КОМПЛЕКС ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ РАСТИТЕЛЬНОЙ БИОМАССЫ

Полезная модель относится к оборудованию для получения продукции, тепла и электроэнергии из непищевой растительной биомассы естественной влажности и может быть использована на автономных хозяйственных и социальных объектах, преимущественно сельскохозяйственного и лесопромышленного комплексов.
Известен технологический комплекс для производства продукции, тепла и электроэнергии, содержащий модульный участок переработки сырья, снабженный фракционатором и по крайней мере, двумя параллельно установленными и связанными между собой через фракционатор линиями переработки сырья для крупнодисперсных фракций (первая линия) и мелкой фракции (вторая линия). Первая линия содержит последовательно установленные и связанные между собой посредством трубопроводов и транспортеров центрифугу, многоматричный пресс, ленточную сушилку и фасовочно-упаковочный модуль. Вторая линия содержит последовательно установленные и связанные между собой центрифугу, экструдер с фильерами-насадками, барабанную сушилку и фасовочно-упаковочный модуль. Фасовочно-упаковочные модули линий связаны со складом отходов, а последний связан с газогенератором для пиролизного сжигания некондиционной продукции, связанным с модулем для преобразования тепловой энергии в электрическую. Тепловая энергия, полученная при пиролизе, направляется потребителю или используется для нужд комплекса.
В модуле переработки сырья размещен насос с измельчителем. Пресс первой линии оснащен матрицами различной геометрической формы, позволяющие формовать плиты, субстрактные блоки и пр. Насадки-фильеры экструдера второй линии позволяют формировать фрагменты продукции диаметром 5-7 мм и длиной 10-15 мм для удобрений, топливных энергопеллет, сорбентов-поглотителей, и диаметром 25-30 мм и длиной 50-60 мм для производства топливных брикетов - биотоплива.
(см. патент РФ №2295556, кл. C10F 5/04, 2007 г.).
В результате анализа выполнения данного технологического комплекса необходимо отметить, что он обеспечивает практически безотходную переработку сырья с получением широкой гаммы продукции, тепловой и электрической энергии.
Однако жесткая ориентация комплекса на две линии, работающие параллельно, снижает его технологические возможности, а кроме того, практически невозможно регулировать производительность линий, так как количество подаваемого на нее для переработки сырья зависит от соотношения частиц измельченного сырья, которые по размерам разделяет фракционер и подает на каждую из линий, то есть количество подаваемого на входы линий сырья постоянно меняется, что снижает производительность комплекса и приводит к необходимости иметь специальные резервные емкости с сырьем. Комплекс занимает довольно большую площадь.
Известна установка для переработки минерального органосодержащего сырья, содержащая загрузочный бункер, выход которого соединен со шнеком-дозатором. Выход шнека-дозатора соединен со шнеком-распределителем. Установка также содержит выполненный в виде барабанной шаровой мельницы реактор. Внутри реактора по его оси размещен центральный приводной вал, на котором закреплены перемешивающие лопасти. Лопасти установлены под углом к оси вала, обеспечивая тем самым при их вращении перемещение содержимого реактора вдоль его оси к выходному окну. Под выходным окном установлена горелка блока обжига твердого минерального продукта. Вдоль реактора установлены горелки блока нагрева исходного сырья. Выходное окно сообщено со шнеком блока выгрузки твердого минерального продукта.
Полость реактора сообщена с источником подачи инертного газа (азота), с дымовой трубой, с боком конденсации и разделения парогазовой фракции, выполненным в виде двух последовательно соединенных циклонов-сепараторов, выход одного из которых через компрессор и узел заправки соединен с баллонами. Загрузочный бункер и шнек-дозатор снабжены камерами подогрева, а на циклонах-сепараторах и на патрубке вывода отожженного твердого минерального продукта установлены рубашки охлаждения, соединенные с системой охлаждения.
В процессе работы установки исходное сырье, например, биомассу, загружают в загрузочный бункер, полость реактора заполняют инертным газом. Включают подогрев загрузочного бункера и устройство перемешивания в нем сырья. Прогретое и взрыхленное мешалкой сырье из загрузочного бункера шнеками, в которых
осуществляется испарение влаги, подают кусками внутрь шаровой мельницы, где оно измельчается и нагревается до температуры пиролиза. Пиролизный газ поступает в циклоны-сепараторы, где он разделяется на газообразную (топливный газ) и жидкую (дизельное топливо, бензин) фракции, которые отводятся в емкости для хранения и дальнейшего использования. Мелкоизмельченный твердый минеральный продукт используется для производства строительных материалов.
