CN110746234A - 一种生物炭基尿素肥料的制备工艺和制备生产线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生物炭基尿素肥料的制备工艺，包括以下步骤：将生物质热解得到生物炭，并冷却；将尿素加热熔化得到熔融尿素；将冷却后的生物炭和熔融尿素按比例充分混合渗融，再挤压成型得到生物炭基尿素肥料。该制备工艺利用农业废弃生物质热解后得到生物炭与尿素在一定温度下渗熔得到的长效、环保型肥料。渗融炭肥是指通过熔融尿素与生物炭在特定的比例下渗融成型得到肥料。熔融尿素具有良好的流动性，能够快速的进入到生物炭孔隙中，并且将生物炭孔径充满，使得生物炭对尿素具有很强的吸附能力，进而使尿素在土壤中具有长效的特点。本发明还涉及一种用于制备所述生物炭基尿素肥料的制备生产线。

Description

一种生物炭基尿素肥料的制备工艺和制备生产线

技术领域

本发明涉及生物质资源化利用领域，具体地说是一种生物炭基尿素肥料的制备工艺和制备生产线。

背景技术

我国作为农业大国，每年需要消耗成千上万吨的化学肥料，而且由于技术问题化学肥料的使用效率极低，大部分肥料都进入到了水体、土壤、大气中，这些未利用的化学肥料将会造成严重的环境、经济问题。

目前，我国生产生物炭基肥料的设备和方法都存在一定的缺陷，公开号CN105777453A的中国发明专利申请中公开了一种制备生物炭基缓释氮肥的装置及应用，该装置通过真空挤压机对生物炭进行抽真空，这种方法确实可以为生物炭吸附尿素提供更多的空间，进而充分发挥生物炭的缓释性能，但是该装置需要真空挤压、对辊挤压以及多环节运输，操作复杂，生产效率低下，能耗大，增加了生产成本。

公开号为CN104529636A的中国发明专利中公开了一种生物炭基缓释氮肥及其制备方法，该方法包括以下步骤：对生物炭和氮肥进行粉碎处理，并将粉碎处理后的生物炭和氮肥混合均匀，加热至氮肥熔化，并在加压下使所述熔化的氮肥进入生物炭的多孔结构中，混合均匀后使用对辊挤压造粒获得粒状生物炭基缓释氮肥。该方法确实能够使尿素和生物炭很好的结合，缓释效果好，但由于是生物炭孔隙多，吸热能力强，因此将生物炭与氮肥混合物中氮肥加热至熔化需要很长时间或者很高的温度，而且成肥后需要再次进行破碎，在此过程中可能会破坏炭肥内部晶体结构，进而影响其缓释性能，同样存在能耗高，成本高，效率低的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种生产效率高、生产成本低的生物炭基尿素肥料的制备工艺。

本发明的另一目的是提供一种生物炭基尿素肥料的制备生产线，该制备装备操作简单，并能使得生产工序连续。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种生物炭基尿素肥料的制备工艺，包括以下步骤：将生物质热解得到生物炭，并冷却；将尿素加热熔化得到熔融尿素；将冷却后的生物炭和熔融尿素按比例充分混合渗融，再挤压成型得到生物炭基尿素肥料。

作为一种优选，将生物质热解的废气用于加热尿素。利用热解炉的热解废气和储存仓内的热解废气对尿素加热，降低生产成本。

作为一种优选，生物质热解温度为400-600℃。

作为一种优选，尿素和生物炭混合渗融的质量比为0.1:1-1.5:1。

一种生物炭基尿素肥料的制备生产线，包括生物质连续热解装置、尿素熔化装置、混合仓和螺旋挤压机；混合仓内设有搅拌器，生物质连续热解装置和尿素熔化装置的输出端分别与混合仓的一端连通，螺旋挤压机与混合仓的另一端连通。采用这种结构后，将生物炭制备、尿素熔融、生物炭与尿素混合、肥料挤出成型集成一体，提高生产效率。

