Система переработки органических побочных продуктов - RU2701537C1

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение относится к системе переработки органических побочных продуктов и/или отходов, в частности, биошлама, получаемого при производстве биогаза, навоза и т.п., обрезков травы или зелени деревьев и кустарников и/или осадка сточных вод.

Современные технологии гидротермальной карбонизации позволяют достаточно простым способом получать уголь или газ из биомассы или органических побочных продуктов и/или отходов при выделении энергии. В этом процессе биомассу нагревают вместе с водой в напорной емкости, причем можно обрабатывать как сырую, так и сухую биомассу.

В напорной емкости, заполненной биомассой, протекает экзотермическая реакция, при которой через несколько часов полностью преобразуется углерод исходных продуктов с образованием бурого угля. При этом физико-химическом процессе сохраняется почти 100% углерода и 2/3 энергии, содержащейся в исходной биомассе. Кроме того, не происходит выделения оказывающего негативное воздействие на климат CO₂ или метана.

Еще одним продуктом гидротермальной карбонизации является так называемая технологическая вода ГТК (гидротермальной карбонизации), которая содержит ценные питательные вещества, необходимые для роста растений. Эту воду используют, например, для того, чтобы за короткое время образовать дополнительную биомассу в большом объеме.

Недостатком этой технологии является то, что технологическая вода ГТК используется непосредственно для ускорения роста растений, а полное использование всей технологической воды ГТК, получаемой из процесса гидротермальной карбонизации, из-за требуемых посевных площадей не может считаться рентабельным.

В этом контексте основная задача настоящего изобретения состоит в создании усовершенствованной системы для переработки органических побочных продуктов и/или отходов, при которой можно повысить общую эффективность, а также широко использовать все продукты реакции, возникающие в этом процессе.

Для технического решения этой задачи предлагается система переработки органических побочных продуктов и/или отходов, в частности, биошлама, получаемого при производстве биогаза, навоза и т.п., обрезков травы или зелени деревьев и кустарников и/или осадка сточных вод, включающая в себя

необязательное устройство для удаления примесей из органических побочных продуктов,

необязательное устройство для измельчения органических побочных продуктов, расположенное ниже по потоку относительно необязательного устройства для удаления примесей,

устройство для преобразования органических побочных продуктов в переработанные продукты в виде угля и технологической воды в процессе гидротермальной карбонизации, расположенное ниже по потоку относительно необязательноого устройства для устранения примесей и/или необязательному устройству для измельчения органических побочных продуктов,

устройство, в частности, камерный фильтр-пресс или центрифуга и т.п., для отделения получаемых при гидротермальной карбонизации переработанных продуктов в виде угля и технологической воды, которое расположено ниже по потокуотносительно устройства для преобразования органических побочных продуктов в процессе гидротермальной карбонизации,

устройство для сушки и необязательного брикетирования угля, получаемого в качестве переработанного продукта, которое расположено ниже по потоку относительноустройства для отделения получаемых при гидротермальной карбонизации переработанных продуктов, при этом технологическая вода, получаемая при сушке и необязательном брикетировании, при необходимости добавляется в технологическую воду, полученную в процессе гидротермальной карбонизации, и

устройство для по меньшей мере частичной вакуумной дистилляции технологической воды, получаемой в качестве переработанного продукта, посредством концентрирования с помощью вакуума для производства удобрений для растений, которое расположено ниже по потоку относительно устройства для отделения получаемых при гидротермальной карбонизации переработанных продуктов.

В настоящем изобретении, в частности, используются результаты исследований, согласно которым очистка технологической воды, полученной в процессе гидротермальной карбонизации, может быть выполнена посредством концентрирования с помощью вакуума, и таким образом отпадает необходимость в обязательной очистке воды с помощью растений, которые требуют особых условий.

