利用废弃物促进生物生长并制备工业原料的系统方法技术方案

本发明专利技术利用废弃物促进生物生长，通过光合作用起到更加高效利用太阳能的效果，同时完成对废弃物的净化和工业原料的生产。本发明专利技术中生态系统温室内的生物（农作物）周年连续高效利用废弃物的养分，采用迷宫或“之”字形通道提高利用效果，同时生物对废弃物又起到净化效果；为提高太阳能利用率，根据日照量调节植物生育的温度、湿度、光照、CO2浓度以及营养液等环境条件。生长所得的生物质（果实）分拣出富含淀粉的部分，通过气化、调节氢碳比例、净化、甲醇合成工序制备工业原料-甲醇。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及将工业或者生活废弃物转化为甲醇的方法，属于能源、农业与环境系统工程

技术介绍
大约在距今7亿～8亿前，陆地上开始出现植物，当时大气中二氧化碳含量比较多，所以十分有利于植物的光合作用，使植物大为繁茂。大量植物在进行光合作用时，吸收了大气中丰富的二氧化碳，放出了氧，使大气中的含氧量大大增多。所以古代植物非常适应高浓度二氧化碳环境。本专利正是利用某些植物对高浓度二氧化碳的喜好以及植物对废气、废水和废渣中的部分有害物质的浸出、吸附、富集和重整，净化废弃物。相关文献调研发现，现有的研究仅仅单独集中于物理、化学法碳减排（或者是降低PM2.5以下粒子、除硫、除硝）的环保技术；或者是植物法利用光合作用固定二氧化碳；或者利用碳、天然气制备甲醇的研究进展的方法，并未结合植物的光合作用大规模完成工业或生活碳减排的相关研究和应用实例，植物能源利用技术也仅利用农作物的废碴废料制取气化燃料，并没有利用农作物的主要产物制备甲醇等液体燃料。化工生产方面仅仅考虑了单独的天然气或煤制甲醇的生产过程，CO2的利用也仅限于冶金、化工企业的高浓度CO2 排气，而忽略了例如燃煤电厂这一最大的碳源，或按照化工方面的传统观念，认为火电厂低浓度CO2难以制备甲醇。火电厂方面仅仅是将CO2 捕集并且封存，未能有效利用CO2，这造就了碳捕集的高成本，国内几家碳捕集示范项目面临的高昂的运行成本已经证明，现阶段走“碳捕集+封存”的道路在经济上很难行得通。实际上，低浓度的CO2也是一种宝贵的碳资源，尤其火电厂的废气中含有大量的氮化物，对植物提供了充足氮肥；废液和废气中的余热可以促进植物生长；固体废弃物可以提供大量的磷肥和钾肥；刺槐、松柏类(白皮松、侧柏)、杨柳榆槐椿、银杏、核桃、泡桐、夹竹桃、悬铃木、垂柳、柳杉还可以大量吸收废气中的二氧化硫。通过多种植物的组合种植，可以净化废气、废液和废渣。  在碳捕集技术方面，中国专利CN101314102[1] 提出了“一种燃煤电厂烟气中CO2 捕集方法和装置”，它由烟气预处理系统、吸收塔、再生塔、排气洗涤系统、溶液加热回收器、产品气处理系统( 包括冷凝器、气液分离器、压缩机) 组成，但该专利只适用于单纯碳捕集。中国专利CN201603511U [2]提出了“一种燃煤电厂烟气中二氧化碳捕集系统”，它包括吸收塔再生塔，还包括再生气冷凝器、贫富液换热器、CO2 分离器和CO2 压缩机，该专利只适用于单独以碳减排为目的的工程，使用乙醇胺为吸收液，后续化工工序使用联合制碱法的氯化铵生产工艺。在制备甲醇技术方面，美国专利5928806[3]采用空气中的二氧化碳作为甲醇原材料的替代来源，但是需要从大气中经济地俘获CO2气体。同时，植物包括农作物是地球环境最主要的净化系统，长期以来因为植物的净化效率低而没有利用到工业领域。目前，在光植物利用太阳能领域，大部分研究通过植物的光合作用来实现将太阳能转换成为生物质的过程，目前主要有速生植物（如薪炭林）、油料作物和巨型海藻，并没有考虑利用植物中的淀粉和糖生产化工原料。参考文献[1] 许世森，刘练波，燃煤电厂烟气中二氧化碳捕集方法和装置, CN101314102 [P],2008.05.30；[2]杜云贵,燃煤电厂烟气中二氧化碳捕集系统,CN201603511U [P],2010.01.14[3] Olah, George A.,Prakash, G. K. Surya，Recycling of carbon dioxide into methyl alcohol and related oxygenates for hydrocarbons，5,928,806 [P]，July 27, 1999。
