Спосіб виготовлення пелет із виноградної лози

Реферат: Винахід належить до утилізації сировини рослинного походження, а саме виноградної лози, з метою отримання пелет для використання як пального із високими енергетичними показниками. Заявлено спосіб виготовлення пелет, що включає збір рослинної сировини, його подрібнення і обробку, при цьому як рослинну сировину використовують виноградну лозу, яку подрібнюють до часток 1,0-1,5 мм, сушать у вакуумі при 45-55 °C до вологості 8-11 %, просіюють до розмірів не більш ніж 1,5 мм, при необхідності додатково подрібнюють, та подають на прес-гранулятор, а отримані пелети розфасовують. UA 110182 C2 (12) UA 110182 C2 UA 110182 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до утилізації сировини рослинного походження, а саме виноградної лози, з метою отримання пелет для використання як органічного палива, або продукт для добавки в корм рогатої худоби. Відоме використання пелет, що отримуються з відходів сільського господарства як паливних гранул (див. https://ru.wikipedia.org). Відомо, що з деревини, наприклад, хвойних порід, дуба, бука отримують пелети розміром: діаметр 6-10 мм, завдовжки 10-40 мм (див. http://www.bramaforest.eu/uk/brikety), які використовують як паливо з теплотою згорання 16,917,5 Мдж/кг. пелети мають велику теплотворну здатність в порівнянні з тріскою або дровами. пелети - екологічно чисте паливо з вмістом золи не більше 3 %. При спалюванні пелет в атмосферу викидається рівно стільки СO2, скільки було поглинуто рослиною під час зростання. Пелети менш схильні до самозаймання, оскільки не містять пилу і спор, які також можуть викликати алергічну реакцію у людей. Відоме використання виноградної макухи для виготовлення пелет для палива, при цьому пелети отримують у вигляді циліндрів діаметром 8 мм (див. http://uvis-tor.com.ua/produktsija/liniipellet-vysokoj-proizvoditelnosti/linija-pellet-iz-zhmvha-vinograda-na-baze-ogm-15.html). Для виробництва пелет використовується лінія, що складається з багатьох пристроїв, наприклад прес-гранулятора ОГМ-1,5 та інших енергоємних пристроїв. Тому отримання пелет з виноградної макухи є економічно невигідним. Відомий спосіб утилізації виноградної лози, що використовується для отримання біопалива, та добрив (див. http://vinograd-vino.ru/utilizatsiya-vinogradnoj-lozy). Виноградарські господарства застосовують стандартну технологію обрізання і прибирання виноградника. Процес обрізання починається з кінця жовтня і закінчується наприкінці січня. Період обрізання - це період утилізації виноградної лози, технологія якої складається з наступних етапів: - обрізання виноградної лози без формування валу; - вигрібання виноградної лози із міжряддя на міжклітинну дорогу; - витягування виноградної лози волокушею за межі плантації; - спалювання виноградної лози. Відходи, які отримують після спалювання виноградної лози, використовують як пальне або добрива. Утилізація виноградної лози відомим способом приводить до втрати дешевого джерела пального. Щорічно в Україні спалюється близько 500 тисяч тонн виноградної лози (що порівняно із спалюванням 450 тисяч тонн вугілля антрациту). При цьому з кожного гектара втрачається мінімум 10-15 кг азоту, 6-8 кг фосфору, 12-16 кг калію, тобто гине весь енергетичний потенціал органічної маси виноградної лози, яка була обрізана. Відомий спосіб виготовлення паливних брикетів із рослинних відходів [див. Пат. UА № 30664 А, МПК С1015/44, опубл. 