(см. патент РФ №2260615, кл. С10В 49/00, 2005 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа выполнения известной линии необходимо отметить, что она обеспечивает переработку сырья с получением горючего газа, бензина, дизельного топлива, твердого минерального остатка, используемого для производства строительных материалов.
Однако данная линия позволяет получать ограниченную номенклатуру продукции, она малопроизводительна, что обусловлено наличием нескольких последовательно установленных шнеков-распределителей и циклонов. Она имеет жесткую архитектуру, что практически не позволяет перенастроить ее для расширения выпускаемой номенклатуры продукции. Кроме того, при получении продукции происходит загрязнение окружающей среды.
Задачей, решаемой настоящей полезной моделью, является разработка комплекса для практически безотходной переработки растительной биомассы в том числе высокой влажности, обеспечивающего получение большой номенклатуры продукции, высокопроизводительного, экономичного.
Поставленная задача обеспечивается тем, что в комплексе для переработки растительной биомассы, содержащем накопительный бункер, связанный с модулем измельчения сырья, реактор для переработки сырья, агрегаты очистки полученных продуктов и емкости для их хранения и раздачи, новым является то, что в качестве реактора используют реактор - ферментатор, вход которого соединен с накопительной емкостью, установленной между модулем измельчения и данным реактором, один выход реактора - ферментатора через блоки очистки полученного в нем биогаза связан с накопительной емкостью, имеющей пост выдачи полученного биогаза потребителям и выход для связи с газотурбинной электростанцией для получения электрической и тепловой энергии, причем комплекс снабжен последовательно соединенными друг с другом диспергатором и нагревательным агрегатом, каждый из которых соединен со своей емкостью для подачи реагентов, а также реактором - сбраживателем, при этом вход диспергатора связан со вторым
выходом реактора - ферментатора, а выход нагревателя - с накопительной емкостью, которая через агрегат очистки связана с реактором - сбраживателем, выход которого связан с блоком разгонки, один выход данного блока связан с блоком получения удобрений, а другой - с блоком получения дибутилового эфира, на выходе которого установлена накопительная емкость. Модуль измельчения сырья выполнен в виде последовательно соединенных роторно-пластинчатой дробилки, виброимпульсной параболической мельницы и волнового противоточного измельчителя, выход которого связан с накопительной емкостью, а вход роторно-пластинчатой дробилки связан с накопительным бункером, а реакторы и виброимпульсная параболическая мельница могут быть оснащены аппаратами низкочастотного электромагнитного излучения и ультразвукового воздействия.
При проведении патентных исследований из уровня техники не выявлены решения, идентичные заявленному, а следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию охраноспособности «новизна».
Сведений изложенных в материалах заявки, достаточно для практического осуществления заявленной полезной модели.
Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлена схема комплекса.
Комплекс для переработки растительной биомассы содержит накопительный бункер 1 с лопастным питателем, в который осуществляется загрузка сырья со склада непищевой растительной биомассы (позицией не обозначен). Из бункера 1 сырье подается (например, транспортером) на модуль измельчения, состоящий их трех последовательно соединенных агрегатов измельчения: роторно-пластинчатую дробилку 2 со шнековым транспортером, вход которой связан с бункером 1; виброимпульсную параболическую мельницу 3 с интенсифицирующим аппаратом 4 низкочастотного электромагнитного излучения 4; волновой противоточный измельчитель 5 с механохимическим активатором и шламовым насосом. Выход измельчителя 5 связан с промежуточной накопительной емкостью 6, оснащенной насосной станцией.
Одним из основных агрегатов комплекса является реактор - ферментатор 7, связанный входом с промежуточной накопительной емкостью 6. Один выход реактора - ферментатора 7 связан с агрегатом 8 обезвоживания биогаза, который связан с агрегатом 9 очистки биогаза от СO2 и H2S и подачи его в накопительную емкость (газгольдер) 10. Из газгольдера 10 биогаз может отгружаться потребителям
через пост заправки (не показан), или подаваться на газотурбинную электростанцию 11 для получения электроэнергии и тепла за счет сжигания биогаза при получении электроэнергии.