技术实现思路
本专利技术利用十分巨大的工业废气（例如火电厂废气）、废液、废渣、余热和废弃水蒸气作为促进植物生长的主要手段；并利用高浓度CO2（或低O2浓度）的培养气氛，治理相应的病虫害，减少甚至消除农药用量；利用废气、废液和废渣培育出的植物可能会危害人畜健康，不能直接食用。但是可以用来生产化工产品。可以将废弃物培育的的农产品全部用于工业原料的生产，例如采用淀粉气化制备可燃混合气体具有产出率高、能耗小、污染小的特点， 混合气体可直接作为清洁燃料或进一步加工制备成为甲醇等化工原料。专利技术中培育生物的过程必须在特定的封闭培育温室 （例如特定温室）中完成，不必须占用耕地和影响现有生态环境，但是必需利用物理化学的研究方法，根据不同植物的能量利用与物理和环境因素的关系（例如木薯在充足阳光下对二氧化碳的还原速率随环境温度和二氧化碳的浓度关系），设计植物的布设关系以及培养环境。本专利技术采用废弃物促进培育系统内的生物（农作物）生长，同时通过生物周年连续改善废弃物的的有害成分。生物培育系统根据日照量调节生物生育的温度、湿度、光照、CO2浓度以及营养液等环境条件，从而高效利用太阳能完成对废弃物的净化和工业原料的生产。本专利技术也属于太阳能利用中的光植物利用领域，即通过植物的光合作用来实现将太阳能转换成为生物质的过程。在目前大气环境中，植物通过光合作用利用太阳能转化为化学能的最大转化率大约为5％，有很大的提升空间，采用高CO2浓度的培育气氛是一条有效的促进途径。同时，部分工业废弃物实际上就是植物的生产肥料，例如低浓度的CO2就是一种宝贵的碳资源，对光合作用有极大的促进作用，尤其火电厂的废气中含有大量的氮化物，对植物提供了充足氮肥；而废液和废渣中的磷、钾离子则是植物的磷肥和钾肥。本专利技术有利于减缓大气温室气体的排放，由此缓和全球变暖趋势。生物包括农作物是地球环境最主要的净化系统，刺槐，松柏类(白皮松、侧柏)，杨柳榆槐椿、银杏、核桃、泡桐、夹竹桃、悬铃木、垂柳、柳杉可以大量吸收废气中的二氧化硫；嗜氮菌可以净化低浓度的一氧化氮，豆科植物有根瘤菌可以吸收大气中的氮，小薜荔、火棘可以吸收大气中的二氧化氮。通过多种植物的组合培育，可以净化废气、废液和废渣。利用迷宫式曲折（或“之”字型）通道，废气或废液、悬浮废渣或悬浮植物可以在曲折通道中流动。废渣和废液可以从培育温室的上游进入，由高处曲折流向低处，而废气（如CO2和水蒸气）可以从低处进入，从低处曲折上升到高处。废弃物在狭长的曲折通道中，经过不同科目植物、微植物及细菌的多次净化，有效降低废弃物中有害成分含量，必要时可以再经过工业净化程序，最终达到排放标准。利用植物法替代工业净化程序，能够有效提高净化系统的稳定性，即使出现病虫害导致系统效用下降，也是一个逐渐发展的过程，便于管理人员及时采取措施，不至于导致生产瘫痪。利用工业废料培育的植物可以全部用作生产甲醇及其衍植物的重要原料，提供了日益减少的化石燃料替代产品，由于火电厂废气排放量十分巨大，煤燃烧生成CO2，烧1kg煤产生3.67kgCO2，我国用煤多导致CO2排放多，如2009年世界主要排CO2的国家中，我国第一，占总排放量的24.2%，我国电力行业是排CO2的第一大户，2010年电力行业CO2排放占我国总排放量的49.3%，共计排放35.59亿吨，主要由火本文档来自技高网...

