Исследование процесса пиролизной переработки целлюлозосодержащих отходов птицефабрик

При современных условиях содержания и выращивания сельско-хозяйственной птицы на одной птицефабрике средней мощности в год образуется от 10 до 30 тыс. тонн птичьего помета. Птичий помет не подвергаясь переработке, вывозится на относительно небольшие пометохранилища, представляющие собой, в большинстве случаев, обычные грунтовые площадки. Большая часть органического сырья не перерабатывается, а накапливается, представляя постоянную угрозу окружающей среде и экологическому благополучию населения. Пометохранилища практически всегда содержатся в антисанитарном состоянии, так как требуемые элементарные санитарно-гигиенические условия выполнить практически не представляется возможным.

Существующие технологии и установки для переработки птичьего помета предусматривают механическое обезвоживание (центрифугирование), сушку, метаново-кислотное сбраживание в биореаторе с получением биотоплива, гранулирование биомассы, производство удобрений, компостирование. Процессы являются многооперационными, требуют большого количества оборудования и энергии, не обеспечивают должным образом охрану атмосферы от парогазовых выбросов из систем сушки, имеют невысокую производительность, не всегда удовлетворяют санитарным требованиям, в частности при компостировании птичьего помета не исключается возможность распространения различных заболеваний, загрязнения грунтовых вод и окружающей территории.

Основной химический состав помета следующий, %: сухие вещества 34,5-48,3; зола 14-40 (в том числе кальций до 8,5; фосфор - 2-3; сырой жир (эфирный экстракт) - 2,9-4,5; сырая клетчатка - 14,25; безазотистые экстрактивные вещества - 46-48. В состав птичьего помета входит клетчатка, которая под действие высокой температуры разлагается на большое количество простых органических веществ, являющиеся горючими.

На основании выше сказанного нами предлагается альтернативный метод переработки птичьего помета - низкотемпературный пиролиз. Предлагаемый метод позволяет за короткий срок переработать весь объем отходов, образующиеся на птицефабриках, с получением вторичной продукции в виде горючего пирогаза, жидкой фракции и твердого остатка. Процесс низкотемпературного пиролиза проводится в диапазоне температур 350-550 °С без доступа кислорода, что исключает образование токсичных оксидов.

 

Ниже представлены основные результаты проведенных исследований.

На основании проведенного анализа существующих установок по пиролизу органического сырья нами предлагается следующая лабораторная установка по пиролизной переработке птичьего помета. Схема  лабораторной установки приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема лабораторной установки для пиролизной

переработки птичьего помета

Установка содержит питатель 1, снабженный двумя шаровыми кранами для обеспечения герметичности в шлюзовой полости, выполненной в виде трубы, реактор 2, поверхность которого оснащена электронагревателем 3 и содержащий скребковый шнек, расположенный внутри реактора 2, с электроприводом. Реактор 2 снабжен разгрузочным устройством 4, содержащим также краны для обеспечения герметичности шлюзовой полости. Электропривод снабжен электронным преобразователем частот 6 для изменения скорости вращения шнека и вольтметром 7 для измерения подаваемого напряжения на электродвигатель.

Средства обработки пирогаза и выделения вторичных продуктов переработки сырья выполнены в составе двух кожухотрубных конденсаторов 10 и 11 водяного охлаждения, конденсатор 10 является высокотемпературным.

Внутренняя полость реактора 2 соединена с конденсатором 10 изолированным газоходом, содержащим кран «а».

Для сбора жидких фракций – конденсатов из конденсатора 10 (жидкое тяжёлое топливо) и конденсатора 11 (жидкое лёгкое топливо) служат сборники 12 и 13.

Для проверки на горючеспособность газа служит горелка 14, подогревающая колбу с водой 15, для подсчета количества выделяемой теплоты, продукты горения газового топлива отводятсявытяжкой 16.

Работа на установке выполняется следующим образом.

Исходное сырье в мелкокусочном виде загружается в питатель 1, где под действием собственного веса заполняет шлюзовую часть питателя. При этом нижний шаровой кран закрыт, чем предотвращается выход пирогаза из реактора 2 в окружающую среду или воздуха из окружающей среды в реактор 2. Далее закрывается верхний кран и открывается нижний – сырье попадает в реактор 2. Реактор обогревается снаружи электронагревателем 3. Температура внутри реактора 2 достигает уровня 400…550 ºС, при которой происходит низкотемпературный пиролиз, образующий парогазовую смесь и твердый остаток.

Парогазовая смесь поступает из реактора 2 по газоходу в конденсатор 10, проходя через кран «а», с помощью которого изменяется расход образующегося в реакторе парогазовой смеси и соответственно ее давление внутри реактора 2. Из газохода эта смесь поступает в трубное пространство конденсатора 10, где в трубках конденсируются все высококипящие компоненты (в основном тяжёлое жидкое топливо). Образующаяся здесь жидкая фракция стекает в коническое днище конденсатора 10 и далее в сборник 12. Легкокипящие компоненты пирогаза, пары воды и неконденсируемый пиролизный газ (НПГ) выходят из конденсатора 10 с температурой 110…120 ºС и поступают в трубное пространство конденсатора 11. В его трубках конденсируются легкокипящие компоненты (керосин, газойль, соляровые масла и пр.) и пары воды. Жидкая фракция с температурой 50…60 ºС стекает в сборник 13.

Неконденсируемая углеводородная смесь – газовое топливо, основу которого составляют Н2, СО, СО2, СН4, предельные и непредельные углеводороды С2 – С5, отправляется на горелку 14 для подогрева воды в колбе 15 под вытяжкой 16.

На лабораторной установке по пиролизу птичьего помета проводились экспериментальные исследования зависимости выходов вторичных продуктов от времени ведения процесса, от температуры и давления внутри реактора. Ниже представлены результаты экспериментального исследования по пиролизу помета птичьего.

  • Долевые части (в %) вторичных продуктов после пиролиза птичьего помета, выполненного при отсутствии избыточного давления в реакторе, составили следующие значения:
  • Долевая часть газообразного компонента – газового топлива в интервале температур 350…550 °Сувеличивается от 18 % до 38 % от сырья.
  •  Долевая часть жидких компонентов после первой и второй ступеней конденсации уменьшается от 40 (при 400 °С) до 39 %, т.е. очень незначительно.
  •  Долевая часть твердого остатка уменьшается с 37 % до 25 %.
  • Повышение температуры пиролиза до 500…550 °С положительно сказывается на увеличении газового топливного компонента на 20 % от сырья, однако, при этом снижается количество твердого остатка на 12 %
  • Процесс пиролиза для данного сырья рекомендуется вести при температурах 480…510 °С, когда образуется наибольший выход газового топлива.

Рейтинг проекта +1

Команда

+ Вступить в команду
Показать еще

Обсуждения

Комментарии

Комментариев пока нет.

Добавление комментария