CN104557313A - 一种生物质炭基复合肥的生产设备及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物质炭基复合肥的生产设备及其生产工艺，生产设备包括流化床、旋风分离器、喷淋塔、生物醋液池与炭基肥收集箱等设备；生产工艺利用生物质气化产生的醋液形成氮磷钾三元炭基复合肥。本发明工艺方法先进，生产设备简单可靠，能够有效降低生产成本，提高生产效益。
Description
技术领域
本发明属于农业肥料技术领域，具体涉及一种生物质炭基复合肥的生产设备及其生产工艺。
背景技术
肥料是农业生产的重要物质基础，我国氮肥利用率仅为30~45%， 磷肥的当季利用率为 10~20%，钾肥的利用率为40%左右，均低于发达国家 20 个百分点左右， 施肥效益较低。在现有技术中，采用炭基复合肥可以实现氮、磷、钾肥的缓释，同时生物炭可以实现土壤疏松、保水等效果，炭基复合肥是目前农用肥料发展的重点方向。
但是，炭基复合肥的制备方法大多是单独生产生物质炭后再与无机肥料混合、造粒。这种生产方法不仅工艺复杂、生产设备制造及使用成本较高、而且还存在混合不均匀，浪费资源的缺点。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种制造方便、产品品质高、生产成本低的生物质炭基复合肥的生产设备及其生产工艺。
一种生物质炭基复合肥的生产设备，包括流化床，所述流化床底端开设有进风口，顶端开设有排出口，流化床的一侧开设有生物质进料口及床料进料口，流化床的排出口管路连接在旋风分离器的进口处，旋风分离器上还开设有第一排气口及生物炭与床料排出口，第一排气口管路连接在喷淋塔的进口处，喷淋塔与生物醋液池管路循环相通，旋风分离器的生物炭与床料排出口与炭基肥收集箱相连通，炭基肥收集箱上还设有生物质醋液喷入口及混合绞龙接入口，生物质醋液喷入口与生物醋液池管路相通，混合绞龙接入口接有混合绞龙，并开设有氨水添加口。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述喷淋塔上还开设有第二排气口，第二排气口管路连接燃气风机，燃气风机管路连接造粒烘干机，造粒烘干机与混合绞龙的排料口相连接。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述流化床的生物质进料口处连接有生物质螺旋进料机，床料进料口处连接有床料螺旋进料机，流化床的进风口处管路连接有鼓风机。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述喷淋塔与生物醋液池之间的管路上设有循环水泵，生物醋液池与炭基肥收集箱之间的管路上设有用于将生物醋液送入炭基肥收集箱中的水泵。
一种生物质炭基复合肥的生产工艺，采用一种生物质炭基复合肥的生产设备进行生产，包括以下步骤：
（1）、通过床料进料口往流化床内加入初始床料磷酸钙和氯化钾颗粒；
（2）、通过生物质进料口、进风口往流化床内加入生物质和空气；
（3）、运行流化床，生物质与少量空气在流化床内反应生成生物炭和燃气，生物炭和床料反应并均匀混合后被燃气由排出口带出；
（4）、运行旋风分离器，燃气从第一排气口进入喷淋塔，生物炭和床料进入炭基肥收集箱；
（5）、运行喷淋塔与生物醋液池的循环管路，燃气经洗涤，并获得的生物质醋液；
（6）、生物质醋液管路进入炭基肥收集箱，与生物炭和床料进行反应，获得可溶性磷、钾复合肥；
（7）、从氨水添加口中添加氨水；
（8）、炭基复合肥在混合绞龙内充分搅拌成为氮、磷、钾三元复合肥。
作为上述技术方案的进一步描述：
步骤（8）后，氮、磷、钾三元复合肥从混合绞龙排出，进入造粒烘干机中造粒、烘干，即得成品。
作为上述技术方案的进一步描述：
其中，流化床内初始床料高度不低于100mm。
作为上述技术方案的进一步描述：
其中，流化床的运行温度为600~900℃，炉内流速为2~5m/s。
作为上述技术方案的进一步描述：
其中，初始床料中磷酸钙和氯化钾的质量比在0.3~2.5之间，粒径为0~1mm；
其中，生物质和空气质量流量比为0.5~1.2。
作为上述技术方案的进一步描述：
