состав для получения твердого формованного топлива

Формула изобретения

Состав для получения твердого формованного топлива, включающий органическое связующее и угольный наполнитель, отличающийся тем, что в качестве органического связующего используют сброженный остаток, образующийся в результате процесса анаэробного сбраживания органических отходов животноводства, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

сброженный остаток	10-90
измельченный угольный наполнитель	остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии твердого углеродсодержащего топлива, в частности к составу для получения твердого формованного топлива, которое может быть использовано как бытовое топливо, для коммунально-бытовых нужд, для отопления вагонов, в промышленности.

Известен способ получения топливных брикетов (авторское свидетельство СССР № 958467, кл. С10F 7/06, 1982 г.), включающий раздельное измельчение и сушку торфа с каменным углем, затем их смешение и прессование.

Недостатком данного способа получения топливных брикетов является наличие большого числа производственных стадий, затрудняющих технологический процесс, повышающих капитальные затраты, что обусловливает большие затраты на получение топливных брикетов.

Известен способ получения торфяных топливных брикетов и состав для брикетирования (авторское свидетельство СССР № 2174535 С2, 10.10.2001), включающий смешение углеродсодержащих отходов с торфом, добавление парафина и пластификатора (нейтрализованный птичий помет, навоз, дистиллят, гумус, иловые остатки и т.п.).

Недостатком данного способа получения торфяных топливных брикетов является его низкая экологичность, связанная с использованием в качестве пластификатора навоза, иловых остатков и птичьего помета. В этих веществах присутствует патогенной микрофлоры и микроорганизмов, яиц и личинок гельминтов, что обусловливает потенциально высокую степень бактериологической опасности для окружающей среды, обслуживающего персонала и жителей близлежащих населенных пунктов (Баадер В., Доне Е., Бренндерфер М. Биогаз - теория и практика. - М.: Колос, 1982. - С.27; Suporn Koottatep, Manit Ompont, Tay Joo Hwa. Biogas: GP Option for Community Development. - 2002. - С.39; Брюханова Е.С., Ушаков А.Г. Биотехнология утилизации органосодержащих отходов птицеводства и животноводства / Материалы XIII международной экологической студенческой конференции «Экология России и сопредельных территорий. - Новосибирск: Новосибирский гос. ун-т, 2008. С.126-127.).

Также недостатком топливных брикетов, полученных данным способом, является сложность входящих в их состав связующих компонентов, что нетехнологично, неэкономично и неэкологично.

Известен способ переработки твердого топлива (авторское свидетельство СССР № 1814686 A3, 07.05.1993), в процессе которого образуется смесь, содержащая угольный наполнитель (каменный уголь, бурый уголь, угольный шлам) и сброженный остаток, образующийся в результате процесса анаэробного сбраживания органических отходов животноводства (сброженная навозная жижа крупного рогатого скота).

Недостатком данного способа переработки твердого топлива является использование только жидкой фракции (жижи) сброженного навоза крупного рогатого скота. Известно, что в результате анаэробного сбраживания образующаяся масса в большей степени представляет собой густую смесь, влажность которой варьируется от 80 до 95%. Именно жидкой фазы, которую предлагается использовать в аналоге, содержится не много, т к. сброженная смесь в большинстве своем представлена пастообразной массой. Из вышеобозначенного аналога не понятно, как будет использован и утилизирован оставшийся сброженный остаток, составляющий большую часть сброженной массы.

Другим известным техническим решением, принятым за прототип, является состав брикетированного топлива (авторское свидетельство СССР № 1701735, кл. С10L 5/42, 1991 г.). Он содержит, мас.%: навоз 10-90, угольная мелочь остальное.

