CN110382447A

CN110382447A - 用于从含有来自于动物尿液的氨的空气生产液体肥料的方法和设备

Info

Publication number: CN110382447A
Application number: CN201880010017.1A
Authority: CN
Inventors: F·博舍; C·维尔; B·乔斯
Original assignee: Denitral SA
Current assignee: Denitral SA
Priority date: 2017-02-07
Filing date: 2018-01-31
Publication date: 2019-10-25
Also published as: FR3062650B1; FR3062650A1; WO2018145964A1

Abstract

本发明涉及用于从来自于尿液的空气生产肥料的方法。所述方法包括如下步骤：a)通过导管(1)循环酸溶液，并且含氨的空气气流反向地循环，以此方式，至少部分地提取由尿液通过所述空气气流而包含在空气中的氨，所述导管(1)的一端(11)与储存罐(3)连通，所述储存罐包含所述酸的水溶液并且接收形成的铵盐；b)通过添加酸将罐(3)中的液体的pH始终保持在介于两个极限值pH₁与pH₂之间的标定值；c)一旦达到所述罐(3)中的高液位，中断尿液的引入，以此方式使氨越来越耗尽的气流循环并且继续所述液体的循环，但不保持pH；d)一旦其达到标定值pH₃，中断所述液体的循环，以及，e)提取所述液体。

Description

用于从含有来自于动物尿液的氨的空气生产液体肥料的方法和设备

技术领域

本发明涉及用于从含有来自于动物尿液的氨的空气生产液体肥料的方法和设备。

背景技术

几年之前，本申请人所属团队开发了在养猪隔栏下将猪粪(固体)从尿液(液体部分)分离的系统。

然后将尿液储存并撒施在田野中。转而，固体部分会被干燥并回收利用为肥料。

该系统可以在固相中富集存在磷的90％以上、全部氮的50％以上和全部钾的40％以上。液相(尿液)含有约9％磷，45％氮和55％钾。

多亏于该系统，相比于原浆体的初始体积，尿液的体积显著地减少。相比原浆体，因尿液中更低的磷和氮含量，农场的撒施需求减少了。然而，尿液中剩余的氮的量仍然较高并且在一些撒施受限的区域中仍然造成问题。并且一些农场具有较少土地，因此也具有较小的撒施可能性。

本申请人知晓被称为Balcopure的方法，其旨在为了添加生石灰以及离心分离而提纯浆体。

该方法循环运转。因此，来自牲畜建筑的浆体储存在坑中并被均质化。浆体在4000rpm下离心分离。浆体的固体部分收集在位于离心机下方的料斗中。

浆体的液体部分被送至所谓“气液分离”储存罐。该罐具有10m³的容积。制作石灰乳(水和石灰的混合物)并添加至液体部分。石灰乳将液体部分的pH提高至12。整体搅拌，并且液体在配有喷雾喷嘴的罩中循环从而提取氨态氮。该处理持续10小时。含氨的空气被排放至空气洗涤器中并在洗涤塔中用硫酸+水的溶液中和。由此得到产物硫酸铵。

但是为了捕获空气中的氨，需要扩散的溶液(硫酸+水)的pH优选低于2.5，以便获得满意的产率。然而，由于一旦pH2.5的肥料应用于农作物，其会灼伤农作物，因此可能会成为营销的阻碍。

本发明因此旨在通过完善上述技术以克服这种缺点，以便获得具有更高pH并如有可能接近中性的肥料，这种肥料是除硫酸铵以外的盐。

发明内容

因此，本发明首先涉及，用于从含有来自于动物尿液的氨的空气生产液体肥料的方法，其特征在于，其包括具体实施的如下连续的步骤：

-a)在第一方向中通过导管循环酸的水溶液并且含氨的空气的气流反向地(意味着在相反于第一方向的第二方向中)循环，使得以溶液中的铵盐的形式至少部分地提取由尿液通过该空气气流而包含在空气中的氨，所述导管的一端与储存罐连通，所述储存罐中包含所述硫酸的水溶液并且接收由此形成的溶液中的铵盐；

