Производственная деятельность свинокомплекса связана с проблемой постоянного образования биоотходов (свиной навоз), сточных вод (гидросмыв навоза) и чрезвычайно вредного их воздействия на окружающую среду.

Жизнедеятельность выращиваемых свиней требует большого количества тепла, электричества и воды, на производство и потребление которых предприятие тратит значительные финансовые средства.

Сложившаяся практика функционирования российских свинокомплексов базируется на использовании обычных отстойников и лагун для вывоза и хранения свиного навоза. Размеры таких хранилищ огромны и запах от них очень неприятен. Фильтрат навоза попадает в грунтовые воды, от чего сильно страдают животные и растения. Избыток в воде белка, жиров, других органических продуктов вызывает негативные, зачастую необратимые воздействия на метаболизм животных и растений.

Мировая практика очистки сточных вод свинокомплексов отдает предпочтение биологическим методам, предусматривающим биохимическое окисление в аэробных или анаэробных условиях с последующим обеззараживанием.

Утилизация свиного навоза базируется, как правило, на использовании биогазовых установок, производящих из навоза биогаз и биоудобрения.

Биогазовые установки используют принцип гниения или безкислородного брожения навоза с получением биогаза.

Биогаз – это газ, который состоит приблизительно на 60-70 % из СН4 (метан) и на 30-40 % из СО2 (углекислый газ). Синонимами для биогаза являются слова «шахтный газ», «болотный газ» и «газ-метан». Этот газ может использоваться для обогрева свинокомплекса, получения электроэнергии. Его можно очищать и получать метан, который можно использовать в качестве моторного топлива. Средний выход биогаза из 1 тонны сухого свиного навоза составляет 85-90 м3. Из 1 м3 биогаза можно произвести 2-3 кВт часа электроэнергии.

Основными серийными производителями биогазовых установок являются Германия и Голландия. Средний срок окупаемости таких установок 2,5-3 года.

Другим направлением утилизации свиного навоза является его газификация в газогенераторах с получением генераторного газа. Такой газ можно напрямую сжигать в котлах для производства тепловой энергии либо в двигателях внутреннего сгорания электростанций для получения электрической энергии.

Средний состав генераторного газа следующий: 20 % - СО (окись углерода), 20 % - Н2 (водород), 50 % - N2 (азот), 7 % - СО2 (углекислый газ) и 3 % - СН4 (метан). Средний выход генераторного газа из 1 тонны сухого свиного навоза с добавлением соломы составляет 80-85 м3. Из 1 м3 генераторного газа можно произвести 0,3-0,5 кВт часов электроэнергии.

Основными серийными производителями газогенераторных установок являются США, Германия, Россия и др. Средний срок окупаемости таких установок достигает 4,5-5 лет.

В последние 10 лет в ряде стран (США, Япония, Южная Корея, Германия, Голландия, Италия, Финляндия и др.) усиленно развиваются технологии переработки органосодержащего сырья (в том числе свиного навоза) методом пиролиза без доступа кислорода (воздуха). Такой пиролиз обеспечивает деструкцию органики с её разложением на газообразные, жидкие и твердые горючие продукты. Эти продукты представляют собой топливо и могут быть использованы для производства тепловой и электрической энергии. Жидкое пиролизное топливо при определенной доработке может использоваться в качестве моторного топлива.

В зависимости от конструкций пиролизного реактора, температурных и скоростных режимов пиролиза, средний выход продуктов из 1 тонны сухого свиного навоза составляет: горючий газ 20-40 %, жидкие углеводороды 20-70 %, полукокс 15-30 %.

Средний срок окупаемости пиролизных установок, серийно производимых в зарубежных странах, составляет от 3 до 6 лет.

Целью настоящего проекта является производство, ввод в эксплуатацию и использование на свинокомплексе установки, позволяющей решить две задачи:

• полная утилизация биоотходов свинокомплекса (свиной навоз и его гидросмыв) без экологически вредного воздействия на окружающую среду;
• перевод свинокомплекса на автономное водо- и энергообеспечение с использованием воды и топлива, полученных из биоотходов.

Поставленные в настоящем проекте задачи решаются на основе использования технологии быстрого пиролиза органики без доступа кислорода (воздуха) с её разложением на горючий газ, жидкие углеводороды и полукокс.

В мировой практике технологии быстрого пиролиза различаются по типу пиролизного реактора (с кипящим слоем, циклонные, вакуумные, абляционные).

Используемая в настоящем проекте технология имеет название «термоконтактное абляционное полукоксования органики». Эта технология внедрена в США (фирма NREL), Великобритании (Астонский университет), Голландия (фирма BTG - Twente), Германии (Karlsruhe, технология «Lurgi – Ruhrgas»). В России подобная технология разработана и предлагается к внедрению государственным Всероссийским научно-исследовательским институтом электрификации сельского хозяйства.

Технология утилизации биоотходов, предлагаемая в настоящем проекте, основана на изобретении «Способ переработки органосодержащего сырья методом пиролиза» (заявка № 2008104248 от 08.02.2008 г.).

