WO2009090072A1 - Hydrothermal carbonation of biomass - Google Patents

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WO2009090072A1
WO2009090072A1 PCT/EP2009/000228 EP2009000228W WO2009090072A1 WO 2009090072 A1 WO2009090072 A1 WO 2009090072A1 EP 2009000228 W EP2009000228 W EP 2009000228W WO 2009090072 A1 WO2009090072 A1 WO 2009090072A1
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biomass
controllable
pressure
catalyst
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Lucia Viviane Sanders
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Lucia Viviane Sanders
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    • Y02E50/30Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Definitions

  • biomass encompasses all living, dead and / or decomposed organisms.
  • these include, in particular, waste and / or residual wood, straw, grass, manure, leaves, sewage sludge, animal manure, residues from biogas plants and other conversion processes and / or organic household waste.
  • the biomass can be found in different compositions, qualities, sizes and / or the like use, depending on the needs and desired conversion product use.
  • a pressure vessel with biomass consisting essentially of plant products, water and a small amount of a catalyst, in particular citric acid, filled.
  • the pressure vessel is closed and performed under temperature and pressure increase the conversion or implementation of the biomass.
  • the resulting reaction is exothermic, which means that energy is released in the form of heat and / or light.
  • the duration of this conversion process depends on the desired state of the conversion product and has hitherto been, for example, for the conversion of biomass into coal in a time range of about twelve hours.
  • the pressure vessel is at a temperature of about 180 degrees Celsius to about 200 degrees Celsius held.
  • the pressure vessel is opened and the conversion product - in a conversion of biomass into coal small floating on the water coal particles - taken from the pressure vessel.
  • the object of the present invention in view of the state of the art, is to improve the hydrothermal carbonization of biomass, in particular with regard to the duration of the conversion process and with regard to the manner in which the process is conducted.
  • the technical solution to this problem is the present invention, a method and for the hydrothermal carbonization of biomass, biomass with water and at least one catalyst in a pressure vessel by increasing the temperature and / or pressure in substances such as coal, oil and / or the like related substances is proposed, which is characterized in that the biomass is disorganized before the conversion and / or during the conversion.
  • disorganization is understood to mean any damage to the structure of cells and / or complex molecules in the biomass with the aim of causing material damage in the mold such that defined fragments of the starting material are formed, as well as the end products defined particle size, respectively composition obtained.
  • the invention is based on the finding that the time duration of the biomass conversion process can be significantly reduced by a disorganization of the biomass according to the invention before and / or during the conversion process, in comparison to process guides without disorganization according to the invention.
  • the duration of the biomass conversion process according to the invention can be reduced, preferably to less than or equal to one hour, compared to the duration of a process without disorganization of the biomass according to the invention - depending on the desired or desired state of the final product.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that the disorganization takes place by means of ultrasound.
  • the biomass is intended to be heated according to the invention.
  • the gradient of the heating in addition to the or the catalysts used for a defined disorganization is responsible. If the ultrasonic power does not reach a sufficient temperature gradient due to the type of biomass, for example, this can be supported by an additional heat source with sufficient gradient power.
  • This is advantageously done by the use of microwaves.
  • the disorganization of the structures of cells and / or complex molecules in the biomass is advantageously carried out in the flow by means of ultrasound in a tube.
  • the coupling of the microwave can be done directly in front of or behind this tube, advantageously in this tube.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the disorganization takes place by means of microwave irradiation.
  • the biomass advantageously heats up.
  • the biomass is passed through a microwave flow reactor having at least one reaction space, which is advantageously the ultrasonic flow tube.
  • the biomass guided through the microwave flow reactor is advantageously heated, preferably within about 30 s and about 20 min, in particular in a range of about 1 min and about 5 min, to a temperature in a temperature range between about 150 degrees Celsius to about 250 degrees Celsius, in particular to a temperature between 160 degrees Celsius and 190 degrees Celsius.
  • Another embodiment of the invention is characterized by a pressure in the first reaction space (ultrasound and / or microwave) of the microwave flow reactor in a pressure range between about 15 bar to about 300 bar.
  • the ultrasonic power and the gradient of the temperature and its height can be advantageously a defined disorganization with regard to the achieved particles, as well as the separation of complex molecules at defined locations achieve.
  • Vegetable proteins in particular proteins of marine plants, here advantageously microalgae, can be brought into a chain form as defined by a multi-dimensional complex ball, which is then divided into specific amino acids. This type of division is essential for the synthesis of e.g. aliphatic hydrocarbon chains, as required in the petroleum synthesis of the invention mentioned here.
  • inorganic bases or organic acids are used as catalysts.
  • an economically usable ammonia yield can be produced from the nitrogen-containing molecular parts thus separated, preferably from the biomass of marine origin.
  • the amounts of hydrogen required for this synthesis by adding hydrogen from a gas reservoir (eg gas cylinders), but preferably by composition of the biomass, preferably by Bacteria contained in the biomass, advantageously hydrogen-producing bacteria such as Chlamydomonas provided.
  • this is advantageously a tube piece filled with an acidic mineral (pH ⁇ 4), eg fractured quartz, the catalyst structure advantageously having a pore size of ⁇ 10 mm, in particular ⁇ 2 mm.
  • an acidic mineral pH ⁇ 4
  • the catalyst structure advantageously having a pore size of ⁇ 10 mm, in particular ⁇ 2 mm.
  • the supply of biomass, water and / or at least one catalyst for Filling of the first, ultrasonic and / or microwave for disorganization having pressure vessel can be carried out in parallel, so that biomass, water and / or catalyst are fed individually. Accordingly, a separate supply of biomass, a separate supply of water and / or a separate supply of catalyst are provided.
  • the mixing ratio of the components biomass, water and / or at least one catalyst is carried out via a corresponding control system.
  • an ultrasonic and / or microwave transmitter is arranged for disorganization in at least one region of the pipeline forming the pressure vessel. This is primarily the beginning of the pipeline system for achieving the specific biomass and molecular fragments necessary for the production of the coal or oil according to the invention.
  • the temperature and / or pressure conditions in the pressure vessel are controlled such that the product supplied to the pressure vessel from biomass, their Disorganisations located at the pipeline.
  • a mass layer passes through the pressure vessel designed as a pipeline during the conversion process.
  • the intermediate products corresponding to the respective time of the conversion process are present at different points along the pipeline at any time.
  • the supply of biomass, respectively their Disorganisations occur, water and / or at least one catalyst via at least one arranged before the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel, at least one controllable inlet opening and at least one controllable outlet opening having lock chamber takes place the lock chamber is connectable on the part of the at least one controllable inlet opening with at least one storage reservoir of biomass, water and / or at least one catalyst and on the part of the at least one controllable outlet opening with the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel.
  • the transport of biomass, water and / or takes place at least one catalyst from the lock chamber into the pressure vessel by pressurization.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the supply of biomass, water and / or at least one catalyst takes place via a piston-pressing device arranged in front of the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel, wherein the piston-pressing device has a chamber with at least one inlet opening, at least one controllable outlet opening and a movable piston in the chamber for pressing befindlichem in the chamber Good.
  • the transport of biomass, water and / or at least one catalyst from the chamber into the pressure vessel is carried out by means of the piston pressurization.
  • the supply of biomass, water and / or at least one catalyst advantageously takes place via an eccentric screw pump with pressure regulation arranged in front of the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel.
  • the transport of contents located in the pressure vessel in particular in coal production consisting of land-bound biomass or macroalgae, supported by a preferably arranged in the pipeline of the pressure vessel controllable conveyor, particularly preferably in the form of a controllable screw conveyor.
  • the delivery volume of the conveyor can be controlled in advance, preferably via a control device.
  • the screw conveyor extends substantially over the entire length of the pipeline of the pressure vessel and is adapted substantially flush with the inner cross section of the pipeline of the pressure vessel.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the temperature and / or pressure conditions in the pressure vessel are controlled via the at least one controllable inlet opening and / or the at least one controllable outlet opening, preferably via at least one control device.
