一种炭基有机无机复混肥的生产系统及方法与流程

本发明属于农业资源化技术领域，具体涉及一种炭基有机无机复混肥的生产系统及方法。

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。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提出了一种炭基有机无机复混肥的生产系统及方法，回收利用了炭化过程中产生的油气资源；并且将热解产生的生物炭与化肥进行结合生产炭基有机无机复混肥料，既实现了农林生物质的秸秆还田增加了土壤有机质，又利用了生物炭的吸附性能，实现了化学肥料养分的缓慢释放，从而提高了化学肥料的利用效率。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案为：

本发明提出了一种炭基有机无机复混肥的生产系统，包括：炭化炉、油气分离系统、油水分离系统、发酵系统、烘干粉碎系统和混合造粒系统，其中，所述炭化炉将生物质炭化，得到生物炭和高温油气；所述油气分离系统的高温油气入口与所述炭化炉的高温油气出口相连，将所述高温油气分离，得到热解气和油水混合物，所述油气分离系统的热解气出口与所述炭化炉的可燃气入口相连，所述油水分离系统与所述油气分离系统相连，将所述油水混合物分离，得到生物油和木醋液；所述发酵系统分别与所述炭化炉和所述油水分离系统相连，将所述生物炭和木醋液与添加的沼渣、发酵微生物混合发酵，得到发酵物料；所述烘干粉碎系统与所述发酵系统相连，所述烘干粉碎系统包括：发酵物料入口、添料入口和混合物料出口，用于将所述发酵物料与添加的复合肥、硅藻土、硼酸烘干粉碎输送至所述混合造粒系统；所述混合造粒系统与所述烘干粉碎系统相连，将烘干粉碎的所述发酵物料与添加的复合肥、硅藻土、硼酸混合造粒，得到炭基有机无机复混肥。

进一步的，还包括：预处理装置，其与所述炭化炉的进料入口相连，将生物质粉碎后输送至所述炭化炉。

进一步的，还包括：蒸汽锅炉系统，其包括：生物油入口和蒸汽出口，用于将所述生物油蒸发产生的蒸汽输送至所述混合造粒系统。

进一步的，所述炭化炉为蓄热式辐射管旋转床式炭化炉，其还包括：生物炭出口；所述油气分离系统还包括：油水混合物出口。

进一步的，所述油水分离系统包括：油水混合物入口、生物油出口和木醋液出口，其中，所述油水混合物入口与所述油水混合物出口相连，所述生物油出口与所述生物油入口相连。

进一步的，所述发酵系统包括：木醋液入口、生物炭入口和发酵物料出口，其中，所述木醋液入口与所述木醋液出口相连，所述生物炭入口与所述生物炭出口相连，所述发酵物料出口与所述发酵物料入口相连。

进一步的，所述混合造粒系统包括：混合物料入口、蒸汽入口和复混肥出口，其中，所述混合物料入口与所述混合物料出口相连，所述蒸汽入口与所述蒸汽出口相连。

在本发明的另一方面，提出了一种如前面所述的生产系统生产炭基有机无机复混肥的方法，包括以下步骤：

（1）预处理：将生物质送至预处理装置粉碎；

（2）炭化：将粉碎后的生物质送入炭化炉进行炭化，得到生物炭和高温油气；

（3）油气分离：将所述高温油气送入油气分离系统分离，得到热解气和油水混合物，所述热解气回送至所述炭化炉；

（4）油水分离：将所述油水混合物送入油水分离系统分离，得到生物油和木醋液；

（5）高温蒸发：将所述生物油送入蒸汽锅炉系统燃烧蒸发，产生的蒸汽送至混合造粒系统；

（6）发酵：将所述生物炭送入发酵系统，依次加入沼渣和发酵微生物，然后加入所述木醋液进行混合，调节ph值至中性，进行发酵，得到发酵物料；

（7）烘干粉碎：将所述发酵物料送至烘干粉碎系统，并加入复合肥、硅藻土和硼酸烘干后进行粉碎，得到混合物料；

（8）造粒：将烘干粉碎后的混合物料送至混合造粒系统进行造粒，并通入所述步骤（5）中产生的蒸汽，得到炭基有机无机复混肥。

进一步的，所述步骤（6）中，所述生物炭、沼渣和发酵微生物的添加比例为8-5:6-3:2-0.5。

进一步的，所述步骤（7）中，所述发酵物料、复合肥、硅藻土和硼酸的混合比例为：6-3:6-3:0.5-1:0.5-1，所述复合肥为氮磷钾复合肥。

本发明至少包括以下有益效果：

1）本发明所述炭基有机无机复混肥的生产系统及方法，将农林生物质资源进行深度回收，回收利用炭化过程中产生的油气资源；

2）本发明将热解产生的生物炭与化肥进行结合生产炭基有机无机复混肥料，既实现了农林生物质的秸秆还田增加了土壤有机质，又利用了生物炭的吸附性能，实现了化学肥料养分的缓慢释放，从而提高了化学肥料的利用效率；