-b)通过添加酸将包含在所述罐中的液体的pH始终保持在介于两个极限值pH₁与pH₂之间的酸设定值；

-c)一旦达到所述罐中的高液位，中断尿液的引入，以使氨逐渐耗尽的空气气流循环并且来自于罐的所述液体继续循环预定的一段时间，但不保持pH值；

-d)一旦液体已达到高于值pH₁和pH₂的预定的设定值pH₃，来自于容器的所述液体的循环永久停止，以及

-e)从罐中提取所述液体。

根据本方法的其他非限制性以及优势特征，单独或其至少两种的组合被引入：

-pH₁和pH₂的值小于3，优选小于2.5；

-所述pH₃的值大于3且小于7；

-所述导管是竖直的塔并且所述水溶液从所述塔的顶部投射到底部，投射到填料上，所述填料被所述含氨的空气气流反向地穿过；

-所述储存罐与所述塔的下端竖直对齐，所以其通过重力来接收溶液中的铵盐；

-在步骤b)中，基于所述液体的pH值的定时读取来自动地执行酸的添加；

-在步骤c)中，当用于循环包含在所述罐中的所述液体的泵运转时，测量所述罐的高液位；

-所述含氨的空气气流在闭合线路中回收利用，所以其从所述导管提取从而处理所述尿液；

-所述酸为硫酸或硝酸，所以分别产生硫酸铵或硝酸铵；

-所述步骤a)至e)重复至少一次。进一步地，本发明涉及用于执行如上所述的方法的装置。

因此，多亏于根据本发明的方法，回收具有比根据现有技术更高pH的肥料，这有助于肥料的处理并允许在作物上的安全撒施。

另外，只要含NH₃的空气来自“气液分离”循环(在此期间回收大部分从动物尿液提取的氨)，则污染物的排放就会相应地减少，并且氨作为肥料回收利用。

如果所述动物为农场中饲养的动物，在相同农场中实施该方法不仅允许在现场生产肥料，而且可以将肥料用于农场的作物上，这有助于可持续农业。

附图说明

本发明的其他特征以及优点会通过阅读以下本发明优选实施方案来呈现。参考附图来进行该说明，附图中图1是用于实施根据本发明的方法的装置的示意图。

具体实施方式

根据本发明的方法的第一步骤包括：在第一方向中通过导管循环硫酸的水溶液，并且含氨的空气气流反向地循环(意味着在相反于第一方向的第二方向中)，以便以溶液中的硫酸铵的形式至少部分地提取包含在空气中的氨。另外，所述导管的一端与储存罐连通，所述储存罐中包含所述硫酸的水溶液并且在其中接收由此形成的硫酸铵溶液；

在以下说明的示例性实施方案中，所述导管有利地但非必须地具有竖直的塔1的形状。该塔可以达到10米高并且具有介于0.40米与1.50米之间的直径。

连接至其上端10的是导管2，如下所示，所述导管2用于提取从其他位置已经引入到塔1的空气。

塔1的下端11直接引入至储存罐3。

该罐3与纯的或者接近纯的硫酸的储备器30接合。该储备器当其几乎为空的时候，优选自动地补充。储备器通过安装有计量泵301的线路300连接至罐3。

另外，另一个供水线路310通向罐3。其配有电磁阀311。

罐3还配有pH计和高低液位传感器，它们没有在图中显示。

最后，储液器3配有最终线路32。其下端320潜入至罐3，同时其上端321通向塔1，离它的上端10不远。

虽然在图中看不到，该上端321配置为使液体(将在下文确认)分散在填料(也未显示，例如鲍尔环和/或拉西环)上。

泵332设置在用于将液体传送至末端321的线路32上。分支323设置在泵322的下游，接近于其设置有夹管阀324。该分支的下游设置另一个夹管阀325，手动阀326和流量计327。

