БИОКОМПЛЕКС Российский патент 2015 года по МПК C02F11/10 

Изобретение относится к области комплексной переработки отходов сельскохозяйственного производства с получением продуктов, используемых в сельском хозяйстве - кормовых добавок, удобрений и других продуктов широкого применения - пиролизного газа, углекислоты.

Известен интегральный способ безотходного сельскохозяйственного производства (RU 2268581 C2, A01G 9/24, A01G 1/04, 27.01.2006), предлагающий подбор отраслей сельскохозяйственного производства и создание условий с возможностью образования экосистемы, связанной биоценозом с последовательно-параллельным использованием сырья соответствующим числом сельскохозяйственных отраслей по отходно-сырьевым и кормовым связям.

Недостатком способа являются неэффективное использование энергии, аккумулированной в отходах, получаемых на разных стадиях сельскохозяйственного производства.

Известны установка комплексной утилизации сельхозотходов крупного рогатого скота (RU 2167827 C2, C02F 3/00, C02F 11/04, 27.05.2001) и установка комплексной переработки сельхозотходов (RU 2167827 C2, C02F 3/00, C02F 11/04, 27.05.2001), включающие источник сельхозотходов, например товарную животноводческую ферму, сообщенную со сборником сельхозотходов, метантенком в виде камер: кислого, нейтрального, щелочного, метанового брожения, снабженных диспергаторами, камера метанового брожения по биогазу и бражке сообщена с ферментатором, метантенк установлен в помещении, выполненном в грунте с перекрытием помещения плитами, на которых размещен твердофазный ферментатор с каналами, сообщенными с нагнетателем воздуха и со сборником сельхозотходов для корректирования сельхозотходов по азоту, ферментатор сообщен с центробежным микрофильтром, а по биомассе хлореллы и серобактерий - с динамическим дезинтегратором.

Недостатком переработки сельхозотходов в известных установках является необходимость дополнительных энергозатрат для осуществления брожения в зимних условиях. Получаемый в процессе брожения биогаз, содержащий 50-70% метана и углекислоту, не может широко применяться из-за низкого качества.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является решение по патенту SU1837811A3 A23N17/00;C02Fll/04 - Комплексная установка "БИОТА", включающая животноводческую ферму, поле для выращивания с/х культур, накопитель сырого навоза, метатенк, газгольдер, фильтровальное устройство, газотурбинный агрегат, соединенный с накопительным устройством и теплообменником, фотореактор с сепаратором, каждый из которых соединен с газотурбинным агрегатом и сверхвысокочастотным генератором с размещением в его контактной зоне неметаллическим бассейном, соединенным с сепаратором.

Недостатком известной комплексной установки является невозможность обеспечения интенсивного выращивания микроводорослей, вследствие того, что в фотореактор поступают дымовые газы, содержащие кроме диоксида углерода вредные примеси, отрицательно влияющие на процессы роста, при этом диоксид углерода содержится в количестве, недостаточном для интенсивного наращивания биомассы. Кроме того, круглогодичное производство биогаза в метатенках экономически нецелесообразно, поскольку требует дополнительной энергии для осуществления брожения навоза в холодный период времени, использование продукции.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение является повышение эффективности работы биокомплекса.

Поставленная задача решается тем, что биокомплекс, содержащий животноводческий комплекс, сообщенный с накопителем органических отходов, устройство для переработки органических отходов, газгольдер, блок выращивания микроводорослей, состоящий из блока культуральной жидкости и фотореактора, блок переработки микроводорослей, сообщенный с кормоприготовительным устройством, согласно изобретению, в качестве устройства для переработки органических отходов, биокомплекс включает пиролизную печь с патрубками отвода полукокса, неочищенного пиролизного газа, избыточного тепла и дымовых газов; блок очистки пиролизного газа с патрубками отвода пиролизного дистиллята и очищенного пиролизного газа; блок производства печного топлива, снабженный патрубками отвода печного топлива в блок подготовки сырья, в пиролизную печь и потребителю; установку производства диоксида углерода, состоящую из абсорбера и десорбера, снабженную патрубком отвода диоксида углерода в блок производства микроводорослей; установку сжижения диоксида углерода с патрубком отвода сжиженной углекислоты в блок переработки микроводорослей, когенерационную установку, снабженную системой отвода дымовых газов в установку производства диоксида углерода и сообщенную по теплу и электричеству со всеми объектами биокомплекса; при этом пиролизная печь сообщена соответственно с блоком производства печного топлива, с блоком очистки пиролизного газа, с животноводческим комплексом и с установкой производства углекислоты; блок очистки пиролизного газа сообщен с блоком производства печного топлива и с газгольдером, соединенным, в свою очередь, с когенерационной установкой.

