CC BY
53Экология и системы жизнеобеспечения
УДК 504.062: 502.55
Sergy V. Loginov1, Anatoliy I. Masalevich2, Sergey A. Meshkov2, Boris V. Mislavsky2
AN OVERVIEW OF THE METHODS AND EQUIPMENT FOR UTILIZATION OF CROP WASTE. IMPLEMENTATION OF LOW-TEMPERATURE PYROLYSIS AND GASIFICATION IN PILOT AND MOBILE INSTALLATIONS
1St. Petersburg State Institute of Technology (Technical University), Moskovsky Pr., 26, St Petersburg, 190013, Russia
2LLC "SORBTECH", Tikhoretsky Boulevard, 1, building 3,
Moscow, 109559, Russia
e-mail: loginov.chemistry@gmail.com
An analysis of existing methods and equipment for processing and recyciing crop waste showed that the main efforts of experimental design and research work in this area are aimed at creating affordable, cheap, environmentally friendly, highly efficient and cost-effective installations for processing waste into products useful for the economy. The developed pHot plant was tested during thermal treatment of rice husks, coffee cake and other plant waste by the method of low-temperature pyrolysis or gasification in a screw reactor. The pilot plant provided the production of useful products of various properties and heat energy for recycling, and it was a prototype for creating a moble plant with capactty of100 kg/ h for raw materials.
Keywords: crop waste, rice husk, silicon dioxide, coffee husk, utilization, low temperature pyrolysis, gasification, natural furnaces, incineration, high performance and effectiveness, environmental safety, profitability, sorbent, thermal energy, screw reactor.
001: 10.36807/1998-9849-2020-55-81-75-84
Введение
Вопросы утилизации отходов растениеводства, в частности рисовой шелухи, рисовой и кукурузной стерни, кофейной шелухи и других становятся все более актуальными в связи с возросшими темпами производства сельскохозяйственной продукции в мире [15]. В РФ отсутствует база данных наилучших доступных технологий и информационно-технических систем
Логинов С.В.1, Масалевич А.И.2, Мешков С.А.2,
Миславский Б.В.2
ОБЗОР СПОСО БОВ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ РАСТЕНИЕВОДСТВА. РЕАЛИЗАЦИЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ПИРОЛИЗА И ГАЗИФИКАЦИИ В ПИЛОТНОМ И МОБИЛЬНОМ УСТАНОВКАХ
1Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет), Московский пр., 26, Санкт-Петербург, 190013, Россия 2ООО «СОРБТЕХ», Тихорецкий бульвар, 1, строение 3, Москва, 109559, Россия е-mail: loginov.chemistry@gmail.com
Проведен анализ существующих способов и оборудования для переработки и утилизации отходов растениеводства и показано, что основные усилия опытно-конструкторских и научно-исследовательских работ данного направления нацелены на создание доступных, дешевых, экологически безопасных, высокоэффективных и рентабельных установок по переработке отходов в полезные для экономики продукты. Разработанная пилотная установка, испытанная при термической обработке методом низкотемпературного пиролиза или газификации рисовой шелухи, кофейного жмыха и других растительных отходов в шнековом реакторе, обеспечивающая выработку различных по свойствам полезных продуктов и тепловой энергии для рекуперации, явилась прототипом при создании мобильной установки производительностью 100 кг/час по сырью.
Ключевые слова: отходы растениеводства, рисовая шелуха, диоксид кремния, кофейная шелуха, утилизация, низкотемпературный пиролиз, газификация, природные печи, сжигание, высокая производительность и эффективность, экологическая безопасность, рентабельность, сорбент, тепловая энергия, шнековый реактор.
Дата поступления - 5 мая 2020 года
в сфере переработки отходов растениеводства. Предприятия, в технологическом цикле которых образуются хозяйственные отходы, а также связанные с их обезвреживанием и переработкой, не имеют возможности выбора приемлемого всесторонне обоснованного технологического процесса переработки отходов согласно закону ФЗ-89 и производства новых видов товарных продуктов высокого качества [6, 7]. До сих пор иссле-
дования в области обращения с отходами производства посвящались главным образом изучению химических, физических и механических свойств отходов производства и потребления для определения класса опасности вида отходов и внесения их в Федеральный классификатор отходов. Отсутствие экономически эффективных и экологически безопасных технологий и установок по переработке отходов растениеводства приводит не только к экологическим, но и политическим проблемам в странах-производителях. Например, в России на территории Краснодарского края ежегодно в сезон уборки рисовой культуры сжигается около 2,5 млн. т рисовой стерни. За этот период в окружающую среду поступает около 70 млн. м3 токсичных продуктов горения, что приводит к необратимым процессам в природных циклах и негативному воздействию на окружающую среду, в том числе и к мутациям на генном уровне у населения Краснодарского края [8].
