CN212199033U - 二氧化碳水合物微肥制备装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于气体水合物技术应用领域，具体涉及到一种二氧化碳水合物微肥制备装置。包括反应器单元、供气管路、供液管路和压缩单元，供气管路、供液管路分别与反应器单元的内腔体连通，压缩单元位于反应器单元的下方，且压缩单元与反应器单元的底部连通。其二氧化碳水合物微肥的合成原料简单，合成流程短且不涉及化学反应，安全性好，可持续进行且生产效率较好，合成的二氧化碳水合物微肥含二氧化碳饱和度高，单位体积储气量高，自保护效应好，便于储存和运输；二氧化碳水合物微肥微量元素的组分可调节，微肥分解后的产物为二氧化碳、水以及微量元素，无污染，无残渣，施用后不会改变土壤的性质，可同时提供植物生长所需的水、二氧化碳与微量元素。

Description

二氧化碳水合物微肥制备装置

技术领域

本实用新型属于气体水合物技术应用领域，具体涉及到一种二氧化碳水合物微肥制备装置。

背景技术

碳元素占植物体干物质的45％，其来源为空气中的二氧化碳，通过植物的光合作用每合成1g干物质约需消耗1.6g的二氧化碳。然而，在自然状态下，大气中的二氧化碳含量仅为 415ppm，远低于植物生长最适宜的二氧化碳浓度。特别是在温室大棚等相对密闭条件下的植物栽培场所，由于气体交换受到限制，温室中的二氧化碳浓度甚至会下降到100ppm以下。即使通风，也远远低于各种蔬菜光合作用的二氧化碳需求量。当植物处于二氧化碳缺乏的饥饿状态时，光合作用就会减弱甚至停止，养分积累减少，生长缓慢，老化加快，病虫害加重，严重地影响了植物的正常生长发育。国内外研究表明，各种蔬菜的适宜二氧化碳浓度在 900-3000ppm。因此，在温室大棚中增施二氧化碳气肥是十分必要的增产增收措施。

目前，国外普遍采用大规模温室配套智能装置供给二氧化碳，但这种装置造价相当高，只适用于大规模的棚室基地。我国的大棚生产仍以家户式耕作为主，个体规模相对较小，不宜采用这种装置。目前，我国山东、辽宁、宁夏、甘肃等多个省市也在积极推广施用二氧化碳气肥，采用的主要方法有：1.二氧化碳发生器法：利用硫酸与碳酸盐反应产生二氧化碳； 2.液态二氧化碳/干冰施肥法；3.燃烧法：通过燃烧液化石油气、丙烷气、天然气、白煤油等产生二氧化碳；4.施用有机生物肥法；5.固体二氧化碳气肥施肥法。

上述方法中，二氧化碳发生器法是将硫酸或者盐酸等酸液和碳酸氢铵混合制造二氧化碳，操作比较简单，但是由于酸液都是腐蚀性的液体，运输和使用都不安全，容易造成人身伤害要求；液态二氧化碳/干冰施肥法费用较高，且二氧化碳气体密度大于空气，从地面向空气中释放比较因难，不利于作物吸收；二氧化碳燃烧法同样需要专用装置，且在使用中，由于本身的高温，容易对作物造成伤害；生物法通过增施有机肥和畜禽类粪便来实现，利用微生物发酵产生二氧化碳，优点是不需设备，投资，成本较低，但产气缓慢，气量不易控制，同时产生有害气体，如氮氧化物以及硫化氢等，造成环境污染。