  • the pressure vessel is heated.
  • the pipeline of the pressure vessel is at least partially disposed in a container which can be filled with at least one heat transfer medium, preferably oil, and the heating of the pressure vessel is controlled via the temperature of the at least one heat transfer medium in the vessel.
  • resulting heat energy (reactor heat) is dissipated directly and thus supplied to areas where the conversion process has already taken place or has progressed further.
  • an overheating of individual process sections is prevented.
  • a particularly advantageous embodiment of the invention for the production of coal products is characterized by using a thickener, preferably corn starch such as cereal and / or potato starch, for the contents of biomass, water and at least one catalyst.
  • a thickener preferably corn starch such as cereal and / or potato starch
  • parts or particles of the biomass can float in the water in the pressure vessel and / or deposit in the pressure vessel.
  • cereals and / or cereal-like products or their constituents used as biomass fall due to their specific weight in the pressure vessel, which sometimes increases Blockages in the pressure vessel leads.
  • biomass used foliage and / or foliage-like products or their components floats in the pressure vessel, which sometimes also leads to blockages in the pressure vessel.
  • the thickener is added in amounts effective to provide a substantially viscous consistency.
  • the thickening agent is first added to the water and / or the catalyst. Subsequently, this viscous water-catalyst mixture is added to the biomass.
  • the removal of the at least one reaction product of the filling material takes place via a separating device arranged downstream of the at least one controllable outlet opening of the pressure vessel, preferably by filtering.
  • a further advantageous embodiment of the invention is characterized in that the reaction product is pressed before and / or after removal.
  • Another particularly advantageous embodiment of the invention provides that the supply of biomass, water and / or at least one catalyst, the temperature and / or pressure conditions in the pressure vessel, the transport of the contents through the pressure vessel and / or the removal of the at least one Reaction product of the filling material from the pressure vessel via a control.
  • a control According to the invention, in particular the operating and personnel expenses in the course of the process control can be further reduced.
  • a further embodiment of the invention advantageously provides for fully automatic process control.
  • a device for the hydrothermal carbonization of biomass wherein biomass is converted with water and at least one catalyst in a pressure vessel by increasing the temperature and / or pressure in substances such as coal, oil and / or the like related substances proposed , which is characterized by at least one device for disorganization of biomass, which is arranged in fluid communication before and / or in the pressure vessel.
  • the disorganizing device has at least one ultrasonic transmitter, at least one microwave transmitter and / or at least one microwave flow reactor.
  • the pressure vessel is formed from at least one pipeline with at least one controllable inlet opening and at least one controllable outlet opening.
  • a particularly advantageous embodiment of the invention is characterized in that the pipeline between the at least one inlet opening and the at least one outlet opening has at least one bend, preferably at least one substantially U-shaped bend.
  • the at least one pipeline of the pressure vessel is arranged at least partially in a container which can be filled with at least one heat transfer medium, preferably oil.
  • a further advantageous embodiment of the invention is characterized by at least one controllable heating device for controlling the temperature in the pressure vessel.
  • the temperature of the heat transfer medium in the container via the heater is controllable.
  • a further embodiment of the invention is advantageously characterized by at least one lock chamber arranged in front of the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel for supplying biomass, Water and / or at least one catalyst through the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel, comprising at least one controllable inlet opening and at least one controllable outlet opening.
  • the lock chamber is advantageously connectable on the part of the at least one controllable inlet opening with at least one storage reservoir of biomass, water and / or at least one catalyst and on the part of the at least one controllable outlet opening with the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel.
  • a concrete embodiment of the invention provides that the controllable inlet opening of the pressure vessel forms the controllable outlet opening of the lock chamber.
  • a further embodiment of the invention is characterized by at least one pump for controllable and / or controllable pressurization of the lock chamber.
  • a further advantageous embodiment of the invention is characterized by a prior to the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel arranged piston-pressing device for supplying biomass, water and / or at least one catalyst through the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel, comprising a chamber with at least one inlet opening , at least one controllable outlet opening and a piston movable in the chamber for pressing material located in the chamber.
  • a further advantageous embodiment of the invention is characterized by an eccentric screw pump with pressure regulation arranged in front of the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel for supplying biomass, water and / or at least one catalyst through the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel.
  • a further advantageous embodiment of the invention is characterized by at least one control device for at least partially automatic control of the temperature and / or pressure conditions in the pressure vessel via the at least one controllable inlet opening and / or the at least one controllable outlet opening.
  • a further advantageous embodiment of the invention is characterized by at least one control device for at least partially automatic control of the supply of biomass, water and / or at least one catalyst, the temperature and / or pressure conditions in the pressure vessel, the transport of the contents through the pressure vessel and / or the removal of the at least one reaction product of the filling material from the pressure vessel.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an embodiment of a device for the hydrothermal carbonization of biomass in a discontinuous operation according to the prior art
  • FIG. 2 a shows a schematic illustration of an embodiment of an apparatus according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass in a continuous operation
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an embodiment of a device for the hydrothermal carbonization of biomass in a discontinuous operation according to the prior art
  • FIG. 2 a shows a schematic illustration of an embodiment of an apparatus according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass in a continuous operation
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an embodiment of a device for the hydrothermal carbonization of biomass in a discontinuous operation according to the prior art
  • FIG. 2 a shows a schematic illustration of an embodiment of an apparatus according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass in a continuous operation
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an embodiment of a device for the hydrothermal carbonization of biomass in a discontinuous operation according to the prior art
  • FIG. 2b in a schematic diagram of another
  • Embodiment of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass in a continuous operation Embodiment of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass in a continuous operation
  • FIG. 3 shows a sectional side view of an exemplary embodiment of a pressure vessel according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass in a continuous operation according to FIG. 2a;
  • FIG. 4 shows a schematic side view of an exemplary embodiment of a pressure vessel according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass in a continuous operation according to FIG. 2b;
  • 5a-5c show a schematic illustration of an embodiment of an inventive filling of the pressure vessel of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass in a continuous operation via a lock chamber.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of an exemplary embodiment of a part of a regulation according to the invention of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass in a continuous operation
  • FIG. 8 is a schematic diagram of an embodiment of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass in a continuous operation with a filling via a piston-pressing device
  • FIG. 8 is a schematic diagram of an embodiment of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass in a continuous operation with a filling via a piston-pressing device
  • FIG. 11 in a schematic schematic diagram of another
  • FIG. 14a shows a schematic side view of a further exemplary embodiment of a pressure vessel according to the invention of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass
  • Fig. 14b is a view of the end face of the bottom of the pressure vessel of Fig. 14a;
  • 16a shows a schematic side view of an exemplary embodiment of a special flange of a pressure vessel according to the invention of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass;
  • Fig. 16b is a view of the end face of the special flange pressure vessel of Fig. 16a;
  • FIG. 17 in a schematic schematic diagram of another
  • FIG. 18a shows a schematic side view of an exemplary embodiment of a conveying device according to the invention in a pressure vessel according to the invention of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass;
  • FIG. 18b shows a view of an end face of the conveyor device according to FIG. 18a;
  • FIG. 19a shows a schematic illustration of another embodiment of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass
  • FIG. 19b shows a schematic side view of the outer container of the device according to FIG. 19a;
  • FIG. 1 shows a device for the hydrothermal carbonization of biomass in a discontinuous operation according to the prior art.
  • an existing from biomass with water and at least one catalyst product 1 is filled in a first pressure vessel 2 (start container) and the pressure vessel 2 then sealed pressure-tight.
  • start container the pressure vessel 2
  • the pressure vessel is maintained at a temperature of about 180 degrees Celsius to about 200 degrees Celsius.
  • the duration of this exothermic conversion process in the present case is about twelve hours.