Цель и задачи исследований
Целью исследований явилось создание пилотной установки переработки растительных отходов, использующей технологии, отвечающие требованиям, предъявляемым к наилучшим доступным технологиям.
Задачами разработки явились:
- обеспечение экологической безопасности переработки отходов растениеводства;
- достижение высокой производительности и низкой себестоимости процесса переработки;
- реализация простоты и максимальной автономности, мобильности и транспортабельности установки к местам выращивания, сбора и переработки риса и других культур.
Уникальность химического состава многих культур и их отходов позволяют одновременно с утилизацией отходов получать полезные продукты, в
частности, сорбенты, теплоизоляционные материалы, наполнители для повышения качества резинотехнических изделий, бетона и других композиционных материалов. Во многих случаях утилизация отходов растениеводства может оказаться рентабельной.
Предлагаемая технология РХАТ (Rice Husk Ash Treatment) призвана быть окупаемой и позволит успешно решать большинство из перечисленных выше задач. Она полностью будет соответствовать международным стандартам и требованиям в области переработки и утилизации отходов растениеводства.
Обзор существующих технологий и установок
Наиболее систематизированные исследования технологий переработки отходов рисового производства имеются в обзорах IRRI Международного Научного Института Риса [2] и обзорах агентства S&P Consulting [3]. К сожалению, в развивающихся странах Азии и Южной Америки до сих пор наиболее распространена утилизация рисовой шелухи сжиганием открытым способом на полигонах (свалках), а также широко используется утилизация методами карбонизации в простейших печах из природных материалов (глина, земля и другие) [2, 3]. Такие методы оказывают вредное воздействие на окружающую среду. Отсутствие достаточных инвестиций в высокотехнологичное оборудование является причиной продолжающегося загрязнения атмосферы. Кроме того, использующиеся методы имеют низкую производительность, не выше 100 кг/час, низкую управляемость и высокие трудовые затраты на обеспечение процесса переработки, зависимость эксплуатации от погодных условий. В таблице 1 представлены характеристики существующих печей для сжигания отходов рисоводства.
Таблица 1. Сравнительные показатели технологий утилизации отходов рисоводства
Технологическое Земляная печь Кирпичная печь
оборудование
Печь / Модель реактора Традиционный земляной холм, улучшенный земляной холм Casamance Brazilian beehive тип, Argentine half orange тип, Japanse Yoshimura тип, Missouri печь, т.д.
Затраты трудовых Высокие Средние
ресурсов
Капиталовложения Низкие Средние /Высокие
Мобильность Стационарная Стационарная
Ресурс, лет Может быть использована несколько раз 6-10
Объем топочного про- 2+ 35 45 - для Beehive, >100 - для Missouri
странства, м3
Производительность по сырью, кг/час 2+ 40 ~17- для Beehive, ~100- для Missouri
Время на цикл Несколько недель 21-28 дней
Управляемость Очень плохая Возможен контроль
Удаление смолы и газов Отсутствует Частичное
Экологическая - -
безопасность
Недостатки Невозможность эксплуатировать Невозможность эксплуатировать в сезон до-
в сезон дождей ждей
Очевидно, что разрабатываемые современные установки должны обладать не только существенно большей производительностью, но и быть мобильны-
ми, всепогодными, способными удовлетворить потребности в утилизации отходов для нескольких сельхозпроизводителей. Согласно данным [10-12], а также
приведенному ниже анализу современных установок печи для утилизации отходов растениеводства различаются по тепловой эффективности, способу подачи сырья, воздуха и выгрузки продуктов переработки, составу отходящих газообразных продуктов, степени автоматизации, стоимости создания и стоимости выработки энергии. Основные конструктивные схемы применяемых в настоящее время установок представлены на рис. 1 и 2.
а)
Рис. 2. Схема утилизации рисовой шелухи в печи !ЯЯ1-ЫШ без колосниковой решетки
Основные эксплуатационные характеристики используемых в настоящее время утилизационных печей представлены в таблице 2.
Таблица 2. Технико-экономические и эксплуатационные характеристики печей утилизации отходов растениеводства
Тип печи
Возможности использования
Инвестиционная стоимость, $/(МДж/ч)
Преимущества
Недостатки
С наклонной решеткой и цилиндрической камерой сгорания (рис. 1а)
Малых размеров сушилки (4-20 тонн за цикл)
4...6
Простота, невысокая стоимость обслуживания
Большие требуемые трудовые ресурсы
Постоянно подпитываемая с циклонной камерой сгорания (рис.1б)
С высокопро-изводитель-ной сушилкой во взвешенном слое
14
Автоматическая и беспрерывная работа
Низкая эффективность
и высокая инвестиционная стоимость
печь без ко-лоснико-вой решетки (рис. 2)
С высоко-производительной сушилкой во взвешенном слое
4.7
Автоматическая и беспрерывная работа
Низкая эффективность
б)
Рис. 1. Схема сжигания рисовой шелухи в печи с наклонной колосниковой решеткой и цилиндрической камерой сгорания (а) и в печи с циклонной камерой сгорания и постоянной подачей топлива (б)
Главными проблемами в утилизации рисовой шелухи и других отходов растениеводства остаются наличие вредных выбросов, высокая стоимость очистки отходящих газов, обеспечение необходимой производительности и надежности работы установки. Перспективными способами утилизации с выработкой газообразного или жидкого топлива, во многих случаях полезного зольного продукта, содержащего аморфный углерод и аморфный кремнезем, считаются технологии газификации и пиролиза органического сырья. Согласно [2, 3], различают несколько типов используемых в настоящее время газогенераторов с движущимся слоем (рис. 3).