3）本发明将生物炭与沼渣混合制备肥料，弥补了彼此氮和碳的缺失；

4）本发明利用炭化产生的木醋液作为ph调节剂，一方面调节肥料的ph至中性，另一方面，由于木醋液含有有机酚等物质，可以起到杀虫杀菌的作用。

附图说明

图1为本发明所述生产系统结构简图。

图2本发明所述生产系统结构示意图。

图3为本发明方法流程图。

其中，预处理装置1、炭化炉2、进料入口201、可燃气入口202、高温油气出口203、生物炭出口204、油气分离系统3、高温油气入口301、热解气出口302、油水混合物出口303、油水分离系统4、油水混合物入口401、生物油出口402、木醋液出口403、发酵系统5、木醋液入口501、生物炭入口502、发酵物料出口503、烘干粉碎系统6、发酵物料入口601、添料入口602、混合物料出口603、混合造粒系统7、混合物料入口701、蒸汽入口702、复混肥出口703、蒸汽锅炉系统8、生物油入口801、蒸汽出口802。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。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。

根据本发明的实施例，图1为本发明所述生产系统结构简图，参照图1所示，本发明所述生产系统包括：预处理装置1、炭化炉2、油气分离系统3、油水分离系统4、发酵系统5、烘干粉碎系统6、混合造粒系统7和蒸汽锅炉系统8。

根据本发明的实施例，图2本发明所述生产系统结构示意图，参照图1和2所示，本发明所述预处理装置1包括：生物质入口和生物质出口，生物质经所述生物质入口送入所述预处理装置中，进行粉碎后，经所述生物质出口输送至所述炭化炉。

根据本发明的实施例，参照图1和2所示，本发明所述炭化炉2包括：进料入口201、可燃气入口202、高温油气出口203和生物炭出口204；其中，所述进料入口与所述预处理装置的生物质出口相连，将粉碎后的生物质炭化，得到生物炭和高温油气，所述生物炭经所述生物炭出口输送至所述发酵系统，所述高温油气经所述高温油气出口送入所述油气分离系统。

根据本发明的一些实施例，本发明所述炭化炉为蓄热式辐射管旋转床式炭化炉，其炉底为旋转式炉底，在炉膛内水平转动，所述炉膛的上部空间设有多个蓄热式辐射管，其位于所述旋转式炉底的上方，所述高温油气出口设置于所述炭化炉的炉顶，所述可燃气入口位于所述蓄热式辐射管上，将生物质物料经所述进料入口送入所述炭化炉的旋转式炉底上，通过所述辐射管进行全面加热，得到的生物炭，通过在所述生物炭出口处由螺旋出料机输送至所述发酵系统。

根据本发明的一些实施例，所述炭化炉的炉底为旋转式炉底，可以理解的是，所述炉底的底部设有驱动其移动的驱动装置，可以为电动机械，也可以为液压马达或液压缸等。

根据本发明的实施例，参照图1和2所示，本发明所述油气分离系统3包括：高温油气入口301、热解气出口302和油水混合物出口303；其中，所述高温油气入口与所述炭化炉的高温油气出口相连，所述热解气出口与所述炭化炉的可燃气入口相连，将所述高温油气分离，得到热解气和油水混合物，得到的热解气作为热源，经所述热解气出口和可燃气入口送回至所述炭化炉的蓄热式辐射管中，进行重新利用；得到的油水混合物经所述油水混合物出口输送至所述油水分离系统。

根据本发明的实施例，参照图1和2所示，本发明所述油水分离系统4包括：油水混合物入口401、生物油出口402和木醋液出口403；其中，所述油水混合物入口与所述油气分离系统的油水混合物出口相连，所述生物油出口与所述蒸汽锅炉系统的生物油入口相连，将所述油水混合物分离，得到生物油和木醋液，所述生物油经所述生物油出口输送至所述蒸汽锅炉系统，所述木醋液经所述木醋液出口输送至所述发酵系统。

