CN214032302U

CN214032302U - 一种矿物基生产生物炭碳肥的系统

Info

Publication number: CN214032302U
Application number: CN202022483057.5U
Authority: CN
Inventors: 王保明; 李玉江; 王东辉; 徐长青
Original assignee: SHANGHAI WUZHENG ENGINEERING TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: SHANGHAI WUZHENG ENGINEERING TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2020-10-30
Filing date: 2020-10-30
Publication date: 2021-08-24
Anticipated expiration: 2030-10-30

Abstract

本实用新型提供一种矿物基生产生物炭碳肥的系统，包括：预处理装置，用于将矿物基进行预处理；改性装置，用于将预处理所得矿物基进行改性处理；改性装置与预处理装置连通；热解活化装置，用于将改性处理所得矿物基进行热解活化处理；热解活化装置与改性装置连通；后处理装置，用于将热解活化处理所得生物炭进行后处理；后处理装置与热解活化装置连通；配肥装置，配肥装置与后处理装置连通；造粒装置，造粒装置与配肥装置连通。本实用新型用于矿物基生产生物炭碳肥，品质高、收率高、重金属处理能力强，阳离子交换性能强，所含挥发性物质低，丰富的微孔结构、稳定的表面官能团和对化学、热和微生物作用有较强的稳定性。

Description

一种矿物基生产生物炭碳肥的系统

技术领域

本实用新型属于生物炭碳肥领域，涉及一种矿物基生产生物炭碳肥的系统。

背景技术

生物炭(Biochar)一般指生物质如木材、农作物废弃物、植物组织或动物骨骼等在缺氧和相对温度“较低”(<700℃)条件下热解形成的产物，生物炭很稳定，不易被微生物分解，容重小，表面积大，施入土壤后具有改善土壤理化性质，提高土壤保水、保肥性能，增加农作物产量等作用，特别是微孔特性使其具备了类似“海绵”一样的作用，可较好地保持水分与空气的融通性，生物炭作为一种新的缓控释肥料的吸附材料被人们关注。

生物炭富含有机碳，使用后可增加土壤有机碳含量，提高酸性土壤的PH值及部分养分的有效性，生物炭具有较强的离子吸附交换性能，可改善土壤阴、阳离子交换量，提高土壤肥力，生物炭的多孔隙结构还是土壤微生物良好的栖息环境；生物炭自身含有一定量的矿质养分，可改善贫瘠土壤的养分供应。

专利CN109879696采用水稻秸秆的方法制备生物炭碳肥。该方法有效利用农业废弃物进行热解炭化处理，并进行草酸改性，最后在通过大量乙醇处理后，同化学肥料进行混合造粒制成碳肥。采用该方法，生物炭产率很低，而且在制成碳肥过程中采用大量有机溶剂乙醇。而且采用该方法制备的碳肥的肥效与土壤改性没有进一步揭示。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种矿物基生产生物炭碳肥的系统，以解决现有技术中原料利用率低、炭化温度高、收率较低、肥效较低、焦油含量高、系统能耗和消耗高以及装置使用不能满足国家日益对工业环境的要求等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种矿物基生产生物炭碳肥的系统，包括：

预处理装置，用于将矿物基进行预处理；

改性装置，用于将预处理所得矿物基进行改性处理；所述改性装置与所述预处理装置连通；

热解活化装置，用于将改性处理所得矿物基进行热解活化处理；所述热解活化装置与所述改性装置连通；

后处理装置，用于将热解活化处理所得生物炭进行后处理；所述后处理装置与所述热解活化装置连通；

配肥装置，用于将后处理所得生物炭进行配肥处理；所述配肥装置与所述后处理装置连通；

造粒装置，用于将配肥处理所得生物炭碳肥混合物进行造粒处理；所述造粒装置与所述配肥装置连通。

本实用新型具有如下效果中的至少一项：

1)采用本实用新型矿物基生产生物炭碳肥的系统生产生物炭碳肥，灰分极少只有1％不到，同时碳化和活化过程几乎没有焦油产生。

2)采用本实用新型矿物基生产生物炭碳肥的系统生产生物炭碳肥还可通过降低热解温度，同时活化温度低于传统活化，热解和活化时间也比传统大幅缩短，因此可大幅度降低装置能耗和生产效率，同时所制生物炭品质高、收率高、土壤N\P持留率高、对重金属的吸附和固持效率高、比表面积大，吸附容量大，孔隙更发达，机械强度高。