' Зольная яма \
Зольная яма
Рис. 3. Схемы газогенераторов для переработки отходов растениеводства
Рис. ■
Перспективная технологическая схема переработки отходов растениеводства в синтетическое топливо
Рисунок 5. Технологическая схема лабораторной установки в Aston University по исследованию продуктов
пиролиза рисовой шелухи
Газификация происходит в два этапа: пиролиз при температуре около 400^600 °С с генерацией пи-ролизного газа, смолы и жидкого топлива, науглеро-женной рисовой шелухи и далее, при температурах около 800^1000 °С - с получением синтетического газа. Свойства продуктов зависят от температуры, давления и времени пребывания, определяются конструкцией газогенератора, наличием активаторов, диктуются требованиями к составу и качеству и т.д. Генерация энергии из вырабатываемых газов сопровождается загрязнением окружающей среды. Очистная установка требует инвестиций до $ 400 на 1 кВт мощности, а также затрат воды около 2 л на 1 кВт/ч вырабатываемой энергии [1]. Смола, получаемая на стадии пиролиза, является канцерогенным веществом и влияет на работоспособность механизмов установки.
Согласно данным Международного Научного Института Риса [2] перспективным способом конвертации органической среды в биотопливо является разработанная в Англии установка, представленная схемой с механической доработкой сырья, пиролизом, газификацией и очисткой газа (рис. 4).
Однако ее широкое внедрение возможно после проведения опытно-конструкторских работ по созданию и внедрению промышленного прототипа, удешевлению и упрощению оборудования, обеспечивающего надежную бесперебойную работу установки. Принципиально важные качественные и количественные закономерности и коммерческие алгоритмы оптимизации пиролизных процессов переработки рисовой шелухи и стеблей кукурузы получены в Aston University [13] при использовании шнекового реактора (рис. 5).
По данным замеров расхода сырья рисовой шелухи, продуктов карбонизации, расхода и состава пиролизного газа и пиролизной жидкости получено, что чем выше температура процесса пиролиза в реакторе, тем больше выход биотоплива (газ и жидкость) и меньше количество образующейся золы (рис. 6) [13], так при росте температуры пиролиза вырабатывается больше горючих газов (СО, СН4 и Н2), что приводит к повышению теплотворной способности (рис. 7).
Температура в реакторе, Рисунок б. Зависимость выработки продуктов пиролиза рисовой шелухи от температуры, °С
400 450 500 550 Температура пиролиза, °С Рис. 7. Зависимости химического состава пиролизного газа от температуры/ пиролиза рисовой шелухи и теплотворной способности пиролизного газа от температуры/ для рисовой шелухи и стеблей кукурузы/
Следует обратить внимание на тот факт, что до определенной температуры некоторые горючие газы не образуются, например, для рисовой шелухи содержание водорода обнаруживается, начиная лишь с температуры 500 °С, (рис. 7) [13].
В Российской Федерации простая по конструкции печь с использованием циклонно-вихревой камеры сжигания для утилизации отходов животноводства и твердых коммунальных отходов разработана компанией Устюженский углеродный завод [14] (рис. 8). Однако, эта установка на базе ретортной печи не применялась для утилизации отходов растениеводства. Производителями не предусматриваются мобильные малогабаритные варианты, присутствие дымовой трубы говорит о наличии вредных выбросов в атмосферу.
Рис. 8. Фото установки Устюженского углеродного завода
В отличие от технологий шнекового или ретортного медленного пиролиза компанией "Новые Технологии", Ярославль [15], использована инновационная технология на базе турбореактивного реактора термической деструкции с применением микроволнового плазмотрона (рис. 9).
При этом вырабатывается высококалорийный синтетический газ, который в 2-3 раза калорийнее, чем обычный пиролизный газ, получаемый, например, в установке компании ПиролизЭко, Коломна (описание установки см. ниже, рис. 10). Разработанная система очистки синтетического газа позволяет его использовать в газо-поршневом двигателе для выработки элек-
трической энергии, что обеспечивает автономность установки в контейнерном и мобильном исполнении. Существенное уменьшение вредных выбросов в атмосферу СО, 1ЮХ, несгоревших углеводородов достигается за счет применения эффективных вихревых проти-воточных камер сгорания, которые могут использоваться для дожигания выбросов после блока сушки и, собственно, пиролизного газа, при этом обеспечивается рекуперация энергии.
