专利名称：一种生物炭基缓释氮肥的生产方法
技术领域：
本发明属于废弃生物质资源化利用、化学肥料及土壤改良剂领域，是化学肥料与生物炭材料复合技术，具体涉及一种通过物理化学吸附工艺将化学氮肥和生物炭材料复合一体化的生物炭基缓释氮肥的生产方法。
背景技术：
生物炭是一个新造的词，是由英文bio-charcoal翻译过来的，也有译为生物质炭、或生物质焦。生物炭是生物质(主要是废弃生物质，生物质是生物有机材料的统称)在缺氧或微氧气条件下热化学(包括热裂解和气化)转化后的固体产物，主要用于农林土壤改良的粉状颗粒炭，其在物理结构及化学属性上类似于传统的木炭、竹炭和活性炭。生物炭在形态上为粉状颗粒，颜色为黑色，成分上含40%-75%的碳，其中绝大部分碳为微生物极难降解的碳，属于芳香环堆叠的碳，含有羟基、羧基残基，并含有不同量的矿物质，主要为钙、镁、铁及其他微量元素。微观形态上为多孔性结构，具丰富的孔隙及巨大表面积，可吸收自身重量 5-6倍的水分。化学性质上大多呈现碱性，可以吸附阳离子和阴离子，具有很的高离子交换量。生物炭的独特物理化学性质使其能够交换吸附肥料及土壤养分，改善土壤持水能力，可以改善土壤pH，其孔隙结构可为土壤有益微生物，特别是MF菌(Mycorrhizal Fungi 菌根真菌)栖息环境，所以，生物炭可以改善土壤理化及微生物活性，培肥土壤，其难降解性碳可以在土壤中保存数百至数千年，所以生物炭施入土壤可起到固碳或碳汇作用，其既可以作土壤改良剂，也可以作为固碳剂，还可以作为肥料缓释载体，因此，自上世纪90年代以来成为全球研究和关注热点材料。其实，生物炭农用并不是新鲜事情，早在数千年前，木炭曾被南美亚马逊地区古印第安人用作土壤改良剂，改良南美热带强风化、强淋溶土壤，形成当地至今土壤肥力仍是当地未改良土壤肥力2-3倍的黑土(terra preta)。上世纪90年代以来，全球气候变暖问题成为全球关注的问题，在寻求降低全球碳排放的技术的过程中，科学家从Terra Preta及土壤黑炭研究中认识到生物炭的固碳及碳减排作用，从而在全球引发了重新认识生物炭，并用热裂解生产生物炭的研究热潮。在已报道的生物炭改良土壤的研究结果中，有的对当季作物生长及产量有促进作用，有的对当季作物或第二季作物有降低或减产的报道，其中对作物生长和产量的改善作用主要是生物炭施用在肥力贫瘠土壤，尤其是富含矿质养分的畜禽粪便生物炭情况下。而生物炭对第一二季作物的减产现象多表现在肥力较高的土壤上， 这主要是由于生物炭相对较低的矿质养分含量造成的，因为养分相对低的生物炭可从土壤中交换吸附土壤有效养分，从而造成植物有效性养分降低。因此，国内、外研究人员探索将生物炭与肥料进行复合，以化学肥料养分弥补生物炭所含养分不足的缺陷，而用生物炭改善化学肥料的养分溶解释放特征。由于生物炭基肥料具有养分缓释作用，能够延缓释放、降低养分损失，提高肥料养分利用率，生物炭在其负载养分释放后，仍能交换吸附土壤水肥， 起到改善土壤保水保肥能力，促进土壤有益微生物繁殖和活动，发挥其土壤改良剂功能，难降解生物炭可以在土壤中固碳。生物炭与肥料复合可以通过每季施肥给土壤带入生物炭，减少一次向土壤中施用大量生物炭所带来的需求压力，生物炭与化肥复合还可增加生物炭的质量密度，降低生物炭粉尘损失，特别是当生物炭与肥料复合造粒可极大降低生物炭施用作业困难和损失。在氮肥中，尿素-硝酸铵是一种很好的液态氮肥，其养分含量在观-3洲之间，也是制造工艺简便的氮肥，其含有硝态氮，铵态氮和酰胺态氮，是一种含速效及缓效化学形态氮的氮肥，具有良好的肥效表现，在北美、西欧占有很大市场份额，但是由于储存、运输管道及施肥机械的局限，在中国尿素-硝酸铵液体肥料几乎没有市场。硝酸铵也是一种水溶性好及速效性的氮肥，但硝酸铵在土壤中极易损失。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题与不足，本发明的目的在于提供一种以玉米秸秆、 苹果树废枝干木屑木屑经热裂解或气化得到的生物炭与硝酸铵溶液或硝酸铵-尿素溶液在固-液体系吸附反应制成生物炭基缓释氮肥的生产方法。该方法生产的生物炭可以改善土壤物理、化学性质，促进土壤有益微生物菌根真菌的繁殖与活性的功用。更重要的是生物炭在土壤中极难被土壤微生物降解，可以在土壤中保留数百至数百年，起到固碳及碳减排作用。实现上述发明目的的技术方案是一种生物炭基缓释氮肥的生产方法，包括下列步骤
