CN107382524A - 一种炭基肥料的制备系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种炭基肥料的制备系统及方法。利用热解装置将生物质热解后得到生物炭和木醋液，将生物炭破碎后在精制的木醋液中浸泡，然后进行烘干后与微肥、粘结剂、抑制剂混合，最后进行造球获得炭基肥料。本发明充分利用生物炭的碱性和木醋液的酸性，对土壤进行修复，解决了生物炭和木醋液难以利用的问题，同时可有效治理盐碱地，提高土壤肥效。

Description

一种炭基肥料的制备系统及方法

技术领域

本发明属于废料制备技术领域，尤其涉及一种可修复土壤的炭基肥料的制备系统及方法。

背景技术

盐碱地是盐类集积的一个种类，是指土壤里面所含的盐分影响到作物的正常生长，严重的盐碱土壤地区植物几乎不能生存。大量盐碱地和沙地等碱性土地不仅降低了土地使用价值，如果处理处置不当，还会给居民生存环境带来危害。虽然植树造林能在一定程度上缓解以上问题，但该类土壤的肥效差、生物生存能力差，给土壤修复带来较大困难。

生物炭中不仅碳含量很高，其氮、磷、钙、钾和镁的含量也比较丰富，并且这些元素也是供给植物生长所需的营养元素。通过控制秸秆裂解温度，还能控制生物炭中不同元素的含量，例如，裂解温度升高能提高生物炭中钙、钾、镁、磷的含量。生物炭作为绿色环保材料，不仅可以起到土壤改良的作用，还能吸附肥料养分，减少土壤养分淋失，同时赋予了肥料缓释和固碳的功能。单独使用生物炭对作物增产的贡献尚不十分明朗，且影响因素复杂，不便于在农业生产上直接推广应用。

木醋液主要成分是一些有机酸和酚类物质，施用木醋液可起到有效提高土壤有机质和肥效的作用，显著改善土壤微生物及酶活性、促进植物生长。然而木醋液无法直接应用到改善土壤中，对生物质进行热解时，有大量的木醋液产生，木醋液无法直接利用，经济效益差。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种炭基肥料的制备系统及方法，充分利用生物炭的碱性和木醋液的酸性性质，经过与其他原料的配比，制成炭基肥料，可有效治理盐碱地，提高土壤肥效。

本发明的目的之一是提供一种炭基肥料的制备系统，包括：

热解装置，设有进料口、生物炭出口和粗制木醋液出口；

破碎装置，设有生物炭入口和炭粉出口，所述热解装置的生物炭出口连接所述破碎装置的生物炭入口；

精制装置，设有粗制木醋液入口和精制木醋液出口，所述热解装置的粗制木醋液出口连接所述精制装置的粗制木醋液入口；

浸泡装置，设有炭粉入口、精制木醋液入口和浸泡炭粉出口，所述破碎装置的炭粉出口连接所述浸泡装置的炭粉入口，所述精制装置的精制木醋液出口连接所述浸泡装置的精制木醋液入口；

