CN111170795A - 利用秸秆与沼液制备高氮炭基肥的系统及其制备高氮炭基肥的方法 - Google Patents

利用秸秆与沼液制备高氮炭基肥的系统及其制备高氮炭基肥的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了利用秸秆与沼液制备高氮炭基肥的系统及其制备高氮炭基肥的方法。系统包括原料破碎装置、调质搅拌装置、热解炭化炉、喷淋装置、滚筒搅拌装置和PLC控制系统。原料破碎装置、调质搅拌装置、热解炭化炉和滚筒搅拌装置依次直接连接或通过输送带连接，喷淋装置位于热解炭化炉和滚筒搅拌装置之间。PLC控制系统电性连接原料破碎装置、调质搅拌装置、热解炭化炉、喷淋装置和滚筒搅拌装置。本发明实现了秸秆和沼液的循环利用与资源化利用，提高了木炭肥的氮含量，促进了作物的生长效率。

Description

利用秸秆与沼液制备高氮炭基肥的系统及其制备高氮炭基肥 的方法
技术领域
本发明涉及沼液资源利用领域，尤其涉及一种利用秸秆与沼液制备高氮炭基肥的系统及其制备高氮炭基肥的方法。
背景技术
农作物秸秆是农业生产的主要副产品，是一种具有丰富氮、磷、钾及有机质养分的可再生生物质资源，我国作为农业大国，农作物秸秆资源十分丰富，每年产生6～8亿吨。
而随着农民生活条件的逐渐改善，农作物秸秆逐渐变为农产品废弃物，每年春秋两季农忙时节仍存在秸秆焚烧的现象，既浪费了资源，同时也造成污染空气等环境问题。
在农作物秸秆资源利用方式上，主要有秸秆还田、秸秆做饲料、秸秆堆肥做肥料和秸秆栽培食用菌。
以农作物秸秆为原料做生物质炭肥的利用是资源化利用的新途径。生物质炭是生物质在缺氧或厌氧条件下经碳化热裂解所得的一类具有高度芳香化物质。生物质炭主要是以碳、氢、氧元素组成，其次是灰分元素，主要是钾、钙、钠、镁、硅、硫等矿质元素及其他一些元素。生物质炭碳含量很高，一般为40-75％。研究表明，生物质炭具有复杂的多孔隙结构和较大的比表面积，对质地较粘土壤可增大土壤通透性，施入土壤可吸附更多的水分和养分离子，提高土壤持水性能和养分吸持能力；同时生物质炭一般呈黑色，多孔隙结构可吸收一定量可溶性有机化合物、矿物质及水分，施入土壤可增深土壤颜色，增加土壤吸热能力，提高土壤温度。但生物质炭本身矿质养分含量低，导致C/N提高，会降低土壤的有效性养分，出现一定的减产。研究表明，通过调配生物质炭C/N比或生物质炭与肥料复合施用可明显改善作物肥效，养分均呈缓慢而恒稳释放。
我国以沼气工程为代表的厌氧发酵技术是一种能消纳有机废弃物、缓解能源短缺的环境友好型技术，得到日益广泛的应用，伴随沼气等厌氧发酵工程大规模发展的是沼液沼渣等发酵残留物的大幅增多，如何妥善处置发酵残留物已经成为限制厌氧发酵技术发展的瓶颈性问题。
传统的化肥等复合肥料几乎不能恢复土壤肥力、改善土壤结构，而且还产生了土壤板结等问题。一般的炭基肥氮含量较低，而沼气工程沼液氨氮含量较高，资源化的利用沼液和生物质炭制高氮生物炭基肥，对于现阶段秸秆和沼液资源化处置具有重要的价值和意义。
发明内容
本发明实施方式提供的利用秸秆与沼液制备高氮炭基肥的系统，其特征在于，包括原料破碎装置、调质搅拌装置、热解炭化炉、喷淋装置、滚筒搅拌装置和PLC控制系统，原料破碎装置、调质搅拌装置、热解炭化炉和滚筒搅拌装置依次直接连接或通过输送带连接，喷淋装置位于热解炭化炉和滚筒搅拌装置之间，PLC控制系统电性连接原料破碎装置、调质搅拌装置、热解炭化炉、喷淋装置和滚筒搅拌装置。
本发明实现了秸秆和沼液的循环利用与资源化利用，提高了木炭肥的氮含量，促进了作物的生长效率。
进一步地，调质搅拌装置连通有调质剂储存箱，调质剂储存箱中预存有催化剂和胶黏剂且能定量释放到调质搅拌装置。
