糠醛废渣综合利用原理

 

一、生产活性炭

以玉米芯为原料硫酸法生产糠醛为例，其废渣组成的一个典型分析结果为：腐植酸 11.63%，木质素37.88%，纤维素 35.84%，多缩戊糖2.05%，磷(P2O5)0.36%，钾1.18%，氨 0.61%，醋酸 3.34%，游离酸(SO42-) 1.27％，pH为2.1。另糠醛渣的理化性质经室内化验分析:糠醛渣粒径2～3mm ,容重0. 35～0.42g/ cm3 ,有机质含量764.50～781.30g/ kg ,全氮4.50～5. 20g/kg ,全磷0.72～0.74g/ kg , 全钾12.20～15.48g/ kg。碱解氮328～533mg/ kg， P2O5109～393mg/kg，K2O700～750mg/kg。有效硼、锰、锌、铁含量分别是1.50 、9.80 、1.24 、14.20 μg/ g，游离酸35.00～42.10g/kg ,pH 值1.86～3.15 。因糠醛废渣中所含的多缩戊糖、纤维素及木素等组分使废渣具有一定的粘性，故在不外加粘结剂的条件下，可加压成型成型后的颗粒在高温下炭化，此时，渣中的纤维素与木质素等有机物发生脱水反应，并伴随C一O一C键断裂，H2O、CO2及烷烃等挥发性物质大量逸出，使其中碳的相对含量不断增大。与此同时，颗粒体积收缩，强度不断提高，最终形成坚硬的炭粒。在高温活化时，炭化后的颗粒具有很高的反应活性，与活化所用的气体(水蒸汽或CO2)进行强烈反应，随着活化反应的不断深化，微孔不断增多，从而形成比表面很大、强度很高的活性炭。
 

废渣水分的高低对生产出的活性炭影响很大。因水分含量高，易加压成型，但成型后过于粘软，在炭化时，当大量水蒸汽排出后，会形成较多的初孔，使堆积密度较低。当水含量大于50%时，堆积密度会低于500克／升。初孔过多有利于活化，但炭粒强度有所下降。废渣含水量低，成型压力需要提高。一般含水量在35—45％范围内较为适宜。在350℃时，废渣中的有机物开始大量分解 炭化炉加料温度为220℃，加料后， 10℃／分的速度升温到430℃，在此温度下保持35分钟，即完成炭化过程。活化介质为水蒸汽时，活化温度一般在840℃ 以上。为提高反应速度，可适当提高反应温度。当烧失率达到45一55％时，碘值可达到910毫克／克以上，苯吸附率可达86%以上， 亚甲蓝吸附量可达150毫克／克以上。当烧失率达到60％时，部分微孔被破环，碘值与亚甲蓝吸附量都开始下降，糠醛废渣生产的活性炭的比表面一般可达1000平方米／克以上，微孔发达，微孔孔容占总孔容的60%，总孔容积为0.9375立方厘米／克，约8吨糠醛废渣可生产1吨活性炭。
 

二、用于改良土壤

糠醛废渣是强酸性的，含有大量有机物质，还含有植物生长所需的营养素——氮、磷与钾，这就决定了此废渣可能成为改良碱化土壤的廉价有效的改良剂。实际结果表明，以糠醛废渣为主，外加石膏等物质构成改良剂，施予碱化土后，土壤的物化性质均向好的方向转化，增产29.6～ 57.6％。通过分析增产的主要原因是废渣的酸性中和了土壤的碱性，促使石灰性土壤的CaCO3中Ca2+的活化，并与碱化土壤胶体吸附的Na﹢进行交换，降低了代换性Na﹢含量。腐植酸不仅有较强的离子交换能力，还具有表面吸附作用与凝聚胶溶作用。因而施用废渣后对改良±壤结构、增加土壤透气性及降低碱化度等均有良好的作用此外，施用废渣后， 土壤中全氮增加了25．8—42.9% ，速效磷增加了143.6～191．7%，土壤有机质增加了32．84～ 36．5%。
 

