一种炭基全营养有机无机肥及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种农用有机肥，尤其是一种含炭量在15％以上的有机复合肥，具体地说是一种炭基全营养有机无机肥及其制备方法。

背景技术

现代农业普遍采用高投入、高产出的模式，产量持续增加，但随之而来的问题也日益严峻。最突出的有以下几点：

1、土壤酸化、板结，结构严重破坏，有害物质累积，保肥保水及透气能力下降，加快水土流失。

2、肥料利用率下降，大量消耗能源且能源利用率低。农业种植成本显著提高。

3、农产品品质下降，风味丧失。安全性不能保证。

4、环境污染严重。

5、农作物减少了遗传的多样性。

农业是人类生存的基础，是一个国家经济和可持续发展的根本保障。目前，我国农业生产方式，越来越具有“石油农业”的特征，以化学肥料和农药为投入农田的主要物质，传统的有机化肥用量越来越少，在维持单位面积高产的同时，也带来了诸如农业的废弃物的处理和利用等问题。

由植物形成的，以固定碳元素为目的的木炭被称为“生物质炭”。土地中自然存在着大量碳的元素，但是这些碳是不稳定的，受气候影响会释放二氧化碳。而生物质炭则可以固定碳元素长达几百年。

生物质炭(Biochar),又称为农业碳(Agrichar),是使用于农业用途的木炭，它是热裂解生物质原料之后的产物，它主要的成份是碳分子。跟一般木炭不同，它不被当做燃料使用，而是被用来改良土壤，帮助植物生长，以及碳收集及储存使用。

近年因为排放二氧化碳、二氧化硫等温室气体造成气候变迁影响，国外的科学家们开始高度重视生物质碳。因为它可以捕捉与清除大气中的碳，将它转化为非常稳定的形式，并储存在土壤中达千年之久。

这种由植物形成的，以固定碳元素为目的的木炭被科学家们称为“生物质炭”。生物质炭的不同之处在于，它可以稳定的将碳元素锁住长达数百年。其中的碳元素被矿化后很难再分解。

植物秸秆直接还田对大气并没有任何好处，首先秸秆腐烂后会生成甲烷和一氧化碳污染大气，其次秸秆腐烂后自然而然会令土壤中含有大量的碳元素，即所谓的用土壤来固定二氧化碳，但是固定的这些碳相对而言是不稳定的，受气候影响很大，随时有可能从土壤中释放出来，不但得不到有效利用，而且对大气层造成破坏！因此，用土壤来锁定二氧化碳是不科学的，另外，秸秆还田只有在秸秆完全腐殖后才能对农作物有益，而中国的现状是几乎没有令桔秆自然腐殖的时间(一季紧接一季)，这样反而会影响作物的生长，比如秋收后向土壤中抛施的大量秋作物秸秆就会影响冬小麦的发芽率。(当然植物桔秆直接焚烧对大气的危害更大！)

向土壤中添加生物质炭已被国际科学界极力推荐，它的好处已被普遍认可，互联网上课查阅的相关资料非常多，欧洲有些国家甚至想土壤中添加生物质炭的农户予以金钱资助。

目前市场上已有许多利用植物秸秆加工成生物质炭的方法，但相对运用于农业,成本依然太高而无法实施，毫无性价比，主要原因是规模化热解工艺不成熟，没有科学的平衡点等，而且加工过程中产生的气、液无法彻底利用。不仅如此，无法利用的气、液还会造成二次污染。

除了以上成本问题，生物质炭制肥工艺也存在问题，由于生物碳的疏松多孔骨架结构的吸附特性，用现有的熔体法以及团粒法造粒技术均很难令炭粉含量达到总量15％的配方工艺实施工业化成粒。

总之，全国肥料生产工艺技术迫切需要更新：我国有22亿亩耕地，每年需要化肥约为6800万吨左右，其中复合肥约4800万吨，生产技术有团粒法(转鼓、圆盘)挤压法、喷淋造粒法及磷酸造粒烘干法等。这些技术易造粒环境污染严重，主要是粉尘扩散及氨气扩散，肥料的利用率较低，尤其是氮肥的挥发及有效磷的释放低，有近五分之一肥效丢失，肥料生产工艺急待更新。

