CN102211964A - 利用农作物秸秆制炭并生产缓释肥的方法及制得的缓释肥 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用农作物秸秆制炭并生产缓释肥的方法及制得的缓释肥，解决了秸秆无法有效利用的问题。本发明的方法主要包括秸秆制粒、燃烧出炭、制肥三大步骤。本发明的方法能够对秸秆进行批量处理和有效利用，方法易于掌握，对环境适应性较强，适于在农村大规模推广使用，它不但能将秸秆制炭后用于制造肥料，同时也能将秸秆制成生物质燃料使用，生产过程环保无污染，实现了能量的循环利用，可缓解农村肥料、燃料的紧张状况。
Description
技术领域
本发明涉及肥料生产技术领域，特别涉及一种利用农作物秸秆制炭并生产缓释肥的方法及制得的缓释肥。
背景技术
农作物秸秆是籽实收获后剩留下的含纤维成分很高的作物残留物,包括禾谷类、豆类、薯类、油料类、麻类、以及棉花、甘蔗、烟草、瓜果等多种作物的秸秆。我国的秸秆资源非常丰富,目前仅重要的作物秸秆就有近20 种,且产量巨大。农作物秸秆中除了含有大量的碳之外, 还含有钾、硅、氮、钙、镁、磷等元素, 以及纤维素、半纤维素、木质素、蛋白质和氨基酸等。不同作物的秸秆含有的成分各有不同，总的来看, 秸秆中有机质含量平均为15.00 %, 平均含碳44.22 %, 氮0.62 %, 磷0.25 %, 钾1.44 %,还有镁、钙、硫等元素。
农作物秸秆在传统农业中常用于烧柴、饲料、沤肥等，在农民家中占有举足轻重的位置。随着近年来农民种植积极性的提高和粮食作物的稳步增产，农作物秸秆数量愈来愈多。但农民对秸秆的价值却了解甚少, 导致他们对秸秆进行不适当处理, 随意丢弃和无控焚烧,是我国广大农村处置秸秆的主要方式,这不仅会造成资源浪费、地力损伤、环境污染,还可导致火灾及交通事故的频发,并对人类健康和周围动植物的生态环境造成严重危害；另一方面,秸秆未经任何处理直接用于肥料、燃料和饲料的传统应用模式,正制约着秸秆利用率、转化率和经济效益的进一步提高。
秸秆利用技术前景广阔，它将是21 世纪可开发利用的最经济最可观的能源。我国每年粮食年产量在5 亿t 左右，棉花、油料等产量在3 000 万t，这些作物的秸秆总量在6 亿t 以上。其中，2.50 亿t 秸秆用于造肥还田，0.48 亿t 用于工业原料，1.80 亿t 用于农民生活燃料，还有1.20 亿t 秸秆剩余，约占农作物秸秆总量的20%。因此, 大力推广农作物秸秆利用新技术，将秸秆变废为宝，既可缓解农村饲料、肥料、燃料和工业原料的紧张状况,又是保护农村生态环境、促进农业可持续协调发展的迫切要求。
中国专利公开号CN101638328A，公开日为2010年2月3日，公开了一种秸秆有机肥及其制备方法，该制备方法是用降解秸秆的菌剂发酵秸秆得到肥料，但降解秸秆的菌剂培养过程复杂，降解过程易于受到外界因素的影响，而且该方法并不适合大规模处理秸秆，降解秸秆的菌剂培养需要专业技术人员、对培养环境也要求较高，不适合在农村推广使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用农作物秸秆制炭并生产缓释肥的方法，它能够对秸秆进行批量处理和有效利用，方法易于掌握，对环境适应性较强，适于在农村大规模推广使用，它不但能将秸秆制炭后用于制造肥料，同时也能将秸秆制成生物质燃料使用，生产过程环保无污染，实现了能量的循环利用，可缓解农村肥料、燃料的紧张状况。
