《基于炭基材料生产关键技术的木质废弃物处理体系构建与产业开发》

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该项目属于木质废弃物资源化利用领域。

中国是农林业大国,每年木质废弃物产量超过6亿吨,但资源利用率低、转换利用技术落后的问题严重制约了林产经济的竞争力。木质废弃物的高值化、全量利用已构成农林业可持续发展的瓶颈性难题。为此,国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)将“重点研发高效、低成本、大规模农林生物质转化关键技术”列为优先主题,木质废弃物处理与资源化利用已成为重要的国家战略。

以活性炭、炭基肥为代表的炭基产品具备彻底解决木质废弃物规模化、高值化利用的潜力。国家林业产业发展“十三五”规划更是将推动生物质炭、肥等产品应用于农业生产、土壤改良等作为重点建设领域。但是,原料的复杂多变、炭产品的品质、成本以及规模化出路等问题,限制了整个技术在木质废弃物加工领域的推广。打通从多样性的原料到炭基产品低成本转化的技术链,是迫切需要解决的“卡脖子”问题。

该项目在国家863计划、国家自然基金等项目支持下,以低质炭取代复合肥填充料为突破口,在解决三个核心关键难题的基础上,实现了木质废弃物原料生物造孔、低能耗制炭工艺、炭基缓释肥产品开发等方面的重大创新,构建具有自主知识产权的“基于炭基材料生产关键技术的木质废弃物处理体系”并实现产业化。该项目主要创新点如下:

1、首创了微生物造孔技术,开发了复合微生物造孔和活化剂磷酸盐渗透耦合技术,实现了炭化工艺入炉原料的同质化,解决了制炭工艺的原料适应性难题,突破了原料限制,将炭产业的原料范围极大地扩展到低质废弃物,并率先实现了木质纤维素废弃物生物造孔技术的工业化应用。处理后炭基材料孔隙率提高22-36%,制炭温度降低150-200℃。

2、开发了自热式一步法制炭工艺,实现了木质废弃物生产活性炭的提质降耗,解决了活性炭产品均一性和质量稳定性问题。实现了水煤气反应和氧化反应同步进行,保证了活性炭产品质量的均一稳定,碘吸附值增加30%以上;建立了一步法制炭工艺,实现了炭化-活化的同步进行,较传统工艺降低能耗30-40%;形成了自主知识产权的创新工艺和成套装备并推广应用。

3、提出生物炭原位活化转化复合肥缓释骨架料的新方法,实现了复合肥工艺中填充料的完全替代,为低质木质废弃物的全量转化炭产品提供了产业出口。优化了高塔乳化溶体造粒工艺,提高了基肥在炭孔中的渗透量和渗透深度,提升缓释肥性能15-20%;围绕土壤和农林作物需要,开发了20余种炭基肥产品,解决了木质废弃物的肥料化利用问题。

该项目获得发明专利11项、实用新型专利4项,发表学术论文30余篇。产业化实施后,近三年累计新增经济效益16.4亿元,新增利税超过2.5亿元。利用木质废弃物40万吨,生产活性炭3.2万吨,炭基肥料超过50万吨,减少CO2排放70万吨。项目技术创新得到岑可法院士等国内知名专家的高度认可,解决了木质废弃物“生产加工”与“完全消化”严重脱节、无法从总量上根本处理的难题,为规模化处理提供了成熟可借鉴的技术途径,有力地促进了木质废弃物处理处置及资源化利用领域的技术进步。

成果说明

该项目所开发的基于炭基材料生产关键技术的木质废弃物处理体系与产业化,拥有完全自主知识产权,经过中试和技术改良,通过产学研结合模式,由合作企业对研究成果进行了市场推广。(1)青岛冠宝林活性炭有限公司应用项目成果开发了自热式活性炭生产装置,单体生产能力500kg/d~3t/d系列化成套生产线,累计推广生产线210台套,处理利用木质废弃物超过40万吨。(2)徐州市芭田生态有限公司利用低质农林废弃物生产的生物炭作为复合肥骨架料,完全替代了填充料使用,开发了炭基复合肥、有机肥、缓控释肥等20余个系列肥料产品,并壮大

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