Способ электролитической обработки отходов растительного сырья

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ электролитической обработки отходов растительного сырья, преимущественно соломы и древесных опилок, включает измельчение и образование квазитвердой фазы в растворе соли хлоридов щелочного металла действием окислителей, генерируемых при циркуляции раствора соли с поддержанием pH 4-6 через бездиафрагменный электролизер, причем процесс проводят в растворе KCl 5-50 г/л при поддержании pH раствором HNO3 и ведут обработку до выделения хлора в газовую фазу и осветления квазитвердой фазы, после чего реакционную смесь обрабатывают раствором NH4OH и разделяют отстаиванием на жидкую и квазитвердую фазы. Изобретение позволяет получать высокоактивные многокомпонентные органоминеральные удобрения. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 пр.

 

Изобретение относится к области экологии и может найти применение в сельском хозяйстве при использовании отходов растительного сырья, преимущественно соломы и древесных опилок, для получения органоминеральных удобрений.

Известен способ электролитической обработки некондиционных твердых продуктов, преимущественно пестицидов фосфорсодержащего ряда, с получением органоминеральных удобрений [1].

Способ не позволяет проводить обработку отходов растительного сырья.

Известен способ электролитической обработки отходов растительного сырья, преимущественно соломы, в результате измельчения и разрушения лигниноцеллюлозы (раздревеснение) в растворе хлорида натрия воздействием окислителей, генерируемых при циркуляции раствора через электролизер [2].

Способ не позволяет получать органоминеральные удобрения и применяется для повышения питательности соломы.

Известен способ электролитической обработки отходов растительного сырья, преимущественно соломы и древесных опилок, в результате измельчения и электрохимической деструкции лигниноцеллозы в растворе хлорида натрия последовательно при рН 8-10 и рН 2,5-6,0 до содержании СО2 в газовой фазе 0,1-0,3% [3].

Способ не позволяет получать органоминеральные удобрения и находит применение при повышении питательности грубых растительных кормов.

Наиболее близким к предмету изобретения является способ электролитический обработки отходов растительного сырья, преимущественно сельскохозяйственной соломы и древесных опилок. Способ заключается в измельчении и деструкции (раздревеснении) лигниноцеллюлозы в растворе хлорида натрия с образованием квазитвердой фазы при действии окислителей (растворенные в электролите хлор и кислород, продукты гидролиза хлора - хлорноватистая кислота и ее соли, пероксид водорода и радикалы НО* и НO2*, и ион НO2-), генерируемых при циркуляции раствора хлорида натрия через аппарат электродного типа в условиях поддержания величины рН 4-6 раствором НСl. Раздревеснение проводят до содержания СO2 (продукта полной деструкции лигноноцеллюлозы) в газовой фазе не более 0,3%. Способ используют для повышения питательности грубых растительных кормов [4].

Способ не позволяет получать органоминеральные удобрения: низкая активность продуктов обработки - квазитвердая и жидкая фазы (отсутствие минеральных элементов, необходимых для жизни растений), продолжительный период «дозревания» (перепревание) квазитвердой фазы в почве, высокое содержание в продуктах хлоридов (использование НС1 для поддержания величины рН раствора), балластных веществ (сахара), наличие токсичных (активный и растворенный хлор) соединений, опасность засоления и подкисления почвы.

Таким образом, известные способы электролитической обработки отходов растительного сырья по совокупности признаков не позволяют получать органоминеральные удобрения.

Цель изобретения - обработка отходов растительного сырья, преимущественно соломы и древесных опилок, электролитическим способом с получением высокоактивных многокомпонентных органоминеральных удобрений.

Поставленная цель достигается тем, что в способе электролитической обработки отходов растительного сырья, преимущественно соломы и древесных опилок, предусматривающем измельчение сырья и образование квазитвердой фазы в результате деструкции лигниноцеллюлозы в растворе соли хлорида щелочного металла при действии окислителей, генерируемых при циркуляции раствора соли с поддержанием величины рН 4-6 через аппарат электродного типа, с нерастворимыми электродами, процесс проводят в растворе KСl 5-50 г/л, корректируя величину рН раствором азотной кислоты, и ведут обработку до выделения в газовую фазу хлора и осветления квазитвердой фазы, после чего реакционную массу (смесь) обрабатывают раствором NH4OH и выдерживают до разделения на квазитвердую и жидкую фазы. Кроме того, содержание хлора в газовой фазе составляет не более 0,1%.

