農作物秸稈快速熱解創製靶向腐植酸環境材料檢視原始碼討論檢視歷史
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農作物秸稈快速熱解創製靶向腐植酸環境材料因缺乏大規模高值利用技術，我國每年有近2億噸農作物秸稈被就地焚燒，造成了極大的資源浪費和環境污染；同時又因重金屬污染、鹽鹼化和沙化等造成的退化土壤已高達55億畝，嚴重威脅着食品安全和糧食安全。腐植酸是國際公認的綠色高效土壤修復環境材料。
一、技術名稱
農作物秸稈快速熱解創製靶向腐植酸環境材料
二、技術概述
（一）研發背景
因缺乏大規模高值利用技術，我國每年有近2億噸農作物秸稈被就地焚燒，造成了極大的資源浪費和環境污染；同時又因重金屬污染、鹽鹼化和沙化等造成的退化土壤已高達55億畝，嚴重威脅着食品安全[1]和糧食安全。腐植酸是國際公認的綠色高效土壤修復環境材料。生物質快速熱解是世界各國研發的熱點和重點，目前均以製取液體燃料為主，要求最大化脫氧以提高產品熱值，尚處研發與示範階段；但製取生物腐植酸則相反，要求最大化保留氧以提高產品活性，屬於0到1的原創技術，被列入國際純粹與應用化學聯合會(IUPAC)公布的2021年度化學領域十大新興技術榜單之一：人工腐殖質。農作物秸稈通過自混合下行床快速熱解制高純度高活性生物腐植酸，並創製了系列高值靶向腐植酸環境材料，成功實現了工業化生產和應用，使我國生物質快速熱解高值化利用技術處於國際領跑地位。
（二）技術要點及參數
1）原創性提出「快速熱解過程控氧控灰」思路，發明自混合下行循環床快速熱解成套技術，首次實現農林廢棄物製取高純高活性生物腐植酸的工業化。
①破解了超短接觸反應-熱質傳遞-溫度-壓力多因素協同控氧的難題，首創農林廢棄物自混合下行床快速熱解制腐植酸新工藝，最大化製取液體產品並保留其原有含氧官能團，獲取高活性生物腐植酸。與現有腐植酸產品相比，純度≥96%，活性官能團提高≥3倍，成本≤20%。
②揭示了全流程中液中細灰成因與分布規律，發明熱載體分級分離與循環的液體控灰新方法，在國際上首次實現固體有機物快速熱解的液體含灰≤0.1%。
③闡明了下行循環流化床複雜多相流反應體系的氣固流動與分離、熱質傳遞、反應規律以及關聯耦合與調控強化機制，原創發明自混合下行循環床快速熱解裝備及系列配套專有設備，滿足了快速熱解制腐植酸工藝的超短接觸反應和分離的需求，率先突破了工藝設備匹配性差、液體控灰難、裝備大型化和穩定運行困難的四大瓶頸，建成世界單套規模最大的20萬噸/年工業化裝置並實現長周期穩定經濟運行。與國際先進水平相比，液體收率提高15%以上，含灰由≥10%降至≤0.1%。
2）創製系列高值靶向腐植酸環境材料，首次實現污染退化土壤高效經濟快速可持續修復。
①針對不同類型污染退化土壤複雜體系的修復需求，採用分子設計理論，通過脲胺基有機物與生物腐植酸餾分的醛基、酚基、酚羥基、羧基等含氧官能團交聯聚合，調控分子量、粘度和酸度等性能，創製了系列高值靶向腐植酸環境材料，消除了現有腐植酸在土壤修復中針對性和穩定性差的缺陷，率先攻克了污染退化土壤可持續修復的世界性難題。
②發明了系列生物腐植酸可控化交聯聚合反應工藝和裝備，實現了靶向腐植酸環境材料的工業化生產。其中，首次實現鉻污染土壤修復的工業化，經SGS(國際通標公司)檢測，脫毒≥99.92%，污染不反彈，修復後即可種植；首次提出鹽鹼地腐植酸團粒化造粒、生態可持續改良新方法，從源頭解決了土壤鹽鹼化難題，土壤團粒量提高≥130%、生物活性提高≥30%，實現當年改當年種當年收益，成本為現有技術≤30%。
（三）技術示範推廣情況
推薦技術示範展示範圍，在小範圍示範展示還是已經實現較大範圍推廣應用。應用後可達到的效果，技術試驗、示範或推廣過程中節約成本、提升品質、增加效益、保護耕地與生態環保等情況。
2009 年 10 月在茌平縣城關鎮花牛村建成第二套2 萬噸/年自混合下行床快速熱解制油工業示範裝置（2014 年也經過改造和優化調整改產生物腐植酸）。2012 年 8 月，在廣饒縣陳官鎮建成世界上最大規模的首座 20 萬噸/年農林廢棄物快速熱解工業化裝置（國外單套最大規模 3.6萬噸/年），裝置一次開車成功，長期連續穩定經濟運行。年處理本企業剩餘鋸末、玉米秸稈和稻殼 20 萬噸，生產生物腐植酸 8 萬噸、半焦粉 4.6 萬噸、木醋液 3.6 萬噸、硅鉀肥 2.9 萬噸，熱解干氣 3000 萬 Nm3（1.9 萬噸）。目前除為項目組合作的腐植酸環境材料生產企業提供原料，也生產部分木醋液葉面肥、生物腐植酸產品和環境修復材料等產品。
目前山東長安集團 30 萬噸/年纖維乙醇殘渣快速熱解製取生物腐植酸熱氣聯供項目正在進行原料評價，吉林福一農業科技有限公司和北京嘉博文生物科技公司的各 1 套 5 萬噸/年農林廢棄物快速熱解製備生物腐植酸項目進行可行性研究編制和初步設計。
在生物腐植酸的高值化利用方面，在 2006 年 3000 噸／年的中試裝置出產品以來，項目組就積極與北京澳佳生態農業科技股份、山東創新腐植酸科技股份有限公司、湖北澳佳肥業有限公司、濟南傑興環保技術有限公司等單位合作開發了 系列靶向腐植酸環境材料（如重金屬污染土壤修復劑、鹽鹼地改良劑、紅石膏和赤泥修復治理劑、木醋液葉面肥和土壤調理劑、生物腐植酸包膜緩控摻混肥、可降解腐植酸地膜、沙化土地治理劑、廢棄礦山治理修復劑等），並積極進行示範和推廣應用。近年來在污染和退化土壤治理與修復使用面積均在 300 萬畝/年以上，達到了土壤修復[2]後各項指標和增產效果顯著，改良成本大幅度下降，可以實現一次修復，持續有效。
三、適宜區域
適應推廣應用的主要區域
農林廢棄物快速熱解裝置適宜建在農業秸稈、林業三剩物富集區，尤其東北三省；快速熱解製取的腐植酸製成系列腐植酸靶向環境材料適宜用於全國各地的重金屬污染土壤、鹽鹼地、沙化土地、中低產田、礦山修復及替代農用地膜使用等。
四、注意事項
在技術推廣應用過程中需特別注意的環節
農林廢棄物熱解液化裝置建設根據原料的運輸半徑需要有適宜的處理規模，才能保證經濟效益最佳；系列腐植酸靶向環境修復材料的使用需要在指導下使用。