有機礦質肥料的生產方法

2023-05-31 21:27:21

專利名稱：有機礦質肥料的生產方法
有機礦質肥料的生產方法發明領域本發明涉及用於使用糖和酒精生產的副產品來生產有機礦質肥料的方法。
背景技術：
現有技術包括一種生產方法，其中的用於獲取有機礦質肥料顆粒(OMF)的原材料 包括糖和酒精生產的副產品，它們富含礦物質和有機物，定義為酒糟、濾餅和鍋爐灰，它們 被混合到主要營養成分，如氮(N)、磷(P)和鉀(K)；次要營養成分，如鈣(Ca)、鎂(Mg)和 硫(S)；微量營養元素，如硼(B)、氯(Cl)、銅(Cu)、鐵0 )、錳(Mn)、鉬(Mo)、鋅(Zn)和鈷 (Co)。基爾(KIEHL)詳盡表徵了有機礦質肥料的定義(KIEHL，E. J.，《有機肥料》，第 134-135頁，CERES Ltda.出版社，聖保羅，巴西，1985年)。該作者認為源於植物和動物 的每一產品的有機肥料在以適當的量、季節和方式使用到土壤中時，促進了土壤的物理、化 學、物理化學和生物特性的改良，實現了對不利的化學反應或過量毒素的校正，以足夠的量 為根部提供營養來生產高品質的可盈利的作物，而沒有造成對土壤、莊園或環境的破壞。在 巴西，根據1982年2月18號的第86955號法令，有機肥料是源於植物或動物，分類如下簡單的有機肥料-源於植物或動物、含有一種或多種植物營養成分的肥料。有機礦質肥料-通過混合或組合有機和礦質肥料的混合物而產生的肥料。複合肥料-通過自然或控制的生化工藝用植物或動物的殘留物的混合物而獲得 的肥料。為了更好地理解糖和酒精工業複合物中的有機礦質肥料(OMF)的主要成分的生 成，下面說食糖和酒精製造工藝的主要步驟。用於生產糖、酒精及副產品(濾餅、鍋爐灰、酒糟、含碳氣體和燃氣)的常規工藝包 括如下步驟。將莊園中的人工或機械收割的甘蔗送到工廠，在那裡被清洗(通過幹法或溼 法)，然後進行準備工藝，在那裡被切碎、分離纖維，進行提取，這可在多級(一般為4至6) 逆流式車間中進行，在那裡，甘蔗在最後級或在洗料器(在巴西不是很常見)中接收添加的 水。這個初始工藝產生甘蔗渣，甘蔗渣被送到(中等壓力或高壓力)鍋爐中燃燒以產生蒸 汽和電能。甘蔗渣燃燒所產生的材料是指灰和燃氣。提取的混合汁被送去物理化學處理， 生產糖和/或酒精，這取決於車間是混合式工廠(生產糖和酒精)還是自主式酒廠(僅生 產酒精)。在混合式工廠中，一般約50%的處理的甘蔗被送到到糖生產廠，50%被送去生產 酒精。送去生產酒精的汁經過特定的物理化學處理，和生產糖所產生的廢的最終排出糖 汁(母液)一起被送到發酵容器。這種混合物(稱作麥芽汁(must))在使用酵母(釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae))的攪拌罐(槽)中經歷了酒精發酵過程，它生成含有6%至11 %的乙醇的發 酵麥芽汁。作為發酵過程中的副產品，它還產生相對於乙醇為1 1的質量的含碳氣體和 在後面的蒸餾步驟分離的雜醇油(按質量小於1%)。所產生的發酵麥芽汁隨後進行離心過濾，在那裡酵母被分離和回收，含有乙醇的酒被送去蒸餾。隨後，通常將酒與蒸餾塔中的 蒸汽直接接觸，產生兩股料流塔頂的乙醇料流和塔底的酒糟料流。由於利用蒸氣與酒直接 接觸，在酒糟中發生了冷凝液的加入，取決於酒的酒精度，產生的體積可以為酒精體積的約 10-14倍。也還存在著通過非直接接觸的蒸餾工藝，它產生較小的酒糟量，為酒精體積的約 6到8倍。