氣氛下制備新型炭基肥料的裝置及其方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及炭基肥料制備領域，具體設及一種在C〇2氣氛下制備新型炭基肥料的 裝置，還設及一種在C〇2氣氛下制備新型炭基肥料的方法。
【背景技術】
[0002] 我國農業化肥使用過度，易造成±地肥力下降，±壤板結，而炭基肥料的多孔結構 可W保水、保肥，大大改善±壤理化性質。炭基肥料是農業廢棄物在無氧或缺氧條件下，經 過高溫熱裂解后得到的固體產物。用于制備炭基肥料的農業廢棄物資源相當豐富，在可收 集的條件下，中國目前可利用的農業廢棄物資源相當豐富主要包括農作物賴桿、禽畜糞便 和谷殼等。
[0003] 傳統的炭基肥料制備過程中需要載氣來保持無氧或缺氧環境，常用的載氣主要為 化。而我們發現用二氧化碳氣體在較低熱解反應溫度(350-450°C)作為反應氣氛，更具優 勢，不但可W大大提高炭基肥料產率，而且顯著減少氮、憐和鐘等養分元素高溫蒸發損失， 從而使更多的養分元素保留在炭基肥料中，更好滿足炭基肥料作為±壤改良劑和作物養分 供應產品的生產與技術要求。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是針對現有技術存在的上述問題，提供一種在C〇2氣氛下制備新型 炭基肥料的裝置，還提供一種在C〇2氣氛下制備新型炭基肥料的方法，在350-450°C范圍內， 利用C〇2作為反應氣氛，在循環流化床進行熱解制備新型富含養分元素的炭基肥料新工藝。 相比于普通N2反應氣氛，0)2作為熱解氣氛，在350-450°C溫度范圍內，可W大大提高炭基肥 料產率，使更多的氮、憐、鐘等養分元素保留在炭基肥料中，同時減少氮、憐等氣體污染物的 排放。但是，在C〇2氣氛下，如果熱解溫度高于450°C，甚至達到600°C或更高，則會發生C〇2+ C-2C0氣化反應，造成大量的炭損失，從而嚴重影響炭基肥料品質，而化作為反應氣氛則不 受運個條件影響，溫度可W達到600°C甚至更高，炭基肥料肥效和生產成本大大改善和提 局。
[0005] 本發明的上述目的通過W下技術方案實現：
[0006] -種在C〇2氣氛下制備新型炭基肥料的裝置，包括循環流化床反應器、旋風分離器 和冷凝洗涂塔，循環流化床反應器的頂部出口與旋風分離器連接，旋風分離器上端與冷凝 洗涂塔接，旋風分離器下端與返料器連接;冷凝洗涂塔上端氣體出口與燃氣收集氣柜連接， 冷凝洗涂塔下方設有焦油廢水收集器;燃氣收集氣柜通過閥口與燃氣燃燒器連接，燃氣燃 燒器與循環流化床反應器連接;0)2氣源通過流量計連接至循環流化床反應器的錐形底部， 循環流化床反應器的錐形底部設有多個鐘罩式風帽，循環流化床反應器中部通過螺旋給料 機和料倉連接，循環流化床反應器底端設置有炭基出料口，炭基出料口通過螺旋出料機連 接至炭基肥料收集器。
[0007] 如上所述的炭基出料口位于鐘罩式風帽的上方。
[000引如上所述的鐘罩式風帽的內徑為40~50mm。
[0009] -種在C〇2氣氛下制備新型炭基肥料的方法，包括W下步驟：
[0010] 步驟1、粉碎后的農業廢棄物從料倉，經螺旋給料機輸送至循環流化床反應器中； (X)2氣體從C〇2氣源經流量計通入到循環流化床反應器，并由流量計調節控制C〇2的進氣流 量，每小時通入循環流化床反應器中的農業廢棄物的質量與每小時通入循環流化床反應器 中的C〇2的體積的比例為1.0~1.5:1，農業廢棄物的質量單位為千克，C〇2的體積單位為立方 米;循環流化床反應器內的溫度由燃氣燃燒器供熱維持在350~450°C范圍內；