Ш Шк ^
Рисунок 9. Компановка утилизационной установки КУПО-2
Мобильная пиролизная машина (МПМ), разработанная в компании «ПиролизЭко» в контейнерном исполнении [16], предназначена для переработки и утилизации отходов растениеводства методом низкотемпературного быстрого пиролиза. Она имеет такие
конкурентные преимущества, как лучшее соотношение цена/производительность, является мобильной, обеспечивает автономную работу без внешних источников энергии с получением энергоносителей из отходов, является экологически безопасной, высоко рентабельной и быстро окупаемой, конструктивно простой. Схема процесса в установке МПМ с блоками сушки, пиролиза, выгрузки продукта, получения пиролизной жидкости, сжигания пиролизного газа, устройства отвода отходящих газов в атмосферу представлена на рис. 10.
Рис. 10. Схема установки утилизации отходов растениеводства компании «ПиролизЭко»
Технические особенности и характеристики некоторых сравниваемых российских установок, в том числе проектные параметры новой установки РХАТ100, разрабатываемой компанией ООО «Сорбтех» (Москва), представлены в таблице 3.
Параметры ПиролизЭко, Коломна Установка УУЗ, г. «Новые технологии», РХАТ100 - проект ООО
установок (рис. 10) Череповец (рис. 8) Ярославль (рис. 9) «Сорбтех» (рис. 15)
Расход сырья, т/час 2 0,5 2 0,1
Тип газогенера- Шнековый с быстрым Печь с распределен- Турбореактивный с Шнековый низкотемпе-
тора (реактора) пиролизом ными зонами дутья плазмотроном ратурный с активатором
Габариты, 8000х2000х3000 (2 12000х5000х5000 6000х3000х3000 8000х3000х3000
ДхШхВ мм контейнера)
Потребная 15 15 до 55 <6
электрическая
мощность, кВт
Выход продукта, т/час 0,35 (16 % в пересчете на 50/50 БЮ и С) - 0,5 0,02 (80-90 % БЮ2) -0,04 (50/50 БЮ и С)
Выход пиролиз- 25-35 до 30 до 70 30-50
ного или син-
тет. газа, % от
массы сырья
Экологическая Низкие выбросы Недостаточная Низкие выбросы, эко- Достаточная, уникальная
безопасность логический сертификат имеется система дожигания газов
Конструктивные Мобильность и обеспе- Стационарная, сжи- Выработка электро- Регулируемая производи-
особенности чение собственных гание пиролизного энергии, дополнитель- тельность, различные
нужд тепловой энергией продукта в циклонной горелке, большие ные блоки хранения биогаза или биотопли- продукты на одном оборудовании, автономность,
габариты ва мобильность
Анализ показывает, что сегодня используются технологии с низкой производительностью, нестабильными показателями качества продуктов карбонизации и часто недопустимыми выбросами вредных веществ в атмосферу. По результатам проведенного анализа сформулированы техническо-экономические требования к созданию наилучших и доступных для сель-
хозпроизводителей технологий утилизации и переработки отходов растениеводства, в частности, рисовой шелухи, кофейной шелухи и других. Они сводятся к обеспечению экологической безопасности, низкой стоимости и простоте в эксплуатации, высокой производительности и надежности, а также мобильности и транспортабельности установок.
Опыт разработки пилотной установки РХАТ
На основании проведенного анализа с учетом богатого собственного опыта в области переработки различных углеродсодержащих топлив и материалов [17-19] специалистами ООО «Сорбтех» при финансовой поддержке компании Р1ИТЕСД в сотрудничестве с учеными СПбГТИ(ТУ) разработаны и внедрены основные технические решения по созданию высокоэффективной и экологически безопасной технологии РХАТ [20].
Исследования включали два этапа:
1 - создание опытной пилотной установки РХАТ5 для изучения особенностей процессов, включая низко эмиссионное дожигание газообразных продуктов переработки;
2 - проектирование, изготовление и испытания промышленного прототипа РХАТ100 для демонстрации преимуществ и эксплуатационных характеристик установки РХАТ5 производительностью 3-5 кг/час по рисовой шелухе.
