СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ ПТИЧЬЕГО ПОМЕТА
METHOD AND UNIT FOR POULTRY MANURE PROCESSING

Группа изобретений относится к сельскому хозяйству, а именно к экологически чистой переработке отходов промышленного птицеводства, и может быть использована для утилизации птичьего помета, смешанного с целлюлозосодержащими отходами в виде древесных опилок, торфа, соломы и т.п. без затрат тепловой энергии извне.
Известен способ переработки птичьего помета с целью получения удобрений, реализованный на установке для переработки птичьего помета и включающий разделение помета на твердую и жидкую фракции путем центрифугирования, контактную сушку твердой фракции газами сгорания топлива с последующим измельчением и сбором в накопителе, при этом жидкую фракцию подвергают упариванию в вакуумном разделителе при пониженном давлении, отведенный пар сжимают в вакуумном компрессоре и конденсируют, упаренную жидкую фракцию смешивают с сухой измельченной твердой фракцией в эжекторе, полученный продукт направляют в накопитель, а твердую фракцию перед контактной сушкой подогревают за счет утилизации тепла конденсата в теплообменнике /Патент RU №2021987, C05F 3/00, 1994 г./.
Недостатками известных технических решений являются необходимость сжигания в двигателе внутреннего сгорания (ДВС) стороннего топлива для получения сушильного агента, а также загрязнение окружающей среды из-за выбросов в атмосферу продуктов сушки, в которых содержатся дурно пахнущие компоненты типа индола, меркаптана, скатала, аммиака.
Известны способ и устройство вакуумной сушки экскрементов домашних животных и птицы, при этом способ заключается в прогреве биомассы и удалении испаряемой влаги, теплоносителя и выделяющихся в процессе нагрева газов и предусматривает бесконтактный нагрев биомассы в вакууме, отделение испаряемой в процессе сушки влаги от отходящих газов путем конденсации в теплообменнике и сжигании самих обезвоженных газов в смеси с воздухом в топке; а устройство для реализации указанного способа содержит вакуумную сушильную камеру со шнеком, приемный бункер с плунжерным насосом, дымосос, измельчитель сухой биомассы, разгрузочный бункер со шлюзовым дозатором и теплообменник, установленный перед вакуумным насосом, при этом выход последнего соединен со всасывающим патрубком вентилятора для подачи воздуха на горение топлива в топку и получения теплоносителя для обогрева сушильной камеры. В результате использования известных способа и устройства также получают удобрения /патент RU №2042657, C05F 3/00, 1995 г./.
Недостатками известных технических решений являются необходимость использования тепловой энергии извне для осуществления процесса переработки птичьего помета, а также большие затраты электроэнергии ввиду наличия большого числа электродвигателей немалой мощности, в частности, на сушилке, в вакуумном насосе, плунжерном питателе.
Техническим результатом от использования предложенной группы изобретений является существенное снижение энергозатрат на утилизацию птичьего помета и обеспечение самодостаточности способа и установки в тепловом энергопотреблении при одновременном обеспечении экологической безопасности.
Технический результат в части способа достигается за счет того, что в способе утилизации птичьего помета птичий помет смешивают с целлюлозосодержащими отходами в соотношении 1:1-1:0,7 по массе, прогревают без контакта с теплоносителем и подвергают пиролизу при температуре 500-550°C с получением твердого углеродоминерального остатка и парогазовой смеси, которую подвергают обработке с отделением твердых механических примесей и последующей конденсации путем воздушного охлаждения с образованием жидкого топлива и пиролизной воды и отделением несконденсированной части парогазовой смеси, которую подвергают осушке с последующим сжиганием в качестве обратного газового топлива в топке, жидкое топливо отделяют от воды, фильтруют и также направляют на сжигание в топку с образованием топливных газов, которые смешивают с воздухом после конденсации парогазовой смеси и используют в качестве исходного теплоносителя для поддержания температуры пиролиза, а отработанный в процессе пиролиза теплоноситель используют в качестве теплоносителя для прогрева смеси птичьего помета с целлюлозосодержащими отходами.