3)采用本实用新型矿物基生产生物炭碳肥的系统获得的生物炭碳肥适用范围更广，不仅有效活化土壤微生物、增强土壤生物活性、改善土壤结构、肥料利用率高，同时有效改善化学农药大量使用和重金属超标现象对土壤的影响。

附图说明

图1为本实用新型矿物基生产生物炭碳肥的系统图一。

图2为本实用新型矿物基生产生物炭碳肥的系统图二。

附图标记

1 预处理装置

11 预处理水洗单元

12 预处理干燥单元

2 改性装置

21 离子交换改性剂浸渍单元

211 离子交换改性剂进口

22 第一干燥单元

23 促进剂浸渍单元

231 促进剂进口

24 第二干燥单元

25 调节剂浸渍单元

251 调节剂进口

26 第三干燥单元

3 热解活化装置

31 惰性气体进口

32 活化剂进口

4 后处理装置

41 研磨单元

42 后处理浸渍单元

43 后处理水洗单元

44 后处理干燥单元

5 配肥装置

51 基肥进口

52 菌液进口

53 改性剂进口

54 钝化剂进口

6 造粒装置

61 粘结剂进口

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

一种矿物基生产生物炭碳肥的系统，如图1所示，包括：

预处理装置1，用于将矿物基进行预处理；

改性装置2，用于将预处理所得矿物基进行改性处理；所述改性装置2与所述预处理装置1连通；

热解活化装置3，用于将改性处理所得矿物基进行热解活化处理；所述热解活化装置3与所述改性装置2连通；

后处理装置4，用于将热解活化处理所得生物炭进行后处理；所述后处理装置4与所述热解活化装置3连通；

配肥装置5，用于将后处理所得生物炭进行配肥处理；所述配肥装置5与所述后处理装置4连通；

造粒装置6，用于将配肥处理所得生物炭碳肥混合物进行造粒处理；所述造粒装置6与所述配肥装置5连通。

本实用新型矿物基生产生物炭碳肥的系统包括预处理装置、改性装置、热解活化装置、配肥装置和造粒装置，用于矿物基生产生物炭碳肥，品质高、收率高、重金属处理能力强，阳离子交换性能强，所含挥发性物质低，丰富的微孔结构、稳定的表面官能团和对化学、热和微生物作用有较强的稳定性。

矿物基可以为块煤和/或粉煤，煤种可以为褐煤、烟煤、无烟煤、油页岩半焦、兰炭中的一种或几种。

在热解活化装置中进行热解活化处理，压力可以为0.1MPa～10MPa，优选为1MPa～8MPa；温度可以为200℃～700℃，优选为300℃～500℃；升温速率可以为1℃/min～18℃/min，优选为1.5℃/min～10℃/min；停留时间可以为10s～3d，优选为15s～1d。