  • the pressure vessel 2 is opened and the conversion product taken from the pressure vessel 2. The removal takes place in the present case via a shut-off device 3 in a pressure vessel 4 (follow container 1).
  • shut-off elements 5 and 7, respectively Connected to the pressure vessel 4 in a correspondingly cascaded manner via shut-off elements 5 and 7, respectively, are further pressure vessels 6 or 8 (follow-up containers 2 to follow-up containers n).
  • the reaction product 10 in this case in particular in the form of coal sludge, finally taken over a shut-9.
  • the withdrawn reaction product is fed to the first pressure vessel 2 (start tank) via a heating pipe system having a pump 11 to utilize the heat of reaction.
  • the pressure vessel 13 forming the raw pipe is formed straight.
  • the pressure vessel 13 or 13 'forming pipeline via the controllable obturator 14 of the inlet opening of the pressure vessel 13, the existing biomass, water and / or at least one catalyst 12 is supplied and then the pressure vessel 13 or 13' sealed pressure-tight. Then, the temperature and the pressure in the pressure vessel 13 and 13 'are increased. The temperature and / or pressure conditions in the pressure vessel 13 or 13 'are controlled such that the pressure vessel 13 or 13' supplied product 12 is transported independently and preferably defined through the pipeline. The biomass, water and catalyst of the product in the pipeline react with each other. According to the invention, a mass layer passes through the pressure vessel designed as a pipeline during the conversion process.
  • the length of the pipeline in conjunction with the filling quantity - and thus with the size or the diameter of the pipeline - determines the duration of the process.
  • the reaction product 16 Via the controllable obturator 15 of the outlet opening of the pressure vessel 13 or 13 ', the reaction product 16, in this case in particular in the form of coal sludge and / or oil-like products, finally for further processing and / or use by opening the obturator 15 is removed.
  • the embodiment according to the invention advantageously allows a continuous operation, wherein via the controllable inlet opening the pressure vessel 13 or 13 'continuously, that is present sometimes at intervals, contents 12 is supplied and via the controllable outlet opening of the pressure vessel 13 or 13' continuously, the In the present case, sometimes also at intervals, the reaction product 16 is taken.
  • the illustrated in Fig. 3 in a sectional side view of the invention illustrated pressure vessel 17 for hydrothermal carbonization of biomass in a continuous operation of Fig. 2a is formed of two straight, different diameter and substantially coaxially arranged extending pipes 18 and 19, an inner tube 18th and an outer tube 19. At the free ends of the inner tube (inner tube 18) forming the pipe 18, flanges 20 and 21 are welded.
  • the flanges 20 and 21 are used for receiving or connecting controllable shut-off valves for the inlet opening or the outlet opening of the pressure vessel 17. In the region of the right in Fig. 3 end of the pipe 18, this is welded via a compensator 22 to the flange 21. In the space between the inner pipe 18 and the outer pipe 19 are present distributed over the length of the pipes 18 and 19 and spaced apart from each other ring-shaped stabilizing ribs 23 are arranged. The stabilizing ribs 23 in particular prevent damage and / or bending of the outer pipe 19, which due to the weight of the pressure vessel 17, in particular in the filled state and during operation, could be caused by the support relationship way 24 Aufstelllager of the pressure vessel 17.
  • the space between the inner pipe 18 and the outer pipe 19 is present preferably unpressurized, that is without pressurization with a heat transfer medium (not shown in Fig. 3), preferably a bio / thermal oil, filled, which for heating the pressure vessel 17, in particular the inner pipe 18, serves.
  • a heat transfer medium preferably a bio / thermal oil, filled, which for heating the pressure vessel 17, in particular the inner pipe 18, serves.
  • the heating of the pressure vessel 17 is controlled by the temperature of the oil.
  • the filling of the pressure vessel with the biomass, water and / or at least one catalyst via at least one lock chamber 32 with a controllable inlet opening and a controllable outlet opening, which in front of the at least one controllable inlet opening of Pressure vessel is arranged.
  • the controllability of the inlet opening of the lock chamber 32 is realized in the present case with a slide 33 which is controllable via an actuator or a drive 34.
  • the controllability of the outlet opening of the lock chamber 32 is realized in the present case with a slide 35 which is controllable via an actuator or a drive 36.
  • the lock chamber 32 can be sealed by means of the controllable slide 33 against a refill bearing 37 for biomass, water and / or catalyst and by means of the controllable slide 35 with respect to the pressure vessel.
  • the filling material 38 consisting of biomass, water and / or at least one catalyst is stored in front of the inlet opening of the lock chamber 32, in the present case in the refill bearing 37.
  • the inlet opening of the lock chamber 32 is opened by the controllable slide 33 - as shown in FIG. 5a shown - filling material 38 in the lock chamber 32, in this case by falling.
  • the lock chamber 32 which is substantially completely filled with contents 38 ', is then closed by adjusting the controllable slide 33 of the inlet opening of the lock chamber 32 (see Fig. 5b) and then the pressure in the lock chamber 32 is adjusted to the pressure in the pressure container.
  • Fig. 5b the controllable slide 33 of the inlet opening of the lock chamber 32
  • this pressure equalization is symbolically represented by a pressure equalization line 39 between the closed lock chamber 32 and the adjoining the slide 35 of the lock chamber 32 section which is connected to the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel.
  • the pressure equalization takes place in the present case with a pump by means of compressed air or water.
  • the target pressure in this case the An Eisenbuchs, in the Lock chamber 32
  • the outlet opening of the lock chamber 32 by adjusting the controllable slide 35 is opened (see Fig. 5c).
  • the pressure in the lock chamber 32 is increased, represented symbolically in FIG. 5c by the arrow marked 40.
  • the filling material 38 'located in the lock chamber 32 is pressed into the pressure vessel-as shown in FIG. 5c-and the pressure vessel is filled. After emptying the lock chamber 32, this is closed again by adjusting the controllable slide 35 of the outlet opening of the lock chamber 32. Subsequently, the process repeats beginning with Fig. 5a.
  • the filling container 38 of a device 26 according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass in a continuous operation is continuously filled with biomass, water and / or at least one catalyst via at least one eccentric screw pump 41 with integrated pressure control 42 supplied, which is arranged in front of the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel 29.
  • the finely divided, spherical carbon particles dissolved in the water are advantageously removed by filtration, preferably by means of filtration devices, decanters and / or centrifuges.
  • the wet coal mass is then in coal pellets with a diameter of about 6 mm to about 60 mm or pressed into briquettes.
  • the coal pellets are advantageously used in particular because of their high purity as a base product for the chemical industry, as a fertilizer or as directly usable or useful for combustion processes.
  • oil- or oil-like products advantageously form at certain pressure and / or temperature conditions, taking into account the concentration of the catalyst and / or the process or throughput time.
  • a device 47 according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass in a continuous operation shown in Fig. 8
  • the supply of biomass, water and / or at least one catalyst existing filling 48 takes place in the pressure vessel 49 of the device 47 via a piston-pressing device 50.
  • the piston-pressing device 50 has a chamber 51 with an inlet opening 52, a controllable outlet opening 53 and a piston movable in the chamber 51
  • controllable inlet opening of the pressure vessel 49 is formed by the controllable outlet opening 53 of the piston chamber 51.
  • filling material 48 is first introduced into the piston chamber 51 when the outlet opening 53 is closed and the piston 54 is withdrawn. Subsequently, the filling material 48 located in the piston chamber 51 is pre-pressed to a defined pressure by means of the piston 54. Upon reaching the defined pressure, the slider 55 opens from the piston chamber 51 to the pressure vessel 49 and the piston 51 presses the compressed filling material 48 into the pressure vessel 49. Subsequently, the slide 55 closes the inlet opening of the pressure vessel 49 of the device 47 and thus the outlet opening 53 the chamber 51 of the piston-pressing device 50.