Более того, предлагаемое решение поставленной технической задачи обеспечивает, в частности, преимущества при транспортировке переработанных продуктов гидротермальной карбонизации, так как удобрение, получаемое из технологической воды посредством концентрирования с помощью вакуума, транспортируется намного легче, чем необработанная технологическая вода.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения предусматривается, что расположенное ниже по потоку относительно устройства для сушки и необязательного брикетирования угля, получаемого в качестве переработанного продукта, устройство, в частности, газификатор дерева/угля, предназначается для по меньшей мере частичного преобразования высушенного и необязательно брикетированного угля в синтез-газ. Применение такого устройства возможно, в частности, если в качестве переработанного продукта требуется синтез-газ как энергоноситель. Кроме того, имеются преимущества в отношении удобства в использовании, а также транспортировки синтез-газа по сравнению с углем.

Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения предусматривается, что расположенное ниже по потоку относительно устройства для для по меньшей мере частичного преобразования высушенного и необязательно брикетированного угля в синтез-газ устройство, в частности, двухтопливный двигатель, предназначается для использования синтез-газа для производства электроэнергии с помощью генератора. Это, в частности, позволяет лучше распределять энергию, полученную при помощи гидротермальной карбонизации, так как, например, уже существующие инфраструктуры могут быть использованы для транспортировки электроэнергии. Таким образом, предлагаемая система может быть использована для децентрализованного производства электрической и тепловой энергии.

Более того, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения предусматривается, что между устройством для сушки и необязательного брикетирования угля, получаемого в качестве переработанного продукта, и устройством для по меньшей мере частичного преобразования высушенного и необязательно брикетированного угля в синтез-газ предусмотрено устройство для хранения или промежуточного хранения угля. Это дает преимущества, если устройство для преобразования высушенного и необязательно брикетированного угля в синтез-газ является недостаточно большим для непосредственного выполнения преобразования угля в синтез-газ, а также для соответствия различным требованиям к выработке электрической и тепловой энергии. Предпочтительной является такая конфигурация устройства для хранения или промежуточного хранения угля, чтобы оно было оснащено устройством для дальнейшей автоматической транспортировки угля из устройства для сушки и необязательного брикетирования угля, получаемого в качестве переработанного продукта, к устройству для преобразования высушенного и необязательно брикетированного угля в синтез-газ с помощью автоматизированного транспортера, чтобы не было необходимости в ручном вмешательстве в предлагаемую систему.

Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения предусматривается, что получаемый из устройства для сушки и необязательного брикетирования угля, получаемого в качестве переработанного продукта, отводимый воздух забирается устройством для использования синтез-газа. Тем самым предотвращается выброс загрязняющих веществ, образующихся при сушке, т.к., например, летучие фенолы отработанного воздуха в двигателе устройства для использования синтез-газа могут служить в качестве топлива. Другой очистки отработанного воздуха или образующихся выбросов не требуется.

Согласно следующему предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения предусматривается, что сбросное тепло, полученное при работе устройства для использования синтез-газа, используется в качестве источника тепла для устройства для по меньшей мере частичной вакуумной дистилляции и/или для устройства для преобразования органических побочных продуктов в процессе гидротермальной карбонизации. Такого рода использование энергии, в любом случае выделяемой в виде сбросного тепла, может еще больше повысить энергетический баланс всей предлагаемой системы. Следовательно, отдельно устанавливаемый источник тепла для устройства для преобразования побочных продуктов в процессе гидротермальной карбонизации и/или устройства для полной или частичной вакуумной дистилляции технологической воды, получаемой в качестве переработанного продукта, посредством концентрирования с помощью вакуума не требуется. Отдельное преимущество дает применение сбросного тепла, полученного при работе устройства для использования синтез-газа, в качестве источника тепла для устройства для сушки и брикетирования угля, получаемого в качестве переработанного продукта.