Она широко использовалась для получения продуктов с различным содержанием органической и неорганической компонент, а именно, аморфного уг-
лерода (от 50 % до 5 % мас) и аморфного диоксида кремния (от 50 % до 95%), соответственно. Предложенные решения сочетают процессы сушки сырья, низкотемпературного пиролиза или газификации в присутствии активатора в цилиндрическом горизонтальном реакторе, оборудованном вращающимся шнеком с накопительным обогреваемым бункером, а также процессы охлаждения, выгрузки и сбора полезного продукта. Нагрев обеспечивается от трубчатых электрических нагревателей (ТЭН). Имеется возможность рекуперации энергии в виде тепла от сжигания вырабатываемых термических газов. Автономная система регулирования и управления обеспечивает получение разных по качеству продуктов переработки рисовой шелухи, в том числе, с варьированием температуры и длительности термообработки и расхода сырья, потока подаваемого нагретого воздуха (окислителя) внутрь реактора и в устройство дожигания отходящих газов, времени пребывания, скоростей вращения загрузочного, основного и выгрузного шнеков, а также пожаро-безопасность процесса. Фотография и принципиальная схема опытной установки РХАТ5 представлены на рис. 11 и 12.
Рис. 11. Вид опытной установки РХАТ5во время испы/таний
Рис. 12. Схема оборудования установки РХАТ5
Описание работы и особенностей пилотной установки. Сырье, например, рисовая шелуха (РШ), подается через накопитель 1 вращающимся шнеком 2 через питатель 3 в реактор 4. Основной вращающийся шнек реактора с коэффициентом заполнения ~0,5 позволяет перемешивать и перемещать в
сторону бункера газогенератора 7 и тем самым равномерно нагревать РШ в процессе обработки до температур 400^600 °С при давлении 0,09 МПа, то есть в условиях небольшого разряжения. Нагрев реактора и бункера газогенератора может осуществляться ТЭНами 5 и 6. Выгрузка продукта 20 из бункера 7 в емкость 23
осуществляется шнековым устройством 22, в котором предусмотрено охлаждение продукта до требуемых температур в теплообменнике 21 подачей воды. Дозированная подача воздуха на газификацию в реактор 4 и газогенератор 7 осуществляется вентилятором 18 через систему нагрева и распределения потоков 19. В процессе пиролиза и / или газификации вырабатываемые газы отводятся по газоходу 8 в систему дожигания. Применена вихревая противоточная двухтопливная камера сгорания 14, в которую поступают газообразные продукты, предварительно проходя через циклон-очиститель 9 со сборником 10. Дополнительно в камеру сгорания может подаваться высококалорийное топливо 11 (например, метан или пропан) для обеспечения устойчивого горения на основных и пусковых режимах работы установки, а также дозированный расход воздуха через вентилятор 12 на сжигание низкокалорийных и высококалорийных газов. Конструкция камеры сгорания обеспечивает контролируемое время пребывания, высокую степень перемешивания топли-вовоздушной смеси и однородность поля температур, необходимые для минимизации выбросов вредных продуктов сгорания. Так как температура продуктов сгорания на выходе из камеры сгорания достигает 1100^1300 °С, используется смеситель 15 для снижения температуры до требуемого уровня 500^800 °С. Воздух для смешения подается вентилятором 13. Тепловая энергия от теплообменника 16 может использоваться как для нагрева реактора и бункера-газогенератора (собственные нужды), так и сторонними потребителями. На выходе установлен дымосос 20, обеспечивающий отсос продуктов сгорания с низким содержанием вредных выбросов в атмосферу. Таким образом, в установку вводятся влажная рисовая шелуха и воздух, а на выходе получаются полезные компоненты в виде твердых аморфных остатков, содержащих углерод и диоксид кремния, тепловой энергии, отходящей паро-газовой смеси Н2О и СО2, а также незначительного количества смолистой жидкости, которая может быть использована для выработки углеводородного топлива.
Физико-химические исследования образцов сырья РШ, полученных продуктов с различным соотношением аморфных С и БЮ2, органических смол, образующихся на разных стадиях процесса переработки, проводятся на кафедре общей химической технологии и катализа СПбгТИ(ТУ). Сегодня систематизированы основные результаты исследований по составу и свойствам получаемых продуктов, влиянию режимов переработки на их физико-химические характеристики, в том числе, на сорбцию тяжелых металлов из модельных водных растворов [19]. Исследования образцов рисовой шелухи до обработки, после пиролиза и кратковременной газификации в течение около 15 мин, тёмно-серого цвета, а также после пиролиза и газификации более 30 мин, светло-серого цвета, показали, что продукты переработки с высоким содержанием аморфного диоксида кремния (80-90 %,) имеют удельную поверхность на уровне 50^60 м2/г и высокую сорбционную емкость при извлечении тяжелых металлов из водных растворов. Предварительные оценки продуктов переработки методами низкотемпературного пиролиза кофейной шелухи, образующейся на предприятии по изготовлению сублимированного кофе в г. Тимашевск Краснодарского края, скорлупы грецко-
го и лесного ореха показали, что себестоимость производства сорбентов из них оказывается в 2-3 раза ниже, чем, например, из кокосовой скорлупы, а их сорбцион-ные характеристики не уступают активным углям, получаемым из скорлупы кокоса. Освещение сорбцион-ных характеристик получаемых материалов является темой отдельной публикации.