1)将玉米秸秆、或苹果树废枝干木屑木屑经热裂解或气化后得到的生物炭；
2)每200份硝酸铵中加入100份热水制成含氮量约为22%的硝酸铵溶液；
3)每100份生物炭加入63-82份硝酸铵溶液，充分搅拌，烘干即得。还可以加入生物炭和硝酸铵溶液总量广3%的粘结剂充分搅拌，造粒后烘干即得。所述硝酸铵的含氮量> 34%。所述硝酸铵中加入水的温度是8(TlO(TC。本发明还有一个目的是提供另外一种实施方式，具体包括下列步骤
1)将玉米秸秆、或苹果树废枝干木屑木屑经热裂解或气化后得到的生物炭；
2)每30份尿素+40份硝酸铵混合物中加入100份8(T10(TC的热水制成含氮约为28% 的尿素-硝酸铵溶液；
3)每100份生物炭中加入48份尿素-硝酸铵溶液，充分搅拌，烘干即得。 还可以加入生物炭和尿素-硝酸铵溶液总量广3%的粘结剂充分搅拌，造粒后烘干即得。所述硝酸铵的含氮量彡34%。所述硝酸铵中加入水的温度是8(TlO(TC。所述尿素的含氮量彡46%。所述尿素中加入水的温度是8(noo°c。与现有技术相比较，本发明具有以下优点
1、本发明涉及的生物炭基氮肥制造工艺相对简便，易于在现有氮肥厂、复合肥厂及二次加工肥料厂实现，也可以投资新建肥料生产厂实现。2、硝酸铵，尿素-硝酸铵溶液都是速效性氮肥，养分损失大，以生物炭作为载体吸附负载这两种氮肥，赋予其养分缓释功能，从而延长肥料养分有效期，降低养分损失。3、生物炭是废弃生物质热裂解的产物之一，也是气化生物质生产生物能源的副产物，其成本相对低廉，而且可再生，资源丰富。4、生物炭基缓释氮肥在土壤中为植物提供养分后，还可起到改良培肥土壤的功用，也可以使生物固定的大气二氧化碳得以难降解的生物炭在土壤中长期固定，有利于降低大气二氧化碳浓度，降低温室气体排放，减缓气候变暖。5、硝酸铵，尿素-硝酸铵溶液与生物炭复合一体化后，由于硝酸铵，尿素-硝酸铵具有较高吸湿性，使生物炭基硝酸铵或生物炭基尿素-硝酸铵氮肥呈现湿沉感，解决了生物炭质轻易飘飞的问题，从而利于施肥和降低粉尘损失及消除污染问题。
图1是本发明生物炭基缓释氮肥的生产方法的工艺流程图。
具体实施例方式以下结合发明人给出的工艺流程图1和具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。实施例1
1)或废弃生物质热裂解或气化厂热裂解或气化苹果树废枝干木屑或玉米秸秆后产生的固体副产物-生物炭或生物质炭，物理形态为黑色粉状颗粒，如果呈现棒状或块状，用粉碎机将其粉碎为通过3mm筛孔的颗粒。2)农用硝酸铵肥料，含氮至少为34%，每100份80°C热水中加入农用硝酸铵200 份，边加热边搅拌(间歇工艺或连续工艺)使硝酸铵完全溶解在水中，形成含22. 67% N的硝酸铵溶液，硝酸铵溶液贮存备用或进入下道工序。3)每100份工艺1中的苹果树废枝干木屑炭或玉米秸秆生物炭中加入工艺2中的硝酸铵溶液63-82份，边搅拌边加入，在间歇式生产工艺中，让生物炭与硝酸铵溶液混合物平衡8-M小时，然后在送入到转鼓或挤压造粒系统。在连续生产工艺中，让生物炭与硝酸铵溶液混合物通过一个加热转鼓，转鼓内温度维持在60-65°C，然后进入到转鼓或挤压造粒系统。4)在进入转鼓造粒系统的生物炭与硝酸铵混合物的物料中，按重量百分比3%在造粒转鼓前端加入造粒粘结剂，在物料与粘结剂通过造粒转鼓后即可形成颗粒状生物炭基氮肥。5)在进入挤压造粒系统前，向生物炭与硝酸铵混合物中喷加物料重量3%的造粒粘结剂，然后将物料与粘结剂混合物送到挤压造粒设备中挤压造粒，即可得到颗粒状生物炭基氮肥。6)通过转鼓造粒或挤压造粒得到的生物炭基肥料通过计量包装系统，计量包装， 即可得到生物炭基肥料成品，其含氮量在10%-1洲之间。实施例2