Согласно преимущественному варианту осуществления предлагаемой системы для угля, который не используется устройством для по меньшей мере частичного преобразования высушенного и необязательно брикетированного угля в синтез-газ, предусмотрено дальнейшее использование вне предлагаемой системы. Такое применение может происходить в рамках обогащения угля, при котором, например, производится коксование угля или его сжижение.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления предлагаемой системы для синтез-газа, который не используется устройством для использования синтез-газа для производства электроэнергии с помощью генератора, предусмотрено дальнейшее использование вне предлагаемой системы. Такое применение может происходить, например, при заполнении неиспользуемым синтез-газом газовых баллонов или газовых картриджей, которые подходят для последующей реализации.

Предпочтительно, устройство для преобразования органических побочных продуктов в процессе гидротермальной карбонизации содержит устройство для отделения химически связанных минералов из органических побочных продуктов и сохранения этих минералов в технологической воде. Это особенно выгодно, поскольку таким образом минералы, содержащиеся в органических побочных продуктах, не перерабатываются вместе с получаемым в процессе гидротермальной карбонизации продуктом в виде угля, а вместо этого находятся в технологической воде, из которой с помощью подключаемого устройства для вакуумной дистилляции технологической воды, получаемой в качестве переработанного продукта, посредством концентрирования с помощью вакуума, может быть получено удобрение, применяемое для обеспечения растений питательными веществами.

Согласно следующему предпочтительному вараинту осущетсвления настоящего изобретения в устройстве для по меньшей мере частичной вакуумной дистилляции технологической воды, получаемой в качестве переработанного продукта, установлено устройство для вакуумной дистилляции летучего аммония, содержащегося в технологической воде, и устройство для последующего смешивания дистиллированного аммония с подходящей кислотой, в частности с серной кислотой, для получения сульфата аммония, используемого в качестве удобрения. Это позволяет, в частности, удалять из технологической воды содержащуюся в ней нитратную фракцию. Все прочие минеральные вещества, содержащиеся в технологической воде, остаются в растворе в зависимости от концентрации, составляющей около 3-5 объемных процентов сырьевого материала, в качестве основного удобрения, причем эти минеральные вещества могут быть представлены в виде фосфора, калийной соли, извести и углерода, а также таких микроэлементов, как магний, марганец, бор и т.п.

Согласно следующему предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения предусматривается, что в устройстве для по меньшей мере частичной вакуумной дистилляции технологической воды, получаемой в качестве переработанного продукта, установлено устройство для полного выпаривания влаги, содержащейся в технологической воде, для получения сыпучих удобрений. Такой подход является преимущественным, если сыпучим удобрениям отдается предпочтение, например, при транспортировке, а дистиллированная вода на месте не применяется.

Согласно предпочтительному варианту осуществления предлагаемой системы также предусматривается, что сбросное тепло от внешней системы, в частности, от биогазовой установки без тепловой схемы, используется в качестве необязательного источника тепла для устройства для по меньшей мере частичной вакуумной дистилляции и/или для устройства для преобразования органических побочных продуктов в процессе гидротермальной карбонизации. Это позволяет компенсировать возникающие отрицательные энергетические балансы в отношении теплоснабжения предлагаемой системы, а также целесообразно использовать выделяемое сбросное тепло в других биогазовых установках без тепловой схемы.

Согласно следующему предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения такжепредусматривается, что для технологической воды, которая не используется устройством для по меньшей мере частичной вакуумной дистилляции, предусмотрено использование для водных растений в теплице, где сбор растений осуществляется преимущественно автоматически. Это особенно целесообразно, если для производства удобрений больше не требуется технологическая вода, и при этом технологическая вода или питательные вещества, содержащиеся в технологической воде, должны быть эффективно использованы. В результате использования технологической воды для водных растений производится очистка воды, причем для этой цели особенно подходят водные С₄-растения, а за счет их роста создается дополнительная биомасса, которая, с одной стороны, забирает из воздуха CO₂ и таким образом может функционировать в качестве средства для снижения содержания CO₂, а с другой стороны, может использоваться в качестве сырья для предлагаемой системы и, таким образом, снова вырабатывать энергию.