其中，生物质醋液浓度为5~30%，氨水浓度为15~31%。
本发明工艺方法先进，生产设备简单可靠，以无机肥料作为床料，生物质在炉内生成生物炭，生物炭和无机肥料在炉内充分混合反应，进而充分利用生物质气化产生的醋液形成氮磷钾三元炭基复合肥，另外，采用流化床中燃气用于肥料烘干，从而提高生产效率，简化生产工艺，节约了能源资源，通过合理控制反应过程和床料中无机肥料的配比可以得到高品质的炭基复合肥，能够有效降低生产成本，提高生产效益。
附图说明
图1为本发明中生物质炭基复合肥的生产设备的结构示意图。
具体实施方式
参见图1，一种生物质炭基复合肥的生产设备，包括流化床1，流化床1底端开设有进风口101，顶端开设有排出口102，流化床1的一侧开设有生物质进料口103及床料进料口104，流化床1的排出口102管路连接在旋风分离器2的进口处，旋风分离器2上还开设有第一排气口201及生物炭与床料排出口202，第一排气口201管路连接在喷淋塔3的进口处，喷淋塔3与生物醋液池4管路循环相通，旋风分离器2的生物炭与床料排出口202与炭基肥收集箱5相连通，炭基肥收集箱5上还设有生物质醋液喷入口501及混合绞龙接入口502，生物质醋液喷入口501与生物醋液池4管路相通，混合绞龙接入口502接有混合绞龙6，并开设有氨水添加口7。
本实施例中，喷淋塔3上还开设有第二排气口301，第二排气口301管路连接燃气风机8，燃气风机8管路连接造粒烘干机9，造粒烘干机9与混合绞龙6的排料口相连接。目的在于，经混合绞龙6搅拌完成的化肥进入造粒烘干机9进行造粒烘干成成品，此时，从喷淋塔3排出的生物燃气经过燃气风机8，进入造粒烘干机9中，用于肥料的烘干，可充分利用生物质能量，节约了能源。
本实施例中，流化床1的生物质进料口103处连接有生物质螺旋进料机10，床料进料口104处连接有床料螺旋进料机11。目的在于，方便往流化床1内进料，并且容易控制进料时间及进料量。
本实施例中，流化床1的进风口101处管路连接有鼓风机12。目的在于，操作控制方便，并且便于对进风设备进行检修维护。
本实施例中，喷淋塔3与生物醋液池4之间的管路上设有循环水泵13，生物醋液池4与炭基肥收集箱5之间的管路上设有用于将生物醋液送入炭基肥收集箱5中的水泵14。目的在于，循环水泵13能够方便完成生物燃气的洗涤，水泵14能够迅速将生物醋液送入炭基肥收集箱5中。
本实施例中，床料进料口104设置在生物质进料口103的下方。目的在于，方便床料与生物质的分层加入。
采用本设备对生物质炭基复合肥进行生产，包括以下步骤：
（1）、通过床料进料口104往流化床1内加入初始床料磷酸钙和氯化钾颗粒；
（2）、通过生物质进料口103、进风口101往流化床1内加入生物质和空气；
（3）、运行流化床1，生物质与少量空气在流化床1内反应生成生物炭和燃气，生物炭和床料反应并均匀混合后被燃气由排出口102带出；
（4）、运行旋风分离器2，燃气从第一排气口201进入喷淋塔3，生物炭和床料进入炭基肥收集箱5；
（5）、运行喷淋塔3与生物醋液池4的循环管路，燃气经洗涤，并获得的生物质醋液；
（6）、生物质醋液管路进入炭基肥收集箱5，与生物炭和床料进行反应，获得可溶性磷、钾复合肥；
（7）、从氨水添加口7中添加氨水；
（8）、炭基复合肥在混合绞龙6内充分搅拌成为氮、磷、钾三元复合肥。
制成氮、磷、钾三元复合肥后，即可将其从混合绞龙6排出，进入造粒烘干机9中造粒、烘干，即得成品。
其中，流化床1内初始床料高度不低于100mm。
其中，初始床料在流化床1运行时连续加入，生物质和空气在流化床1运行时按比例连续给入。
其中，流化床1的运行温度为600~900℃，炉内流速为2~5m/s。
其中，初始床料中磷酸钙和氯化钾的质量比在0.3~2.5之间，粒径为0~1mm。
其中，生物质和空气质量流量比为0.5~1.2。
其中，生物质醋液浓度为5~30%，氨水浓度为15~31%。
实施例1
