способ и установка для утилизации птичьего помета

Формула изобретения

1. Способ утилизации птичьего помета, характеризующийся тем, что 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°С 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.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве целлюлозосодержащих отходов используют отходы, выбранные из группы: древесные опилки, торф, солома или их различные сочетания.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, 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.

4. Установка для утилизации птичьего помета, характеризующаяся тем, что 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.

5. Установка по п.4, отличающаяся тем, что шнек питателя выполнен с шагом витков, уменьшающимся по ходу движения сырья.

6. Установка по п.4, отличающаяся тем, что скребки лопастей перемешивающего устройства реактора пиролиза выполнены в виде отрезков с профилем винтовой линии.

7. Установка по п.4, отличающаяся тем, что разгрузочный патрубок на входе снабжен решеткой, установленной заподлицо с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса камеры термообработки.

Описание изобретения к патенту

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.

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, H₂, CO₂, CH₄, углероды группы C₂ C₅, 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.