  • this pressure increase is used to remove a chamber 57 for removal (Outlet chamber / lock chamber) to be filled by reaction products of the invention in the pressure vessel 49 converted contents with reaction products of the contents.
  • the chamber 57 has a controllable inlet opening 58 and a controllable outlet opening 59.
  • the controllable outlet opening of the pressure vessel 49 is formed by the controllable inlet opening 58 of the chamber 57.
  • the controllability of the inlet opening 58 of the lock chamber 57 is realized in the present case with a slide 60 which is controllable via an actuator or a drive 61.
  • the controllability of the outlet opening 59 of the chamber 57 is realized in the present case with a slide 62, which is controllable via an actuator 63 or a drive 63.
  • the slide 60 To fill the chamber 57 of the slider 60 opens the chamber 57. Before the slider 60 befindliches reaction product of the contents, in this case a water-carbon mixture, is then pressed from the pressure vessel 49 into the open chamber 57. With the completion of this press-fitting process, the slide 60 also closes off the inlet opening 58 of the lock chamber 57 in a pressure-tight manner relative to the pressure vessel 49. The reaction product located in the lock chamber 57 can then be removed via the slide 62 of the lock chamber 57, sometimes with the use of a controllable pressure compensation container 64 as needed. In FIG. 8, the removal is shown symbolically by the arrow marked with the reference numeral 65.
  • reaction product of the contents in this case a water-carbon mixture
  • the pressure vessel 49 is formed by straight pipe 49, which passes through another, in the present case also designed as a straight pipe line container 66.
  • the space between the pipe 49 of the pressure vessel 49 and the pipe 66 of the container is presently filled with a bio / thermal oil as a heat transfer medium, which is guided for heating the pressure vessel 49 advantageously under pressure in a circuit and heated or heated as needed.
  • the embodiment shown in FIG. 9 differs from the embodiment shown in FIG. 8 of a device 47 according to the invention hydrothermal carbonization of biomass in a continuous operation by the design of the pressure vessel 49 'and the container 66' through which the pressure vessel is performed.
  • the pressure vessel 49 'of the device 47 of FIG. 9 is formed by a curved pipe 49'.
  • the arrangement of the bends of the pipe 49 ' is advantageously designed so that the lighter biomass / coal is always transported against the buoyancy through the pipe 49'.
  • diaphragms 49 ' are disposed in the pipeline 49' as reflux and / or lift barriers 68 (shown symbolically in FIG. 9).
  • FIG. 10 of a device 47 according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass in a continuous operation substantially corresponds in structure and mode of operation to the embodiment illustrated in FIG. 8 and described above.
  • the transport of the biomass through the pressure vessel 49 depends on the consistency and / or the composition of the biomass to be filled into the pressure vessel 49.
  • biomass is in the pressure vessel forming pipe 49 a conveyor 69, in this case a screw helix 69 having screw conveyor with an external slow-speed motor Drive integrated.
  • the contents of biomass, water and catalyst is transported by rotation of the screw spiral in the pressure vessel to the outlet opening 58 of the pressure vessel 49.
  • the rotational speed of the screw conveyor is controllable and, in addition, the process of the conversion according to the invention.
  • the screw flight is essentially flush with the inner cross section of the pipeline 49 of the pressure vessel 49.
  • FIG. 11 The illustrated in Fig. 11 embodiment of a device according to the invention 47 for the hydrothermal carbonization of biomass in a continuous operation corresponds in construction and operation substantially the embodiment shown in Fig. 8 and described above and differs from the embodiment shown in Fig. 10 by the used conveyor 69 'to support the transport of biomass through the pressure vessel 49.
  • the conveyor 69' through a controllable pump is formed, which regulates the pressure gradient between the inlet opening and the outlet opening of the pressure vessel, in particular taking into account the pressure conditions to be observed for the conversion process.
  • the pressure vessel forming pipe is arranged as a arranged in a large pipe 70 pipe package from present total seven individual pipes 71 and admitted.
  • the large tube 70 serves at the same time as a container for the heat transfer medium. Due to this construction, the erfindungsgenzeße device can be advantageously carried out transportable.
  • FIG. 13 shows a schematic side view of a further pressure vessel
  • the pressure vessel 73 is essentially composed of a reactor tube which is closed at the left end in FIG. 13 with a dished bottom 77 and at the right-hand end with a connection flange
  • the reactor tube of the pressure vessel 73 is presently a spiral-welded tube DN600 with a length L of about 6.00 m and a diameter D of about 0.60 m.
  • Distributed over the length of the pressure vessel 73 and spaced apart from each other are connecting pieces 75 with a diameter of approximately 1.25 inches, in particular for supplying substances or removing intermediate substances.
  • the hydrothermal carbonization process according to the invention advantageously takes place with disorganization of the biomass at an operating temperature of about 250 degrees Celsius to about 450 degrees Celsius, an operating pressure of about 25 bar to about 300 bar and coal production with a pH of 4.5 as well as in oil production with a pH between pH6 and pH9.
  • the pressure vessel 78 is essentially formed by a pipeline.
  • the pressure vessel 78 has a port 79 with a flange 80.
  • the pressure vessel 78 has spigot 81 with a diameter of about 1, 25 inches and further, the pressure vessel 78 in the region of the left in Fig. 14a end of its bottom connecting sleeves 82 having a diameter of about 0.75 Inch up.
  • the connection stubs 81 and connection sleeves 82 are used in particular for supplying substances or removing intermediate substances.
  • the container 80 has an inner bearing shell 83 for an agitator shaft which, in particular in conjunction with a corresponding disorganizing device, serves for disorganizing the biomass according to the invention.
  • connection sleeves 89 With a diameter of approximately 0.75 inches.
  • FIGS. 19a to 19d A further exemplary embodiment of a device 97 according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass is shown in FIGS. 19a to 19d.
  • the device 97 comprises a pressure vessel 98 formed of a bent multi-turn piping having a controllable inlet 99 and a controllable outlet 100.
  • the pressure vessel 98 is guided with its windings through an outer container 101 which is filled with a heat transfer medium, in this case a thermal oil.
  • the thermal oil is guided in a circuit through the container 101, for which purpose it has a controllable inlet opening 102 and a controllable outlet opening 103.
  • a disorganization of the plant structures takes place before and / or during the conversion process taking place in the pressure vessel.
  • the disorganization takes place by means of ultrasound in a tube.
  • the biomass is conveyed from a storage container by means of a screw or piston diaphragm pump in a vertical tube.
  • this tube is an ultrasonic transmitter, against which the biomass is promoted.
  • the degree of disorganization depends on the conveying speed, the power of the ultrasonic transmitter and the delivery pressure.
  • the disorganized material flows around the ultrasound exciter and is transported further by the delivery pressure of the subsequent material. In this step, a first heating of the biomass takes place.
  • the pressure within the reaction space can additionally be adjusted and / or controlled by pump pressure or gas pressure above the temperature corresponding to the vapor pressure curve values.
  • the material is heated to a temperature between about 180 degrees Celsius and about 250 degrees Celsius in a microwave reactor having a reaction space shaped as a helix (see Fig. 19d).
  • the reaction (conversion process) is carried out in the flow and over a period of about three minutes to about 20 minutes.
  • the reaction takes place at pressures of about 15 bar to about 300 bar.
  • the reaction mixture further reactants and catalysts can be supplied.
  • the supply of hydrogen H and carbon monoxide CO leads to the formation of complex organic structures, such as polymers.
  • the resulting in this way suspension and solution of monomers and / or polymers in water is forwarded to form new organizational structures / molecular structures in a likewise heated pipe.
  • the reaction time is up to four hours, depending on the desired end product.
  • the use of ultrasonic waves during the reaction under microwave irradiation in the first 20 minutes results in the production of pure carbon.