由于现有方法存在上述缺陷，目前已经开发出了一些专利技术用于施用固体二氧化碳气肥的生产。例如：公开号为CN1840509A的实用新型专利申请，公开了一种含有木炭、淀粉、高锰酸钾、氯化亚铁和生石灰的二氧化碳气体肥料，其将木炭及氢氧化钙以及淀粉分别粉碎至100～150目，依次加入搅拌器中混合均匀，并将高锰酸钾和氯化亚铁溶于水中，均匀喷淋润湿后，装入磨具加压成型，在105℃烘干后密封包装。公开号为CN1849870A的实用新型专利申请，公开了一种双组分固体挂袋式二氧化碳缓释气肥剂，其包含缓释剂和固体碳酸盐两种固体组分，分别为经过化学改性的硅藻土和碳酸氢铵，施用时将两组分混合置于开有小孔的袋中并悬挂在大棚内。公开号CN103193518A的实用新型专利申请，公开了一种包衣缓释二氧化碳气肥，其将硫酸铝和轻质碳酸钙分别进行造粒和包衣后再按照2.2:1的重量份数比混合均匀，密封包装。虽然这些固体二氧化碳肥料或者富集了作物必需的钾、锌、锰、铁、钼等多种微量元素，或者能够挂袋以避免影响土壤组分，且能增加二氧化碳浓度，然而使用这些方法生产固体二氧化碳气肥流程复杂，获得的气肥在施用时不可避免会产生残渣，且部分肥料除释放二氧化碳气体外，还可能释放铵气等有害气体。

针对上述问题，有必要开发一种产气方法简单、操作安全可靠、气体纯度高、价格便宜的二氧化碳微肥，既能给作物通过光合作用必需的二氧化碳，又能提供作物生长必需的微量元素，以利于发展高效农业和农村经济可持续发展。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提出了一种二氧化碳水合物微肥制备装置，合成原料简单，合成流程短且不涉及化学反应，安全性好，可持续进行且生产效率较好，合成的二氧化碳水合物微肥含二氧化碳饱和度高，单位体积储气量高，自保护效应好，便于储存和运输，微肥分解后无污染、无残渣，施用后不会改变土壤的性质。

本实用新型的技术方案是：一种二氧化碳水合物微肥制备装置，其中，包括反应器单元、供气管路、供液管路和压缩单元，供气管路、供液管路分别与反应器单元的内腔体连通，压缩单元位于反应器单元的下方，且压缩单元与反应器单元的底部连通；

所述反应器单元包括反应器、锚框式刮壁器、保温夹套和温控系统，反应器内设有密闭的腔体，反应器的外壁设有保温夹套和温控系统，保温夹套与反应器外壁固定连接，反应器内设有锚框式刮壁器，锚框式刮壁器包括转动杆和固定于转动杆下部的刮壁板，转动杆的顶部穿过反应器的顶部且与外部的电机连接，转动杆与反应器之间密封连接，刮壁板与反应器内腔的形状相对应，刮壁板紧贴反应器的内壁；

所述供气管路包括气体增压泵和真空泵，气体增压泵与真空泵并联连接，气体增压泵和真空泵分别与进气管道连接，进气管道与压力表连接；

所述供液管路包括进液口、增压泵、冷却系统和高压喷雾口，增压泵的一端与进液口连接，另一端与冷却系统连接，冷却系统通过连接管道与高压喷雾口连接，高压喷雾口经反应器的顶部直接插入反应器内，供液管路与反应器密封连接；

所述压缩单元包括往复式密封活塞、物料仓、左密封盖和右密封盖，物料仓位于反应器的下方，物料仓与反应器内腔的底部连通，物料仓的一端设有往复式密封活塞，物料仓的另一端设有右密封盖，往复式密封活塞的一侧通过可伸缩拉杆Ⅱ与右密封盖连接，对应的往复式密封活塞的另一侧通过可伸缩拉杆Ⅰ与左密封盖连接。

