Способ получения биотоплива из растительного сырья и устройство для его осуществления
METHOD FOR PRODUCING BIOFUEL FROM VEGETABLE RAW MATERIAL AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и ресурсосбережению, в частности к альтернативным энергетическим ресурсам, используемых, как для промышленных, так и для бытовых нужд, способу и устройству получения твердых топливных брикетов из опавших листьев и мелкой древесины, а также к выработке биогаза из органических растительных отходов, возможно представляющих и обладающих вредными и опасными свойствами, на почве содержания в них тяжелых металлов, химических, техногенных и биогенных веществ.
Поиск, анализ научных изысканий и разработка способа и устройства по переработке опавших листьев и мелкой древесины в биотопливо велась на базе лаборатории техносферной безопасности кафедры химии и экологии.
Гипотезой научно-технического решения является возможность использования опавших листьев и мелкой древесины в качестве полезного и резервного сырья для получения биотоплива.
В мировой практике есть пример производства такого биотоплива - Британская компания BioFuelsInternationa. При предварительной подсчитанной годовой массе листьев в городе Набережные Челны потенциально возможное количество тепла может составить около 200 тыс. Гкал. Это говорит о том, что использование листьев в качестве сырья для биотоплива экономически целесообразно, так как этим количеством тепла можно обеспечить несколько десяток котельных и дровяных печей.
Известна установка переработки твердых бытовых отходов путем сжигания и температурного обеззараживания [1], состоящая из газогенератора и центрифуги для очистки горючего газа.
Недостатком [1] является то, что установка требует дополнительных затрат на органическое топливо и при этом отсутствует система непрерывной подачи органического топлива и отвода золы, отсутствует система утилизации и обеззараживания органических веществ и использование попутно образующейся тепловой энергии для получения полезной продукции и при этом не предусмотрены технологические датчики.
Известна установка переработки древесины в горючий газ в газогенераторе, используя пиролиз [2], состоящий из устройства, предназначенного для термического разложения органических полимеров.
Недостатком [2] является то, что эта установка требует дополнительных затрат на органическое топливо, при этом установка использует пиролиз, превращая древесину в горючий газ, в газогенераторе не контролируется технологические процессы датчиками, не учитывает приемов обеспечения техники безопасности.
Наиболее близким по существу заявляемого изобретения, прототипом, является установка для обеззараживания и утилизации илового осадка очистных сооружений[3], включает газогенератор и центрифугу для очистки горючего газа и оснащена бактерицидной ультрафиолетовой лампой. Предусмотрено устройство для размешивания илового осадка с древесными опилками и опавшими листьями в соотношении 1:1. Устройством просушивается смесь из илового осадка, древесных опилок и опавших листьев и далее шнековым прессом гранулируется просушенная смесь в брикеты. Технологический цикл контролируется датчиками температуры, влажности, давления и определения объема брикетов и золы.
Недостатком прототипа [3] является то, что устройство предназначено только для обеззараживания и утилизации илового осадка очистных сооружений г не имеет конструктивно-технологические элементы для переработки опавших листьев и мелкой древесины в твердое биотопливо.
Целью настоящего предлагаемого технического решения является обеспечение безопасности способа получения твердого биотоплива из растительного сырья и устройство для его осуществления путем контроля влажности, механической прочности, степени теплоемкости и теплоты сгорания и технологией его получения и с обеспечением нужной температуры, давления, согласно стандартным требованиям - ГОСТа. Для получения биотоплива используют термоустановку путем контроля, технологического цикла: температурного, влажностного режима, давления, объема поступающего и выходного материала.
Поставленная цель предлагаемого способа получения твердого биотоплива из растительного сырья достигается с помощью использования термоустановки, которая направлена на повышение эффективности прилипания листьев к мелкой древесине путем подержания их соотношения в массовом отношении 1:2 и выдержкой в термоустановке температуры в пределах 80-100°С.
Устройство для получения твердого биотоплива из растительного сырья согласно предложенного способа имеет компрессор, как всасывающий узел, сепаратор для очистки мелкой древесины и опавших листьев от посторонних примесей, для нагревания и поддержания температуры в пределах 80-100°С устройство оснащено термоустановкой, а для повышения безопасности и эффективности дополнительно оснащено установкой для размешивания мелкой древесины и листьев прессующим шнеком и дополнено функционально связующим, регулирующим и комплектующим узлом: для регулирования получения твердого биотоплива из растительного сырья установлены цифровые информационные датчики: влажности смеси листьев и мелкой древесины, температуры и давления, а для передачи их параметров предусмотрена приставка, передающая их в регистрирующее устройство оператора-компьютера.