  • reaction product (coal dissolved in water in finely divided, spherical form)

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Abstract

The present invention relates to a method and a device for the hydrothermal carbonation of biomass, wherein biomass is converted into substances, such as coal, oil, and/or like related materials using water and at least one catalyst in a pressure container by increasing the temperature and/or pressure. In order to improve the hydrothermal carbonation of biomass, particularly with regard to the duration of the conversion process and the manner in which the process is carried out, the present invention provides that the biomass is disorganized before and/or during the conversion by means of ultrasound, microwave radiation, or decompression, for example.

Description

Hydrothermale Karbonisierunq von Biomasse Hydrothermal carbonation of biomass
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse, wobei Biomasse mit Wasser und wenigstens einem Katalysator in einem Druckbehälter durch Temperatur- und/oder Druckerhöhung in Stoffe wie Kohle, Öl und/oder dergleichen artverwandte Stoffe umgewandelt wird.The present invention relates to a method and apparatus for the hydrothermal carbonization of biomass, wherein biomass is converted with water and at least one catalyst in a pressure vessel by increasing the temperature and / or pressure in substances such as coal, oil and / or the like related substances.
Der Begriff Biomasse umfasst im Sinne der vorliegenden Erfindung sämtliche lebenden, toten und/oder zersetzten Organismen. Dazu zählen neben Pflanzen insbesondere auch Abfall- und/oder Restholz, Stroh, Gras, Dung, Laub, Klärschlamm, Gülle aus Tierhaltung, Reststoffe aus Biogasanlagen und anderen Konversionsprozessen und/oder organischer Hausmüll. Die Biomasse kann dabei in unterschiedlichen Zusammensetzungen, Qualitäten, Größen und/oder dergleichen Verwendung finden, je nach Bedarf und gewünschtem Umwandlungsprodukt Verwendung finden.For the purposes of the present invention, the term biomass encompasses all living, dead and / or decomposed organisms. In addition to plants, these include, in particular, waste and / or residual wood, straw, grass, manure, leaves, sewage sludge, animal manure, residues from biogas plants and other conversion processes and / or organic household waste. The biomass can be found in different compositions, qualities, sizes and / or the like use, depending on the needs and desired conversion product use.
Bisher wird bei der hydrothermalen Karbonisierung ein Druckbehälter mit im wesentlichen aus pflanzlichen Produkten bestehender Biomasse, Wasser und einer geringen Menge eines Katalysators, insbesondere Zitronensäure, gefüllt. Anschließend wird der Druckbehälter verschlossen und unter Temperatur- und Druckerhöhung die Umwandlung beziehungsweise Umsetzung der Biomasse durchgeführt. Die dabei ablaufende Reaktion ist exotherm, das heißt es wird Energie in Form von Wärme und/oder Licht abgegeben. Die zeitliche Dauer dieses Umwandlungsprozesses hängt von dem angestrebten Zustand des Umwandlungsprodukts ab und liegt bisher beispielsweise für die Umwandlung von Biomasse in Kohle in einem Zeitbereich von etwa zwölf Stunden. Dabei wird der Druckbehälter auf einer Temperatur von etwa 180 Grad Celsius bis etwa 200 Grad Celsius gehalten. Anschließend wird der Druckbehälter geöffnet und das Umwandlungsprodukt - bei einer Umwandlung von Biomasse in Kohle kleine auf dem Wasser schwimmende Kohlepartikel - dem Druckbehälter entnommen.So far, in the hydrothermal carbonization, a pressure vessel with biomass consisting essentially of plant products, water and a small amount of a catalyst, in particular citric acid, filled. Subsequently, the pressure vessel is closed and performed under temperature and pressure increase the conversion or implementation of the biomass. The resulting reaction is exothermic, which means that energy is released in the form of heat and / or light. The duration of this conversion process depends on the desired state of the conversion product and has hitherto been, for example, for the conversion of biomass into coal in a time range of about twelve hours. The pressure vessel is at a temperature of about 180 degrees Celsius to about 200 degrees Celsius held. Subsequently, the pressure vessel is opened and the conversion product - in a conversion of biomass into coal small floating on the water coal particles - taken from the pressure vessel.
Nachteilig bei der bisher bekannten hydrothermalen Karbonisierung ist neben der relativ großen zeitlichen Dauer des Umwandlungsprozesses insbesondere die diskontinuierliche Prozessfϋhrung, bei der ein Druckbehälter zunächst gefüllt wird, der gefüllte Druckbehälter dann druckdicht verschlossen wird, anschließend in dem Druckbehälter die Umwandlungsreaktionen ablaufen, der Druckbehälter danach geöffnet wird und schließlich der geöffnete Druckbehälter geleert wird beziehungsweise das Umwandlungsprodukt aus dem Druckbehälter entnommen wird. Darüber hinaus sind sowohl der maschinen- und/oder anlagentechnische Aufwand als auch der Bedien- und Personalaufwand bisher erheblich. Ferner ist mit der bisherigen diskontinuierlichen Prozessführung ein effektiver und günstiger industrieller Einsatz der hydrothermalen Karbonisierung zur Stoffgewinnung nicht realisierbar.A disadvantage of the previously known hydrothermal carbonization in addition to the relatively large duration of the conversion process, in particular the discontinuous Prozeßfϋhrung in which a pressure vessel is first filled, the filled pressure vessel is then sealed pressure-tight, then run in the pressure vessel, the conversion reactions, the pressure vessel is opened thereafter and finally the opened pressure vessel is emptied or the conversion product is removed from the pressure vessel. In addition, both the mechanical and / or plant technical effort as well as the operating and personnel costs are so far significant. Furthermore, with the previous discontinuous process management, an effective and cheaper industrial use of the hydrothermal carbonization for substance extraction can not be realized.
Der vorliegenden Erfindung liegt in Anbetracht des Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, die hydrothermale Karbonisierung von Biomasse zu verbessern, insbesondere hinsichtlich der zeitlichen Dauer des Umwandlungsprozesses als auch hinsichtlich der Art und Weise der Prozessführung.The object of the present invention, in view of the state of the art, is to improve the hydrothermal carbonization of biomass, in particular with regard to the duration of the conversion process and with regard to the manner in which the process is conducted.
Zur technischen Lösung dieser Aufgabe wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse, wobei Biomasse mit Wasser und wenigstens einem Katalysator in einem Druckbehälter durch Temperatur- und/oder Druckerhöhung in Stoffe wie Kohle, Öl und/oder dergleichen artverwandte Stoffe umgewandelt wird, vorgeschlagen, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die Biomasse vor der Umwandlung und/oder während der Umwandlung disorganisiert wird.The technical solution to this problem is the present invention, a method and for the hydrothermal carbonization of biomass, biomass with water and at least one catalyst in a pressure vessel by increasing the temperature and / or pressure in substances such as coal, oil and / or the like related substances is proposed, which is characterized in that the biomass is disorganized before the conversion and / or during the conversion.
Unter Disorganisation wird dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung jede, zumindest eine, Schädigung der Struktur von Zellen und/oder komplexen Molekülen in der Biomasse verstanden, mit dem Ziel Materialschädigungen in der Form vorzunehmen, derart, dass definierte Bruchstücke der Ausgangsmasse entstehen sowie die Endprodukte eine definierte Partikelgröße, respektive Zusammensetzung erhalten. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich durch eine erfindungsgemäß vor und/oder während des Umwandlungsprozesses erfolgende Disorganisation der Biomasse die zeitliche Dauer des Umwandlungsprozesses der Biomasse deutlich reduzieren lässt, im Vergleich zu Verfahrensführungen ohne erfindungsgemäße Disorganisation.For the purposes of the present invention, disorganization is understood to mean any damage to the structure of cells and / or complex molecules in the biomass with the aim of causing material damage in the mold such that defined fragments of the starting material are formed, as well as the end products defined particle size, respectively composition obtained. The invention is based on the finding that the time duration of the biomass conversion process can be significantly reduced by a disorganization of the biomass according to the invention before and / or during the conversion process, in comparison to process guides without disorganization according to the invention.
