本發(fā)明屬于生物，具體涉及一種利用酒糟制備富氮液肥和水熱炭的方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、酒糟是釀酒輕工業(yè)的主要副產(chǎn)物，是以谷物、水果含糖原料經(jīng)發(fā)酵、蒸煮等工序，提取籽實(shí)中可溶性碳水化合物后的剩余固體殘?jiān)饕譃槠【圃愫桶拙圃銉纱箢?。酒糟是一類典型的輕工有機(jī)固廢，初始含水率高，超過80wt.％，富含易腐有機(jī)質(zhì)，容易變質(zhì)滋生細(xì)菌、病原菌等。然而，干基酒糟又富含蛋白質(zhì)和木質(zhì)纖維素，灰分和硫含量低，可視為被集中了的碳源和氮源，分別達(dá)45-50wt.％和3-5wt.％，屬于優(yōu)質(zhì)生物質(zhì)范疇。如何實(shí)現(xiàn)這類巨量且逐年遞增的高濕富氮木質(zhì)纖維類生物質(zhì)廢棄物的有效處置利用，減輕企業(yè)負(fù)擔(dān)，降低環(huán)境影響，已成為企業(yè)亟待解決的痛點(diǎn)和社會(huì)普遍關(guān)注的熱點(diǎn)。

2、目前，圍繞酒糟的本質(zhì)屬性，定位在熱化學(xué)資源化，采用水熱技術(shù)將其轉(zhuǎn)化為高值產(chǎn)品是一種可行且有潛力的處置利用方式。現(xiàn)有技術(shù)主要集中在水熱耦合其他手段制備生物炭、活性炭、生物燃?xì)?、碳量子點(diǎn)等，應(yīng)用于供熱、儲(chǔ)能、吸附等領(lǐng)域。cn113549465a公開了一種采用水熱碳化技術(shù)聯(lián)合處置酒糟與塑料垃圾的方法，獲得了水熱炭高值固體燃料，熱值達(dá)32.7-34.97mj?kg-1。cn109628158b授權(quán)了一種將酒糟經(jīng)過包括水熱碳化在內(nèi)的分級(jí)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化方法，實(shí)現(xiàn)原料氮組分的源端減量和氣相氮污染物轉(zhuǎn)化的過程控制，得到了氮污染物濃度低于20ppmv的高值生物燃?xì)?。cn117645850a公開了一種酒糟水熱炭通過分散和交聯(lián)處理的方法，得到了用于人造板材領(lǐng)域的無醛膠粘劑，濕粘結(jié)強(qiáng)度達(dá)1.35mpa。這些技術(shù)雖然提供了酒糟固相水熱炭資源化的多種方案，但普遍存在缺陷：均忽略了水熱過程所產(chǎn)生的大量水熱液的處置利用，對于高含水率的酒糟而言，采用水熱技術(shù)實(shí)現(xiàn)資源化，水熱液的有效處置或利用是制約經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性和工程放大的關(guān)鍵所在。cn114772578b授權(quán)了一種將酒糟衍生水熱炭和水熱液分別經(jīng)koh活化和冷凍干燥，轉(zhuǎn)化為電容炭和碳量子點(diǎn)的方法，以實(shí)現(xiàn)酒糟的高值化回收利用。該方法雖然兼顧了水熱兩相產(chǎn)物的利用，但于實(shí)際應(yīng)用而言缺陷十分明顯：電容炭比電容量太低，含碳量子點(diǎn)的水熱液干燥耗能巨大。cn110241142a提及了一種水熱碳化耦合厭氧消化聯(lián)產(chǎn)甲烷和高氨氮炭基肥的方法，此方法存在類似問題：采用生物炭去清潔經(jīng)厭氧消化后水熱液，制得清水回用，生物炭的吸附能力顯然不能與大量水解液氨氮的去除相匹配，且水熱液的生化處理方法效率低下，無法實(shí)現(xiàn)水熱液相的清潔高效處置。

