气氛下制备新型炭基肥料的装置及其方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及炭基肥料制备领域，具体设及一种在C〇2气氛下制备新型炭基肥料的 装置，还设及一种在C〇2气氛下制备新型炭基肥料的方法。
【背景技术】
[0002] 我国农业化肥使用过度，易造成±地肥力下降，±壤板结，而炭基肥料的多孔结构 可W保水、保肥，大大改善±壤理化性质。炭基肥料是农业废弃物在无氧或缺氧条件下，经 过高溫热裂解后得到的固体产物。用于制备炭基肥料的农业废弃物资源相当丰富，在可收 集的条件下，中国目前可利用的农业废弃物资源相当丰富主要包括农作物賴杆、禽畜粪便 和谷壳等。
[0003] 传统的炭基肥料制备过程中需要载气来保持无氧或缺氧环境，常用的载气主要为 化。而我们发现用二氧化碳气体在较低热解反应溫度(350-450°C)作为反应气氛，更具优 势，不但可W大大提高炭基肥料产率，而且显著减少氮、憐和钟等养分元素高溫蒸发损失， 从而使更多的养分元素保留在炭基肥料中，更好满足炭基肥料作为±壤改良剂和作物养分 供应产品的生产与技术要求。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种在C〇2气氛下制备新型 炭基肥料的装置，还提供一种在C〇2气氛下制备新型炭基肥料的方法，在350-450°C范围内， 利用C〇2作为反应气氛，在循环流化床进行热解制备新型富含养分元素的炭基肥料新工艺。 相比于普通N2反应气氛，0)2作为热解气氛，在350-450°C溫度范围内，可W大大提高炭基肥 料产率，使更多的氮、憐、钟等养分元素保留在炭基肥料中，同时减少氮、憐等气体污染物的 排放。但是，在C〇2气氛下，如果热解溫度高于450°C，甚至达到600°C或更高，则会发生C〇2+ C-2C0气化反应，造成大量的炭损失，从而严重影响炭基肥料品质，而化作为反应气氛则不 受运个条件影响，溫度可W达到600°C甚至更高，炭基肥料肥效和生产成本大大改善和提 局。
[0005] 本发明的上述目的通过W下技术方案实现：
[0006] -种在C〇2气氛下制备新型炭基肥料的装置，包括循环流化床反应器、旋风分离器 和冷凝洗涂塔，循环流化床反应器的顶部出口与旋风分离器连接，旋风分离器上端与冷凝 洗涂塔接，旋风分离器下端与返料器连接;冷凝洗涂塔上端气体出口与燃气收集气柜连接， 冷凝洗涂塔下方设有焦油废水收集器;燃气收集气柜通过阀口与燃气燃烧器连接，燃气燃 烧器与循环流化床反应器连接;0)2气源通过流量计连接至循环流化床反应器的锥形底部， 循环流化床反应器的锥形底部设有多个钟罩式风帽，循环流化床反应器中部通过螺旋给料 机和料仓连接，循环流化床反应器底端设置有炭基出料口，炭基出料口通过螺旋出料机连 接至炭基肥料收集器。
[0007] 如上所述的炭基出料口位于钟罩式风帽的上方。
[000引如上所述的钟罩式风帽的内径为40~50mm。
[0009] -种在C〇2气氛下制备新型炭基肥料的方法，包括W下步骤：
[0010] 步骤1、粉碎后的农业废弃物从料仓，经螺旋给料机输送至循环流化床反应器中； (X)2气体从C〇2气源经流量计通入到循环流化床反应器，并由流量计调节控制C〇2的进气流 量，每小时通入循环流化床反应器中的农业废弃物的质量与每小时通入循环流化床反应器 中的C〇2的体积的比例为1.0~1.5:1，农业废弃物的质量单位为千克，C〇2的体积单位为立方 米;循环流化床反应器内的溫度由燃气燃烧器供热维持在350~450°C范围内；
