Устройство для переработки отходов рисовой промышленности в аморфный диоксид кремния и аморфный углерод Российский патент 2023 года по МПК B09B3/00 C10B53/02 

Технический сектор

Данное изобретение представляет собой устройство для обработки органических отходов, а именно устройство для переработки посредством пиролиза растительных отходов, образующихся при производстве риса.

Технический уровень

Наиболее распространенным способом окончательной ликвидации отходов, образующихся при производстве риса, в особенности, рисовой шелухи, является сжигание данных отходов на мусорных полигонах. Обычное сжигание таких отходов приводит к образованию углекислого газа, а также остаточных продуктов процесса горения, содержащих кристаллический кремний.

Согласно результатам, полученным в процессе пиролиза рисовой шелухи в Краснодарской области (Россия), ориентировочно, при сжигании 100 кг шелухи в обычных условиях, в атмосферу выбрасываются примерно 124 кг углекислого газа и приблизительно 100 кг оксидов азота.

В документе RU145436U описывается устройство для окончательной ликвидации значительного объема органических отходов, состоящее из загрузочного бункера, газогенератора, вихревого сепаратора, теплообменника и последовательно подсоединенных очистителей, а также канала разгрузки золы с выходом, соединяющим газогенератор и вихревой сепаратор.

Технической проблемой, связанной с настоящей полезной моделью, является создание компактного и недорогого устройства для переработки органических отходов, которое, в свою очередь, обеспечит более высокую эффективность переработки органических отходов с минимизацией производства аморфного диоксида кремния.

Описание изобретения

Сочетание приведенных ниже характеристик позволяет решить упомянутую ранее техническую проблему и добиться технического результата, позволяющего увеличить эффективность обработки органических отходов посредством производства остаточного вещества, состоящего в основном из аморфного диоксида кремния и аморфного углерода повышенной пористости.

Данное изобретение представляет собой устройство для обработки органических отходов рисовой промышленности, состоящее из пиролизатора; вихревого сепаратора и циклонного сепаратора, подсоединенных друг к другу в указанной последовательности при помощи жаропрочных труб; загрузочного бункера, подсоединенного к пиролизатору и служащего для подачи органических отходов в пиролизатор; а также нагнетателя, обеспечивающего подачу воздуха в пиролизатор; в котором вихревой и циклонный сепараторы подсоединены к первому накопительному бункеру посредством винтовых конвейеров. Последовательная комбинация вихревого и циклонного сепараторов позволяет очищать газ для его последующего использования без необходимости применения фильтров. Винтовые конвейеры, также называемые шнековыми конвейерами, позволяют эффективным образом перемещать или направлять аморфный диоксид кремния в накопительный бункер. Данное устройство также может быть оборудовано дополнительным накопительным бункером, подсоединенным к циклонному сепаратору. Таким образом, данная комбинация технических элементов позволяет получить компактное устройство для переработки органических отходов рисовой промышленности, таких как рисовая шелуха.

В ходе разложения при высоких температурах (пиролиз) вырабатывается горючий газ с низкой теплотворной способностью, а также остаточный продукт горения, состоящий в основном из аморфного диоксида кремния и аморфного углерода. Аморфная структура диоксида кремния, полученная из рисовой шелухи, обеспечивает его ценность для множества промышленностей: каучуковая и лакокрасочная виды промышленности, фармацевтические препараты и т.д.; при этом высокопористая структура углерода, после проведения процедур активации, обуславливает его применение в системах очистки газа и жидкостей, в фармацевтических препаратах в качестве адсорбента и т.д. В процессе превращения рисовых зерен в гранулы в качестве отходов остается рисовая шелуха, представляющая собой до 20% веса зерен риса до проведения процесса отбеливания. Из тонны рисовой шелуху можно получить 195 кг аморфного диоксида кремния с содержанием древесного угля, из которых примерно 160 кг представляют собой аморфный диоксид кремния (SiO₂) и приблизительно 35 кг — высокопористый древесный уголь.

Данное устройство позволяет не только получить аморфный диоксид кремния и активированный уголь высокой чистоты из рисовой шелухи, а также ценный горючий газ, но также и значительно уменьшить выбросы углекислого газа и оксидов азота в атмосферу, что позволит снизить выброс парниковых газов и, таким образом, оказать содействие в борьбе против глобального потепления и ускорения процесса изменения климата.

При использовании данного устройство, выбросы углекислого газа снижаются до приблизительно 2 кг на каждые 100 кг шелухи, при этом азот в молекулярном виде (N₂) почти полностью удаляется. При окончательном сжигании горючего газа (используемого для выработки тепла в паровом котле или для выработки электроэнергии в газогенераторе из биомассы), выбросы углекислого газа могут увеличиться на 5 кг, что составит 7 кг на 100 кг рисовой шелухи.

