本实用新型属于农业资源化技术领域，具体涉及一种利用农林生物质多联产制备油、气和炭基包膜肥的系统。
背景技术：
目前，用于农业的肥料中主要分为化肥和有机肥，但是随着生活水平的提高，对农作物的耕作也越来越简单化，越来越机械化，由于化肥是采用化学和物理方法人工制成的含有一种或几种农作物生长需要的营养元素的肥料，长期使用容易导致土壤结构被破坏、生产潜力降低、金属和有毒元素有所增加、微生物活性降低、物质难以转化及降解、养分失调、硝酸盐累积、酸化加剧、pH变化太大等问题。而有机肥中，多为农家肥，虽然具有许多优点，却存在不便运输和施肥等缺陷。目前，农业已进入现代化时期，发展现代农业必须用现代的农资产品来装备现代农业。我国是农业大国，增施肥料是保证粮食增产、农产品质量安全的一项重要的环节。目前市场上的传统化学肥料所含营养元素较少，不能完全满足作物生长的需要，而且价格较高，增产效果不明显，此外还存在肥料利用率低、施加量过多等问题。
生物炭是生物残体在缺氧或低氧条件下，经高温热解产生的稳定的、高度芳香化的物质，主要由碳、氢、氧等元素组成，其中含碳量高达80%以上；从微观结构上来说，生物炭多由紧密堆积、高度扭曲的芳香环片层组成，孔结构发达，具有较大的比表面积，表面富含羧基、酚羟基、羰基、内酯基、酸酐等官能团，具有很好的吸附性能。同时生物炭的制备原料非常广泛，成本较低，有利于实现固体废弃物的资源化利用。研究表明生物炭施入土壤后可提高作物对土壤养分的吸收能力和土壤肥力，改善土壤有效养分的供应，达到增加作物产量和生物量的效果。此外，若生物炭与其他肥料配合施用，作物的产量提高将会更加明显，还能有效减少化肥需用量。在生物炭生产的过程中，还会副产大量的生物油和可燃气类的能源产品。近年来，生物质热裂解来制备生物质燃料技术得到了迅猛地发展，该方法能够将生物质高效转化为易储存、能量密度高的生物油、可燃气(发电)以及生物质炭。但现有技术中涉及到的生物炭基肥料联产，仅仅是生物炭的生产，没有对生物炭进行进一步加工成真正可以使用的农用肥料，且生产过程中能源利用率低。
技术实现要素：
本实用新型针对现有技术的不足，提出了一种利用农林生物质多联产制备油、气和炭基包膜肥的系统，将农林生物质热解产生的油气，通过直燃产蒸汽，一部分进行发电，另一部分用于肥料造粒，回收了农林废弃生物质中的能量；同时将热解产生的热解炭与化肥进行结合生产炭基包膜肥，既实现了农林生物质的秸秆还田，又增加了土壤有机质的含量；此外，将生物炭粉与粘结剂作为包膜材料，对化学肥料进行包膜，利用生物炭的吸附能力，既实现了化学肥料中营养物质的缓释效果，又实现了保水保肥的效果，提高了化学肥料的利用率。
为至少解决上述技术问题之一，本实用新型采取的技术方案为：
本实用新型提出了一种利用农林生物质多联产制备油、气和炭基包膜肥的系统，包括蓄热式辐射管旋转床热解炉、油气直燃锅炉、熄焦系统、第一破碎装置、混料机和滚筒造粒机，其中，所述蓄热式辐射管旋转床热解炉，用于对生物质进行热解处理，得到高温油气和热解炭；所述油气直燃锅炉，与所述蓄热式辐射管旋转床热解炉的高温油气出口连接，用于将高温油气进行燃烧处理，得到蒸汽和低温烟气；所述熄焦系统，其进料口与所述蓄热式辐射管旋转床热解炉的出料口相连，其烟气入口与所述油气直燃锅炉的烟气出口相连，利用低温烟气对热解炭进行降温，得到生物炭；所述第一破碎装置，其进料口与所述熄焦系统的出料口相连，用于将生物炭进行破碎处理；所述混料机，其进料口与所述第一破碎装置的出料口相连，用于将破碎后的生物炭与粘结剂粉末一起进行混匀处理；所述滚筒造粒机，其进料口与所述混料机的出料口相连，其蒸汽入口与所述油气直燃锅炉的蒸汽出口相连，用于将混合均匀的生物炭与粘结剂作为包膜材料，同时通入蒸汽，对化肥颗粒进行包膜处理，得到炭基包膜肥。
进一步的，所述蓄热式辐射管旋转床热解炉根据不同温度沿旋转床炉底旋转方向依次分为干燥区、热解区，所述干燥区的温度设为100-200℃，所述热解区的温度设为400℃-700℃。
进一步的，所述蓄热式辐射管旋转床热解炉的高温油气出口设置在所述热解区的炉顶位置。
进一步的，还包括双螺旋出料机，设置在所述蓄热式辐射管旋转床热解炉的出料处。