每亩碱化土壤施用废渣量一般为120～500公斤。为在非碱性土壤中施入糠醛废渣，可在渣中加入碳酸氢铵或氨水，使渣的酸度被缓解，其中的硫酸根(对硫酸法废渣而言)转化成硫酸铵，起到一定的保氮作用。根据渣的酸度不同，每百公斤渣可加l1～16公斤碳酸氢铵和55～60公斤水，渣的pH可达到8.0左右。充分搅拌放置三天后，待pH降到7.0左右时即可施用。另外用重磷酸钙为催化剂，以玉米芯或蔗渣为原料加压水解生产糠醛（糠醛得率高，能耗低，设备不需防腐）。此法产生的糠醛废渣是良好的腐植酸磷肥，这种肥料适用于各种土壤，每生产1吨糠醛可得磷肥12～16吨。
 

三、用作燃料

糠醛废渣的碳含量为49～64.0％、水份22.05％、全水份28.57％、灰份2.97％、蒸发份49.53％、低位发热值13930 kJ／kg、含硫1.08％、氢含量为5.0～5.4％ ，干玉米芯糠醛废渣发热量为4473大卡／公斤 。对于一个以玉米芯为原料的糠醛产量为200O吨／年的工厂，如果用渣烧锅炉，炉的热效率为75%， 则每小时可产生35公斤／平方厘米的蒸汽9.7 吨。测试结果表明，氧化物总含量可达6%以上。
 

锅炉烧糠醛废渣有两种方式： 一种是把渣与煤按一定比例混在一起作为燃料（煤质越好且渣含水率越低，则这个比值可以越大，但是煤与渣混台后的湿度不宜太低，否则飞尘损失太大）即混烧法；另一种是不用煤，单用渣作为燃料（需要与之相适应的锅炉，并且还须控制渣的含水量为20%～32%，为此要设置一套用锅炉烟道气干燥废渣的附属系统）即全烧法；全烧渣法应注意；因硫酸法糠醛废渣含有微量硫酸，烧渣代煤存在炉内结焦问题，应在炉膛内温度远高于硫酸蒸汽的露点，排烟温度也高于此露点。再有废渣可通过热化学方式转化为气体和液体燃料。一般有3种方式：一是高温热解，即将废渣干燥后放人密闭容器中，在隔绝空气或通入少量空气的条件下加热，使废渣分解为木焦油、木炭和木煤气等产品。根据加热升高温度的速度不同，可分为慢速裂解和快速裂解。温度越高，加热速率越大，热解速度越快，产物中液体含量越高。大于750℃的快速热解可产生高达72％的液体产物，精制后的原料油具有能量密度高、无污染、便于运输等优点。二是生物质气化技术，即将干燥后的废渣放入煤气发生器中，点燃后通入少量空气和水蒸汽在不完全燃烧的情况下将废碴中的碳、氢、氧元素变成由一氧化碳、氢气、甲烷等组成的可燃气体。除去灰分、焦油等物质，就可成为清洁的煤气。每公斤废渣可产出2.5立方米的可燃气。4口之家的农户每天的炊事用能有3公斤废渣的可燃气即可满足，能源利用效率提高两倍以上。三是加氧热解，即在废渣热解过程中通入氢气就可制取热值很高的可燃气体。
 

四、厌氧发酵制取沼气、减少污染

将糠醛渣稀释后的酸性液体或把这种酸液与造纸厂排出的黑色碱液混合后，经过滤、沉淀等前处理装置后进入厌氧消化系统，中温发酵35—6O天，这样废水得到初步治理。所产沼气和经沉淀脱水的木质素又可作为能源或其他用途。这也是目前处理造纸黑液的一种有效方式。糠醛渣除可用于能源原料外，还具有制取生物有机肥料、栽培食用茵、制作纤维板、草板等多种用途。