Биокомплекс может включать устройство для заправки автомобилей с патрубком подвода очищенного пиролизного газа.

Биокомплекс может включать тепличный комплекс, снабженный патрубком подвода углекислоты и патрубком отвода растительных отходов и соединенный соответственно с установкой производства углекислоты и накопителем органических отходов.

Устройство иллюстрируется чертежом, на котором представлена схема биокомплекса

Биокомплекс включает животноводческий комплекс 1; накопитель органических отходов 2; пиролизную установку, включающую блок подготовки сырья 3, состоящий из оборудования для очистки, измельчения и сушки сырья и собственно пиролизную печь 4, с патрубком отвода полукокса 5, патрубком отвода неочищенного пиролизного газа 6, патрубком отвода избыточного тепла 7 и патрубком отвода дымовых газов 8, блок очистки пиролизного газа 9 с патрубком отвода пиролизного дистиллята 10 и патрубком отвода очищенного пиролизного газа 11; блок производства печного топлива 12, снабженный патрубками 13-15 отвода печного топлива соответственно в блок подготовки сырья, в пиролизную печь и потребителю; газгольдер 16, который может быть соединён с устройством для заправки автомобилей 17; когенерационную установку 18, снабженную системой отвода тепла, электричества и дымовых газов; установку производства диоксида углерода 19, состоящую из абсорбера 20 и десорбера 21, снабженную патрубком отвода диоксида углерода 22, блок выращивания микроводорослей, состоящий из блока подготовки культуральной жидкости 23 и фотореактора 24; установку сжижения диоксида углерода 25; блок переработки микроводорослей 26, кормоприготовительное устройство 27. Биокомплекс может также включать устройство для заправки автомобилей и тепличный комплекс (на фиг. не показан).

Биокомплекс работает следующим образом. Отходы животноводческого комплекса 1 и растительные остатки (при наличии в биокомплексе теплицы) подают в накопитель органических отходов 2 и далее на блок подготовки сырья 3, где органическое сырье очищают от попавших в него неорганических примесей (металла, полиэтилена и пр.), при необходимости измельчают и сушат. Далее подготовленное сырьё по транспортёру поступает в пиролизную печь 4, где под действием температуры (400-850°С) происходит разложение органических соединений без доступа воздуха (кислорода). В результате образуется неочищенный пиролизный газ и полукокс, представляющий собой черную массу, легко рассыпающуюся в порошок, который через патрубок 5 отводят от пиролизной печи и подают на блок производства печного топлива 12. Неочищенный пиролизный газ отводят через патрубок 6 и направляют в блок очистки пиролизного газа 9. Образуемый в результате очистки пиролизный дистиллят отводят от блока очистки через патрубок 10 и также подают в блок производства печного топлива 12, а очищенный пиролизный газ отводят через патрубок 11 и подают в газгольдер 16. Избыток тепла, образующийся после пиролизного процесса, через теплообменник (на чертеже не показан) отводят от пиролизной печи через патрубок 7 и в виде пара или горячей воды подают к животноводческому комплексу 1 или другому потребителю биокомплекса. В блоке производства печного топлива 12 из пиролизного дистиллята и полукоксового порошка получают печное топливо, аналог мазута М40. Часть печного топлива через патрубок 13 отводят к блоку подготовки сырья 3 на сушку, через патрубок 14 в пиролизную печь для создания нужной температуры (400-850°С). Избыток печного топлива отводят через патрубок 15 и продают потребителю. Дымовые газы, образованные после сгорания печного топлива, из пиролизной печи 4 через патрубок отвода дымовых газов 8 подают в установку по производству диоксида углерода 19.