作为一种优选，生物质连续热解装置包括热解炉、第一电机、螺旋传送器和储存仓；热解炉的一端设有进料口，另一端设有出料口和废气出口；螺旋传送器的两端分别对应进料口与出料口安装在热解炉内，第一电机驱动螺旋传送器转动；储存仓与热解炉的出料口连通，储存仓设有排气口和出口，储存仓的出口与混合仓连通。采用这种结构后，第一电机可以调控螺旋传送器的转动速度，进而控制生物质在热解炉的停留时间以及控制加入混合仓的生物炭的量。

作为一种优选，尿素熔化装置包括尿素存放斗、辅助加热器，辅助加热器安装在尿素存放斗的外壁上；尿素存放斗的出料口与混合仓连通，尿素存放斗的出料口处设有阀门。采用这种结构后，利用辅助加热器对尿素加热，提高尿素熔化效率，同时可以用于弥补热解废气加热的不足，利用阀门的开闭控制加入混合仓的尿素的量。

作为一种优选，螺旋挤压机包括第二电机、挤压筒、螺旋挤压杆和多孔出料模具；螺旋挤压杆安装在挤压筒内，第二电机驱动螺旋挤压杆转动，挤压筒的进料口与混合仓连通，多孔出料模具安装在挤压筒的出料口处。采用这种结构后，生物炭和熔融尿素充分混合渗融后直接挤出成型，得到的产品更为稳定，利用多孔出料模具便于成型，保证最后得到的肥料颗粒的尺寸较为均匀。

作为一种优选，所述生产线还包括旋转刮刀、产品传送带和产品收集槽；旋转刮刀安装在挤压筒上，且刀口正对多孔出料模具的末端；旋转刮刀以与挤压筒的连接点为轴心旋转；产品传送带的一端安装在多孔出料模具的正下方，另一端位于产品收集槽的正上方。采用这种结构后，利用旋转刮刀按照特定的速率将肥料切割成适宜的尺寸，产品传送带和产品收集槽实现产品的收集功能，提高生产自动化程度。

作为一种优选，热解炉的废气出口和储存仓的排气口分别通过输气管道与尿素存放斗连接。采用这种结构后，利用热解炉的热解废气和储存仓内的热解废气对尿素加热，降低生产成本。

本发明的原理是：本发明的生物炭基尿素肥料是利用农业废弃生物质热解后得到生物炭与尿素在一定温度下渗熔得到的长效、环保型肥料。渗融炭肥是指通过熔融尿素与生物炭在特定的比例下渗融成型得到肥料。熔融尿素具有良好的流动性，能够快速的进入到生物炭孔隙中，并且将生物炭孔径充满，使得生物炭对尿素具有很强的吸附能力，进而使尿素在土壤中具有长效的特点。

总的说来，本发明具有如下优点：

1.熔融尿素具有良好的流动性，能够快速的进入到生物炭孔隙中，并且将生物炭孔径充满，使得生物炭对尿素具有很强的吸附能力，进而使尿素在土壤中具有长效的特点。

2.熔融尿素冷却固化后可直接使用，在尿素与生物炭成肥过程中无需添加任何粘结剂，减少成本，同时也不会因使用化学粘结剂而对环境产生污染。

3.由于生物炭表面含有丰富的官能团，在与尿素渗融过程中，生物炭表面基团与尿素发生化学反应，使尿素中的氮元素固定在生物炭表面，极大的减低氮元素在环境中的流失，减少氮氧化物的排放，同时也增强了氮元素对农作物的长期肥效作用。

4.由于渗融炭肥没有添加粘结剂，因此渗融炭肥施用于土壤后可直接缓慢释放氮元素，满足农作物前期对氮元素的需求，不需要等待包膜溶解后才释放养分，使得植物更好吸收。

5.熔融尿素冷却固化后，其抗破碎性强度大，便于储存和运输。

6.由于炭肥中的生物炭表面含有丰富的官能团、比表面积大，可减少二氧化碳、氮氧化物、甲烷等温室气体的排放，具有固氮固炭的，保持土壤含水率，防止土壤板结，吸附土壤中的重金属离子，减少土壤的养分流失。