采用粒径为0.8mm的磷酸钙和氯化钾颗粒作为初始床料，磷酸钙和氯化钾的质量比在0.6，首先通过床料螺旋进料机11向流化床1加入一定量的床料，在系统运行过程中，床料持续给入，保持流化床内床料高度为80mm，棉杆由生物质螺旋进料机10连续加入，空气由鼓风机12鼓入，生物质和空气质量流量比为0.8之间。系统运行时控制流化床1气化炉反应温度为650℃，炉内流速为3.5m/s。生物质在床料的辅助流化和快速加热作用下与空气反应，获得生物炭和生物燃气，生物炭和床料反应并均匀混合后被燃气由排出口102带出，被旋风分离器2收集到炭基肥收集箱5，生物炭和床料颗粒在炭基肥收集箱5内与燃气洗涤获得的浓度为15%的生物质醋液液反应，获得可溶性磷、钾复合肥。在氨水添加口7喷入28%氨水，炭基复合肥在混合绞龙6内充分搅拌成为氮、磷、钾三元复合肥，然后进入造粒烘干机9获得合格的氮磷钾三元炭基肥产品。经过旋风分离器2的生物燃气进入喷淋塔3，生物燃气中的高分子成分被水洗涤溶解，成为生物质醋液进入生物醋液池4，当生物醋液达到为28%的浓度后喷入炭基肥收集箱5。生物燃气经过喷淋塔3后剩余主要可燃成分为是一氧化碳（CO）、甲烷（CH4）等小分子气体，送入造粒烘干机9为炭基肥颗粒烘干提供能量。
实施例2
采用粒径为0.5mm的磷酸钙和氯化钾颗粒作为初始床料，磷酸钙和氯化钾的质量比为2.1，首先通过床料螺旋进料机11向流化床1加入一定量的床料，在系统运行过程中，床料持续给入，保持流化床内床料高度为95mm，稻壳由生物质螺旋进料机10连续加入，空气由鼓风机12鼓入，生物质和空气质量流量比为0.9之间。系统运行时控制流化床气化炉反应温度为870℃，炉内流速为4.8m/s。生物质在床料的辅助流化和快速加热作用下与空气反应，获得生物炭和生物燃气，生物炭和床料反应并均匀混合后被燃气由排出口102带出，被旋风分离器2收集到炭基肥收集箱5，生物炭和床料颗粒在炭基肥收集箱5内与燃气洗涤获得的浓度为23%的生物质醋液液反应，获得可溶性磷、钾复合肥。在氨水添加口7喷入19%氨水，炭基复合肥在混合绞龙6内充分搅拌成为氮、磷、钾三元复合肥，然后进入造粒烘干机9获得合格的氮磷钾三元炭基肥产品。经过旋风分离器2的生物燃气进入喷淋塔3，生物燃气中的高分子成分被水洗涤溶解，成为生物质醋液进入生物醋液池4，当生物醋液达到为23%的浓度后喷入炭基肥收集箱5。生物燃气经过喷淋塔3后剩余主要可燃成分为是一氧化碳（CO）、甲烷（CH4）等小分子气体，送入造粒烘干机9为炭基肥颗粒烘干提供能量。
实施例3
采用粒径为0.6mm的磷酸钙和氯化钾颗粒作为初始床料，磷酸钙和氯化钾的质量比为1.2，首先通过床料螺旋进料机11向流化床1加入一定量的床料，在系统运行过程中，床料持续给入，保持流化床内床料高度为90mm，玉米秸秆由生物质螺旋进料机10连续加入，空气由鼓风机12鼓入，生物质和空气质量流量比为0.9之间。系统运行时控制流化床气化炉反应温度为760℃，炉内流速为4.1m/s。生物质在床料的辅助流化和快速加热作用下与空气反应，获得生物炭和生物燃气，生物炭和床料反应并均匀混合后被燃气由排出口102带出，被旋风分离器2收集到炭基肥收集箱5，生物炭和床料颗粒在炭基肥收集箱5内与燃气洗涤获得的浓度为25%的生物质醋液液反应，获得可溶性磷、钾复合肥。在氨水添加口7喷入26%氨水，炭基复合肥在绞龙内充分搅拌成为氮、磷、钾三元复合肥，然后进入造粒烘干机9获得合格的氮磷钾三元炭基肥产品。经过旋风分离器2的生物燃气进入喷淋塔3，生物燃气中的高分子成分被水洗涤溶解，成为生物质醋液进入生物醋液池4，当生物醋液达到为25%的浓度后喷入炭基肥收集箱5。生物燃气经过喷淋塔3后剩余主要可燃成分为是一氧化碳（CO）、甲烷（CH4）等小分子气体，送入造粒烘干机9为炭基肥颗粒烘干提供能量。
本发明的工作原理为：
生物质在流化床1内进行反应过程中，其中的挥发份以燃气的形式析出，固定碳和灰分转化成为生物炭。燃气中主要成分为小分子气体，包括CO、H2、CH4、CO2，另一部分为大分子有机物，以有机蒸汽形式存在，在喷淋塔3中洗涤冷凝成为木醋液。由于生物质灰分中含有钾(K)、硅（Si）、铁（Fe）等多种元素（灰分通常以氧化物的形式表示为K2O、SiO2和Fe2O3等），在以磷酸钙和氯化钾为床料的流化床1内，在高温情况下（600~900℃）时会发生如下化学反应，
2KCl+3SiO2+H2O→ K2O·3SiO2+3HCl （1）