[0011] 步驟2、循環流化床反應器內經過20~40min的熱解反應后得到的炭基肥料并由螺 旋出料機輸送至炭基肥料收集器；
[0012] 步驟3、熱解反應產生的熱解氣體和隨熱解氣體帶出的炭基顆粒經循環流化床反 應器的頂部出口排放至旋風分離器進行氣固分離得到炭基顆粒及熱解氣體，炭基顆粒由返 料器輸送回循環流化床反應器，熱解氣體則通過管道輸送至冷凝洗涂塔；
[0013] 步驟4、熱解氣體經過冷凝洗涂塔的進行焦油洗涂，得到可燃氣體，可燃氣體包括 C0、此，可燃氣體收集至燃氣收集氣柜，燃氣收集氣柜將可燃氣體通過閥口傳輸給燃氣燃燒 器;熱解反應產生的焦油則由冷凝洗涂塔下方的出口排出至焦油廢水收集器。
[0014] 本發明與現有技術相比，本發明具有的優點和效果如下：
[0015] 1、炭基肥料可W促進植株的生長與繁茂，施加生物炭的植株莖葉伸長較快，莖葉 更粗壯，葉色更濃綠，相同部位葉片面積也明顯大于無炭基肥料處理的植株，株高和根長均 如此；
[0016] 2、利用循環流化床反應器熱解農業廢棄物效率高，再利用循環流化床組成部分旋 風分離器、進行氣固分離，分工明確，工藝優化；
[0017] 3、利用C〇2作為熱解反應的保護氣，不僅可W有效利用C〇2氣體，減輕溫室效應，相 比于化作保護氣，還可W促使更多的氮、憐、鐘等養分元素保留至生物炭中，從而增加對± 壤速效養分的提高程度
[001引4、利用350~450°C作為熱解反應溫度范圍，可W保持較高的炭基肥料產率；
[0019] 表1產率對比表
[0020]
[0021] (表1中，BC400:在400°C二氧化碳氣氛下制備炭基肥料;BC800:在800°C二氧化碳 氣氛下制備炭基肥料;）
[0022] 5、利用對熱解氣的二次凈化得到的可燃氣體(主要CO和此等)可W作為供熱裝置 的燃料，工藝優化，節能效率高。
[0023] 6、相比于化，罐裝C〇2的市場價格較低，此外由于燃煤發電廠的鍋爐煙氣的主要成 分也是C〇2,所W也可W直接將電廠鍋爐廢氣用作炭基肥料的反應氣體，生產成本又可大大 降低。
【附圖說明】
[0024] 圖1是施加 BC400和BMOO的油麥菜的整體長勢對比圖；
[0025] 圖2是施加 BC400和BMOO的油麥菜的單株長勢對比圖；
[00%]圖3是本發明的結構示意圖。
[0027] 圖3中：1-料倉，2-螺旋給料機，3-循環流化床反應器，4-熱電偶，5-螺旋出料機，6-炭基肥料收集器，7-風帽，8-流量計，9-(X)2氣源，10-燃氣燃燒器，11-閥口，12-燃氣收集氣 柜，13-冷凝洗涂塔，14-焦油廢水收集器，15-旋風分離器，16-返料器。
【具體實施方式】
[0028] W下結合附圖對本發明的技術方案進一步詳細說明：
[0029] 實施例1:
[0030] 如圖3所示，一種在C〇2氣氛下制備新型炭基肥料的裝置，包括循環流化床反應器3 和旋風分離器15,還包括冷凝洗涂塔13。循環流化床反應器3的頂部出口與旋風分離器15連 接，旋風分離器15上端與冷凝洗涂塔13連接，下端與返料器16連接;冷凝洗涂塔13上端氣體 出口連接至燃氣收集氣柜12,冷凝洗涂塔13下方設有焦油廢水收集器14;燃氣收集氣柜12 依次通過閥口 11與燃氣燃燒器10連接，燃氣燃燒器10燃燒產生的高溫氣體通入循環流化床 反應器3; C〇2氣源9通過流量計8連接至循環流化床反應器3的錐形底部，循環流化床反應器 3的錐形底部上面設有大量內徑為40mm的鐘罩式風帽7,使得CO巧源9中的CO河W均勻進入 循環流化床反應器3中。循環流化床反應器3中部通過螺旋給料機2和料倉1連接，循環流化 床反應器3底端設置有炭基出料口，炭基出料口通過螺旋出料機5連接至炭基肥料收集器6。
