本发明涉及制备肥料的方法、通过该方法制备的肥料组合物及其相关用途。特别地，本发明试图提供由一种或多种废产品制备的肥料组合物。
背景技术：
随着世界人口的增长，越来越需要尽可能地使资源利用最大化，减少浪费并进行回收利用。特别地，必须减少送往垃圾填埋场的废物并减少二氧化碳的排放。此外，需要使作物产量最大化，因此提供安全有效的肥料也是必需的。
技术实现要素：
根据本发明的第一方面，提供一种生产肥料组合物的方法，该方法包括：
(a)提供包含氨基化合物的组合物；
(b)使步骤(a)中提供的组合物与包含二氧化碳的组合物接触；以及
(c)将包含纤维素纤维的组合物添加到步骤(b)中获得的混合物中。
本发明的方法的步骤(a)包括提供包含氨基化合物的组合物。可以包括任何合适的氨基化合物。
在一些实施例中，组合物可包含含有氨基化合物的废料。
在优选实施例中，步骤(a)中使用的组合物包含氨。可以以氨直接提供，或者可提供氨源，例如，释放氨或可转化成氨的化合物。
可使用任何合适的氨源。在一些实施例中，氨可以以气体提供。适当地，所提供的氨为无水氨。
在一些实施例中，可使用氨溶液。在一些实施例中，可使用固体铵盐，例如，可使用固体氢氧化铵。
在一些实施例中，包含氨或氨源的组合物包含来自工业过程的废物流。
在一些优选实施例中，步骤(a)中提供的组合物为含水组合物。
在一些实施例中，步骤(a)中提供的包含氨基化合物的组合物包含厌氧消化物。
如技术人员将理解的，厌氧消化物是在生物可降解的原料发生厌氧消化之后留下的材料。在一些优选实施例中，消化物为产甲烷消化物。
适当地，厌氧消化物是以含水组合物提供的，通常是以污泥或浆料的形式提供的。
厌氧消化物可以从任何合适材料的厌氧消化中获得，例如，草青贮饲料、鸡舍垃圾、牛粪浆料、全株黑麦(wholecroprye)、能源甜菜、马铃薯、小麦秸秆、鸡粪肥、带秸秆的牛粪肥、猪粪肥、食品废物、食品加工废物和污水污泥。
通常，厌氧消化物是从食品废物的厌氧消化或农场浆料(例如，猪粪肥或牛粪肥或鸡粪)的厌氧消化获得的。
在一些优选实施例中，步骤(a)中提供的组合物包括氨源和厌氧消化物。
在一些实施例中，可将气态氨泵送通过厌氧消化物组合物。
在一些实施例中，可将氨水溶液与厌氧消化物混合。
在一些实施例中，可将固体氢氧化铵与厌氧消化物混合。
在一些优选实施例中，将氨气(优选无水氨气)泵送通过厌氧消化物。
在优选实施例中，步骤(a)中提供的组合物包含厌氧消化物和10wt％至60wt％、优选20wt％至50wt％、更优选30wt％至40wt％的氨。
本发明的方法的步骤(b)包括使步骤(a)中提供的混合物与包含二氧化碳的组合物接触。包含二氧化碳的组合物可基本上由二氧化碳组成和/或其可包含二氧化碳和一种或多种另外组分的混合物。
在一些实施例中，二氧化碳可以以固体形式提供。
优选地，步骤(b)包括使步骤(a)中提供的组合物与包含二氧化碳的组合物接触，其中组合物为气体形式。该组合物可包含纯二氧化碳气体和/或其可包含二氧化碳和一种或多种另外气体的气体混合物。
在一些实施例中，步骤(b)包括使步骤(a)中提供的组合物与纯二氧化碳气体接触。
在一些实施例中，步骤(b)包括使步骤(a)中获得的混合物与来自燃烧(例如，化石燃料的燃烧)的废气接触。例如，步骤(b)可包括使来自发电站的烟道气与步骤(a)中提供的组合物接触。
使用烟道气来提供二氧化碳是非常有益的，因为存在于烟道气混合物中的sox和nox气体也能溶解在组合物中并以硫酸盐和硝酸盐的形式在最终的肥料组合物中提供附加营养物。
在一些特别优选的实施例中，二氧化碳源为沼气，步骤(b)包括使步骤(a)中提供的组合物与沼气接触。
沼气是指在厌氧消化过程中获得的甲烷和二氧化碳的混合物。沼气还可包含少量其他气体，例如，硫化氢。沼气中存在的二氧化碳和甲烷的确切水平取决于已消化的混合物和消化条件。通常，沼气包含20vol％至80vol％，例如，30vol％至70vol％的二氧化碳。在一些实施例中，沼气包含40vol％至45vol％的二氧化碳和55vol％至60vol％的甲烷。