Второй выход реактора - ферментатора 7 связан с диспергатором 12, который также соединен с емкостью 13 с 1% серной кислотой. Выход диспергатора связан с нагревателем 14, который также связан с емкостью 15 с 1% раствором NaOH. Выход нагревателя 14 связан с промежуточной накопительной емкостью 16. Выход промежуточной емкости 16 через виброцентрифугу 17 связан с реактором - сбражиавателем 18. Реактор - сбраживатель 18 и реактор - ферментатор 7 оснащены аппаратами 4 низкочастотного электромагнитного излучения и аппаратами 19 ультразвукового воздействия. Выход реактора - сбраживателя связан с блоком 20 разгонки для получения бутанола (этанола). Один выход блока 20 связан с блоком 21 получения дибутилового эфира, подаваемого в накопительную емкость 22 с узлом залива в автозаправщики, а другой выход связан с блоком 23 получения удобрений.
Выполнение модулей, агрегатов, блоков, в том числе транспортных, конструкция которых не раскрыта, является известным, оно не составляет предмета патентной охраны и поэтому в материалах настоящей заявки не описано.
Комплекс для переработки растительной биомассы функционирует следующим образом.
Подлежащая переработке биомасса, имеющая довольно высокую влажность, подается в накопительный бункер 1. Из бункера 1 биомасса транспортером подаемся на модуль измельчения, где последовательно проходит измельчители 2, 3, 5. В качестве измельчителя 2 наиболее целесообразно использовать роторно-пластинчатую дробилку. В качестве измельчителя 3 наиболее целесообразно использовать виброимпульсную параболическую мельницу. В качестве измельчителя 3 наиболее целесообразно использовать волновой противоточный измельчитель Измельченная биомасса поступает в промежуточную накопительную емкость 6, откуда посредством насосной станции (не показана) подается в реактор - ферментатор 7. Конструкции таких реакторов известны и нет необходимости приводить ее в настоящей заявке. В реакторе - ферментаторе из измельченного сырья получают биогаз, который отводят через агрегаты 8 обезвоживания и 9 очистки в газгольдер 10. Газгольдер оснащен раздаточным постом для заправки
автозаправщиков и соединен с газотурбинной электростанцией, вырабатывающей электрический ток и тепло.
2
4
2
4
Прореагировший осадок с реактора - диспергатора 7 поступает на виброимпульсный параболический диспергатор, куда из емкости 13 подается 1% раствор HSO. В диспергаторе осуществляется раскрытие растительных клеток, разрушение полисахаридных оболочек и механо-химическая активация остатка. Полученная масса из диспергатора 12 поступает в нагреватель 14, куда также подается 1% раствор HSO. Нагретая масса поступает в накопительную емкость, где поддерживается температура биомассы в пределах 45 градусов. Из накопительной емкости биомасса поступает на виброцентрифугу 17, где от биомассы отделяется твердый компонент. Очищенная от твердых включений биомасса подается в реактор - сбраживатель 18, конструкция которого известна.
Из реактора - сбраживателя целевой продукт поступает в блок 20 для получения бутанола (этанола). Один выход блока 20 связан с блоком 23 получения удобрений. Другой выход блока 20 связан с блоком 21 получения дибутилового эфира, который подается в емкость 22 с постом раздачи продукта потребителям, например, автозаправщикам.
Нетрудно заметить, что комплекс позволяет получить продукцию весьма широкой номенклатуры, а также тепло и электричество, которые могут быть использованы для обеспечения функционирования самого комплекса, так и для обеспечения потребителей. Комплекс компактен. Управление комплексом может осуществляться в автоматическом и ручном режимах.
Комплекс может функционировать для получения одного вида продукции, нескольких или всех указанных выше.
Используемые измельчители и порядок прохождения через них сырья позволяют эффективно перерабатывать растительное сырье влажностью до 90% с размерами измельченных частиц до 5 мкм. Динамика воздействия на перерабатываемое сырье задана такая, что влага является необходимым рабочим агентом для измельчения биомассы с ее механической и электромагнитной активацией.
Низкочастотное электромагнитное и ультразвуковое воздействия обеспечивают раскрытие растительных клеток за счет образования механического высокочастотного микровзрывного гидролиза с разрушением полисахаридных оболочек, переходящих в моносахариды, увеличивающие в 1,5-2,0 раза
содержание сахаров, необходимых для повышения эффективности процессов ферментации и выхода полезных продуктов (биогаза, бутанола, дибутилового эфира), причем выход биогаза увеличивается в 3-5 раз, а продолжительность процесса ферментации сокращается в 2-3 раза.
Процесс переработки биомассы на данном комплексе экологически чист и практически безотходен.