Для интенсификации пиролиза в рабочей зоне шнека применяются частицы активатора, сплава легкоплавких металлов (рис. 13).
Рисунок 13. Образец частицы активатора на основе сплава висмута и других металлов
Влияние активатора на свойства продуктов термообработки иллюстрируется, например, зависимостью удельной поверхности образцов кофейного жмыха в процессе пиролиза от времени пребывания при температуре 460 °С (рис. 14).
гч 45
10 30 60 90
Время, мин —♦—с активатором
—без активатора Рис. 14. Зависимость удельной поверхности продукта пиролиза кофейного жмыха от времени термообработки с активатором и без него
Очевидно, что образцы, полученные с активатором, обладают как минимум на 30 % большим значением удельной поверхности после выдержки в течение 1,5 ч в зоне пиролиза при температуре 460 °С, чем образцы, полученные в отсутствие активатора.
Завершено проектирование промышленного прототипа установки РХАТ100 производительностью 100 кг/час. Вариант компоновки мобильной установки в контейнерном исполнении показан на рис. 15.
Рис. 15. Компоновка РХАТ100 на базе 40-футового контейнера
Установка формируется на базе технических рекомендаций по результатам исследований реальных продуктов переработки отходов растениеводства на установке РХАТ5 масштабированием основных конструктивных решений. Для минимизации негативного воздействия на окружающую среду в ней предусматривается, что все газообразные компоненты термической деструкции сырья, а также смолы в несконденси-рованном виде (при температурах выше 350^400 °С) поступают в вихревую противоточную двухтопливную камеру сгорания, установленную непосредственно на выходе из реактора, и дожигаются при контролируемых температурах. Тепловая мощность РХАТ100 при сжигании вырабатываемого термического газа достигает 200 кВт с получением 20-40 кг/час (480-960 кг/сутки) целевого продукта с необходимым содержанием аморфного углерода.
Выводы
Создана и испытана в различных режимах пилотная установка РХАТ-5
На основе пилотной установки завершено проектирование мобильной промышленной установки переработки растительных отходов РХАТ-100, способной обеспечить:
- экологическую безопасность переработки отходов растениеводства в различных технологических режимах благодаря существенной минимизации выбросов в атмосферу;
- высокую производительность по сырью и низкую себестоимость продуктов переработки, востребованных экономикой;
-простоту и максимальную автономность благодаря автоматизации процессов переработки, транспортабельность к местам выращивания, сбора и переработки растительных культур за счет локализации установки в мобильном контейнере.
Разработанная отечественная технология РХАТ, опробованная в пилотном режиме, способна обеспечить экологически безопасную и высокоэффективную утилизацию рисовой шелухи, кофейной шелухи, скорлупы орехов и других отходов растениеводства и пищевой промышленности с получением востребованных экономикой материалов, в том числе, для сорбционной техники.
Литература
1. World news/ The Guardian. URL: https://www.theguardian.com/world/2019/nov/08
2. IRRI, International Research Rice Institute. Annual Report 2019 - Race for Impact. URL: https://www.irri.org/resources-and-tools/publications#annual-reports
3. Global Rice Husk Ash Market Research Report Forecast 2017-2022, published by S&P Consulting, February 2019 URL: https://www.24marketreports.com/agriculture/global-rice-husk-ash-market-research-report-forecast-2017-to-2021
4. Нгуен Мань Хиву. Процессы термической переработки рисовой шелухи при получении активированного углеродного материала и их аппаратурное обеспечение: дис. ... канд. техн. наук г. Томск: ТПУ, 2018. 22 с.
5. Леонов И.П. Комплексная переработка риса и ее экономическая эффективность Москва: М-во заготовок СССР, 1973. 36 с.
