Патент на изобретение №2164496

Published by on




РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ



ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(19) RU (11) 2164496 (13) C2
(51) МПК 7
C02F1/00, C02F3/00, C02F11/04
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Статус: по данным на 27.05.2011 – прекратил действие

(21), (22) Заявка: 99103877/13, 25.02.1999

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

25.02.1999

(43) Дата публикации заявки: 10.04.2001

(45) Опубликовано: 27.03.2001

(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске:
RU 94004921 A1, 20.10.1995. RU 94004721 A1, 20.10.1995. RU 94005018 A1, 20.10.1995. RU 94008600 A1, 27.10.1995. RU 2047573 C1, 10.11.1995. RU 2073651 C1, 20.02.1997. RU 2073653 C1, 20.02.1997. SU 1798371 A1, 28.02.1993.

Адрес для переписки:

680035, г.Хабаровск, ул. Бондаря, д.1, кв.66, Тумченку В.И.

(71) Заявитель(и):

Тумченок Виктор Игнатьевич

(72) Автор(ы):

Тумченок В.И.

(73) Патентообладатель(и):

Тумченок Виктор Игнатьевич

(54) УСТАНОВКА КОМПЛЕКСНОЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ УТИЛИЗАЦИИ СЕЛЬХОЗОТХОДОВ


(57) Реферат:

Установка содержит источник сельхозотходов, сообщенный с ним сборник отходов и метантенк, включающий камеры кислого, нейтрального, щелочного и метанового брожения. Камера метанового брожения метантенка сообщена с ферментатором, разделенным на секции поперечными перфорированными перегородками. Секции сообщены друг с другом переливными трубами. Верхняя секция ферментатора сообщена с камерой метанового брожения метантенка и с газгольдером, а нижняя секция через нагнетатель сообщена с ней и с центробежным микрофильтром. Газгольдер соединен с газовой турбиной привода электрогенератора для выработки электроэнергии. Камера кислого брожения метантенка сообщена с камерой спиртового брожения и через центробежный микрофильтр с ректификационной колонной. Верхняя часть ректификационной колонны сообщена с дефлегматором и сборником спирта. Камера метанового брожения метантенка сообщена с ленточным пресс-фильтром и сушилкой биоудобрения. Установка обеспечивает полную переработку сельхозотходов с получением спиртов, тяжелой воды, биоудобрения, компоста, белково-витаминной добавки и метана для его использования на электростанции для выработки электроэнергии. 1 ил.


Изобретение относится к технике КБУ СХО и может быть использовано на сельхозпредприятиях АПК с выработкой дополнительной товарной продукции: метана /CH4/, белково-витаминной добавки /БВД/, биоудобрения /БУ/, компоста /КП/, электроэнергии /ЭЭ/, спиртов /этанола, метанола, бутанола и т.д./.

Известна установка КБУ СХО, включающая источник СХО, например товарную ферму крупного рогатого скота /КРС/, сообщенную со сборником СХО и с метантенком из камер: кислого, нейтрального, щелочного, метанового брожения, снабженных диспергаторами в виде взаимодействующих уступчатыми цилиндрическими поверхностями ротора и корпуса, причем метантенк через гидравлический затвор и газгольдер сообщен с сельхозэлектростанцией /СХЭС/ из газовой турбины и электрогенератора/ с.18 – 19, рис. 2.2, 2.3, У.Э.Виестур, А.М. Кузнецов, В. В. Севенков. Системы ферментации. Рига, “Зинатне”, 1986/, недостатком которой является низкая концентрация метана /CH4/ в биогазе, что снижает эффективность утилизации.

Известна установка КБУ СХО, включающая источник СХО, например товарную ферму КРС, сообщенную со сборником СХО и с метантенком и по биогазу и бражке с ферментатором, включающим корпус со светопроницаемыми стенками, размещенными с внешней стороны стенок корпуса светильниками и поперечными перфорированными перегородками /ППП/, образующими секции, с размещенной на ППП иммобилизационной насадкой в виде полых стеклянных шариков, причем секции сообщены друг с другом переливными трубами, причем нижняя секция сообщена нагнетателем по биогазу, а верхняя секция по бражке с метантенком /патент РФ N 2068812, кл. C 02 F 11/02, 1991/, недостатком которой является невысокий ассортимент выпуска дополнительной товарной продукции, снижающей эффективность ее работы.