干燥装置，设有浸泡炭粉入口和干燥炭粉出口，所述浸泡装置的浸泡炭粉出口连接所述干燥装置的浸泡炭粉入口；

搅拌单元，设有干燥炭粉入口、微肥入口、粘结剂入口、抑制剂入口和混合料出口，所述干燥装置的干燥炭粉出口连接所述搅拌单元的干燥炭粉入口；

造粒机，设有混合料入口和炭基肥料出口，所述搅拌单元的混合料出口连接所述造粒机的混合料入口。

作为本发明优选的方案，所述搅拌单元包括第一搅拌器和第二搅拌器；

所述第一搅拌器包括干燥炭粉入口、微肥入口、初级混合料出口；

所述第二搅拌器包括初级混合料入口、粘结剂入口、抑制剂入口和混合料出口；

所述干燥装置的干燥炭粉出口连接所述第一搅拌器的干燥炭粉入口，所述第一搅拌器的初级混合料出口连接所述第二搅拌器的初级混合料入口。

本发明的另一目的是提供一种利用上述的系统制备炭基肥料的方法，包括以下步骤：

A、将生物质进行热解，获得生物炭和粗制木醋液；

B、将所述生物炭进行破碎，获得炭粉；将所述粗制木醋液进行精制，获得精制木醋液；

C、将所述炭粉在所述精制木醋液中浸泡，浸泡时间3～7小时，获得浸泡炭粉；

D、将所述浸泡炭粉在50～60℃进行干燥，获得干燥炭粉；

E、将所述干燥炭粉与微肥、粘结剂、脲酶抑制剂、硝化抑制剂进行混合，获得混合料，所述干燥炭粉、微肥、粘结剂、脲酶抑制剂、硝化抑制的质量比为：(7～8):(1～1.5):(0.8～1):0.3:0.3；

F、将所述混合料造粒，获得炭基肥料。

作为本发明优选的方案，所述精制木醋液的pH值≤4。

作为本发明优选的方案，所述干燥炭粉的含水率在25～30％之间。

进一步的，所述步骤E中，先将干燥炭粉与微肥进行混合，获得初级混合料，再将初级混合料与粘结剂、脲酶抑制剂、硝化抑制剂进行混合，获得混合料。

优选的，所述微肥由硫酸锌、硫酸亚铁、硫酸镁、磷酸二氢钾、氮源、乙二胺四乙酸二钠按质量比(1～1.5):1:(1～1.2):(1.2～1.5):2:0.7的比例组成。

作为本发明优选的方案，所述粘结剂为黏土或膨润土。

作为本发明优选的方案，所述脲酶抑制剂为N-丁基硫代磷酰三胺、乙酰甲胺磷或甲胺中的一种。

作为本发明优选的方案，所述炭基肥料的粒径在2～3mm之间。

本发明提供的炭基肥料的制备系统及方法，制备的炭基肥料可用于土壤的修复；通过生物炭与木醋液的结合，将木醋液添加到炭基肥料中，解决了木醋液无法直接利用的问题；可达到固炭减排、土壤改良、促进农作物生长的功效。

附图说明

图1是本发明实施例的系统的示意图；

图2是本发明实施例的方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

生物炭孔隙度高，吸附、保持氮磷钾等养分能力强，同时具有固炭效果，降低二氧化碳排放量。木醋液同时还具有杀毒、防虫、驱虫的效果，对改良土壤、预防农作物病害具有积极作用。通过添加膨润土或黏土，保证炭基肥料中各组成成分的有效粘结。最后在原料中添加脲酶抑制剂和硝化抑制剂，减缓肥料肥效的释放速率，保证土壤肥料的持续时间。

如图1所示，本发明实施例提供一种炭基肥料的制备系统，包括：热解装置1、破碎装置2、精制装置3、浸泡装置4、干燥装置5、搅拌单元6、造粒机7。本实施例的系统，结合热解技术，巧妙的将木醋液与生物炭这两种产物协同生产炭基肥料，有效改善了生物炭肥效低和木醋液难处理的问题。

热解装置1用于生物质的热解，本实施例选用的热解装置1为蓄热式旋转床。热解装置1设有进料口、生物炭出口和粗制木醋液出口。生物质在热解装置1中受热，在500～900℃的温度进行热解，生成热解油气、生物炭和木醋液。热解油气经过净化提质后可作为燃料销售，市场潜力很大，生物炭和木醋液用于制备炭基肥料。

破碎装置2将生物炭破碎到合适的粒度，本实施例所用的破碎装置2为磨粉机。破碎装置2设有生物炭入口和炭粉出口，热解装置1的生物炭出口连接破碎装置2的生物炭入口。热解装置1产生的生物炭进入破碎装置2进行破碎，获得炭粉，为后续工艺做准备。