【技术保护点】
利用工业或生活废气（含有较高浓度的CO2或超标废气）或废液或废渣作为主要原料培育生物（包括农作物），并采用培育出的生物质作为原料制备甲醇的方法，通过以下步骤完成：a) 将工业或生活废气（CO2的体积百分比大于0.3%或超标废气）或废液或废渣（下列统称废弃物）清除部分有害成分后导入培育温室 用于培育生物（包括农作物）；b) 根据需要可以调节培育温室内部温度、湿度、气体含量、光照强度和营养液浓度；c) 经过若干次生物净化后的废弃物，其中污染物质含量达标；d) 采用废弃物培育的生物质（农作物）经过处理后，用作工业原料。

【技术特征摘要】
1.利用工业或生活废气（含有较高浓度的CO2或超标废气）或废液或废渣作为主要原料培育生物（包括农作物），并采用培育出的生物质作为原料制备甲醇的方法，通过以下步骤完成：
a) 将工业或生活废气（CO2的体积百分比大于0.3%或超标废气）或废液或废渣（下列统称废弃物）清除部分有害成分后导入培育温室 用于培育生物（包括农作物）；
b) 根据需要可以调节培育温室内部温度、湿度、气体含量、光照强度和营养液浓度；
c) 经过若干次生物净化后的废弃物，其中污染物质含量达标；
d) 采用废弃物培育的生物质（农作物）经过处理后，用作工业原料。
2.权利要求1的方法，培育生物的废气采用工业或生活废气（CO2的体积百分比大于0.05%或超标废气）。
3.权利要求1的方法，培育生物的水分采用工业或生活废液。
4.权利要求1的方法，培育生物的土壤采用工业或生活废渣。
5.权利要求2的方法，培育生物的废气经过处理，去除部分有害物质。
6.权利要求3的方法，培育生物的废液经过处理，去除部分有害物质。
7.权利要求4的方法，培育生物的废渣经过处理，去除部分有害物质。
8.采用高浓度CO2的生物培养气氛，调节CO2含量浓度，促进生物生长，增加作物产量或者缩短生长期。
9.采用高浓度CO2的生物培养气氛，调节CO2含量浓度，治理相应科目的病虫害，至少减少一种农药用量。
10.采用低浓度O2的生物培养气氛，调节O2含量浓度，治理相应科目的病虫害，至少减少一种农药用量。
11.权利要求2的方法，培育生物的气体根据需要间隔调整氧气浓度（可以在0-100%之间调整），整体或局部调整。
12.权利要求2的方法，培育生物的气体根据需要间隔调整含氮化合物浓度（可以在0-100%之间调整），整体或局部调整。
13.权利要求3的方法，培育生物的液体成分根据需要整体或局部调整，促进生物生长，增加作物产量或者缩短生长期。
14.权利要求3的方法，培育生物的土壤成分根据需要整体或局部调整，促进生物生长，增加作物产量或者缩短生长期。...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宇栋，
申请(专利权)人：王宇栋，
类型：发明
国别省市：云南;53