送到製糖廠的混合汁在分離片型篩(cush-cush type screen)(和/或轉筒篩)中 進行甘蔗渣的分離操作，被加熱到約40°C，傳送到亞硫酸步驟(通常在柱子或水力噴射器 中)，其中，通過添加由燃燒器中的硫燃燒所產生的二氧化硫，它的PH值被降到約4. 0-4.5。在亞硫酸化之後，向混合汁加入石灰乳(或葡萄糖二酸鈣，其中PH值升高到約 7. 0-7. 2。石灰處理的(或加增味劑後的)汁然後被加熱至約105°C，隨後經歷了去除溶解 氣體的蒸發工藝(「閃蒸氣室」)，加入絮凝劑(通常為聚丙烯醯胺聚電解質)，並隨後傳送 給(帶或不帶託盤的)靜態傾析器中的傾析。這一操作也普遍被稱作澄清法。從澄清工 藝的得到兩個料流淤泥料流和澄清汁料流。淤泥在加了甘蔗渣(一種「天然過濾裝置」) 後，接收石灰乳和最後是聚電解質的添加，然後在真空轉筒過濾器或壓帶過濾器中過濾，從 而生成了在農業中使用的濾餅和重新進行到工藝的過濾汁。所得的澄清汁被送到多效真空蒸發器(通常是有4或5級的羅伯特型蒸發器)中 蒸發，生成具有約65°糖度的濃度的被稱作糖漿的濃縮汁。在第一蒸發級(通常是稱為預蒸發)，產生的蒸汽(Vl)用在蒸髮結晶、加熱混合汁 和酒精生產中的蒸餾的操作中。在蒸發中得到的糖漿被送到後面結晶步驟，它是在帶有兩個或三個物料(mass) 的系統中的真空壓延機型蒸髮結晶器中進行的。一般來說，常規的結晶工藝需要3至5個小時，由此獲得的晶體物被送到裝有冷卻 套的臥式結晶器，直到達到環境溫度為止。然後，將最終物料在底部卸料離心機中離心循環，其中晶體在使用水和蒸汽洗滌 後，進行乾躁和裝袋步驟。在離心機中獲得的流出的糖漿在蒸煮操作中再利用以得到第二糖(糖B或糖糊) 和最後得到第三糖(糖C或糖糊)，它們也在第一製糖工藝中再循環。源於帶有兩個物料的 系統中的糖B或源於物料C的終端糖漿(糖漿)與分離用來生產酒精的汁的一部分一起被 送到酒精製造廠。對於有機礦質肥料的生產，除糖和酒精工業綜合企業的副產品外，作為主要和次 要的大量營養元素和微量營養元素，可使用如下所述的商業化合物。作為氮源，可以使用從無水氨、氨水、硝酸銨、硝酸銨鈣(硝酸鈣)、硫酸銨、硫 酸·硝酸銨、氰氨化鈣、硝酸鈉、尿素和脲甲醛中選擇的化合物中的至少一種；作為磷源，可以使用從鹼性熔渣、骨粉、磷酸、磷酸鹽巖、磷精礦(phosphatic concentrate)、單過 舞酸 I丐(single superphosphate)、三重過 舞酸 I丐(triple super phosphate)和過(super)磷酸中選擇的化合物中的至少一種；作為鉀源，可以使用從氯化鉀(muriate)、碳酸鉀、雙鉀鎂硫酸鹽和硫酸鉀中選擇 的化合物中的至少一種；
作為氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫和其它微量營養元素的混合物的源，可以使用 從含銨過磷酸鹽、硝磷酸銨、硫硝酸銨、棉籽殼灰、磷酸二銨、磷酸一銨、硝酸磷肥 (nitro-phosphate)、硝酸鈉和鉀、木灰、鹼性高爐熔渣、白雲石、石膏、硫酸鎂石、石灰、磺基 石灰石(sulphocalcic)溶液、硫酸鎂(愛普生鹽)和硫磺中選擇的化合物中的至少一種。作為鈣源，可以使用從高爐熔渣、方解石石灰、白雲石石灰、石膏、氧化鈣(生石 灰)、氫氧化鈣(熟石灰)、硫酸鈣(磷石膏)、大理石、氰氨化鈣、硝酸鈣、磷酸鹽巖、單過磷 酸鈣和三重過磷酸鈣中選擇的化合物中的至少一種。