Заявляемый способ отличается иными технологическими параметрами процесса, что по совокупности признаков обеспечивает качественно новый вид электролитической обработки отходов растительного сырья, позволяющий получать органоминеральные удобрения.

Отличительные технологические параметры позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна».

Признаки, отличающие заявляемое техническое решение, направлены на достижение поставленной цели, не выявлены при исследовании данной и смежных областей научного поиска и отвечают критерию «изобретательский уровень».

Способ утилизации отходов растительного сырья реализуют в следующей последовательности.

Отходы растительного сырья, преимущественно соломы и древесные опилки, измельчают (механическая обработка) и проводят раздревеснение - разрушение лигниноцеллюлозы с образованием квазитвердой фазы. Процесс осуществляют действием на лигниноцеллюлозу окислителей, которые присутствуют в растворе хлорида калия. Окислители генерируют при циркуляции раствора КСl через бездиафрагменный электролизер с нерастворимыми электродами в условиях поддержания величины рН 4-6 (область образования при гидролизе хлора хлорноватистой кислоты). Обработку осуществляют по контуру электролизер - реактор с отходами растительного сырья до начала выделения хлора в газовую фазу и осветления поверхности квазитвердой фазы. Величину рН 4-6 раствора хлорида калия корректируют раствором азотной кислоты. По завершении процесса деструкции лигниноцеллюлозы (начало выделения хлора в газовую фазу и осветление квазитвердой фазы) реакционную смесь нейтрализуют раствором гидроксида аммония, после чего выдерживают до разделения на квазитвердую и жидкую фазы.

При электролизе раствора KСl в бездиафрагменном электролизере с нерастворимыми электродами протекают электрохимические (электродные на аноде и катоде) и химические (в объеме электролита) процессы, результатом которых является образование окислительных агентов с высокими окислительными потенциалами (εох.)- На аноде протекают электродные реакции, связанные с окислением молекул воды (1) и ионов Cl- (2), на катоде основным электродным процессом является молекул воды (3):

Электродные процессы сопровождаются незначительным подкислением (выход по току кислорода не превышает 20%) и сильным защелачиванием (выход по току водорода составляет 100%) раствора.

В растворе электролита протекают химические реакции, связанные с образованием окислителей - растворенного хлора и продуктов его гидролиза. Химические процессы сопровождаются подкислением раствора. При этом в области рН 4-6 основным продуктами гидролиза хлора является наиболее сильный окислитель - хлорноватистая кислота (4):

Окислительные агенты - растворенный хлор и продукты его гидролиза совместно с раствором KС1, поступают в реактор, где вступают в химическое взаимодействие с лигниноцеллюлозой. Продуктами реакции являются органические соединения (продукты неполной деструкции полисахарида), Н2O, СO2 и НСl.

Таким образом, процесс деструктивного окисления лигниноцеллюлозы сопровождается незначительным подкислением (электрохимическое окисление молекул воды, гидролиз хлора и деструкция лигниноцеллюлозы) и значительным защелачиванием раствора электролита (результат катодного восстановления молекул воды). При этом, как показывают расчеты, избыток образующейся щелочи составляет более 90%. Для обеспечения заданного значения величины рН 4-6 (область образования НСlO) необходимо проводить нейтрализацию избытка щелочи раствором кислоты. С этой целью предлагается использовать раствор HNO3, поскольку при этом наряду с поддержанием величины рН в получаемый продукт (органоминеральное удобрение) вносится необходимый для роста растений азот. Масса вносимого на один Фарадей (26,8 А×ч) азота составляет до 3,0 г в расчете на NO3-.

Концентрация раствора KСl выбрана с учетом обеспечения интенсивности деструктивных процессов, высокой электропроводности раствора, невысоких затрат и значительного содержания калия в органоминеральном удобрении. Проведение процесса в условиях предлагаемого способа (до начала выделения хлора и осветления квазитвердой фазы) наряду с невысоким расходом электрического тока обеспечивает достаточное раздревеснение сырья. Обработка реакционной смеси по завершении процесса раствором NH4OH позволяет «удалить» агрессивные компоненты (хлорноватистая кислота, гипохлорит калия) и увеличить в составе продукта (органоминеральное удобрение) жизненно необходимый растениям элемент азот. Разделение готового продукта выстаиванием на квазитвердую и жидкую фазы обеспечивает целенаправленное использование полученных продуктов: квазитвердую фазу - вносить в грунт, жидкую - использовать для приготовления питательных растворов.

Выделение хлора в газовую фазу и осветление поверхности квазитвердой фазы (снижение интенсивности окраски) являются косвенными признаками завершения процесса обработки. Действительно, в роли окислителей преимущественно выступают растворенный хлор и продукты его гидролиза - НСlO и ион СlO-. Процесс деструкции протекает с расходом этих окислителей (восстанавливаются до ионов Cl-) и пополнением их концентрации в результате растворения и гидролиза анодно генерируемого хлора. По мере разрушения лигниноуглеводного комплекса (и осветления квазитвердой фазы) потребность в окислителях снижается и концентрация их в растворе возрастает, что сопровождается торможением процессов растворения и гидролиза хлора и выделением его в газовую фазу. Таким образом, наличие хлора в газовой фазе и осветление поверхности квазитвердой фазы свидетельствуют о завершении процесса раздревеснения растительного сырья. Дальнейшая электролитическая обработка отходов растительного сырья нежелательна, т.к. будет сопровождаться глубокими (до углекислого газа и воды) деструктивными и окислительными процессами и значительным расходом энергии.

В условиях предлагаемого технического решения происходит достаточное раздревеснение растительных отходов, разрыхление и увеличение активности поверхности полисахарида («освобождение» молекул от связующих веществ). В результате этих процессов в межмолекулярное пространство (между нитями целлюлозы) проникают и адсорбируются активные компоненты раствора: кислород, калий, азот, биологически активные органические соединения (янтарная кислота и ее соединения).

Обработку отходов растительного сырья проводят в периодическом или непрерывном режимах. При периодическом режиме порцию отходов растительного сырья (солома или древесные опилки) обрабатывают раствором KCl с окислителями, получаемыми при циркуляции раствора через электролизер, до начала выделения хлора и осветления квазитвердой фазы. После завершения обработки квазитвердая и жидкая фазы отводятся и используются по назначению. При непрерывном режиме обработки в реактор непрерывно подают отходы и выводят квазитвердую фазу, сохраняя циркуляцию раствора через электролизер и проводя подпитку растворного цикла свежим раствором (при отводе части рабочего раствора). Режим процесса обработки обусловлен заданием (потребное количество органоминерального удобрения) и конструкцией установки.

Апробацию и сравнительную оценку известного и предлагаемого способов электролитической обработки отходов растительного сырья проводили в лабораторных условиях.

Примеры

Отходы растительного сырья - солома (ржаная) и древесные опилки (осиновые), измельчали и подвергали действию окислителей, генерируемых в растворе соли хлоридов щелочного металла при циркуляции раствора через бездиафрагменный электролизер с электродами из стеклоуглерода. Процесс проводили с корректировкой рН раствором HNO3 по замкнутому технологическому циклу (реактор с отходами растительного сырья - бездиафрагменный электролизер) до раздревеснения (деструкции) лигниноцеллюлозы с образованием квазитвердой фазы. Реакционную смесь нейтрализовали раствором HNO3 и выдерживали до разделения на квазитвердую и жидкую фазы.

Общие параметры известного и предлагаемого способов: электролитической обработки отходов растительного сырья (солома и древесные опилки): объем электролизера 0,5 л, объем реактора 0,3 л, режим циркуляции раствора - Re>10000, насыщенность реакционной смеси по 02 до 8 мг/л, температура 353 К, рН 4-6, электроды стеклоуглерод, плотность тока 500 А/м2, токовая нагрузка 3 А, напряжение 4 В, масса растительного отхода (сухие) на обработку 100 г, масса полученной квазитвердой фазы 96 г.

Отличительные параметры известного (1) и заявляемого (2) решений:

1. Известное решение (прототип): электролит - раствор NaCl 15 г/л, корректировка величины рН - раствор НСl, количество пропущенного электричества до 15 А×ч, продолжительность обработки - до содержания в газовой фазе СO2 0,2%.

2. Заявляемое решение: электролит - раствор КС1 15 г/л, корректировка величины рН раствором HNO3, количество пропущенного электричества до 1,5 А×ч, процесс проводили до начала выделения хлора в газовую фазу и осветления квазитвердой фазы, реакционную смесь обрабатывали раствором NH4OH до величины рН 7,0-7,5 и выдерживали до разделения на квазитвердую и жидкую фазы.

Полученные результаты обработки отходов растительного сырья приведены в таблице 1.

Органоминеральное удобрение получают в виде квазитвердой и жидкой фаз. Квазитвердую фазу смешивают с грунтом в различных соотношениях (зависит от состава грунта), жидкую разбавляют водой и используют как подкормку растений (вносят при поливе). Органоминеральные удобрения (квазитвердая и жидкая фазы), полученные из растительного сырья (солома, древесные опилки) по предлагаемой технологии, содержат ряд ценных и необходимых растениям компонентов (азот, калий, природные микроэлементы - соли металлов, биологические стимуляторы роста) и относятся к высокоэффективным препаратам, сочетающим наряду с минеральной (подобно известными комплексным удобрениям), биологически активную составляющую. Квазитвердая фаза органоминерального удобрения имеет пористую структуру с развитой поверхностью и «насыщена» минеральными элементами (калий, азот, микроэлементы сырья) и биологически активными соединениями (янтарная кислота, соли янтарной кислоты и др. соединения), которые связаны с твердой фазой силами межмолекулярного взаимодействия (Ванн-дер-Вальсовы силы). Вследствие этого переход полезных компонентов из квазитвердой фазы в почву и потребление их растениями происходит постепенно, что позволяет не проводить или снизить частоту подкормки и уменьшить количество вносимых удобрений. Применение органоминеральных удобрений наиболее эффективно (сравнительно быстрый эффект при минимальных затратах) в гидропонике и аэропонике, при подготовке почвы и выращивании сельскохозяйственных культур в парниках и теплицах, возделывании грядок и подкормке плодово-ягодных растений.

* После разделения реакционной смеси до 85% полезных компонентов остается в жидкой фазе;

** Без учета азота вводимого с раствором NH4OH.

Список литературы

1. Патент РФ 2421261. Способ окислительного жидкофазного обезвреживания пестицидов фосфорсодержащего ряда / В.Е Зяблицев, Е.В. Зяблицева, Е.И. Сысолятина и др. Опубл. в БИ №17, 2009.

2. А.с. СССР 1489691 SU, А23К 1/12 / Б.К. Тюрин и др. Опубл. в БИ №24, 1989.

3. Патент РФ 2352140. Способ обработки грубых кормов. Опубл. в БИ №11, 2009.

4. Патент РФ 2493722. Способ обработки грубых кормов / Е.В. Зяблицева, А.И Мамонтов, М.П. Зяблицева и др. Опубл. в БИ №27, 2013.

1. Способ электролитической обработки отходов растительного сырья, преимущественно соломы и древесных опилок, включающий измельчение и образование квазитвердой фазы в растворе соли хлоридов щелочного металла действием окислителей, генерируемых при циркуляции раствора соли с поддержанием pH 4-6 через бездиафрагменный электролизер, отличающийся тем, что процесс проводят в растворе KCl 5-50 г/л при поддержании pH раствором HNO3 и ведут обработку до выделения хлора в газовую фазу и осветления квазитвердой фазы, после чего реакционную смесь обрабатывают раствором NH4OH и разделяют отстаиванием на жидкую и квазитвердую фазы.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что содержание хлора в газовой фазе составляет 0,1%.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку раствором NH4OH проводят до величины pH 7,0-7,5.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к получению фосфатов аммония из фосфорсодержащих растворов и, в частности, к получению фосфатов аммония из подаваемой жидкости, содержащей фосфорную кислоту.

Изобретение относится к производству частиц сульфата-нитрата аммония (СНА) для использования в удобрениях. Способ производства продукционного твердого сульфат-нитрат аммония предусматривает стадии: отверждения расплава-пульпы, содержащей сульфат аммония и нитрат аммония, в слое для грануляции с образованием твердых гранул сульфат-нитрат аммония, содержащих двойную соль сульфат-нитрат аммония 2:1, причем слой для грануляции имеет рабочую температуру от 90°С до 120°С, и твердые гранулы сульфат-нитрат аммония характеризуются содержанием влаги от 0,4 масс.

Изобретение относится к способу и устройству регулирования давления жидкости или пульпы. Описаны способы и устройство гранулирования, включающие динамическое регулирование давления в приемнике для улучшения контроля над качеством гранул и их гранулометрическим составом.

Изобретение относится к технологии минеральных удобрений. Способ получения сульфатонитрата аммония включает разбавление отработанной кислотной смеси производства нитратов целлюлозы азотной кислотой до получения массового соотношения серной и азотной кислот 0,75÷1,45 в пересчете на 100%-ные кислоты.

Изобретение относится к получению применимых в качестве удобрений композиций сульфата-нитрата аммония (ASN). Способ получения двойной соли сульфата-нитрата аммония 1:2 включает объединение сульфата аммония, азотной кислоты и источника аммиака в водном растворе с образованием реакционной смеси; нагревание реакционной смеси до температуры от приблизительно 160°C до приблизительно 180°C; обеспечение протекания реакции в реакционной смеси с формированием промежуточной смеси; нагревание промежуточной смеси до конечной температуры от приблизительно 175°C до приблизительно 190°C и удержание промежуточной смеси при конечной температуре для удаления достаточного количества воды из промежуточной смеси с образованием двойной соли сульфата-нитрата аммония 1:2.

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ получения серосодержащего сложного удобрения включает нейтрализацию фосфорной кислоты аммиаком с получением пульпы, смешение жидкой серы с полученной пульпой, перемешивание смеси и последующее гранулирование, причем жидкую серу в пульпу вводят при скорости 2,5-4,5 м/с, а соотношение скорости введения серы и скорости перемешивания смеси поддерживают 1:3-10.

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ улавливания аммиака узла заправки термостабилизаторов вечномерзлых грунтов путем поглощения газообразного аммиака в системе с циркулирующей аммиачной водой, причем в процессе улавливания аммиака основное количество аммиака, поступившее из заправочной емкости в термостабилизатор, конденсируют, при этом дросселируют пульсирующий поток газообразного аммиака, снижают абсолютное давление аммиака до 0,1-0,12 МПа и направляют его в конденсатор, где его вновь подвергают конденсации при температуре минус (25-40)°C, и далее направляют сконденсированный аммиак в сборник, удаляют газообразный аммиак и выделившиеся в процессе улавливания аммиака инертные газы из конденсатора и из сборника в эжектор, где производят последующее улавливание аммиака с помощью воды, при этом ведут непрерывный процесс поглощения при температуре 10°-40°C в одну ступень, при этом создают избыточное давление паров аммиака в пределах 5-100 кПа с использованием аммиачной воды концентрацией 5-25% с последующим выводом этой аммиачной воды из эжектора в накопительную емкость.

Изобретение относится к получению фосфатов аммония из фосфорсодержащих растворов. Способ получения включает стадии: обеспечения обогащенной фосфором жидкой фазы, не смешивающейся с водой (210); добавления безводного аммиака в обогащенную фосфором жидкую фазу (212); осаждения моноаммоний фосфата и/или диаммоний фосфата из указанной жидкой фазы (214); регулирования температуры жидкой фазы в ходе указанных стадий добавления и осаждения в заранее заданном интервале температур (216); извлечения осажденного моноаммоний фосфата и/или диаммоний фосфата из указанной жидкой фазы (218); промывки кристаллов извлеченного осажденного моноаммоний фосфата и/или диаммоний фосфата (220) и сушки промытых кристаллов (228).
Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ переработки отработанной серной кислоты, который включает нейтрализацию, причем раствор отработанной серной кислоты продувают коксохимическим газом, содержащим аммиак, осаждают из полученного раствора сульфат аммония путем фильтрации с последующей сушкой, при этом фильтрацию и сушку выполняют с одновременной обработкой ультразвуком частотой 18-23 кГц.

Изобретение относится к двухкомпонентным удобрениям и к способам их применения. Удобрение, предназначенное для внесения под сельскохозяйственную культуру и содержащее: первый продукт-удобрение, включающий аммиачное удобрение и неполную кальциевую соль первого сополимера; и второй продукт-удобрение, включающий фосфорное удобрение и неполную натриевую соль второго сополимера, причем первый и второй продукты-удобрения присутствуют в синергически эффективном количестве для указанной сельскохозяйственной культуры, так что присутствует координированное количество указанного первого и второго продуктов-удобрений, которые в комбинации дают повышенный урожай сельскохозяйственной культуры сверх урожая культуры, который может быть получен при отдельном нанесении указанного первого и второго продуктов-удобрений в таких же координированных количествах.

Изобретение относится к производству частиц сульфата-нитрата аммония (СНА) для использования в удобрениях. Способ производства продукционного твердого сульфат-нитрат аммония предусматривает стадии: отверждения расплава-пульпы, содержащей сульфат аммония и нитрат аммония, в слое для грануляции с образованием твердых гранул сульфат-нитрат аммония, содержащих двойную соль сульфат-нитрат аммония 2:1, причем слой для грануляции имеет рабочую температуру от 90°С до 120°С, и твердые гранулы сульфат-нитрат аммония характеризуются содержанием влаги от 0,4 масс.

Изобретение относится к способу получения одноразмерных частиц удобрения. Способ получения сульфата-нитрата аммония, в котором получают в реакторе суспендированный расплав, содержащий жидкий сульфат-нитрат аммония и твердый сульфат аммония, подают суспендированный расплав в подогреваемый статор, непрерывно перемешивают суспендированный расплав в статоре, проводят рециркуляцию части суспендированного расплава в подогреваемый статор, пропускают часть суспендированного расплава через канал, экструдируют часть суспендированного расплава через перемещающуюся по каналу подвижную решетку с отверстиями, размер которых задан для формирования капель, охлаждают образующиеся капли и получают однородные частицы с диаметром 1-3 мм, причем указанный способ включает контроль температуры с целью поддержания суспендированного расплава при температуре от примерно 178°C до примерно 210°C и контроль давления с целью поддержания давления в системе ниже 1,14 МПа.

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ улавливания аммиака узла заправки термостабилизаторов вечномерзлых грунтов путем поглощения газообразного аммиака в системе с циркулирующей аммиачной водой, причем в процессе улавливания аммиака основное количество аммиака, поступившее из заправочной емкости в термостабилизатор, конденсируют, при этом дросселируют пульсирующий поток газообразного аммиака, снижают абсолютное давление аммиака до 0,1-0,12 МПа и направляют его в конденсатор, где его вновь подвергают конденсации при температуре минус (25-40)°C, и далее направляют сконденсированный аммиак в сборник, удаляют газообразный аммиак и выделившиеся в процессе улавливания аммиака инертные газы из конденсатора и из сборника в эжектор, где производят последующее улавливание аммиака с помощью воды, при этом ведут непрерывный процесс поглощения при температуре 10°-40°C в одну ступень, при этом создают избыточное давление паров аммиака в пределах 5-100 кПа с использованием аммиачной воды концентрацией 5-25% с последующим выводом этой аммиачной воды из эжектора в накопительную емкость.
Изобретение относится к сельскому хозяйству. .

Изобретение относится к области удобрений. .
Изобретение относится к сельскому хозяйству. .
Изобретение относится к составу и способу получения азотного удобрения на основе аммиачной селитры и карбамида с сульфатной добавкой и может быть использовано в химической промышленности для производства новой марки удобрения, так называемой КАС гранулированной.
Изобретение относится к получению жидких азотно-калийных удобрений и может быть использовано в химической промышленности и сельском хозяйстве. .
Изобретение относится к получению жидких азотно-калийный удобрений. .

Изобретение относится к композициям каротиноидов и способам их получения. Композиция содержит мыло, получаемое омылением природной каротиноидсодержащей живицы, где мыло содержит частицы неэтерифицированных ксантофиллов и живица состоит из природной каротиноидсодержащей живицы.
Наверх