进一步的，还包括第二破碎装置，与所述蓄热式辐射管旋转床热解炉的进料口连接，用于将农林生物质进行破碎处理。
进一步的，还包括蒸汽轮机，与所述油气直燃锅炉的蒸汽出口连接，用于将蒸汽进行发电。
本实用新型至少包括以下有益效果：
（1）本实用新型将农林生物质热解产生的油气，通过直燃产蒸汽，一部分蒸汽进行发电，另一部分蒸汽用于肥料造粒，回收了农林废弃生物质中的能量；
（2）本实用新型将热解产生的热解炭与化肥进行结合生产炭基包膜肥，既实现了农林生物质的秸秆还田，又增加了土壤有机质的含量；
（3）本实用新型将生物炭粉与粘结剂作为包膜材料，对化学肥料进行包膜，利用生物炭的吸附能力，实现了化学肥料中营养物质的缓释效果，还能实现保水保肥的效果，提高了化学肥料的利用率；
（4）本实用新型所述热解炉内高温绝氧环境，热解挥发气与高温烟气隔绝，减少混合二次污染；并且在热解过程中，物料相对料床静止，不受压，不翻动，辐射管内流体与反应炉膛完全隔离，避免了产生飞灰的问题。
附图说明
图1为本实用新型系统结构示意图。
图2为本实用新型工艺流程图。
其中，第二破碎装置1，蓄热式辐射管旋转床热解炉2，油气直燃锅炉3，熄焦系统4，第一破碎装置5，混料机6，滚筒造粒机7，蒸汽轮机8。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
根据本实用新型的实施例，图1为本实用新型系统结构示意图，参照图1所示，本实用新型所述利用农林生物质多联产制备油、气和炭基包膜肥的系统包括：第二破碎装置1，蓄热式辐射管旋转床热解炉2，油气直燃锅炉3，熄焦系统4，第一破碎装置5，混料机6，滚筒造粒机7，蒸汽轮机8。
根据本实用新型的实施例，图2为本实用新型工艺流程图，参照图1和2所示，本实用新型所述第二破碎装置，用于将农林生物质原料进行破碎处理后通入所述蓄热式辐射管旋转床热解炉。
根据本实用新型的实施例，参照图1和2所示，本实用新型所述蓄热式辐射管旋转床热解炉包括：进料口、高温油气出口和出料口，其中，所述热解炉的进料口与所述第二破碎装置相连，所述高温油气出口设置在所述热解区的炉顶位置，在所述出料口处还设有双螺旋出料机，进行出料，用于对破碎后的生物质进行热解，得到的高温油气通入所述油气直燃锅炉，得到的热解炭通入熄焦系统。
根据本实用新型的一些实施例，本实用新型所述蓄热式辐射管旋转床热解炉根据不同温度沿旋转床炉底旋转方向依次分为干燥区、热解区，所述干燥区的温度设为100-200℃，所述热解区的温度设为400℃-700℃。
根据本实用新型的实施例，参照图1和2所示，本实用新型所述油气直燃锅炉包括：高温油气进口、烟气出口、第一蒸汽出口和第二蒸汽出口，其中，所述高温油气进口与所述蓄热式辐射管旋转床热解炉的高温油气出口相连，用于将高温油气进行燃烧处理，得到的蒸汽经所述第一蒸汽出口通入所述蒸汽轮机，得到的低温烟气经所述第二蒸汽出口通入所述滚筒造粒机。
根据本实用新型的实施例，参照图1和2所示，本实用新型所述熄焦系统包括：进料口、烟气入口和出料口，其中，所述熄焦系统的进料口与蓄热式辐射管旋转床热解炉的出料口相连，所述烟气入口与所述油气直燃锅炉的烟气出口相连，利用低温烟气对热解炭进行降温，得到的生物炭通入所述第一破碎装置。
根据本实用新型的实施例，参照图1和2所示，本实用新型所述第一破碎装置包括：进料口和出料口，其中，所述进料口与所述熄焦系统的出料口相连，用于将生物炭进行破碎处理，得到的生物炭粉通入所述混料机。
根据本实用新型的实施例，参照图1和2所示，本实用新型所述混料机包括：进料口和出料口，其中，所述进料口与所述第一破碎装置的出料口相连，用于将所述生物炭粉与粘结剂粉末一起进行混匀处理，作为包膜材料。
根据本实用新型的实施例，参照图1和2所示，本实用新型所述滚筒造粒机包括：进料口和蒸汽入口，其中，所述进料口与所述混料机的出料口相连，所述蒸汽入口与所述油气直燃锅炉的第二蒸汽出口相连，用于将所述包膜材料与添加的化肥颗粒进行包膜处理，同时通入蒸汽进行造粒，得到生物炭基包膜肥料。
根据本实用新型的实施例，参照图1和2所示，本实用新型所述蒸汽轮机与所述油气直燃锅炉的第一蒸汽出口相连，用于将蒸汽进行发电。
根据本实用新型的一些实施例，本实用新型所述农林生物质为农业和林业生产和加工过程中产生的废弃物，如秸秆、树枝树叶、稻壳和木屑等。
在本实用新型的另一方面，提出了一种利用前面所述的利用农林生物质多联产制备油、气和炭基包膜肥的系统进行生产的方法，具体包括以下步骤。
（1）预破碎处理：将农林生物质通入所述第二破碎装置进行破碎至10cm以下。
（2）热解处理：将破碎后的农林生物质送入蓄热式辐射管旋转床热解炉内，进行热解处理，热解温度为400-700℃，热解时间为30-60min，得到高温油气和热解炭；
（3）燃烧处理：将所述高温油气通入油气直燃锅炉进行燃烧处理，得到蒸汽和低温烟气，所述蒸汽一部分通入到所述滚筒造粒机进行包膜造粒处理，所述低温烟气通入所述熄焦系统对热解炭进行降温处理。
（4）熄焦处理：将所述步骤（2）得到的热解炭送入熄焦系统，利用步骤（3）中的所述低温烟气进行降温，得到生物炭。
（5）破碎和混匀处理：将所述生物炭经由第一破碎装置进行破碎处理至100目以下，得到生物炭粉，通入混料机中与添加的粘结剂粉末进行混匀处理，其中，生物炭与粘结剂粉末的重量比为10-30：1。
（6）包膜造粒处理：将步骤（5）中混合均匀的生物炭粉与粘结剂粉末作为包膜材料通入滚筒造粒机中，同时通入步骤（3）中的一部分蒸汽，对化肥颗粒进行包膜造粒处理，得到生物炭基包膜肥料。
（7）蒸汽轮机发电：将所述步骤（3）的蒸汽的另一部分通入所述蒸汽轮机，产生电能，可用于发电。
实施例1：本实施例的农林生物质选取为含水率20.3%的玉米秸秆，本实用新型利用农林生物质多联产制备油、气和炭基包膜肥的方法，具体包括以下步骤。
（1）预破碎处理：将玉米秸秆通入所述第二破碎装置进行破碎至10cm以下。
（2）热解处理：将破碎后的玉米秸秆送入蓄热式辐射管旋转床热解炉内，进行热解处理，热解温度为500℃，热解时间为50min，得到高温油气和热解炭；
（3）燃烧处理：将所述高温油气经输送管通入油气直燃锅炉进行燃烧处理，得到蒸汽和低温烟气（低于150℃），所述蒸汽一部分通入到所述滚筒造粒机进行包膜造粒处理，所述低温烟气通入所述熄焦系统对热解炭进行降温处理。
（4）熄焦处理：将所述步骤（2）得到的热解炭送入熄焦系统，利用步骤（3）中的所述低温烟气进行降温，得到生物炭。
（5）破碎和混匀处理：将所述生物炭经由第一破碎装置进行破碎处理至100目以下，得到生物炭粉，通入混料机中与添加的粘结剂粉末进行混匀处理，其中，生物炭与粘结剂粉末的重量比为20：1。
（6）包膜造粒处理：将步骤（5）中混合均匀的生物炭粉与粘结剂粉末作为包膜材料通入滚筒造粒机中，同时通入步骤（3）中的一部分蒸汽，对化肥颗粒进行包膜造粒处理，其中，包膜材料与化肥颗粒的质量比为4：6，得到粒径3-6mm的生物炭基包膜肥料，其机械强度大于10N。
（7）蒸汽轮机发电：将所述步骤（3）的蒸汽的另一部分通入所述蒸汽轮机，产生电能，可用于发电。
大田试验表明：在保证产量的情况下，与常规氮磷钾化学肥料相比，炭基包膜肥料可以减少20%-30%氮磷钾的施用量。
发明人发现，根据本实用新型所述的利用农林生物质多联产制备油、气和炭基包膜肥的系统，将农林生物质热解产生的油气，通过直燃产蒸汽，一部分蒸汽进行发电，另一部分蒸汽用于肥料造粒，回收了农林废弃生物质中的能量；同时将热解产生的热解炭与化肥进行结合生产炭基包膜肥，既实现了农林生物质的秸秆还田，又增加了土壤有机质的含量；并且，本实用新型将生物炭粉与粘结剂作为包膜材料，对化学肥料进行包膜，利用生物炭的吸附能力，实现了化学肥料中营养物质的缓释效果，还能实现保水保肥的效果，提高了化学肥料的利用率；此外，本实用新型所述热解炉内高温绝氧环境，热解挥发气与高温烟气隔绝，减少混合二次污染；并且在热解过程中，物料相对料床静止，不受压，不翻动，辐射管内流体与反应炉膛完全隔离，避免了产生飞灰的问题。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、 或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。