15.12.2000], що включає подрібнення рослинних відходів, їх теплову обробку теплоносієм в режимі фільтрування і подальше пресування, при цьому як теплоносій використовують вогкий генераторний газ і продукти згорання генераторного газу, причому обробку проводять в потоці, спочатку через рослинні відходи в режимі фільтрування пропускають суміш вогкого генераторного газу і повітря, нагріту до 200 °C, після чого відходи охолоджують до 30 °C повітрям, яке далі використовують для виробництва вогкого генераторного газу, а перед пресуванням рослинні відходи обробляють сумішшю продуктів згорання генераторного газу з повітрям, нагріваючи їх до 170 °C, причому частина суміші продуктів згорання генераторного газу з повітрям, яка пройшла в режимі фільтрування через рослинні відходи, повторно направляють на обробку відходів перед пресуванням. Відомий спосіб вибраний як прототип. Прототип і винахід, що заявляється, мають наступні спільні ознаки: - збирання рослинних відходів, - подрібнення, - обробка. Проте відомий спосіб вимагає значних енерговитрат і дозволяє одержувати паливні пелети тільки з м'яких рослинних відходів, наприклад соломи озимої пшениці, лушпиння гречки, соняшнику із розмірами часток 5-20 мм, тому він не може бути використаний для отримання пелет з виноградної лози. У зв'язку з викладеним вище, автори пропонують переробляти обрізану виноградну лозу на паливні пелети, як найбільш ефективний спосіб її утилізації. Виноградні пелети можна використовувати не тільки як пальне, але і як добавку до корму крупної та дрібної рогатої худоби у вигляді харчових дріжджів. В основу винаходу поставлено задачу розробки способу виготовлення пелет із виноградної лози. 1 UA 110182 C2 5 10 15 20 25 Поставлена задача вирішена у способі виготовлення пелет, що включає збір рослинної сировини, її подрібнення та обробку, тим, що як рослинну сировину використовують виноградну лозу, яку подрібнюють до часток 1,0-1,5 мм, сушать у вакуумі при 45-55 °C до вологості 8-11 %, просіюють до розмірів не більш ніж 1,5 мм, при необхідності додатково подрібнюють, та подають на прес-гранулятор, а отримані пелети розфасовують. Новим у винаході, що заявляється, є те, що як рослинну сировину використовують виноградну лозу, яку подрібнюють до часток 1,0-1,5 мм, сушать у вакуумі при 45-55 °C до вологості 8-11 %, просіюють до розмірів не більш ніж 1,5 мм, при необхідності додатково подрібнюють, та подають на прес-гранулятор, а отримані пелети розфасовують. Анатомічна будова однорічної виноградної лози багато в чому схожа із анатомічною будовою ствола дерева. Тут така ж деревина та її складові (кірка, перидерма, флоема, луб, ксилема, серцевина). Дослідження вмісту речовин в частині виноградної лози, що одеревіла, показали, що лоза містить до 50 % чистої целюлози, 18-21 % геміцелюлози, 1 % смол. Відомо, що основною природною зв'язуючою речовиною у виробництві паливних пелет є лігнін, вміст якого у виноградній лозі складає 20-30 %. У таб. 1 наведений склад різних сортів деревини із вказівкою в них кількості лігніну. Лігнін - складова частина деревини, аморфна речовина, яка не містить азоту, та супроводжує целюлозу в оболонках рослинних кліток. Лігнін, в процесі зростання лози не піддається розпаду та не перетворюється на інші речовини. Як видно з таблиці 1, лігніну в лозі міститься значно більше, ніж в деревині хвойних і листяних порід. При обробці деревини мінеральними кислотами целюлоза та геміцелюлози розчиняються і віддаляються, а лігнін залишається незмінним і зберігає типову будову клітки, оскільки він пронизує макромолекули полісахаридів і відкладається в порожнинах клітинної стінки. Лігнін не розчиняється у воді, в звичайних органічних розчинниках та концентрованих кислотах. Лише під дією лугів, бісульфату натрію та сірчистої кислоти лігнін частково розкладається і переходить в розчин. Лігнін стійкий до дії ферментів і, утворившись