6. ИТС-15 2016 г. Утилизация и обезвреживание отходов (кроме обезвреживания термическим способом (сжигание отходов). Информационно технический справочник по наилучшим доступным технологиям. Федеральное Агентство по техническому регулированию. URL:http://www.docs.cntd.ru (дата обращения: 23.02.2019)
7. Федеральный закон от 24 июня 1998 г. № 89-ФЗ «Об отходах производства и потребления». URL:http://www.consultant.ru (дата обращения: 21.12.2019)
8. Данные отчёт ГБУЗ МИАЦ за 2015г. «Показатели заболеваемости населения Краснодарского края» URL: http://www.miackuban.ru (дата обращения:
23.02.2019)
9. Федеральный закон от 21 июля 2014 года № 219-ФЗ «О внесении изменений в Федеральный закон «Об охране окружающей среды» и отдельные законодательные акты Российской Федерации» URL: http://www.consultant.ru (дата обращения: 21.12.2019 )
10. Gummer M, Chandrasekar V, Phan HH, Nguyen TN, Ban LV, Aquino E, Rickman JF. Rice Husk furnace - IRRI's experience // Paper presented at the 5th National Grains Postproduction Conference, 18-19 July 2007, Philippines. URL: http://www.knowledgebank.irri.org/step-by-step-production/postharvest/rice-by-products/rice-husk/rice-husk-furnace
11. Nguyen VX, Truong V, Phan HH. 1996. Development of rice husk furnaces for grain drying. URL: http://www.irjet.net :// www.yumpu.com/en/document/ read/8636111/development-of-rice-husk-furnaces-for-grain-drying-australian-// IRJET. 1996. P. 336-341
12. Nguyen VX, Nguyen TN, Tran VT, Nguyen VX, Phan HH. 2012. Rice husk uses in the Mekong Delta of Vietnam. International Workshop on the Innovative Uses of the Rice Straw and Rice Husk, 11-13 December 2012. URL:http://www.irjet.net
13. Yang Yu, Yang Yang, Zhicai Cheng, Paula H. Blanco, Ronghou Liu, A.V. Bridgwater, Junmeng Cai. Py-rolysis of Rice husk and Corn Stalk in Auger reactor: Part1. Characterization of Char and Gas at various temperatures. Article in Energy &Fuel. November 2016. URL: http ://www.researchgate.net/publication
14. Компания УУЗ ООО (Устюженский Углеродный завод), Вологодская область, г. Череповец, URL: https://269591-ru.all.biz (Дата обращения:
03.08.2020)
15. «Новые Технологии», Общество с ограниченной ответственностью, Ярославль, URL: www.nt-yar.ru (дата обращения: 23.01.2019)
16. Компания «ПиролизЭко», Коломна, URL: www.piroliz-ecoprom.ru (дата обращения: 25.01.2019)
17. Логинов С.В, Луккен А.А., Кузнецова И.Н. Физико-химические основы и экологические аспекты производства черней из отходов и субпродуктов животноводства // Дизайн. Материалы. Технология. 2013. № 1(26). С. 71-78.
18. Шипилова Ю.Ю., Логинов С.В. Предпосылки получения высококачественных черней из пищевых отходов //IX научно-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых в рамках мероприятий, посвященных 150-летию открытия Периодического
закона химических элементов Д.И. Менделеевым, Сб. тезисов СПб: СПбГТИ(ТУ), 2019. С. 139.
19. Шипилова Ю.Ю., Логинов С.В. Рециклинг растительных отходов с получением черней и сорбентов // Матер. науч. конф. «Традиции и Инновации», посвященной 191-й годовщине образования СПбГТИ(ТУ) и работе в нем Д.И. Менделеева. СПб, 2729 ноября 2019 г. СПб: СПбГТИ(ТУ), 2019. С. 103.
20. Мешков С.А., Илиев Р.Л., Масалевич А.И., Миславский Б.В. Способ и устройство получения продукта, содержащего диоксид кремния и аморфный углерод: пат. 2725935 Рос. Федерация. Рег. № 2020108572, заявл. 27.02.2020; опубл. 07.07.2020. Бюл. №19.
References
1. World news/ The Guardian. URL: https://www.theguardian.com/world/2019/nov/08
2. IRRI, International Research Rice Institute. Annual Report 2019 - Race for Impact. URL: https://www.irri.org/resources-and-tools/publications#annual-reports
3. Global Rice Husk Ash Market Research Report Forecast 2017-2022, published by S&P Consulting, February 2019 URL: https://www.24marketreports.com/agriculture/global-rice-husk-ash-market-research-report-forecast-2017-to-2021
4. Nguen Man' Hieu. Processy termicheskoj pere-rabotki risovoj sheluhi pri poluchenii aktivirovannogo uglerodnogo materiala i ih apparaturnoe obespechenie: dis. ... kand. tekhn. nauk g. Tomsk: TPU, 2018. 22 s.
5. Leonov I.P. Kompleksnaya pererabotka risa i ee ekonomicheskaya effektivnost' Moskva: M-vo zagoto-vok SSSR, 1973. 36 s.