Предпочтительно, что в качестве целлюлозосодержащих отходов используют отходы, выбранные из группы: древесные опилки, торф, солома или их различные сочетания.
Технический результат достигается также за счет того, что получают обратное газовое топливо в количестве 20-25%, жидкое топливо в количестве 30-32% и твердый углеродоминеральный остаток в количестве 45-50% в расчете на сухой остаток исходной смеси птичьего помета с целлюлозосодержащими отходами.
Технический результат в части установки достигается за счет того, что установка для утилизации птичьего помета содержит реактор пиролиза, состоящий из горизонтального цилиндрического корпуса камеры термообработки с рубашкой, двумя торцевыми крышками, одна из которых снабжена фильерой, узлами отвода парогазовой смеси и твердого углеродоминерального остатка, содержащего разгрузочный патрубок, соединенный со шнековым транспортером, перемешивающим устройством, выполненным в виде приводного вала с установленными на нем лопастями со скребками, и питателем, выполненным из корпуса с теплообменной рубашкой, бункером для загрузки исходного сырья и шнеком с приводом с переменным шагом и ножом на его торце, дымосос, соединенный с патрубком отвода парогазовой смеси, циклон, конденсатор воздушного охлаждения, осушитель несконденсированной части парогазовой смеси, устройство для отделения жидкого топлива от воды, фильтр жидкого топлива, топку для сжигания топлива и получения топливных газов и смеситель топливных газов с воздухом после конденсатора воздушного охлаждения, соединенный со входом рубашки реактора пиролиза, выход которой соединен со входом теплообменной рубашки питателя, при этом питатель соединен с камерой термообработки реактора пиролиза через фильеру.
А также за счет того, что шнек питателя выполнен с шагом витков, уменьшающимся по ходу движения сырья.
А также за счет того, что скребки лопастей перемешивающего устройства реактора пиролиза выполнены в виде отрезков с профилем винтовой линии.
А также за счет того, что разгрузочный патрубок на входе снабжен решеткой, установленной заподлицо с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса камеры термообработки.
Способ и установка поясняются чертежами.
На Фиг.1 изображена технологическая схема установки, на которой реализован способ; на Фиг.2 - продольный разрез реактора пиролиза.
Установка для утилизации птичьего помета (Фиг.1 и Фиг.2) содержит реактор пиролиза 1, состоящий из горизонтального цилиндрического корпуса 2 камеры термообработки 3 с рубашкой 4, двумя торцевыми крышками 5 и 6, крышка 5 снабжена фильерой 7. Корпус снабжен узлами отвода парогазовой смеси 8 и твердого углеродоминерального остатка, содержащего разгрузочный патрубок 9, соединенный со шнековым транспортером 10. Внутри камеры термообработки 3 реактора пиролиза 1 расположено перемешивающее устройство, выполненное в виде вала 11 с установленными на нем лопастями 12 со скребками 13, при этом скребки лопастей перемешивающего устройства реактора пиролиза 1 выполнены в виде отрезков с профилем винтовой линии. Вал 11 перемешивающего устройства соединен с приводом 14, установленным в опорах 15 и 16. Камера термообработки 3 через фильеру 7 сообщается с питателем 17. Питатель 17 выполнен из корпуса 18 с теплообменной рубашкой 19, бункером для загрузки исходного сырья 20 и шнеком 21 с приводом 22. Шнек 21 питателя 17 выполнен с переменным шагом, уменьшающимся по ходу движения сырья, и ножом 23 на его торце. С патрубком отвода парогазовой смеси 8 соединен дымосос 24, на выходе которого установлен циклон 25, соединенный с конденсатором воздушного охлаждения 26, на выходе которого установлены осушитель несконденсированной части парогазовой смеси 27 и устройство для отделения жидкого топлива от воды 28 - сборник конденсата секционного типа, выход которого соединен с фильтром жидкого топлива 29, насосом 30 и топкой для сжигания топлива и получения топливных газов 31. На выходе осушителя несконденсированной части парогазовой смеси 27 установлен газгольдер 32, также соединенный с топкой 31, на выходе которой установлен смеситель топливных газов с воздухом 33 после конденсатора воздушного охлаждения 26. Между ними установлен вентилятор 34. Смеситель 33 соединен со входом 35 рубашки 4 реактора пиролиза 1, а выход 36 рубашки 4 реактора пиролиза 1 соединен со входом 37 теплообменной рубашки 19 питателя 17. Выход 38 теплообменной рубашки 19 питателя 17 соединен с выхлопной трубой 39. Разгрузочный патрубок 9 снабжен решеткой 40, установленной заподлицо с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса 2 камеры термообработки 3. На входе топки 31 установлен баллон с природным газом 41.