в рослині, вже не залучається до обміну речовин. Унаслідок відкладення лігніну клітинні стінки стають жорсткими і міцними. Іноді порівнюють целюлозу, просочену лігніном, із залізобетоном, де роль цементу відводиться лігніну. Таблиця 1 Деревини листяних порід в процентному співвідношенні від абсолютно сухої речовини 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Зольні речовини Речовини, що екстрагуються етиловим ефіром Речовини, що екстрагуються при 900 °C Полісахариди, що легко гідролізуються Полісахариди, що важко гідролізуються Целюлоза Лігнін Гексозани Пентозани (без уронових кислот) Спільні метоксильні групи Уронові кислоти Ацетилові групи Вміст моносахаридів в гідролізаторi полісахаридів: Галактози Глюкози Манози Арабінози Лоза 2,7 0,9 7,2 27,2 30,2 28,3 38,9 37,8 16,6 4,4 8,6 5,1 1,9 6,9 1,5 15,7 Береза 0,4 0,9 0,9 27,2 36,3 32 25,8 36,8 22,4 5,6 5,6 5,4 1 2,1 1,2 22,2 Модрина 0,3 1,1 12,2 24,2 38,3 34,5 27,4 36,1 5,2 4,5 3,2 1,4 10,7 1,9 2,1 2,9 30 35 Виноградна рослина характеризується сильним зростом всіх вегетативних органів, що пов'язано з великою силою кореневої системи, що всмоктує. Анатомічна будова тканин і біохімічні властивості їх на різних сторонах виноградного паростка не однакові. В процесі еволюції у винограду розвинулася здібність до накопичення великих запасів живлячих речовин із ґрунту та із повітря, що забезпечує сильний зріст та утворення великої вегетативної маси. Стеблина винограду довга та тонка. Довжина та товщина стеблини винограду може варіюватися. На родючому і вогкому ґрунті, при великій кількості тепла та світла виноградна 2 UA 110182 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 стеблина, при довгому вони поступово одеревеніють. Окрім зросту в довжину, паросток росте в товщину. Фізіологічні властивості виноградної лози характеризуються наступними критеріями: геометричними параметрами, фарбуванням, діафрагмою міжвузловини, співвідношенням деревини до серцевини. До геометричних параметрів належать: довжина паростка, діаметр, а також форма поперечного перерізу, при цьому діаметр паростка, є змінною величиною по довжині паростка. Дуже важливе і суттєве значення при переробці лози в пальне є кількість деревини. У лозі вміст деревини прямо залежить від співвідношення деревини і серцевини в поперечному перерізі паростка. Деревина у паростку складається з судин (трахей та трахеїдів), деревних волокон, і паренхімних клітин, що лежать навколо судин. Міра розвитку деревини також є сортовою ознакою зрілості паростка: чим більше розвинена деревина, тим більш зрілим є паросток. Непрямим підтвердженням цьому може служити кількість твердого лубу, у флоемі паростків. Проведені дослідження показали, що в низькоштамбових кущах із висотою штамбу до 0,4 м, середня кількість шарів твердого лубу у флоемі паростків на 12-17 % вище, ніж у паростків на високоштамбових кущах. Будова паростків більш пухка, діаметр паростків більший, і співвідношення серцевини до деревини значно більше, ніж у паростків при високоштамбовому вирощуванні кущів. Відмічені морфологічні та фізіологічні, а також анатомічні особливості виноградної лози вказують нам на необхідність, враховувати їх при утилізації виноградної лози на пальне. Виходячи з вищевикладеного, використання виноградної лози як сировини для пелет є дуже перспективним. Спосіб, що заявляється, здійснюють таким чином: Виноградну лозу обрізують та формують у валки. Пристрій для подрібнення заїжджає в міжрядді, підбирає та подрібнює лозу в бункернакопичувач. Довжина подрібнених частинок регулюється від 20 до 50 мм. Потім наповнення бункера подрібнену лозу вивантажують і відправляють в переробний