作為鎂源，可以使用從白雲石石灰、硫酸鎂(瀉鹽)、煅燒的硫酸鎂石、氧化鎂和雙 鉀鎂硫酸鹽中選擇的化合物中的至少一種。作為硫源，可以使用從硫酸銨、硫酸鐵、硫酸銅、硫酸鎂(瀉鹽)、磷石膏、硫酸錳、 單過磷酸鈣、雙鉀鎂硫酸鹽、元素硫、二氧化硫、三重過磷酸鈣和硫酸鋅中選擇的化合物中 的至少一種。作為硼源，可以使用從硼熔塊、硼砂、硼酸、五硼酸鈉(sodiumpentaborate)、四硼 酸鈉(sodium tetraborate)和Solubor (硼砂)中選擇的化合物中的至少一種。作為銅源，可以使用從鹼式硫酸銅、磷酸銅銨、銅螯合物(Na2CuHEDTA)、氯化銅、銅 熔塊、REAX銅、TDHIS銅、Silviplex銅、一水合硫酸銅、五水合硫酸銅、氧化銅、氧化亞銅和 Rayplex銅中選擇的化合物中的至少一種。作為鐵源，可以使用從磷酸鐵銨、多磷酸鐵銨、鐵熔塊、硫酸鐵、硫酸亞鐵、鐵螯合 物(NaFeEDTA 或 FeHEDTA)、Reax 鐵、TDHIS 鐵、Silviplex 鐵和 Rayplex 鐵中選擇的化合物 中的至少一種。作為錳源，可以使用從錳螯合物(MnEDTA)、Reax錳(MnMPP)、TDHIS錳(MnPP)、 Silviplex錳(MnMPPP)、硫酸錳、錳熔塊、氧化錳和RaypIex錳(MnPF)中選擇的化合物中的至少一種。作為鉬源，可以使用從鉬酸鈉、三氧化鉬和鉬酸銨中選擇的化合物中的至少一種。作為鋅源，可以使用從碳酸鋅、鋅螯合物(Na2SiEDTA或NaSiHEDTA)、氧化鋅、Reax 鋅(SiMPP) ,TDHIS 鋅(ZnPP) ,Silviplex 鋅(SiMPPP)、硫酸鋅和 Rayplex 鋅(ZnPF)中選擇 的化合物中的至少一種。有機物對土壤的性質與生產力的益處基爾(KIEHL，E. J.，《有機肥料》，第27-84 頁，CERES Ltda.出版社，1985年)將土壤生產力與三個基本因素氣候、土壤的物理性質 與土壤的化學或肥沃性性質的總和關聯起來。氣候被認為是最重要的因素，也最難以控制； 物理和化學條件分別是考慮的第二和第三因素，因為它們更容易控制。因此，除了氣候因素 外，其它因素可以通過土壤性質中的有機物的行為而顯著改變，所述有機物是有機物肥料 (OMF)的主要成分。在土壤中施用的有機物對土壤性質具有積極的作用，如物理性質表觀密度，結構，通風和排水，保水，一致性。化學件質營養供給(主要的和次要的常量和微量營養元素)，有毒物質的校正， PH值和緩衝能力。物理化學性質營養吸附，離子變化能力，比表面積。牛物學件質它們有利於對有機物(細菌、真菌、放線菌和藻類)的降解負責的微4/10 頁生物的成長。由於其產量和其有機物及礦物質含量(富含氮、磷和主要是鉀)，根據上面的說明 所得到的這些副產品具有作為農業-工業使用的原料的高潛力。儘管有在農業中有益使用的大的潛力，以諸如在糖和酒精生產工藝中所得的形式 應用這些副產品可能對環境有害，而不是經濟上的好處。例如，酒糟是提供了施肥作用或汙 染作用將取決於其形態、施用地點和施用的量。通過從種群等價(population equivalent)角度來分析，由甘蔗糖蜜生產120立 方米乙醇/天的酒廠具有來自有機物含量的潛在的汙染，相當於695. 000個居民帶來的汙染。 在作物點施用酒糟需要特別注意無機鹽的含量。