在一优选的实施方式中，如图2所示，所述预处理装置1包括：

预处理水洗单元11，用于将矿物基进行水洗；

预处理干燥单元12，用于将水洗所得矿物基进行干燥；所述预处理干燥单元12与所述预处理水洗单元11连通。

在一优选的实施方式中，所述改性装置2包括：

离子交换改性剂浸渍单元21，用于将预处理所得矿物基在包含离子交换改性剂的浸渍液中进行离子交换改性剂浸渍；所述离子交换改性剂浸渍单元21与所述预处理装置1连通；

第一干燥单元22，用于将离子交换改性剂浸渍所得矿物基进行第一干燥；所述第一干燥单元22与所述离子交换改性剂浸渍单元21连通；

促进剂浸渍单元23，用于将第一干燥所得矿物基在包含促进剂的浸渍液中进行促进剂浸渍；所述促进剂浸渍单元23与所述第一干燥单元22连通；

第二干燥单元24，用于将促进剂浸渍所得矿物基进行第二干燥；所述第二干燥单元24与所述促进剂浸渍单元23连通；

调节剂浸渍单元25，用于将第二干燥所得矿物基在包含调节剂的浸渍液中进行调节剂浸渍；所述调节剂浸渍单元25与所述第二干燥单元24连通；

第三干燥单元26，用于将调节剂浸渍所得矿物基进行第三干燥；所述第三干燥单元26与所述调节剂浸渍单元25连通。

所述离子交换改性剂可以选自KOH、H₃PO₄、HNO₃、HCl、H₂SO₄、H₂O₂、KMnO₄、FeCl₃、MgCl₂、MgO、Na₂S、K₂CO₃中的一种或几种。所述促进剂可以选自磷酸、醋酸、硝酸、硫酸、柠檬酸、王水、硫酸、多聚磷酸、磷酸酯、氢氟酸中的一种和/或几种。所述促进剂在浸渍溶液含量可以为5～90％wt。所述调节剂可以选自锌、铜、镁、钙、钾、钠的碳酸盐、醋酸盐、氢氧化物和氯化物中的一种和/或几种。所述调节剂在浸渍溶液含量可以为1～60％wt。

在一优选的实施方式中，所述离子交换改性剂浸渍单元21设有离子交换改性剂进口211，用于通入离子交换改性剂。

在一优选的实施方式中，所述促进剂浸渍单元23设有促进剂进口231，用于通入促进剂。

在一优选的实施方式中，所述调节剂浸渍单元25设有调节剂进口251，用于通入调节剂。

在一优选的实施方式中，如图2所示，所述热解活化装置3设有用于通入惰性气体的惰性气体进口31和用于通入活化剂的活化剂进口32。活化剂可以选自H₂O、空气和CO₂中的一种和/或几种。惰性气体可以选自氦气、氩气和氮气中的一种和/或几种。以惰性气体和活化剂总体积计，活化剂的体积百分比可以为0～100％V，优选为5～90％V。

在一优选的实施方式中，所述热解活化装置3为填充床、流化床、移动床、管式炉、涡旋反应器、旋转锥式反应器、沸腾床流化床、循环流化床、热循环真空反应器、携带床反应器、奥格窑裂解反应器、旋风裂解反应器中的一种和/或几种。

在一优选的实施方式中，如图2所示，所述后处理装置4包括：

研磨单元41，用于将热解活化处理所得生物炭进行研磨和过筛；所述研磨单元41与所述热解活化装置3连通；

后处理浸渍单元42，用于将研磨和过筛所得生物炭进行浸渍和过滤；所述后处理浸渍单元42与所述研磨单元41连通；

后处理水洗单元43，用于将过滤所得生物炭进行水洗；所述后处理水洗单元43与所述后处理浸渍单元42连通；

后处理干燥单元44，用于将水洗所得生物炭进行干燥；所述后处理干燥单元44与所述后处理水洗单元43连通。

在一优选的实施方式中，如图2所示，所述配肥装置5设有用于通入基肥的基肥进口51、用于通入菌液的菌液进口52、用于通入改性剂的改性剂进口53和用于通入钝化剂的钝化剂进口54。

所述基肥可以选自尿素、硝酸铵、碳酸氢铵、氯化铵、磷酸二氢钾、聚磷酸铵、钙镁磷肥、磷酸二氢钾、氯化钾、硝酸钾、氯化钾、菜籽油、动植物粪便、磷酸二铵、硫酸钾中的一种和或几种。所述浓缩菌液可以选自氯化胆碱、腐植酸钠、壳聚糖改性尿素、富硒酵母、固氮菌、解磷菌、耐铅菌、脲酶、酸性磷酸酶、荧光素二乙酸酯酶、芳基硫酸酯酶、脱氢酶、多酚氧化酶、过氧化氢酶、革兰氏阳性细菌、放线菌、丛枝菌根真菌、外生菌根真菌、脱氯细菌、Fe(Ⅲ)还原菌、地杆菌、长绳菌属、互养杆菌、螺旋菌、厌氧绳菌、腐殖酸铵中的一种和/或几种。所述改性剂可以选自腐殖酸、磷酸、膨润土和高岭土中的一种或几种。所述钝化剂可以选自熟石灰和生石灰中的一种或几种。

