Способ получения биотоплива из растительного сырья и устройство для его осуществления

Название	Способ получения биотоплива из растительного сырья и устройство для его осуществления
Разработчик (Авторы)	Ахмадиев Габдулахат Маликович
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2743011
Дата регистрации	12.02.2021
Правообладатель	федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ)
Область применения (класс МПК)	C10L 5/44 (2006.01)

Описание изобретения

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и ресурсосбережению, в частности к альтернативным энергетическим ресурсам, используемых, как для промышленных, так и для бытовых нужд, способу и устройству получения твердых топливных брикетов из опавших листьев и мелкой древесины, а также к выработке биогаза из органических растительных отходов, возможно представляющих и обладающих вредными и опасными свойствами, на почве содержания в них тяжелых металлов, химических, техногенных и биогенных веществ.

Поиск, анализ научных изысканий и разработка способа и устройства по переработке опавших листьев и мелкой древесины в биотопливо велась на базе лаборатории техносферной безопасности кафедры химии и экологии.

Гипотезой научно-технического решения является возможность использования опавших листьев и мелкой древесины в качестве полезного и резервного сырья для получения биотоплива.

В мировой практике есть пример производства такого биотоплива - Британская компания BioFuelsInternationa. При предварительной подсчитанной годовой массе листьев в городе Набережные Челны потенциально возможное количество тепла может составить около 200 тыс. Гкал. Это говорит о том, что использование листьев в качестве сырья для биотоплива экономически целесообразно, так как этим количеством тепла можно обеспечить несколько десяток котельных и дровяных печей.

Известна установка переработки твердых бытовых отходов путем сжигания и температурного обеззараживания [1], состоящая из газогенератора и центрифуги для очистки горючего газа.

Недостатком [1] является то, что установка требует дополнительных затрат на органическое топливо и при этом отсутствует система непрерывной подачи органического топлива и отвода золы, отсутствует система утилизации и обеззараживания органических веществ и использование попутно образующейся тепловой энергии для получения полезной продукции и при этом не предусмотрены технологические датчики.

Известна установка переработки древесины в горючий газ в газогенераторе, используя пиролиз [2], состоящий из устройства, предназначенного для термического разложения органических полимеров.

Недостатком [2] является то, что эта установка требует дополнительных затрат на органическое топливо, при этом установка использует пиролиз, превращая древесину в горючий газ, в газогенераторе не контролируется технологические процессы датчиками, не учитывает приемов обеспечения техники безопасности.

Наиболее близким по существу заявляемого изобретения, прототипом, является установка для обеззараживания и утилизации илового осадка очистных сооружений[3], включает газогенератор и центрифугу для очистки горючего газа и оснащена бактерицидной ультрафиолетовой лампой. Предусмотрено устройство для размешивания илового осадка с древесными опилками и опавшими листьями в соотношении 1:1. Устройством просушивается смесь из илового осадка, древесных опилок и опавших листьев и далее шнековым прессом гранулируется просушенная смесь в брикеты. Технологический цикл контролируется датчиками температуры, влажности, давления и определения объема брикетов и золы.

Недостатком прототипа [3] является то, что устройство предназначено только для обеззараживания и утилизации илового осадка очистных сооружений г не имеет конструктивно-технологические элементы для переработки опавших листьев и мелкой древесины в твердое биотопливо.

Целью настоящего предлагаемого технического решения является обеспечение безопасности способа получения твердого биотоплива из растительного сырья и устройство для его осуществления путем контроля влажности, механической прочности, степени теплоемкости и теплоты сгорания и технологией его получения и с обеспечением нужной температуры, давления, согласно стандартным требованиям - ГОСТа. Для получения биотоплива используют термоустановку путем контроля, технологического цикла: температурного, влажностного режима, давления, объема поступающего и выходного материала.

Поставленная цель предлагаемого способа получения твердого биотоплива из растительного сырья достигается с помощью использования термоустановки, которая направлена на повышение эффективности прилипания листьев к мелкой древесине путем подержания их соотношения в массовом отношении 1:2 и выдержкой в термоустановке температуры в пределах 80-100°С.

Устройство для получения твердого биотоплива из растительного сырья согласно предложенного способа имеет компрессор, как всасывающий узел, сепаратор для очистки мелкой древесины и опавших листьев от посторонних примесей, для нагревания и поддержания температуры в пределах 80-100°С устройство оснащено термоустановкой, а для повышения безопасности и эффективности дополнительно оснащено установкой для размешивания мелкой древесины и листьев прессующим шнеком и дополнено функционально связующим, регулирующим и комплектующим узлом: для регулирования получения твердого биотоплива из растительного сырья установлены цифровые информационные датчики: влажности смеси листьев и мелкой древесины, температуры и давления, а для передачи их параметров предусмотрена приставка, передающая их в регистрирующее устройство оператора-компьютера.

Дополнением к поставленной цели предлагаемого способа получения твердого биотоплива и устройства его осуществления является и включение в технологический процесс конструктивно зависимых последовательно функционирующих элементов: уборочной техники листьев, емкости для хранения листьев, компрессора (вытяжного насоса) как всасывающего узла, сепаратора для очистки мелкой древесины и опавших листьев от посторонних примесей, резного устройства для измельчения мелкой древесины с листьями, термоустановки с температурным датчиком, транспортера для подачи сырья; прессующего шнека, универсального цифрового датчика для контроля технологических параметров, датчика для определения влажности сырья (листьев и мелкой древесины), датчика для контроля давления в технологической системе (узлах), температурного датчика, цифрового датчика для оценки качества характеристики брикетов; приставки для передачи данных датчиков, компьютера-оператора.