цех. Після складування привезена подрібнена лоза шнековим транспортером подається у вакуумну сушарку ВК 777, де відбувається процес вакуумної сушки, при температурі 45-50 °C. Із сушильні лоза потрапляє на просіювання через перше сито із отворами 10 мм і далі на друге сито із отворами діаметром 1,4 мм. Подрібнена лоза, що не пройшла через перше сито, відправляється шнековим транспортером на додатковий подрібнювач, який розташований над першим ситом. А з другого сита - шнековим транспортером подається в дозатор, із якого подається на прес-екструдер, робота якого заснована на дії високого тиску та температури на сировину. За допомогою пресекструдера виготовляються виноградні пелети. Після просіювання пелет від браку, готові пелети по каналу охолоджування відправляються на пакувальний агрегат, який насипає їх в пакети по 20 кг. Заявлені суттєві ознаки дозволяють отримати наступний технічний результат: - отримати пальне із високою теплопровідністю, - низькою зольністю та вологістю. Отримані результати показали, що при згоранні пелет утворюється в 20 разів менше золи. Крім того за рахунок пресування паливні гранули володіють вищою щільністю чим дерево. Перевірити даний факт дуже просто. Дерево, як відомо у воді не тоне, плаваючи на поверхні, а гранули пелет каменем йдуть на дно. Це так само пояснює, чому з меншого об'єму гранульованого палива виходить значно більше тепла при згоранні, чим в дерева. Фактично пелети це горюче паливо, яке набирає велику популярність під час енергетичної кризи. Воно має свої особливі, такі як: висока безпека палива, низька вартість і інші переваги. Потреба в пелетах все більше випробовують альтернативні опалювальні системи. Опалювання приміщень пелетами на спеціальних котлах - сьогодні найбільш популярне вживання для даної продукції. Існують і інші ринки збуту виноградних пелет, наприклад, в області наповнювачів для туалетів домашніх тварин. Внаслідок використання виноградних пелет як пального, отримують незначну кількість золи, яка є високоякісним добривом для виноградників, тому, що в золі знаходиться 17 % азоту, 10 % фосфору і 25 % калію. У Європі вже давно використовують котли, які працюють на пелетах із дуже високим ККД (80-85 %). Даний вид твердопаливних котлів відрізняється своєю підвищеною тривалістю роботи без участі людини упродовж 7 діб та більше. Така спроможність досягається завдяки сипучості гранул, за допомогою якої здійснюється заправлення котла твердим пальним, що має програмний контролер подачі пального шнеком. Весь процес дозаправки котла відбувається автоматично. Рівень автоматизації котла дозволяє самостійно подавати нову порцію гранульованої деревини із бункера для підтримки заданої температури. Спеціальний електричний тен вентилятор можуть узяти на себе автоматичний розпал паливних гранул. 3 UA 110182 C2 5 10 15 20 Також котли обладнані спеціальним гранульним пальником, який дозволяє максимально ефективно використовувати пелетне пальне. пелетні котли не вимагають особливого обслуговування. Чищення золи здійснюється один раз в місяць. Потужність котлів від 15-500 кВт до 2 МВт. Термін служби котлів один з найвищих - більше 20 років. Пелетами можна заправляти вантажні автомобілі і сільгосподарську техніку. Вже сьогодні їздять автомобілі на пелетному пальному. Відомо, що в середині минулого століття вантажні автомобілі працювали на деревному пальному. Двигун внутрішнього згорання той же самий що і для традиційного пального. Фактично замість бензину використовувався горючий газ, що отримується із газогенератора шляхом піролізу деревини. пелети використовують як пальне для електростанцій. Ринок споживання пелет зростає із кожним