Недостатком данного состава брикетированного топлива является его низкая экологичность, связанная с наличием в навозе патогенной микрофлоры и микроорганизмов, яиц и личинок гельминтов, что обусловливает потенциально высокую степень бактериологической опасности для окружающей среды, обслуживающего персонала и жителей близлежащих населенных пунктов (Баадер В., Доне Е., Бренндерфер М. Биогаз - теория и практика. - М.: Колос, 1982. - С.27; Suporn Koottatep, Manit Ompont, Tay Joo Hwa. Biogas: GP Option for Community Development. - 2002. - С.39; Брюханова Е.С., Ушаков А.Г. Биотехнология утилизации органосодержащих отходов птицеводства и животноводства / Материалы XIII международной экологической студенческой конференции «Экология России и сопредельных территорий. - Новосибирск: Новосибирский гос. ун-т, 2008. С.126-127.). Существует необходимость в предварительной обработке массы навоза, заключающейся в дроблении, измельчении его до такого фазового состава, когда становится возможным образование гомогенной фазы при смешении его с угольной мелочью для дальнейшего брикетирования. Поскольку навоз может быть представлен не только как однородная масса, но и в виде твердых слежавшихся комков, кусков. Особенно это важно для тех периодов года, когда температура воздуха опускается ниже 0°С. При этом навоз ввиду большой влажности смерзается, например при транспортировке, что приводит к дополнительным затратам тепла и энергии на его размораживание. Это заставляет разработчиков вводить дополнительные стадии обработки навоза, т.е. усложнять технологию приготовления состава топлива, что обусловливает большие затраты на получение топливных брикетов.

Техническим результатом изобретения является упрощение технологии приготовления состава для получения твердого формованного топлива, повышение экологичности процесса и снижение финансовых затрат.

Указанный технический результат достигается тем, что в составе для получения твердого формованного топлива, включающем органическое связующее и угольный наполнитель, согласно изобретению в качестве органического связующего используют сброженный остаток, образующийся в результате процесса анаэробного сбраживания органических отходов животноводства, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

сброженный остаток	10-90
измельченный угольный наполнитель	остальное.

Известно, что в результате процесса анаэробного сбраживания органических отходов животноводства (навоз, помет и т.п.) образуются два продукта - сброженный остаток, используемый в заявляемом составе как связующее, и биогаз, содержащий до 60-70% метана (Баадер В., Доне Е., Бренндерфер М. Биогаз - теория и практика. - М.: Колос, 1982. - С.26-28.; Ariane van Buren. A Chinese biogas manual popularising technology in the countryside. China: Science Publishing House, 1976. - P.2).

Поскольку исходные перерабатываемые органические отходы содержат большое количество биогенных элементов и органических веществ, им характерна способность быстро загнивать. Более того, в ряде случаев они являются потенциально биологически и химически опасными в виду наличия в составе химикатов, а высокая бактериальная насыщенность и присутствие гельминтов, кишечных инфекций создают опасность заражений и распространения заболеваний. Поэтому необходимо проводить специальную обработку, которая исключит гниение, уничтожит патогенные микроорганизмы и яйца гельминтов.

Одним из наиболее широко распространенных методов стабилизации и обеззараживания является метод анаэробной обработки, осуществляемый в метантенках. Процессы, протекающие в аппарате, и превращения, которые при этом происходят в органическом веществе, широко известны и достаточно подробно исследованы. Биохимический процесс представляет собой разложение органического вещества в результате жизнедеятельности сложного комплекса микроорганизмов до конечных продуктов, в основном метана и диоксида углерода. Полученный обеззараженный остаток после сбраживания органических отходов используется в заявляемом составе в качестве связующего вещества для получения топливных брикетов.

Состав получают следующим образом.