进一步地，调质搅拌装置通过进料螺旋装置连接热解炭化炉，热解炭化炉底部设置有热源装置，热解炭化炉中设置有温度探头，热解炭化炉上设置有压力表和泄压阀。
进一步地，热解炭化炉顶部连接有热解气和少量焦油燃烧装置，热解气和少量焦油燃烧装置连接余热利用系统，余热利用系统再连接至热解炭化炉。
进一步地，热解炭化炉底部开设有出料口，出料口下方依次设置有冷却装置和破碎装置，破碎装置再连接输送传送带，输送传送带连接滚筒搅拌装置，循环传送带连接输送传送带和滚筒搅拌装置，喷淋装置位于循环传送带和输送传送带的上方。
进一步地，喷淋装置连通调质储存罐，厌氧发酵高氨氮类沼液浓缩调质至3000-3500mg/L，在沼液储存罐中暂存。
制备高氮炭基肥的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)秸秆预处理：将秸秆进行破碎，加入胶黏剂和催化剂对破碎后的秸秆进行调质预处理；
(2)秸秆炭化处理：将预处理后的秸秆放入热解炭化炉中，进行脱氧炭化处理，冷却后对秸秆进行破碎，达到粒径2-5mm；
(3)沼液浓缩调质：浓缩调质厌氧发酵高氨氮类沼液，浓缩调质后浓度达到3000-3500mg/L，暂存在沼液储存罐中；
(4)装备输送调配：使用传送带将炭化处理后的秸秆传输到滚筒搅拌设备，在传送带输送阶段设置喷淋装置，根据进料炭粉的水分多少控制沼液的喷淋速度，
根据制取高氮木炭粉浓度要求，滚筒搅拌设备选择直接出料，或者进行二次喷淋并经滚筒搅拌设备混合搅拌后出料，简单晾晒后得到高氮炭基肥。
进一步地，秸秆预处理步骤中，所述秸秆为木质纤维类秸秆，包括玉米秸秆、小麦秸秆、稻草、米草、狼尾草中的一种或多种，秸秆含水率在15％以下，秸秆破碎至粒径5-15mm，然后加入3-5％的胶黏剂和催化剂，混合均匀后放置10-15min。
进一步地，秸秆炭化处理步骤中，炭化温度为480-600℃，保持2-4h。
进一步地，装备输送调配步骤中，炭粉和高氨氮沼液喷淋的固液比为1:20～30，沼液混合炭粉后含水量为15％-25％。
本发明针对农作物秸秆和高氨氮沼液资源化利用，提出新的方法，极大提高生物质炭肥氮元素含量，提高肥料缓释能力和持久肥效，实现了秸秆和沼液的循环利用与资源化利用。
同时，利用秸秆木炭粉多孔隙结构吸收沼液中可溶性氨氮等有机化合物，避免常规木炭肥C/N较高，影响土壤养分吸收，提高了木炭肥对土壤的改良和作物生长促进作用。
本发明实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明所述的利用秸秆与沼液制备高氮炭基肥的系统的结构示意图；
图2为本发明所述的制备高氮炭基肥的方法流程示意图。
附图标记：
破碎设备1，调质剂储存箱2，调质搅拌装置3，螺旋输送机4，热解炭化炉5，出料口6，压力表7，温度探头8，泄压阀9，热源装置10，热解气和少量焦油燃烧装置11，余热利用系统12，冷却装置13，破碎设备14，沼液储存罐15，喷淋装置16，传送带17，传送带18，滚筒搅拌设备19，高氮木质炭肥20，PLC控制系统21，保温层22
具体实施方式
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
请参阅图1和图2，本发明实施方式提供的利用秸秆与沼液制备高氮炭基肥的系统及其制备高氮炭基肥的方法具体说明如下：
