DE102006059094B4 - Fuel briquette from partially composted biomass and process and apparatus for its production - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung von Brennstoffbriketts aus teilkompostierter Biomasse, dadurch gekennzeichnet, dass a) biogene Abfälle ohne eingehende Aufbereitung, wie mechanischer Zerkleinerung und Siebung vorzugsweise einem mehrstufigen Rottedurchlauf unterzogen werden, wobei die Biomasse durch Umsetzen belüftet und der Wassergehalt von etwa 70% auf 38–40% reduziert wird, b) dass die teilkompostierte Biomasse vor dem Umsetzen gesiebt und in eine – Kompostfraktion mit einer Korngröße von 3 bis 15 mm, – Mittelfraktion, einem Siebüberlauf mit einer Korngröße von 15 bis 70 mm und – Grobfraktion, einer Überkornfraktion größer 70 mm getrennt wird und Mittel- und Grobfraktion zur weiteren Trocknung aufgesetzt werden, bis der Wassergehalt auf etwa 25 bis 35% reduziert ist, c) dass die Kompostfraktion abgetrennt wird, d) dass die Grobfraktion auf eine der Mittelfraktion entsprechende Korngröße zerkleinert wird e) dass von der Mittelfraktion und zerkleinerten Grobfraktion noch anhaftende Kompostfraktion sowie Sand und Störstoffe abgetrennt werden f) dass der Heizwert der verbleibenden Brennstofffraktion bestimmt und durch Zumischen von Zusatzstoffen auf 14000 bis 21000 kJ/kg eingestellt wird g) und dass die so aufbereitete Masse mittels Doppelwellenschneckenextruder zu einem Brennstoffbrikett kompaktiert und gleichzeitig oder nachfolgend mit einer Trockenanlage (Anspruch 10) bis zu einem Feuchtegehalt ≤ 20 Ma.-% getrocknet wird.A process for the production of fuel briquettes from teilkompostierter biomass, characterized in that a) biogenic waste without detailed treatment, such as mechanical comminution and screening are preferably subjected to a multi-stage Rectangle, wherein the biomass aerated by reacting and the water content of about 70% to 38-40 b) that the partially composted biomass is sieved prior to transfer and into a compost fraction having a grain size of 3 to 15 mm, middle fraction, a sieve overflow having a particle size of 15 to 70 mm and coarse fraction, an oversize fraction greater than 70 mm and medium and coarse fractions are added for further drying until the water content is reduced to about 25 to 35%, c) that the compost fraction is separated, d) that the coarse fraction is comminuted to a particle size corresponding to the middle fraction e) that of the middle fraction and crushed coarse fraction still a f) that the calorific value of the remaining fuel fraction is determined and adjusted by admixing additives to 14000 to 21000 kJ / kg g) and that the so prepared mass compacted by means of twin screw extruder into a fuel briquette and simultaneously or subsequently with a drying plant (claim 10) is dried to a moisture content ≤ 20 wt .-%.
Description
Die Erfindung betrifft Brennstoffbriketts aus teilkompostierter Biomasse sowie ein Verfahren und eine Anlage zu deren Herstellung.The invention relates to fuel briquettes from teilkompostierter biomass and a method and a plant for their production.
Zur Biomasse gehören nach Biomasseverordnung Bio- und Grünabfälle, nachwachsende Rohstoffe, Abfälle und Nebenprodukte pflanzlicher und tierischer Herkunft aus Land- und Forstwirtschaft und Altholz ohne Schadstoffanteil. Zum Bioabfall gehören biologische Abfälle aus Haushalt und Speisefertigung. Grünabfälle sind Garten- und Parkabfälle, organisches Material aus der Landschaftspflege, sowie Baum- und Strauchschnitt.According to Biomass Regulation, biomass includes biowaste and green waste, renewable raw materials, waste and by-products of plant and animal origin from agriculture and forestry, and waste wood without pollutants. Biowaste includes biological waste from household and food production. Green waste is garden and park waste, organic material from the landscape, as well as tree and shrub intersection.