根据本发明的一些实施例，本发明利用炭化产生的木醋液作为ph调节剂，一方面调节肥料的ph至中性，另一方面，由于木醋液含有有机酚等物质，可以起到杀虫杀菌的作用，提高了肥料的质量。

根据本发明的实施例，参照图1和2所示，本发明所述发酵系统5包括：木醋液入口501、生物炭入口502和发酵物料出口503，其中，所述木醋液入口与所述油水分离系统的木醋液出口相连，所述生物炭入口与所述炭化炉的生物炭出口相连，所述发酵物料出口与所述烘干粉碎系统的发酵物料入口相连，将所述生物炭和木醋液与依次添加的沼渣、发酵微生物混合发酵，得到发酵物料。

根据本发明的实施例，参照图1和2所示，本发明所述烘干粉碎系统6包括：发酵物料入口601、添料入口602和混合物料出口603，其中，所述发酵物料入口与所述发酵系统的发酵物料出口相连，经所述添料入口向所述烘干粉碎系统内添加复合肥、硅藻土和硼酸，与所述发酵物料一起烘干粉碎后，经所述混合物料出口输送至所述混合造粒系统。

根据本发明的实施例，参照图1和2所示，本发明所述混合造粒系统7包括：混合物料入口701、蒸汽入口702和复混肥出口703，其中，所述混合物料入口与所述烘干粉碎系统的混合物料出口相连，所述蒸汽入口与所述蒸汽锅炉系统的蒸汽出口相连，将烘干粉碎的所述发酵物料与添加的复合肥、硅藻土、硼酸混合造粒，得到炭基有机无机复混肥，经所述复混肥出口排出收集。

根据本发明的实施例，参照图1和2所示，本发明蒸汽锅炉系统8包括：生物油入口801和蒸汽出口802，将所述生物油蒸发，产生的蒸汽输送至所述混合造粒系统，用于造粒。

在本发明的另一方面，提出了一种如前面所述的生产系统生产炭基有机无机复混肥的方法，图3为本发明方法流程图，参照图3所示，包括以下步骤。

（1）预处理：将生物质送至所述预处理装置进行粉碎。

根据本发明的一些实施例，所述生物质具体的粉碎粒度为10-20cm。

根据本发明的一些实施例，所述生物质指的是农林和林业生产在加工过程中产生的废弃物，如秸秆、树枝树叶、稻壳、花生壳和木屑等。

（2）炭化：将步骤（1）粉碎后的生物质送入所述炭化炉进行炭化，其中，炭化温度为400-700℃，炭化时间为30-60min，得到生物炭和高温油气。

（3）油气分离：将步骤（2）得到的所述高温油气送入油气分离系统进行分离，得到热解气和油水混合物，所述热解气回送至所述炭化炉的蓄热式辐射管中，进行重新利用。

（4）油水分离：将步骤（3）得到的所述油水混合物送入所述油水分离系统进行分离，得到生物油和木醋液。

（5）高温蒸发：将步骤（4）得到的所述生物油送入蒸汽锅炉系统燃烧蒸发，产生的蒸汽送至混合造粒系统中用于造粒。

（6）发酵：将步骤（2）得到的所述生物炭送入发酵系统，并依次加入沼渣和发酵微生物，然后加入所述步骤（4）得到的木醋液进行混合，调节ph值至中性，进行发酵2-7天，得到发酵物料。

根据本发明的一些实施例，所述生物炭、沼渣和发酵微生物的质量添加比例为8-5:6-3:2-0.5，本发明优选为：7-5:4-3:1-0.5。

根据本发明的一些实施例，所述生物炭中：有机质含量为40%-80%，氮磷钾的含量分别为0.2%，0.5%和1.5%；所述沼渣为：人畜粪便与农林生物质一起发酵产生的沼渣，沼渣干物质含量为60%-70%，ph为7.0-8.0；所述发酵微生物为芽孢杆菌、乳酸菌和酵母菌。

根据本发明的一些实施例，本发明利用炭化产生的木醋液作为ph调节剂，一方面调节肥料的ph至中性，具体的，调节ph至6.8-7.2，本发明优选为6.8-7.0；另一方面，由于木醋液含有有机酚等物质，可以起到杀虫杀菌的作用，提高了肥料的质量。