3、綜上，采用水熱技術(shù)實(shí)現(xiàn)酒糟的清潔高效全組分利用，勢必要兼顧水熱炭和水熱液的有效處置，兩類產(chǎn)物應(yīng)用場景的選擇至關(guān)重要，此外，對于富含蛋白質(zhì)和木質(zhì)纖維素的酒糟而言，碳氮組分的兩相遷移、轉(zhuǎn)化與分配是賦予兩類產(chǎn)物功能化特征的關(guān)鍵，水熱條件也是影響兩相產(chǎn)物無毒無害的重要因素，現(xiàn)有技術(shù)并未充分考慮到這一點(diǎn)，也無法真正應(yīng)用到工程場景中。因此，有必要進(jìn)一步開發(fā)清潔高效的水熱技術(shù)，調(diào)控碳氮組分在產(chǎn)物中價(jià)值化遷移轉(zhuǎn)化，為固液兩相產(chǎn)物找到合適的應(yīng)用出口，以實(shí)現(xiàn)酒糟的全組分利用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明提出一種利用酒糟制備富氮液肥和水熱炭的方法。

2、本發(fā)明還提出一種富氮液肥。

3、本發(fā)明還提出上述富氮液肥的應(yīng)用。

4、本發(fā)明還提出一種水熱炭。

5、本發(fā)明還提出上述水熱炭的應(yīng)用。

6、本發(fā)明還提出一種促進(jìn)種子萌發(fā)的方法。

7、本發(fā)明還提出一種促進(jìn)植物生長的方法。

8、本發(fā)明還提出一種利用酒糟制備富氮液肥和水熱炭的工藝系統(tǒng)。

9、本發(fā)明還提出一種上述工藝系統(tǒng)的應(yīng)用。

10、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提出了一種利用酒糟制備富氮液肥和水熱炭的方法，所述方法包括以下步驟：

11、s1、將酒糟和鈣基調(diào)理劑加入水熱釜中，通入蒸汽后，于160-210℃下進(jìn)行熱水解反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為30-45min；

12、s2、將熱水解反應(yīng)得到的產(chǎn)物進(jìn)行固液分離，收集液相和固相，液相即為富氮液肥，固相即為水熱炭。

13、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述富氮液肥為富含氮的液體肥料。

14、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述鈣基調(diào)理劑包括生石灰、磷石膏、貝殼粉和鈣基膨潤土中的至少一種。

15、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述酒糟包括啤酒糟和白酒糟。

16、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述酒糟的含水率為70-80％。

17、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述酒糟的含水率為75％。

18、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述酒糟與鈣基調(diào)理劑的添加質(zhì)量比為1：0.0125-0.075。

19、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述蒸汽的溫度為180-220℃。

20、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述熱水解反應(yīng)的原料還包括水。

21、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述蒸汽的輸入量為水的1-2.5倍。

22、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述固液分離采用壓濾機(jī)進(jìn)行。

23、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述壓濾機(jī)為板式壓濾機(jī)。

24、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，還包括對液相依次進(jìn)行調(diào)節(jié)ph、過濾和濃縮的步驟。

25、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述調(diào)ph采用的調(diào)節(jié)劑包括乙酸、磷酸和氨水。

26、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述ph為6.0-7.5。

27、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，還包括對固相進(jìn)行干燥的步驟。

28、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述干燥采用來自鍋爐的600-700℃的煙氣直接接觸換熱進(jìn)行干燥。

29、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，干燥后的固相的含水量低于20wt.％。

30、根據(jù)本發(fā)明的第二方面提出了一種富氮液肥，由上述方法制備得到。

31、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述富氮液肥的氮含量為200-300mg/l。

32、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述富氮液肥的氮含量為230-280mg/l。

33、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述富氮液肥的氮含量為250mg/l。

34、根據(jù)本發(fā)明的第三方面提出了上述富氮液肥的應(yīng)用，所述應(yīng)用為在促進(jìn)植物種子萌發(fā)中的應(yīng)用。

35、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述應(yīng)用為在提高植物的鮮重和/或干重中的應(yīng)用。

36、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述應(yīng)用為在促進(jìn)植物生長中的應(yīng)用。

37、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述植物包括但不限于大豆或水稻。

38、根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提出了一種促進(jìn)植物種子萌發(fā)的方法，所述方法包括以下步驟：將上述富氮液肥作用于植物種子。

