Содержание:
Назначение и область применения продуктов переработки рисовой шелухи
Пиролизный шнековый реактор
Упаковка, хранение
Краткое технико-экономическое обоснование проекта
Общие положения
Выращиванием риса занимаются более 60 стран, при этом годовой объем сбора риса составляет порядка 100 млн. тонн. В связи с этим проблема использования рисовой шелухи остро стоит перед обрабатывающими рисовыми заводами. В процессе переработки каждых 50-ти кг риса – сырца накапливается в среднем 10 кг рисовой шелухи. Таким образом, при годовом урожае в 1 млн. тонн образуется 200 тыс. тонн рисовой шелухи. При насыпной массе 140 кг/м3 это составляет 1,4 млн. м3. Даже после сжигания шелухи образуется 0,14 млн. м3 золы.
Использование отходов риса вследствие высокого содержания золы и тенденции к возгоранию при длительном хранении на воздухе представляет сложную проблему.
Вернуться к содержанию
Краткое описание метода.
Утилизацию рисовой шелухи предполагается осуществить методом быстрого пиролиза без доступа кислорода (воздуха) с использованием продуктов переработки в качестве дефицитной товарной продукции.
Мощность одного модуля создаваемого производства составляет 10 тыс. тонн рисовой шелухи в год, при этом предусматривается получение товарной продукции полуфабриката в виде смеси аморфизированных двуокиси кремния и углерода в количестве 3 тыс. т/год и альтернативного жидкого топлива в количестве 4 тыс. т/год.
Вернуться к содержанию
Предлагаемое производство является экологически чистым, т.к. для обеспечения производства используется замкнутая водооборотная система и отсутствуют технологические стоки, сбрасываемые в систему канализации. Для обеспечения защиты воздушного бассейна каждый модуль снабжен эффективной системой пыле - и газоочистки. Содержание вредных веществ в дымовых газах после пыле – газоочистки не превысит по окиси углерода (СО) - < 50 мг/нм3, по окиси азота (NO2) - < 110 мг/нм3, по пыли - < 10 мг/нм3, что не превышает показателей существующих санитарных норм. Основным компонентом отходящих газов является углекислый газ.
Производство будет размещено рядом с производителями риса, для того, чтобы свести к минимуму транспортные расходы.
При относительно невысоком объеме инвестиций проект обеспечивает получение большого экономического эффекта и позволяет занять рынок производителей конкурентоспособной и дефицитной продукции.
Вернуться к содержанию
Назначение и область применения продуктов переработки рисовой шелухи.
При утилизации рисовой шелухи получаются следующие виды товарной продукции:
Кремнеуглеродистые материалы – наполнитель для резинотехнических изделий, в том числе автомобильных шин, улучшающий их прочностные свойства, сорбент для очистки воды от нефтяных и масляных загрязнений, компонент для получения специальных углеродных изделий, в том числе:
Диоксид кремния – (кремнезем, кремниевый ангидрид) SiO2.
Применение: белая сажа и аэросил – наполнители в производстве резинотехнических изделий, в том числе автомобильных шин, аэросил - загуститель смазочных материалов, клеев, красок; сырье в производстве технического кремния, кварцевого сырья, силикальцита, компонент керамики, абразивных материалов; в производстве искусственных кож; в производстве продуктов парфюмерии и медпрепаратов.
Хлорид кремния SiCl4 – область применения: исходный материал при синтезе кремнийорганических соединений, используемых для получения диэлектриков, лакокрасочных жаростойких покрытий, смазочных материалов, гидрофобизирующих средств для защиты от влаги различных изделий и т.д. Среди кремнийорганических соединений известны кремнийорганические смолы, кремнийорганический каучук.
Хлорид кремния используют для получения чистого кремния для полупроводниковой техники. Значительные количества хлорида кремния расходуют для получения аэросила – высокодисперсного диоксида кремния, который служит наполнителем резины.
Вернуться к содержанию
Карбид кремния – (карборунд) SiC. Применение: абразивный материал для шлифовальных кругов, брусков, бумаги; для изготовления силитовых стержней электропечей; материал для матриц в порошковой металлургии; компонент огнеупоров; основной элемент в выпрямительных полупроводниковых диодах и фотодиодах; упрочняющий элемент в композиционных материалах; металлокерамика.
Нитрид кремния – (трикремния тетранитрид) Si3N4. Применение: для футеровки металлургических печей; защитные чехлы термопар; изоляционные покрытия; в производстве полупроводниковых приборов на основе кремния; в производстве керамики.
Альтернативное жидкое топливо, пригодное для прямого сжигания в котельных агрегатах тепловых электростанций, газотурбинных и дизельных электростанциях, обжиговых и металлургических печах, а так же для получения моторного топлива.
Вернуться к содержанию
Характеристика исходного сырья.
В таблице 1 приведены основные физико-химические свойства рисовой шелухи.
Таблица 1.
Рисовая шелуха Содержание, % масс Влага 8,47 – 11 Зола 15,68 – 18,59 Сырой белок 2,94 – 3,62 Экстракт, растворимый в эфире 0,82 – 1,2 Сырое волокно 39,05 – 42,9 SiO2 18,17
Вернуться к содержанию
Физико-химические основы процесса термической обработки рисовой шелухи.