1)来自生物质或废弃生物质热裂解或气化厂热裂解或气化苹果树废枝干木屑或玉米秸秆后产生的固体副产物-生物炭或生物质炭，物理形态为黑色粉状颗粒，如果呈现棒状或块状，用粉碎机将其粉碎为通过2mm筛孔的颗粒。
2)硝酸铵及尿素肥料来自市场商品农用硝酸铵和尿素，硝酸铵含氮量在34%以上，尿素含氮量至少为46%。加热至80°C的热水每30份中加入硝酸铵40份，尿素30份，搅拌溶解，形成28% N的尿素-硝酸铵溶液，备用或输送到下一段工序。3)每48份工序2中的尿素-硝酸铵溶液与100份苹果树废枝干木屑或玉米秸秆生物炭混合，充分搅拌，在间歇式生产工艺中，让生物炭与肥料混合物作用8-M小时，然后送入到下段工序。在连续生产工艺中，让生物炭与肥料混合物通过反应转鼓，转鼓内温度维持在60-65°C之间，反应物料通过转鼓末端送到粘结剂添加工序中。’
4)在生物炭与肥料混合物料进入搅拌混合料仓中后，边搅拌边加入造粒粘结剂，粘结剂按物料重量的3%添加，搅拌均勻后进入下段工序。5)添加造粒粘结剂后的物料送到造粒转鼓或挤压造粒机中进行造粒，造粒后送入到烘干系统。6)经过烘干系统的颗粒肥料计量包装后即为成品生物炭基氮肥产品，其含氮量在10%-12%之间。
权利要求
1.一种生物炭基缓释氮肥的生产方法，其特征在于，包括下列步骤1)将玉米秸秆、或苹果树废枝干木屑木屑经热裂解或气化后得到的生物炭；2)每200份硝酸铵中通入100份为8(T100°C的热水制成浓度为22%的硝酸铵溶液；3)每100份生物炭加入63-82份的硝酸铵溶液混合，充分搅拌，烘干即得。
2.根据权利要求1所述生物炭基缓释氮肥的生产方法，其特征在于，加入生物炭和硝酸铵溶液总量广3%的粘结剂充分搅拌，造粒后烘干即得。
3.根据权利要求1或2所述生物炭基缓释氮肥的生产方法，其特征在于，所述硝酸铵的含氮量> 34%。
4.根据权利要求1或2所述生物炭基缓释氮肥的生产方法，其特征在于，所述硝酸铵中加入水的温度为8(Tl00°C。
5.一种生物炭基缓释氮肥的生产方法，其特征在于，包括下列步骤1)将玉米秸秆、或苹果树废枝干木屑木屑经热裂解或气化后得到的生物炭；2)硝酸铵含氮量为34%；尿素含氮量> 46% ；3)给每30份尿素加40份硝酸铵混合物中通入约8(T10(TC的热水30份，形成含氮量分别为28%的尿素-硝酸铵溶液；4)每100份生物炭加入48份尿素-硝酸铵溶液，充分搅拌，烘干即得。
6.根据权利要求5所述生物炭基缓释氮肥的生产方法，其特征在于，加入生物炭和尿素-硝酸铵溶液总量广3%的粘结剂充分搅拌，造粒后烘干即得。
7.根据权利要求5或6所述生物炭基缓释氮肥的生产方法，其特征在于，所述硝酸铵的含氮量> 34%。
8.根据权利要求5或6所述生物炭基缓释氮肥的生产方法，其特征在于，所述硝酸铵中加入水的温度约8(Tl00°C。
9.根据权利要求5或6所述生物炭基缓释氮肥的生产方法，其特征在于，所述尿素的含氮量> 46%ο
10.根据权利要求5或6所述生物炭基缓释氮肥的生产方法，其特征在于，所述尿素中加入水的温度约8(Tl00°C。
全文摘要
本发明公开了一种生物炭基缓释氮肥的生产方法，其特征在于，包括下列步骤将玉米秸秆、或苹果树废枝干木屑木屑经热裂解或气化后得到的生物炭；将生物炭和硝酸铵溶液、或尿素-硝酸铵溶液混合，充分搅拌后烘干，或加入总量1~3%的粘结剂，送入到造粒系统造粒，然后烘干即可得到生物炭基缓释氮肥产品。该肥料制备工艺简便易行，成本低。生物炭基缓释氮肥含氮10-12%，其生物炭载体材料在土壤中十分稳定，是良好的土壤改良剂和固碳剂，施入土壤可以改良培肥土壤，生物炭所负载氮肥的氮素具有缓释作用，可降低氮素损失，提高氮肥利用率；生物炭可长期滞留于土壤，起到固碳、碳减排作用，有助于缓解气候变暖，是真正的绿色肥料。
文档编号C05G3/08GK102424642SQ201110286248
公开日2012年4月25日 申请日期2011年9月25日 优先权日2011年9月25日
发明者何绪生, 佘雕, 张保健, 耿增超, 高海英 申请人:西北农林科技大学