Известна ректификационная колонна /РК/, включающая ППП, образующие секции, сообщенные друг с другом переливными трубами, причем корпус выполнен из двух частей, верхней – укрепляющей, нижней – исчерпывающей, причем верхняя укрепляющая сообщена с дефлегматором, который в свою очередь сообщен со сборником спирта и через гидравлический затвор с верхней секцией РК, а нижняя секция исчерпывающей части РК сообщена с теплообменником /с. 298, рис. 7 – 1, К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков, Л-д, “Химия”, 1976/, использование которой в установке КБУ СХО позволяет получать дополнительный товарный продукт – спирты.

Цель изобретения – повышение эффективности работы установки достигается тем, что камера кислого брожения метантенка сообщена с камерой спиртового брожения и через ЦМФ сообщена с РК.

На чертеже схематически представлена установка КБУ СХО.

Установка КБУ СХО включает источник СХО, например ферму 1 КРС, сообщенную со сборником 2 СХО и метантенком 3 из камер: 4 – кислого, 5 – нейтрального, 6 – щелочного, 7 – метанового брожения, снабженных диспергаторами 8, выполненных из взаимодействующих своими цилиндрическими поверхностями ротора 9 и корпуса 10, причем камера 7 метанового брожения метантенка 3 сообщена с ферментатором 11, включающим корпус 12 со светопроницаемыми стенками и размещенными с внешней стороны стенок корпуса 12 светильниками 13, установленными в корпусе 12 ППП 14, образующими секции 15, сообщенные друг с другом переливными трубами 16, причем на ППП 14 размещена иммобилизационная насадка 17, в виде полых стеклянных шариков, а верхняя секция 15 ферментатора 11 сообщена по бражке с камерой 7 метанового брожения метантенка 3, а нижняя секция 15 через нагнетатель 18 сообщена с ней по биогазу и с ЦМФ 19, который по биомассе хлореллы и серобактерий сообщен с ДД 20, включающим корпус 21 с патрубком 22 – входа и патрубком 23 – выхода, размещенный по оси корпуса 21 ротор 24 с глухими отверстиями 25 в кольце магнитофора 26, взаимодействующими через кольцевой канал 27 с отверстиями 28 в перфорированном кольце 29, образующим с корпусом 21 полость 30, изолированную от патрубков: входа – 22 и выхода – 23 и сообщенную патрубком 31 со сборником 32 тяжелой /Д2O/ воды. Камера 4 кислого брожения метантенка 3 сообщена с камерой 33 спиртового брожения и через ЦМФ 34 с ректификационной колонной /РК/ 35, включающей корпус 36 с ППП 37, образующими секции 38, сообщенные друг с другом переливными трубами 39, причем корпус 36 РК 35 выполнен из верхней 40 – укрепляющей и нижней 41 – исчерпывающей частей, а верхняя 40 – укрепляющая часть сообщена с дефлегматором 42 и сборником 43 спирта, причем дефлегматор 42 через гидравлический затвор 44 сообщен с верхней секцией 38 укрепляющей части 40 РК 35, а нижняя секция 38 исчерпывающей части 41 РК 35 сообщена с теплообменником 45, а средняя секция 38 между укрепляющей 40 и исчерпывающей 41 РК 35 сообщена через гидравлический затвор 46 с ЦМФ 34 и с камерой 33 спиртового брожения. Метантенк 3 установлен в помещении 47, на перекрытии 48 которого размещен твердофазный ферментатар ТФФ 49 с каналами 50, сообщенными каналами 51 с нагнетателем воздуха 52, причем ТФФ 49 выполнен с покрытием 53, например, пленкой и сообщен по компосту /КП/ со сборником 2 СХО. Камера 7 метанового брожения метантенка 3 сообщена по шламу с ленточным пресс-фильтром /ЛПФ/ 54 и сушилкой 55 биоудобрения /БУ/. Верхняя секция 15 ферментатора 11 сообщена по метану /CH4/ через гидравлический затвор 55a с газгольдером 56 и с СХЭС из газовой турбинны 57 привода электрогенератора 58 выработки электроэнергии /ЭЭ/, а по выхлопу газовая турбина 57 сообщена с нагнетателем 18 биогаза в ферментатор 11. ЦМФ 19 по избыточной биомассе хлореллы и серобактерий сообщен с ЛПФ 59 и сушилкой 60 белково-витаминной добавки /БВД/.