Bekannt ist, Bioabfall, wie Grünschnitt, Gartenabfälle und Speisereste aus kommunaler Sammlung zu kompostieren. Nach einer Rottedauer von ca. 10 Wochen werden grobe und schwer kompostierbare Stoffe von bereits verrotteten Komponenten abgetrennt und einem erneuten Rottedurchlauf zugeführt. Je höher der Anteil an schwer kompostierbaren Stoffen im Eingangsmaterial ist, desto höher ist die Rückführung und die Betriebskosten steigen entsprechend.It is known to compost biowaste, such as green waste, garden waste and leftovers from municipal collection. After a rotting time of about 10 weeks, coarse and difficult to compost substances are separated from already rotted components and fed to a new Rottedurchlauf. The higher the proportion of materials that are difficult to compost in the input material, the higher the recirculation and the operating costs rise accordingly.
Die derzeit gebräuchlichen Verfahren in der Kompostierung sind die Mietenkompostierung mit oder ohne Belüftung und die Tunnelkompostierung mit Luftführung. Die Kompostierzeit dauert hier 8 bis 12 Wochen, bis das verrottete Material zu Kompost abgesiebt werden kann. Die Korngröße bewegt sich zwischen 10 bis 25 mm. Das Überkorn ab 25 mm, der so genannte Siebüberlauf, geht wieder zurück in den Kompostierkreislauf und verursacht erhebliche Kosten, bis die holzigen Teile völlig zu Kompost geworden sind.Composting methods currently in use are rent composting with or without aeration and tunnel composting with air ducting. The composting time lasts 8 to 12 weeks, until the rotted material can be screened to compost. The grain size ranges between 10 to 25 mm. The over-grain from 25 mm, the so-called screen overflow, goes back into the composting cycle and causes considerable costs until the woody parts have become completely compost.
In
Nach der Trocknung des über die Hydrolyse biologisch stabilisierten Abfalls wird dieser brikettiert. Dabei wird ein geringer Anteil einer Organik-enthaltenden Grobfraktion (Siebüberlauf) unter Umgehung von Hydrolyse und Trocknung direkt der Kompaktierung zugeführt. Eine Trocknung des Stoffgemisches erfolgt durch eine während des Pressvorganges auftretenden Erwärmung des Pressgutes. Kunststoffbestandteile verschmelzen hierbei und dienen als Bindemittel.After drying the biologically stabilized via the hydrolysis waste this is briquetted. In this case, a small proportion of an organic-containing coarse fraction (screen overflow), bypassing hydrolysis and drying is fed directly to the compaction. Drying of the mixture is carried out by a occurring during the pressing process heating of the material to be pressed. Plastic components fuse and serve as binders.
Die biologische Stabilisierung durch aerobe Hydrolyse macht eine Be- und Entwässerung nötig, wobei die Auswaschflüssigkeit zusätzlich einer Abwasserreinigungsanlage zugeführt wird. Die darin befindlichen energiereichen Stoffe werden in einer Biogasanlage verwertet und stehen einer Energiegewinnung durch direkte Verbrennung folglich nicht zur Verfügung.The biological stabilization by aerobic hydrolysis makes a loading and drainage necessary, the leaching is additionally fed to a wastewater treatment plant. The high-energy substances contained therein are utilized in a biogas plant and are therefore not available for energy production by direct combustion.
Die Stoffzusammensetzung der Briketts wird bei diesem Verfahren ausschließlich von der Zusammensetzung des aufzubereitenden Mülls determiniert. Zuschlagstoffe werden nicht beigemengt. Zu deponierende Hartstoffe werden zudem nicht abgeschieden.The composition of the briquettes in this process is determined solely by the composition of the waste to be processed. Aggregates are not added. In addition, hard materials to be deposited are not separated.
