一种利用酒糟制备富氮液肥和水热炭的方法及其应用

本发明属于生物，具体涉及一种利用酒糟制备富氮液肥和水热炭的方法及其应用。

背景技术：

1、酒糟是酿酒轻工业的主要副产物，是以谷物、水果含糖原料经发酵、蒸煮等工序，提取籽实中可溶性碳水化合物后的剩余固体残渣，主要分为啤酒糟和白酒糟两大类。酒糟是一类典型的轻工有机固废，初始含水率高，超过80wt.％，富含易腐有机质，容易变质滋生细菌、病原菌等。然而，干基酒糟又富含蛋白质和木质纤维素，灰分和硫含量低，可视为被集中了的碳源和氮源，分别达45-50wt.％和3-5wt.％，属于优质生物质范畴。如何实现这类巨量且逐年递增的高湿富氮木质纤维类生物质废弃物的有效处置利用，减轻企业负担，降低环境影响，已成为企业亟待解决的痛点和社会普遍关注的热点。

2、目前，围绕酒糟的本质属性，定位在热化学资源化，采用水热技术将其转化为高值产品是一种可行且有潜力的处置利用方式。现有技术主要集中在水热耦合其他手段制备生物炭、活性炭、生物燃气、碳量子点等，应用于供热、储能、吸附等领域。cn113549465a公开了一种采用水热碳化技术联合处置酒糟与塑料垃圾的方法，获得了水热炭高值固体燃料，热值达32.7-34.97mj kg-1。cn109628158b授权了一种将酒糟经过包括水热碳化在内的分级热化学转化方法，实现原料氮组分的源端减量和气相氮污染物转化的过程控制，得到了氮污染物浓度低于20ppmv的高值生物燃气。cn117645850a公开了一种酒糟水热炭通过分散和交联处理的方法，得到了用于人造板材领域的无醛胶粘剂，湿粘结强度达1.35mpa。这些技术虽然提供了酒糟固相水热炭资源化的多种方案，但普遍存在缺陷：均忽略了水热过程所产生的大量水热液的处置利用，对于高含水率的酒糟而言，采用水热技术实现资源化，水热液的有效处置或利用是制约经济性、环保性和工程放大的关键所在。cn114772578b授权了一种将酒糟衍生水热炭和水热液分别经koh活化和冷冻干燥，转化为电容炭和碳量子点的方法，以实现酒糟的高值化回收利用。该方法虽然兼顾了水热两相产物的利用，但于实际应用而言缺陷十分明显：电容炭比电容量太低，含碳量子点的水热液干燥耗能巨大。cn110241142a提及了一种水热碳化耦合厌氧消化联产甲烷和高氨氮炭基肥的方法，此方法存在类似问题：采用生物炭去清洁经厌氧消化后水热液，制得清水回用，生物炭的吸附能力显然不能与大量水解液氨氮的去除相匹配，且水热液的生化处理方法效率低下，无法实现水热液相的清洁高效处置。

3、综上，采用水热技术实现酒糟的清洁高效全组分利用，势必要兼顾水热炭和水热液的有效处置，两类产物应用场景的选择至关重要，此外，对于富含蛋白质和木质纤维素的酒糟而言，碳氮组分的两相迁移、转化与分配是赋予两类产物功能化特征的关键，水热条件也是影响两相产物无毒无害的重要因素，现有技术并未充分考虑到这一点，也无法真正应用到工程场景中。因此，有必要进一步开发清洁高效的水热技术，调控碳氮组分在产物中价值化迁移转化，为固液两相产物找到合适的应用出口，以实现酒糟的全组分利用。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种利用酒糟制备富氮液肥和水热炭的方法。

2、本发明还提出一种富氮液肥。

3、本发明还提出上述富氮液肥的应用。

4、本发明还提出一种水热炭。

5、本发明还提出上述水热炭的应用。

6、本发明还提出一种促进种子萌发的方法。

7、本发明还提出一种促进植物生长的方法。

8、本发明还提出一种利用酒糟制备富氮液肥和水热炭的工艺系统。

9、本发明还提出一种上述工艺系统的应用。

10、根据本发明的一个方面，提出了一种利用酒糟制备富氮液肥和水热炭的方法，所述方法包括以下步骤：

11、s1、将酒糟和钙基调理剂加入水热釜中，通入蒸汽后，于160-210℃下进行热水解反应，反应时间为30-45min；

12、s2、将热水解反应得到的产物进行固液分离，收集液相和固相，液相即为富氮液肥，固相即为水热炭。

13、在本发明的一些实施方式中，所述富氮液肥为富含氮的液体肥料。

14、在本发明的一些实施方式中，所述钙基调理剂包括生石灰、磷石膏、贝壳粉和钙基膨润土中的至少一种。

15、在本发明的一些实施方式中，所述酒糟包括啤酒糟和白酒糟。

16、在本发明的一些实施方式中，所述酒糟的含水率为70-80％。

17、在本发明的一些实施方式中，所述酒糟的含水率为75％。

18、在本发明的一些实施方式中，所述酒糟与钙基调理剂的添加质量比为1：0.0125-0.075。

19、在本发明的一些实施方式中，所述蒸汽的温度为180-220℃。

20、在本发明的一些实施方式中，所述热水解反应的原料还包括水。

21、在本发明的一些实施方式中，所述蒸汽的输入量为水的1-2.5倍。

22、在本发明的一些实施方式中，所述固液分离采用压滤机进行。

23、在本发明的一些实施方式中，所述压滤机为板式压滤机。

24、在本发明的一些实施方式中，还包括对液相依次进行调节ph、过滤和浓缩的步骤。

25、在本发明的一些实施方式中，所述调ph采用的调节剂包括乙酸、磷酸和氨水。

26、在本发明的一些实施方式中，所述ph为6.0-7.5。

27、在本发明的一些实施方式中，还包括对固相进行干燥的步骤。

28、在本发明的一些实施方式中，所述干燥采用来自锅炉的600-700℃的烟气直接接触换热进行干燥。

29、在本发明的一些实施方式中，干燥后的固相的含水量低于20wt.％。

30、根据本发明的第二方面提出了一种富氮液肥，由上述方法制备得到。

31、在本发明的一些实施方式中，所述富氮液肥的氮含量为200-300mg/l。

32、在本发明的一些实施方式中，所述富氮液肥的氮含量为230-280mg/l。

33、在本发明的一些实施方式中，所述富氮液肥的氮含量为250mg/l。

34、根据本发明的第三方面提出了上述富氮液肥的应用，所述应用为在促进植物种子萌发中的应用。

35、在本发明的一些实施方式中，所述应用为在提高植物的鲜重和/或干重中的应用。

36、在本发明的一些实施方式中，所述应用为在促进植物生长中的应用。

37、在本发明的一些实施方式中，所述植物包括但不限于大豆或水稻。

38、根据本发明的第四方面，提出了一种促进植物种子萌发的方法，所述方法包括以下步骤：将上述富氮液肥作用于植物种子。

39、在本发明的一些实施方式中，所述植物包括但不限于大豆或水稻。

40、根据本发明的第五方面，提出了一种促进植物生长的方法，所述方法包括以下步骤：将上述富氮液肥作用于植物。

41、在本发明的一些实施方式中，所述植物包括但不限于大豆或水稻。

42、根据本发明的第六方面提出了一种水热炭，由上述方法制备得到。

43、在本发明的一些实施方式中，所述水热炭的含水率低于20wt.％。

44、根据本发明的第七方面，提出了上述水热炭的应用，所述应用为在作为燃料中的应用。

45、根据本发明的第八方面，提出了一种利用酒糟制备富氮液肥和水热炭的工艺系统，所述工艺系统包括热水解单元、固液分离单元、液相浓缩单元、干燥单元和燃烧供热单元；

46、所述热水解单元利用燃烧供热单元提供的高温蒸汽对酒糟进行热水解反应，得到反应液；

47、所述固液分离单元用于将热水解单元得到的反应液进行固液分离，得到液相和固相；

48、所述液相浓缩单元用于调节所述固液分离得到的液相的ph，将调节ph后的液相依次进行过滤和浓缩得到富氮液肥；

49、所述干燥单元利用干燥装置，以及来自燃烧供热单元的温度为600-700℃的烟气与所述固液分离得到的固相进行接触换热，得到含水率低于20wt.％的水热炭；

50、所述燃烧供热单元利用燃料和/或上述干燥单元得到的水热炭进行燃烧，产生高温烟气；所述高温烟气通过加热供水装置中的水，产生180-220℃的蒸汽供给热水解单元后，高温烟气变为600-700℃的烟气，进入干燥单元。

51、在本发明的一些实施方式中，所述酒糟包括啤酒糟和白酒糟。

52、在本发明的一些实施方式中，所述酒糟的含水率为70-80％。

53、在本发明的一些实施方式中，所述酒糟的含水率为75％。

54、在本发明的一些实施方式中，所述热水解反应还包括加入钙基调理剂。

55、在本发明的一些实施方式中，所述钙基调理剂包括生石灰、磷石膏、贝壳粉和钙基膨润土中的至少一种。

56、在本发明的一些实施方式中，所述酒糟与钙基调理剂的添加质量比为1：0.0125-0.075。

57、在本发明的一些实施方式中，所述热水解单元包括原料罐、药剂罐、预反应罐、清水罐和水热釜，其中，原料罐供给酒糟，药剂罐供给钙基调理剂，清水罐供给清水，预反应罐将来自原料罐的酒糟、药剂罐的钙基调理剂、清水罐的清水进行混合后，转入水热釜中进行水热反应。