Более подробная информация, характеристики и преимущества настоящего изобретения поясняются далее при помощи варианта осуществления, показанного на прилагаемой фигуре, где

на фиг. 1 представлена предлагаемая блок схема системы для переработки органических побочных продуктов и/или отходов.

На фиг. 1 в виде блок-схемы представлена предлагаемая система 5 для переработки органических побочных продуктов и/или отходов. Система 5 включает в себя устройство 1 для удаления примесей из органических побочных продуктов, в которое подают биомассу В в виде органических побочных продуктов и/или отходов. После устранения примесей биомасса В перерабатывается в устройстве 2 для измельчения органических побочных продуктов. Измельчение органических побочных продуктов, в частности, способствует ускорению дальнейшего процесса. После того как органические отходы будут измельчены, в устройстве 3 для преобразования органических побочных продуктов в процессе гидротермальной карбонизации осуществляют преобразование биомассы В в переработанные продукты в виде угля К и технологической воды P. После этого оба этих переработанных продукта находятся в системе 5 в виде жидкого шлама, поэтому требуется разделение этих двух переработанных продуктов. Такое разделение происходит в подключенном к устройству 3 для преобразования органических побочных продуктов в процессе гидротермальной карбонизации устройстве 4, которое предназначено для разделения переработанных продуктов в виде угля К и технологической воды Р, получаемых в процессе гидротермальной карбонизации. В данном случае такое устройство 4, в частности, представлено в виде камерного фильтр-пресса или центрифуги, которые особенно хорошо подходят для отделения.

Для дальнейшей переработки переработанного продукта в виде угля в предлагаемой системе предусмотрено устройство 5 для сушки и необязательного брикетирования. При этом получаемую в процессе сушки технологическую воду Р добавляют к уже имеющейся технологической воде Р, которая присутствует в качестве переработанного продукта гидротермальной карбонизации и была отделена с помощью предыдущего устройства 4 для разделения переработанных продуктов, получаемых в процессе гидротермальной карбонизации. Затем производится дальнейшая переработка уже высушенного угля К с помощью устройства 7 для по меньшей мере частичного преобразования высушенного и необязательно брикетированного угля К в синтез-газ, причем необязательно может быть выполнено хранение или промежуточное хранение угля К с помощью соответствующего устройства 6. Использование такого устройства 6 для хранения или промежуточного хранения угля особенно целесообразно в том случае, если требуется дальнейшая переработка только определенной части угля, а другая часть реализуется в неизмененной форме. В предлагаемой системе 5 предусмотрено устройство 8 для использования синтез-газа для получения электроэнергии с помощью генератора, которое расположено ниже по потоку относительно устройства 7 для по меньшей мере частичного преобразования высушенного и необязательно брикетированного угля К в синтез-газ, , так как с его помощью может быть выработана электроэнергия в качестве энергоносителя, если не требуется использование угля К и/или газа в качестве энергоносителя. Отводимый воздух, полученный при работе устройства 5 для сушки и необязательного брикетирования угля К в качестве переработанного продукта, забирается устройством 8 для использования синтез-газа, так как присутствующие в отводимом воздухе выбросы, например, фенолы, служат в качестве топлива в двигателе.

Имеющаяся в предлагаемой системе технологическая вода Р обрабатывается устройством 9 для по меньшей мере частичной вакуумной дистилляции технологической воды, получаемой в качестве переработанного продукта, посредством концентрирования с помощью вакуума для производства удобрений. Для этого в устройстве 9 для по меньшей мере частичной вакуумной дистилляции технологической воды Р, получаемой в качестве переработанного продукта, в частности, предусмотрено устройство для вакуумной дистилляции летучего аммония, содержащегося в технологической воде Р, и устройство для последующего смешивания дистиллированного аммония с подходящей кислотой, в частности с серной кислотой, для получения сульфата аммония, используемого в качестве удобрения. Согласно этому варианту осуществления технологическую воду Р, которая не была использована для производства удобрений, используют в устройстве 10 для переработки посредством водных растений. Водные растения особенно хорошо подходят для переработки содержащихся в технологической воде Р питательных веществ и минералов, а также подходят для использования в качестве биомассы В, которая может быть добавлена в предлагаемую систему 5 в качестве материала для переработки.