В предпочтительном варианте сборки, пиролизатор может иметь внутреннюю огнеупорную футеровку и внешнюю воздушную камеру; при этом внешняя воздушная камера покрывает — по крайней мере, частично — внутреннюю огнеупорную футеровку и ее конфигурация обеспечивает циркуляцию газа внутри. Огнеупорная футеровка может быть непосредственно встроена в стенку воздушной камеры для подогрева (посредством теплового излучения футеровки) воздуха, поступающего в пиролизатор. Это позволяет улучшить параметры образования завихрений при сжигании рисовой шелухи, подвергающейся воздействию высокой температуры в течение короткого периода времени, что предотвращает кристаллизацию диоксида кремния и полное сжигание углерода в шелухе, представляющего собой продукт, пользующийся спросом и приносящий высокие доходы. Настройка пиролизатора с воздушной камерой, окружающей огнеупорную футеровку, позволяет получить стопроцентный аморфный продукт. Более того, представленное устройство позволяет получать углеродный материал повышенной пористости, при этом обеспечивается значительное снижение выбросов углекислого газа и оксида азота в атмосферу, в результате чего утилизация отходов рисовой промышленности осуществляется экологически благоприятным способом. В некоторых вариантах устройство может предусматривать использование пиролизатора, вентилируемого смесью влажного воздуха из нагнетателя.

В некоторых вариантах устройство может дополнительно содержать блок управления, позволяющий регулировать подачу воздуха в пиролизатор, частоту подачи исходного сырья в пиролизатор и(или) систему разгрузки продукта пиролиза. Также, некоторые варианты устройства могут иметь датчики температуры, давления и(или) панели управления. То есть, в некоторых вариантах, блок управления устройства может иметь датчики температуры и давления, управлять подачей воздуха и частотой подачи исходного сырья, а также контролировать систему разгрузки продукта. Вихревой сепаратор отделяет горючий газ от продукта, а именно, аморфный диоксид кремния с высокоактивным углем. 95% основного продукта разгружается из вихревого сепаратора через винтовые конвейеры, при этом оставшиеся в горючем газе 5% направляются в циклонный сепаратор. Газ выходит через циклонный сепаратор и может использоваться для выработки тепла. Газ также может использоваться для окончательной ликвидации в факеле.

Устройство может быть герметично закрыто. Блок может быть оснащен системой автоматизации, гарантирующей остановку оборудования в случае перегрева, спада давления или неисправности элементов. В некоторых вариантах, подвергающееся воздействию высокой температуры оборудование может быть защищено по крайней мере частично — жаростойкими чехлами.

Особенности внутреннего дизайна пиролизатора и правильно выбранные режимы работы устройства переработки рисовых отходов позволяют получить горючий газ и аморфный диоксида кремния без необходимости осуществления последующей обработки углерода, который сам по себе является ценным продуктом, используемым в различных видах промышленности, и имеющим улучшенные характеристики адсорбции и площади поверхности по сравнению с похожими материалами, имеющимися на рынке, по очень низкой цене.

После надлежащего описания изобретения, для соответствующих целей указывается, что описанные материалы, форма, размер и расположение элементов могут быть изменены, если это не влечет за собой изменение основных характеристик, указанных в требованиях.

Краткое описание чертежей

На РИС. 1 представлен вид сбоку устройства для переработки органических отходов рисовой промышленности согласно одному из вариантов изобретения.

На РИС. 2 представлен вид спереди пиролизатора, согласно одному из вариантов изобретения.

Подробное изложение способа осуществления изобретения.

На РИС. 1 описывается состав устройства для переработки органических отходов рисовой промышленности согласно изобретению. На нем изображено устройство, состоящее из пиролизатора (1); вихревого сепаратора (2) и циклонного сепаратора (3), подсоединенных друг к другу в указанной последовательности при помощи жаропрочных труб; загрузочного бункера (11), подсоединенного к пиролизатору (1) и служащего для подачи органических отходов в пиролизатор (1); а также нагнетателя (9), обеспечивающего подачу воздуха в пиролизатор (1); в котором вихревой (2) и циклонный (3) сепараторы подсоединены к первому накопительному бункеру (4) посредством винтовых конвейеров (5, 6, 7). Устройство может иметь дополнительный накопительный бункер (8), подсоединенный к циклонному сепаратору (3), как это показано на РИС. 1.