如上所述，在塔1的上端10连接导管2，所述导管用于将引入至该所谓“洗涤”塔1的空气提取至另一个位置。

在此显示的示例中，从塔1中提取的空气吹入至第二塔4，其具有例如相似于塔1的结构。在常用的说法中，其可以被描述为“气液分离”塔。

该塔4接合至沉淀罐5(其为储存罐)，其中包含用石灰已处理过的一定体积的尿液。该尿液优选直接来自于动物农场，例如尿液已经被提前收集并处理的养猪场。

导管50的第一端500连接至沉淀罐5，同时另一端501通向至塔4，离其顶部不远。

该端501配置为与如上描述的线路32的端321相似的方式。应留意线路50配有泵51和流量计52。

塔4的顶部设置有扩展部40，其远端400大体上在离塔1底部三分之一的高度处连接至塔1。

相似地，并且如上表示，起源于塔1的顶部的导管2通过法兰20(其大体上延伸至离塔4底部三分之一的高度处)连接至塔4。

在如下描述的方法的示例性实施方案是相关于刚才已详细描述的装置。

该方法可以被分为三个周期：准备，处理和完成。

在准备周期之前，塔4已经开启，所以泵51从沉淀罐5中提取处理的尿液。该尿液注入至塔4并且分布在其包含的填料上。

另外，当风扇6打开时，空气反向地吹，意味着在向上的方向上吹，其相反于尿液通过重力移动的方向。优选地，空气相对于大气压稍微超压地吹。

在这样做的过程中，空气被氨充满，其通过塔4的扩展部40从塔4逸出以重新注入至塔1。

在同一时间，至少部分地清除氨的尿液通过重力流到塔4的底部，在这里尿液能被收集而用于储存。

准备周期能以如下方式实施。

气液分离塔4停止。阀325处于朝向塔1的开启位置中，并且阀324是关闭的。电磁阀311的开启是有效的。因此，罐3用水装填至通过如上提到的传感器检测的第一预定高液位。一旦达到第一高液位，电磁阀311关闭从而停止水的供应。

用于量取酸的泵322和泵301被打开。应留意的是，向罐3的水和酸的注入不是同时进行的。

一旦如上提到的pH计显示低pH值，就自动地停止酸的注入。例如该低值pH₁为等于0.5。

处理周期能以如下方式实施。

开启在沉淀罐的出口的泵51并且伴随流量调节(通过根据流量设定值运转的流量计52变为可能)。开启气液分离塔组件4。

进入到塔1的含氨的空气向上流动，相反于通过线路32的端321而分散在塔中的酸/水混合物。

在这样做的过程中，酸“捕获”氨，所以形成水溶性的硫酸铵，同时空气至少部分地清除其包含的氨。该“净化的”空气随后通过风扇6引进并且通过导管2被“重新注入”至塔4。由此回收利用空气并且其没有污染，尤其是没有因氨引起的嗅觉污染。

处理期间，意味着生产液态硫酸铵的该操作期间，所述液态硫酸铵通过重力流入至罐3，在该罐中存在的酸/水混合物的pH升高。

然而，按照根据本发明的方法的第二步骤，一旦如上提到的pH计测量到高pH值(例如由pH₂值等于1组成)，通过添加硫酸将该液体的pH始终保持在介于pH₁和pH₂之间的值。的确需要保持尽可能最具酸性的pH以获得硫酸铵生产中的高产率。