Установка КБУ СХО работает следующим образом.

Из фермы 1 КРС гидросмывом и гидросплавом СХО поступает в сборник 2, соотношение C_N=8:1. Для корректировки СХО по азоту в сборник 2 вводят компост /КП/ из ТФФ 49, а из сборника 2 из гидросплава извлекают сено, солому и направляют на компостирование в ТФФ 49, в котором за счет микробного распада органики устанавливается температура 50 – 70oC, причем тепло аэробного распада термостатирует процессы брожения в помещении 47 и расположенном в нем метантенке 3. Субстрат сбраживают в камерах 4 – 7 воздействием ацетогенов, ацетогидрогенов, кислотогенов. . . метаногенов при температуре 53oC, причем колебания температуры в камерах 4 – 7 не должны превышать одного градуса в сутки. Нагрев субстрата осуществляют за счет пульсации скоростных и статических напоров в диспергаторе 8 между взаимодействующими уступчатыми цилиндрическими поверхностями ротора 9 и корпуса 10. Одновременно за счет срезающих усилий в диспергаторе 8 происходит разрушение размеров частиц взвесей до размеров, сопоставимых с размерами микрофлоры. Под воздействием брожения органика субстрата разлагается на CO2 и CH4, причем газовые оболочки взвесей флотируют в верхнюю часть метантенка 3, занимающую 1/5 часть объема. Газовые оболочки препятствуют контакту микрофлоры с органикой взвесей и разрушение оболочек интенсифицирует процесс распада органики при взаимодействии ее с водой:
Жиры+H2O—>2CH4+CO2;
Белки+H2O—>2CH4+CO2+H2S +NH3+CO2;
Углеводы+H2O—>3CH4+3CO2.

Концентрацию микрофлоры в пределах 20 г/м3 поддерживают за счет ввода в камеры 4 – 7 затравки из культиваторов /на чертеже не показаны/. Количество азота должно составлять для метаногенов порядка 0,3 – 0,4% от массы а.с.в. органики за счет ввода в камеры 6 и 7 углекислого аммония, способствующего появлению слабощелочной среды с pH 7 – 7,4. Влажность субстрата в камерах 4 – 7 метантенка 3 в пределах 95 – 96%. За счет перемешивания субстрата диспергаторами 8 обеспечивается контакт микрофлоры с жироподобными, белковоподобными и углеводоподобными компонентами питания, распределение микрофлоры по объему и обсеменение питания микрофлорой. Причем подвод свежего субстрата и отвод продуктов распада осуществляют непрерывно по прямоточной схеме при ступенчатом брожении. Из камеры 4 кислого брожения метантенка 3 субстрат отводят в камеру 33 спиртового брожения, не допуская появления кислот, а взвеси отделяют ЦМФ 34. Смесь спиртов/этанол, метанол, бутанол и т.д./ поступает через гидравлический затвор 46 в среднюю часть РК 35 между укрепляющей 36 и исчерпывающей 41 ее частями. За счет разности в температурах кипения смеси спиртов и воды происходит разгонка. Почти чистую спиртовую смесь в виде пара отводят на конденсацию в дефлегматор 42, а часть конденсата – флегмы возвращают через гидравлический затвор 44 назад в РК 35. Для создания непрерывных процессов испарения и конденсаций на ППП 37 в теплообменник 45 подводят пар, тепло конденсации которого определяет парообразование в РК 35. Смесь спиртов /СП/ из сборника 43 поступает на разгонку в специальную РК /на чертеже не показана/. Для приостановки брожения на стадии спиртообразования температура в камере 35 спиртового брожения устанавливается порядка 48 – 49oC. Биогаз из камеры 7 метанового брожения метантенка 3 нагнетателем 18 поступает в нижнюю секцию 15, а бражка в верхнюю секцию 15 ферментатора 11. Биогаз барботирует через слой иммобилизационной насадки 17 в виде полых стеклянных шариков, на которых культивируют хлореллу и серобактерии. Хлорелла исчерпывает в условиях фотосинтеза от светильников 13 CO2 для построения клеточного вещества своей биомассы, а серобактерии сероводород. Под воздействием ферментов CO2 восстанавливается до метана /CH4/ с одновременным разложением воды
2H2O—>2H2+O2;
CO2+4H2—>CH4+2H2O.

