Комплексный способ использования биомассы, содержащей аморфный диоксид кремния

Авторы патента:

ЧЖАН Яньфын (CN)

ЦАО Минься (CN)

ЛИ Хун (CN)

РАО Ци (CN)

C01B33/12 - диоксид кремния; его гидраты, например чешуйчатая кремниевая кислота

Владельцы патента RU 2579447:

УХАНЬ КАЙДИ ИНДЖИНИРИНГ ТЕКНОЛОДЖИ РИСЕРЧ ИНСТИТЬЮТ КО., ЛТД. (CN)

Изобретение относится к утилизации биомассы, содержащей аморфный диоксид кремния. Способ получения аморфного кварца из рисовой шелухи, содержащей аморфный кварц, включает промывку рисовой шелухи водой, сушку, пиролиз в анаэробных условиях при 600-1000 градусах Цельсия, сбор пиролизных газов. Далее проводят обработку твердого остатка пиролиза соляной, серной или азотной кислотой при их концентрации 3-10% масс. и прокаливают твердый остаток в аэробных условиях при 500-800 градусах Цельсия. Собранный пиролизный газ возвращают в производство. Изобретение обеспечивает экологичность процесса и снижение энергопотребления. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 пр.

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0001] Изобретение касается применения биомассы и более конкретно - cпособа получения аморфного кварца (диоксида кремния) из биомассы.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Несмотря на то, что кварц в изобилии имеется в природных ресурсах, высокочистый аморфный кварц практически не встречается. Традиционные способы получения аморфного кварца из неорганических материалов характеризуются высокими издержками производства, большим потреблением энергии и значительным загрязнением окружающей среды. Китайский Патент № ZL0280729.X раскрывает способ получения аморфного кварца высокой чистоты из биомассы, такой как рисовая шелуха, при этом степень использования органических веществ и энергии довольно низкая.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Одной из задач настоящего изобретения является создание способа получения аморфного кварца из биомассы.

[0004] Для достижения вышеупомянутой цели в соответствии с одним воплощением изобретения предлагается способ для получения аморфного кварца из биомассы. Способ включает пиролиз биомассы в анаэробных условиях с получением пиролизного газа и твердых остатков, сбора пиролизного газа и прокаливания твердых остатков в анаэробных условиях с получением аморфного кварца.

[0005] В отдельном частном варианте настоящего изобретения биомасса, содержащая аморфный кварц, является рисовой шелухой.

[0006] В предпочтительном варианте настоящего изобретения способ далее включает стадию A: кислотную промывку и сушку биомассы перед пиролизом биомассы или стадию B: кислотную промывку и сушку биомассы после пиролиза биомассы. Кислотная промывка и сушка биомассы перед пиролизом биомассы может обеспечить преобразование содержащихся в ней металлических элементов в растворимые металлические соли, что облегчает их удаление водной промывкой. Кроме того, уменьшается содержание длинноцепочечных органических веществ биомассы, что облегчает последующий пиролиз.

[0007] В предпочтительном варианте настоящего изобретения кислотная промывка и сушка биомассы включает впитывание биомассой кислотного раствора при нормальной температуре в течение от 8 до 24 часов или в течение от 2 до 6 часов при температуре между 80 и 100°C, промывку биомассы до нейтрального показателя среды и сушку биомассы.

[0008] В отдельном частном варианте настоящего изобретения кислотный раствор представляет собой раствор соляной кислоты, серной кислоты или азотной кислоты и их массовая концентрация составляет от 3 до 10% масс.

[0009] В предпочтительном варианте биомассу подвергают пиролизу при температуре между 500 и 1000°C.

[0010] В отдельном частном варианте настоящего изобретения пиролизный газ включает СО, СО₂, Н₂, СН₄, С₂Н₂, С₂Н₄, С₂Н₆, С₃Н₈, С₃Н₁₀ или их смеси.

[0011] В предпочтительном варианте прокаливание проводят в присутствии воздуха и температуре от 500 до 800°C.

[0012] В предпочтительном варианте тепловой дымовой газ, получаемый в результате прокаливания твердых остатков, направляют обратно для теплового цикла пиролиза.