本发明的另一目的在于提供上述方法制得的缓释肥。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种利用农作物秸秆制碳并制造缓释肥的方法，所述的方法包括以下步骤：
①秸秆制粒：将秸秆粉碎得秸秆粉碎物，秸秆粉碎物压制成生物质燃料颗粒，所述秸秆粉碎及制粒过程中通有150~400℃的干燥热风；
②燃烧出炭：按重量比计取步骤①制得的生物质燃料颗粒40%~60%用于燃烧出炭，出炭比为10%~30%；
③制肥：将步骤②得到的秸秆炭与其它包覆原料均匀混合得包覆料，然后在包覆料中加入核心颗粒并旋转滚动，使包覆料均匀包覆核心颗粒，制得缓释肥，所述制肥过程中通有150~400℃的干燥热风；
所述的其它包覆原料为农家肥和膨润土，或其它包覆原料为化肥和步骤①得到的秸秆粉碎物；
步骤①和③中干燥热风的热能由步骤②中生物质燃料颗粒燃烧所提供。
本发明的秸秆原料可以是各种作物的秸秆，秸秆粉碎后成为秸秆粉，然后压制成生物质燃料颗粒（直径6~25mm，长度1~5cm），生物质燃料颗粒的形状为棒状、块状或球状，秸秆粉碎及制粒时伴随着干燥过程，以去除多余的水分，干燥后生物质燃料颗粒的含水量小于等于12%，秸秆的干燥、粉碎、制粒均在同一设备中即可进行，缩短了工艺流程，减少了能源消耗；取出部分生物质燃料颗粒放入高效的生物质能源燃烧器（详见公告号CN201751722U专利文献）中燃烧，燃烧过程无烟，燃烧底物均为优质的炭即秸秆炭，这些炭均为粉末状，燃烧无废弃物排出，环保无污染，剩余的生物质燃料颗粒可作为燃料出售；步骤②得到的秸秆炭为粉末状（即炭粉），秸秆炭的粒径小于0.45mm，步骤②出炭得到的秸秆炭与其它包覆原料混合成为包覆料，然后将包覆料通过物理包覆的方法包覆于核心颗粒上，形成缓释肥，制肥过程中同时也伴随着干燥过程；步骤①和③中干燥热风的热能由步骤②提供，是一个能量的高效利用过程，按占生物质燃料颗粒总量计：15%~20%的生物质燃料颗粒燃烧所产生的热能提供给步骤①，25%~40%的生物质燃料颗粒燃烧所产生的热能提供给步骤③。
作为优选，步骤①所述的粉碎为三级粉碎，三级粉碎依次为：进料段切碎、初级粉碎和次级粉碎，进料段切碎标准为秸秆段长度小于20CM，初级粉碎标准为粉碎物粒径小于10mm，次级粉碎标准为粉碎物粒径小于0.45mm。由于秸秆本身长度较大，需要经三级粉碎后才能用于制粒。
作为优选，所述核心颗粒为生物制品发酵后的废水浓缩提取物。生物制品发酵后的废水浓缩提取物是将生物制品发酵后的废水浓缩，结晶析出颗粒。生物制品发酵后的废水含有大量有机物，提取后是一种很好的肥料。
作为优选，所述生物制品发酵后的废水浓缩提取物为味精厂废水浓缩提取的结晶颗粒或酒精厂废水浓缩提取的结晶颗粒。出于成本和环保的综合考虑，优选味精厂废水浓缩提取的结晶颗粒或酒精厂废水浓缩提取的结晶颗粒，这样即可降低成本，同时也可有效利用味精厂或酒精厂的废水，实现废物回收利用，减轻了环境压力。味精厂废水浓缩提取的结晶颗粒、酒精厂废水浓缩提取的结晶颗粒均为市售产品，生产厂家：越南味丹。
作为优选，步骤③中核心颗粒包覆过程中同时喷洒粘结剂，所述粘结剂为淀粉溶液。淀粉溶液中淀粉的质量百分比浓度小于10%。粘结剂使得包覆料可以较好地包覆核心颗粒，粘结剂采用喷洒的方式，在雾化状态下均匀喷出，可以使得粘结剂均匀分散于包覆料和核心颗粒表面，保证包覆效果。