Дополнительный H2 в условиях фотосинтеза вырабатывает хлорелла воздействием фермента-катализатора на пигмент белка хлорофилла хлорелла—>H2.

За счет ферментолиза масса метана /CH4/ на 20 – 30% превышает массу распада беззольной органики. Одновременно в ферментаторе 11 происходит утилизация выхлопа газовой турбины 57 с восстановлением оксида и диоксида углерода до метана, а тепло выхлопа термостатирует режимы жизнедеятельности хлореллы и серобактерий.

Иммобилизация на насадке 17 обеспечивает появление среди хлореллы продуктивных особей, т.е. популяционная автоселекция, сопровождаемая выработкой у микрофлоры способности усваивать продукты жизнедеятельности /метаболиты/ вышележащих сообществ в качестве источника питания микрофлоры нижележащих секций 17 ферментатора 11 – сукцессия. Для углеводородов по теплотворной способности вводится определитель в виде соотношения H/C, для метана он равен 4, для бензина – 2,2, для дизтоплива – 1,5, для угля – 1. Отсюда метан /CH4/ является ценным горючим для двигателей внутреннего сгорания /ДВС/ автотранспорта и сельхозмашин, повышая межремонтный ресурс ДВС в 2 раза, снижая расход смазочных материалов на 15% с экологически чистым выхлопом. Хлореллу и серобактерии отделяют на нежесткой фильтровальной перегородке, находящейся под напряжением электротока в ЦМФ 19 и биомассу направляют в ДД 20, в котором обрабатывают в кольцевом канале 27 между кольцом 26 магнитофора ротора 24 и перфорированным кольцом 29. При опорожнении в поле центробежных сил отверстий 25 возникает разрежение между днищем отверстия 25 и жидкостным поршнем, и в нем появляются пузырьки пара, которые конденсируются в кольцевом канале 27. Объем конденсата в тысячу раз меньше объема пара, и в жидкости появляются пустоты, которые схлопываются с гидравлическими ударами. Центрами конденсации являются серобактерии и клетки хлореллы, которые на 80 – 85% состоят из воды, что приводит к ожижению биомассы. Опорожнение и заполнение отверстий 25 повторяется многократно, причем скоростной напор воды в отверстиях 25 переходит в статический в кольцевом канале 27. Пульсация напоров сопровождается нагревом жидкости. При дезинтеграции оболочек клеток бактерий освобождается накопленная в условиях фотосинтеза тяжелая /Д2O/ в количестве 0,4 – 0,6%, плотность ее на 10% выше плотности легкой /H2O/ и в поле центробежных сил она проходит через отверстия 28 в кольце 29 в полость 30, а выходу ее из полости 30 препятствует вязкость Д2O, которая на 23% выше H2O. Кольцо магнитофора 26 ротора 24 выполнено из каучука с ферромагнитным наполнителем, в котором магнитофором-индуктором наведено магнитное силовое поле, под действием которого происходит перестройка ассоциатов молекул Д2O и H2O во временные ассоциативные образования в виде длинных макромолекул, подверженных разрыву водородных связей и дезинтеграции. Тяжелая вода Д2O имеет температуру кипения 101,42oC и она хуже испаряется и быстрее конденсируется и наряду с динамической дезинтеграцией происходит статическая, способствующая исчерпыванию Д2O из внутриклеточной жидкости и Д2O из полости 30 по патрубку 31 отводят в сборник 32 для последующего использования в качестве замедлителя быстрых нейтронов в урановых реакторах, на смену обычной воды, водород и кислород которых поглощают бесполезно нейтроны. Перевод урановых реакторов с обычной воды на тяжелую на 20% повышает эксплуатационный ресурс тепловыделяющих элементов, что имеет место в канадских реакторах. Дезинтеграт из ДД 20 через патрубок 23 поступает в верхнюю секцию 15 ферментатора 11 и его содержимое: нуклеиновые кислоты, витамины, микроэлементы, ферменты и биостимуляторы участвуют в процессах фотосинтеза, ферментолиза, размножения и роста микрофлоры, в том числе окисления оксида углерода выхлопа базовой турбины 57 в диоксид и его восстановления до метана, который по своим характеристикам превосходит природный газ, а тем более керосин в турбинах авиации. Сжиженный метан имеет плотность в 2 раза ниже плотности керосина, что повышает грузоподъемность и дальность полетов без дозаправки. Шлем из камеры 7 метанового брожения метантенка 3 отжимают на ЛПФ 54 и после сушки в сушилке 55 используют в качестве биоудобрения /БУ/. Термообработка устраняет гельминты и стерилизует микрофлору. БУ имеет запах свежей земли и является ценным биостимулятором в почвенных процессах для растений микрофлоры почвы. Избыточную биомассу после ЦМФ 19 и биомассу после ЦМФ 34 обезвоживают на ЛПФ 59 и после термообработки в сушилке 60 получают белково-витаминую добавку /БДВ/, содержащую до 50% белка, в том числе лизин, витамины, в т.ч. B12, причем вследствие разрушения оболочек клеток хлореллы и серобактерий они находятся в удобно усвояемой форме, что повышает их питательную ценность. Применение БВД сокращает расход основных кормов более чем на 20%, а расходы на корма составляют порядка 70 – 90% всех расходов на выработку яйца, мяса, молока и мясо-молочных продуктов. Расход БВД составляет 1 грамм а.с.в. на 1 кг живого веса животных и птицы. Применение БВД до минимума уменьшает падеж молодняка, повышает генетику родительского стада.