Дополнением к поставленной цели предлагаемого способа получения твердого биотоплива и устройства его осуществления является и включение в технологический процесс конструктивно зависимых последовательно функционирующих элементов: уборочной техники листьев, емкости для хранения листьев, компрессора (вытяжного насоса) как всасывающего узла, сепаратора для очистки мелкой древесины и опавших листьев от посторонних примесей,  резного устройства для измельчения мелкой древесины с листьями, термоустановки с температурным датчиком, транспортера для подачи сырья; прессующего шнека, универсального цифрового датчика для контроля технологических параметров, датчика для определения влажности сырья (листьев и мелкой древесины), датчика для контроля давления в технологической системе (узлах), температурного датчика, цифрового датчика для оценки качества характеристики брикетов; приставки для передачи данных датчиков, компьютера-оператора.
Сущность заявляемого технического решения поясняется схемой, на которой изображено устройство для получения твердого биотоплива из растительного сырья, где указаны технологические элементы: 1 - уборочная техника листьев, 2 - емкость для хранения листьев, 3 - вытяжной насос, 4 - сепаратор для очистки мелкой древесины и опавших листьев от посторонних примесей, 5 - резное устройство для измельчения мелкой древесины с листьями, 6 - термоустановка (термостат) с температурным датчиком, 7 - транспортер для подачи сырья, 8 - прессующий шнек, 9 - универсальный цифровой датчик для контроля технологических параметров, 10 - датчик влажности листьев и мелкой древесины, 11 - датчик давления, 12 - датчик  температуры, 13 - цифровой датчик для характеристики брикетов, 14 - приставка для передачи данных персональных датчиков и универсального датчика, 15 -компьютер-оператор.
Устройство работает следующим образом. Опавшие листья собираются с помощью уборочной техники 1 в емкость для хранения 2. Далее с помощью вытяжного воздушного насоса, то есть втягующего компрессора, как всасывающий узел 3 листья подаются в сепаратор для очистки мелкой древесины и опавших листьев от посторонних примесей 4. После очистки растительного сырья переходит в резное устройство для измельчения мелкой древесины с листьями 5. Измельченная однородная масса подается с помощью транспортера 7 в термостат с температурным датчиком для поддержания нужной температуры 6. Полученная смесь просушивается в установке за счет полученного тепла в процессе термостате. И далее, измельченная древесно-листовая смесь гранулируется в шнековом прессе 8 в брикеты, которые размещают в термостат для приготовления брикетов. Датчики, контролирующие технологический процесс, расположены последовательно в конструктивно функциональных узлах устройства: 9,10,11,12,13,14,15. Термоустановка работает за счет образованных брикетов на автоматическом термическом режиме, температура внутри установки контролируется датчиком 12 и при этом, часть вырабатываемого горючего газа, около 50 процентов, идет на собственное поддержание процесса выработки тепла, в среднем 80-100 градусов по Цельсию. Притермическом процессе в термостате образуется тепловая энергия, которая используется с целью повышения его эффективности прилипания листьев к древесине и усиления образования брикетов. Комплекс завершающих технологических процессов в способе получения биотоплива в устройстве контролируется с помощью универсального цифрового датчик для обеспечения техносферной и пожарной безопасности 9. Если появится не сгоревшая масса в устройстве, то она удаляется с помощью средства выброса, после определения качества цифровым датчиком для характеристики брикетов 13. В устройстве имеется приставка с регистратором для передачи технологических данных датчиков 14 в компьютер 15.
Предлагаемый способ и устройство удовлетворяет критериям новизны, так как при определении уровня техники не обнаружено средство, которому присущи идентичные (то есть совпадающие по исполняемой ими функции и форме выполнения этих признаков) всем признакам, перечисленным в формуле способа и устройства и включая характеристику назначения.
Заявленное техническое решение можно реализовать в производстве для охраны окружающей среды и ресурсосбережению. Способ и устройство для получения твердых топливных брикетов из опавших листьев и мелкой древесины направлены для обеспечения охраны окружающей среды посредством использования известных стандартных технических устройств и оборудования. Это соответствует критерию «промышленная применимость», предъявляемому к способам и устройствам.
Использованные источники:
1. Бикбау М.Я., Луговкина В.Н. Комплексная переработка твердых бытовых отходов. - М.: ОАО "Московский институт материаловедения и эффективных технологий", 2006.
2. Мадорский С.Термическое разложение органических полимеров. - М: Мир, 1967.- 328 с.
3. Патент РФ №172829, МПК C02F 11/10, C02F 11/12, F2G 7/00. Устройство для обеззараживания и утилизации илового осадка очистных сооружений. Приоритет от 09.03.2016., Опубликовано 26.07.2017. Бюл. №21.