在一优选的实施方式中，如图2所示，所述造粒装置6设有用于通入粘结剂的粘结剂进口61。所述粘结剂可以选自淀粉、羧甲基纤维素钠、乙烯醇、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素、硬脂酸和田菁粉中的一种或几种。

本实用新型矿物基生产生物炭碳肥的系统使用时，将矿物基原料通入预处理装置1进行预处理，具体包括：在预处理水洗单元11进行水洗，在预处理干燥单元12进行干燥，比如可以在50℃～110℃下进行；

将处理好的矿物基待降至室温后，通入改性装置2进行改性处理，具体包括：首先，在离子交换改性剂浸渍单元中进行离子交换改性剂浸渍，然后在第一干燥单元22中烘干；其次，通入促进剂浸渍单元23进行促进剂浸渍，然后在第二干燥单元24中烘干；再其次，通入调节剂浸渍单元25进行调节剂浸渍，然后在第三干燥单元26中烘干；

将烘干好的矿物基通入热解活化装置如热解炉进行热解活化处理，同时通入氮气半小时，然后通入配有一定活化剂的惰性气体进行热解活化处理，处理温度可以为180℃～700℃，升温速率为0.1～10℃/min,停留时间0.5h～120h，然后停止裂解，自然降温；

将热解活化处理所得生物炭通入后处理装置4进行后处理，具体包括：经研磨单元41进行研磨，过100目筛后通入后处理浸渍单元42、后处理水洗单元43和后处理干燥单元44，倒入4～6mol/LNaOH(10％稀盐酸)溶液，50～60℃下搅拌若干时间后过滤、水洗至中性、静置，倾去浮渣、85℃烘干；

将后处理所得生物炭通入配肥装置5进行配肥处理，具体包括：所述生物炭与基肥、浓缩菌液按一定比例混合，加水搅拌均匀，堆肥腐熟一个月后进行通风晾晒2～3天后加入改性剂、钝化剂的水溶液；

将配肥处理所得生物炭碳肥混合物通入造粒装置6进行造粒处理，具体包括：向生物炭碳肥混合物加入粘结剂，调整水分含量30～35％，用造粒装置6造粒将造粒，产物冷却、过筛，可使其成为粒径为3～5mm的生物碳肥。粒状可以为圆柱形、球形、空心圆柱形以及不规则形状的破碎炭肥。所述碳肥制作为掺混法和浇注法。

本实施例1、2为块状无烟煤矿物基原料、本实施例3为油页岩半焦矿物基原料，生物炭制备条件见表1，制备获得的生物炭主要性能指标见表2，选取表1中实施例2获得的生物炭进行生物炭肥的制备，制备条件见表3，制备获得的生物炭肥主要性能指标见表4。

表1生物炭制备条件

表2生物碳主要性能指标

表3生物炭碳肥制备条件(选取实施例2中的生物炭)