[0013] В конкретном варианте способ дополнительно включает водную промывку перед пиролизом биомассы или перед стадией А для удаления примесей.

[0014] Суммарные преимущества настоящего изобретения можно сформулировать следующим образом. Биомасса, содержащая аморфный кварц, подвергается пиролизу в анаэробных условиях, то есть целлюлоза, гемицеллюлоза и лигнин биомассы подвергаются пиролизу с образованием пиролизного газа, который рециркулируют для производства электроэнергии или для получения синтез-газа. Однако структура аморфного кварца не разрушается. Получающиеся твердые остатки прокаливают в аэробных условиях для удаления остаточного углерода. Таким образом, получается высокая добавленная стоимость аморфного нанокварца. Способ имеет простую технологию, высокую степень использования энергии, обеспечивая экологичность производства и сокращение энергопотребления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0015] ФИГ. 1 - диаграмма последовательности технологических операций способа для получения аморфного кварца из биомассы, содержащей аморфный кварц в соответствии с одним воплощением изобретения;

[0016] ФИГ. 2 представляет собой полученное со сканирующего электронного микроскопа (SEM) изображение аморфного кварца, полученного в соответствии с примером 1 настоящего изобретения; и

[0017] ФИГ. 3 - рентгеновский дифракционный (XRD) спектр аморфного кварца, полученного в соответствии с примером 1 настоящего изобретения.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Пример 1

[0018] Как показано на ФИГ. 1, рисовая шелуха была промыта водой для удаления примесей, таких как грязь, замочена в растворе соляной кислоты с концентрацией 10% масс. в течение 24 часов и несколько раз промывалась водой до тех пор, пока значение pH промывного раствора не становилось нейтральным. Промытая рисовая шелуха была высушена в сушильной печи при 100°C до достижения постоянного веса.

[0019] Высушенная рисовая шелуха с помощью винтового конвейера была направлена в пиролизную печь, где была подвергнута пиролизу при 600°C в анаэробных условиях с получением на выходе пиролизного газа и твердых остатков. Пиролизный газ направляют в установку очистки, очищают и хранят, или непосредственно направляют в газогенератор для производства синтез-газа, или направляют в котел и сжигают с получением электроэнергии.

[0020] Твердые остатки направляют в печь для обжига и прокаливают при 650°C в присутствии воздуха с получением на выходе теплового дымового газа и продукта прокаливания. Тепловой дымовой газ подавался назад в пиролизную печь для теплового цикла. Продукт прокаливания был основой для получения аморфного кварца.

[0021] Результаты измерений газоанализаторов показывают, что пиролизный газ содержит СO, CO₂, H₂, CH₄, С₂Н₂, С₂Н₄, С₂Н₆, С₃Н₈, С₃Н₁₀ или их смеси. ФИГ. 2 показывает изображение со сканирующего электронного микроскопа (SEM) аморфного кварца, полученного в примере, и ФИГ. 3 показывает рентгеновский дифракционный (XRD) спектр аморфного кварца. Аморфный кварц представляет собой неуплотненные сферические частицы, имеющие размер частицы около 80 нм. Спектр XRD показал, что отсутствует определенный кристаллический дифракционный пик, что подтверждает аморфную структуру для кварца.

Пример 2

[0022] Рисовая шелуха была промыта водой для удаления примесей, таких как грязь, замочена в растворе азотной кислоты с концентрацией 5% масс. в течение 24 часов и неоднократно промывалась водой до тех пор, пока значение pH промывного раствора не становилось нейтральным. Промытая рисовая шелуха была высушена при 110°C, чтобы иметь влагосодержание меньше чем 20%.

[0023] Высушенная рисовая шелуха с помощью винтового конвейера была направлена в пиролизную печь, в которой рисовая шелуха была подвергнута пиролизу при 800ºC в анаэробных условиях, давая на выходе пиролизный газ и твердые остатки. Пиролизный газ направляют в установку очистки, очищают и хранят, или непосредственно направляют в газогенератор для производства синтез-газа, или направляют в котел и сжигают для производства электроэнергии.