Vorteilhafterweise lässt sich die zeitliche Dauer des erfindungsgemäßen Umwandlungsprozesses der Biomasse im Vergleich zu der zeitlichen Dauer eines ohne erfindungsgemäße Disorganisation der Biomasse erfolgenden Prozessführung - je nach gewünschtem oder angestrebtem Zustand des Endprodukts - reduzieren, vorzugsweise auf kleiner gleich eine Stunde.Advantageously, the duration of the biomass conversion process according to the invention can be reduced, preferably to less than or equal to one hour, compared to the duration of a process without disorganization of the biomass according to the invention - depending on the desired or desired state of the final product.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Disorganisation mittels Ultraschall erfolgt. Im Rahmen der Disorganisation mittels Ultraschall soll sich die Biomasse erfindungsgemäß erwärmen. Erfindungsgemäß ist der Gradient der Erwärmung neben dem bzw. den eingesetzten Katalysatoren für eine definierte Disorganisation verantwortlich. Erreicht die Ultraschallleistung z.B. auf Grund der Biomasseart keinen ausreichenden Temperaturgradienten, so kann dieser erfindungsgemäß durch eine zusätzliche Wärmequelle mit ausreichender Gradientenleistung unterstützt werden. Dies geschieht vorteilhafterweise durch den Einsatz von Mikrowellen. Die Disorganisation der Strukturen von Zellen und/oder komplexen Molekülen in der Biomasse erfolgt vorteilhafterweise im Durchfluss mittels Ultraschall in einem Rohr. Die Einkopplung der Mikrowelle kann unmittelbar vor oder hinter diesem Rohr, vorteilhafterweise in diesem Rohr erfolgen. Eine konkrete Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Biomasse unter Nutzung einer Pumpe, vorzugsweise einer Schneckenpumpe oder einer Kolbenmembranpumpe, gegen einen in einer Rohrleitung angeordneten Ultraschallsender gefördert wird. Der Ultraschallsender ist vorteilhafterweise in der vorzugsweise senkrecht zum Untergrund verlaufend angeordneten Rohrleitung angeordnet. Der erzielbare DisOrganisationsgrad hängt von der Förderung, insbesondere vom Grad der Verflüssigung der Biomasse, von der Fördergeschwindigkeit und/oder der Förderleistung, der Leistung des Ultraschallsenders und dem Förderdruck ab. Vorteilhafterweise ist die Förderung insbesondere hinsichtlich Fördergeschwindigkeit und/oder Förderleistung der Pumpe, die Leistung des Ultraschallsenders und/oder der Förderdruck steuerbar, vorzugsweise über wenigstens eine Regeleinrichtung. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Disorganisation mittels Mikrowellenbestrahlung erfolgt. Im Rahmen der Disorganisation mittels Mikrowellenbestrahlung erhitzt sich die Biomasse vorteilhafterweise. Vorteilhafterweise wird die Biomasse durch einen wenigstens einen Reaktionsraum aufweisenden Mikrowellendurchflussreaktor geführt, vorteilhafterweise ist dies das Ultraschalldurchflussrohr. Die durch den Mikrowellendurchflussreaktor geführte Biomasse wird dabei vorteilhafterweise erhitzt, vorzugsweise innerhalb von etwa 30 s und etwa 20 min, insbesondere in einem Bereich von etwa 1 min und etwa 5 min, auf eine Temperatur in einem Temperaturbereich zwischen etwa 150 Grad Celsius bis etwa 250 Grad Celsius, insbesondere auf eine Temperatur zwischen 160 Grad Celsius und 190 Grad Celsius. Eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung der Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Druck in dem ersten Reaktionsraum (Ultraschall und/oder Mikrowelle) des Mikrowellendurchflussreaktors in einem Druckbereich zwischen etwa 15 bar bis etwa 300 bar.An advantageous embodiment of the invention provides that the disorganization takes place by means of ultrasound. In the context of disorganization by means of ultrasound, the biomass is intended to be heated according to the invention. According to the invention, the gradient of the heating in addition to the or the catalysts used for a defined disorganization is responsible. If the ultrasonic power does not reach a sufficient temperature gradient due to the type of biomass, for example, this can be supported by an additional heat source with sufficient gradient power. This is advantageously done by the use of microwaves. The disorganization of the structures of cells and / or complex molecules in the biomass is advantageously carried out in the flow by means of ultrasound in a tube. The coupling of the microwave can be done directly in front of or behind this tube, advantageously in this tube. A specific embodiment of the invention provides that the biomass is conveyed using a pump, preferably a screw pump or a piston diaphragm pump, against an ultrasound transmitter arranged in a pipeline. The ultrasound transmitter is advantageously arranged in the pipeline, which preferably runs perpendicular to the substrate. The achievable DisOrganisationsgrad depends on the promotion, in particular the degree of liquefaction of the biomass, from the conveying speed and / or the delivery rate, the power of the ultrasonic transmitter and the delivery pressure. Advantageously, the delivery is controllable, in particular with regard to the conveying speed and / or delivery rate of the pump, the power of the ultrasonic transmitter and / or the delivery pressure, preferably via at least one regulating device. A further advantageous embodiment of the invention provides that the disorganization takes place by means of microwave irradiation. In the context of disorganization by means of microwave irradiation, the biomass advantageously heats up. Advantageously, the biomass is passed through a microwave flow reactor having at least one reaction space, which is advantageously the ultrasonic flow tube. The biomass guided through the microwave flow reactor is advantageously heated, preferably within about 30 s and about 20 min, in particular in a range of about 1 min and about 5 min, to a temperature in a temperature range between about 150 degrees Celsius to about 250 degrees Celsius, in particular to a temperature between 160 degrees Celsius and 190 degrees Celsius. Another embodiment of the invention is characterized by a pressure in the first reaction space (ultrasound and / or microwave) of the microwave flow reactor in a pressure range between about 15 bar to about 300 bar.
Über die Auswahl des Katalysators, der Ultraschallleistung sowie des Gradienten der Temperatur und ihrer Höhe lässt sich vorteilhafterweise eine definierte Disorganisation hinsichtlich der erreichten Partikel, als auch der Trennung komplexer Moleküle an definierten Stellen, erreichen. Pflanzliche Proteine, insbesondere Proteine mariner Pflanzen, hier vorteilhafterweise Mikroalgen, lassen sich so definiert von einem mehrdimensionalen komplexen Knäuel in eine Kettenform bringen, die dann an bestimmten Aminosäuren geteilt wird. Diese Art der Teilung ist wesentlich für die Synthese von z.B. aliphytischen Kohlenwasserstoffketten, wie sie in der hier erwähnten, erfindungsgemäßen Erdölsynthese benötigt wird.On the selection of the catalyst, the ultrasonic power and the gradient of the temperature and its height can be advantageously a defined disorganization with regard to the achieved particles, as well as the separation of complex molecules at defined locations achieve. Vegetable proteins, in particular proteins of marine plants, here advantageously microalgae, can be brought into a chain form as defined by a multi-dimensional complex ball, which is then divided into specific amino acids. This type of division is essential for the synthesis of e.g. aliphatic hydrocarbon chains, as required in the petroleum synthesis of the invention mentioned here.
Vorteilhafterweise werden dabei als Katalysatoren anorganische Basen oder organische Säuren verwendet.Advantageously, inorganic bases or organic acids are used as catalysts.