In einem in
Die hergestellten Briketts zeichnen sich durch eine große Stoffvielfalt aus. Eine Selektion einer brennstoffreichen Fraktion erfolgt nicht. Die Kompaktate sind nicht zur thermischen Verwertung bestimmt.The briquettes produced are characterized by a large variety of materials. A selection of a fuel-rich fraction does not take place. The compacts are not intended for thermal utilization.
In
In
In
Die Briketts werden in
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Bioabfälle mit hoher Wertschöpfung zu verwerten und für eine Energieumwandlung durch Pyrolyse, Verbrennung zuzuführen.Object of the present invention is to utilize biowaste with high added value and for combustion energy conversion by pyrolysis.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung von Brennstoffbriketts aus teilkompostierter Biomasse mit den Merkmalen nach Patentanspruch 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen beinhalten die Merkmale der nachgeordneten Patentansprüche 2 und 3. Zur Erfindung gehören auch ein Brennstoffbrikett mit den Merkmalen nach Patentspruch 4 sowie eine Anlage zur Herstellung von Brennstoffbriketts aus teilkompostierter Biomasse einer Kompostieranlage mit den Merkmalen der Patentansprüche 5 bis 7.According to the invention the object is achieved by a method for producing fuel briquettes from teilkompostierter biomass having the features of claim 1. Further embodiments include the features of the subordinate claims 2 and 3. The invention also includes a fuel briquette with the features according to patent claim 4 and a plant for the production of fuel briquettes from teilkompostierter biomass a composting with the features of claims 5 to 7.
Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Brennstoffbrikett besteht aus extrudierter teilkompostierter Biomasse und Zusatzstoffen
mit einem Anteil aus
75 bis 85% teilkompostierter Biomasse
15 bis 25% Zusatzstoffen
einem Heizwert zwischen 14000 bis 21000 kJ/kg sowie einem Aschegehalt < 20 Ma.-%.The fuel briquet prepared by the process according to the invention consists of extruded teilkompostierter biomass and additives
with a share off
75 to 85% of partially composted biomass
15 to 25% additives
a calorific value between 14,000 to 21,000 kJ / kg and an ash content <20% by mass.
Biomasse bezeichnet in diesem Zusammenhang die Gesamtheit der für stoffliche und energetische Zwecke nutzbaren organischen Stoffe biologischer Herkunft, einschließlich biogener Abfälle.In this context, biomass refers to the entirety of organic substances of biological origin usable for material and energy purposes, including biogenic waste.
Zu den Zusatzstoffen gehören nicht einem Verrottungsprozess zugeführte, mechanisch zerkleinerte biogene Zuschlagstoffe mit teils fasriger Struktur, wie z. Bsp. Baumwolle, Halmgüter, Sägespäne, Lederreste, Gärrückstände, Zellulose- und Papierabfälle, TreberThe additives include not a rotting process, mechanically comminuted biogenic aggregates with partly fibrous structure such. Eg cotton, straw, sawdust, leather residues, fermentation residues, cellulose and paper waste, spent grains
Die Brennstoffbriketts werden wie folgt hergestellt:The fuel briquettes are made as follows:
1. Verrottung von Biomasse1. Rotting biomass
Biogene Abfälle werden ohne eingehende Aufbereitung, wie mechanischer Zerkleinerung und Siebung vorzugsweise einem mehrstufigen Rottedurchlauf unterzogen, wobei die Biomasse durch Umsetzen oder mechanisch belüftet wird.Biogenic waste is preferably subjected to a multi-stage rinse run without thorough treatment, such as mechanical comminution and screening, whereby the biomass is aerated by reaction or mechanically.
Ziel der Verrottung der Biomasse ist die Herstellung von Kompost und die Reduzierung des Wassergehaltes von etwa 70% auf 38–40%. Der Abbau kohlenstoffhaltiger Verbindungen soll dabei gering gehalten werden.The aim of the decomposition of the biomass is the production of compost and the reduction of the water content from about 70% to 38-40%. The degradation of carbonaceous compounds should be kept low.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden aufgesetzte Biomassemieten alle 8 bis 10 Tage umgesetzt. Innerhalb von etwa 4 Wochen ist der Wassergehalt auf 38 bis 40% reduziert.In an advantageous embodiment of the invention, patch biomass rivings are implemented every 8 to 10 days. Within about 4 weeks, the water content is reduced to 38-40%.