[0024] Твердые остатки направляют в печь обжига и прокаливают при 800°C в присутствии воздуха, обеспечивая на выходе тепловой дымовой газ и продукт прокаливания. Тепловой дымовой газ направляют назад в пиролизную печь для теплового цикла. Продуктом прокаливания является аморфный кварц.

[0025] Результаты измерений с помощью газового анализатора показали, что пиролизный газ содержал CO, СО₂, Н₂, СН₄, С₂Н₂, С₂Н₄, С₂Н₆, С₃Н₈, С₃Н₁₀ или их смеси.

Аморфный кварц был проанализирован с использованием сканирующего электронного микроскопа (SEM) и рентгеновского дифрактометра (XRD), которые показали, что аморфный кварц представляет собой неуплотненные сферические частицы, имеющие размер частицы примерно 80 нм. Спектр XRD показал, что отсутствует определенный кристаллический пик дифракции, что подтверждает аморфную структуру кварца.

Пример 3

[0026] Рисовая шелуха была промыта водой для удаления примесей, таких как грязь, и высушена при 120°C, чтобы иметь влагосодержание меньше чем 20%. Высушенная рисовая шелуха с помощью винтового конвейера была направлена в пиролизную печь, где рисовая шелуха была подвергнута пиролизу при 1000°C в анаэробных условиях, обеспечивая на выходе пиролизный газ и твердые остатки. Пиролизный газ направляют в установку очистки, очищают и хранят, или непосредственно направляют в газогенератор с получением синтез-газа, или направляют в котел и сжигают для производства электроэнергии.

[0027] Твердые остатки кипятили в растворе серной кислоты с концентрацией 5% масс. в течение 4 часов и трижды промывали водой, пока значение pH промывного раствора не становилось нейтральным. Вымытая рисовая шелуха была высушена в сушильном аппарате при 102°C, чтобы иметь влагосодержание меньше чем 30%.

[0028] После кипячения и последующей сушки твердые остатки были направлены в печь обжига и прокалены при 500°C в присутствии воздуха, что дает на выходе тепловой дымовой газ и продукт прокаливания. Тепловой дымовой газ направлялся назад в пиролизную печь для теплового цикла. Продуктом прокаливания являлся аморфный кварц.

[0029] Результаты измерений с помощью газового анализатора показали, что пиролизный газ содержал CO, СО₂, Н₂, СН₄, С₂Н₂, С₂Н₄, С₂Н₆, С₃Н₈, С₃Н₁₀ или их смеси.

Аморфный кварц был проанализирован с использованием сканирующего электронного микроскопа (SEM) и рентгеновского дифрактометра (XRD), которые показали, что аморфный кварц представляет собой неуплотненные сферические частицы, имеющие размер частицы примерно 80 нм. Спектр XRD показал, что отсутствовал определенный кристаллический пик дифракции, что подтверждает аморфную структуру для кварца.

1. Способ получения аморфного кварца из рисовой шелухи, содержащей аморфный кварц, включающий промывку рисовой шелухи водой, сушку, пиролиз в анаэробных условиях при 600-1000 градусах Цельсия, сбор пиролизных газов, обработку твердого остатка пиролиза соляной, серной или азотной кислотой при их концентрации 3-10% масс. и последующее прокаливание твердого остатка в аэробных условиях при 500-800 градусах Цельсия.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что тепловой дымовой газ, получаемый при обжиге твердых остатков, возвращают в процесс.

Изобретение описывает композицию и способ получения мезопористых кремнеземных материалов с хиральной структурой. Согласно способу полимеризуемый неорганический мономер взаимодействует в присутствии нанокристаллической целлюлозы (NCC) с образованием материала неорганического твердого вещества с нанокристаллитами целлюлозы, включенными в хиральную нематическую структуру.