Mittels dieser Art der erfindungsgemäßen Disorganisation lässt sich eine wirtschaftlich nutzbare Amoniakausbeute aus den so abgetrennten stickstoffhaltigen Molekületeilen, vorzugsweise aus der Biomasse marinen Ursprungs erzeugen. Die für diese Synthese benötigten Wasserstoffmengen werden durch Zugabe von Wasserstoff aus einem Gasvorrat (z.B. Gasflaschen), vorzugsweise aber durch Zusammensetzung der Biomasse, vorzugsweise durch in der Biomasse enthaltene Bakterien, vorteilhafterweise wasserstoffproduzierende Bakterien, wie z.B. Chlamydomonas, bereitgestellt.By means of this type of disorganization according to the invention, an economically usable ammonia yield can be produced from the nitrogen-containing molecular parts thus separated, preferably from the biomass of marine origin. The amounts of hydrogen required for this synthesis by adding hydrogen from a gas reservoir (eg gas cylinders), but preferably by composition of the biomass, preferably by Bacteria contained in the biomass, advantageously hydrogen-producing bacteria such as Chlamydomonas provided.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Disorganisation zur Abtrennung von in der Biomasse, hier vorteilhafterweise Bakterien, wie z.B. Cyanobakterien, enthaltener zyklischer Molekülteile verwendet wird. Auf der Basis dieser Disorganisation entstehen vorteilhafterweise die zyklischen Bestandteile, die zur Synthese von Aromaten und Cykloaliphaten als Bestandteile des Erdöls notwendig sind.A further advantageous embodiment of the invention provides that the disorganization for the separation of biomass in the biomass, here advantageously bacteria, such. Cyanobacteria, contained cyclic moieties. On the basis of this disorganization advantageously arise the cyclic components necessary for the synthesis of aromatics and cycloaliphatic compounds as constituents of petroleum.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass einem im wesentlichen als Rohrleitung mit wenigstens einer steuerbaren Einlassöffnung und wenigstens einer steuerbaren Auslassöffnung ausgebildeten weiteren Druckbehälter, der der Disorganisation vorteilhafterweise nachgelagert ist, über die wenigstens eine steuerbare Einlassöffnung Biomasse, Wasser und/oder wenigstens ein Katalysator zugeführt wird, die Temperatur- und/oder Druckverhältnisse in dem Druckbehälter derart gesteuert werden, dass dem Druckbehälter zugeführtes Füllgut aus Biomasse, ihren Disorganisationsprodukten (disorganisierte Biomasse), Wasser und Katalysator durch die Rohrleitung transportiert wird, wobei Biomasse, respektive ihre Disorganisationsprodukte, Wasser und Katalysator miteinander reagieren, und über die wenigstens eine steuerbare Auslassöffnung wenigstens ein Reaktionsprodukt des Füllguts entnommen wird. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird vorteilhafterweise eine kontinuierliche Prozessführung realisiert. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Druckbehälters durch eine Rohrleitung werden quasi unendlich viele hintereinander kaskadiert angeordnete und miteinander verbundende Druckbehälter realisiert, wobei Teile davon wenigstens einen Feststoffkatalysator beinhalten. Für die Kohleherstellung ist dies vorteilhafterweise ein mit einem sauren Mineral (pH-Wert < 4), z.B. Bruchquarz gefülltes Rohrstück, wobei das Katalysatorgefüge vorteilhafterweise eine Porengröße von < 10 mm, insbesondere < 2 mm aufweist. Insgesamt wird so vorteilhafterweise eine kontinuierliche Prozessführung ermöglicht, was insbesondere vor dem Hintergrund eines effektiven und günstigen industriellen Einsatzes der hydrothermalen Karbonisierung zur Stoffgewinnung besonders vorteilhaft ist. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt vorteilhafterweise eine kontinuierliche Zuführung von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator. Die Zuführung von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator zur Füllung des ersten, Ultraschall und/oder Mikrowelle zur Disorganisation aufweisenden Druckbehälters kann dabei parallel erfolgen, so dass Biomasse, Wasser und/oder Katalysator einzeln zugeführt werden. Dementsprechend sind eine separate Zuführung von Biomasse, eine separate Zuführung von Wasser und/oder eine separate Zuführung von Katalysator vorgesehen. Vorteilhafterweise wird das Mischungsverhältnis der Komponenten Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator über ein entsprechendes Steuerungssystem durchgeführt.A further advantageous embodiment of the invention is characterized in that a further pressure vessel formed essentially as a pipeline with at least one controllable inlet opening and at least one controllable outlet opening, which is advantageously downstream of the disorganization, via the at least one controllable inlet opening biomass, water and / or at least a catalyst is supplied, the temperature and / or pressure conditions are controlled in the pressure vessel such that the product supplied to the pressure vessel from biomass, their disorganization products (disorganized biomass), water and catalyst is transported through the pipeline, wherein biomass, respectively their Disorganisationsprodukte, Water and catalyst react with each other, and at least one reaction product of the contents is removed via the at least one controllable outlet opening. The embodiment according to the invention advantageously realizes a continuous process control. The inventive design of the pressure vessel through a pipeline quasi infinitely many cascaded one behind the other and realized interconnected pressure vessel realized, parts of which include at least one solid catalyst. For coal production, this is advantageously a tube piece filled with an acidic mineral (pH <4), eg fractured quartz, the catalyst structure advantageously having a pore size of <10 mm, in particular <2 mm. Overall, it is thus advantageously possible to carry out a continuous process, which is particularly advantageous, particularly against the background of an effective and economical industrial use of the hydrothermal carbonization for material production. The process according to the invention advantageously permits a continuous supply of biomass, water and / or at least one catalyst. The supply of biomass, water and / or at least one catalyst for Filling of the first, ultrasonic and / or microwave for disorganization having pressure vessel can be carried out in parallel, so that biomass, water and / or catalyst are fed individually. Accordingly, a separate supply of biomass, a separate supply of water and / or a separate supply of catalyst are provided. Advantageously, the mixing ratio of the components biomass, water and / or at least one catalyst is carried out via a corresponding control system.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in wenigstens einem Bereich der den Druckbehälter bildenden Rohrleitung ein Ultraschall- und/oder Mikrowellensender zur Disorganisation angeordnet. Dies ist in erste Linie der Beginn des Rohrleitungssystems zur Erreichung der für die erfindungsgemäße Herstellung der Kohle bzw. des Öls notwendigen spezifischen Biomasse- und Molekülfragmente.In a particularly advantageous embodiment of the invention, an ultrasonic and / or microwave transmitter is arranged for disorganization in at least one region of the pipeline forming the pressure vessel. This is primarily the beginning of the pipeline system for achieving the specific biomass and molecular fragments necessary for the production of the coal or oil according to the invention.