取決於土壤類型，密集的酒糟施用可以引起對土壤的暫時或永久的破壞，甚至汙 染地下水。湖塘中的酒糟存儲導致了有糞便物隨之形成的快速微生物分解，這引起強烈的 難聞的氣味。為施用這些副產品，應考慮一些因素，諸如-絕大多數工廠沒有在環境方面適當的酒糟運輸和分配系統，它們的改造需要新 的投資和技術改造。如今，在某些地區，有地下水汙染的大危險；-在巴西聖保羅的最大的酒精生產中心坐落在本國最大的地下水保護區之一-包 魯和瓜拉尼蓄水層上。在聖保羅州的稱作補給區的地區，兩個蓄水層都在很大程度上暴露 出來，非常接近土壤表面；-許多工廠都位於靠近溪水和永久保護區處；-維持現有發展水平，酒糟量在未來的十年將增加一倍；-運輸大量的在該工藝中獲得的酒糟超過生產中心25公裡的距離顯著地提高了 運輸和分配成本；-大多數運輸和分配系統使用以石油為基礎的不可再生的能源；-對土壤施用酒糟有一極限，超過此極限則不利地改變其性質，導致土壤鹽鹼化和 地下水汙染、以及需要不斷改變區域。在諸如聖保羅的州，取決於地區、土壤類型和酒糟組 成的鉀含量，由預先確定的施用酒糟的限制(CETESB-聖保羅州環境衛生技術公司-規定 P4. 231)。為了對巴西的糖和酒精產業所涉及的生產量有一個概念，根據DATAGR0(巴西的 一家私有甘蔗諮詢集團)，在2006/2007收穫年度，在運行的325個單位中，在5，340，000公 頃(巴西的8. 8%的農業面積)的面積上種植了 426，613，891噸的甘蔗，生產了 17，850，646 立方米的生物乙醇和30，606，677噸的糖。關於酒精生產，可以預見，對於主要副產品-酒糟，相關的生產量10至14倍於生 物乙醇產量，這允許估值為約180至200百萬立方米/年的量。在濾餅和灰的情況下，所產生的量更小，分別為1. 5至4. 0千克/頓甘蔗和35-40千克/噸甘蔗。下面的表1、2、3示出了酒糟、濾餅和灰的通常的基本組成。表1示出了在聯合甘蔗工廠即既生產糖又生產酒精的工廠中產生的濾餅的基本 組成。
表 1
權利要求
1.一種生產有機礦物肥(OMF)的方法，所述有機礦物肥包含用甘蔗進行糖和酒精生產 所形成的酒糟和濾餅副產品，其特徵在於，所述方法包括下列步驟i-通過蒸發從酒精製造工藝中形成的酒糟中所含的一部分水，將所述酒糟進行濃縮；ii_通過機械工藝和通過乾躁工藝，對在糖和/或酒精生產工藝中所得的濾餅進行去 除其中所含的一部分水的操作；iii-在機械攪拌機中，用所述濃縮的酒糟浸漬在步驟(ii)中得到的濾餅；和 使在步驟(iii)中所得的混合物乾躁和造粒，去除其中所含的一部分水。
2.根據權利要求1的方法，其特徵在於，使所述酒糟濃縮到10%(ρ/ρ)到65% (ρ/ρ) 的乾物質，優選為65% (ρ/ρ)的值。
3.根據權利要求1的方法，其特徵在於，使所述濾餅脫水/乾躁到水分在2%和70% (ρ/ρ)之間、優選為2%m 30%之間、更優選為10%和20% (ρ/ρ)之間。
4.根據權利要求1的方法，其特徵在於，在步驟(ii)中，向所述濾餅加入通過燃燒甘蔗 渣和/或甘蔗細秸稈所獲得的鍋爐灰。
5.根據權利要求4的方法，其特徵在於，將由濾餅和鍋爐灰組成的混合物脫水/乾躁到 水分在5%和70% (ρ/ρ)之間、優選為5%和20%之間、更優選為10%和12% (ρ/ρ)之間。