[0011] 步骤2、循环流化床反应器内经过20~40min的热解反应后得到的炭基肥料并由螺 旋出料机输送至炭基肥料收集器；
[0012] 步骤3、热解反应产生的热解气体和随热解气体带出的炭基颗粒经循环流化床反 应器的顶部出口排放至旋风分离器进行气固分离得到炭基颗粒及热解气体，炭基颗粒由返 料器输送回循环流化床反应器，热解气体则通过管道输送至冷凝洗涂塔；
[0013] 步骤4、热解气体经过冷凝洗涂塔的进行焦油洗涂，得到可燃气体，可燃气体包括 C0、此，可燃气体收集至燃气收集气柜，燃气收集气柜将可燃气体通过阀口传输给燃气燃烧 器;热解反应产生的焦油则由冷凝洗涂塔下方的出口排出至焦油废水收集器。
[0014] 本发明与现有技术相比，本发明具有的优点和效果如下：
[0015] 1、炭基肥料可W促进植株的生长与繁茂，施加生物炭的植株茎叶伸长较快，茎叶 更粗壮，叶色更浓绿，相同部位叶片面积也明显大于无炭基肥料处理的植株，株高和根长均 如此；
[0016] 2、利用循环流化床反应器热解农业废弃物效率高，再利用循环流化床组成部分旋 风分离器、进行气固分离，分工明确，工艺优化；
[0017] 3、利用C〇2作为热解反应的保护气，不仅可W有效利用C〇2气体，减轻溫室效应，相 比于化作保护气，还可W促使更多的氮、憐、钟等养分元素保留至生物炭中，从而增加对± 壤速效养分的提高程度
[001引4、利用350~450°C作为热解反应溫度范围，可W保持较高的炭基肥料产率；
[0019] 表1产率对比表
[0020]
[0021] (表1中，BC400:在400°C二氧化碳气氛下制备炭基肥料;BC800:在800°C二氧化碳 气氛下制备炭基肥料;）
[0022] 5、利用对热解气的二次净化得到的可燃气体(主要CO和此等)可W作为供热装置 的燃料，工艺优化，节能效率高。
[0023] 6、相比于化，罐装C〇2的市场价格较低，此外由于燃煤发电厂的锅炉烟气的主要成 分也是C〇2,所W也可W直接将电厂锅炉废气用作炭基肥料的反应气体，生产成本又可大大 降低。
【附图说明】
[0024] 图1是施加 BC400和BMOO的油麦菜的整体长势对比图；
[0025] 图2是施加 BC400和BMOO的油麦菜的单株长势对比图；
[00%]图3是本发明的结构示意图。
[0027] 图3中：1-料仓，2-螺旋给料机，3-循环流化床反应器，4-热电偶，5-螺旋出料机，6-炭基肥料收集器，7-风帽，8-流量计，9-(X)2气源，10-燃气燃烧器，11-阀口，12-燃气收集气 柜，13-冷凝洗涂塔，14-焦油废水收集器，15-旋风分离器，16-返料器。
【具体实施方式】
[0028] W下结合附图对本发明的技术方案进一步详细说明：
[0029] 实施例1:
[0030] 如图3所示，一种在C〇2气氛下制备新型炭基肥料的装置，包括循环流化床反应器3 和旋风分离器15,还包括冷凝洗涂塔13。循环流化床反应器3的顶部出口与旋风分离器15连 接，旋风分离器15上端与冷凝洗涂塔13连接，下端与返料器16连接;冷凝洗涂塔13上端气体 出口连接至燃气收集气柜12,冷凝洗涂塔13下方设有焦油废水收集器14;燃气收集气柜12 依次通过阀口 11与燃气燃烧器10连接，燃气燃烧器10燃烧产生的高溫气体通入循环流化床 反应器3; C〇2气源9通过流量计8连接至循环流化床反应器3的锥形底部，循环流化床反应器 3的锥形底部上面设有大量内径为40mm的钟罩式风帽7,使得CO巧源9中的CO河W均匀进入 循环流化床反应器3中。循环流化床反应器3中部通过螺旋给料机2和料仓1连接，循环流化 床反应器3底端设置有炭基出料口，炭基出料口通过螺旋出料机5连接至炭基肥料收集器6。