Ca3(PO4)2+6HCl→2H3PO4+3CaCl2 （2）
3K2O+2 H3PO4→3K3PO4+3H2O （3）
在流化床内经过（1）~（3）系列反应后，加入的不可溶的磷酸钙中一部分转化成为可溶性磷酸钾（K3PO4），由于反应主要发生在生物炭的表面及生物炭的微孔中，生物炭和部分二元肥料（钾、磷）紧密结合。燃气携带结合肥料的生物炭和氯化钾及磷酸钙离开流化床被收集到炭基肥收集箱5中，喷入生物醋液（主要成为为醋酸，用HAC表示），利用磷酸钙和醋液的反应特性实现磷酸钙的溶解，主要发生的反应是：
Ca3(PO4)2+6HAC→3Ca(AC)2+2H3PO4 （4）
在炭基肥收集箱出来的炭基肥呈酸性状态，在氨水添加口7喷入氨水，发生的反应为：
3NH3+ H3PO4→(NH4)3PO4 （5）
因此，经过这一系列步骤后，获得了可溶性的氮、磷、钾三元复合炭基肥。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种生物质炭基复合肥的生产设备，其特征在于：包括流化床，所述流化床底端开设有进风口，顶端开设有排出口，流化床的一侧开设有生物质进料口及床料进料口，流化床的排出口管路连接在旋风分离器的进口处，旋风分离器上还开设有第一排气口及生物炭与床料排出口，第一排气口管路连接在喷淋塔的进口处，喷淋塔与生物醋液池管路循环相通，旋风分离器的生物炭与床料排出口与炭基肥收集箱相连通，炭基肥收集箱上还设有生物质醋液喷入口及混合绞龙接入口，生物质醋液喷入口与生物醋液池管路相通，混合绞龙接入口接有混合绞龙，并开设有氨水添加口。
2.根据权利要求1所述的一种生物质炭基复合肥的生产设备，其特征在于：所述喷淋塔上还开设有第二排气口，第二排气口管路连接燃气风机，燃气风机管路连接造粒烘干机，造粒烘干机与混合绞龙的排料口相连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种生物质炭基复合肥的生产设备，其特征在于：所述流化床的生物质进料口处连接有生物质螺旋进料机，床料进料口处连接有床料螺旋进料机，流化床的进风口处管路连接有鼓风机。
4.根据权利要求1或2所述的一种生物质炭基复合肥的生产设备，其特征在于：所述喷淋塔与生物醋液池之间的管路上设有循环水泵，生物醋液池与炭基肥收集箱之间的管路上设有用于将生物醋液送入炭基肥收集箱中的水泵。
5.一种生物质炭基复合肥的生产工艺，采用一种生物质炭基复合肥的生产设备进行生产， 其特征在于：包括以下步骤：
（1）、通过床料进料口往流化床内加入初始床料磷酸钙和氯化钾颗粒；
（2）、通过生物质进料口、进风口往流化床内加入生物质和空气；
（3）、运行流化床，生物质与少量空气在流化床内反应生成生物炭和燃气，生物炭和床料反应并均匀混合后被燃气由排出口带出；
（4）、运行旋风分离器，燃气从第一排气口进入喷淋塔，生物炭和床料进入炭基肥收集箱；
（5）、运行喷淋塔与生物醋液池的循环管路，燃气经洗涤，并获得的生物质醋液；
（6）、生物质醋液管路进入炭基肥收集箱，与生物炭和床料进行反应，获得可溶性磷、钾复合肥；
（7）、从氨水添加口中添加氨水；
（8）、炭基复合肥在混合绞龙内充分搅拌成为氮、磷、钾三元复合肥。
6.根据权利要求5所述的一种生物质炭基复合肥的生产工艺，其特征在于：步骤（8）后，氮、磷、钾三元复合肥从混合绞龙排出，进入造粒烘干机中造粒、烘干，即得成品。
7.根据权利要求5或6所述的一种生物质炭基复合肥的生产工艺，其特征在于：所述流化床内初始床料高度不低于100mm。
8.根据权利要求5或6所述的一种生物质炭基复合肥的生产工艺，其特征在于：所述流化床的运行温度为600~900℃，炉内流速为2~5m/s。
9.根据权利要求5或6所述的一种生物质炭基复合肥的生产工艺，其特征在于：所述初始床料中磷酸钙和氯化钾的质量比在0.3~2.5之间，粒径为0~1mm；生物质和空气质量流量比为0.5~1.2。
10.根据权利要求5或6所述的一种生物质炭基复合肥的生产工艺，其特征在于：所述生物质醋液浓度为5~30%，氨水浓度为15~31%。
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