Способ получения биосовместимых нанопористых сферических частиц оксида кремния с контролируемым внешним диаметром (варианты) // 2558582

Изобретение относится к области наноструктурированных биосовместимых материалов. Способ получения биосовместимых нанопористых сферических частиц оксида кремния включает синтез в реакционной смеси тетраэтоксисилана (ТЭОС) с NH3, водой (H2O), спиртом (С2Н5ОН) и цетилтриметиламмоний бромидом (C16H33N(СН3)3Br - ЦТАБ) в мольном соотношении ТЭОС:NH3:H2O:С2Н5ОН:ЦТАБ, равном 1:19:370:230:0,2, при интенсивном перемешивании со скоростью 125-250 мин-1 при температуре 5-80°C в течение 2-3 ч с образованием в процессе гидролиза ТЭОС в спирто-водно-аммиачной среде мономеров ортокремниевой кислоты Si(OH)4, конденсацию мономеров с формированием первичных частиц размером 3-5 нм, их коагуляцию, после чего полученные частицы отжигают на воздухе при температуре 550°C в течение 15 часов для удаления органических веществ.

Способ обогащения кристаллического кварца природных месторождений // 2557589

Изобретение касается очистки кварцевого сырья природных месторождений, используемого для производства особо чистого прозрачного кварцевого стекла, применяемого в производстве полупроводниковых материалов, электронике, светотехнике, средств волоконно-оптической связи.

Способ получения кремнийсодержащего сорбента для очистки воды от микроорганизмов // 2548421

Изобретение относится к способам получения сорбентов для очистки воды. Отходы производства риса в виде рисовой шелухи обрабатывают 1 н.

Непрерывный способ получения диоксида кремния и продукт диоксида кремния, полученный этим способом // 2539136

Изобретение относится к химико-фармацевтической промышленности и представляет собой композицию средств по уходу за зубами, включающую частицы диоксида кремния в количестве от 5 до 50% от массы композиции, где частицы диоксида кремния имеют коэффициент маслоемкости до 100 см3/100 г, коэффициент сферичности (S80) выше 0,9 и величину абразивного износа по Брассу-Эйнленеру менее 8,0 мг потерь/100000 оборотов, где по меньшей мере 80% частиц диоксида кремния имеют форму от закругленной до округлой.

Способ получения алюмокалиевых квасцов // 2537626

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Для получения алюмокалиевых квасцов подготавливают сырье, в качестве которого используют остатки доманиковых образований, содержащие алюминий, кремнезем, органическое вещество и включающие редкие и редкоземельные элементы.

Способ осаждения кремнезема из термальных вод // 2537406

Изобретение относится к способам извлечения кремнезема из термальных вод и может быть применено в химической, нефтеперерабатывающей промышленности, в геотермальной энергетике.

Наполнитель резины // 2530130

Изобретение относится к химической промышленности, в частности к производству наполнителей для резиновых смесей при получении резин. Наполнитель резины включает базовый порошок диоксида кремния, углерода, примеси оксидов СаО, К2О, Na2O, MgO, Al2O3 и плакирующего покрытия каучука.

Способ получения углеродных наноматериалов с нанесённым диоксидом кремния // 2516409

Изобретение может быть использовано при получении композиционных материалов. Исходные углеродные наноматериалы, например нанотрубки, нанонити или нановолокна, обрабатывают в смеси азотной и соляной кислоты при температуре 50-100°С не менее 20 мин, промывают водой и сушат.

Способ извлечения наноразмерных частиц из техногенных отходов производства флотацией // 2500480

Изобретение может быть использовано для извлечения наночастиц диоксида кремния и углерода из шламов газоочистки электротеримического производства кремния флотацией.

Способ обработки золы рисовой шелухи, автоматическая установка для его осуществления и аморфизованный продукт, полученный согласно способу // 2592533

