有机碳生态缓释肥及其制备方法

摘要

本发明公开了一种有机碳生态缓释肥，其由下列重量百分含量的原料配置而成：尿素5～25%、碳铵1～5%、磷酸二氢钾0～5%、碳酸钙0～10%、硫酸钾5～15%、过磷酸钙5～30%、腐殖酸5～10%、高岭土或坡缕石粉0～10%、微量元素复合剂0～1%、粘合剂0～3%、有机碳10～35%。本发明还公开了有机碳生态缓释肥的制备方法。通过无氧热裂解先制备具有特定结构的有机碳，并将之作为重要的功能材料用于生产高效生态有机无机复混缓释肥，这不仅提高了固废无害化资源化水平，而且资源高附加值的产出比大为提高。本发明能够很大程度地改善农业生产过程中用肥的效率和环境的保护等多种作用，建立起可持续的良性碳循环生态链。

权利要求

1.一种有机碳生态缓释肥的制备方法，其包括如下步骤：步骤1物料预处理与配制

将经分选出来的有机物，与该有机物重量的1～5%的石灰粉、该有机物重量的0～

0.1%的氢氧化钾按配比混合，再将上述混合物料送入热裂解反应釜；所述的有机物包括生活垃圾中的有机物质、农林业废弃物、餐饮垃圾中的至少一种，所述的有机物含水率≤65%；

步骤2热裂解

对进入热裂解反应釜釜内的混合物料加热，进行热裂解反应；釜内反应温度为

500℃～800℃、压力为常压，保持等温状态；而反应生成的可燃气、蒸汽、有机碳均随气流通过热裂解反应釜顶部的出口排入旋流分选器；

步骤3产物分离

旋流分选器将进入的气流中的有机碳和气体进行分离；

气体送入冷凝塔，经冷凝塔分离出的冷凝液体送入至油水分离器进行分离，分离出来的水排出回收、分离出来的液态油导出储藏；经冷凝塔分离出来的可燃气排出储存于气罐中；

有机碳直接由旋流分选器排入混配料装置中；

步骤4配料

按配比将尿素、碳铵、磷酸二氢钾、碳酸钙、硫酸钾、过磷酸钙、腐殖酸、高岭土或坡缕石粉、微量元素复合剂、粘合剂加入混配料装置中，并与所述的有机碳碾磨混合均匀后，送入造粒机；

步骤5造粒、包装

造粒机将进入后的均匀混合的物料，制作成3～5mm直径的固体颗粒，经干燥后送入料斗进行包装；

所述的有机碳生态缓释肥由下列重量百分含量的原料配置而成：尿素5～25%、碳铵1～5%、磷酸二氢钾0～5%、碳酸钙0～10%、硫酸钾5～15%、过磷酸钙5～30%、腐殖酸5～10%、高岭土或坡缕石粉0～10%、微量元素复合剂0～1%、粘合剂0～3%、有机碳10～35%。

2.如权利要求1所述的一种有机碳生态缓释肥的制备方法，其特征在于，所述的经分选出来的有机物粉碎到小于2厘米的尺寸。

3.如权利要求1所述的一种有机碳生态缓释肥的制备方法，其特征在于，所述经干燥后的固体颗粒，含水率小于5%。

说明书

有机碳生态缓释肥及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种有机无机复合缓释生态肥，特别是涉及到一种利用废弃有机质制备有机碳生态缓释肥及其制备方法。

背景技术

[0002] 固体废弃物，如城市生活垃圾，含有40%左右的有机质，如果采用通常的处置方式如填埋、焚烧，除了二次污染以外，资源回收率也是非常的低。若直接筛选发酵制作有机肥，其肥效差，污染重，难以有实际的广泛应用。国家的政策法规也在愈来愈严格地控制二次污染和转移性污染。无害的资源最大化处置固废中的有机质是当前解决环境问题中非常突出的一个课题。

[0003] 传统的有机、无机复混肥是简单地将氮、磷、钾复合肥和普通有机质混合，在通过均化造粒后制成产品，也可再添加化学抑制剂，如，脲酶、多肽剂、脲甲醛、包膜等来制备缓释肥，如中国专利200510136714.6/CN990431所公开的技术。这些化学品或多或少地会带来一定程度的污染和破坏土壤的结构，不利于农作物生产。也有采用复合控释肥与有机肥混合的方法，如中国专利CN102108035A所述公开的技术。但上述公开的方法均难以制备高效生态绿色高标准的有机无机肥，其应用对环境也有一定的影响。

发明内容

[0004] 本发明的目的是为了有效地解决固体废弃物中的有机质对环境造成危害的技术问题，提出一种能够很大程度地改善农业生产过程中用肥的效率和环境的保护等多种作用，建立起可持续的良性碳循环生态链的有机碳生态缓释肥及其制备方法。

[0005] 本发明提出的有机碳生态缓释肥由下列重量百分含量的原料配制而成：

[0006] 尿素5～25%、碳铵1～5%、磷酸二氢钾0～5%、碳酸钙0～10%、硫酸钾5～15%、过磷酸钙5～30%、腐殖酸5～10%、高岭土或坡缕石粉0～10%、微量元素复合剂0～1%、粘合剂0～3%、有机碳10～35%。

