CC BY
89
С.М. Штин
ГИДРОМЕХАНИЗИРОВАННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ РАЗРАБОТКИ ТОРФО-САПРОПЕЛЕВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ С ПОЛУЧЕНИЕМ ОРГАНОМИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ И БИОТОПЛИВА
Разработана технологическая блок-схема получения биотоплива на основе гидромеханизированной добычи и переработки торфло-пульпы на беотходной основе для получения органо-минеральных удобрений и биотоплива для последующей переработки по принципу низкотемпературного каталитического гидропиролиза в среде водородосодержащего газа.
Ключевые слова: торфо-сапропели, биотопливо, гидротранспортировка,
торфяная пульпа, рекультивация, сушка.
А ктуальность решаемой задачи, определенна Указом Президента Российской Федерации Д. Медведева “О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической российской экономики” от 4.06.2008 года №889 а также решением Совета Безопасности РФ от 30.01.2008 года по необходимости создания в стране индустрии переработки отходов и местного углеводородного сырья с концентрацией бюджетных и внебюджетных ресурсов на приоритетных направлениях в областях энергосбережения, биотехнологий и экологии, рабочей группой по топливу и энергетике Совета по Федеральным и региональным программам при Совете Федерации в сотрудничестве с рабочей группой Военнопромышленной комиссии при правительстве РФ определена актуальность создания базовых проектов по организации топливно-энергетичес-ких комплексов для внедрения экологически чистых ресурсосберегающих технологий, обеспечивающих высокую рентабельность производства, небольшие сроки строительства и окупаемости. Намеченные к реализации совместно с государственными корпорациями “Ростехнологии” и “Внешэкономбанк” предусматривается переработка до 500 тыс. тонн в год (в расчете на продукт 20%) влажности из твердого органического сырья, как вариант торфо-сапропели с выработкой на комплексе высококалорийного синтез-газа для коге-нерации электрорэнергии и тепла при установленной электрической мощности 20-50 МВт с дополнтельным получением моторных и котельных топлив в объеме 80-90 тыс. тонн в год. Учитывая важность и
актуальность стоящих задач разработана технологическая блок- схема получения биотоплива на основе гидромеханизированной добычи и переработки торфло-пульпы на беотходной основе для получения ор-гано-минеральных удобрений и биотоплива для последующей переработки по принципу низкотемпературного каталитического гидропиролиза в среде водородосодержащего газа.
I. Разработка проектно-сметной документации
1. Выполнение инженерно-геологических изысканий для обоснования проектных решений по строительству карьера.
2. Утверждение предварительно разведанных запасов (апробированных ГКЗ).
3. Предпроектная документация для обоснования инвестиций.
4. Получение лицензии на “Право пользования недрами”
5. Детальная разведка запасов, утвержденных ГКЗ.
6. Разработка технико-экономического обоснования проекта.
7. Разработка проектной документации на строительство и эксплуатацию карьера.
8. Утверждение, согласование и государственная экспертиза проекта строительства и эксплуатации карьера.
9. Оформление земельного и горного отводов.
II. Подготовительные работы
1. Подготовка болота.
2. Мелиоративные мероприятия.
3. Лесосводка и раскарчевка.
4.Вскрытие месторождения сухоройной техникой с вывозкой автотранспортом некондиционной продукции на склад просушки и последующей переработки.
5.Укладка магистральных трубопроводов.
6.Монтаж и спуск земснаряда на воду.
7.Строительство городка.
8.Строительство ЛЭП.
9. Строительство цеха по получению биотоплива и органоминеральных удобрений.
10. Строительство дорог.
11. Набор и обучение персонала.
12. Добычные работы, выполняемые способом гидромеханизации.
III. Добычные работы
1.Разработка торфо-сапропелевого ископаемого способом гидромеханизации
2.Гидротранспорт торфяной пульпы
3. Переработка торфяной пульпы в биотопливо.
IV. Рекультивация карьера
V. Подготовка болота
1. Работы по осушению болота и по подготовке его поверхности для сушки верхних слоев торфа. Осушение болота производится с целью удаления излишней воды, препятствующей выемке торфа, понижения влажности в залежи и тем самым повышения выхода торфа из единицы объема залежи. Отвод воды с болота производится или открытыми канавами, или с помощью водокачек. Первый способ предпочтительнее по дешевизне и надежности, но возможен только на болотах, уровень стояния карьерных вод которых значительно выше, чем в водоприемнике.
1.2. Подготовка поверхности болот состоит из сводки леса, корчевки его и плинтовки. Сводка леса производится зимой, корчевка оставшихся пней, обычно, весной и плинтовка — весной и частью осенью. Плинтовка состоит в заравнивании поверхности болота от следов корчевки, в удалении кочек и выравнивании поверхностного слоя.