2. Abtrennung einer feinkörnigen Kompostfraktion von einer Mittel- und Grobfraktion2. Separation of a fine-grained compost fraction from a middle and coarse fraction
Vorteilhaft wird die teilkompostierte Biomasse vor dem Umsetzen gesiebt und in eine
- a) Kompostfraktion mit einer Korngröße von 3 bis 15 mm,
- b) Mittelfraktion, einem Siebüberlauf mit einer Korngröße von 15 bis 70 mm und
- c) Grobfraktion, einer Überkornfraktion größer 70 mm
- a) compost fraction with a grain size of 3 to 15 mm,
- b) middle fraction, a sieve overflow with a grain size of 15 to 70 mm and
- c) Coarse fraction, an oversize fraction greater than 70 mm
3. Aufbereitung der Mittel- und Grobfraktion zu einer Brennstofffraktion 3. Preparation of the middle and coarse fraction to a fuel fraction
Die Grobfraktion wird mit einem geeigneten Hacker auf eine der Mittelfraktion entsprechende Korngröße zerkleinert.The coarse fraction is comminuted with a suitable hacker to a particle size corresponding to the middle fraction.
Bei der Zerkleinerung der Grobfraktion können fasrige Zusatzstoffe, wie z. B. stückiges Holz zugemischt und gemeinsam zerkleinert werden.In the comminution of the coarse fraction fibrous additives such. B. mixed lumpy wood and crushed together.
Nach der Zerkleinerung der Grobfraktion werden beide Fraktionen einer weiteren Siebanlage, z. B. einem Rüttel- oder Schwingsieb und einem Hartstoffabscheider zugeführt, bei der Kompostanteile, sowie Sand und Störstoffe, wie Steine, Tonscherben, Glas und sonstige feste und harte Stoffe abgetrennt werden.After crushing the coarse fraction, both fractions of another screen, z. B. a vibrating or vibrating screen and a Hartstoffabscheider supplied in the compost shares, and sand and contaminants such as stones, potsherds, glass and other solid and hard materials are separated.
Das zerkleinerte Rottegut wird anschließend gemeinsam mit der Mittelfraktion in einer weiteren Siebanlage in eine zu kompostierende Fraktion (0–5 mm) und eine Brennstofffraktion (> 5 mm) abgetrennt. Die Brennstofffraktion wird für die Abscheidung zu deponierender Störstoffe wie Sand, Erde, Steine, Glasbestandteile in einem Hartstoffabscheider weiter aufbereitet.The shredded rotting material is then separated together with the middle fraction in a further screening plant in a fraction to be composted (0-5 mm) and a fuel fraction (> 5 mm). The fuel fraction is further processed for the deposition of contaminants to be deposited, such as sand, earth, stones, glass components in a hard material separator.
Bestimmt werden Aschegehalt und Heizwert der Brennstofffraktion. Durch Zumischen fasriger Zusatzstoffe wird der Heizwert auf 14000 bis 21000 kJ/kg sowie einen Aschegehalt < 20 Ma.-% eingestellt. Gegebenenfalls wird die Brennstofffraktion einem weiteren Trennprozess zugeführt.The ash content and calorific value of the fuel fraction are determined. By admixing fibrous additives, the calorific value is set to 14,000 to 21,000 kJ / kg and an ash content <20% by mass. Optionally, the fuel fraction is fed to a further separation process.
Der Wassergehalt soll 25 bis 35 Ma.-% nicht übersteigen.The water content should not exceed 25 to 35% by mass.