[0007] 本发明还提出一种有机碳生态缓释肥的制备方法，其包括如下步骤：

[0008] 步骤1：物料预处理与配制

[0009] 将经分选出来的有机物，与石灰粉、氢氧化钾按配比混合，再将上述混合物料送入热裂解反应釜；

[0010] 步骤2热裂解

[0011] 对进入热裂解反应釜釜内的混合物料加热，进行热裂解反应；釜内反应温度为500℃～800℃、压力为常压，保持等温状态；而反应生成的可燃气、蒸汽、有机碳及有机物均随气流通过热裂解反应釜顶部的出口排入旋流分选器；

[0012] 步骤3产物分离

[0013] 旋流分选器将进入的气流中的有机碳和气体进行分离；

[0014] 气体送入冷凝塔，经冷凝塔分离出的冷凝液体送入至油水分离器进行分离，分离出来的水排出回收、分离出来的液态油导出储藏；经冷凝塔分离出来的可燃气排出储存于气罐中；

[0015] 有机碳直接由旋流分选器排入混配料装置中；

[0016] 步骤4配料

[0017] 按配比将尿素、碳铵、磷酸二氢钾、碳酸钙、硫酸钾、过磷酸钙、腐殖酸、高岭土或坡缕石粉、微量元素复合剂、粘合剂加入混配料装置中，并与所述的有机碳碾磨混合均匀后，送入造粒机；

[0018] 步骤5造粒、包装

[0019] 造粒机将进入后的均匀混合的物料，制作成3～5mm直径的固体颗粒，经干燥后送入料斗进行包装。

[0020] 本发明在无氧条件下，利用混合有机物高温热不稳定的共性，在特定催化剂存在下，热裂解有机质，生成特定多孔结构和高表面活性的有机碳、可燃气、以及其它副产品。特定多孔结构和高表面活性的有机碳，可以有效地吸附氮磷钾等农林作物所必需的分子，在润湿的情况下，又可以缓慢地、有条件地释放和交换出这些营养成份，构成了特别的可控的缓释和富集元素的作用，可大大地提高氮磷钾等被植物吸收和利用的效率，减少和避免化肥对地下水的污染。同时由于有机碳材料的构造特性，具备了一定程度的保湿保温作用，改善土壤的透气性和微生物的生长环境，有效地将营养成分保留在根系周围，逐步释放、逐步转化、植物可连续吸收，达到平衡营养，系统改良的作用。再就是有机碳本身就含有一定结构的含氮有机物，大多数具有抗杀害虫的作用，加之除了含有一定的氮磷钾成分外，也将原来生物质所具有的微量元素等保留下来，经过高温强还原以后，构成了特别功能的营养组成，所以提高了植物抗病害能力和满足了作物生长的平衡营养要求。除此之外，也可在有机碳中添加腐殖酸、有益菌等，生成具备其它功能的肥料种类，利用有机碳的特性改善这些添加物质的应用实效。

附图说明

[0021] 下面结合附图和实施例对本专利进行详细的说明，其中：

[0022] 图1为有机碳生态缓释肥生产装置示意图。

具体实施方式

[0023] 本发明提供的有机碳生态缓释肥，其由下列重量百分含量的原料配置而成：尿素5～25%、碳铵1～5%、磷酸二氢钾0～5%、碳酸钙0～10%、硫酸钾5～15%、过磷酸钙5～
30%、腐殖酸5～10%、高岭土或坡缕石粉0～10%、微量元素复合剂0～1%、粘合剂0～3%、有机碳10～35%。

[0024] 本发明中含有的氮、磷、钾元素是为了补充植物所需的三大成分，所需量与土壤成分及其特定植物特定时期的生长需要有关。

[0025] 其中，腐殖酸是利用天然植物通过生物发酵的方法生产的腐殖酸，是个混合物，以黄腐质酸为主。也可以是任何种类的腐质酸，要求可溶性综合腐质酸含量越高越好，含量一般不低于20%。

[0026] 坡缕石是一种层链状结构的含水富镁铝硅酸粘土矿物。

[0027] 微量元素如硼、镁、铜等等是植物生长必需的但需量很少的元素，通过热解垃圾中的天然动植物，保留其含有的微量元素，再配以一定的腐质酸螯合剂增加流动性，达到复合的目的。复合剂也不固定，通常不需要外加，但如遇到特定植物的需要时，加入少量硼、锌、镁的可溶性盐作为复合剂。

[0028] 有机碳包括有机物、该有机物重量的1～5%的石灰粉、该有机物重量的0～0.1%的氢氧化钾。有机物可以是生活垃圾中的有机物质、农林业废弃物、餐饮垃圾中的至少一种。

[0029] 本发明优选实施例，尿素20%、碳铵1%、碳酸钙3.5%、硫酸钾15%、过磷酸钙30%、腐殖酸5%、坡缕石粉10%、聚乙烯醇0.5%、有机碳15%。其中，有机碳包括有机物、该有机物质重量的4%的石灰粉。