我国是世界化肥使用量最多的国家之一，经过40多年努力，我国已建立了世界第一位的化肥工业，但化肥品种远远满足不了农业生产的需求，主要是缺乏一些高端的肥料产品，与农业发展相对应，我国化肥生产需要开始进入一个新阶段，化肥施用量要求零增长，但需求品种要有所调整，生产工艺技术及新型肥料的技术急待推广。目前炭基全营养肥料(有机无机)的开发是最适合我国的国情及农业生产的需求。

小型化复合肥生产线已不适合时代发展。目前全国年产10万吨以下的复合肥生产企业约为500-600家，年产能约有2500-3000万吨。这些企业一是技术工艺落后，二是对环境污染等严重，三是生产工艺落后，人工化占比较大，对生产工人身体健康影响也较大，四是肥料利用率较低，不利于农业生产需求。这些年产10万吨以下的小企业要陆续关闭，淘汰。五年内会有3000万吨产能淘汰。炭基全营养肥料(有机无机)正是补充这些落后产能的好技术好工艺。

在此基础上，炭基全营养肥料(有机无机)的技术应运而生：农业废弃物(植物秸秆等)的处理一直是一个头疼的问题。政府采取了多种措施也不见成效。归根结底，中国人多地少，农业不可能采取轮作制度，秸秆没有自然发酵腐熟的时间，又不能象以前一样焚烧了之。于是生物质炭化技术便应运而生了。生物质炭化工艺本身是一个清洁工艺，它是将生物质热解，在热解过程中产生可燃气，这种可燃气通过特殊处理可用来发电，并入国家电网。这种技术的发展已到了一个很好的阶段，它己经找到平衡点并商业化了(仅仅是发电并网就能达到盈利)。但是，生物质炭化除了产生可燃气外，还产生生物质炭和生物质液。这种生物质炭工业性能非常差(一些特殊的除外)，没法使用，而且由于生物质炭的特殊性能(非常轻、很容易自燃)，根本没办法运输，直接还田也不可能。生物质液也是各种高分子化合物的综合体，可直接作为面肥使用，价值极高，目前已安全被开发利用。而生物质炭和利用则走入了死胡同，目前常用的方法是冲水稀释法，利用水对生物质炭进行无害化处理，但其最大的问题是会造成环境的二次污染。

自然而然，这种生物质炭最好的归途就是肥料原料，因为它富含多种微量元素，这在工业上是个大缺点，在农业上却是个宝，而且它本身几乎全是C，回到田里，可以将黄土地变成黑土地，肥料利用率大幅提高，当然，还有许多好处，有百利而无一害。于是众多科研单位和厂家便向这方面发展。但是讫今为止，结果是令人失望的。我们知道，C在肥料里的添加量要达到一定比例才有效，因此国家有机无机肥的标准是C含量达到15％，这是硬性标准。但采用传统工艺，无论使用何种方法，生物质炭的添加量只能达到5％，不仅远低于国家标准，也达不到大幅消化生物质炭的效果，对此，尚无好的解决方法。

发明内容

本发明的目的是针对目前一方面生物质炭化技术所产生的生物质炭无法实现有效利用，另一方面将生物质炭用作肥料时其利用无法提高(小于5％)的问题，发明一种炭基全营养有机无机肥，同时提供一种行之有效的制备方法。

本发明的技术方案之一是：

一种炭基全营养有机无机肥，其特征是：它以重量份为15％-25％的生物质多联产工艺产生的生物质炭为原料，添加适量的氮磷钾复合肥进行螯合，再经过塔式风冷造粒机造粒而成。