本实用新型中，所述真空泵通过阀门Ⅳ与进气管道连接，气体增压泵通过阀门Ⅴ与进气管道连接，进气管道上设有阀门Ⅲ，压力表通过阀门Ⅶ与进气管道连接。

所述温控系统包括温度传感器和降温件。通过温控系统使反应器的温度维持在3-5℃，防止因水合物合成放热而过高，获得二氧化碳水合物微肥形成所需要的温度。

所述反应器的顶部设有安全阀，防止反应器内压力过高而造成的安全隐患。

本实用新型的有益效果是：

(1)二氧化碳水合物微肥的合成原料简单，合成流程短且不涉及化学反应，安全性好，可持续进行且生产效率较好，合成的二氧化碳水合物微肥含二氧化碳饱和度高，单位体积储气量高，自保护效应好，便于储存和运输；

(2)二氧化碳水合物微肥微量元素的组分可调节，微肥分解后的产物为二氧化碳、水以及微量元素，无污染，无残渣，施用后不会改变土壤的性质，可同时提供植物生长所需的水、二氧化碳与微量元素。

附图说明

图1是二氧化碳水合物微肥制备装置的结构示意图。

图中：1保温夹套；2反应器；3锚框式刮壁器；4左密封盖；5可伸缩拉杆Ⅰ；6往复式密封活塞；7可伸缩拉杆Ⅱ；8右密封盖；9进液口；10阀门Ⅰ；11冷却系统；12阀门Ⅱ； 13电机；14流量调节阀；15安全阀；16高压喷雾口；17阀门Ⅲ；18阀门Ⅳ；19阀门Ⅴ； 20气体增压泵；21阀门Ⅵ；22真空泵；23压力表；24阀门Ⅶ；25增压泵；26物料仓。

具体实施方式

为了使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广。因此本实用新型不受下面公开的具体实施方式的限制。

如图1所示，本实用新型所述的二氧化碳水合物微肥制备装置包括反应器单元、供气管路、供液管路和压缩单元。供气管路、供液管路分别与反应器单元的内腔体连通。压缩单元位于反应器单元的下方，且压缩单元与反应器单元的底部连通。

反应器单元包括反应器2、锚框式刮壁器3、保温夹套1和温控系统，反应器2内设有密闭的腔体，反应器2的底部与压缩单元连通。反应器2的外壁设有保温夹套1和温控系统，保温夹套1与反应器2外壁固定连接，保温夹套1对反应器2起到了保温的作用。温控系统包括温度传感器和降温件如水冷管道、排气扇等，通过温控系统实现了使反应器2内的温度保持3-5℃范围内，达到二氧化碳水合物形成需要的温度条件。其中温度传感器用于实时监测反应器2内的温度，由于水合物合成过程中会放热，通过降温件对反应器2进行降温，反应器外的温度控制系统则持续工作，使反应器2的温度维持在3-5℃，防止因水合物合成放热而过高，获得二氧化碳水合物微肥形成所需要的温度。

反应器2内设有锚框式刮壁器3，锚框式刮壁器3包括转动杆和固定于转动杆下部的刮壁板，转动杆的顶部穿过反应器2的顶部且与外部的电机13连接，通过电机13带动转动杆和刮壁板连接，转动杆与反应器2之间密封连接。刮壁板与反应器2内腔的形状相对应，且刮壁板紧贴反应器2的内壁，刮壁板转动的同时，可以挂掉反应器2内壁上的物质，刮下的物质从反应器2的底部进入压缩单元内。反应器2的顶部设有安全阀15，防止反应器2内压力过高而造成的安全隐患。

供气管路包括气体增压泵20和真空泵22，气体增压泵20与真空泵22并联连接，真空泵22通过阀门Ⅳ18与进气管道连接，气体通过阀门Ⅵ21进入气体增压泵20内，气体增压泵 20通过阀门Ⅴ19与进气管道连接，进气管道上设有阀门Ⅲ17。压力表23通过阀门Ⅶ24与进气管道连接，压力表23用于实时监测进气管道内气体的压力，以保证进入反应器2的气体压力的稳定性。