在一些实施例中，包含二氧化碳的组合物可包含来自沼气的燃烧或从沼气回收的甲烷燃烧的废气。
本发明的方法的一个特别的优点是，本方法能够使用在厌氧消化过程中产生的消化物和沼气。
在一些优选实施例中，其中包含二氧化碳的组合物包含来自化石燃料和/或沼气燃烧的废气，可以首先使热气体混合物与热交换器接触以从所述气体捕获热能。
在步骤(b)中，将与步骤(a)中提供的组合物接触的二氧化碳适当地保留在新组合物中并形成新组合物的一部分。因此，步骤(b)适当地从与其接触的二氧化碳源中除去二氧化碳。因此，在一些实施例中，步骤(b)可包括从通过例如化石燃料的燃烧产生的废气捕获二氧化碳。
在一些优选实施例中，步骤(b)包括从沼气中除去二氧化碳。因此，所得到的沼气具有增加的甲烷相对浓度，因此将更易于燃烧。因此，本发明可提供使沼气富集的方法。
在步骤(b)中，使二氧化碳适当地与步骤(a)中提供的组合物接触足够时间，以确保组合物中存在的至少50％的氨分子与二氧化碳形成相互作用，优选地，以确保至少70％，更优选至少90％，优选至少95％，最优选基本上所有氨分子与二氧化碳形成相互作用。不受理论束缚，认为初步形成氨基甲酸铵和碳酸氢铵。然后将其转化为碳酸铵。然后通常进行离子交换反应，得到硝酸铵和碳酸钙。
步骤(b)中发生的二氧化碳与氨的反应是放热反应。可以捕获来自该反应的热量。该热量可以适当地在该过程中重复使用。
在步骤(b)中，可以捕获来自二氧化碳源的热量和反应放出的热量。
尽管步骤(b)中包括热气体和放热反应，但优选不向系统供应外部热源。
适当地，步骤(b)中混合物的组合物在与包含二氧化碳的组合物接触的整个过程中保持在以下温度：低于100℃，优选低于80℃，适当地低于60℃，优选低于50℃，适当地低于40℃，例如低于30℃。
本发明的方法的步骤(c)包括将包含纤维素纤维的组合物添加到步骤(b)中获得的混合物中。
可以使用任何合适的纤维素纤维源。
合适的纤维素纤维包括天然纤维素纤维和半合成或经加工的纤维素纤维。
纤维素纤维可包括天然纤维和/或合成纤维和/或半合成纤维，例如，再生纤维素产品。合适的合成纤维包括聚酰胺类、聚酯类和聚丙烯酸类。优选地，步骤(c)中使用的组合物包含天然纤维。
适用于本文的天然纤维素纤维包括：棉、麻、亚麻、丝、黄麻、洋麻、苎麻、剑麻、木棉、龙舌兰、棕榈藤(rattan)、大豆、葡萄藤(vine)、香蕉、椰壳纤维(coir)、秆纤维及其混合物。
在一些优选实施例中，步骤(c)中添加的组合物包含来自农业的废产品或副产品。否则，这种纤维素纤维在其他应用中几乎没有价值或没有价值。合适的废产品或副产品可以是作物(例如，谷物或油菜籽)的茎、叶、糠或壳。在一些优选实施例中，纤维素纤维包含秸秆或木浆。
在一些实施例中，纤维素纤维可包含木浆，例如以商标tensel出售的材料。
在一些实施例中，纤维素纤维可包含直接从纸浆厂获得的废物，例如，松木纸浆(pinepulp)。
在一些实施例中，纤维素纤维可包含从谷物(例如，小麦、黑麦或大麦)获得的秸秆材料。
在优选实施例中，步骤(c)中添加的组合物包含废料。
在一些实施例中，步骤(c)可包括将分解中的有机物质添加到步骤(b)中获得的材料中。
在一些优选实施例中，步骤(c)中使用的包含纤维素纤维的组合物包含含有纤维素纤维的部分分解的有机物质。
部分分解的有机物质的合适来源包括堆肥或堆肥物质。
堆肥通常由例如叶子、植物废物和食品废物的有机材料组成，这些有机材料在潮湿和有氧条件下已经分解。
因此，在一些优选实施例中，步骤(c)可包括将包含纤维素纤维的堆肥材料添加到步骤(b)中获得的混合物中。
在一些实施例中，步骤(c)中添加的组合物可包含与纤维素纤维混合在一起的厌氧消化物。