Изобретение относится к способам переработки отходов рисового производства в автоматических установках для получения высокочистого аморфизованного продукта, являющегося сырьем для применения в резиновых изделиях и шинной промышленности. Способ обработки золы рисовой шелухи включает следующие последовательные стадии: вибросепарацию путем просеивания через набор сит с просечкой размером 1,0-5,0 мм; отделение механических металлсодержащих примесей в магнитном сепараторе; обработку соляной кислотой концентрацией 5,5-11,5% в закрытых реакторах в течение времени, пропорционального концентрации кислоты и скорости перемешивания, но не менее 20 мин и не более 35 мин; по меньшей мере, трехкратное фильтрование и промывку очищенной водой на фильтре; центрифугирование до влажности не более 30%; сушку горячим воздухом до влажности не более 5%; измельчение в размольном модуле до заданного размера; упаковку в герметичную тару заданного объема. После стадии сепарации может быть осуществлен дожиг золы рисовой шелухи в реакторе кипящего слоя при температуре ниже 730°С. Способ осуществляют в автоматической установке, содержащей последовательно соединенные друг с другом модули, включающие вибросепаратор 1, магнитный сепаратор 2, систему закрытых кислотных реакторов с мешалками 4, фильтр 5, центрифугу 6, калорифер 7, размольный модуль 8 и упаковочное устройство 9. Между сепаратором 2 и системой кислотных реакторов 4 может быть установлен реактор кипящего слоя 3. Аморфизованный продукт, полученный согласно способу, представляет собой аморфный кремнезем в виде пластинчатых образований, сросшихся общей гранью, и содержащий углерод, K2O, Al2O3, P2O5, MgO и Cl, а также водорастворимые примеси. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Способ комплексной переработки золы от сжигания углей // 2605987

Изобретение относится к комплексной переработке зол от сжигания углей. Способ включает шихтовку золы с гидроксидом натрия, спекание при температуре 150-200°С, выщелачивание спека, разделение фаз, обескремнивание раствора путем добавки в раствор гидроалюмосиликата натрия. Согласно способу перед выщелачиванием спека его отмывают водой с получением первого силикатного раствора, отмытый спек выщелачивают серной кислотой, полученную пульпу разделяют фильтрацией. Обескремнивание раствора проводят до полного выделения из него кремнезема с получением раствора сульфата алюминия и кремнеземсодержащего остатка. Остаток растворяют в щелочном растворе с получением второго силикатного раствора, который объединяют с первым силикатным раствором, направляя далее на получение белой сажи карбонизацией. Технический результат заключается в возможности снижения температуры спекания и снижении расхода реагентов при достижении извлечения глинозема на уровне 94,4-96,7% и кремнезема на уровне 93,9-98,2%. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 пр.

Способ автоматического управления процессом термической регенерации кизельгура // 2622130

Изобретение может быть использовано в пивоваренной и масложировой промышленности при использовании кизельгуровых фильтров. Для автоматического управления процессом термической регенерации кизельгура по измеренным параметрам расходов и мощностей в ходе процесса по программно-логическому алгоритму, заложенному в микропроцессор, осуществляют оперативное управление технологическими параметрами с учетом накладываемых на них двухсторонних ограничений. Рассчитывают суммарные теплоэнергетические затраты на процесс термической регенерации кизельгура, определяют их производную по количеству отделяемой влаги. В зависимости от знака производной воздействуют на расход исходного продукта в антибатной зависимости. Изобретение позволяет повысить эффективность регенерации кизельгура, точность и надежность управления технологическими параметрами на всех стадиях процесса, снизить материальные и энергетические затраты на единицу массы готового продукта, повысить его качество. 2 ил.

Кремнийдиоксидная маточная смесь, приготовленная из эмульсионного и растворного каучука // 2630532

Изобретение относится к способу получения кремнийдиоксидной каучуковой маточной смеси, которая содержит гидрофобизированный диоксид кремния, растворный каучук и эмульсионный каучук. Способ включает гидрофобизацию диоксида кремния путем растворения триметоксисиланового связующего агента в смеси спирта, кислоты и воды с получением раствора триметоксисиланового связующего агента, который содержит приблизительно 75 масс. % воды, смешивания раствора триметоксисиланового связующего агента с диоксидом кремния и добавления основания для повышения pH с получением компатибилизированной суспензии диоксида кремния, где триметоксисилановый связующий агент представляет собой 3-меркаптопропилтриметоксисилан, бис-(3-триметоксисилилпропил)-дисульфид, бис-(3-триметоксисилилпропил)-тетрасульфид или триметоксисилан, далее изготовление полимерного латекса, смешивание компатибилизированной суспензии диоксида кремния с полимерным латексом, коагулирование полимерного латекса и выделение первого каучука, наполненного диоксидом кремния, где либо растворный каучук, изготовленный способом в растворе в органическом растворителе, смешивают с полимерным латексом с компатибилизированной суспензией диоксида кремния, либо первый каучук, наполненный диоксидом кремния, добавляют в процесс изготовления растворного каучука с получением второго каучука, наполненного диоксидом кремния, и где как первый каучук, наполненный диоксидом кремния, так и второй каучук, наполненный диоксидом кремния, содержит смесь диоксида кремния, эмульсионного каучука и растворного каучука. Изобретение обеспечивает экономичное получение каучуковой маточной смеси, равномерное смешивание гидрофобизированного диоксида кремния с каучуком и получение вулканизата с приемлемыми свойствами. 5 н. и 30 з.п. ф-лы, 12 табл., 7 пр.

