Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ КОМПЛЕКСНОЙ ГЛУБОКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ЗЕЛЕНОЙ МАССЫ ТОПИНАМБУРА

Изобретение относится к способу комплексной глубокой переработки зеленой массы топинамбура с получением тепловой, электрической энергии и комплексного органо-минерального удобрения.

В зеленой массе растений, создаваемой в процессе фотосинтеза, кинетическая энергия солнечных лучей накапливается в виде химической энергии, которая может быть высвобождена различными способами и преобразована в тепловую и электрическую энергию. Оставшаяся часть вещества содержит химические элементы, необходимые для питания растений, и является компонентом для производства комплексного органо-минерального удобрения.

Известен способ получения тепловой и электрической энергии из органических отходов, в том числе из растительной массы путем ее высушивания, брикетирования с последующим пиролизом с целью получения горючего газа, который после охлаждения и очистки используется для привода дизель-электростанции, вырабатывающей тепловую и электрическую энергию (Переработка органических отходов методом пиролиза, www.adaptika, www.biorex.ru).

Недостатком данного способа является то, что, во-первых, зеленая часть растений имеет повышенную влажность, в результате чего на сушку расходуется большое количество энергии, а во-вторых, после пиролиза остается зола, использование которой не предусмотрено.

Известен способ переработки стеблей топинамбура, очищенных от листьев, и получения фруктозо-глюкозного сиропа (RU патент №2059730, МПК С13К 11/00, опубл. 10.05.1996), в соответствии с которым стебли топинамбура измельчают, запаривают, отжимают, фильтруют отжим и концентрируют фильтрат до концентрации сиропа упариванием, полученный фруктозо-глюкозный сироп используют в кондитерском производстве.

Но данный способ не предусматривает переработку полученного при отжиме жмыха.

Наиболее близким к разработанному способу по технической сущности и достигаемому результату является способ получения тепловой и электрической энергии, включающий сбор растительного сырья, его измельчение и метановое сбраживание в метантенках с подачей полученного биогаза в газгольдеры с последующим использованием биогаза для получения тепловой и электрической энергии. Оставшийся после сбраживания биошлам подвергают первоначально механическому обезвоживанию, а затем термической сушке до абсолютной влажности 50-60%. Полученный концентрат направляют в качестве топлива на сжигание в топке котельной установки с выработкой параэнергетических параметров для производства электроэнергии. Отходящие газы из котельной установки делят на два потока, один из которых направляют на сушку концентрата, а другой поток - на подогрев растительного сырья в метантанках до температуры метанового сбраживания (RU Патент №2499954, МПК A23L 1/214).

Недостатком данного способа является то, что после метанового сбраживания из оставшегося биошлама предусматривается получение концентрата, который используется для сжигания. Однако после механического обезвоживания концентрата для его сушки требуется большое количество тепловой энергии, при этом полученный концентрат имеет низкое содержание органического вещества, что затрудняет горение, теплотворная способность такого вещества низкая, следовательно, использовать в качестве топлива его не целесообразно, а использование биошлама в качестве органического компонента в составе удобрений не предусмотрено.

Задачей изобретения является комплексная глубокая переработка зеленой массы топинамбура с целью получения сока, который может использоваться для производства фруктозоглюкозного сиропа, и получения дешевой тепловой и электрической энергии, которая может использоваться на внутрихозяйственные нужды, получения комплексного органо-минерального удобрения с высоким содержанием питательных веществ, необходимых для растений.

Решение поставленной задачи достигается предлагаемым способом, который как и прототип включает в себя: сбор растительного сырья, его измельчение и метановое сбраживание в метантенках с подачей полученного биогаза в газгольдеры с последующим использованием биогаза для получения тепловой и электрической энергии, после сбраживания полученный биошлам влажностью 90-92% направляют на механическое обезвоживание до относительной влажности 40-50%, в отличие от прототипа в качестве растительного сырья используют зеленую массу топинамбура, которую делят на две части. Одну часть подают в метантенк, в котором при метановом сбраживании образуется биогаз и биошлам, а вторую часть подают на механическое прессование с целью получения сока, который может быть использован для производства фруктозоглюкозного сиропа, и жмыха. Жмых досушивают до влажности 17-20% (при влажности ниже 17% увеличиваются затраты на испарение влаги, при влажности выше 20% нарушается процесс пиролиза), брикетируют и подают в реактор, где без доступа кислорода в результате термохимической конверсии образуется пиролизный горючий газ и зола, которая содержит в концентрированном виде все необходимые для растений элементы питания. Горючий газ используют в качестве топлива для производства тепловой и электрической энергии, а золу подают на смешивание с обезвоженным биошламом, используемым в качестве органического компонента, совместно с золой возможно использование и других минеральных компонентов таких, как сульфат аммония (отходы металлургического производства), фосфоритная руда, хлористый калий. После приготовления органо-минеральной смеси производят ее гранулирование и досушивание гранул до влажности 14-15%, а затем используют в качестве удобрения. При влажности гранул ниже 14% увеличиваются затраты на испарение влаги, при влажности выше 15% начинают протекать биологические процессы самосогревания, что ведет к развитию бактерий и других нежелательных биологических процессов.