作为优选，缓释肥的原料各成分按重量比计如下：秸秆炭10%~20%、农家肥10%~20%、膨润土10%~15%、核心颗粒45%~65%。
缓释肥的原料由包覆料和核心颗粒组成。这种方案是有机缓释肥的实施方案，秸秆炭作为缓释肥中有效成分（N、P、K等成分）的载体，与其它包覆原料混合并包覆核心颗粒，使得缓释肥中有效成分流失较缓慢，实现了缓释肥在土壤中的缓释效果，秸秆炭还可以改善及优化土壤结构；膨润土也具有一定的吸附作用，用于加强缓释肥在土壤中的缓释效果。
作为优选，缓释肥的原料各成分按重量比计如下：秸秆炭5%~15%、化肥30%~40%、秸秆粉碎物20%~25%、核心颗粒30%~40%。这种方案是有机无机复合缓释肥的实施方案，化肥是化学肥料的简称，用化学和（或）物理方法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。化肥市售，常见的化肥如：氮肥（碳酸氢铵、尿素、销铵、氨水、氯化铵、硫酸铵），磷肥（过磷酸钙），钾肥（氯化钾、硫酸钾、硝酸钾），复、混肥料（即肥料中含有两种肥料三要素（氮、磷、钾）的二元复、混肥料和含有氮、磷、钾三种元素的三元复、混肥料），这些化肥都可在本发明中实施，化肥以粉末形式加入，秸秆粉碎物来自步骤①秸秆粉碎后的产物，秸秆粉碎物直接用于制肥，可以缩短工艺流程，减少能源消耗。
作为优选，所述的方法还包括筛选步骤，所述的筛选步骤为：将步骤③制得的缓释肥经三级过筛，得到粒径1mm以下小颗粒、粒径1~3mm的中型颗粒和粒径3mm以上的大颗粒，其中粒径1mm以下小颗粒被再次放入包覆料中重新包覆。步骤③制得的缓释肥经三级过筛得到三种产品，中型颗粒和大颗粒作为成品取出，小颗粒需要再次加工，形成合格的产品。
一种利用农作物秸秆制碳并制造缓释肥的方法制得的缓释肥。
本发明的有益效果是：整个工艺过程热能消耗均来自农作物秸秆，燃烧底物均为优质的炭即秸秆炭，秸秆炭可用来作为缓释肥中有效成分载体，使缓释肥在土壤中可达到缓释效果，秸秆炭还可改善及优化土壤结构；农作物秸秆的干燥、粉碎、制粒在同一设备中即可进行，缩短了工艺流程，减少能源消耗；农作物秸秆干燥粉碎后的产物，可以直接用来制肥，缩短工艺流程，减少能源消耗；整个工艺方案的实施，无废气及废物排出，生产过程安全环保，实现了农作物秸秆的有效还田。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
实施例1：
①秸秆粉碎制粒：先将秸秆进行三级粉碎，三级粉碎包括进料段切碎、初级粉碎和次级粉碎，进料段切碎标准为秸秆段长度小于20cm，初级粉碎标准为粉碎物粒径小于10mm，次级粉碎标准为粉碎物粒径小于0.45mm，然后将三级粉碎后得到的秸秆粉碎物压制成棒状的生物质燃料颗粒，得到100kg生物质燃料颗粒，秸秆粉碎及制粒过程中通有150℃的干燥热风；
②燃烧出炭：取15kg的生物质燃料颗粒加入一号生物质能源燃烧器（详见公告号CN201751722U专利文献）中燃烧，取25kg的生物质燃料颗粒加入二号生物质能源燃烧器中燃烧，燃烧后共得到12kg秸秆炭，秸秆炭的粒径小于0.45mm；
③制肥：取10kg秸秆炭，在10kg秸秆炭中加入农家肥20 kg 、膨润土15 kg，均匀混合形成包覆料，然后在包覆料中加入55 kg核心颗粒并旋转滚动，同时喷覆粘结剂，使包覆料均匀包覆核心颗粒，制得缓释肥，核心颗粒为味精厂废水浓缩提取的结晶颗粒（越南味丹），粘结剂为淀粉水溶液，淀粉浓度为8%，所述制肥过程中通有150℃的干燥热风，制得的缓释肥经三级过筛，得到粒径1mm以下小颗粒、粒径1~3mm的中型颗粒和粒径3mm以上的大颗粒，其中粒径1mm以下小颗粒被再次放入包覆料重新包覆；