反应器2工作前，首先通过真空泵22排出反应器2内的空气，此时启动真空泵22，并打开阀门Ⅳ18和阀门Ⅲ17。抽真空结束后，关闭阀门Ⅳ18，打开阀门Ⅵ21和阀门Ⅴ19，启动气体增压泵20，将二氧化碳通过气体增压泵20增压后，通过进气管道加入反应器2中，经气体增压泵增压后的气体压力在3MPa左右，通过压力表23实时监测其压力，以保证反应器 2内压力的稳定性，并建立二氧化碳水合物微肥形成的压力条件。

供液管路包括进液口9、增压泵25、冷却系统11和高压喷雾口16，增压泵25的一端与进液口9连接，另一端与冷却系统11连接，冷却系统11通过连接管道与高压喷雾口16连接，高压喷雾口16经反应器2的顶部直接插入反应器2内，供液管路与反应器2密封连接。液体经进液口9流入增压泵25内，通过增压泵25的增压，使液体的压力稍高于反应器2内部气体的压力，经冷却系统11降温至约3-5℃后，经顶部的高压喷雾口16雾化后进入反应器2内。高压喷雾口16可将进入反应器2内的液体雾化并喷出，可以最大程度地扩大气-液接触面积。雾化的细小水颗粒和二氧化碳气体在反应器中直接接触，在很短的时间后就可以制备出二氧化碳水合物微肥。

压缩单元包括往复式密封活塞6、物料仓26、左密封盖4和右密封盖8，物料仓26位于反应器2的下方，物料仓26与反应器2内腔的底部连通。物料仓26的一端设有往复式密封活塞6，物料仓26的另一端设有右密封盖8，往复式密封活塞6的一侧通过可伸缩拉杆Ⅱ7 与右密封盖8连接，对应的往复式密封活塞6的另一侧通过可伸缩拉杆Ⅰ5与左密封盖4连接。压缩单元进行压缩工作时，合拢左密封盖4，使可伸缩拉杆Ⅰ5推动往复式密封活塞6向右密封盖8方向滑动滑动，将物料仓26内生成的二氧化碳水合物微肥推至物料仓右部，通过往复式密封活塞6与右密封盖8之间的挤压，将二氧化碳水合物微肥压实。打开右密封盖8，即可取出压实后的二氧化碳水合物微肥。

利用该本实用新型实现二氧化碳水合物微肥的制备过程如下所述：

第一步，对反应器2抽真空，将反应器2内的空气排出。

在二氧化碳水合物微肥制备之前，先打开阀门Ⅲ17和阀门Ⅳ18，使用真空泵22对反应器 2抽真空，排空反应器内的空气，抽真空结束后，关闭阀门Ⅳ18。

第二步，将二氧化碳气体增压，并输送至反应器2内。

根据二氧化碳水合物微肥形成的相平衡条件，设定气体增压泵20的压力，打开阀门Ⅴ19 和阀门Ⅵ21，使二氧化碳气体经气体增压泵20增压后，沿着进气管道进入反应器2中。通过压力表23实时监测进气管道内的进气压力，以保证反应器2内的气体压力维持在二氧化碳水合物微肥形成所需要的压力范围内，即2.5MPa-3.5MPa。

第三步，打开反应器2外壁的温控系统，通过反应器2外壁的保温夹套1和温控系统，控制反应器内温度，达到二氧化碳水合物微肥形成需要的温度条件，即3-5℃。

第四步，配制水溶液，并雾化喷入反应器2内。

将参与二氧化碳水合物微肥合成的含特定浓度微量元素的水溶液通过增压泵25增压至略高于反应器内部气体的压力、经冷却系统11降温至3-5℃后，通过反应器2顶部的高压喷雾口16雾化喷入反应器2内。由于反应器中已经预先充满了高压二氧化碳气体，雾化后的细小水颗粒和二氧化碳气体在反应器2中直接接触，短时间后就可以制备出二氧化碳水合物微肥。二氧化碳水合物微肥附着在反应器2的内表面。