7.该制备生产线能够同时实现生物炭制备和生物炭尿素熔融成肥，将生物炭制备、尿素熔融、生物炭与尿素混合、肥料挤出成型集成一体，提高生产效率。

附图说明

图1为实施例中制备生产线的结构示意图。

图中的标号和对应的零部件名称为：1-第一电机，2-热解炉的进料口，3-螺旋传送器，4-热解炉，5-输气管道，6-尿素存放斗，7-辅助加热器，8-阀门，9-尿素存放斗的出料口，10-搅拌器，11-混合仓，12-储存仓，13-螺旋挤压杆，14-第二电机，15-旋转刮刀，16-多孔出料模具，17-产品传送带，18-产品收集槽。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明做进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。

一种生物炭基尿素肥料的制备生产线，包括生物质连续热解装置、尿素熔化装置、混合仓和螺旋挤压机；混合仓设有两个进料口和一个出料口，混合仓内设有搅拌器。

生物质连续热解装置包括热解炉、第一电机、螺旋传送器和储存仓；热解炉的一端设有进料口，另一端设有出料口和废气出口；螺旋传送器的两端分别对应进料口与出料口安装在热解炉内，第一电机驱动螺旋传送器转动，将生物质从热解炉的进料口端输送至出料口端，输送过程中生物质同时热解。通过第一电机调控螺旋传送器的转动速度，进而控制生物质在热解炉的停留时间以及控制混合仓内生物炭的加入量。储存仓与热解炉的出料口连通，储存仓设有排气口和出口，储存仓的出口与混合仓的其中一个进料口连通。

尿素熔化装置包括尿素存放斗、辅助加热器，辅助加热器安装在尿素存放斗的外壁上；尿素存放斗的出料口与混合仓的另一个进料口连通，尿素存放斗的出料口处设有阀门。热解炉的废气出口和储存仓的排气口分别通过输气管道与尿素存放斗连接。利用热解炉的热解废气和储存仓内的热解废气对尿素加热，降低生产成本。加设辅助加热器对尿素加热，提高尿素熔化效率，同时可以用于弥补热解废气加热的不足，利用阀门的开闭控制加入混合仓的尿素的量。

螺旋挤压机包括第二电机、挤压筒、螺旋挤压杆和多孔出料模具。挤压筒的两端分别设有进料口和出料口，螺旋挤压杆的两端分别对应进料口与出料口安装在挤压筒内，第二电机驱动螺旋挤压杆转动，挤压筒的进料口与混合仓的出料口连通，多孔出料模具安装在挤压筒的出料口处。生物炭和熔融尿素充分混合渗融后直接挤出成型，得到的产品更为稳定，利用多孔出料模具便于成型，保证最后得到的肥料颗粒的尺寸较为均匀。

在螺旋挤压机的末端还依次设有旋转刮刀、产品传送带和产品收集槽。旋转刮刀安装在挤压筒上，且刀口正对多孔出料模具的末端；旋转刮刀以与挤压筒的连接点为轴心旋转。产品传送带的一端安装在多孔出料模具的正下方，另一端位于产品收集槽的正上方。利用旋转刮刀按照特定的速率将肥料切割成适宜的尺寸，产品传送带和产品收集槽实现产品的收集功能，提高生产自动化程度。

储存仓的出口、混合仓的出料口处也可以设置阀门控制物料的输出。

一种利用上述制备生产线制备生物炭基尿素肥料的制备工艺，包括以下步骤：

将粉碎后的生物质通过热解炉的进料口放入生物质连续热解装置中，当生物质热解温度达到400-600℃时，本实施例中，该温度为400℃。打开第一电机，螺旋传送器转动进而带动生物质从热解炉的进料口端输送至出料口端，调整第一电机速率，使生物质在热解炉的停留时间为10-30秒，输送过程中生物质同时热解变成生物炭。热解后得到的生物炭从热解炉的出料口输出并进入储存仓，生物炭在储存仓内冷却，冷却后从储存仓的出口输出并从混合仓的进料口进入混合仓。热解炉中的废气和混合仓内的废气分别通过输气管道与尿素存放斗连接。