所述的氮、磷、钾的成份为氮：22％-25％，磷：5％-8％，钾：5％-10％。整个配方还需加上15-25％的碳和余量的助剂，各组份之和为100％。

本发明的技术方案之二是：

一种炭基全营养有机无机肥的制备方法，其特征是，它包括以下步骤：

首先，将生物质多联产工艺产生的生物质炭送入传输线上，待其冷却到60℃以下时，送入粉碎机粉碎至50目以上；

其次，向粉碎后的生物质炭中同步添加8-12％重量份的氯化铵或硫铵作为粘合剂，以防止生物质炭自燃并改变物料性状；

第三，对充分混合后的生物质炭送入挤压设备中进行挤压，控制挤压力为0.5-1N/平方米，将生物质炭挤压成松散状块体，以便于提升运输；

第四，将挤压后的松散状块体提供至塔式造粒机的进料口的粉碎机中粉碎后送入已有熔融尿素的罐中进行混合，同时添加1％-2％重量份的氧化镁化为调理剂，完成生化螯合，同时根据配方添加一定量的氮、磷、钾，控制熔副罐中搅拌机叶轮角度在35-45度之间，控制造粒头刮刀与喷面的间隙在1±0.3毫米以下；

第五，完成造粒得到所需粒径的炭基全营养有机无机肥。

所述的粘合剂的添加量的重量份为10％。调理剂的添加量的重量份为2％。

本发明的有益效果：

(1)、可以增加土壤孔隙度，降低土壤容重、改善土壤通气、透水状况，提高土壤最大持水量，具有对土壤的保水作用。可以缓解土壤板结的难题。

(2)可以将土壤中紧缺的氮、磷、钾、镁等大量元素返回到土壤中，而且还可以补充植物所必须的铜、铁、锌等微量元素，有利于提高农产品的产量和品质。

(3)可以抑制土壤对磷的吸附，有利于磷的解吸，从而改善植物对磷的吸收利用。

(4)具有修复土壤重金属污染的作用，对污染土壤中的镉(Cd)具有显著的吸附作用。

(5)生物质炭具有聚热作用，还田后可以提高土壤的地温(1-3℃)。

(6)生物质炭呈弱碱性(pH为7.5-10.5)，还田后对土壤的酸化具有修复作用及稳定土壤的pH值作用。

(7)生物质炭具有发达的孔隙和较大的比表面积，具有良好的吸附性能，还田后具有对肥料和农药的缓释作用。

(8)生物质炭还田，具有改善土壤的微生物环境的作用。

(9)生物质炭还田可以起到固定二氧化碳的作用，每吨生物质炭固定二氧化碳2吨以上。

(10)、生物质炭还可以增加20％-30％的农业生产力，净化水质，减少化学肥料的使用。总之：生物质炭对人类和环境是有百利而无一害，无毒副作用！可以使农民真正受益，包括短期受益和长期受益。短期来看，农户通过收集废弃的植物桔秆后可直接作为一种商品出售作为炭肥的原料，或将植物桔秆作为一种交换商品换取等价的成品化肥，经济效益明显。长期来看，通过土壤炭化可以净化大气、改良土壤、提高农作物品质等，给农民自身带来一系列的好处。使植物桔秆等农作物废弃物的生物质再生能源利用真正产业化。其产业规模和经济效益将无比之大。缓解碳排放，减少环境污染，降低能源消耗，具有明显的综合社会效益。具有令黄土地变为黑土地的可能性。炭基全营养肥料是继固能、大生产系列后在肥料领域中的又一重大成果。如果说固能是农产品的品质革命、大生产是增产先锋，那么炭基全营养肥料将会成为中国生态循环农业一个里程碑产品，是引领中国生态循环农业的创新之路。

生物质炭可在生物质多联产技术中获得，生物质多联产原料属农业废弃秸秆并可再生原料，原料十分充足。生物质炭作为工业原料运用有限，也很不方便，但用于农业却是个宝，他自身富含的微量无素和C通过肥料的形式返还到作物中，真正做到了从植物中来，到植物中去。