步骤①中干燥热风的热能由一号生物质能源燃烧器提供，步骤③中干燥热风的热能由二号生物质能源燃烧器提供。
实施例2：
①秸秆粉碎制粒：先将秸秆进行三级粉碎，三级粉碎包括进料段切碎、初级粉碎和次级粉碎，进料段切碎标准为秸秆段长度小于20cm，初级粉碎标准为粉碎物粒径小于10mm，次级粉碎标准为粉碎物粒径小于0.45mm，然后将三级粉碎后得到的秸秆粉碎物压制成块状的生物质燃料颗粒，得到100kg生物质燃料颗粒，秸秆粉碎及制粒过程中通有300℃的干燥热风；
②燃烧出炭：取20kg的生物质燃料颗粒加入一号生物质能源燃烧器中燃烧，取40kg的生物质燃料颗粒加入二号生物质能源燃烧器中燃烧，燃烧后共得到15kg秸秆炭；
③制肥：取15kg秸秆炭，在15kg秸秆炭中加入农家肥10 kg 、膨润土10 kg，均匀混合形成包覆料，然后在包覆料中加入65 kg核心颗粒并旋转滚动，同时喷覆粘结剂，使包覆料均匀包覆核心颗粒，制得缓释肥，核心颗粒为味精厂废水浓缩提取的结晶颗粒，粘结剂为淀粉水溶液，淀粉浓度为5%，所述制肥过程中通有300℃的干燥热风，制得的缓释肥经三级过筛，得到粒径1mm以下小颗粒、粒径1~3mm的中型颗粒和粒径3mm以上的大颗粒，其中粒径1mm以下小颗粒被再次放入包覆料重新包覆；
步骤①中干燥热风的热能由一号生物质能源燃烧器提供，步骤③中干燥热风的热能由二号生物质能源燃烧器提供。
实施例3：
①秸秆粉碎制粒：先将秸秆进行三级粉碎，三级粉碎包括进料段切碎、初级粉碎和次级粉碎，进料段切碎标准为秸秆段长度小于20cm，初级粉碎标准为粉碎物粒径小于10mm，次级粉碎标准为粉碎物粒径小于0.45mm，然后将三级粉碎后得到的秸秆粉碎物压制成球状的生物质燃料颗粒，得到200kg生物质燃料颗粒，秸秆粉碎及制粒过程中通有400℃的干燥热风；
②燃烧出炭：取30kg的生物质燃料颗粒加入一号生物质能源燃烧器中燃烧，取80kg的生物质燃料颗粒加入二号生物质能源燃烧器中燃烧，燃烧后共得到22kg秸秆炭；
③制肥：取20kg秸秆炭，在20kg秸秆炭中加入农家肥20 kg 、膨润土15 kg，均匀混合形成包覆料，然后在包覆料中加入45 kg核心颗粒并旋转滚动，同时喷覆粘结剂，使包覆料均匀包覆核心颗粒，制得缓释肥，核心颗粒为酒精厂废水浓缩提取的结晶颗粒，粘结剂为淀粉水溶液，淀粉浓度为6%，所述制肥过程中通有400℃的干燥热风，制得的缓释肥经三级过筛，得到粒径1mm以下小颗粒、粒径1~3mm的中型颗粒和粒径3mm以上的大颗粒，其中粒径1mm以下小颗粒被再次放入包覆料重新包覆；
步骤①中干燥热风的热能由一号生物质能源燃烧器提供，步骤③中干燥热风的热能由二号生物质能源燃烧器提供。
实施例4：
①秸秆粉碎制粒：先将秸秆进行三级粉碎，三级粉碎包括进料段切碎、初级粉碎和次级粉碎，进料段切碎标准为秸秆段长度小于20cm，初级粉碎标准为粉碎物粒径小于10mm，次级粉碎标准为粉碎物粒径小于0.45mm，然后将三级粉碎后得到的秸秆粉碎物压制成球状的生物质燃料颗粒，得到100kg生物质燃料颗粒，秸秆粉碎及制粒过程中通有400℃的干燥热风；