[0031] -种在C〇2气氛下制备新型炭基肥料的方法还包括设置在循环流化床反应器3器 壁上的热电偶4, W便精准控制炭基肥料制备溫度。热电偶的作用，主要是在线监测流化床 反应器内部的反应溫度，若溫度有变化，可随时了解到，并及时由加热装置即燃气燃烧器12 调整。
[0032] -种在C〇2气氛下制备新型炭基肥料的方法，包括W下步骤
[0033] 步骤1、粉碎后的农业废弃物(主要为賴杆，长度尺寸为5~IOcm)从料仓1，经螺旋 给料机2输送至循环流化床反应器3中；0)2气体从C〇2气源9经流量计8通入到循环流化床反 应器3，使循环流化床反应器3中的农业废弃物呈流态化状态充分换热，并由流量计8可W调 节控制C〇2的进气流量，进气流量与流化床反应器3中的农业废弃物处理量关系为町軒(kg/h): Vc〇2(m3/h) = 1.0:1;循环流化床反应器3内的溫度由燃气燃烧器10供热维持在350°C范围内， 从而进行农业废弃物的热解；
[0034] 步骤2、循环流化床反应器3内经过20min的热解反应后得到的炭基肥料并由螺旋 出料机5输送至炭基肥料收集器6。
[0035] 步骤3、热解过程产生的热解气体和少量随热解气体带出的细小的炭基颗粒经循 环流化床反应器3的顶部出口排放至旋风分离器15进行气固分离得到炭基颗粒及热解气 体，炭基颗粒再由返料器16输送回循环流化床反应器3,被气固分离的热解气体则通过管道 输送至冷凝洗涂塔13。
[0036] 步骤4、经过气固分离的热解气体经过冷凝洗涂塔13的进行焦油洗涂，得到可燃气 体，可燃气体包括CO、此，可燃气体收集至燃气收集气柜12,燃气收集气柜12将可燃气体通 过阀口 11传输给燃气燃烧器10，可作为循环流化床反应器3热解反应的供热燃料，燃气燃烧 器10还可通入外部输入的辅助燃料;热解反应产生的焦油则由冷凝洗涂塔13下方的出口排 出至焦油废水收集器14,然后送至污水处理厂进行达标处理。
[0037] 循环流化床反应器3内的热解过程:粉碎后的农业废弃物(主要为賴杆，尺寸为5~ IOcm)从料仓1，经螺旋给料机2批量输送至循环流化床反应器3中；0)2气体从C〇2气源9经流 量计8通入到循环流化床反应器3，使循环流化床反应器3中的农业废弃物呈流态化状态，并 由流量计8控制C〇2的进气流量，进气流量与流化床反应器3中的农业废弃物处理量关系为 巧前(kg/h): Vc〇2U3/h) = 1.0:1;循环流化床反应器3内的溫度由燃气燃烧器10供热维持在350°C 范围内，进而进行农业废弃物的热解，经过20min的热解反应得到的炭基肥料经螺旋出料机 5输送至炭基肥料收集器則欠集起来。
[0038] 随热解气排出的少量炭基颗粒经旋风分离器15分离出来，并由返料器16输送回循 环流化床反应器3;被气固分离的气体则进入冷凝洗涂塔13进行进一步的净化，得到的C0、 出等可燃气体的混合物被收集至燃气收集气柜12,可W作为前端循环流化床热解过程的供 热燃料;被分离出的焦油则收集至焦油废水收集器14内。
[0039] 表2在350°C二氧化碳/氮气气氛下制备炭基肥料对比表
[0040]
[0041 ]表2中，BC350:本实施例1在350°C二氧化碳气氛下制备炭基肥料;BN350:按照本实 施例1的方法，将C〇2气源换为化气源