在这些条件下，计量泵开始运转以达到设定值pH₁。在pH调整期间，塔1和塔4均运转。

持续该过程直至达到并通过如上提到的传感器检测到塔3的第二高液位。

第二液位达到时，处理周期完成并且停止向塔1的尿液的引入，同时风扇6和泵322保持运行以便空气此时能循环，其逐渐地耗尽氨。

因此生产的产物必须尽量均匀。在这些条件下，在每个处理周期的末端，如上提到的第二高液位必须相同。

然而，该第二高液位在生产过程期间会大幅变化。的确，在塔1的操作期间，一部分液体处于上述填料中。当塔1和塔4都停止的时候，剩余的液体通过重力继续流动，所以罐3中的液位急剧上升。因此，当系统重新开启时，该罐可以或多或少是满的(例如，从76％至85％)。

为了解决该问题，在两个塔均开启几分钟后，测量并验证罐液位。设定值可以用于限定该时间。接着填料被液体装填。并且液位总是相同以经过完成周期。

通过向罐3添加酸以及仅在塔的操作期间测量设定值，可以达到所需的最终肥料浓度。

完成周期可以以如下方式实施。

两个塔仍然运转。泵51根据流量计52显示的控制设定值运转。

空气洗涤引起pH提高。提示所需达到的高pH设定值。一旦设定值已经达到，泵51停止，泵51停止片刻之后泵301和风扇6停止。阀325关闭并且阀324打开以提取已生产的液体肥料。泵322开启并提取产物直至达到低液位设定值。

当达到低液位，完成周期完成并且泵322停止。该停止之后，可以进行一个新的准备周期。

虽然该方法已说明当含氨的空气来自于并行操作的气液分离塔，但可以认为洗涤操作和气液分离操作可以相互独立地执行。

另外，在前面的说明中，使用的酸是硫酸，所以回收硫酸铵。然而，可以使用另一种酸(例如硝酸)，所以回收的肥料为硝酸铵。

Claims

1.用于从来源于动物尿液的含氨的空气生产液体肥料的方法，其特征在于，其包括具体实施的如下连续的步骤：

-a)在第一方向中通过导管(1)循环酸的水溶液并且含氨的空气的气流反向地循环，意味着在相反于第一方向的第二方向中循环，使得以溶液中的铵盐的形式至少部分地提取由尿液通过该空气气流而包含在空气中的氨，所述导管(1)的一端(11)与储存罐(3)连通，所述储存罐中包含所述酸的水溶液并且在其中接收由此形成的溶液中的铵盐；

-b)通过添加酸将包含在所述罐(3)中的液体的pH始终保持在介于两个极限值pH₁与pH₂之间的酸设定值；

-c)一旦已达到所述罐(3)中的高液位，中断尿液的引入以使氨逐渐耗尽的空气气流循环并且来自于罐(3)的所述液体继续循环预定的一段时间，但不保持pH值；

-d)一旦液体已达到高于值pH₁和pH₂的预定的设定值pH₃，来自于罐(3)的所述液体的循环永久停止，以及

-e)从罐(3)中提取所述液体。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，pH₁值和pH₂值小于3，优选小于2.5。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述pH₃的值大于3且小于7。

4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述导管是竖直的塔(1)并且所述水溶液从所述塔的顶部投射到底部，投射到填料上，所述填料被所述含氨的空气气流反向地穿过。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述储存罐(5)与所述塔(1)的下端(11)竖直对齐，所以其通过重力来接收溶液中的铵盐。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤b)中，基于所述液体的pH值的定时读取来自动地执行酸的添加。

7.根据在前权利要求任一项所述的方法，其特征在于，在步骤c)中，当用于循环包含在所述罐(3)中的所述液体的泵(322)运转时，测量所述罐的高液位。

8.根据在前权利要求任一项所述的方法，其特征在于，所述含氨的空气的气流在闭合线路中回收利用，所以其从所述导管(1)提取从而处理所述尿液。

9.根据在前权利要求任一项所述的方法，其特征在于，所述酸为硫酸或硝酸，所以分别产生硫酸铵或硝酸铵。

10.根据在前权利要求任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤a)至e)重复至少一次。

11.一种用于生产液体肥料的装置，其用于实施根据在前权利要求任一项所述的方法。