Комбинированная технологическая линия производства флокированных хлопьев для стартерных и престартерных комбикормов для молодняка сельскохозяйственных животных с использованием очищенного биогаза

Изобретение относится к линиям производства флокированных хлопьев для стартерных и престартерных комбикормов для молодняка сельскохозяйственных животных за счет использования биогаза, может быть использовано в комбикормовой промышленности. Комбинированная технологическая линия производства включает соединенные между собой непосредственно или при помощи транспортных устройств бункеры, шнековый питатель, магнитный сепаратор, увлажнительную машину, кондиционер-пропариватель, плющильную машину, сушилку-охладитель и бункер. Линия дополнительно снабжена системой для очистки и кондиционирования биогаза, состоящей из колонки очистки от сероводорода. Также снабжена холодильником, колонкой очистки от водяных паров, сборником конденсата, вентилятором, парогенератором и теплообменником. Очищенный биогаз (биометан) направляется на горелки парогенератора, а получаемый пар - в кондиционер-пропариватель и в паровой калорифер сушилки-охладителя. Изобретение обеспечивает реализацию энергосберегающей технологии производства стартерных и престартерных комбикормов на основе флокированных хлопьев с использованием биогаза, получаемого из отходов животноводческих комплексов, снижение удельных энергозатрат, экономию энергетических ресурсов и улучшение экологической обстановки за счет переработки отходов животноводческих комплексов. 2 ил.

 

Изобретение относится к линиям производства флокированных хлопьев для стартерных и престартерных комбикормов для молодняка сельскохозяйственных животных за счет использования биогаза, получаемого путем утилизации органических отходов животноводческих комплексов и может быть использовано в комбикормовой промышленности.

Известен способ очистки биогаза (Патент США US 20180221817), который включает следующие этапы: предварительное охлаждение потока отходов биогаза, для уменьшения содержания силоксанов, летучих органических соединений и удаления воды; адсорбция силоксанов, существенно уменьшающих количество силоксанов из потока биогаза; затем добавление газообразного водорода в поток биогаза; каталитическое сжигание смешанного водорода с оставшимся кислородом, так что кислород, удаляется из биогаза, и поток биогаза нагревается; затем гидрируют серу до сероводорода и одновременно гидрируют хлор до хлористого водорода; затем адсорбируют хлористый водород; затем адсорбируют сероводороды с использованием серного адсорбента; затем дальнейшее адсорбирование оставшихся сероводородов; регулирование потока и температуры горячего биогаза, возвращаемого в теплообменник экономайзера, для поддержания температуры биогаза ниже по потоку от слоя катализатора деокислителя в диапазоне 250°С до 400°С, так что обеспечивается чистое биогазовое топливо.

Известен способ и установка отделения углекислого газа от биогаза (Пат. № ЕР 2822673 Европейское патентное ведомство. Способ и установка для отделения углеродистого диоксида из биогаза/ Гюнтер Лотар - заявка №13718778, заявл. 08.03.2013, опубл. 14.01.2015), состоящий в том, чтобы значительно снизить содержание метана в осажденном СО₂ и улучшить общий энергетический баланс процесса. Для этого раствор для промывки, нагруженный на первой ступени десорбции, обрабатывается на отдельной ступени с помощью стриппинга, отделяется от этого СО₂ и полностью регенерируется промывочный раствор, поступает на вторую ступень промывки и отделяется содержащейся в нем СО₂ с помощью регенерированного раствора для промывки. Этот метод позволяет значительно снизить расход метана и улучшить общий баланс энергии

Для отделения СО₂ используются так называемые "аминные мойки". После очистки раствор амина, загруженный СО₂, должен быть затем регенерирован для повторного использования. Для получения метана биогаз обрабатывается аминным моющим раствором, а для очистки биогаза, как минимум, двумя последовательными этапами поглощения, и для регенерации загруженного моющего раствора, как минимум, двумя этапами регенерации.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому эффекту является способ комбинированной очистки биогаза (Патент №2013100384 РФ), в котором предварительно сжатый исходный биогаз с содержанием диоксида углерода 30÷50% и насыщенный влагой подают в абсорбер, где в результате избыточного давления и промывки биогаза водой происходит растворение диоксида углерода в воде. Посредством избыточного давления вода с растворенной двуокисью углерода поступает в рекуперативный теплообменник, затем в водонагреватель, где подогревается до температуры, необходимой для регенерации воды, и распыляется в десорбере. В десорбере поддерживается давление на уровне 3÷11 кПа. Под действием перепада давления и температуры происходит десорбция диоксида углерода из воды. Далее производят глубокую очистку и осушку диоксида углерода в двух адсорберах, работающих попеременно. Отрегенерированную воду перекачивают насосом в рекуперативный теплообменник, далее в теплообменник, где воду охлаждают до 15÷20°С и направляют в промежуточную емкость, откуда охлажденную воду подают насосом в абсорбер. Очищенный от диоксида углерода в абсорбере биогаз подают в сепаратор, где в результате дросселирования происходит частичная конденсация влаги, таким образом, снижается нагрузка для адсорберов. После сепаратора биогаз поступает на глубокую очистку и осушку до состояния биометана (90÷97% метана) в адсорберы, работающие попеременно.

Известна линия производства комбикормов из зерновых хлопьев (Патент RU №2539151. Линия производства комбикормов из зерновых хлопьев. Афанасьев В.А., Трутнева Л.А. В02С 4/00, A23K 1/00. Патентообладатели: Министерство сельского хозяйства Российской Федерации (RU), Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт комбикормовой промышленности" (ОАО "ВНИИКП") (RU) - №2013123295/13, Заявл. 21.05.2013, Опубл. 10.01.2015. Бюл. №1), которая включает соединенные между собой непосредственно или при помощи транспортных устройств бункеры, питатели, магнитные сепараторы, просеивающие машины, камнеотборник, дробилку, весовые дозаторы, смесители. Дополнительно линия содержит кондиционер-пропариватель, в который одновременно подается пар и зерно злаковых или бобовых культур. После кондиционера-пропаривателя установлена двухвалковая плющильная машина для получения зерновых хлопьев, из которой зерновые хлопья поступают в сушилку-охладитель и затем в бункер. Бункер установлен перед многокомпонентным весовым дозатором для внесения основных компонентов комбикорма.

Основными недостатками известной линии являются:

- невозможность реализации энергосберегающей технологии производства и использования биогаза, получаемого из отходов животноводческих комплексов;

- не решает проблему экономии энергетических ресурсов и улучшения экологической обстановки негазифицированных районах страны.

Технический результат изобретения заключается в реализации энергосберегающей технологии производства стартерных и престартерных комбикормов на основе флокированных хлопьев с использованием биогаза, получаемого из отходов животноводческих комплексов, снижение удельных энергозатрат, экономии энергетических ресурсов и улучшение экологической обстановки за счет переработки отходов животноводческих комплексов.

Поставленная задача достигается тем, что в комбинированной технологической линии производства флокированных хлопьев для стартерных и престартерных комбикормов для молодняка сельскохозяйственных животных с использованием очищенного биогаза, включающей соединенные между собой непосредственно или при помощи транспортных устройств бункеры, шнековый питатель, магнитный сепаратор, увлажнительную машину, кондиционер-пропариватель, плющильную машину, сушилку-охладитель и бункер, новым является то, что линия дополнительно снабжена системой для очистки и кондиционирования биогаза, состоящей из колонки очистки от сероводорода; холодильника, колонки очистки от водяных паров, сборника конденсата, вентилятора, парогенератора и теплообменника, причем линия выполнена с возможностью направления очищенного биогаза (биометана) на горелки парогенератора, а получаемого пара - в кондиционер-пропариватель и в паровой калорифер сушилки-охладителя.

На фиг. 1 представлено плоскостное изображение комбинированной технологической линии производства флокированных хлопьев для стартерных и престартерных комбикормов для молодняка сельскохозяйственных животных с использованием очищенного биогаза, а на фиг. 2 - объемно-планировочное изображение комбинированной технологической линии производства флокированных хлопьев для стартерных и престартерных комбикормов для молодняка сельскохозяйственных животных с использованием очищенного биогаза.

Комбинированная технологическая линия производства флокированных зерен для стартерных и престартерных комбикормов для молодняка сельскохозяйственных животных с использованием очищенного биогаза включает следующее оборудование: зерновой бункер 1; питатель шнековый 2; магнитный сепаратор 3; увлажнительную машину 4; бункер для отволаживания зерна (отволаживатель) 5; агрегат влаготепловой обработки зерна 6; плющильную машину 7; сушилку-охладитель 8; бункер обработанного зерна 9; колонку 10 очистки от H₂S; холодильник 11; колонку 12 очистки от водяных паров; сборник конденсата 13; вентилятор 14; парогенератор 15 и теплообменник 16.

Комбинированная технологическая схема линии производства флокированных зерен для стартерных и престартерных комбикормов для молодняка сельскохозяйственных животных с использованием очищенного биогаза (фиг. 1) включает следующие технологические операции:

- контроль производительности по исходному продукту посредствам шнекового питателя 2, установленного на выходе из зернового бункера 1;

- очистка зерна от металломагнитных примесей в магнитном сепараторе 3;

- увлажнение зерна в увлажнительной машине 4;

- равномерное распределение влаги по всему объему подаваемого зерна в отволаживателе 5;

- пропаривание зерна в аппарате 6 для влаготепловой обработки;

- получение зерновых хлопьев в плющильной машине 7;

- сушка плющеных хлопьев и их охлаждение в сушилке-охладителе 8;

- хранение обработанного зерна в бункере 9;

- очистка исходного биогаза от сероводорода в колонке 10;

- охлаждение очищенного от сероводорода биогаза в холодильнике 11;

- очистка от водяных паров в колонке 12;

- нагнетание вентилятором 14 очищенного биогаза в парогенератор 15;

- получение сушильного агента в теплообменнике 16 за счет теплоты продуктов сгорания в парогенераторе 15.

Животноводческие хозяйства, находящиеся в отдаленных, негазифицированных районах, остро нуждаются в дополнительных источниках энергии. В себестоимости комбикормов значительную часть (20-35%) составляют энергозатраты. Поэтому целесообразно предусмотреть автономное энергоснабжение комбикормового производства за счет биотопливных ресурсов. Производство и использование биогаза, получаемого из отходов свинокомплексов, практически полностью закрывает их энергетические потребности.

Примерный состав получаемого в ферментере биогаза: метан - до 60%; углекислый газ - 35%; другие газообразные вещества (в том числе и сероводород, кислород; азот; водород) до 5%. Кроме того, биогаз, выходящий из ферментера, на 100% насыщен водяным паром.

Проведенные во Всероссийском научно-исследовательском институте комбикормовой промышленности исследования по очистке биогаза от примесей показали необходимость его подготовки для последующего использования в горелках парогенератора до следующего состава: метана до 60%, H₂S - до 20 мг/м³, паров Н₂О не более 9 мг/м³, СО₂ - до 36%.

Комбинированная технологическая линия производства флокированных хлопьев для стартерных и престартерных комбикормов для молодняка сельскохозяйственных животных с использованием очищенного биогаза (фиг. 1) работает следующим образом.

Исходное зерно накапливается в производственном бункере 1. В зависимости от производительности линии питателем 2 через магнитный сепаратор 3 зерно подается в увлажнительную машину 4 до достижения влажности 23-35%. Увлажненное зерно выдерживают в отволаживателе 5, для равномерного распределения влажности по всему объему зерновой массы.

Увлажненное зерно подается на кондиционер-пропариватель 6, где обрабатывается паром, а затем выдерживается для равномерного распределения влаги по объему зерновки. Кондиционер-пропариватель 6 выполнен в виде трех соединенных между собой цилиндров, каждый со шнеком внутри, приводимым во вращение электродвигателем. За счет пропаривания и кратковременного кондиционирования обеспечивается размягчение зерна для его плющения.

В аппарате для влаготепловой обработки 6 осуществляют пропаривание зерна в течение 12-14 мин при повышенной температуре (до 95°С), позволяющей повысить усвояемость корма до 85-88%.

Методом пропаривания обрабатывается зерно не только злаковых (кукуруза, пшеница, ячмень шелушенный, овес шелушенный, рожь, тритикале), но и бобовых культур (горох, соя, рапс). Зерно, прошедшее специальную обработку, используется при производстве предстартерных и стартерных комбикормов. В процессе пропаривания молекулы воды, образующие насыщенный или перегретый пар, располагают большим запасом кинетической энергии и беспрепятственно преодолевают влагоудерживающие слои зерна. В результате обработки паром зерно гораздо быстрее увлажняется и набухает, чем при обработке водой.

Отмечены изменения физико-механических и биохимических свойств зерна. Так, температура зерна после пропаривания возрастает до 85-90°С, объемная масса снижается. С увеличением длительности обработки паром увеличивается степень клейстеризации крахмала зерна и создаются условия для превращения крахмала в декстрины.

Пропаренное зерно предварительно подогревают в течение 3-5 мин, а затем подвергают плющению на плющильной машине 7 с зазором между вальцами 0,40-0,55 мм и получают зерновые хлопья. Плющильная машина 7 имеет систему регулирования числа оборотов валков и давления прижима валков, что обеспечивает получение хлопьев различной толщины. Прижим валков и поддержание требуемого зазора производится гидравлическим устройством. Равномерность подачи зерна и распределение его по длине валков плющильной машины осуществляется посредством валкового питателя с регулируемой частотой оборотов.

При расплющивании между валками пропаренного зерна происходит механическое разрушение структуры набухших крахмальных зерен -деструкция, которая совместно с действием теплоты, влаги и давления приводит к клейстеризации крахмала, определяемой разрывом оболочек крахмальных гранул. С уменьшением величины зазора между валками степень клейстеризации увеличивается. По сравнению с исходным ячменем скорость перевариваемости крахмала хлопьев из пропаренного ячменя с высокой степенью клейстеризации повышается в 2,0-3,5 раза.

Установлено, что для пропаренного ячменя при одних и тех же режимах можно получить различную степень клейстеризации крахмала в зависимости от величины зазора между валками плющильного станка, то есть от толщины хлопьев. В связи с этим хлопья различной толщины могут иметь разную питательность. Как показали результаты наших исследований, количество образовавшейся глюкозы при гидролизе крахмала ячменных хлопьев увеличивается с уменьшением их толщины, то есть при уменьшении зазора между валками в процессе плющения.

Плющенные хлопья, выходящие из плющильной машины 7, направляется в сушилку-охладитель 8, которая выполнена в едином корпусе и разделена на две зоны: зону сушки и зону охлаждения. В сушилке-охладителе 8 осуществляют сушку зерновых хлопьев при температуре 80-90°С и скорости сушильного агента 0,4-0,7 м/с при снижении влажности до 8-9%. Воздух, поступающий в зону сушки, подогревается в паровом калорифере. Охлаждение осуществляется воздухом, забираемым из помещения. Сушка и охлаждение продукта происходит в виброкипящем слое, получаемом за счет вибрации ситовой поверхности сушилки-охладителя и потока воздуха, подаваемого двумя вентиляторами среднего давления. В зоне охлаждения сушилки-охладителя снижают температуру высушенных плющеных зерен до температуры окружающей среды атмосферным воздухом. Высушенные и охлажденные хлопья направляются в наддозаторный бункер 9.

Пропаривание, кондиционирование и плющение гороха приводило к снижению антипитательных веществ, например, ингибиторов трипсина. Кроме того, отмечается улучшение микробиологического фона зерна после обработки пропариванием с последующим плющением. То есть пропаривание, кондиционирование, плющение зерна обеспечивает снижение содержания антипитательных веществ, повышает кормовую ценность, улучшает микробиологические характеристики.

Для реализации процессов пропаривания и сушки очистку биогаза осуществляют до содержания сероводорода 0,005%, углекислого газа 50-40%, влагосодержания 3-5%.

Исходный биогаз подается в колонку 10 очистки от сероводорода, очищенный от сероводорода газ охлаждается в холодильнике 11, после чего в колонке 12 очистки от Н₂О с помощью вентилятора 14 подается на горелки парогенератора 15.

В парогенераторе 15 посредствам рекуперативного теплообмена между продуктами сгорания биогаза и водой осуществляют подготовку пара для пропаривания в аппарате для влаготепловой обработки и нагревания сушильного агента (воздуха) в теплообменнике 16 для сушки плющеного зерна в сушилке-охладителе с последующим его охлаждением до температуры окружающей среды. Конденсат, образовавшийся в колонках 10 и 12 очистки от H₂S и Н₂О, отводится в сборник конденсата 13.

Предлагаемая комбинированная технологическая линия производства флокированных хлопьев для стартерных и престартерных комбикормов для молодняка сельскохозяйственных животных с использованием очищенного биогаза, получаемого при переработке отходов животноводческих комплексов, имеет следующие преимущества:

- позволяет эффективно производить флокированные хлопья для их дальнейшего использования в производстве стартерных и престартерных комбикормов для молодняка сельскохозяйственных животных с использованием очищенного биогаза, получаемого из отходов животноводческих комплексов;

- технология производства флокированных хлопьев за счет сжигания очищенного биогаза в парогенераторе, обеспечивает получение высокоэффективных комбикормов в негазофицированных районах;

- флокирование позволит повысить кормовую ценность хлопьев за счет повышения переваримости крахмала, изменения белкового комплекса зерна, инактивации ингибиторов пищеварительного тракта и образования ароматических веществ, улучшающих вкусовые качества зерна.

Комбинированная технологическая линия производства флокированных хлопьев для стартерных и престартерных комбикормов для молодняка сельскохозяйственных животных с использованием очищенного биогаза, включающая соединенные между собой непосредственно или при помощи транспортных устройств бункеры, шнековый питатель, магнитный сепаратор, увлажнительную машину, кондиционер-пропариватель, плющильную машину, сушилку-охладитель и бункер, отличающаяся тем, что линия дополнительно снабжена системой для очистки и кондиционирования биогаза, состоящей из колонки очистки от сероводорода; холодильника, колонки очистки от водяных паров, сборника конденсата, вентилятора, парогенератора и теплообменника, причем линия выполнена с возможностью направления очищенного биогаза (биометана) на горелки парогенератора, а получаемого пара - в кондиционер-пропариватель и в паровой калорифер сушилки-охладителя.