Для дальнейшего повышения энергетического баланса предлагаемой системы 5 в этом варианте осуществления сбросное тепло W, полученное при работе устройства 8 для использования синтез-газа для выработки электроэнергии с помощью генератора, используют в качестве источника тепла для устройства 5 для сушки и необязательного брикетирования угля К, полученного в качестве переработанного продукта, для устройства 9 для по меньшей мере частичной вакуумной дистилляции технологической воды Р, получаемой в качестве переработанного продукта, посредством концентрирования с помощью вакуума, а также для устройства 3 для преобразования органических побочных продуктов в процессе гидротермальной карбонизации.

Более того, в предлагаемой системе 5 в соответствии с этим вариантом осуществления предусмотрено, что сбросное тепло Е от внешней системы, в частности, от биогазовой установки без тепловой схемы, используют в качестве дополнительного источника тепла для устройства 3 для преобразования органических побочных продуктов в процессе гидротермальной карбонизации и/или для устройства 9 для по меньшей мере частичной вакуумной дистилляции. Таким образом, может быть компенсирован возникающий дефицит тепла в предлагаемой системе 5, и, кроме того, обеспечивается эффективное использование сбросного тепла Е, вырабатываемого биогазовой установкой без тепловой схемы.

Представленные на фигуре варианты осуществления и пояснения по вариантам осуществления служат исключительно для разъяснений настоящего изобретения и не являются ограничивающими.

Перечень ссылочных обозначений:

1 устройство для удаления примесей из органических побочных продуктов (B)

2 устройство для измельчения органических побочных продуктов (B)

3 устройство для преобразования органических побочных продуктов (B) в процессе гидротермальной карбонизации

4 устройство для разделения переработанных продуктов в виде угля (К) и технологической воды (Р), получаемых в процессе гидротермальной карбонизации

5 устройство для сушки и необязательного брикетирования угля (К), получаемого в качестве переработанного продукта

6 устройство для хранения или промежуточного хранения угля

7 устройство для по меньшей мере частичного преобразования высушенного и необязательно брикетированного угля (К) в синтез-газ

8 устройство для использования синтез-газа для производства электроэнергии с помощью генератора

9 устройство для по меньшей мере частичной вакуумной дистилляции технологической воды (Р), получаемой в качестве переработанного продукта, посредством концентрирования с помощью вакуума

10 устройство для по меньшей мере частичной переработки технологической воды (Р) посредством водных растений

B биомасса в виде органических побочных продуктов и/или отходов

E сбросное тепло (Е) из внешней системы

K уголь

L отработанный воздух из устройства (5) для сушки и необязательного брикетирования угля (К), получаемого в качестве переработанного продукта

P технологическая вода

S система переработки органических побочных продуктов и/или отходов (B)

W сбросное тепло, полученное при работе устройства (8) для использования синтез-газа

Реферат

Настоящее изобретение относится к системе для переработки органических побочных продуктов и/или отходов, в частности биошлама, получаемого при производстве биогаза, навоза и т.п., обрезков травы или зелени деревьев и кустарников и/или осадка сточных вод. Система для переработки органических побочных продуктов и/или отходов включает необязательное устройство для удаления примесей из органических побочных продуктов, устройство для измельчения, устройство для преобразования органических побочных продуктов в переработанные продукты, устройство для разделения переработанных продуктов, устройство для сушки, устройство для частичной вакуумной дистилляции технологической воды. Изобретение обеспечивает усовершенствование системы для переработки органических побочных продуктов и/или отходов, повышение общей эффективности, а также использование всех продуктов реакции, возникающих в этом процессе. 12 з.п. ф-лы.

Формула