②燃烧出炭：取20kg的生物质燃料颗粒加入一号生物质能源燃烧器中燃烧，取35kg的生物质燃料颗粒加入二号生物质能源燃烧器中燃烧，燃烧后得到5.5kg秸秆炭；
③制肥：取5kg秸秆炭，在5kg秸秆炭中加入尿素40kg、秸秆粉碎物25kg，均匀混合形成包覆料，然后在包覆料中加入30kg核心颗粒并旋转滚动，同时喷覆粘结剂，使包覆料均匀包覆核心颗粒，制得缓释肥，核心颗粒为酒精厂废水浓缩提取的结晶颗粒（越南味丹），粘结剂为淀粉水溶液，淀粉浓度为4%，所述制肥过程中通有150℃的干燥热风，制得的缓释肥经三级过筛，得到粒径1mm以下小颗粒、粒径1~3mm的中型颗粒和粒径3mm以上的大颗粒，其中粒径1mm以下小颗粒被再次放入包覆料重新包覆；
步骤①中干燥热风的热能由一号生物质能源燃烧器提供，步骤③中干燥热风的热能由二号生物质能源燃烧器提供。
实施例5：
①秸秆粉碎制粒：先将秸秆进行三级粉碎，三级粉碎包括进料段切碎、初级粉碎和次级粉碎，进料段切碎标准为秸秆段长度小于20cm，初级粉碎标准为粉碎物粒径小于10mm，次级粉碎标准为粉碎物粒径小于0.45mm，然后将三级粉碎后得到的秸秆粉碎物压制成球状的生物质燃料颗粒，得到100kg生物质燃料颗粒，秸秆粉碎及制粒过程中通有200℃的干燥热风；
②燃烧出炭：取20kg的生物质燃料颗粒加入一号生物质能源燃烧器中燃烧，取40kg的生物质燃料颗粒加入二号生物质能源燃烧器中燃烧，燃烧后得到15kg秸秆炭；
③制肥：取15kg秸秆炭，在15kg秸秆炭中加入过磷酸钙30kg、秸秆粉碎物20kg，均匀混合形成包覆料，然后在包覆料中加入35kg核心颗粒并旋转滚动，同时喷覆粘结剂，使包覆料均匀包覆核心颗粒，制得缓释肥，核心颗粒为味精厂废水浓缩提取的结晶颗粒，粘结剂为淀粉水溶液，淀粉浓度为3%，所述制肥过程中通有150℃的干燥热风，制得的缓释肥经三级过筛，得到粒径1mm以下小颗粒、粒径1~3mm的中型颗粒和粒径3mm以上的大颗粒，其中粒径1mm以下小颗粒被再次放入包覆料重新包覆；
步骤①中干燥热风的热能由一号生物质能源燃烧器提供，步骤③中干燥热风的热能由二号生物质能源燃烧器提供。
实施例6：
①秸秆粉碎制粒：先将秸秆进行三级粉碎，三级粉碎包括进料段切碎、初级粉碎和次级粉碎，进料段切碎标准为秸秆段长度小于20cm，初级粉碎标准为粉碎物粒径小于10mm，次级粉碎标准为粉碎物粒径小于0.45mm，然后将三级粉碎后得到的秸秆粉碎物压制成球状的生物质燃料颗粒，得到100kg生物质燃料颗粒，秸秆粉碎及制粒过程中通有200℃的干燥热风；
②燃烧出炭：取20kg的生物质燃料颗粒加入一号生物质能源燃烧器中燃烧，取40kg的生物质燃料颗粒加入二号生物质能源燃烧器中燃烧，燃烧后得到15kg秸秆炭；
③制肥：取10kg秸秆炭，在10kg秸秆炭中加入氯化钾30kg、秸秆粉碎物20kg，均匀混合形成包覆料，然后在包覆料中加入40kg核心颗粒并旋转滚动，同时喷覆粘结剂，使包覆料均匀包覆核心颗粒，制得缓释肥，核心颗粒为味精厂废水浓缩提取的结晶颗粒，粘结剂为淀粉水溶液，淀粉浓度为7%，所述制肥过程中通有300℃的干燥热风，制得的缓释肥经三级过筛，得到粒径1mm以下小颗粒、粒径1~3mm的中型颗粒和粒径3mm以上的大颗粒，其中粒径1mm以下小颗粒被再次放入包覆料重新包覆；
步骤①中干燥热风的热能由一号生物质能源燃烧器提供，步骤③中干燥热风的热能由二号生物质能源燃烧器提供。
按照上述方法，本发明的其它技术方案均可实施。