秸秆预处理炭化：通过plc控制系统21控制，将混合的农作物秸秆放入破碎设备1进行破碎，破碎大小至5-15mm，原料破碎装置1出口与调质搅拌装置3入口相连，然后将调质剂储存箱2中的催化剂和胶黏剂加入3-5％到调质搅拌装置3中进行调质预处理，混合均匀放置10分钟左右，加入胶黏剂和催化剂可加快炭化速度，降低碳化温度。调质搅拌装置出口连接螺旋输送机4，通过进料螺旋装置4将预处理的秸秆螺旋输送至热解炭化炉5中，热解炭化炉5包括出料口6、压力表7、温度探头8、泄压阀9、保温层22和热源装置10，同时配备热解气和少量焦油燃烧装置11和余热利用系统12，秸秆热解炭化产生的热解气和少量焦油燃烧后进行余热回收和余热利用系统给热解炭化炉保温。秸秆在热解炭化炉5中设置升温，保持炭化温度480-600℃，处理时间2-4h进行脱氧炭化处理，之后将木质炭粉放至冷却装置13进行冷却，冷却好的炭化秸秆放至破碎设备14进行破碎，使其破碎粒径在2-5mm；
沼液浓缩调质：将厌氧发酵高氨氮类沼液进行浓缩调质，浓缩调质后浓度在3000-3500mg/L，加入沼液储存罐15暂存；
装置输送调配：将炭化处理的破碎秸秆按传送带18设定转速传输炭粉，在传送带输送阶段设置喷淋装置16，按照进料炭粉水分设置沼液喷淋速度，高氨氮沼液喷淋设置液固比为20-30:1，之后传送带输送至滚筒搅拌设备19，滚筒搅拌设备19出料，根据制取高氮木炭费浓度要求，判定进一步循环至传送带17进行二次喷淋后再次经过滚筒搅拌设备19搅拌后出料或直接出料，生物质炭粉吸附喷淋沼液混合木炭粉后含水量约为15％-25％，简单晾晒后得到高氮炭基肥。
实施例1
将收来农作物秸秆取1吨放入破碎设备1破碎至15mm左右，然后加入3％左右催化剂和胶黏剂进行调质预处理，混合均匀放置10分钟左右，通过进料螺旋装置4将预处理的秸秆螺旋输送至热解炭化炉5中，设置秸秆在热解炭化炉5中保持炭化温度550℃，进行3h脱氧炭化处理，之后将木质炭粉放至冷却装置13进行冷却，冷却30min后炭化秸秆放至破碎设备14进行破碎至5mm左右；
将厌氧发酵高氨氮类沼液浓缩调质至3000mg/L，加入沼液储存罐15暂存，设置喷淋装置16按照液固比为25:1进行喷淋，之后传送带输送至滚筒搅拌设备19，滚筒搅拌设备19出料后再进一步循环至传送带17进行二次喷淋后再次经过滚筒搅拌设备19搅拌后出料，生物质炭粉吸附喷淋沼液混合木炭粉后含水量约约为23％，简单晾晒后得到高氮炭基肥20。
此方法条件产炭率约60％，产物微孔结构吸收和植物可利用氮和钾总量增加约50％和30％。
实施例2
将同批次收来农作物秸秆同样取1吨放入破碎设备1破碎至5mm左右，然后加入3％左右催化剂和胶黏剂进行调质预处理，混合均匀放置10分钟左右，通过进料螺旋装置4将预处理的秸秆螺旋输送至热解炭化炉5中，设置秸秆在热解炭化炉5中保持炭化温度500℃，进行3h脱氧炭化处理，之后将木质炭粉放至冷却装置13进行冷却，冷却30min后炭化秸秆不在进行破碎；
将厌氧发酵高氨氮类沼液浓缩调质至3500mg/L，加入沼液储存罐15暂存，设置喷淋装置16按照液固比为20:1进行喷淋，之后传送带输送至滚筒搅拌设备19，滚筒搅拌设备19出料后再进一步循环至传送带17进行二次喷淋后再次经过滚筒搅拌设备19搅拌后出料，生物质炭粉吸附喷淋沼液混合木炭粉后含水量约约为18％，简单晾晒后得到高氮炭基肥。
此方法条件产炭率约56％，产物微孔结构吸收和植物可利用氮和钾总量增加约46％和29％。
实施例3
将同批次收来农作物秸秆同样取1吨放入破碎设备1破碎至10mm左右，然后加入4％左右催化剂和胶黏剂进行调质预处理，混合均匀放置10分钟左右，通过进料螺旋装置4将预处理的秸秆螺旋输送至热解炭化炉5中，设置秸秆在热解炭化炉5中保持炭化温度480℃，进行3h脱氧炭化处理，之后将木质炭粉放至冷却装置13进行冷却，冷却30min后炭化秸秆放至破碎设备14进行破碎至4mm左右；