2. Разработка верхних слоев торфа на глубину развития корневой системы сухоройным способом (вскрытие). Подготовленную торфяную залежь делят на забои, размер которых в среднем равен размаху поворота стрелы экскаватора, и определяют последовательность разработки забоев. На первом забое срезают верхний горизонтальный породообразующий слой, толщина которого колеблется 0,3-0,5 метров в зависимости от вида залежи, и сохраняют его. После этого проводят экскавацию малоразложившегося торфа со степенью разложения 15-20% и древесными включениями на глубину 0.5-1.0 м. Экскавированный торф и древесные включения доставляют саморазгружающимися тракторными прицепами на стационарную технологическую площадку, где проводят сортировку и разделение торфа от древесных включений. Погрузочным краном из добытого сырья извлекают крупные древесные включения торфа и складируют их в отдельный навал. В другой навал складывают малоразложившийся торф, а в третий навал складывают торф со степенью разложения не менее 20%.
Отсепарированный от крупных древесных включений торф с целью понижения его влагосодержания до рациональных значений выдерживают в навале 6-8 месяцев. За это время под действием сил гравитации влагосодержание торфа снижается от 8-10 до 4-6 кг воды/кг сухого торфа. Подготовленный таким образом торф служит сырьем для переработки в массу, пригодную для формования. На торфяной залежи, где кончилась разработка первого забоя, переходят к последовательной разработке второго забоя. Снова срезают верхний горизонтальный породообразующий слой, повторяя цикл снова.
VI. Добычные работы, выполняемые способом гидромеханизации
Для выполнения горных работ с использованием специального земснаряда, предназначенного для разработки торфяного массива с годовой производительностью 250 тыс. тонн в год, составляют технологические карты, в которых предусматривается выполнение всего комплекса работ по разработке торфяной породы в вскрытом забое, транспортированию ее по пульпопроводу до участка получения биотоплива, а также выполнения всех вспомогательных операций по обслуживанию земснаряда, плавучего магистрального и рабочего пульпопроводов и средств связи. До начала работы земснаряда должны быть выполнены подготовительные работы: монтаж магистрального торфопульпопровода, подготовка берегового включения и организация электроснабжения, освещение и др. Разработка участков земснарядом осуществляется согласно их очередности после вскрытия. Гидромеханизированный способ обеспечивает разработку торфяного забоя, приготовление торфяной пульпы и ее гидротранспортировка в цех прготовления биотоплива.
VII. Переработка торфяной пульпы в биотопливо
Предлагаемая технология получения биотоплива представляет
из себя высокотехнологичный, безотходный и экологически чистый способ получения биотплива.
Поставленная задача достигается тем, что торф в виде пульпы, которую разделяют на крупнодисперсную и мелкодисперсную фракции, причем первую фракцию обезвоживают до влажности 5060%, формуют и полученную продукцию досушивают до влажности 20-30%, при этом мелкую фракцию обезвоживают до влажности 65-70%, затем подают в экструдер, причем одновременно в полученную массу вводят композиты, связующие модификаторы и
минеральные удобрения, фрмуют под давлением в топливные брикеты или гранулы, которые затем досушивают до влажности 20-30%, после чего всю высушенную продукцию фасуют и пакетируют, а отходы направляют в газогенератор для пиролизного сжигания с дальнейшим преобразованием в тепловую и электрическую энергию.