6.根據權利要求4的方法，其特徵在於，在步驟(iii)中，向由濾餅、灰和濃縮酒槽組 成的混合物添加肥料複合物，所述肥料複合物基於主要大量營養元素(N、P和K)，優選為基 於主要大量營養元素(N、P、K)和次要大量營養元素(Ca、Mg和S)，更優選為基於主要大量 營養元素(N、P和K)、次要大量營養元素(Ca、Mg和S)以及微量營養元素(Si、Fe、Cu、Cl、 Bo、Mn、Mo)，以獲得足以滿足事先設計的農業應用的劑型。
7.根據權利要求1的方法，其特徵在於，在步驟(iii)中，向濾餅和濃縮酒槽中添加肥 料複合物，所述肥料複合物基於主要大量營養元素(N、P和K)，優選基於主要大量營養元素 (N、P、K)和次要大量營養元素(Ca、Mg和S)，更優選基於主要大量營養元素(N、P和K)、次 要大量營養元素(Ca、Mg和S)以及微量營養元素(Zn、Fe、Cu、Cl、Bo、Mn和Mo)，以獲得足 以滿足事先設計的農業應用的劑型。
8.根據權利要求6或7的方法，其特徵在於，所用的氮源包括從無水氨、氨水、硝酸銨、 硝酸銨鈣(硝酸鈣)、硫酸銨、硫酸 硝酸銨、氰氨化鈣、硝酸鈉、尿素和脲甲醛中選擇的化合 物中的至少一種。
9.根據權利要求6或7的方法，其特徵在於，所用的磷源包括從鹼性熔渣、骨粉、磷酸、 磷酸鹽巖、磷精礦、單過磷酸鈣、三重過磷酸鈣和過磷酸中選擇的化合物中的至少一種。
10.根據權利要求6或7的方法，其特徵在於，所用的鉀源包括從氯化鉀(muriate)、碳 酸鉀、雙鉀鎂硫酸鹽和硫酸鉀中選擇的化合物中的至少一種。
11.根據權利要求6或7的方法，其特徵在於，所用的氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫源和其它微量 營養元素包括從含銨過磷酸鈣、硝磷酸銨、硫硝酸銨、棉籽殼灰、磷酸二銨、磷酸一銨、硝酸 磷肥、硝酸鈉和鉀、木灰、鹼性高爐熔渣、白雲石、石膏、硫酸鎂石、石灰、磺基石灰石溶液、硫 酸鎂(愛普生鹽)和硫磺中選擇的化合物中的至少一種。
12.根據權利要求6或7的方法，其特徵在於，所用的鈣源包括從高爐熔渣、方解石石 灰、白雲石石灰、石膏、氧化鈣(生石灰)、氫氧化鈣(熟石灰)、硫酸鈣(磷石膏)、大理石、 氰氨化鈣、硝酸鈣、磷酸鹽巖、單過磷酸鈣和三重過磷酸鈣中選擇的化合物中的至少一種。
13.根據權利要求6或7的方法，其特徵在於，所用的鎂源包括從白雲石石灰、硫酸鎂 (瀉鹽)、煅燒的硫酸鎂石、氧化鎂和雙鉀鎂硫酸鹽中選擇的化合物中的至少一種。
14.根據權利要求6或7的方法，其特徵在於，所用的硫源包括從硫酸銨、硫酸鐵、硫酸 銅、硫酸鎂(瀉鹽)、磷石膏、硫酸錳、單過磷酸鈣、雙鉀鎂硫酸鹽、元素硫、二氧化硫、三重過 磷酸鈣和硫酸鋅中選擇的化合物中的至少一種。
15.根據權利要求6或7的方法，其特徵在於，所用的硼源包括從硼熔塊、硼砂、硼酸、五 硼酸鈉、四硼酸鈉和Solubor(硼砂)中選擇的化合物中的至少一種。
16.根據權利要求6或7的方法，其特徵在於，所用的銅源包括從鹼式硫酸銅、磷酸銅 銨、銅螯合物(Na2Cu HEDTA)、氯化銅、銅熔塊、REAX銅、TDHIS銅、Silviplex銅、一水合硫酸 銅、五水合硫酸銅、氧化銅、氧化亞銅和Rayplex銅中選擇的化合物中的至少一種。
17.根據權利要求6或7的方法，其特徵在於，所用的鐵源包括從磷酸鐵銨、多磷酸 鐵銨、鐵熔塊、硫酸鐵、硫酸亞鐵、鐵螯合物(NaFeEDTA或i^eHEDTA)、Reax鐵、THIS鐵、 Silviplex鐵和Rayplex鐵中選擇的化合物中的至少一種。