Подача биоотходов в приемный бункер сушильного реактора. Подача свиного навоза из накопительного бункера осуществляется винтовым конвейером. Подача гидросмыва осуществляется дренажным насосом.

Высушивание (обезвоживание) биоотходов исходной влажности 65 % до остаточной влажности мене 5 %. Высушивание биоотходов осуществляется одновременно с их транспортированием сквозь рабочее пространство сушильного реактора за счет тепла отработавших газов пиролизного реактора с температурой 250-300 ºС. Отвод водяного пара на конденсацию воды осуществляется по трубопроводу, встроенному в сушильный реактор.

Конденсация воды и её накопление в бункере – бассейне технической воды, выполняющем одновременно функции конденсационного устройства.

Кондиционирование – насыщение части воды необходимыми минеральными компонентами до качества, соответствующего требованиям к питьевой воде.

Подача водяным насосом питьевой воды в емкость – накопитель.

Подача обезвоженных биоотходов винтовым конвейером сушильного реактора в винтовой конвейер пиролизного реактора.

Пиролиз биоотходов при температуре 450 ºС посредством их транспортирования сквозь рабочее пространство пиролизного реактора.

Конденсация пиролизной парогазовой смеси углеводородов в конденсационной колонне с получением жидких углеводородов и несконденсированного горючего газа.

Подача по трубопроводу горючего газа в горелку пиролизного реактора и его сжигание в горячем потоке атмосферного воздуха, поступающего из охладительного реактора.

Подача полукокса из разгрузочного отверстия винтового конвейера пиролизного реактора в загрузочное отверстие винтового конвейера охладительного реактора.

Охлаждение полукокса за счет отбора тепла атмосферным воздухом, с температуры более 400 ºС до температуры менее 200 ºС с одновременным его транспортированием сквозь рабочее пространство охладительного реактора в накопительную емкость последнего.

Подача по трубопроводу жидких углеводородов из кубовой емкости конденсационной колонны в смесительную емкость гидродинамического диспергатора.

Подача по винтовому конвейеру полукокса из накопительной емкости охладительного реактора в смесительную емкость гидродинамического диспергатора.

Смешивание жидких углеводородов и полукокса в смесительной емкости посредством механической мешалки с получением двухфазной (жидкое и твердое) смеси с соотношением Ж:Т равном 4,6:1.

Механо – химическая обработка смеси в гидродинамическом диспергаторе, создающем мощное кавитационное поле, обеспечивающее диспергирование смеси, тончайшее измельчение частиц полукокса, гомогенезацию легких и тяжелых фракций углеводородов с получением стабильной топливной суспензии.

Подача топливным насосом топливной суспензии в накопительную топливную емкость и, далее, в двигатели внутреннего сгорания блоков электростанции единичной мощностью 100 кВт для производства собственной электроэнергии.

Забор атмосферного воздуха нагнетательным вентилятором и его подача в рабочее пространство охладительного реактора.

Забор вытяжным вентилятором из накопительного бункера свиного навоза воздуха с высоким содержанием аммиака и других дурно пахнущих веществ и его подача в рабочее пространство охладительного реактора.

Подача отработавших газов двигателей внутреннего сгорания электростанции в газоход нагретого атмосферного воздуха при его выходе из охладительного реактора.

Подача смеси отработавших газов двигателей внутреннего сгорания электростанции и подогретого теплом сгорания горючего газа атмосферного воздуха в рабочее пространство пиролизного реактора.

Подача смеси газового теплоносителя из рабочего пространства пиролизного реактора в рабочее пространство сушильного реактора.

Подача охлажденной смеси газового теплоносителя из рабочего пространства сушильного реактора в приточно-вытяжной вентилятор цетробежно-барботажного аппарата на очистку.

Полная абсорбционная очистка газового теплоносителя от вредных газообразных примесей (SO2, CO2, NO2, H2S, HF, аммиак и др.) и капель различных кислот.

Выброс очищенного воздуха в атмосферу.

Глубокая очистка загрязненной воды цетробежно-барботажного аппарата методом фильтрации и возврат очищенной воды в центробежно- барботажный аппарат.

Подача загрязненного фильтрата в приемный бункер смесительной установки блока изготовления тротуарной плитки на смешивание с песком и цементом.

Вибропрессование минерально-цементной смеси с получением тротуарной плитки и бордюрного камня для мощения территории свинокомплекса.

В состав технологического оборудования входят отдельные устройств, имеющие оригинальное нестандартное исполнение, а именно: приемный бункер сушильного реактора, сушильный реактор, пиролизный реактор, охладительный реактор, конденсационная колонна.

Конструкция этого оборудования базируется на технологических решениях, заложенных в вышеуказанном изобретении, лежащем в основе технологии проекта и будет уточняться по результатам испытания экспериментальной установки.

Остальное технологическое оборудование серийно производится на различных российских предприятиях, имеет соответствующие сертификаты и может быть поставлено в сжатые, не более 3-4 месяцев, сроки.

2008 г.