После сбраживания и механического обезвоживания содержание питательных веществ в биошламе составляет до 10%. Зола зеленой массы топинамбура содержит до 60%, доступных для растений питательных веществ, является абсолютно сухой и гигроскопичной. При смешивании ее в равных долях с биошламом влажностью 40-50% влажность органо-минеральной смеси выравнивается до 20-25%, содержание питательных веществ составляет 30-35%.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается тем, что после измельчения сырье делят на две части. Одну часть подают в метантенк для получения биогаза и отходов в виде биошлама, а вторую часть подают на механическое прессование с целью получения сока и жмыха. Жмых досушивают до влажности 17-20%, брикетируют и подают в реактор, где в результате термохимической конверсии образуется пиролизный горючий газ и зола. Горючий газ используют в качестве топлива для производства тепловой и электрической энергии, а золу подают на смешивание с обезвоженным биошламом, используемым в качестве органического компонента. После приготовления органо-минеральной смеси производят ее гранулирование и досушивание гранул до влажности 14-15%, а затем используют в качестве удобрений. При этом часть тепловой энергии используют для высушивания жмыха и досушивания гранул, а часть электрической энергии для работы технологической линии. Большая часть производимой тепловой и электрической энергии предназначена для использования другими потребителями. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию «новизна».

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями в данной области показывает, что уже известен способ приготовления органо-минерального удобрения путем смешивания золы, получаемой при сжигании органического вещества, с органическими отходами птицеводства и животноводства, гранулирования полученной смеси и досушивания гранул. Однако в предлагаемом способе используется зола, образуемая в результате пиролиза органического вещества, а в качестве органического компонента используется обезвоженный биошлам, оставшийся после производства биогаза, путем метанового сбраживания органического вещества. Получение удобрения с помощью заявляемого способа не известно из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию «изобретательский уровень».

Осуществление заявляемого способа комплексной переработки зеленой части топинамбура производится следующим образом.

При уборке зеленой массы топинамбура производится ее измельчение и разделение на две части. Одну часть подают в метантенк, в котором при влажности 90-92% в результате метанового сбраживания образуется биогаз, который собирают и подают в газгольдеры с последующим использованием его для получения тепловой и электрической энергии. Биошлам удаляют из метантенка и подают на механическое обезвоживание. Жидкую часть биошлама возвращают в метантенк, а твердую часть с влажностью 40-50% в качестве органического компонента подают на приготовление органо-минерального удобрения. Вторую часть измельченной зеленой массы топинамбура подают на отжим для получения сока и жмыха. Сок зеленой массы топинамбура собирают и подают на переработку для получения фруктозоглюкозного сиропа, а жмых досушивают до влажности 17-20%, брикетируют и подают в термохимический реактор, в котором образуется пиролизный горючий газ и зола. Горючий газ проходит систему очистки и подается в тепловую установку, например в дизель-электростанцию, которая вырабатывает тепловую и электрическую энергию. Золу собирают и подают на приготовление органо-минерального удобрения. Биошлам смешивают с золой, получают органо-минеральную смесь влажностью 20-25% с содержанием питательных веществ 30-35%, которую гранулируют, а гранулы досушивают до влажности 14-15% и используют в качестве удобрения. Совместно с золой возможно использование и других минеральных компонентов, например сульфата аммония, фосфоритной руды, хлористого калия. Данное удобрение удобно фасовать, хранить, транспортировать и вносить в почву существующей системой машин.

Осуществление заявляемого способа комплексной глубокой переработки зеленой массы топинамбура позволяет производить из 1 т биологической массы, влажностью 70% до 125-130 л фруктозоглюкозного сока, 45 м³ биогаза, 200 кВт тепловой и 150 кВт электрической энергии и комплексного органо-минерального удобрения с высоким содержанием элементов питания растений (30-35%). Питательные вещества таких удобрений по сравнению с минеральными удобрениями более доступны для растений, что увеличивает эффективность его использования.