Предлагаемый способ утилизации птичьего помета осуществляется, а установка работает следующим образом.
Исходное сырье - птичий помет, предварительно смешанный с целлюлозосодержащими отходами в виде опилок, торфа, соломы, их различных сочетаний и т.п. в соотношении 1:1…1:0,7 по массе, загружают в бункер для загрузки исходного сырья 20 питателя 17, в корпусе 18 которого за счет прохождения отработанного теплоносителя через теплообменную рубашку 19 происходит прогрев смеси исходного сырья с целлюлозосодержащими отходами без контакта с теплоносителем. Расположенный внутри корпуса 18 питателя 17 шнек 21 с приводом 22 и ножом 23 продвигает обрабатываемую смесь ко входу камеры термообработки 3 реактора пиролиза 1. Шнек 21 выполнен с шагом витков, уменьшающимся по ходу движения сырья. Нож 23 установлен на огранном торце шнека 21, что обеспечивает его вращение с той же частотой, что и шнек 21. Прогретая смесь поступает из питателя 17 в камеру термообработки 3 горизонтального цилиндрического корпуса 2 реактора пиролиза 1 через фильеру 7, расположенную в торцевой крышке 5 реактора 1. Отверстия фильеры 7 позволяют подавать обрабатываемую смесь в камеру термообработки 3 в виде гранул. В камере термообработки 3 обрабатываемая смесь (за счет прохождения исходного теплоносителя через рубашку 4) подогревается до температуры 500-550°С, при этом происходит ее термохимическое пиролизное (без доступа воздуха) разложение с получением парогазовой смеси и твердого углеродоминерального остатка. Смешение твердого птичьего помета с опилками (торфом, соломой) необходимо для увеличения доли топливных компонентов в составе парогазовой смеси, которые обеспечивают собственное энергопотребление и не требуют использования тепловой энергии извне. Корпус 2 камеры термообработки 3 снабжен двумя торцевыми крышками 5 и 6, в которых смонтированы опоры 15 и 16 с укрепленным на одной из них приводом 14 перемешивающего устройства. Перемешивающее устройство расположено внутри термообработки 3 и выполнено в виде вала 11 и лопастей 12, жестко укрепленных на валу 11 и содержащих на своих торцах скребки 13, которые имеют форму, соответствующую отрезкам винтовой линии. Такая форма скребков 13 обеспечивает медленное продвижение обрабатываемого сырья и получаемого твердого остатка от входа камеры термообработки 3 к разгрузочному патрубку 9.