Из газгольдера 16 очищенный пиролизный газ подают на когенерационную установку 18. Преимущество имеет газопоршневая когенерационная установка, поскольку вырабатывает больше электроэнергии по сравнению с газотурбинной установкой, но при необходимости иметь больше тепла используется газотурбинная установка.

Избыток газа может быть направлен на устройство для заправки автомобилей 17.

Получаемые при сжигании очищенного пиролизного газа в когенерационной установке тепло и электричество по трупопроводам и линиям электропередачи подают в блок выращивания микроводорослей, на установку по производству диоксида углерода 19 и другим потребителям биокомплекса (на чертеже линии подачи не показаны), при избытке электричество и тепло могут продаваться сторонним потребителям.

Образующиеся при сгорании пиролизного газа дымовые газы подают в установку по производству диоксида углерода 19, состоящую из абсорбера 20 и десорбера 21. Дымовые газы поступают в абсорбер 20, где раствор абсорбента поглощает диоксид углерода, далее насыщенный раствор абсорбента по трубопроводу поступает в десорбер 21, где происходит его нагревание паром до кипения с выделением диоксида углерода с водяным паром, далее раствор абсорбента подаётся опять в абсорбер 20. Основную часть диоксида углерода отводят через патрубок 22 и через сатуратор или барбатер (на чертеже не показаны) подают в фотореактор 24 блока выращивания микроводорослей, соединенный с блоком подготовки культуральной жидкости 23, диоксид углерода подают также в тепличный комплекс в случае его включения в биокомплекс.

При необходимости увеличения производства электричества, тепла или топлива для автомобилей (пиролизного газа) микроводоросли из блока выращивания 24 с неразрушенными оболочками по трубопроводу 28 могут поступать в накопитель органических отходов 2.

Культивирование микроводорослей (хлореллы, спирулины и др.) осуществляют в фотореакторах непрерывно в течение всего года по известным технологиям. Часть диоксида углерода отводят на установку сжижения диоксида углерода 25, далее сжиженный диоксид углерода по трубопроводу подают в блок переработки микроводорослей 26. Блок переработки микроводорослей состоит из системы герметичных сосудов, в которых осуществляется разрыв клеточных оболочек микроводорослей. Процесс происходит за счет проникновения жидкого диоксида углерода (углекислоты) в клетки микроводорослей, осуществляемого под давлением свыше 60 кг/см². При резком сбросе давления жидкий диоксид углерода переходит в сухой лед и далее в газ, разрывая оболочку микроводорослей, и испаряется. Газообразный диоксид углерода возвращают на установку сжижения диоксида углерода 25. Далее суспензию микроводорослей с разрушенными клеточными оболочками направляют в кормоприготовительное устройство 27, где ее используют в качестве кормовой добавки. Микроводоросли, богатые высококачественными питательными веществами, особенно белками (65-72%) и β-каротином, содержат важные растительные пигменты, включая хлорофилл и фикоцианин, витамины группы B, железо, магний, селен, редкоземельные минералы, ферменты, нуклеотиды, линолевую и линоленовую кислоты, а также являются одним из основных источников витамина B12. Готовые корма по трубопроводу или транспортеру (зависит от животного) подают на животноводческий комплекс 1.

Заявляемый биокомплекс представляет собой замкнутое по части получаемой продукции и отходам производство. При этом по сравнению с выбранным прототипом - комплексной установкой «Биота», заявляемый биокомплекс за счет использования в качестве устройства для переработки органических отходов пиролизной установки позволяет:

- круглогодично получать достаточное количество пиролизного (топливного) газа для переработки его в тепло и электричество и дополнительно полукокс и пиролизный дистиллят, также утилизируемые в биокомплексе;

- осуществлять переработку отходов животноводства и отходов забоя животных, а при включении в состав биокомплекса тепличного комплекса и переработку растительных отходов;

- при снижении спроса на электричество и тепло использовать пиролизный газ для заправки автомобилей;

- снизить загрязненность окружающей среды за счет возможности переработки в пиролизной установке всех видов органических отходов (органический мусор, бумага, продукты забоя животных и т.д.), полностью исключая при этом образование канцерогенных и загрязняющих веществ, выделяемых в окружающую среду в процессе окисления.