58、在本发明的一些实施方式中，所述水热釜为两釜交替式间歇反应釜。两釜交替式间歇反应釜具体为一釜在反应阶段时，另一釜在装料或卸料，保证蒸汽能持续稳定供应。

59、在本发明的一些实施方式中，所述固液分离单元包括压滤机。

60、在本发明的一些实施方式中，所述压滤机包括板式压滤机。

61、在本发明的一些实施方式中，所述液相浓缩单元包括液相调质罐、过滤装置和浓缩装置。

62、在本发明的一些实施方式中，所述液相调质罐用于调节所述液相的ph。

63、在本发明的一些实施方式中，所述调ph采用的调节剂包括乙酸、磷酸和氨水。

64、在本发明的一些实施方式中，所述ph为6.0-7.5。

65、在本发明的一些实施方式中，所述浓缩装置为膜浓缩装置。所述膜浓缩装置用于提纯富氮液肥，膜浓缩装置得到的清水转入热水解反应的清水罐中。

66、在本发明的一些实施方式中，所述干燥单元包括干燥装置和空气预热器。

67、在本发明的一些实施方式中，所述干燥装置包括滚筒干燥机。

68、在本发明的一些实施方式中，所述空气预热器用于将换热得到的低温烟气进行热助燃。

69、在本发明的一些实施方式中，所述空气预热器包括管式换热器。

70、在本发明的一些实施方式中，所述燃料包括烟煤、无烟煤和褐煤中的至少一种。

71、在本发明的一些实施方式中，所述燃料为褐煤。

72、在本发明的一些实施方式中，所述褐煤的含水率为15-20wt.％，热值为4881-5186kcal/kg。

73、在本发明的一些实施方式中，所述低温烟气的温度为100-300℃。

74、在本发明的一些实施方式中，所述干燥单元还包括引风机和布袋除尘器，将热助燃后的烟气进行除尘。

75、在本发明的一些实施方式中，所述燃烧供热单元包括锅炉、燃料预混仓。

76、在本发明的一些实施方式中，所述锅炉为循环流化床锅炉。

77、在本发明的一些实施方式中，所述燃烧供热单元还包括供水装置，利用锅炉提供的高温烟气加热所述供水装置，提供稳定的高温蒸汽给热水解单元。

78、在本发明的一些实施方式中，所述高温蒸汽的温度为180-220℃。

79、在本发明的一些实施方式中，所述燃烧供热单元提供烟气的管道设有温度传感器。

80、在本发明的一些实施方式中，所述燃烧供热单元提供高温蒸汽的管道设有蒸汽流量计。

81、在本发明的一些实施方式中，所述燃料预混仓中设有地泵进行称量重量。

82、在本发明的一些实施方式中，所述燃烧供热单元将固相水热炭配备一定比例的煤，在锅炉燃烧产生热能，主要用于两方面：以高温蒸汽形式为水热反应提供所需能量和反应介质，以中高温烟气形式进行水热炭的干燥。该工艺通过两部分热量供给的精准控制，在少量煤辅助燃料的投入下，能维持系统能量的自给；此外，燃烧过程中，通过固相水热炭所含钙基组分的催化作用，与煤混燃的正协同效应，能双重抑制水热炭中所含氮组分到气相氮污染物的转化，从而控制尾气中氮氧化物的排放，该工艺末端烟气处理只需简单的除尘措施即可达标排放，做到真正节能减排。

83、根据本发明的第八方面，提出了上述工艺系统的应用，所述应用为在制备富氮液肥和水热炭中的应用。

84、根据本发明的一些的实施方式，至少具有以下有益效果：本发明方案的方法通过钙基调理剂和热力条件的耦合作用，在较温和水热条件下使废弃酒糟主要组分(碳、氮)有效分配于两相，赋予两相价值化角色，一方面，通过对固相强化的提质降氮作用，使水热炭具备低氮高值燃料性能；另一方面，不稳定的碳氮组分分解溶解于液相，同时有效避免碳氮组分的二次杂环化和芳构化反应，使液相富集营养成分，具有无毒肥效性能。通过优化钙剂调理剂和热力因素的耦合条件，能可使酒糟水热两相产物均具备资源化潜力，从而实现废弃酒糟的全组分利用。

85、且本发明方案采用间歇活性热水解工艺，结合优选的膜浓缩、板式压滤、滚筒干燥、循环流化床燃烧，借助少量外界补给的辅助燃料和软水，满足废弃酒糟水、碳、氮等组分的内部自循环和价值化，实现零副产物生成的酒糟就地消纳，适应于10-50t/d酒糟生产规模的中小型酒厂。