Устройство утилизации сыпучих органических отходов // 2631294

Изобретение относится к утилизации органических отходов, а именно к устройствам для их переработки путем пиролиза с получением генераторного газа, и может быть использовано для утилизации отходов заводов по производству риса и овса с получением аморфного кремнийсодержащего остатка. Устройство утилизации сыпучих органических отходов содержит последовательно установленные питательный бункер 1, газогенератор 2, вихревой уловитель 4, теплообменники 5 и скрубберы 6, соединенные между собой теплоизолированными стальными трубами, а также линию выгрузки зольного остатка. Отвод 9 указанной линии подключен между газогенератором 2 и вихревым уловителем 4. Газогенератор 2 снабжен блоком контроля подачи воздуха 3 и соединен с ним гибкими текстильными воздуховодами. После газогенератора 2 установлен блок дожигания зольного остатка 10. Блок дожигания зольного остатка 10 может быть расположен между газогенератором 2 и отводом линии выгрузки зольного остатка 9 или непосредственно на линии выгрузки зольного остатка. Изобретение позволяет повысить эффективность утилизации за счет получения высококачественного аморфного кремнийсодержащего остатка. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ получения аморфного диоксида кремния и аморфизованный продукт, полученный согласно способу // 2637011

Изобретение относится к способам переработки отходов рисового производства в автоматических установках для получения высокочистого аморфизованного продукта, являющегося сырьем для применения в резиновых изделиях и шинной промышленности. Описан способ получения аморфного диоксида кремния из золы рисовой шелухи, который заключается в обработке исходного сырья естественной влажности в реакторе кислородно- или воздушно-водной смеси с получением топочного газификата и исключением из ЗРШ (золы рисовой шелухи) дифракционных максимумов кристаллического кремнезема на дифрактограмме и сепарации от механических примесей и габаритных агломератов в воздушно-струйном сепараторе, загрузке продукта в автоматическом режиме в станцию кислотной очистки, где дополнительно промывают очищенной водой. После отмывки до нейтрального значения pH промывных вод продукт направляют в модуль щелочной обработки, где прибавляют раствор KOH оптимальной концентрации и подвергают термообработке до полного растворения кремнийсодержащей части ЗРШ. К получившемуся щелочному раствору добавляют минеральную кислоту, реакционную смесь разогревают с постепенным понижением pH до нейтрального значения, при котором происходит выпадение белого хлопьевидного или желеобразного осадка, который состаривают, центрифугируют, отделяют от раствора и промывают дистиллированной водой до нейтрального значения pH промывных вод. Аморфизованный продукт, полученный согласно способу, представляет собой аморфный кремнезем белоснежно-белого цвета в виде сочлененных различным образом одной гранью пластинок нанометрового размера, с размером такого типа зерна 2-12 мкм с возможной дальнейшей электростатической конгломерацией, характеризующийся потерей влаги при 105°C 2-8 мас.%, потерей массы до 1000°C 4-14%, pH суспензии 5.5-8 и содержанием SiO2 в прокаленном продукте более 99.99 мас.% и тяжелых металлов и хлоридов - ниже пределов детектирования на площади поверхности 180-360 м2/г. Технический результат: разработан способ, позволяющий получить продукт с активной поверхностью, демонстрирующей различные размеры частиц, их морфологию и плотность. 2 н. и 1 з.п. ф-лы.