39、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述植物包括但不限于大豆或水稻。

40、根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提出了一種促進(jìn)植物生長的方法，所述方法包括以下步驟：將上述富氮液肥作用于植物。

41、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述植物包括但不限于大豆或水稻。

42、根據(jù)本發(fā)明的第六方面提出了一種水熱炭，由上述方法制備得到。

43、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述水熱炭的含水率低于20wt.％。

44、根據(jù)本發(fā)明的第七方面，提出了上述水熱炭的應(yīng)用，所述應(yīng)用為在作為燃料中的應(yīng)用。

45、根據(jù)本發(fā)明的第八方面，提出了一種利用酒糟制備富氮液肥和水熱炭的工藝系統(tǒng)，所述工藝系統(tǒng)包括熱水解單元、固液分離單元、液相濃縮單元、干燥單元和燃燒供熱單元；

46、所述熱水解單元利用燃燒供熱單元提供的高溫蒸汽對酒糟進(jìn)行熱水解反應(yīng)，得到反應(yīng)液；

47、所述固液分離單元用于將熱水解單元得到的反應(yīng)液進(jìn)行固液分離，得到液相和固相；

48、所述液相濃縮單元用于調(diào)節(jié)所述固液分離得到的液相的ph，將調(diào)節(jié)ph后的液相依次進(jìn)行過濾和濃縮得到富氮液肥；

49、所述干燥單元利用干燥裝置，以及來自燃燒供熱單元的溫度為600-700℃的煙氣與所述固液分離得到的固相進(jìn)行接觸換熱，得到含水率低于20wt.％的水熱炭；

50、所述燃燒供熱單元利用燃料和/或上述干燥單元得到的水熱炭進(jìn)行燃燒，產(chǎn)生高溫?zé)煔猓凰龈邷責(zé)煔馔ㄟ^加熱供水裝置中的水，產(chǎn)生180-220℃的蒸汽供給熱水解單元后，高溫?zé)煔庾優(yōu)?00-700℃的煙氣，進(jìn)入干燥單元。

51、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述酒糟包括啤酒糟和白酒糟。

52、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述酒糟的含水率為70-80％。

53、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述酒糟的含水率為75％。

54、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述熱水解反應(yīng)還包括加入鈣基調(diào)理劑。

55、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述鈣基調(diào)理劑包括生石灰、磷石膏、貝殼粉和鈣基膨潤土中的至少一種。

56、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述酒糟與鈣基調(diào)理劑的添加質(zhì)量比為1：0.0125-0.075。

57、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述熱水解單元包括原料罐、藥劑罐、預(yù)反應(yīng)罐、清水罐和水熱釜，其中，原料罐供給酒糟，藥劑罐供給鈣基調(diào)理劑，清水罐供給清水，預(yù)反應(yīng)罐將來自原料罐的酒糟、藥劑罐的鈣基調(diào)理劑、清水罐的清水進(jìn)行混合后，轉(zhuǎn)入水熱釜中進(jìn)行水熱反應(yīng)。

58、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述水熱釜為兩釜交替式間歇反應(yīng)釜。兩釜交替式間歇反應(yīng)釜具體為一釜在反應(yīng)階段時(shí)，另一釜在裝料或卸料，保證蒸汽能持續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)。

59、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述固液分離單元包括壓濾機(jī)。

60、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述壓濾機(jī)包括板式壓濾機(jī)。

61、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述液相濃縮單元包括液相調(diào)質(zhì)罐、過濾裝置和濃縮裝置。

62、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述液相調(diào)質(zhì)罐用于調(diào)節(jié)所述液相的ph。

63、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述調(diào)ph采用的調(diào)節(jié)劑包括乙酸、磷酸和氨水。

64、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述ph為6.0-7.5。

65、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述濃縮裝置為膜濃縮裝置。所述膜濃縮裝置用于提純富氮液肥，膜濃縮裝置得到的清水轉(zhuǎn)入熱水解反應(yīng)的清水罐中。