В данном варианте исходное органическое сырье — рисовая шелуха — подается из загрузочного бункера (11) в пиролизатор (1), внутри которого осуществляется разложение рисовой шелухи при высокой температуре на горючий газ и аморфный продукт (диоксид кремния и углерод). Горючий газ, с теплотворной способностью приблизительно 1 000 ккал/м3, и аморфный диоксид кремния с углеродом перемещаются из пиролизатора (1) в вихревой сепаратор (2), в котором осуществляется разделение газа и продукта. Очищенный газ поступает в циклонный сепаратор (3) и проходит через стальную трубу к факелу или в систему выработки тепла/электричества. Большая часть аморфного диоксида кремния с аморфным углеродом может быть перемещена от вихревого сепаратора (2) к накопительному бункеру (4) при помощи винтовых конвейеров (5) и (7), небольшая часть продукта может быть отложена в циклонном сепараторе (3), которая будет направлена в дополнительный накопительный бункер (8) или в накопительный бункер (4) при помощи винтовых конвейеров (5), (6) и (7). Устройство, представленное на РИС. 1, закрыто герметично, тем не менее, в других вариантах оно может быть открыто.

Вариант на РИС. 1 также может содержать блок управления, позволяющий регулировать подачу воздуха в пиролизатор, частоту подачи исходного сырья в пиролизатор и систему разгрузки продукта пиролиза. Устройство может предусматривать также датчики температуры, давления и(или) панели управления (10).

На РИС. 2 представлена конфигурация пиролизатора в одном из вариантов изобретения. В данном варианте сборки, пиролизатор (1) имеет внутреннюю огнеупорную футеровку (13) и внешнюю воздушную камеру (12); при этом внешняя воздушная камера (12) покрывает внутреннюю огнеупорную футеровку (13) и конфигурация воздушной камеры (12) обеспечивает циркуляцию газа внутри. В других вариантах предусматривается частичное покрытие огнеупорной футеровки (13) внешней воздушной камерой (12).

Изобретение относится к устройству для обработки органических отходов, а именно устройствуо для переработки посредством пиролиза растительных отходов, образующихся при производстве риса. Устройство для обработки органических отходов рисовой промышленности состоит из пиролизатора (1), вихревого сепаратора (2) и циклонного сепаратора (3), подсоединенных друг к другу в указанной последовательности при помощи жаропрочных труб. Устройство включает загрузочный бункер (11), подсоединенный к пиролизатору (1) и служащий для подачи органических отходов в пиролизатор (1), а также нагнетатель (9), обеспечивающий подачу воздуха в пиролизатор (1). При этом вихревой (2) и циклонный (3) сепараторы подсоединены к первому накопительному бункеру (4) посредством винтовых конвейеров (5, 6, 7). Изобретение позволяет увеличить эффективность обработки органических отходов посредством производства остаточного вещества, состоящего в основном из аморфного диоксида кремния и аморфного углерода повышенной пористости. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для обработки органических отходов рисовой промышленности, состоящее из пиролизатора (1), вихревого сепаратора (2) и циклонного сепаратора (3), подсоединенных друг к другу в указанной последовательности при помощи жаропрочных труб, загрузочного бункера (11), подсоединенного к пиролизатору (1) и служащего для подачи органических отходов в пиролизатор (1), а также нагнетателя (9), обеспечивающего подачу воздуха в пиролизатор (1), в котором вихревой (2) и циклонный (3) сепараторы подсоединены к первому накопительному бункеру (4) посредством винтовых конвейеров (5, 6, 7).

2. Устройство для обработки органических отходов рисовой промышленности по п. 1, характеризующееся тем, что имеет дополнительный накопительный бункер (8), подсоединенный к циклонному сепаратору (3).

3. Устройство для обработки органических отходов рисовой промышленности по п. 1, характеризующееся тем, что пиролизатор (1) имеет внутреннюю огнеупорную футеровку (13) и внешнюю воздушную камеру (12), при этом внешняя воздушная камера (12) покрывает, по крайней мере, частично внутреннюю огнеупорную футеровку (13), и конфигурация воздушной камеры (12) обеспечивает циркуляцию газа внутри.

4. Устройство для обработки органических отходов рисовой промышленности по п. 1, характеризующееся тем, что устройство герметично запечатано.

5. Устройство для обработки органических отходов рисовой промышленности по п. 1, характеризующееся тем, что дополнительно имеет блок управления, позволяющий регулировать подачу воздуха в пиролизатор, частоту подачи исходного сырья в пиролизатор и/или систему разгрузки продукта пиролиза.

6. Устройство для обработки органических отходов рисовой промышленности по п. 1, характеризующееся тем, что имеет датчики температуры, давления и/или панели управления (10).