这可以代替步骤(a)中提供的厌氧消化物而提供或除了步骤(a)中提供的厌氧消化物之外额外地提供。
例如，本发明可使用来自动物粪便的厌氧消化物，其中动物粪便在消化之前不与与其混合的有机物质分离。例如，可以将与动物粪便混合的锯末或青贮饲料添加到厌氧消化器中。动物粪肥可以在厌氧条件下被消化，但是锯末或青贮饲料中存在的纤维素或其他有机物质可能不会被完全消化。然而，所得混合物在步骤(c)中可能是有用的，所得混合物包含厌氧消化物和包括纤维素纤维的部分分解的有机物质。
在步骤(c)中添加包含纤维素纤维的厌氧消化物的实施例中，优选将消化物在添加到步骤(b)中的混合物之前进行干燥。可以使用从燃烧(例如，化石燃料或沼气的燃烧)的废气捕获的和/或在步骤(b)中发生的放热反应过程中捕获的热量来适当地干燥，其中，废气的燃烧提供步骤(b)中使用的包含二氧化碳的组合物。
可以在步骤(c)中添加堆肥和/或厌氧消化物。然而，在优选实施例中，一旦将该材料与步骤(b)中获得的组合物混合，则不进行另外的合成或消化步骤。
本发明的方法包括提供包含氨基化合物的组合物，使该组合物与二氧化碳接触，然后将纤维素纤维添加到所得混合物中以提供肥料组合物。
在一些实施例中，本发明的方法可包括添加一种或多种另外组分。优选地，一种或多种另外组分提供一种或多种营养物的另外来源。
可以在以下阶段添加一种或多种另外组分：步骤(a)之前、之后或期间；和/或步骤(b)之前、期间或之后；和/或步骤(c)之前、期间或之后。
在优选实施例中，一种或多种另外组分包含废料。
在一些实施例中，本发明的方法还包括添加硝酸根离子源。
可以在任何阶段添加硝酸盐源。
可以在以下阶段添加硝酸盐源：步骤(a)之前、之后或期间；和/或步骤(b)之前、期间或之后；和/或在步骤(c)之前、期间或之后。
合适的硝酸根离子源为水溶性硝酸盐。合适的硝酸盐包括碱金属盐、碱土金属盐和铵盐。
优选的硝酸根离子源为硝酸钙。
硝酸根离子源可以固体或液体提供。
在一些实施例中，硝酸盐源可包含废料。
例如，在一些实施例中，硝酸盐源可包含来自odda/硝酸磷酸盐工艺的废物流。这种废物流还将包含磷酸盐残留物，从而在通过本发明的方法获得的肥料组合物中提供磷源。
在一些实施例中，硝酸盐源可包括用硝酸洗涤燃烧废气得到的废物。
在优选实施例中，优选在步骤(a)期间添加硝酸根离子源。
因此，步骤(a)适当地包括提供包含氨基化合物和硝酸盐源的组合物。
适当地，步骤(a)包括提供包含氨和硝酸根离子源的组合物。
在一些优选实施例中，步骤(a)包括提供包含氨、硝酸根离子源和厌氧消化物的组合物。
适当地，在本发明的方法的步骤(a)中提供的组合物中，组合物中存在的氨与硝酸盐的摩尔比为10：1至1：4，优选为6：1至1：2，更优选为4：1至1：1。
当制备步骤(a)中使用的组合物时，可以将硝酸盐水溶液与其他化合物混合，或者可以使用固体硝酸盐，例如，可以将其溶解在消化物中。
在一些实施例中，本发明可涉及在步骤(b)期间添加硝酸盐源，例如，硝酸钙。
在一些实施例中，本发明可涉及在步骤(a)中提供硝酸盐源并在步骤(b)期间添加另外的硝酸盐源。
在一些实施例中，本发明的方法还包括添加磷源。
可以在任何阶段添加磷源。合适的磷源包括焚烧的动物骨头。
可以在以下阶段添加磷源：步骤(a)之前、之后或期间；和/或步骤(b)之前、期间或之后；和/或步骤(c)之前、期间或之后。
磷可存在于步骤(a)中提供的厌氧消化物中。
来自odda/硝酸磷酸盐工艺的废物流可用于提供硝酸盐源和磷源。
可以在步骤(b)和/或(c)期间和/或之后添加另外的或替代的磷源。
在本发明的方法的步骤(c)之后获得的材料可直接用作肥料组合物并且是高营养的。该材料含有植物生长所需的许多矿物质。该材料还提供了储存二氧化碳的有用方式。
由此获得的产品可直接用作肥料或可进一步加工以提供更易于处理的形式。