66、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述干燥單元包括干燥裝置和空氣預(yù)熱器。

67、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述干燥裝置包括滾筒干燥機(jī)。

68、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述空氣預(yù)熱器用于將換熱得到的低溫?zé)煔膺M(jìn)行熱助燃。

69、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述空氣預(yù)熱器包括管式換熱器。

70、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述燃料包括煙煤、無煙煤和褐煤中的至少一種。

71、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述燃料為褐煤。

72、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述褐煤的含水率為15-20wt.％，熱值為4881-5186kcal/kg。

73、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述低溫?zé)煔獾臏囟葹?00-300℃。

74、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述干燥單元還包括引風(fēng)機(jī)和布袋除塵器，將熱助燃后的煙氣進(jìn)行除塵。

75、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述燃燒供熱單元包括鍋爐、燃料預(yù)混倉。

76、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述鍋爐為循環(huán)流化床鍋爐。

77、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述燃燒供熱單元還包括供水裝置，利用鍋爐提供的高溫?zé)煔饧訜崴龉┧b置，提供穩(wěn)定的高溫蒸汽給熱水解單元。

78、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述高溫蒸汽的溫度為180-220℃。

79、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述燃燒供熱單元提供煙氣的管道設(shè)有溫度傳感器。

80、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述燃燒供熱單元提供高溫蒸汽的管道設(shè)有蒸汽流量計(jì)。

81、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述燃料預(yù)混倉中設(shè)有地泵進(jìn)行稱量重量。

82、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述燃燒供熱單元將固相水熱炭配備一定比例的煤，在鍋爐燃燒產(chǎn)生熱能，主要用于兩方面：以高溫蒸汽形式為水熱反應(yīng)提供所需能量和反應(yīng)介質(zhì)，以中高溫?zé)煔庑问竭M(jìn)行水熱炭的干燥。該工藝通過兩部分熱量供給的精準(zhǔn)控制，在少量煤輔助燃料的投入下，能維持系統(tǒng)能量的自給；此外，燃燒過程中，通過固相水熱炭所含鈣基組分的催化作用，與煤混燃的正協(xié)同效應(yīng)，能雙重抑制水熱炭中所含氮組分到氣相氮污染物的轉(zhuǎn)化，從而控制尾氣中氮氧化物的排放，該工藝末端煙氣處理只需簡單的除塵措施即可達(dá)標(biāo)排放，做到真正節(jié)能減排。

83、根據(jù)本發(fā)明的第八方面，提出了上述工藝系統(tǒng)的應(yīng)用，所述應(yīng)用為在制備富氮液肥和水熱炭中的應(yīng)用。

84、根據(jù)本發(fā)明的一些的實(shí)施方式，至少具有以下有益效果：本發(fā)明方案的方法通過鈣基調(diào)理劑和熱力條件的耦合作用，在較溫和水熱條件下使廢棄酒糟主要組分(碳、氮)有效分配于兩相，賦予兩相價(jià)值化角色，一方面，通過對固相強(qiáng)化的提質(zhì)降氮作用，使水熱炭具備低氮高值燃料性能；另一方面，不穩(wěn)定的碳氮組分分解溶解于液相，同時(shí)有效避免碳氮組分的二次雜環(huán)化和芳構(gòu)化反應(yīng)，使液相富集營養(yǎng)成分，具有無毒肥效性能。通過優(yōu)化鈣劑調(diào)理劑和熱力因素的耦合條件，能可使酒糟水熱兩相產(chǎn)物均具備資源化潛力，從而實(shí)現(xiàn)廢棄酒糟的全組分利用。

85、且本發(fā)明方案采用間歇活性熱水解工藝，結(jié)合優(yōu)選的膜濃縮、板式壓濾、滾筒干燥、循環(huán)流化床燃燒，借助少量外界補(bǔ)給的輔助燃料和軟水，滿足廢棄酒糟水、碳、氮等組分的內(nèi)部自循環(huán)和價(jià)值化，實(shí)現(xiàn)零副產(chǎn)物生成的酒糟就地消納，適應(yīng)于10-50t/d酒糟生產(chǎn)規(guī)模的中小型酒廠。