Исходя из химического и вещественного состава рисовой шелухи, данный материал следует считать природным кремнийорганическим соединением. Технология переработки рисовой шелухи предусматривает получение товарной продукции за одну стадию обработки.
Технологический процесс получения товарной продукции из рисовой шелухи включает в себя ряд операций, связанных с физико-химическими превращениями. Необходимость в операциях, связанных с механическим воздействием, таких как измельчение и классификация отсутствует, так как рисовая шелуха имеет гранулометрический состав, обеспечивающий оптимальную термическую обработку в безкислородной атмосфере. Рисовая шелуха, поступающая в реактор, имеет естественную влажность, однако необходимость в предварительном проведении операции сушки отсутствует.
Целью термической обработки в безкислородной атмосфере в общей технологической цепочке является получение из рисовой шелухи остатка с удаленными летучими веществами, представляющего аморфизированную смесь кремнезема и углерода. При быстром пиролизе с нагревом сырья до конечной температуры, не превышающей 600°С, происходит выделение из рисовой шелухи летучих продуктов и последующая конденсация в жидкое топливо; за счет выделения летучих веществ материал обогащается кремнеземом и углеродом.
Вернуться к содержанию
Технология обработки рисовой шелухи.
Технологический процесс производства.
Технологический процесс состоит из следующих операций:
- прием, хранение и подготовка рисовой шелухи;
- подача шелухи в бункер сырья;
- быстрый пиролиз шелухи в шнековом реакторе;
- конденсация пиролизной парогазовой смеси в жидкое топливо;
- подача твердых продуктов пиролиза в упаковочную машину;
- упаковка и транспортировка продукта на склад;
- эвакуация отработавших газов дымососом в атмосферу.
Работа модуля осуществляется в непрерывном режиме с непрерывной подачей рисовой шелухи и выводом готовой товарной продукции.
Источником тепловой энергии процесса является несконденсировавшийся пиролизный горючий газ.
Вернуться к содержанию
Прием, хранение, транспортировка и подготовка рисовой шелухи.
Учитывая круглогодичность работы производства по переработке рисовой шелухи и сезонность производства риса, предполагается организовать сбор и хранение рисовой шелухи с учетом характера производства риса, обеспечивающего непрерывную работу технологии производства в целом. Одновременно при хранении рисовой шелухи необходимо учитывать условия ее хранения, исключив воздействие атмосферных факторов (дождь, ветер, загрязнение бытовым или хозяйственным мусором и другие неблагоприятные факторы).
Место хранения рисовой шелухи должно быть отгорожено от остальных участков территории и защищено от влияния атмосферных факторов соответствующими быстровозводимыми сооружениями (навесы, ангары), не препятствующих использованию средств малой механизации.
Вернуться к содержанию
Бункер сырья
Рабочий объем бункера сырья модуля должен быть рассчитан на 800 кг исходного сырья. Включение питающего транспортера при остатке в бункере 200 кг продукта. Отключение питающего транспортера при заполнении бункера до 1200 кг продукта.
Вернуться к содержанию
Пиролизный шнековый реактор
Реактор состоит из 2-х шнековой машины, заключенной в металлический кожух, обогреваемый изнутри воздухом, который сам нагревается горючим газом, сжигаемым в горелке, в монтированной внутри кожуха. Поверхность кожуха футеруется теплоизоляционным материалом.
Воздух в реактор подается дутьевым вентилятором.
Реактор снабжен пультом управления технологическим режимом, системой автоматизированного управления.
Максимальная температура в реакторе 700°С. Диапазон рабочих температур составляет от 500°С до 600°С и определяется по технологии с учетом требований к получаемому полуфабрикату. Температурный режим контролируется с помощью термопар, сигнал с которых поступает на приборы и в систему автоматического управления.
Вернуться к содержанию
Конденсационная колонна.
Назначение колонны – снижение температуры пиролизных углеводородных газов до 80°С для их конденсации в жидкое топливо.
Конденсационная колонна представляет собой трубную поверхность нагрева площадью 160 м2, охлаждаемую сетевой водой, используемой для центрального отопления зданий и сооружений.
Компоновочно конденсационная колонна состоит из четырех пакетов стальных труб диаметром 8 мм, располагаемых вертикально один за другим. Пиролизные газы проходят через конденсационную колонну сверху вниз, а вода – по схеме противотока снизу вверх.
Вернуться к содержанию
Газоудаление
Эвакуация очищенных отработавших газов производится дымососом, обеспечивающим удаление газов в атмосферу. Дымосос обеспечивает также требуемое разрежение по газовому тракту до себя. Регулирование величины разрежения предполагается выполнить тиристорным.
Вернуться к содержанию
Упаковка, хранение
Полуфабрикат – гомогенная смесь аморфизированных кремнезема и углерода (42 - 47% SiO2 и 50-57% С) поступает на упаковочную машину из бункера пиролизного реактора, откуда, упакованный в мешки емкость 20 кг, поступает на хранение на склад готовой продукции. Транспортировка мешков осуществляется на поддонах. Далее отдел сбыта производит отгрузку потребителям готовой продукции со склада. Емкость склада готовой продукции – на 1 месяц работы производства.
