輔助燃料或 含氯材料，前者將在下文進一步討論，而后者是腐蝕性材料，可能導致使用過的設備出現問 題。氯化物質，例如氯化鈣，可以適當地用作熱處理步驟之前或期間的添加物，以適當地確 保一些多余物質的分離程度增大，使得制得的生物炭組合物中這些多余物質的水平較低。 當使用氯化物時，存在鉀隨揮發物一起被移除的風險。因此，可使用結合鉀的添加物。其例 子是不同的硅酸鹽，例如硅酸鋁，如高嶺土。另外，如果使用氯化物，一些天然包含硅酸鹽的 殘留產品材料可具有積極效果。因此，根據一個具體實施例，在熱處理前加入含氯材料和硅 酸鹽中的至少一種添加物。如前所述，硅酸鹽也可存在于使用過的原始材料中。此外，也可 以在干燥作業之前加入氯化物和/或硅酸鹽。
[0026] 如上所述，熱處理中的溫度范圍在本發明的方法中十分重要。根據一個實施例，在 800-1000°C的溫度下進行熱處理。此外，可借助不同的技術進行熱處理，但需要考慮一些重 要的方面。第一方面是要排除例如固體燃料鍋爐中的常規氧化燃燒。使用本文所公開的材 料時，此類燃燒可產生不期望的副產品，并且還會形成顆粒材料。根據本發明的一個實施 例，在熱處理中分離的揮發物不含顆粒材料，相較于使用常規焚燒的方法，這是一個積極特 征。
[0027] 關于熱處理的第二方面是，要提供能將含氧量控制在非常低的水平，優選地抑制 含氧量的技術。因此，氣化是可以使用的一種技術，但其具有產生PAH的風險。根據一個具 體實施例，熱解消除了上文所公開的幾個問題。因此，根據一個實施例，熱處理為熱解。不 同形式的熱解均是可能的，例如閃速熱解或如真空驅動型熱解。若熱處理形式為熱解，則在 選擇熱解形式時主要關注的方面是設備的成本、在特定過程中需要的條件等。在根據本發 明的常規方法中，常規熱解機構和設備應是完全可以使用的。
[0028] 如上所述，根據本發明的熱處理可涉及破壞致病物質、有機殘留物如藥劑殘留物、 激素和有機污染物（如果存在）。
[0029] 另外，如上所述，根據本發明可在不同的步驟中使用添加物。添加物的一個例子是 輔助燃料。因此，根據一個實施例，在干燥作業和/或熱處理之前或期間加入輔助燃料。輔 助燃料是與在這種情況下被干燥或熱解的輸入材料相比具有更高的能量值的材料。
[0030] 根據一個具體實施例，在熱處理之前或期間加入稻草或馬糞。這兩類添加物都可 用作比如熱解步驟之前或期間的輔助燃料。由于稻草被用作馬匹的草墊，因此馬糞中也包 含許多存在于稻草中的物質。這兩種類型的材料都富含鉀（K)，這對于根據本發明的生物炭 最終產品也是有意義的。
[0031] 作為例子可能提及，根據本發明可在熱解步驟之前將馬糞肥與干燥的淤渣混合。 這可制備富含磷和鉀兩者的生物炭產品，并且