附图说明

图1是本发明工艺流程结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示。

一种炭基全营养有机无机肥，其配方(折算后的成份)为N-P-K-C(25-5-10-15)，具体实施时还可根据需要添加一些常规助剂进行调节，它由以下方法制备而成：

首先，将生物质(植物秸秆、果壳等废弃物)经多联产工艺热解产生三类物质：1、可燃气，这类物质可用来发电，并网后的收益已能达到盈亏平衡。2、生物质炭，这种炭工业性能不高，因此无法大规模运用，而且由于其自身性能(非常轻而且容易自燃)，既无法长途运输，也不能堆积。3、生物质液，这是一类高分子化合物的聚合体，可作为叶面肥加以推广利用。

其次，在生物质多联产工艺边上附加一条生产线以生产炭基全营养有机无机肥料。

第三，将第一步工艺生产出来的生物质炭稍加冷却(60度以下)，粉碎后添加10％(也可在8-12％之间任意选择添加)的氯化铵或硫铵(也就是9：1左右的比例)，充分混合(常规混合设备即可)，得到混合粉，这一是防止自燃、二是改变物料性状。

第四，利用挤压设备(常规)将混合粉在0.5-1牛顿/平方米压强下压制成柱状块体(直径4mm、高度1cm左右)。

第五，通过斗提机提升柱状块体到造粒塔塔顶熔融罐口，造粒塔的基本结构可参见中国专利2007100041779，全熔融复合肥的风冷结晶造粒方法及其装置，经过罐口安装的粉碎机粉碎后进入已有熔融尿素的罐中混合，同时以总量的1％-2％均匀添加氧化镁(作为调理剂)。同时根据配方添加一定量的氮、磷、钾(按常规折算成成份量)。熔融罐中搅拌机叶轮角度以35-45度为宜，转速采取变频调节。

第六，造粒头的改造(非常关键)，常规造粒头中内置刮刀沿口到喷面的间距过大，必须缩小至1mm，正负不超过0.3mm。差动的方向应一律同向，不能异向。其它跟中国专利2007100041779的塔式造粒一致。

用以上方法可以使炭粉添加量加到总量的15％-25％(本实施例为15％)，不但达到还远超国家有机无机肥标准。同时这种炭基全营养有机无机肥的无机养分可以高达35％甚至40％以上，这在其它工艺上是不可想象的。

实施例二。

本实施例与实施例一的区别是炭基全营养有机无机肥的配方(折算后的成份)为N-P-K-C(22-8-10-15)。

实施例三。

本实施例与实施例一的区别是炭基全营养有机无机肥的配方(折算后的成份)为N-P-K-C(25-5-5-20)。

实施例四。

本实施例与实施例一的区别是炭基全营养有机无机肥的配方(折算后的成份)为N-P-K-C(25-5-5-25)。

以下表一至表三是本发明具体实施例的经济效果及成本测算。

表一、年产45万吨炭基肥原料支出费用

表二、年产45万吨炭基肥料(有机无机)成品收入费用。

注：肥料总计纯利润收入113486-80736＝32750万元。

表三、55％炭基全营养肥料(有机无机)生产成本估算。

N-P-K-C(25-5-10-15)

如图1所示，本发明的炭基全营养肥料制备工艺是：首先用农作物(树木也可)经过高温热解气化，气化分离后产生生物质炭，生物质炭再与氮、磷、钾肥三大元素肥料经过生化螯合后，用塔式风冷造粒技术生产出的有机无机肥料。

第一步：首先将农作物秸秆(或树木)经过高温(300-800度)热解气化，热解过程中产生的生物质可燃气用做生物质发电(此电可自用也可出售给国家电网，国家电网高价收购)热解气化后经过气化分离产生生物质液和生物质炭。生物质液可做叶面喷施肥料，也可做农化防护剂。生物质炭即可作炭基肥料原料。

第二步：将生物质炭原料与氮、磷、钾等化肥原料经过生化螯合技术制成肥料浆悬浮液。

第三步：将生化螯合好的料浆悬浮液用全熔融塔式风冷造粒法(高塔造粒-中国专利2007100041779)生产成各种农作物需要的多种配方炭基全营养有机无机肥料。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。