18.根據權利要求6或7的方法，其特徵在於，所用的錳源包括從錳螯合物(MnEDTA)、 REAX 錳(MnMPP)、TDHIS 錳(MnPP)、Silviplex 錳(MnMPPP)、硫酸錳、錳熔塊、氧化錳和 Rayplex錳(MnPF)中選擇的化合物中的至少一種。
19.根據權利要求6或7的方法，其特徵在於，所用的鉬源包括從鉬酸鈉、三氧化鉬和鉬 酸銨中選擇的化合物中的至少一種。
20.根據權利要求6或7的方法，其特徵在於，所用的鋅源包括從碳酸鋅、鋅螯合 物(Na2ZnEDTA 或 NaZnHEDTA)、氧化鋅、REAX 鋅(ZnMPP)、TDHIS 鋅(ZnPP)，Silviplex 鋅 (SiMPPP)、硫酸鋅和Rayplex鋅(ZnPF)中選擇的化合物中的至少一種。
21.根據權利要求6或7的方法，其特徵在於，向有機礦質肥料加氮源是通過加入由工 業氨和碳酸氣間的反應所獲得的碳酸銨而實現的，所述碳酸氣來自可發酵含糖化合物的酒 精發酵，優選來自甘蔗、甜菜、玉米和高粱，更優選為來自甘蔗或甜菜，更優選為來自甘蔗。
22.根據權利要求6的方法，其特徵在於，OMF組分的乾躁/混合以如下順序進行混 合鍋爐灰到溼濾餅中；脫水/乾躁濾餅和灰的混合物；將大量營養元素和微量營養元素加 到濃縮的酒糟中；將濾餅和幹灰與包含大量營養元素和微量營養元素的濃縮酒糟混合；之 後，乾躁所得混合物。
23.根據權利要求22的方法，其特徵在於，濾餅和鍋爐灰的混合物以及最終的混合物 的乾躁是在單級或幾個級中實施的，乾躁氣體以平行流或交錯流流動，且優選在流化床型 乾躁器或振動-流化型乾躁器或噴動床乾躁器或轉鼓式乾躁器或渦輪乾燥器中。
24.根據權利要求1的方法，其特徵在於，所述酒糟通過帶有一系列在真空中級聯操作 的蒸發器的系統而濃縮，例如在降膜或湍流溼氣蒸發器中，使用蒸汽作為加熱源。
25.根據權利要求21的方法，其特徵在於，在酒糟的一效蒸發中使用的蒸汽是源自預 蒸發器或用於甘蔗汁的二效和三效蒸發排出的蒸汽或植物蒸氣。
26.根據權利要求21的方法，其特徵在於，酒糟的一效蒸發是用來自濾餅和酒糟混合 物的乾躁的氣體流出物進行的。
27.根據權利要求1的方法，其特徵在於，用於乾躁任選地含有灰和肥料混合物的濾餅 和酒糟的混合物的氣體由源自甘蔗渣和/或細秸稈燃燒的氣體和/或從鍋爐煙囪排放的氣體組成。
全文摘要
本發明涉及一種用於由作為糖和/或酒精製造的副產品的酒糟、濾餅和一般是鍋爐灰和任選地補充由大量營養元素(主和次要)和微量營養元素組成的肥料源來生產有機礦物肥的方法。在本發明的一個優選實施方案中，本方法包括步驟濃縮所述酒糟，直至達到約65％(p/p)的固體為止；在所述濃縮的酒糟中混合和溶解所述肥料成分；混合和在熱氣流中乾躁所述濾餅和灰，熱氣流是通過燃燒甘蔗渣或細秸稈獲得的；用所述濃縮的酒糟混合物和添加的肥料添加劑浸漬該乾躁的混合物；以及，最後，乾躁和造粒最終配製的混合物。最終產品是顆粒狀固體，根據先前制定的配方，含有N、P、K、Ca、S、Mg和微量營養元素。在本發明的另一形式中，進行相同的過程，但沒有加肥料成分。
文檔編號C05F5/00GK102056865SQ200980121434
公開日2011年5月11日 申請日期2009年4月20日 優先權日2008年4月23日
發明者A·R·P·凱撒, F·C·博斯卡裡奧, J·R·P·恰姆貝裡, M·N·D·A·谷蓋爾, P·E·曼泰拉託 申請人:德迪尼基礎工業公司