[0030] 如表1所示，例举了本发明另外四个实施例的重量配比表[单位：重量百分比]，即通过各组分不同的取量值，混合配制成所需的有机碳生态缓释肥。

[0031] 表1

[0032]

[0033] 本发明的制备方法，请参见图1，步骤如下：

[0034] 步骤1：物料预处理与配制

[0035] 将生活垃圾、各类农林业废弃物、餐饮垃圾等废料中的砖石、金属、玻璃等分选出去，留下的有机物粉碎后作为原料，以选择的处理速度连续进到料斗1中，如果物料含水率过高，则需通过脱水或干燥。控制在≤65%的含水率。再根据需要，选择好配比，将占有机物重量的1～5%的石灰粉、占有机物重量的0～0.1%的氢氧化钾倒入料斗1中进行混合。混合物料在电机2的驱动下，由螺旋绞刀输送器3送入热裂解反应釜4。

[0036] 优选实例中，将分选出来的有机物通过粉碎到<2厘米的尺寸，再经螺旋压榨后，以5吨/小时的处理量，加入有机物处理量的4%的石灰粉到料斗1中（氢氧化钾为零），再由螺旋绞刀混合输送到热裂解反应釜4中。

[0037] 步骤2热裂解

[0038] 混合物料进入到热裂解反应釜4进行热裂解反应。釜内反应温度为500℃～800℃、压力为常压，热源5提供所需热量以保持等温状态。混合物料在该反应条件下，迅速热裂解并生成可燃气、蒸汽、有机碳和其它有机产物，所有产物都随气流通过热裂解反应釜
4顶部的开口排出反应釜。

[0039] 步骤3产物分离

[0040] 由热裂解炉4顶部管口排出的气流通过三级高温旋流分选器6，将有机碳粉和燃气等气体分开：气体由三级高温旋流分选器6顶部的管道7排出后，经冷凝塔15分出冷凝液体再经过油水分离器16进行分离，分离出来的水由分离器16下部的出口18回收、分离出来的液态油由分离器16上部的出口19导出后储藏。可燃气由冷凝塔15的上部直接排出并储存到气罐17中。分离出来的有机碳，直接从三级高温旋流分选器6下部的开口排入到混配料装置9中。

[0041] 步骤4配料

[0042] 通过混配料装置9中的配料口10，根据选定配比，加入尿素5～25%、碳铵1～5%、磷酸二氢钾0～5%、碳酸钙0～10%、硫酸钾5～15%、过磷酸钙5～30%、腐殖酸5～10%、高岭土或坡缕石粉0～10%、微量元素复合剂0～-1%、粘合剂0～3%，余量为有机碳占10-～35%。混配料装置9在电机8的驱动下，将所有物料碾磨混合均匀后，送入造粒机11中造粒。

[0043] 优选实施例中，加入粉末尿素20%、碳铵0.5%、碳酸钙4%、硫酸钾15%、过磷酸钙30%、腐殖酸5%、凹凸棒10%,其中有机碳占15%，当碾磨混合完成后，在物料出口时，喷撒聚乙烯醇溶液（w/w5%--重量百分数，如5克聚乙烯醇和95克水配成的溶液）0.5%，然后所有物料被送入造粒机11中造粒。

[0044] 步骤5造粒、包装

[0045] 均匀混合的物料进入造粒机11后，通过造粒机11滚动或压膜做成一定尺寸和形状的固体颗粒，出料前在热风的流动中干燥而控制含水率，最后颗粒流出到传送带12并送入产品料斗13进行包装，通过电子秤自动包装机14完成最后的产品包装。

[0046] 优选实施例中，造粒机11采用滚筒造粒设备，生产3～5mm直径的圆球颗粒、含水率小于有机无机混肥标准要求的5%。

[0047] 本发明中的有机碳是独特的成分，对植物的作用也是不可替代的，既有有机肥的特性，又能增加透气、保湿等其它性能，实际综合功效十分显著。有机碳的作用见下表：

[0048] 表2不同土壤种植物茎叶中的总氮含量

[0049]

[0050] ·S:土壤;P:植物;B:空白;F:化肥;C:有机碳;R:萝卜;F:花木;G:草本[0051] 表2数据说明有机碳可有效地促进植物的发育（总氮含量），尤其对于贫瘠土壤种植件。

[0052] 表3植物根部周围土壤中总氮含量

[0053]

[0054] 表3数据显示，加有机碳的土壤防流失、保肥能力明显提高，且随有机碳含量的提高而增加。

[0055] 本发明通过无氧热裂解的方法制备具有特定结构的有机碳，并将之作为重要的功能材料用于生产一种高效生态有机无机复混缓释肥，这不仅提高了固废无害化资源化水平，而且资源高附加值的产出比大为提高。本发明能够很大程度地改善农业生产过程中用肥的效率和环境的保护等多种作用，建立起可持续的良性碳循环生态链。