跟据土壤或作物的需求，配制特定浓度的微量元素水溶液作为微肥合成原料，一般可采用硫酸铜，硫酸锌，硫酸锰，钼酸铵，硼砂等配制。实际生产时，需根据土壤条件以及作物生长要求，按照二氧化碳的施用量测算所需微量元素溶液的浓度。

第五步，将反应器2内表面的水合物微肥刮下并落至物料仓26内。

电机13转动，带动锚框式挂壁器3转动，刮壁板将反应器2内壁上附着的二氧化碳水合物微肥刮下，并落入物料仓26内。

第六步，压实二氧化碳水合物微肥。

将物料仓两端的密封盖关闭，通过可伸缩拉杆将往复式活塞从物料仓的一侧推至另一侧，推动过程中，将物料仓内的二氧化碳水合物微肥挤压，打开一侧的密封盖，取出合成的二氧化碳水合物微肥。

第七步，将二氧化碳水合物微肥快速冻结并成型。

将取出的二氧化碳水合物微肥在-5℃快速冻结，即可得到成型的固体二氧化碳水合物肥，制得的二氧化碳水合物微肥可在较低温度即-5℃左右，进行较长时间的保存。

以上对本实用新型所提供的二氧化碳水合物微肥制备装置及制备方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种二氧化碳水合物微肥制备装置，其特征在于：包括反应器单元、供气管路、供液管路和压缩单元，供气管路、供液管路分别与反应器单元的内腔体连通，压缩单元位于反应器单元的下方，且压缩单元与反应器单元的底部连通；

所述反应器单元包括反应器(2)、锚框式刮壁器(3)、保温夹套(1)和温控系统，反应器(2)内设有密闭的腔体，反应器(2)的外壁设有保温夹套(1)和温控系统，保温夹套(1)与反应器(2)外壁固定连接，反应器(2)内设有锚框式刮壁器(3)，锚框式刮壁器(3)包括转动杆和固定于转动杆下部的刮壁板，转动杆的顶部穿过反应器(2)的顶部且与外部的电机(13)连接，转动杆与反应器(2)之间密封连接，刮壁板与反应器(2)内腔的形状相对应，刮壁板紧贴反应器(2)的内壁；

所述供气管路包括气体增压泵(20)和真空泵(22)，气体增压泵(20)与真空泵(22)并联连接，气体增压泵(20)和真空泵(22)分别与进气管道连接，进气管道与压力表(23)连接；

所述供液管路包括进液口(9)、增压泵(25)、冷却系统(11)和高压喷雾口(16)，增压泵(25)的一端与进液口(9)连接，另一端与冷却系统(11)连接，冷却系统(11)通过连接管道与高压喷雾口(16)连接，高压喷雾口(16)经反应器(2)的顶部直接插入反应器(2)内，供液管路与反应器(2)密封连接；

所述压缩单元包括往复式密封活塞(6)、物料仓(26)、左密封盖(4)和右密封盖(8)，物料仓(26)位于反应器(2)的下方，物料仓(26)与反应器(2)内腔的底部连通，物料仓(26)的一端设有往复式密封活塞(6)，物料仓(26)的另一端设有右密封盖(8)，往复式密封活塞(6)的一侧通过可伸缩拉杆Ⅱ(7)与右密封盖(8)连接，对应的往复式密封活塞(6)的另一侧通过可伸缩拉杆Ⅰ(5)与左密封盖(4)连接。

2.根据权利要求1所述的二氧化碳水合物微肥制备装置，其特征在于：所述真空泵(22)通过阀门Ⅳ(18)与进气管道连接，气体增压泵(20)通过阀门Ⅴ(19)与进气管道连接，进气管道上设有阀门Ⅲ(17)，压力表(23)通过阀门Ⅶ(24)与进气管道连接。

3.根据权利要求1所述的二氧化碳水合物微肥制备装置，其特征在于：所述反应器(2)的顶部设有安全阀(15)。

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