Установка КБУ СХО за счет выработки дополнительной товарной продукции: метана /CH4/, спиртов /СП/, тяжелой /Д2O/ воды, электроэнергии /ЭЭ/, белково-витаминной добавки /БВД/, биоудобрения /БУ/, компоста /КП/ снижает стоимость производства яйца, мяса, молока на предприятиях АПК.

Формула изобретения


Установка комплексной биологической утилизации сельхозотходов, включающая источник сельхозотходов, например ферму, сообщенную со сборником сельхозотходов и метантенком из камер кислого, нейтрального, щелочного, метанового брожения, снабженных диспергаторами, выполненных из взаимодействующих своими уступчатыми цилиндрическими поверхностями ротора и корпуса, причем камера метанового брожения метантенка сообщена с ферментатором, включающим корпус со светопроницаемыми стенками и размещенными с внешней стороны стенок корпуса светильниками, установленными в корпусе поперечными перфорированными перегородками, образующими секции, сообщенные друг с другом переливными трубами, причем на поперечных перфорированных перегородках размещена иммобилизационная насадка в виде полых стеклянных шариков, верхняя секция ферментатора сообщена по бражке с камерой метанового брожения метантенка, а нижняя секция через нагнетатель сообщена с ней по биогазу и с центробежным микрофильтром, который по биомассе хлореллы и серобактерий сообщен с динамическим дезинтегратором, включающим корпус с патрубками входа и выхода и размещенный по оси корпуса ротор с глухими отверстиями в кольце магнитофора, взаимодействующими через кольцевой канал с отверстиями в перфорированном кольце, образующим с корпусом полость, изолированную от патрубков входа и выхода и сообщенную патрубком со сборником тяжелой (D2O) воды, отличающаяся тем, что камера кислого брожения метантенка сообщена с камерой спиртового брожения и через центробежный микрофильтр с ректификационной колонной, включающей корпус с поперечными перфорированными перегородками, образующими секции, сообщенные друг с другом переливными трубами, причем корпус ректификационной колонны выполнен из верхней, укрепляющей, и нижней, исчерпывающей, частей, а верхняя, укрепляющая, часть сообщена с дефлегматором и сборником спирта, причем дефлегматор через гидравлический затвор сообщен с верхней секцией укрепляющей части ректификационной колонны, нижняя секция исчерпывающей части ректификационной колонны сообщена с теплообменником, а средняя секция между укрепляющей и исчерпывающей частями ректификационной колонны сообщена через гидравлический затвор с центробежным микрофильтром и с камерой спиртового брожения.

РИСУНКИ

Рисунок 1


MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 26.02.2004

Извещение опубликовано: 10.01.2005 БИ: 01/2005


Categories: BD_2164000-2164999