днем. До 2020 року Європейська Спілка планує на 20 % знизити кількість шкідливих викидів в атмосферу. Для цього планується вже в 2015 році збільшити обсяги використання твердого БІО-ПАЛИВА до 50 %. Основними споживачами стануть електростанції на пелетах. На сьогоднішній день це найдешевші "зелені електростанції" в порівнянні навіть із сонячними та вітровими електростанціями. пелети мають високі енергетичні показники. Всі крупні електростанції Европи переходять на гранульоване деревне пальне. Лише починають з'являтися у продажу мобільні електростанції на гранульованому пальному. Все більше встановлюється котлів, що працюють на деревних гранулах. Із подорожчанням нафти та газу випускатимуть все більше газогенераторних установок для вантажних автомобілів і сільгосптехніки. Сьогодні ми знаходимося на самому початку розвитку використання нового вигляду пального. Потреби в ньому зростатимуть постійно. Поважно відзначити, що у малого або домашнього бізнесу вже зараз є можливість починати виробляти пальне нового покоління при невеликих інвестиціях. Вже зараз потрібно бути готовим до активного зросту ринку. У табл. 2 наведений енергетичний розрахунок ефективності виробництва паливних пелет із виноградної лози 25 Таблиця 2 Технологічне устаткування Найменування Мобільний агрегат для первинної переробки лози при прибиранні Мобільний агрегат при транспортуванні мульчі з виноградної лози Доподрібнювач мульчі Вібросито Шнек транспортний (4 шт.) Дозатор Прес-екструдер Пакувальна машина Всього: 30 35 40 45 Споживана Потужність енергія 2167 Мдж 601 кВт 1083 Мдж 300 кВт 101 Мдж 28 кВт 5,4 Мдж 1,5 кВт 20 Мдж 6 кВт 3,8 Мдж 1 кВт 202 Мдж 50 кВт 7,8 Мдж 2,2 кВт 3590 Мдж 989,7 кВт Споживана енергія всього обладнання розрахована на 1 годину роботи зміни при продуктивності прес-екструдера 500 кг. Сума витраченої енергії за 1 годину роботи складає 3590 Мдж. 1 кг паливних пелет приблизно дорівнює 17 Мдж, отже 17 Мдж х 500 кг=8500 Мдж отриманої енергії. Визначення ККД дає нам 8500 Мдж:3590 Мдж х 100 %=237 %. Собівартість 500 кг паливних пелет буде 237,53 грн., отже 1 КВт=0,24 грн. Енергетичні затрати на виробництво паливних пелет в 2,37 разу менше, ніж та енергія, яку ми отримаємо при спалюванні паливних пелет із виноградної лози. Економічний розрахунок розробки і ефективності виробництва паливних пелет: 1. Площа виноградника 1000 га. 2. Урожай лози із 1 га - 2 тонни. 3. Спільний збір лози 1000 га × 2 т=2000 тонн. 4. ККД використання лози для пелет дорівнює 0,8. 5. Кількість пального в пелетах 2000 × 0,8=1600 тонн. 6. Дохід від реалізації цього пального: 1600 × 1200 грн.=1920000 грн. 7. Тепловіддача паливних пелет із виноградної лози 16-17 Мдж, буре вугілля 16 Мдж, чорне вугілля 20 Мдж, земний газ - 32 Мдж. 8. Тепловіддача паливних пелет із виноградної лози в 1,12 разу менше кам'яного вугілля 1600 тонн: 1,12=1429 тонн кам'яного вугілля. 9. Вартість 1 тонни кам'яного вугілля складає 1500 грн. (виноградних пелет - 475,06 гр.). 1429 тонн × 1500 грн.=2143500 грн. 4 UA 110182 C2 Виноградник площею 1000 га дозволяє отримати пелети, які замінюють 1429 тонн кам'яного вугілля, при цьому собівартість 1 т паливних пелет дорівнює 475,06 грн. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 Спосіб виготовлення пелет, що включає збір рослинної сировини, її подрібнення та обробку, який відрізняється тим, що як рослинну сировину використовують виноградну лозу, яку подрібнюють до часток 1,0-1,5 мм, сушать у вакуумі при 45-55 °C до вологості 8-11 %, просіюють до розмірів не більш ніж 1,5 мм, при необхідності додатково подрібнюють, та подають на прес-гранулятор. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5