4. Extrusion der Brennstofffraktion4. Extrusion of the fuel fraction
Die aufbereitete Brennstofffraktion wird zur Optimierung der Brennwerteigenschaften, der Lagerung und des Transportes in einer Extruderpresse, vorzugsweise in einem Doppelwellenschneckenextruder kompaktiert und nachfolgend bis zu einem Feuchtegehalt ≤ 20 Ma.-% getrocknet.The treated fuel fraction is compacted to optimize the calorific value properties, storage and transport in an extruder press, preferably in a twin-screw extruder, and subsequently dried to a moisture content ≦ 20% by mass.
Die Zusammensetzung des Produktes aus störstofffreien biogenen schwer verrottbaren Abfällen ist weitestgehend definiert und durch Applikation von Zuschlagstoffen in variablen Anteilen in seiner Zusammensetzung regulierbar.The composition of the product from pollutant-free biogenic hard-to-decompose wastes is largely defined and regulated by application of aggregates in variable proportions in its composition.
Untersuchungen des Abbrand- und Emissionsverhaltens lassen keine Notwendigkeit von Zusatzeinrichtungen für Feuerungsanlagen (z. B. sekundäre Filter) erkennen, die mit den im vorliegenden Verfahren erzeugten Briketts beschickt werden.
- – Auf eine thermische Trocknung der Brennstofffraktion bzw. auf den Zusatz von Adsorptionsmitteln („chemische Trocknung”) vor der Brikettierung wird im Hinblick auf eine kosteneffiziente Bioabfallverwertung verzichtet. Die Reduktion des Wassergehaltes auf 25 bis 35 Ma.-% wird lediglich durch Rotteumsätze und auf ≤ 20 Ma.-% durch den Brikettiervorgang erreicht. Aufwendige Trocknungsanlagen wie sie bei der Aufbereitung von Klärschlamm und direkter thermischer Verwertung naturfeuchter Biomasse notwendig sind, werden nicht benötigt.
- – Eine Erhöhung des Heizwertes wird durch Zusatz von stückigem Holz und Halmgütern erreicht. Diese Zuschlagstoffe werden bis auf eine mechanische Zerkleinerung nicht weiter aufbereitet. Der Anteil dieser Stoffe am Brennstoffbrikett kann entsprechend den Anforderungen an Heizwert, Festigkeit und Aschegehalt variiert werden.
- – Die mit dem Brikettiervorgang verbundene Temperaturerhöhung der Biomasse führt zu einer teilweisen Zerstörung der Faserstrukturen des Pflanzenmaterials. Dies ermöglicht die Brikettierung der thermisch nutzbaren Biomasse ohne den Zusatz von Bindemitteln.
- – Da für die Verwertung zu Brennstoffbriketts lediglich schwer kompostierbare biogene Stoffe eingesetzt werden, ist eine ausreichende Lagerdauer der Briketts gewährleistet.
- - Thermal drying of the fuel fraction or the addition of adsorbents ("chemical drying") prior to briquetting is dispensed with in view of cost-effective biowaste utilization. The reduction of the water content to 25 to 35 wt .-% is achieved only by rotting conversions and to ≤ 20 wt .-% by the briquetting. Elaborate drying systems, such as those required in the treatment of sewage sludge and direct thermal utilization of naturally moist biomass, are not required.
- - An increase in the calorific value is achieved by adding lumpy wood and stalks. These aggregates are not further processed except for mechanical comminution. The proportion of these substances in the fuel briquette can be varied according to the requirements of calorific value, strength and ash content.
- - The temperature increase of the biomass associated with the briquetting process leads to a partial destruction of the fiber structures of the plant material. This allows the briquetting of the thermally usable biomass without the addition of binders.
- - Since only hard to compostable biogenic substances are used for the fuel briquettes, a sufficient shelf life of the briquettes is guaranteed.