6. ITS-15 2016 g. Utilizaciya i obezvrezhivanie othodov (krome obezvrezhivaniya termicheskim sposobom (szhiganie othodov). Informacionno tekhnicheskij spravochnik po nailuchshim dostupnym tekhnologiyam. Federal'noe Agentstvo po tekhnicheskomu regulirovaniyu. URL: http://www.docs.cntd.ru (data obrashcheniya: 23.02.2019)
7. Federal'nyj zakon ot 24 iyunya 1998 g. № 89-FZ «Ob othodah proizvodstva i potrebleniya». URL: http://www.consultant.ru (data obrashcheniya: 21.12.2019)
8. Dannye otchyot GBUZ MIAC za 2015g. «Poka-zateli zabolevaemosti naseleniya Krasnodarskogo kraya» URL: http://www.miackuban.ru (data obrashcheniya: 23.02.2019)
9. Federal'nyj zakon ot 21 iyulya 2014 goda № 219-FZ «O vnesenii izmenenij v Federal'nyj zakon «Ob ohrane okruzhayushchej sredy» i otdel'nye za-konodatel'nye akty Rossijskoj Federacii» URL: http://www.consultant.ru (data obrashcheniya: 21.12.2019 )
10. Gummer M, Chandrasekar V, Phan H.H., Nguyen T.N., Ban L V., Aquino E, Rickman J.F. Rice Husk furnace - IRRI's experience // Paper presented at the 5th National Grains Postproduction Conference, 18-19 July 2007, Philippines. URL: http://www.knowledgebank.irri.org/step-by-step-production/postharvest/rice-by-products/rice-husk/rice-husk-furnace
11. Nguyen V.X., Truong V., Phan H.H. 1996. Development of rice husk furnaces for grain drying. URL: http://www.irjet. net:// www.yumpu.com/en/document/ read/8636111/development-of-rice-husk-furnaces-for-grain-drying-australian-// IRJET. 1996. P. 336-341
12. Nguyen V.X., Nguyen T.N., Tran V.T., Nguyen V.X., Phan H.H. 2012. Rice husk uses in the Mekong Delta of Vietnam. International Workshop on the Innovative Uses of the Rice Straw and Rice Husk, 11-13 December 2012. URL:http://www.irjet.net
13. Yang Yu, Yang Yang, Zhicai Cheng, Paula H. Blanco, Ronghou Liu, A.V. Bridgwater, Junmeng Cai. Py-rolysis of Rice husk and Corn Stalk in Auger reactor: Part1. Characterization of Char and Gas at various temperatures. Article in Energy &Fuel. November 2016. URL: http://www.researchgate.net/publication
14. Kompaniya UUZ OOO (Ustyuzhenskij Uglerodnyj zavod), Vologodskaya oblast', g. CHerepovec, URL: https://269591-ru.all.biz (Data obrashcheniya: 03.08.2020)
15. «Novye Tekhnologii», Obshchestvo s ograni-chennoj otvetstvennost'yu, YAroslavl', URL: www.nt-yar.ru (data obrashcheniya: 23.01.2019)
16. Kompaniya «PirolizEko», Kolomna, URL: www.piroliz-ecoprom.ru (data obrashcheniya: 25.01.2019)
17. Loginov, S.V, Lukken A.A., Kuznecova I.N. Fiziko-himicheskie osnovy i ekologicheskie aspekty proizvodstva chernej iz othodov i subproduktov zhivotnovod-stva // Dizajn. Materialy. Tekhnologiya. 2013. № 1(26). S. 71-78.
18. Shipilova Yu.Yu, Loginov S.V. Predposylki polucheniya vysokokachestvennyh chernej iz pishchevyh othodov // IX nauchno-tekhn. konf. studentov, aspirantov i molodyh uchenyh v ramkah meropriyatij, posvyashchen-nyh 150-letiyu otkrytiya Periodicheskogo zakona himich-eskih elementov D.I. Mendeleevym, Sb. tezisov SPb: SPbGTI(TU), 2019. S. 139.
19. Shipilova Yu.Yu., Loginov S.V. Recikling ras-titel'nyh othodov s polucheniem chernej i sorbentov // Mater. nauch. konf. «Tradicii i Innovacii», posvyashchen-noj 191-j godovshchine obrazovaniya SPbGTI(TU) i rabote v nem D.I. Mendeleeva. SPb, 27-29 noyabrya 2019 g. SPb: SPbGTI(TU), 2019, S. 103.
20. Meshkov S.A., Hiev RL, Masalevich A.I., Mislavsk/j B.V. Sposob i ustrojstvo polucheniya produkta, soderzhashchego dioksid kremniya i amorfnyj uglerod: pat. 2725935 Ros. Federaciya. Reg. № 2020108572, zayavl. 27.02.2020; opubl. 07.07.2020. Byul. №19.
Сведения об авторах
Логинов Сергей Васильевич, канд. техн. наук, доцент каф. общей химической технологии и катализа; Sergy V. Loginov, Ph.D. (Eng.), Associate Professor, Department ofGeneral Technology and Catalysis, loginov.chemistry@gmail.com Масалевич Анатолий Иванович, вед. сотр.; Anatoliy I., Masalevich, lead employee, 91953120@mail.ru Мешков Сергей Анатольевич, канд. техн. наук, Sergey A. Meshkov, Ph.D. (Eng.), meshkov.snnm@gmail.com Миславский Борис Владленович, канд. хим. наук, руководитель проектов; Boris V. Mislavsky, Ph.D. (Chem), project manager, bmislavsky@gmail.com