Поставленная задача достигается также тем, что технологический комплекс гидравлической добычи торфа и участок переработки торфа, который снабжен фракционатором и двумя параллельно установленными и взаимосвязанными между собой через фракцио-натор линиями переработки торфа для крупнодисперсных фракций и мелкодисперсных фракций, при этом первая линия включает в себя последовательно установленные и взаимосвязанные между собой посредством трубопровода и транспортера центрифугу, мно-гоматрический пресс, ленточную сушилку и фасовочноупаковочный отдел, а вторая линия переработки мелкой фракции включает в себя последовательно установленные и взаимосвязанные между собой посредством трубопровода и транспортера центрифугу, экструдер с фильерами-насадками, барабанную сушилку и фасовочно-упаковочный отдел, причем фасовочно-упаковочный отдел линий связан со складом отходов, который, в свою очередь, соединен с генератором для пиролизного сжигания некондиционной продукции, связанным через привод с генератором для преобразования тепловой энергии в электрическую, причем участок добычи торфа связан с модульным участком переработки торфа пульпопроводом с размещенным в нем насосом-измельчителем. Пресс первой линии оснащен матрицами различных геометрических форм, позволяющих формовать торфоизолиты, торфяные горшочки, субстрактные блоки и т.д., а экструдер на второй линии оснащен насадками-фильерами для формования кусков диаметром 5-7 мм и длиной 10-15 мм для удобрений, топливных энергопел-лет, сорбентов-поглотителей и диаметром 25-30 мм и 50-60 мм для производства топливных брикетов-биотоплива (рис. 1). Технологический комплекс включает в себя участок добычи торфа 1 (разрабатываемы болотоходом 25 который подготавливает полезное ископаемое к выемки земснарядом 26), связанный с модульным участком переработки торфа 2, который снабжен фракциона-тором 3 и, по крайней мере, двумя параллельно установленными и взаимосвязанными между собой через фракционатор 3 линиями переработки торфа для крупнодисперсных фракций и мелкой
фракции, при этом первая линия включает в себя последовательно установленные и взаимосвязанные между собой посредством трубопровода 4 и транспортера 5 центрифугу 6, многоматричный пресс 7, ленточную сушилку 8 и фасовочно-упаковочный отдел 9, а вторая линия переработки мелкой фракции включает в себя последовательно установленные и взаимосвязанные между собой посредством трубопровода 10 и транспортера 11 центрифугу 12, экструдер 13 с фильерами-насадками 14, барабанную сушилку 15 и фасовочно-упаковочный отдел 16, причем фасовочно-упаковочные отделы 16 обеих линий связаны со складом отходов 17, который, в свою очередь, соединен с газогенератором 18 для пиролизного сжигания некондиционной продукции, связанным через привод 19 с генератором 20 для преобразования тепловой энергии в электрическую, причем участок 1 добычи торфа связан с модульным участком 2 переработки торфа пульпопроводом 21 с размещенным в нем насосом-измельчителем 22. Пресс 7 первой линии оснащен матрицами 23 различных геометрических форм, позволяющих формовать торфоизоплиты, торфяные горшочки, субстратные блоки и т.д., а экструдер 13 на второй линии оснащен насадками-фильерами 14 для формования кусков диаметром 5-7 мм и длиной 10-15 мм для удобрений, топливных энергопеллет, сорбентов-поглотителей и диаметром 25-30 мм и 50-60 мм для производства топливных брикетов - биотоплива.
Вода, удаленная из торфяной пульпы после фракционирования и центрифугирования торфа, возвращается по трубопроводу на участок добычи торфа, реализуя пр этом полностью замкнутый цикл водооборотной системы. Размеры мелких кусков обусловлены тем, что при сушке до 20-30% в результате объемной усадки торфа размеры кусков, как показали исследования, становятся диаметром 2-3 мм и длиной 8-11 мм, что составляет оптимальный размер для удобрений, близкий к размерам злаковых зерен. Это важно при точечной посадке зерна вместе с удобрениями механизированными сеялками, а также это является оптимальным размером для заполнения фильтров-поглотителей, служащих для очистки водных и воздушных сред.
При этих размерах достигается максимальная насыпная плотность при максимальных значениях пористости и удельной поверхности. Такое сочетание диаметра и длины для готовой продукции в виде топливных энергопеллет обеспечивает высокую плотность и теплотворную способность при механизированном способе подачи шнеком топлива в топку газогенератора. Размер крупных кусков диаметром 25-30 мм и длиной 50-60 мм обеспечивает интенсивную сушку, сохранность прочности и формы куска при его сушке в различных режимах. При больших размерах существенно увеличивается время сушки, возникают трещины как на поверхности, так и внутри куска, а при меньших топливные брикеты имеют низкие качественные теплофизические характеристики вследствие слипания при горении.