表4生物炭碳肥主要性能指标

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种矿物基生产生物炭碳肥的系统，其特征在于，包括：

预处理装置（1），用于将矿物基进行预处理；

改性装置（2），用于将预处理所得矿物基进行改性处理；所述改性装置（2）与所述预处理装置（1）连通；

热解活化装置（3），用于将改性处理所得矿物基进行热解活化处理；所述热解活化装置（3）与所述改性装置（2）连通；

后处理装置（4），用于将热解活化处理所得生物炭进行后处理；所述后处理装置（4）与所述热解活化装置（3）连通；

配肥装置（5），用于将后处理所得生物炭进行配肥处理；所述配肥装置（5）与所述后处理装置（4）连通；

造粒装置（6），用于将配肥处理所得生物炭碳肥混合物进行造粒处理；所述造粒装置（6）与所述配肥装置（5）连通。

2.如权利要求1所述的矿物基生产生物炭碳肥的系统，其特征在于，所述预处理装置（1）包括：

预处理水洗单元（11），用于将矿物基进行水洗；

预处理干燥单元（12），用于将水洗所得矿物基进行干燥；所述预处理干燥单元（12）与所述预处理水洗单元（11）连通。

3.如权利要求1所述的矿物基生产生物炭碳肥的系统，其特征在于，所述改性装置（2）包括：

离子交换改性剂浸渍单元（21），用于将预处理所得矿物基在包含离子交换改性剂的浸渍液中进行离子交换改性剂浸渍；所述离子交换改性剂浸渍单元（21）与所述预处理装置（1）连通；

第一干燥单元（22），用于将离子交换改性剂浸渍所得矿物基进行第一干燥；所述第一干燥单元（22）与所述离子交换改性剂浸渍单元（21）连通；

促进剂浸渍单元（23），用于将第一干燥所得矿物基在包含促进剂的浸渍液中进行促进剂浸渍；所述促进剂浸渍单元（23）与所述第一干燥单元（22）连通；

第二干燥单元（24），用于将促进剂浸渍所得矿物基进行第二干燥；所述第二干燥单元（24）与所述促进剂浸渍单元（23）连通；

调节剂浸渍单元（25），用于将第二干燥所得矿物基在包含调节剂的浸渍液中进行调节剂浸渍；所述调节剂浸渍单元（25）与所述第二干燥单元（24）连通；

第三干燥单元（26），用于将调节剂浸渍所得矿物基进行第三干燥；所述第三干燥单元（26）与所述调节剂浸渍单元（25）连通。

4.如权利要求3所述的矿物基生产生物炭碳肥的系统，其特征在于，所述离子交换改性剂浸渍单元（21）设有离子交换改性剂进口（211），用于通入离子交换改性剂。

5.如权利要求3所述的矿物基生产生物炭碳肥的系统，其特征在于，

所述促进剂浸渍单元（23）设有促进剂进口（231），用于通入促进剂；

所述调节剂浸渍单元（25）设有调节剂进口（251），用于通入调节剂。

6.如权利要求1所述的矿物基生产生物炭碳肥的系统，其特征在于，所述热解活化装置（3）设有用于通入惰性气体的惰性气体进口（31）和用于通入活化剂的活化剂进口（32）。

7.如权利要求1所述的矿物基生产生物炭碳肥的系统，其特征在于，所述热解活化装置（3）为填充床、流化床、移动床、管式炉、涡旋反应器、旋转锥式反应器、沸腾床流化床、循环流化床、热循环真空反应器、携带床反应器、奥格窑裂解反应器、旋风裂解反应器中的一种和/或几种。

8.如权利要求1所述的矿物基生产生物炭碳肥的系统，其特征在于，所述后处理装置（4）包括：

研磨单元（41），用于将热解活化处理所得生物炭进行研磨和过筛；所述研磨单元（41）与所述热解活化装置（3）连通；

后处理浸渍单元（42），用于将研磨和过筛所得生物炭进行浸渍和过滤；所述后处理浸渍单元（42）与所述研磨单元（41）连通；

后处理水洗单元（43），用于将过滤所得生物炭进行水洗；所述后处理水洗单元（43）与所述后处理浸渍单元（42）连通；

后处理干燥单元（44），用于将水洗所得生物炭进行干燥；所述后处理干燥单元（44）与所述后处理水洗单元（43）连通。

9.如权利要求1所述的矿物基生产生物炭碳肥的系统，其特征在于，所述配肥装置（5）设有用于通入基肥的基肥进口（51）、用于通入菌液的菌液进口（52）、用于通入改性剂的改性剂进口（53）和用于通入钝化剂的钝化剂进口（54）。

10.如权利要求1所述的矿物基生产生物炭碳肥的系统，其特征在于，所述造粒装置（6）设有用于通入粘结剂的粘结剂进口（61）。