精制装置3用于木醋液的精制，粗制木醋液的精制可采用静置法、蒸馏法、木瓜酶酶解法、活性炭吸附法和多层过滤法等。本实施例选用的精制方法为多层过滤法，精制装置3即为过滤设备。精制装置3设有粗制木醋液入口和精制木醋液出口，热解装置1的粗制木醋液出口连接精制装置3的粗制木醋液入口。热解装置1产生的粗制木醋液的pH值在4.3左右，进入精制装置3进行精制后，获得的精制木醋液的pH值不超过4。

浸泡装置4设有炭粉入口、精制木醋液入口和浸泡炭粉出口，破碎装置2的炭粉出口连接浸泡装置4的炭粉入口，精制装置3的精制木醋液出口连接浸泡装置4的精制木醋液入口。精制装置3产生的精制木醋液导入浸泡装置4后，破碎装置2获得的炭粉送入浸泡装置4，炭粉在精制木醋液中浸泡3～7小时，充分吸收木醋液中的有效成分，获得浸泡炭粉，由浸泡炭粉出口排出。

浸泡炭粉中含有大量的水分，需对其进行干燥后才可进行后续的生产。干燥装置5设有浸泡炭粉入口和干燥炭粉出口，浸泡装置4的浸泡炭粉出口连接干燥装置5的浸泡炭粉入口。在干燥装置5中，浸泡炭粉在50～60℃进行烘干，获得干燥炭粉，控制干燥炭粉的含水率在25～30％之间。

干燥炭粉在搅拌单元6中与其他原料进行混合，干燥炭粉需先与微肥混合均匀后，再与其他原料混合。搅拌单元6包括第一搅拌器61和第二搅拌器62。第一搅拌器61包括干燥炭粉入口、微肥入口、初级混合料出口，干燥装置5的干燥炭粉出口连接第一搅拌器61的干燥炭粉入口。第二搅拌器62包括初级混合料入口、粘结剂入口、抑制剂入口和混合料出口，第一搅拌器61的初级混合料出口连接第二搅拌器62的初级混合料入口。在第一搅拌器61中，干燥炭粉与微肥混合，获得初级混合料。初级混合料进入第二搅拌器62与粘结剂和抑制剂进行混合，抑制剂包括脲酶抑制剂和硝化抑制剂。

造粒机7设有混合料入口和炭基肥料出口，搅拌单元6的混合料出口连接造粒机7的混合料入口。搅拌单元6制得的混合料进入造粒机7，制得炭基肥料颗粒，优选的，炭基肥料的粒径在2～3mm之间，便于田间的施肥，以及肥料在田间的释放，实现土壤的修复。

如图2所示，本发明实施例提供一种利用上述的系统制备炭基肥料的方法，包括以下步骤：

1、将生物质送入热解装置，在500～900℃进行热解，获得生物炭和粗制木醋液。

2、将生物炭在破碎装置进行破碎，获得炭粉；将粗制木醋液在精制装置进行精制，获得精制木醋液，精制木醋液的pH值≤4。

3、在浸泡装置中，将炭粉在精制木醋液中浸泡，浸泡时间3～7小时，获得浸泡炭粉。

4、将浸泡炭粉送入干燥装置，在50～60℃进行干燥，获得干燥炭粉，干燥炭粉的含水率在25～30％之间。

5、将干燥炭粉与微肥、粘结剂、脲酶抑制剂、硝化抑制剂在搅拌单元进行混合，获得混合料，干燥炭粉、微肥、粘结剂、脲酶抑制剂、硝化抑制的质量比为：(7～8):(1～1.5):(0.8～1):0.3:0.3。