Для приготовления заявляемого состава твердого формованного топлива используют угольный наполнитель - измельченные твердые топлива из группы: угольная пыль, угольная мелочь или угольный шлам с любыми размерами и формами частиц и органическое связующее - сброженный остаток, полученный из органических отходов животноводства (навоз, помет и т.п.) путем анаэробного сбраживания. Для этого исходное органическое сырье загружали в биореактор, заполняя его на 75-80% по объему, добавляли определенное количество воды для достижения оптимальной влажности 85-90%. Смесь перемешивали, метантенк герметизировали. По истечении периода сбраживания биореактор открывали, и полученный сброженный остаток использовали в качестве связующего вещества. Окончание процесса сбраживания определяли по изменению состава биогаза и динамики его выделения. Поскольку в ходе процесса сбраживания количество биоразлагаемых органических веществ в составе ила снижается, то уменьшается и объем выделяющегося биогаза в единицу времени.

Сброженный остаток (как жидкая, так и твердая фракции) используют как органическое связующее, он составляет 10-90 мас.% состава, угольный наполнитель - остальное. Такое процентное соотношение является оптимальным. В случае содержания органического связующего менее 10 мас.%, сформовать брикет не удается, поскольку для обеспечения связности частиц наполнителя и сплошности брикета как целого не достаточно количества связующего вещества. Содержание органического связующего более 90 мас.% экономически не выгодно, так как избыточное (свыше 90 мас.%) содержание органического связующего, более дорогого, чем угольный наполнитель, приведет к увеличению цены брикета, при сохранении прежних потребительских свойств.

Компоненты смешивают до получения однородной гомогенной фазы и формуют методом брикетирования при давлении 0,01-0,07 МПа, сушат на воздухе в течение 7-10 дней, либо в сушилке при 100-125°С в течение 1-1,5 часов.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с известными позволяет сделать вывод о том, что заявляемое техническое решение удовлетворяет критерию изобретения «новизна».

Для изготовления состава по настоящей заявке применяется широко распространенное природное сырье, недефицитные материалы и несложное оборудование. Указанные обстоятельства подтверждают, по мнению заявителя, соответствие изобретения критерию "промышленная применимость".

Использование заявляемого состава позволяет получить твердое формованное топливо, соответствующее ГОСТ.

Применение заявленного состава позволит упростить технологию его приготовления для получения твердого формованного топлива, поскольку сброженный остаток, выгружаемый из биореактора после прохождения процесса анаэробного сбраживания, является однородной массой гомогенного состава, по сравнению с используемым в качестве исходного сырья в прототипе навозом, который может быть представлен не только в виде однородной массы, но и твердых слежавшихся комков, кусков. Поэтому отсутствует необходимость в стадии подготовки исходного сырья, связанной с дроблением, измельчением и гомогенизацией массы сброженного осадка.

Также применение заявленного способа повысит экологичность процесса получения твердого формованного топлива, поскольку сброженный остаток, выгружаемый из биореактора, после прохождения процесса сбраживания не содержит патогенной микрофлоры и микроорганизмов, яиц и личинок гельминтов, в отличие от используемого в качестве исходного сырья в прототипе навоза, что позволит снизить потенциально высокую степень бактериологической опасности для окружающей среды, обслуживающего персонала и жителей близлежащих населенных пунктов.

Также применение заявленного состава позволит значительно снизить финансовые затраты на получение твердого формованного топлива, путем использования биогаза в качестве газообразного топлива с целью получения тепловой и электрической энергии для собственных нужд, снижая потребление энергоресурсов со стороны, либо путем реализации биогаза как товарного продукта на рынке. В обоих случаях полученный экономический эффект позволит снизить финансовые затраты и повысить рентабельность процесса получения твердого формованного топлива.

Таким образом, применение заявляемого состава позволит отказаться от стадии подготовки исходного сырья, связанной с дроблением, измельчением и гомогенизацией массы органического связующего, позволит снизить потенциально высокую степень бактериологической опасности для окружающей среды, обслуживающего персонала и жителей близлежащих населенных пунктов, связанную с наличием в навозе патогенной микрофлоры и микроорганизмов, яиц и личинок гельминтов. Экономический эффект применения состава является положительным и связан с использованием второго продукта процесса анаэробного сбраживания - биогаза.