将等量市售的尿素和本发明的缓释肥分别放入装有同体积清水的烧杯中静置观察：尿素在1分钟后便溶解在水中，且水质整体较混浊（这样营养成分易随水而流失）；本发明的缓释肥在24小时后经检测溶出30%，28天后经检测溶出90%，观察放入本发明的缓释肥的烧杯，可见烧杯底部有一层混浊的水层，而烧杯其它地方的水质清澈；由此可见，本发明的缓释肥虽溶解，但仍将营养成分牢牢吸附在施肥部位，这样营养成分不易随水而流失，可更好地提高肥料的利用率，而且本发明的缓释肥溶出较慢，具有较好地缓释效果。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (9)
1. 一种利用农作物秸秆制碳并制造缓释肥的方法，其特征在于：所述的方法包括以下步骤：
①秸秆制粒：将秸秆粉碎得秸秆粉碎物，秸秆粉碎物压制成生物质燃料颗粒，所述秸秆粉碎及制粒过程中通有150~400℃的干燥热风；
②燃烧出炭：按重量比计取步骤①制得的生物质燃料颗粒40%~60%用于燃烧出炭，出炭比为10%~30%；
③制肥：将步骤②得到的秸秆炭与其它包覆原料均匀混合得包覆料，然后在包覆料中加入核心颗粒并旋转滚动，使包覆料均匀包覆核心颗粒，制得缓释肥，所述制肥过程中通有150~400℃的干燥热风；
所述的其它包覆原料为农家肥和膨润土，或其它包覆原料为化肥和步骤①得到的秸秆粉碎物；
步骤①和③中干燥热风的热能由步骤②中生物质燃料颗粒燃烧所提供。
2.根据权利要求1所述的利用农作物秸秆制碳并制造缓释肥的方法，其特征在于：步骤①所述的粉碎为三级粉碎，三级粉碎依次为：进料段切碎、初级粉碎和次级粉碎，进料段切碎标准为秸秆段长度小于20CM，初级粉碎标准为粉碎物粒径小于10mm，次级粉碎标准为粉碎物粒径小于0.45mm。
3.根据权利要求1所述的一种利用农作物秸秆制碳并制造缓释肥的方法，其特征在于：所述核心颗粒为生物制品发酵后的废水浓缩提取物。
4.根据权利要求3所述的利用农作物秸秆制碳并制造缓释肥的方法，其特征在于：所述生物制品发酵后的废水浓缩提取物为味精厂废水浓缩提取的结晶颗粒或酒精厂废水浓缩提取的结晶颗粒。
5.根据权利要求1所述的利用农作物秸秆制碳并制造缓释肥的方法，其特征在于：步骤③中核心颗粒包覆过程中同时喷洒粘结剂，所述粘结剂为淀粉溶液。
6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的利用农作物秸秆制碳并制造缓释肥的方法，其特征在于：缓释肥的原料各成分按重量比计如下：秸秆炭10%~20%、农家肥10%~20%、膨润土10%~15%、核心颗粒45%~65%。
7.根据权利要求1或2或3或4或5所述的利用农作物秸秆制碳并制造缓释肥的方法，其特征在于：缓释肥的原料各成分按重量比计如下：秸秆炭5%~15%、化肥30%~40%、秸秆粉碎物20%~25%、核心颗粒30%~40%。
8.根据权利要求1或2或3或4或5所述的利用农作物秸秆制碳并制造缓释肥的方法，其特征在于：所述的方法还包括筛选步骤，所述的筛选步骤为：将步骤③制得的缓释肥经三级过筛，得到粒径1mm以下小颗粒、粒径1~3mm的中型颗粒和粒径3mm以上的大颗粒，其中粒径1mm以下小颗粒被再次放入包覆料中重新包覆。
9. 一种如权利要求1所述的利用农作物秸秆制碳并制造缓释肥的方法制得的缓释肥。
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