Наличие в биокомплексе установки производства диоксида углерода и устройства сжижения диоксида углерода позволяет:

- обеспечить насыщение культуральной жидкости более чем 90% диоксидом углерода, что создает оптимальные условия для интенсивного наращивания биомассы, значительно увеличивая интенсивность роста микроводорослей.

- улучшить качество разрушения (измельчения) оболочек микроводорослей и тем самым улучшить качество кормовой добавки.

(57) Изобретение относится к области комплексной переработки отходов сельскохозяйственного производства. Биокомплекс содержит животноводческий комплекс 1, сообщенный с накопителем органических отходов 2; пиролизную печь 4 с патрубками отвода полукокса, неочищенного пиролизного газа, избыточного тепла и дымовых газов; газгольдер 16; блок выращивания микроводорослей, состоящий из блока культуральной жидкости 23 и фотореактора 24, блок переработки микроводорослей 26, сообщенный с кормоприготовительным устройством 27, установку производства диоксида углерода 19, состоящую из абсорбера 20 и десорбера 21, снабженную патрубком отвода диоксида углерода в блок производства микроводорослей, установку сжижения диоксида углерода 25; когенерационную установку 18, снабженную системой отвода дымовых газов в установку производства диоксида углерода. Пиролизная печь сообщена с блоком подготовки печного топлива, с блоком очистки пиролизного газа, с животноводческим комплексом и с установкой производства углекислоты. Блок очистки пиролизного газа 9 сообщен с блоком подготовки печного топлива 12 и с газгольдером 16, соединенным с когенерационной установкой 18. Биокомплекс позволяет круглогодично получать пиролизный газ для переработки его в тепло и электричество, полукокс, пиролизный дистиллят; осуществлять переработку отходов животноводства; увеличить интенсивность роста микроводорослей. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Биокомплекс, содержащий животноводческий комплекс, сообщенный с накопителем органических отходов, устройство для переработки органических отходов, газгольдер, блок выращивания микроводорослей, состоящий из блока культуральной жидкости и фотореактора, блок переработки микроводорослей, сообщенный с кормоприготовительным устройством, отличающийся тем, что в качестве устройства для переработки органических отходов биокомплекс включает пиролизную печь с патрубками отвода полукокса, неочищенного пиролизного газа, избыточного тепла и дымовых газов; блок очистки пиролизного газа с патрубками отвода пиролизного дистиллята и очищенного пиролизного газа; блок производства печного топлива, снабженный патрубками отвода печного топлива в блок подготовки сырья, в пиролизную печь и потребителю; установку производства диоксида углерода, состоящую из абсорбера и десорбера, снабженную патрубком отвода диоксида углерода в блок производства микроводорослей; установку сжижения диоксида углерода с патрубком отвода сжиженной углекислоты в блок переработки микроводорослей; когенерационную установку, снабженную системой отвода дымовых газов в установку производства диоксида углерода и сообщенную по теплу и электричеству со всеми объектами биокомплекса; при этом пиролизная печь сообщена соответственно с блоком производства печного топлива, с блоком очистки пиролизного газа, с животноводческим комплексом и с установкой производства углекислоты; блок очистки пиролизного газа сообщен с блоком производства печного топлива и с газгольдером, соединенным, в свою очередь, с когенерационной установкой.

2. Биокомплекс по п. 1, отличающийся тем, что содержит устройство для заправки автомобилей с патрубком подвода очищенного пиролизного газа.

3. Биокомплекс по п. 1, отличающийся тем, что содержит тепличный комплекс, снабженный патрубком подвода углекислоты и патрубком отвода растительных отходов и соединенный соответственно с установкой производства углекислоты и накопителем органических отходов.