Предлагаемый способ и технологический комплекс для его осуществления позволяют получать различные виды торфяной продукции, а также тепло и электроэнергию как на широко распространенной в России сырьевой базе верховых торфяных месторождений (более 60% от всех запасов) со средней и низкой степенью разложения торфа (увеличивается выход продукции по первой линии), так и на менее встречаемых и разрабатываемых переходных и низинных торфяных залежах (в этом случае увеличивается выход продукции по второй линии, а также количество и качество генерируемого тепла и электроэнергии). Таким образом, практически решается вопрос о безотходном использовании любого типа торфяного месторождения и любой сырьевой базы и при этом практически отсутствует затратная транспортная составляющая при транспортировке различного торфяного сырья на разные перерабатывающие предприятия, расположенные далеко друг от друга (иногда более 100 км), специализирующиеся по выпуску различной продукции (удобрений или изоплит и т.д.). При необходимости выработки большего количества тепла и электроэнергии для местного потребления и ЖКХ (в зимний период) комплекс без изменения своей структуры лишь увеличивает объем производимого биотоплива и энергопиллет для целевого сжигания, а в весенне-летний период, наоборот, переходит на выпуск продукции для садоводов и огородников, строительной индустрии и т.д. Высокотехнологичный комплекс позволяет автоматизировать и компьютизировать процесс и осуществлять круглогодовое производство продукции на основе торфа, что снижает общие затраты и повышает прибыльность данного добывающе-перерабатывающего предприятия. Реализация данного способа и комплекса из двух линий позволяет полу-
чить одновременно с теплом и электроэнергией более 6 наименований продукции из торфа, сократить в 12-28 раз затраты на добычу сырья и одностадийное обезвоживание и сушку готовой продукции по сравнению со всеми существующими двух- и трехстадийными процессами обезвоживания - естественной и искусственными досушками торфа. В данном способе и технологическом комплексе в конце двух параллельных линий все отходы, суммируясь, образуют прекрасное топливное сырье. Разъединение сырья в начале на две фракции и технологические линии, объединение отходов и разнообразной готовой продукции в конце этих линий при фасовке и пакетировании позволяет полностью использовать сырье, утилизировать отходы и реализовать безотходное и экологически безопасное многопрофильное производство. Производство различной продукции, тепла и электроэнергии на основе способа и предлагаемых высокотехнологичных линий позволяет в сложных экономических условиях динамично изменяющегося рынка и постоянного роста цен на тепло- и энергоносители варьировать выпуском и объемом конкурентоспособных видов торфяной продукции. Кроме того, он позволяет сезонно регулировать объем выработки тепла и электроэнергии, а также обеспечить надежную поставку тепла и электроэнергии для местных нужд производства, ЖКХ и населения.
VIII. Рекультивация карьера
Выработанные площади торфяных залежей рекультивируются путем создания водоема народно-хозяйственного значения или зоны рекреации.
Заключение
Предлагаемый способ позволят реализовывать его на всех разрабатываемых торфяных и сапропелевых залежах. При реализации используют как стандартное оборудование, так и разработка специальной техники и оборудования.
--------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Антонов В.Я., Васильев А.Н. О производительности перевалочноуборочных машин // Торфяная пром-сть. - 1971. - №2. - С. 19-20.
2. Варенцов В.С., Лазарев А.В. Технология производства фрезерного торфа: Учебн. пособие. - М.: Недра, 1970. - 288 с.
3. Васильев А.Н. Структурные формулы технологических схем добычи торфа // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2000. - №11. - С. 140 - 144.
4. Васильев, А.Н. Перспективные технологии производства фрезерного торфа [Текст]: учебное пособие /А.Н. Васильев. 1-е изд. Тверь: ТГТУ, 2007. 184 с.
5. Васильев А.Н. Совершенствование перевалочного способа добычи торфа // Технология и комплексная механизация торфяного производства. - Тверь: ТГТУ, 1996. - С. 29-30.
6. Косов В.И., Гогин Д.Ю. Патент на изобретение “Способ по производству продукции, тепла и электроэнергии из торфа и технологический комплекс для его осуществления” ТГТУ начало действия патента 2005.12.06.
7. Штин С.М. Озерные сапропели и их комплексное освоение. М.: изд. МГГУ, 2003.
8. Штин С.М., Ялтанец И.М. Новые технические и технологические решения добычи сапропеля со дна водоемов плавучими землесосными снарядами. Сб. научных статей “Гидромеханизация-98” М.: МГГУ, 1998.
9. Штин С.М., Добрецов В.Б., Иванько Л.В. Технические средства и разработка озерных месторождений сапропеля. Сб. н. ст. “Гидромеханизация- 200”. МГГУ, 2000.
10. Щербаков Г.А. Некоторые водно-физические свойства сапропелей. НТИ Мелиорации и водное хозяйство - Мн.: Урожай, вып. 6, с. 19-21, 1975.
11. Ялтанец И.М., Кулигин В.И. Гидромеханизация открытых горных работ. М.: МГГУ 1996.
12. Ялтанец И.М. Выбор параметров гидромеханизации на карьерах. М.: Недра, 1980.
S.M. Shtin
THE TECHNOLOGY FOR HYADRAULIC MINING OF TORF-SAPROPELIC DEPOSITS WITH ORGANO-MINERAL MANURE AND FUEL
A technological block diagram of biomass fuel on the basis of the hydromechanized extraction and torflo-pulp processing on without waste to a basis the scheme of reception of biofuel is developed for reception of organo-mineral fertilizers and biofuel for the subsequent processing by a principle lowtemperature hydropyrolysis in environment hydrogen of the containing gas
Key words: torf-sapropel, biomass fuel, hydraulic transportation, torfpulp.
— Коротко об авторе ----------------------------------------------------
Штин С.М. - кандидат технических наук, технический директор ООО “НПО Гольфстрим”, доцент, Московский государственный горный университет, [email protected],[email protected]