Сущность заявляемого технического решения поясняется схемой, на которой изображено устройство для получения твердого биотоплива из растительного сырья, где указаны технологические элементы: 1 - уборочная техника листьев, 2 - емкость для хранения листьев, 3 - вытяжной насос, 4 - сепаратор для очистки мелкой древесины и опавших листьев от посторонних примесей, 5 - резное устройство для измельчения мелкой древесины с листьями, 6 - термоустановка (термостат) с температурным датчиком, 7 - транспортер для подачи сырья, 8 - прессующий шнек, 9 - универсальный цифровой датчик для контроля технологических параметров, 10 - датчик влажности листьев и мелкой древесины, 11 - датчик давления, 12 - датчик температуры, 13 - цифровой датчик для характеристики брикетов, 14 - приставка для передачи данных персональных датчиков и универсального датчика, 15 -компьютер-оператор.

Устройство работает следующим образом. Опавшие листья собираются с помощью уборочной техники 1 в емкость для хранения 2. Далее с помощью вытяжного воздушного насоса, то есть втягующего компрессора, как всасывающий узел 3 листья подаются в сепаратор для очистки мелкой древесины и опавших листьев от посторонних примесей 4. После очистки растительного сырья переходит в резное устройство для измельчения мелкой древесины с листьями 5. Измельченная однородная масса подается с помощью транспортера 7 в термостат с температурным датчиком для поддержания нужной температуры 6. Полученная смесь просушивается в установке за счет полученного тепла в процессе термостате. И далее, измельченная древесно-листовая смесь гранулируется в шнековом прессе 8 в брикеты, которые размещают в термостат для приготовления брикетов. Датчики, контролирующие технологический процесс, расположены последовательно в конструктивно функциональных узлах устройства: 9,10,11,12,13,14,15. Термоустановка работает за счет образованных брикетов на автоматическом термическом режиме, температура внутри установки контролируется датчиком 12 и при этом, часть вырабатываемого горючего газа, около 50 процентов, идет на собственное поддержание процесса выработки тепла, в среднем 80-100 градусов по Цельсию. Притермическом процессе в термостате образуется тепловая энергия, которая используется с целью повышения его эффективности прилипания листьев к древесине и усиления образования брикетов. Комплекс завершающих технологических процессов в способе получения биотоплива в устройстве контролируется с помощью универсального цифрового датчик для обеспечения техносферной и пожарной безопасности 9. Если появится не сгоревшая масса в устройстве, то она удаляется с помощью средства выброса, после определения качества цифровым датчиком для характеристики брикетов 13. В устройстве имеется приставка с регистратором для передачи технологических данных датчиков 14 в компьютер 15.

Предлагаемый способ и устройство удовлетворяет критериям новизны, так как при определении уровня техники не обнаружено средство, которому присущи идентичные (то есть совпадающие по исполняемой ими функции и форме выполнения этих признаков) всем признакам, перечисленным в формуле способа и устройства и включая характеристику назначения.

Заявленное техническое решение можно реализовать в производстве для охраны окружающей среды и ресурсосбережению. Способ и устройство для получения твердых топливных брикетов из опавших листьев и мелкой древесины направлены для обеспечения охраны окружающей среды посредством использования известных стандартных технических устройств и оборудования. Это соответствует критерию «промышленная применимость», предъявляемому к способам и устройствам.

Использованные источники:

1. Бикбау М.Я., Луговкина В.Н. Комплексная переработка твердых бытовых отходов. - М.: ОАО "Московский институт материаловедения и эффективных технологий", 2006.

2. Мадорский С.Термическое разложение органических полимеров. - М: Мир, 1967.- 328 с.

3. Патент РФ №172829, МПК C02F 11/10, C02F 11/12, F2G 7/00. Устройство для обеззараживания и утилизации илового осадка очистных сооружений. Приоритет от 09.03.2016., Опубликовано 26.07.2017. Бюл. №21.

Формула изобретения

1. Способ получения твердого биотоплива из растительного сырья с использованием термоустановки, отличающийся тем, что с целью повышения эффективности прилипания листьев к мелкой древесине поддерживают их в массовом соотношении 1:2 и выдерживают в термоустановке температуру в пределах 80-100°С.

2. Устройство для получения твердого биотоплива из растительного сырья способом по п.1, включающее компрессор как всасывающий узел, сепаратор для очистки от посторонних примесей и отличающееся тем, что для нагревания и поддержания температуры в пределах 80-100°С устройство оснащено термоустановкой, а для повышения безопасности и эффективности дополнительно оснащено установкой для размешивания мелкой древесины и листьев, прессующим шнеком и дополнено функционально связующим, регулирующим и комплектующим узлом: для регулирования получения твердого биотопива из растительного сырья установлены цифровые информационные датчики: влажности смеси листьев и мелкой древесины, температуры и давления, а для передачи их параметров предусмотрена приставка, передающая их в регистрирующее устройство оператора-компьютера.

Изобретение "Способ получения биотоплива из растительного сырья и устройство для его осуществления" (Ахмадиев Габдулахат Маликович) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога