Automatizovaný spôsob výroby biopaliva

Číslo patentu: U 7449

Dátum: 01.06.2016

Autori: Škarba Juraj, Dilhof Martin, Grznár Patrik

Stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

Riešenie sa týka modernizácie technologického postupu na výrobu viackomponentového bioenergetického produktu.V súčasnej dobe je len veľmi málo štúdií a patentov opisujúcich využívanie odpadových surovín, ako je napríklad čistiarenský kal, na energetické účely. Patent SK 287258 B 6 charakterizuje spôsob, v ktorom je teoreticky možné zhodnotiť odpadový kal v kombinácii s inými surovinami, ako je napríklad drevná štiepka,uhlie alebo iné materiály z poľnohospodárskeho odvetvia. V uvedenom patente sú tiež definované parametre kalu a iných surovín použitých na výrobu takéhoto produktu. Avšak jednotlivé parametre týchto surovín(vlhkosť, výhrevnosť, obsah organickej hmoty) sa môžu výrazne líšiť V závislosti od druhu a technológií použitých na predúpravu týchto materiálov. Preto je automatizácia celého procesu spojená s nepretržitým sledovaním parametrov limitujúcich jeho energetický potenciál veľmi podstatná. Stály prísun vstupných surovín s rôznymi vlastnosťami, ako je najmä vlhkosť, môže mať pri konštantnom nastavení prevádzkových podmienok za následok rýchle opotrebovanie viacerých technológií, ako aj nedostatočnú kvalitu koncového produktu. Patent 287258 B 6 opisuje spôsob, kedy sa najskôr jednotlivé vstupy zmiešajú/zhomogenizujú a následne sú dosušované v sušiarni. Nevýhodou daného postupu je vysoké množstvo vstupujúceho materiálu do sušiacej jednotky, čo enormne zvyšuje hlavne energetické náklady produkcie daného paliva. Zmiešavanie surovín ešte pred vstupom do sušiarne má tiež negatívny vplyv na dĺžku sušiarne/sušenia, ako aj na jej kapacitné a produkčné požiadavky.Uvedené nedostatky odstraňuje technické riešenie, ktoré opisuje technologický postup výroby paliva na báze biomateriálov. Vstupné suroviny, ako sú napr. uhlie, slama, stabilizovaný kal, drevná štiepka, papier a iné celulózové a drevenné materiály, sú ešte pred uskladnením analyzované na vhodnosť na základe vlhkosti. Skladovacie priestory, kde je kal a/alebo štiepka uskladnená horizontálne a/alebo vertikálne, môžu byť vybavené betónovou a/alebo perforovanou podlahou, cez ktorú je vháňaný teplý vzduch slúžiaci na primárne predsušenie vstupnej suroviny. Uskladnenie suroviny je tiež možné v policiach umiestnených v sklade stupňovito nad sebou, kde je prevzdušňovanie zabezpečené vháňačmi vzduchu umiestnenými pod každou policou. Všetky haly sú konštruované tak, aby bola zabezpečená dostatočná cirkulácia vzduchu a odvádzanie vlhkosti. Ohrev vzduchu je zabezpečený napr. elektrickým ohrevom, spaľovacím kotlom na plyn a/alebo na iné palivové materiály s výhodou použitia solárnych panelov. Premiešávanie je zabezpečené mechanicko-manuálnym preorávaním, automaticky - softvérovo ovládanými špirálámi a/alebo naprogramovaným preorávacím robotickým zariadením. Stropy skladovacích priestorov na kal sú konštruované z pevných materiálov výhodne s použitím materiálov, ktoré prepúšťajú a koncentrujú slnečné žiarenie, v dôsledku čoho sa zvyšuje teplota v hale/sklade, čím sa urýchľuje odvodnenie materiálu.Adekvátne množstvo čiastočne odvodneného kalu s max. 70 vlhkosťou následne podstupuje sekundárne dosušenie v sušiarni. Vstup na sušiarni je vybavený modernými senzormi na vlhkosť, ktoré následne určia teoretický výstup pri vopred definovaných podmienkach sušenia. Ak vyhodnotený teoretický výstup nebude spĺňať požadované parametre, navrhne sa zmena sušiaceho programu (dĺžky, intenzity) tak, aby bol teoretický výstup v súlade s požiadavkami. Senzory sú tiež umiestnené pozdĺž celej sušiarne s posledným na výstupe. Senzor/y v strede slúžia na podrobné sledovanie kinetiky procesu a uľahčenie automatizácie. Senzor/y na výstupe periodicky analyzujú vlhkosť a organickú hmotu suroviny. Ak sa tieto hodnoty zhodujú s požadovanými, materiál sa opätovne uskladňuje v sklade a/alebo ide do zmiešavača/homogenizátora. Ak je vlhkosť vyššia ako požadovaná, systém dáva automaticky príkaz na presmerovanie tohto prúdu na opätovné zmiešanie a dosušenie špecifického materiálu v sušiarni.Štiepka je podľa technického riešenia uskladnená obdobným spôsobom ako kal - v sklade s perforovanými a/alebo betónovými podlahami. V prípade perforovanej podlahy bude štiepka predsúšaná na nižšiu vlhkosť pomocou ohriateho vzduchu - s využitím plynu, biopaliva a a/alebo horúcej vody, výhodne solárnych článkov. Homogenizácia a premiešavanie drevného materiálu je zabezpečená manuálne strojovo a/alebo točiacimi sa špirálmi. Ak sú vlhkosti kalu a štiepky na rovnakej úrovni, môže byť zmiešavanie týchto dvoch komponentov uskutočnené ešte pred vstupom do sušiacej jednotky, čím je zabezpečená lepšia homogenizácia materiálu. Po vysušení zmesi kalu a štiepky bude následne tento materiál zmiešaný s ostatnými parciálnymi zložkami produktu s vlhkosťou menej ako 10 . V prípade, že sa vlhkosť kalu a štiepky líši o viac ako 5 ,bude Zmiešavanie zabezpečené až po výstupe zo sušiarne. Ako vstupné odpadové materiály na výrobu bioe 1 Dnergetického paliva sa môžu použiť rôzne odpady a suroviny z poľnohospodárskej produkcie alebo iné celulózové a drevenné materiály (papier, drevné odpady atď.), ktoré sú prednostne navzájom zmiešavané až na výstupe zo sušiarne.Sušenie kalu, drevného a celulózového materiálu (štiepka, piliny) môže prebiehať V jednej separátnej sušiarni alebo V dvoch separátnych sušiarňach. V oboch prípadoch je sušiareň/sušiarne vybavená automatickými modernými senzormi, ktoré dávajú informácie o kinetike procesu a kvalite produktu. Vďaka týmto senzorom je možné proces navrhnúť, vyhodnotiť a optimalizovať tak, aby bol čo najvýhodnejšĺ z pohľadu energetiky a uskladnenia materiálu. Senzory na vlhkosť a technológia na určenie výhrevnosti produktu sú tiež umiestnené na výstupe zo zmiešavača vstupov, čím je automaticky odhadovaná kvalita produktu aj jeho cena. Uvedené rozmiestenie senzorov zabezpečuje striktnú kontrolu nad celým procesom, čím je dosiahnutá výroba produktu s konštantnými vlastnosťami.Zariadenie na kondenzáciu vody je vybavené na vstupe a/alebo na výstupe senzorom na analýzu vody,pričom následne po každom prečisťovacom kroku, ako napr. ionomeniče, filtrácia, zrážanie, úprava pH, môže byť zaradený ďalší senzor a/alebo automatický vzorkovač, ktorý slúži na zhodnotenie kvality vody a jej následné využitie, napr. v solárnych článkoch slúžiacich na ohrev vzduchu alebo v iných procesom vyžadujúcich vodu. Stupeň prečistenia vody závisí od jej následného využitia, pričom pomocou rôznych technológií sa získava voda nižšej kvality až po vodu vysokej kvality v závislosti od jej následného využitia.Produkčné časti procesu, ako sú sušiarne, zmiešavače, homogenizátory, peletovače, briketovače, rozrušovače balíkov, ako aj jednotlivé súčasti technológie zodpovedajúce za logistiku materiálov, môžu byť vstavané na pevno a/alebo modulárne. Modulárny systém zabezpečuje rekonfigurovateľnosť procesu a jednotlivých častí technologického komplexu tak, aby sa vedel prispôsobiť rôznym požiadavkám na produkt. Veľkou výhodou mobilných častí procesu je, že systém sa bude dať premodulovať tak, aby vyhovoval konkrétnej požiadavke na produkt, čím sa zabezpečí široká škála možných produkovaných materiálov bez nutnosti kúpy novej už existujúcej časti technológie a zložitej prestavby technologického procesu.Prehľad obrázkov na výkresochObrázok 1 znázorňuje zj ednodušenú schému modulámeho technologického postupu na výrobu bioenergetického paliva. Jednotlivé moduly obsahujú určité časti procesu zodpovedné za príjem a skladovanie materiálov na výrobu produktu a za výrobu a skladovanie konečného produktu. Jednotlivé moduly sú navzájom poprepájané a sú vždy závislé od určitých parametrov. Obojstrannými šípkami je znázornený spätný tok informácií. Prerušované čiary v moduloch predstavujú kontrolu systému prostredníctvom senzorov, ktoré odovzdávajú informácie do riadiaceho modulu l, ktorý je schopný ovplyvniť akúkoľvek časť technológie.Obrázok 2 znázorňuje príklad technologickej schémy výroby bioenergetického paliva s využitím viacerých parciálnych technológií, s možnosťou rekonfigurácie systému vďaka modulárnym častiam systému. Prerušovanou čiarou je naznačený možný spätný tok produktu do procesu.Celý proces ako celok l zahrňuje technológiu od príjmu, skladovania a spracovania jednotlivých zložiek využitých na výrobu rôznych produktov na účely ich energetického využitia. Príjem materiálu a prvotné vyhodnotenie parametrov prebieha vo vyhodnocovacom module H, ktorý zabezpečuje aj riadenie celého procesu l ako takého. Moduly m, m, VI znázornené na obrázku l predstavujú priestory zodpovedné za skladovanie a prípadné primárne predsušenie materiálu (ak je to nutné) uskutočňujúceho sa buď na princípe samosušenia, a/alebo sušenia pomocou teplého vzduchu a odvádzania vlhkosti. Tieto moduly sú závislé najmä od množstva prijatého materiálu a jeho vlhkosti. Vďaka inteligentnému systému a rozmiestneniu senzorov po celých priestoroch v moduloch m, Ľ, u, dochádza k spätnému toku informácií o priebehu procesu do modulu l, na základe ktorých sa manuálne a/alebo systémovo upravujú podmienky parciálnych častí technológie, ako napr. rýchlosť dávkovania materiálu do sušiarne, homogenizátora, pomer zmiešaných materiálov tak, aby systém pracoval čo najefektívnejšie a umožnil získanie produktu s požadovanými vlastnosťami na výstupe. Modul V predstavuje už výrobný proces daného materiálu závislý od vlhkosti, množstva a požiadavky na produkt, zahrňujúci všetky technológie podieľajúce sa na produkcii vrátane sušiarní, drvičov, homogenizátorov, lisov na výrobu lisovaných materiálov (brikety, pelety atď.) a iných dodatkových procesov,ktoré ovplyvňujú priebeh procesu výroby produktu. Všetky technológie obsiahnuté V tomto module sú vybavené senzormi tak, že umožňujú spätný tok informácií a poskytujú dáta do modulu E, v ktorom sa následne vyhodnotí aktuálny stav procesu. Bližšie rozkreslený aj produkčný modul V je znázornený na obrázku 1.Modul E, V ktorom sa uskladňuje už výsledný produkt, slúži už na manipuláciu, balenie a distribúciu produktu/ov ako takých.Vstupné komponenty na výrobu bioenergetického paliva, najmä drevné a/alebo celulózové materiály(štiepka, kôra, drevo, odrezky, lístie, papier, uhlie, slama) a kal, sú skladované (obrázok 2) V špecializovaných skladoch â, i a/alebo prístreškoch s pevnou betónovou a/alebo perforovanou podlahou l 7 vertikálne a/alebo horizontálne. V prípade perforovanej podlahy l 7 je cez ňu vháňaný teplý Vzduch, ktorý slúži na primáme dosušovanie kalu a/alebo drevného materiálu na hodnotu minimálne o 10 nižšiu ako pôvodná Vlhkosť. Uskladnenie suroviny je tiež možné V policiach umiestnených V sklade stupňovito nad sebou, kde je preVzdušňoVanie zabezpečené vháňačmi vzduchu umiestnenými pod každou policou. Vzduch môže byť ohrievaný pomocou plynového kotla, elektrickej energie, jednotky na spaľovanie bioenergetického paliva P 3 a/alebo solárnych panelov Q, výhodne kombinácie spaľovacieho kotla na biopalivo a/alebo plyn. Sklad môže byt rozdelený na dve rovnomerné alebo nerovnomerné časti pomocou posuvnej steny. Preorávanie kalu a/alebo drevného materiálu je zabezpečené naprogramovateľným preorávacím robotom alebo statickými špirálami. Priebežné stanovovanie vlhkosti je realizované manuálne, minimálne z piatich rôznych miest a/alebo pomocou automatických vzorkovačov.Jednotlivé odpadové materiály skladované V skladoch Q, l, § sa zmiešajú V homogenizátore a/alebo priemyselnom zmiešavači až potom, keď je vlhkosť každého materiálu minimálne 15 a nižšia, s výnimkou uhlia, ktoré môže dosahovať Vlhkosť až 30 . Slama sa uskladňuje v separátnych skladoch a/alebo pristreškoch m na voľno a/alebo V zlisovaných balíkoch. Zlisovaná slama ide najskôr do rozrušovača balíkov g a až potom do homogenizátora a/alebo zmiešavača 2 jednotlivých surovín.Senzory vlhkosti l 6 umiestnené pozdĺž celého výrobného a skladovacieho procesu priebežne vyhodnocujú vlhkosť materiálu V čase. V prípade nedostatočného poklesu vlhkosti je surovina automaticky presmerovaná na opätovný vstup do sušiarne a/alebo sa zmieša s novou surovinou pochádzajúcou z primárneho predsušenia E. Zo získaných údajov vlhkosti, kinetiky procesu a množstva materiálu sa automaticky určí hmotnostný pomer predsušeného materiálu a opätovne vráteného materiálu na sušenie, ako aj podmienky sušenia tak, aby bola kvalita resp. Vlhkosť na výstupe dostatočná. Suroviny, ktoré sa vyznačujú Vhodnou vlhkosťou bez nutnosti sekundárneho sušenia V sušiarni, sú skladované a pridávané do homogenizátora a/alebo zmiešavača bez použitia sušiarne.Do homogenizátora a/alebo zmiešavača 2 idú len komponenty, z ktorých je požadovaný produkt zhotovený V závislosti od požiadaviek na výhrevnosť, od množstva popola a od typu použitia. Mobilné a/alebo Vstavané technológie briketovacích a/alebo peletovacích listov Q zabezpečujú aj iné formy produktu, ako je sypký materiál, pričom môžu byť zaradené aj pred homogenizátor, ak sa produkt skladá len z jedného materiálu. Lacnejšie produkty s viac dostupnýrni komponentami môžu byť spatne Vracané do procesu ako zdroj tepla F 2.Zariadenie na kondenzáciu vody je na vstupe a/alebo výstupe vybavené senzormi na analýzu Vody Q,pričom nasledne po každom prečisťovacom kroku, ako napr. ionomeniče, filtrácia, atď., Q je zaradený ďalší senzor a/alebo automatický vzorkovač, ktorý slúži na zhodnotenie kvality vody a jej následné využitie, napr. v solárnych článkoch slúžiacich na ohrev vzduchu.Postup podľa technického riešenia je možné aplikovať ako technologický spôsob výroby bioenergetického materiálu, ktorý následne možno využiť ako alternatívne vykurovacie palivo, rovnako ako palivo na výrobu elektrickej energie. Riešenie je možné aplikovať aj na už existujúce procesy ako modernizačný prvok pri výrobe rôznych energetických produktov, ako aj hnojivového materiálu zo stabilizovaného kalu.1. Automatizovaný spôsob (I) výroby biopaliva, V y z n a č u j ú c i s a t ý m , že odpadové materiály na báze stabilizovaného kalu, uhlia, dreveného alebo celulózového materiálu alebo odpadu z poľnohospodárskej výroby sa uchovávajú a kontrolované predsušujú V špecializovaných skladoch (3, 4), následne vstupujú do procesu výroby produktu, po ktorom nasleduje ďalšie kontrolované sušenie s následnou kondenzáciou Vody a kontrolou jej čistoty, ďalej homogenizácia vysušených odpadových materiálov s následou finálnou úpravou produktu do tvaru brikiet, peliet alebo sypkého materiálu.2. Automatizovaný spôsob výroby biopaliva podľa nároku 1, V y z n a č uj ú c i s a t ý m , že celulózové a drevené materiály sa uchovávajú a predsušujú v špecializovaných skladoch (3, 4) horizontálne a/alebo vertikálne, alebo s možnosťou uskladnenia materiálu V policiach umiestnených V sklade stupňovito nad sebou, a prevzdušňujú sa perforovanou podlahou (17) a/alebo vháňačrni vzduchu umiestnenými pod každou policou V prípade stupňovitého uskladnenia materiálu, pričom vháňaný Vzduch sa ohrieva prostredníctvom plynového kotla, elektrického kotla alebo jednotky na spaľovanie Vyrábaného biopaliva alebo solárnymi panelmi (15).3. Automatizovaný spôsob výroby biopaliva podľa nároku 1, V y z n a č u j ú c i s a t ý m , že vysušené odpadové materiály, ktoré sa skladujú V sklade (6, 7, 8, 10) už pri vlhkosti 15 a nižšej, sa zmiešajú až následne po kroku sušenia, s výnimkou kalu a štiepky, ktoré sa spolu zmiešajú ešte pred Vstupom do sušiarne (5), ak rozdiel ich vlhkosti je menší ako 5 .4. Automatizovaný spôsob výroby biopaliva podľa nároku 1, V y z n a č uj ú c i s a t ý m , že kontrola procesu sušenia celulózových, drevených materiálov a uhlia sa vykonáva minimálne tromi senzormi(16) vlhkosti umiestnenými V oblasti vstupu, stredu a výstupu skladovacieho a výrobného procesu na automatické kontrolovanie vlhkosti a kinetiky sušenia.5. Automatizovaný spôsob výroby biopaliva podľa nárokov 1 a 5, V y z n a č u j ú c i s a t ý m , že V prípade vlhkosti vysušených odpadových materiálov vyššej, ako je požadovaná, kontrola vlhkosti na základe signálu zo senzorov (16) ich automaticky presmeruje na začiatok sušiarne (Pl), kde sa následne zmiešajú s potrebným množstvom odpadových materiálov zo špecializovaných skladov (3, 4).6. Automatizovaný spôsob výroby biopaliva podľa nároku 1, V y z n a č uj ú c i s a t ý m , že kontrola čistoty skondenzovanej odpadovej vody sa vykonáva na vstupe a výstupe kondenzačnej jednotky prostredníctvom senzoru (19), pričom následne po každom prečisťovacom lcroku (18) nasleduje ďalšia kontrola jej čistoty.

MPK / Značky

MPK: C10L 5/04, C10L 5/46, C10L 5/44, C10L 5/40, C10L 5/42

Značky: automatizovaný, biopaliva, spôsob, výroby

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/7-u7449-automatizovany-sposob-vyroby-biopaliva.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Automatizovaný spôsob výroby biopaliva</a>

Podobne patenty