Вернуться к содержанию
Регулирование
Регулирование температуры в пиролизном реакторе осуществляется изменением расхода подаваемого воздуха. Регулирование нагрузки осуществляется изменением числа оборотов шлюзового питателя.
Вернуться к содержанию
Технические данные модуля.
Тип установки – опытно-промышленная (пилотная).
Габаритные размеры:
длина, м –8;
ширина, м – 2;
высота, м – 3.
Общий вес в собранном виде – 5 тонн (ориентировочно).
Площадь пола, занимаемая установкой – 2 ´ 8 м2.
Высота помещения, необходимого для размещения установки – 4м.
Производительность установки по готовому продукту:
полуфабрикат (в пересчете на смесь 50/50 SiO2 и углерода) – 3000 т/год,
жидкое топливо – 4000 т/год.
Число часов работы в году – 8500, работа в непрерывном режиме в три смены, 24 часа.
Нагрев рабочих аппаратов осуществляется первоначально (менее 1 часа) за счет сжигания природного газа, а затем за счет теплоты, выделяемой при переработке рисовой шелухи.
Часовой расход сырья 2 т/ч;
Расход электроэнергии (максимально) – 15кВт/час;
Расход сетевой воды – 26,4 м3/час;
Расход воздуха – 7660 нм3/час;
Количество отработавших газов – 8000 нм3/час;
Ресурс работы установки – 5 лет.
Вернуться к содержанию
Автоматизированная система управления технологическим процессом
Управление технологическим режимом реактора автоматизировано (но имеется возможность при необходимости использовать ручное дистанционное управление), оно осуществляется с центрального пульта управления, расположенного в специальном помещении.
Уровень автоматизации и контроля производством определяется непрерывностью технологического процесса и требованиями, предъявляемыми к современным производствам. Система управления и схема контроля обеспечивают оптимальный режим производства, облегчают труд и создают благоприятные условия эксплуатационному персоналу.
Система автоматизированного контроля и управления технологическими процессами реализовывает функции технологического контроля, автоматического регулирования, предупредительной и аварийной сигнализации, дистанционного управления, технологических защит и блокировок, обеспечивает регистрацию технологических параметров.
Вернуться к содержанию
Отходы производства. Охрана окружающей среды
Технологический процесс построен таким образом, чтобы исключить образование отходов, подлежащих захоронению на полигонах. Твердые отходы производства – полуфабрикат представляет целевой товарный продукт, а газообразные продукты выбрасываются в атмосферу в виде обычных продуктов сгорания (дымовые газы). Газоочистка обеспечивает доведение состава выбрасываемого газа до требований современных санитарных норм.
Жидкие отходы отсутствуют, так в технологическом процессе не предусмотрено использование жидких реагентов и вспомогательных материалов.
Технологические сточные воды отсутствуют. Производство полуфабриката и альтернативного жидкого топлива с учетом выполнения указанных требований экологически безопасное.
Вернуться к содержанию
Строительная часть
Производство представляет собой единое здание, состоящее из нескольких равно и разновысоких объемов (секций). Особое внимание необходимо уделить отделению, где ведется переработка рисовой шелухи, так как это помещение категории Г.
Степень огнестойкости здания для этого помещения по СНиП 2.09.02-85-II. Классификация помещения по ПУЭ и наружных установок по электрооборудованию – пыльное с непроводящей пылью, не взрывоопасное, по санитарной характеристике группы производственных процессов по СНиП 2.03.04-87-1б.
Остальные отделения – категории Д, степень огнестойкости здания – II, класс помещений по ПУЭ – пыльное, группа производственных процессов по санитарной характеристике – 2б.
Основной категорией электроприемников производства являются электродвигатели переменного тока, трехфазные, напряжением 380/220 В. Электродвигатели должны иметь исполнение, обеспечивающее надежную их эксплуатацию в условиях рассматриваемого производства и при необходимости тиристорное управление. Необходимо предусмотреть как местное, так и дистанционное управление электрооборудованием. Щиты станций управления (ЩСУ) для дистанционного управления должны поставляться комплектно с технологическим оборудованием.
Все электропривода с дистанционным управлением должны иметь возможность подключения цепей диспетчеризации (сигналов ТУ, ТС, ТИ).
Вернуться к содержанию
Технико-экономическая оценка процесса утилизации рисовой шелухи
Потребность в основных видах сырья, энергетических ресурсах и источники ее обеспечения
Годовая потребность в основных видах сырья и энергоресурсах на технологические нужды производства по переработке рисовой шелухи приведена в таблице 2.
Таблица 2.
Наименование ресурсов Един. Измерения Годовая Потребность I. Сырье и материалы 1. Рисовая шелуха т 10000 2 Мешки (20-ти кг) шт. 500 II. Энергоресурсы 1. Электроэнергия тыс. кВт.ч 127,5
Сырье для получения готового продукта будет поставляться с обрабатывающих рисовых заводов.
Вернуться к содержанию