6、将混合料造粒，获得炭基肥料，炭基肥料的粒径在2～3mm之间；将炭基肥料干燥后进行封装。

步骤5中，先将干燥炭粉与微肥在第一搅拌器中进行混合，获得初级混合料，再将初级混合料与粘结剂、脲酶抑制剂、硝化抑制剂在第二搅拌器中进行混合，获得混合料。

优选的，微肥由硫酸锌、硫酸亚铁、硫酸镁、磷酸二氢钾、氮源、乙二胺四乙酸二钠按质量比(1～1.5):1:(1～1.2):(1.2～1.5):2:0.7的比例组成。本发明实施例的粘结剂为黏土或膨润土。脲酶抑制剂为N-丁基硫代磷酰三胺、乙酰甲胺磷或甲胺中的一种，硝化抑制剂为双氢胺、1-甲基吡唑-1羧酰胺、3-甲基吡唑、4-氨基三唑、硫脲等。

实施例1

本实施例采用木屑作为原材进行炭基肥料的制备：

1、将木屑送入热解装置，在500℃进行热解，获得生物炭和粗制木醋液。

2、将生物炭在破碎装置进行破碎，获得炭粉；将粗制木醋液在精制装置进行精制，获得精制木醋液，精制木醋液的pH值≤4。

3、在浸泡装置中，将炭粉在精制木醋液中浸泡，浸泡时间5～7小时，获得浸泡炭粉。

4、将浸泡炭粉送入干燥装置，在50℃进行干燥，获得干燥炭粉，干燥炭粉的含水率在25～30％之间。

5、先将干燥炭粉与微肥在第一搅拌器中进行混合，获得初级混合料，再将初级混合料与粘结剂、脲酶抑制剂、硝化抑制剂在第二搅拌器中进行混合，获得混合料；干燥炭粉、微肥、粘结剂、脲酶抑制剂、硝化抑制的质量比为7:1.5:0.8:0.3:0.3。

6、将混合料造粒，获得炭基肥料，炭基肥料的粒径在2～3mm之间；将炭基肥料干燥后进行封装。

微肥由硫酸锌、硫酸亚铁、硫酸镁、磷酸二氢钾、氮源、乙二胺四乙酸二钠按质量比1:1:1.2:1.2:2:0.7的比例组成。本发明实施例的粘结剂为膨润土，脲酶抑制剂为N-丁基硫代磷酰三胺，硝化抑制剂为双氢胺。

将本实施例的炭基肥料用于盐碱地的棉花种植，不同用量的炭基肥料对土壤的修复改良实验结果如下：

实施例2

本实施例采用楠竹作为原材进行炭基肥料的制备：

1、将楠竹送入热解装置，在900℃进行热解，获得生物炭和粗制木醋液。

2、将生物炭在破碎装置进行破碎，获得炭粉；将粗制木醋液在精制装置进行精制，获得精制木醋液，精制木醋液的pH值≤4。

3、在浸泡装置中，将炭粉在精制木醋液中浸泡，浸泡时间3～5小时，获得浸泡炭粉。

4、将浸泡炭粉送入干燥装置，在60℃进行干燥，获得干燥炭粉，干燥炭粉的含水率在25～30％之间。

5、先将干燥炭粉与微肥在第一搅拌器中进行混合，获得初级混合料，再将初级混合料与粘结剂、脲酶抑制剂、硝化抑制剂在第二搅拌器中进行混合，获得混合料；干燥炭粉、微肥、粘结剂、脲酶抑制剂、硝化抑制的质量比为8:1:1:0.3:0.3。

6、将混合料造粒，获得炭基肥料，炭基肥料的粒径在2～3mm之间；将炭基肥料干燥后进行封装。

微肥由硫酸锌、硫酸亚铁、硫酸镁、磷酸二氢钾、氮源、乙二胺四乙酸二钠按质量比1.5:1:1:1.5:2:0.7的比例组成。本发明实施例的粘结剂为黏土，脲酶抑制剂为乙酰甲胺磷，硝化抑制剂为双氢胺。