Vorteile der BrikettierungAdvantages of briquetting
- • Reduzierung des Lagervolumens auf einen Bruchteil der normalen Kapazität• Reduction of storage volume to a fraction of normal capacity
- • Minimierung der Transport- und Lagerkosten• Minimization of transport and storage costs
- • Brikettierung vermindert Staub-Immissionen und verhindert Staubexplosionen• Briquetting reduces dust immissions and prevents dust explosions
- • Briketts aus Biomasse und Holzabfällen ergeben wertvolles Heizmaterial• Briquettes made from biomass and wood waste provide valuable fuel
- • Brenneigenschaften der Biomasse werden erhöht (Trocknung, selektive Mischung)• Burning properties of the biomass are increased (drying, selective mixing)
- • umweltfreundliche, Kosten sparende Brikettierung ohne Bindemittel• environmentally friendly, cost-saving briquetting without binders
- • Verwertung der Kompostfraktion• Recycling the compost fraction
Erfindungsgemäß umfasst die Anlage zur Herstellung von Brennstoffbriketts aus teilkompostierter Biomasse einer Kompostieranlage wenigstens einen Mischer/Dosierer für die teilkompostierte Biomasse als Brennstofffraktion, wobei entsprechend einer Bestimmung von Aschegehalt und Heizwert Zusatzstoffe so zugemischt werden, dass ein Heizwert von 14000 bis 21000 kJ/kg sowie eine Aschegehalt < 20 Ma.-% vorhanden ist, und einen daran gekoppelten Extruder zur Kompaktierung der Brennstofffraktion mit den fasrigen Zusatzstoffen.According to the invention the plant for the production of fuel briquettes from teilkompostierter biomass a composting at least one mixer / dosing for teilkompostierte biomass as a fuel fraction, according to a determination of ash content and calorific value additives are admixed so that a calorific value of 14000 to 21000 kJ / kg and a Ash content <20 mass%, and an extruder coupled thereto for compacting the fuel fraction with the fibrous additives.
Eine Häckselvorrichtung für die teilkompostierte Biomasse ist so angeordnet, dass eine Grobfraktion der teilkompostierbaren Biomasse vor der Zuführung zum Mischer/Dosierer auf eine der Mittelfraktion entsprechende Korngröße zerkleinert wird. Weiterhin ist ein Hartstoffabscheider für die teilkompostierbare Biomasse so angeordnet, dass vor der Mischung/Dosierung im Mischer/Dosierer zu deponierende Störstoffe aus der Biomasse entfernt werden. Nach dem Extruder ist eine Trockenanlage für die kompaktierte Brennstofffraktion mit den fasrigen Zusatzstoffen als Brennstoffbriketts angeordnet, wobei die Brennstoffbriketts bis zu einem Feuchtegehalt ≤ 20 Ma.-% getrocknet werden.A chopping device for the partially composted biomass is arranged such that a coarse fraction of the partially compostable biomass is comminuted to a particle size corresponding to the middle fraction before being fed to the mixer / doser. Furthermore, a hard material separator for the partially compostable biomass is arranged so that prior to mixing / metering in the mixer / doser to be dumped impurities are removed from the biomass. After the extruder, a drying plant for the compacted fuel fraction with the fibrous additives is arranged as fuel briquettes, wherein the fuel briquettes are dried to a moisture content ≤ 20% by mass.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung besteht die Anlage zur Herstellung von Brennstoffbriketts im wesentlichen aus einer Kompostieranlage, mindestens einer Siebanlage, mindestens einem Hartstoffabscheider, einer Häckselvorrichtung, einem Biomasselager, einem Mischer/Dosierer und einem Doppelwellenextruder. Die Siebanlage ist vorzugsweise als Rüttel- oder Schwingsiebanlage ausgestaltet und weist Magnetabscheider auf.In an advantageous embodiment, the plant for producing fuel briquettes consists essentially of a composting plant, at least one screening plant, at least one hard material separator, a chaffing device, a biomass storage, a mixer / dosing device and a twin-screw extruder. The screen is preferably designed as a vibrating or vibrating screen and has magnetic separator.
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