在一些实施例中，本发明的方法包括对步骤(c)中获得的材料进行进一步加工的另外步骤(d)。另外的加工步骤(d)可包括对材料进行干燥、粉碎和/或粒化。这些加工方法对于本领域技术人员而言是已知的。
优选地，步骤(d)包括将步骤(c)中获得的材料进行造粒。已经有利地发现，步骤(c)中获得的材料易于造粒。颗粒不会聚集在一起并像现有技术的市售肥料组合物一样容易铺展。
本发明的方法的步骤(b)是放热的，并且该方法可进一步包括捕获步骤(b)中获得的热量。该热量可以在该过程的其他地方重复使用，例如，用于辅助干燥步骤，或者可用于外部过程。
有利地，本发明不需要使用高温和高压。适当地，在整个过程中保持低于80℃的温度和低于20巴的压力。在约80℃的温度下，在整个过程中可保持小于2巴的压力，例如，约1巴的压力。
因此，在一些实施例中，本发明的第一方面的方法可在环境压力下进行。
根据本发明的第二方面，提供一种通过第一方面的方法获得的肥料组合物。
第二方面的优选特征如关于第一方面所定义。
现在将描述本发明的第一和第二方面的进一步优选的特征。
本发明提供的肥料组合物适当地包含至少3wt％的氮，适当地至少5wt％，优选至少10wt％，例如，至少12wt％的氮。适当地，本发明提供的肥料组合物包含至多32wt％的氮，优选至多30wt％的氮。
在一些实施例中，该组合物包含12wt％至16wt％的氮。
在一些实施例中，该组合物包含26wt％至30wt％的氮。
本发明的组合物优选包含一种或多种另外的植物营养物，例如，钾或磷酸盐。
在一些实施例中，该组合物包含2wt％至15wt％的钾。
在一些实施例中，该组合物包含2wt％至15wt％的磷酸盐。
因为本发明使用多种废产品来生成有用的肥料组合物，所以提供了显著的优点。例如，本发明能够使用厌氧消化物，而厌氧消化物通常被认为不适合直接用作肥料，因为是污泥形式，因此难以施用。通过与纤维素纤维和其他组分混合，提供了具有改善的营养物组成的更易于处理的固体肥料组合物。此外，本发明能够利用在厌氧消化过程中产生的沼气。因此，本发明能够在正在发生厌氧消化的位置实施。
本发明的发明人已经对本发明的产品进行了测试，并发现其与重要的主要肥料组合物一样有效。
根据本发明的第三方面，提供一种增加植物生长培养基的营养物含量的方法，该方法包括：
(a)提供包含氨基化合物的组合物；
(b)使步骤(a)中提供的组合物与包含二氧化碳的组合物接触；
(c)将包含纤维素纤维的组合物添加到步骤(b)中得到的混合物中；以及
(d)将步骤(c)中获得的混合物与植物生长培养基混合。
第三方面的方法的步骤(a)、(b)和(c)优选为如关于第一方面所定义的，并且第一方面的优选特征适用于第三方面。
本发明可用于增加任何合适的植物生长培养基的营养物含量。
合适的植物生长培养基是本领域技术人员已知的，包括例如土壤、堆肥、粘土、椰子(coco)和泥炭。
优选地，植物生长培养基为土壤。
具体实施方式
现将参照以下非限制性实施例进一步描述本发明。
实施例1
根据以下程序在厌氧消化(ad)设备上制备本发明的组合物：
在稀释混合器中将无水氨溶解在厌氧消化物中，以提供包含氨的含水组合物。将该组合物添加到溶解有硝酸钙的二级混合器中，以形成溶液a。
将来自ad设备中的甲烷燃烧的热烟道气引导通过热交换器，在该热交换器中回收能量以在消化物干燥器中干燥消化物。
将溶液a添加到反应混合器中，并使烟道气通过溶液。捕获来自烟道气的二氧化碳，从而形成硝酸铵和碳酸钙。反应时间取决于烟道气中二氧化碳的浓度，但可在10至60分钟之间变化。与二氧化碳的反应是放热的，回收来自该反应的热量并用于干燥消化物。
将含有纤维素纤维(和植物营养物)的干燥消化物与溶液混合。在一些实施例中，可以从外部来源添加含有钾、磷酸盐和氮的额外植物营养物。
将混合后的肥料粒化，装袋并储存，以备运输。