根据本发明的一些实施例，本发明所述木醋液为炭化后产生的木醋液原液，其含水率为78%-92%，醋酸含量为0.5%-1.2%，ph为3.4-5.4。

根据本发明的一些实施例，本发明所述发酵时间优选为5-7天。

（7）烘干粉碎：将步骤（6）得到的所述发酵物料送至烘干粉碎系统，并加入复合肥、硅藻土和硼酸烘干后进行粉碎过筛至80目，得到混合物料。

根据本发明的一些实施例，所述发酵物料、复合肥、硅藻土和硼酸的质量混合比例为6-3:6-3:0.5-1:0.5-1，所述复合肥为氮磷钾复合肥。

（8）造粒：将步骤（7）烘干粉碎后的混合物料送至混合造粒系统进行造粒，并以流速为0.2m³/min通入所述步骤（5）中产生的蒸汽，得到炭基有机无机复混肥。

实施例1：本实施例的农林生物质原料为玉米秸秆，本发明提出了一种如前面所述的生产系统生产炭基有机无机复混肥的方法，具体包括以下步骤。

（1）预处理：将玉米秸秆送至所述预处理装置进行粉碎至10-20cm之间。

（2）炭化：将步骤（1）粉碎后的玉米秸秆送入所述炭化炉进行炭化，其中，炭化温度为500℃，炭化时间为45min，得到生物炭和高温油气，生物炭经螺旋出料机输送至所述发酵系统，高温油气经输送管道输送至所述油气分离系统。

（3）油气分离：将步骤（2）得到的所述高温油气送入油气分离系统进行分离，得到热解气和油水混合物，所述热解气回送至所述炭化炉的蓄热式辐射管中，进行重新利用，所述油水混合物输送至所述油水分离系统。

（4）油水分离：将步骤（3）得到的所述油水混合物送入所述油水分离系统进行分离，得到生物油和木醋液。

（5）高温蒸发：将步骤（4）得到的所述生物油送入蒸汽锅炉系统燃烧蒸发，产生的蒸汽送至混合造粒系统中用于造粒。

（6）发酵：将步骤（2）得到的所述生物炭送入发酵系统，并依次加入沼渣和发酵微生物，质量添加比例为5:4:1，然后加入所述步骤（4）得到的木醋液进行混合，调节ph值至7.0，发酵5天，得到发酵物料。其中：所述生物炭中：有机质含量为62.3%，氮磷钾的含量分别为0.2%，0.5%和1.5%；所述沼渣为：人畜粪便与农林生物质一起发酵产生的沼渣，沼渣干物质含量为65.7%，ph为7.8；所述发酵微生物为芽孢杆菌、乳酸菌和酵母菌；所述木醋液为炭化后产生的木醋液原液，其含水率为88.6%，醋酸含量为0.89%，ph为4.1。

（7）烘干粉碎：将步骤（6）得到的所述发酵物料送至烘干粉碎系统，并加入氮磷钾复合肥（17-14-14）、硅藻土和硼酸烘干后进行粉碎过筛至80目，所述发酵物料、氮磷钾复合肥、硅藻土和硼酸的质量混合比例为6:3:0.5:0.5，得到混合物料。

（8）造粒：将步骤（7）烘干粉碎后的混合物料送至混合造粒系统进行造粒，并以流速为0.2m³/min通入所述步骤（5）中产生的蒸汽，得到炭基有机无机复混肥。

大田试验表明：与氮磷钾复合肥料相比，炭基有机无机复混肥可以提高土壤中有机质的含量，提高土壤的保水保肥能力，减少氮磷钾复合肥料的使用量，促进作物的增产5-10%。

发明人发现，根据本发明所述的炭基有机无机复混肥的生产系统及方法，利用炭化产生的木醋液作为ph调节剂，一方面调节肥料的ph至中性，另一方面，由于木醋液含有有机酚等物质，可以起到杀虫杀菌的作用；并且将热解产生的生物炭与化肥进行结合生产炭基有机无机复混肥料，既实现了农林生物质的秸秆还田增加了土壤有机质，又利用了生物炭的吸附性能，实现了化学肥料养分的缓慢释放，从而提高了化学肥料的利用效率；同时，将农林生物质资源进行深度回收，回收利用炭化过程中产生的油气资源；此外，本发明将生物炭与沼渣混合制备肥料，弥补了彼此氮和碳的缺失。

在本发明中，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发明中的具体含义。

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发明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发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明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。