[0031] -種在C〇2氣氛下制備新型炭基肥料的方法還包括設置在循環流化床反應器3器 壁上的熱電偶4, W便精準控制炭基肥料制備溫度。熱電偶的作用，主要是在線監測流化床 反應器內部的反應溫度，若溫度有變化，可隨時了解到，并及時由加熱裝置即燃氣燃燒器12 調整。
[0032] -種在C〇2氣氛下制備新型炭基肥料的方法，包括W下步驟
[0033] 步驟1、粉碎后的農業廢棄物(主要為賴桿，長度尺寸為5~IOcm)從料倉1，經螺旋 給料機2輸送至循環流化床反應器3中；0)2氣體從C〇2氣源9經流量計8通入到循環流化床反 應器3，使循環流化床反應器3中的農業廢棄物呈流態化狀態充分換熱，并由流量計8可W調 節控制C〇2的進氣流量，進氣流量與流化床反應器3中的農業廢棄物處理量關系為町軒(kg/h): Vc〇2(m3/h) = 1.0:1;循環流化床反應器3內的溫度由燃氣燃燒器10供熱維持在350°C范圍內， 從而進行農業廢棄物的熱解；
[0034] 步驟2、循環流化床反應器3內經過20min的熱解反應后得到的炭基肥料并由螺旋 出料機5輸送至炭基肥料收集器6。
[0035] 步驟3、熱解過程產生的熱解氣體和少量隨熱解氣體帶出的細小的炭基顆粒經循 環流化床反應器3的頂部出口排放至旋風分離器15進行氣固分離得到炭基顆粒及熱解氣 體，炭基顆粒再由返料器16輸送回循環流化床反應器3,被氣固分離的熱解氣體則通過管道 輸送至冷凝洗涂塔13。
[0036] 步驟4、經過氣固分離的熱解氣體經過冷凝洗涂塔13的進行焦油洗涂，得到可燃氣 體，可燃氣體包括CO、此，可燃氣體收集至燃氣收集氣柜12,燃氣收集氣柜12將可燃氣體通 過閥口 11傳輸給燃氣燃燒器10，可作為循環流化床反應器3熱解反應的供熱燃料，燃氣燃燒 器10還可通入外部輸入的輔助燃料;熱解反應產生的焦油則由冷凝洗涂塔13下方的出口排 出至焦油廢水收集器14,然后送至污水處理廠進行達標處理。
[0037] 循環流化床反應器3內的熱解過程:粉碎后的農業廢棄物(主要為賴桿，尺寸為5~ IOcm)從料倉1，經螺旋給料機2批量輸送至循環流化床反應器3中；0)2氣體從C〇2氣源9經流 量計8通入到循環流化床反應器3，使循環流化床反應器3中的農業廢棄物呈流態化狀態，并 由流量計8控制C〇2的進氣流量，進氣流量與流化床反應器3中的農業廢棄物處理量關系為 巧前(kg/h): Vc〇2U3/h) = 1.0:1;循環流化床反應器3內的溫度由燃氣燃燒器10供熱維持在350°C 范圍內，進而進行農業廢棄物的熱解，經過20min的熱解反應得到的炭基肥料經螺旋出料機 5輸送至炭基肥料收集器則欠集起來。
[0038] 隨熱解氣排出的少量炭基顆粒經旋風分離器15分離出來，并由返料器16輸送回循 環流化床反應器3;被氣固分離的氣體則進入冷凝洗涂塔13進行進一步的凈化，得到的C0、 出等可燃氣體的混合物被收集至燃氣收集氣柜12,可W作為前端循環流化床熱解過程的供 熱燃料;被分離出的焦油則收集至焦油廢水收集器14內。
[0039] 表2在350°C二氧化碳/氮氣氣氛下制備炭基肥料對比表
[0040]
[0041 ]表2中，BC350:本實施例1在350°C二氧化碳氣氛下制備炭基肥料;BN350:按照本實 施例1的方法，將C〇2氣源換為化氣源