将厌氧发酵高氨氮类沼液浓缩调质至3500mg/L，加入沼液储存罐15暂存，设置喷淋装置16按照液固比为25:1进行喷淋，之后传送带输送至滚筒搅拌设备19，滚筒搅拌设备19搅拌后直接出料后，生物质炭粉吸附喷淋沼液混合木炭粉后含水量约为20％，简单晾晒后得到高氮炭基肥。
此方法条件产炭率约54％，产物微孔结构吸收和植物可利用氮和钾总量增加约45％和30％。
尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.利用秸秆与沼液制备高氮炭基肥的系统，其特征在于，包括原料破碎装置、调质搅拌装置、热解炭化炉、喷淋装置、滚筒搅拌装置和PLC控制系统，
原料破碎装置、调质搅拌装置、热解炭化炉和滚筒搅拌装置依次直接连接或通过输送带连接，喷淋装置位于热解炭化炉和滚筒搅拌装置之间，
PLC控制系统电性连接原料破碎装置、调质搅拌装置、热解炭化炉、喷淋装置和滚筒搅拌装置。
2.根据权利要求1所述的利用秸秆与沼液制备高氮炭基肥的系统，其特征在于，调质搅拌装置连通有调质剂储存箱，调质剂储存箱中预存有催化剂和胶黏剂且能定量释放到调质搅拌装置。
3.根据权利要求1所述的利用秸秆与沼液制备高氮炭基肥的系统，其特征在于，调质搅拌装置通过进料螺旋装置连接热解炭化炉，热解炭化炉底部设置有热源装置，热解炭化炉中设置有温度探头，热解炭化炉上设置有压力表和泄压阀。
4.根据权利要求1所述的利用秸秆与沼液制备高氮炭基肥的系统，其特征在于，热解炭化炉顶部连接有热解气和少量焦油燃烧装置，热解气和少量焦油燃烧装置连接余热利用系统，余热利用系统再连接至热解炭化炉。
5.根据权利要求1所述的利用秸秆与沼液制备高氮炭基肥的系统，其特征在于，热解炭化炉底部开设有出料口，出料口下方依次设置有冷却装置和破碎装置，破碎装置再连接输送传送带，
输送传送带连接滚筒搅拌装置，循环传送带连接输送传送带和滚筒搅拌装置，喷淋装置位于循环传送带和输送传送带的上方。
6.根据权利要求1所述的利用秸秆与沼液制备高氮炭基肥的系统，其特征在于，喷淋装置连通调质储存罐，厌氧发酵高氨氮类沼液浓缩调质至3000-3500mg/L后，在调质储存罐中暂存。
7.制备高氮炭基肥的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)秸秆预处理：将秸秆进行破碎，加入胶黏剂和催化剂对破碎后的秸秆进行调质预处理；
(2)秸秆炭化处理：将预处理后的秸秆放入热解炭化炉中，进行脱氧炭化处理，冷却后对秸秆进行破碎，达到粒径2-5mm；
(3)沼液浓缩调质：浓缩调质厌氧发酵高氨氮类沼液，浓缩调质后浓度达到3000-3500mg/L，暂存在沼液储存罐中；
(4)装备输送调配：使用传送带将炭化处理后的秸秆传输到滚筒搅拌设备，在传送带输送阶段设置喷淋装置，根据进料炭粉的水分多少控制沼液的喷淋速度，根据制取高氮木炭粉浓度要求，滚筒搅拌设备选择直接出料，或者进行二次喷淋并经滚筒搅拌设备混合搅拌后出料，
简单晾晒后得到高氮炭基肥。
8.根据权利要求7所述的利用秸秆与沼液制备高氮炭基肥的方法，其特征在于，秸秆预处理步骤中，所述秸秆为木质纤维类秸秆，包括玉米秸秆、小麦秸秆、稻草、米草、狼尾草中的一种或多种，秸秆含水率在15％以下，
秸秆破碎至粒径5-15mm，然后加入3-5％的胶黏剂和催化剂，混合均匀后放置10-15min。
9.根据权利要求7所述的利用秸秆与沼液制备高氮炭基肥的方法，其特征在于，秸秆炭化处理步骤中，炭化温度为480-600℃，保持2-4h。
10.根据权利要求7所述的利用秸秆与沼液制备高氮炭基肥的方法，其特征在于，装备输送调配步骤中，炭粉和高氨氮沼液喷淋的固液比为1:20～30，沼液混合炭粉后含水量为15％-25％。
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