生物质热解的同时将尿素加入尿素存放斗，利用废气余热和辅助加热器将尿素加热熔化得到熔融尿素。尿素熔化后打开尿素存放斗出料口处的阀门，熔融尿素从混合仓的另一个进料口进入混合仓。根据生物质进料速率控制阀门的开度，使尿素和生物炭进入混合仓混合渗融的质量比为0.1:1-1.5:1，本实施例中，两者的质量比为1:1。同时打开混合仓中的搅拌器，尿素和生物炭充分混合后，通过混合仓的出料口输出至螺旋挤压机的挤压筒内，通过第二电机调整螺旋挤压杆的挤压速度，最后被输送至挤压筒的出料口处经过多孔出料模具成型，多孔出料模具保证炭基尿素按一定尺寸的细条状形成肥料，本实施例中，多孔模具的孔径为8mm，旋转刮刀按照特定的速率将炭基尿素肥料切割成适宜的颗粒尺寸，得到生物炭基尿素肥料，本实施例中，肥料颗粒长度为10mm。肥料颗粒通过产品传送带进入到产品收集槽中，冷却，转袋。

本实施例中，利用万能实验测试机测试了三次热解温度为400℃、尿素和生物炭的质量比为1:1，肥料颗粒的粒径为8mm、长度为10mm的肥料，所得生物炭基尿素肥料颗粒平均抗破碎值为216.3N，误差在5N以内。

该制备生产线和制备工艺能够将生物质与尿素渗融成型直接转化为生物炭基尿素肥料，且肥料颗粒具有很好的抗破碎性。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种生物炭基尿素肥料的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

将生物质热解得到生物炭，并冷却；

将尿素加热熔化得到熔融尿素；

将冷却后的生物炭和熔融尿素按比例充分混合渗融，再挤压成型得到生物炭基尿素肥料。

2.按照权利要求1所述的生物炭基尿素肥料的制备工艺，其特征在于：将生物质热解的废气用于加热尿素。

3.按照权利要求1所述的生物炭基尿素肥料的制备工艺，其特征在于：生物质热解温度为400-600℃。

4.按照权利要求1所述的生物炭基尿素肥料的制备工艺，其特征在于：尿素和生物炭混合渗融的质量比为0.1:1-1.5:1。

5.一种实现权利要求1-4中任一项所述制备工艺的制备生产线，其特征在于：包括生物质连续热解装置、尿素熔化装置、混合仓和螺旋挤压机；混合仓内设有搅拌器，生物质连续热解装置和尿素熔化装置的输出端分别与混合仓的一端连通，螺旋挤压机与混合仓的另一端连通。

6.按照权利要求5所述的制备生产线，其特征在于：生物质连续热解装置包括热解炉、第一电机、螺旋传送器和储存仓；热解炉的一端设有进料口，另一端设有出料口和废气出口；螺旋传送器的两端分别对应进料口与出料口安装在热解炉内，第一电机驱动螺旋传送器转动；储存仓与热解炉的出料口连通，储存仓设有排气口和出口，储存仓的出口与混合仓连通。

7.按照权利要求6所述的制备生产线，其特征在于：尿素熔化装置包括尿素存放斗、辅助加热器，辅助加热器安装在尿素存放斗的外壁上；尿素存放斗的出料口与混合仓连通，尿素存放斗的出料口处设有阀门。

8.按照权利要求7所述的制备生产线，其特征在于：螺旋挤压机包括第二电机、挤压筒、螺旋挤压杆和多孔出料模具；螺旋挤压杆安装在挤压筒内，第二电机驱动螺旋挤压杆转动，挤压筒的进料口与混合仓连通，多孔出料模具安装在挤压筒的出料口处。

9.按照权利要求8所述的制备生产线，其特征在于：所述生产线还包括旋转刮刀、产品传送带和产品收集槽；旋转刮刀安装在挤压筒上，且刀口正对多孔出料模具的末端；旋转刮刀以与挤压筒的连接点为轴心旋转；产品传送带的一端安装在多孔出料模具的正下方，另一端位于产品收集槽的正上方。

10.按照权利要求9所述的制备生产线，其特征在于：热解炉的废气出口和储存仓的排气口分别通过输气管道与尿素存放斗连接。

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