将本实施例的炭基肥料用于盐碱地的小麦种植，不同用量的炭基肥料对土壤的修复改良实验结果如下：

由上述实施例可以得出，本发明实施例提供的炭基肥料的制备系统及方法，制得的炭基肥料对土壤的修复效果明显，随着炭基肥料用量的上升，土壤的碱化度和pH值逐步下降，每亩的作物产量也随之上升。

在其他实施例中，可以将干燥炭粉与微肥在第一搅拌器中进行混合，获得初级混合料，再在第二搅拌器中将初级混合料与粘结剂拌和造粒，最后将脲酶抑制剂、硝化抑制剂覆粒。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (10)

1.一种炭基肥料的制备系统，其特征在于，包括：

热解装置，设有进料口、生物炭出口和粗制木醋液出口；

破碎装置，设有生物炭入口和炭粉出口，所述热解装置的生物炭出口连接所述破碎装置的生物炭入口；

精制装置，设有粗制木醋液入口和精制木醋液出口，所述热解装置的粗制木醋液出口连接所述精制装置的粗制木醋液入口；

浸泡装置，设有炭粉入口、精制木醋液入口和浸泡炭粉出口，所述破碎装置的炭粉出口连接所述浸泡装置的炭粉入口，所述精制装置的精制木醋液出口连接所述浸泡装置的精制木醋液入口；

干燥装置，设有浸泡炭粉入口和干燥炭粉出口，所述浸泡装置的浸泡炭粉出口连接所述干燥装置的浸泡炭粉入口；

搅拌单元，设有干燥炭粉入口、微肥入口、粘结剂入口、抑制剂入口和混合料出口，所述干燥装置的干燥炭粉出口连接所述搅拌单元的干燥炭粉入口；

造粒机，设有混合料入口和炭基肥料出口，所述搅拌单元的混合料出口连接所述造粒机的混合料入口。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述搅拌单元包括第一搅拌器和第二搅拌器；

所述第一搅拌器包括干燥炭粉入口、微肥入口、初级混合料出口；

所述第二搅拌器包括初级混合料入口、粘结剂入口、抑制剂入口和混合料出口；

所述干燥装置的干燥炭粉出口连接所述第一搅拌器的干燥炭粉入口，所述第一搅拌器的初级混合料出口连接所述第二搅拌器的初级混合料入口。

3.一种利用权利要求1或2所述的系统制备炭基肥料的方法，其特征在于，包括步骤：

A、将生物质进行热解，获得生物炭和粗制木醋液；

B、将所述生物炭进行破碎，获得炭粉；将所述粗制木醋液进行精制，获得精制木醋液；

C、将所述炭粉在所述精制木醋液中浸泡，浸泡时间3～7小时，获得浸泡炭粉；

D、将所述浸泡炭粉在50～60℃进行干燥，获得干燥炭粉；

E、将所述干燥炭粉与微肥、粘结剂、脲酶抑制剂、硝化抑制剂进行混合，获得混合料，所述干燥炭粉、微肥、粘结剂、脲酶抑制剂、硝化抑制的质量比为：(7～8):(1～1.5):(0.8～1):0.3:0.3；

F、将所述混合料造粒，获得炭基肥料。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述精制木醋液的pH值≤4。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述干燥炭粉的含水率在25～30％之间。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤E中，先将干燥炭粉与微肥进行混合，获得初级混合料，再将初级混合料与粘结剂、脲酶抑制剂、硝化抑制剂进行混合，获得混合料。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述微肥由硫酸锌、硫酸亚铁、硫酸镁、磷酸二氢钾、氮源、乙二胺四乙酸二钠按质量比(1～1.5):1:(1～1.2):(1.2～1.5):2:0.7的比例组成。

8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述粘结剂为黏土或膨润土。

9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述脲酶抑制剂为N-丁基硫代磷酰三胺、乙酰甲胺磷或甲胺中的一种。

10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述炭基肥料的粒径在2～3mm之间。