Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для переработки отходов рисовой промышленности в аморфный диоксид кремния и аморфный углерод

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).