2
2
4
2
5
Парогазовую смесь через узел отвода парогазовой смеси 8 отводят из реактора пиролиза 1 и дымососом 24 подают в циклон 25, где задерживаются содержащиеся в ней твердые механические примеси, и далее в конденсатор воздушного охлаждения 26. В конденсаторе 26 конденсируются все компоненты парогазовой смеси (вода, составные части котельного топлива и т.п.), образуя жидкую фракцию, которая стекает в устройство для отделения жидкого топлива от воды 28 - сборник конденсата секционного типа. Котельное топливо отделяют в сборнике 28 от воды и через фильтр жидкого топлива 29 насосом 30 подают в топку для сжигания топлива и получения топливных газов 31. В топку 31 посредством вентилятора 34 подают воздух от конденсатора воздушного охлаждения 26, требуемый для горения топлива. Неконденсируемую часть парогазовой смеси, содержащую CO, H, CO, CH, углероды группы C…C, отводят из конденсатора воздушного охлаждения 26 и в качестве обратного газового топлива подают в осушитель 27, откуда она попадает в газгольдер 32, из которого направляется в топку 31. Вентилятором 34 воздух подают также в смеситель топливных газов с воздухом 33, где он используется для разбавления продуктов сжигания топлива в топке 31 с целью понижения их температуры от 1100…1200°C до 550…600°C, которую должен иметь исходный теплоноситель в рубашке 4 реактора пиролиза 1. Избыток воздуха выводят из конденсатора воздушного охлаждения 26 в атмосферу. При запуске процесса пиролиза вновь полученного топлива еще нет, поэтому для начала пиролиза в топку 31 подают для сжигания природный газ из баллона 41.
Продукты сжигания топлива из топки 31 подают в смеситель 33, откуда они с температурой 550…600°C поступают в качестве исходного теплоносителя на вход 35 рубашки 34 камеры термообработки 3 реактора пиролиза 1. Отработанный в рубашке 4 реактора 1 теплоноситель через выход 36 отводят и подают в теплообменную рубашку 19 питателя 17, а затем через выход 38 теплообменной рубашки 18 через выхлопную трубу 39 сбрасывают в атмосферу.
При вращении перемешивающего устройства гранулы обрабатываемой смеси перемешиваются, перерабатываются, а образующийся твердый остаток медленно продвигается к разгрузочному патрубку 9, в который он попадает через решетку 40, установленную на входе разгрузочного патрубка 9 заподлицо с внутренней поверхностью корпуса 2 камеры термообработки 3 реактора пиролиза 1. Твердый углеродоминеральный остаток через разгузочный патрубок 9 выводят из реактора 1 в шнековый транспортер 10 и далее в тару (на чертежах не показана). Твердый углеродоминеральный остаток включает микроэлементы Ca, Mg, Cu, Fe, S, Mn, Zn примерно в тех количествах, в которых они находились в исходном сырье - птичьем помете
Пиролизная вода, полученная в секционном сборнике 28, содержит те же минеральные микроэлементы, которые были в исходном птичьем помете, пригодна при дальнейшей переработке для использования в производстве кормов и удобрений.
Пример:
По предлагаемому способу был переработан птичий помет в смеси с древесными опилками в соотношении 1:1 и начальной влажностью 55%. В результате пиролизной переработки, проходившей в течение 38 минут при температуре 500°C, было получено (в процентах мас., к сухому сырью): пирогаз (газовое топливо) - 22.2; жидкое топливо (типа котельного) - 30.0; твердый углеродсодержащий остаток с минеральными микроэлементами - 47.8; пиролизная вода (в процентах масс, к исходному сырью) - 53.5. Предлагаемые установка и способ для утилизации птичьего помета позволяют:
1. Обеспечить полностью энергопотребление для своей работы за счет образовавшихся в процессе переработки смеси птичьего помета с целлюлозосодержащими отходами вторичного газообразного и жидкого топлива.
2. Получить твердый остаток, в составе которого значительную часть составляют углеродоминеральные компоненты и находятся те же микроэлементы, которые содержались в исходном сырье - птичьем помете.
3. Обеспечить полную экологическую безопасность эксплуатации, т.к. все газоходы и оборудование герметизированы, а в атмосферу сбрасывают только продукты сжигания газового и жидкого (типа котельного) топлива и воздух.
4. Получать пиролизную воду, освобожденную от вредных микроорганизмов, которую можно использовать для подготовки удобрений.
Устранение негативного воздействия на окружающую среду птичьего помета достигается получением вторичного газообразного и жидкого топлива и использованием его в качестве источника полного энергообеспечения локальной установки утилизации, а также использованием полученного углеродоминерального остатка, содержащего дефицитные микроэлементы в сбалансированном соотношении, в качестве удобрения или добавки к нему.