Vorteilhafterweise werden die Temperatur- und/oder Druckverhältnisse in dem Druckbehälter derart gesteuert, dass dem Druckbehälter zugeführtes Füllgut aus Biomasse, ihren Disorganisationsprodukten, Wasser und Katalysator definiert durch die Rohrleitung transportiert wird. Erfindungsgemäß durchwandert dabei eine Masse-Schicht während des Umwandlungsprozesses den als Rohrleitung ausgebildeten Druckbehälter. Vorteilhafterweise sind dabei zu jedem Zeitpunkt an unterschiedlichen Stellen entlang der Rohrleitung die zum jeweiligen Zeitpunkt des Umwandlungsprozesses entsprechend vorliegenden Zwischenprodukte vorhanden.Advantageously, the temperature and / or pressure conditions in the pressure vessel are controlled such that the product supplied to the pressure vessel from biomass, their Disorganisationsprodukten, water and catalyst defined transported through the pipeline. According to the invention, a mass layer passes through the pressure vessel designed as a pipeline during the conversion process. Advantageously, the intermediate products corresponding to the respective time of the conversion process are present at different points along the pipeline at any time.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Zuführung von Biomasse, respektive ihren Disorganisationsprodukten, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator über wenigstens eine vor der wenigstens einen steuerbaren Einlassöffnung des Druckbehälters angeordnete, wenigstens eine steuerbare Einlassöffnung und wenigstens eine steuerbare Auslassöffnung aufweisende Schleusenkammer, wobei die Schleusenkammer seitens der wenigstens einen steuerbaren Einlassöffnung mit wenigstens einem Vorratsspeicher an Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator und seitens der wenigstens einen steuerbaren Auslassöffnung mit der wenigstens einen steuerbaren Einlassöffnung des Druckbehälters verbindbar ist. Vorteilhafterweise erfolgt der Transport von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator aus der Schleusenkammer in den Druckbehälter durch Druckbeaufschlagung.In a further advantageous embodiment of the invention, the supply of biomass, respectively their Disorganisationsprodukten, water and / or at least one catalyst via at least one arranged before the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel, at least one controllable inlet opening and at least one controllable outlet opening having lock chamber takes place the lock chamber is connectable on the part of the at least one controllable inlet opening with at least one storage reservoir of biomass, water and / or at least one catalyst and on the part of the at least one controllable outlet opening with the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel. Advantageously, the transport of biomass, water and / or takes place at least one catalyst from the lock chamber into the pressure vessel by pressurization.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Zuführung von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator über eine vor der wenigstens einen steuerbaren Einlassöffnung des Druckbehälters angeordnete Kolben-Presseinrichtung erfolgt, wobei die Kolben-Presseinrichtung eine Kammer mit wenigstens einer Einlassöffnung, wenigstens einer steuerbaren Auslassöffnung und einem in der Kammer bewegbaren Kolben zum Pressen von in der Kammer befindlichem Gut aufweist. Vorteilhafterweise erfolgt der Transport von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator aus der Kammer in den Druckbehälter durch mittels des Kolbens aufgebauter Druckbeaufschlagung.A further advantageous embodiment of the invention provides that the supply of biomass, water and / or at least one catalyst takes place via a piston-pressing device arranged in front of the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel, wherein the piston-pressing device has a chamber with at least one inlet opening, at least one controllable outlet opening and a movable piston in the chamber for pressing befindlichem in the chamber Good. Advantageously, the transport of biomass, water and / or at least one catalyst from the chamber into the pressure vessel is carried out by means of the piston pressurization.
Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung erfolgt die Zuführung von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator vorteilhafterweise über eine vor der wenigstens einen steuerbaren Einlassöffnung des Druckbehälters angeordnete Excenterschneckenpumpe mit Druckregelung.According to another proposal of the invention, the supply of biomass, water and / or at least one catalyst advantageously takes place via an eccentric screw pump with pressure regulation arranged in front of the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel.
Vorteilhafterweise wird der Transport von sich in dem Druckbehälter befindlichem Füllgut, insbesondere bei der Kohleherstellung bestehend aus landgebundener Biomasse oder aus Makroalgen, unterstützt durch eine vorzugsweise in der Rohrleitung des Druckbehälters angeordnete steuerbare Fördereinrichtung, besonders bevorzugt in Form einer steuerbaren Förderschnecke. Das Fördervolumen der Fördereinrichtung ist voreilhafterweise steuerbar, vorzugsweise über eine Regeleinrichtung. In einer konkreten Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich die Förderschnecke im wesentlichen über die gesamte Länge der Rohrleitung des Druckbehälters und ist im wesentlichen bündig an den Innenquerschnitt der Rohrleitung des Druckbehälters angepasst.Advantageously, the transport of contents located in the pressure vessel, in particular in coal production consisting of land-bound biomass or macroalgae, supported by a preferably arranged in the pipeline of the pressure vessel controllable conveyor, particularly preferably in the form of a controllable screw conveyor. The delivery volume of the conveyor can be controlled in advance, preferably via a control device. In a specific embodiment of the invention, the screw conveyor extends substantially over the entire length of the pipeline of the pressure vessel and is adapted substantially flush with the inner cross section of the pipeline of the pressure vessel.
Bei der Herstellung von Öl und/oder der Herstellung von Kohleprodukten mit Partikelgrößen im Mikro- und/oder Nanometerbereich, basierend auf den Disorganisationsprodukten der Biomasse gemäß der erfindungsgemäßen Disorganisation, ist das Reaktionsrohr vorzugsweise in Form von Mikroreaktoren und/oder Rohren mit Durchmessern von etwa ≤ 50 mm, vorzugsweise von etwa < 20 mm, vorzugsweise in kaskadierter Anordnung auszulegen, womit den einzelnen Syntheseschritten entsprechende unterschiedliche Temperaturen und Drücke eingesetzt werden können.In the production of oil and / or the production of coal products with particle sizes in the micron and / or nanometer range, based on the disorganization products of the biomass according to the disorganization according to the invention, the reaction tube is preferably in the form of microreactors and / or tubes with diameters of about ≤ 50 mm, preferably of about <20 mm, preferably in a cascaded arrangement interpreted, so that the individual synthesis steps corresponding different temperatures and pressures can be used.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Temperatur- und/oder Druckverhältnisse in dem Druckbehälter über die wenigstens eine steuerbare Einlassöffnung und/oder die wenigstens eine steuerbare Auslassöffnung gesteuert werden, vorzugsweise über wenigstens eine Regeleinrichtung.A further advantageous embodiment of the invention provides that the temperature and / or pressure conditions in the pressure vessel are controlled via the at least one controllable inlet opening and / or the at least one controllable outlet opening, preferably via at least one control device.
Vorteilhafterweise wird der Druckbehälter beheizt. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Rohrleitung des Druckbehälters zumindest teilweise in einem mit wenigstens einem Wärmeübertragungsmedium, vorzugsweise Öl, füllbaren Behältnis angeordnet und wird die Beheizung des Druckbehälters über die Temperatur des wenigstens einen Wärmeübertragungsmediums in dem Behältnis gesteuert. Ferner wird so im Rahmen des Prozessablaufs an den jeweiligen Stellen in der Rohrleitung entstehende Wärmeenergie (Reaktorwärme) unmittelbar abgeführt und so Bereichen zugeführt, an denen der Umwandlungsprozess bereits stattgefunden hat beziehungsweise weiter vorangeschritten ist. Voreilhafterweise wird so insbesondere eine Überhitzung einzelner Prozessabschnitte verhindert.Advantageously, the pressure vessel is heated. In a preferred embodiment of the invention, the pipeline of the pressure vessel is at least partially disposed in a container which can be filled with at least one heat transfer medium, preferably oil, and the heating of the pressure vessel is controlled via the temperature of the at least one heat transfer medium in the vessel. Furthermore, as part of the process flow at the respective points in the pipeline resulting heat energy (reactor heat) is dissipated directly and thus supplied to areas where the conversion process has already taken place or has progressed further. Advantageously, in particular an overheating of individual process sections is prevented.
Vorteilhafterweise werden die Druckbehälter in Form kaskadierter Mikroreaktionsbehälter mittels Thermoöl betriebener Wärmetauscher, Induktionsheizung und/oder Mikrowelle beheizt. Auf diese Weise wird sicher gestellt, dass nur die für den jeweiligen Reaktionsschritt erforderliche Energie zugeführt wird, eine Überhitzung verhindert wird und der notwendige Temperaturgradient erreicht wird.Advantageously, the pressure vessels are heated in the form of cascaded microreaction tanks by means of heat oil operated heat exchanger, induction heating and / or microwave. In this way it is ensured that only the energy required for the respective reaction step is supplied, overheating is prevented and the necessary temperature gradient is achieved.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung zur Herstellung von Kohleprodukten ist gekennzeichnet durch Verwendung eines Eindickmittels, vorzugsweise Speisestärke wie Getreide- und/oder Kartoffelstärke, für das Füllgut aus Biomasse, Wasser und wenigstens einem Katalysator. In Abhängigkeit von Art und Ausgestaltung der Biomasse können Teile beziehungsweise Partikel der Biomasse in dem Wasser im Druckbehälter schwimmen und/oder sich im Druckbehälter ablagern. So sinken beispielsweise als Biomasse verwendetes Getreide und/oder getreideähnliche Produkte beziehungsweise deren Bestandteile aufgrund ihres spezifischen Gewichts in dem Druckbehälter ab, was mitunter zu Verstopfungen im Druckbehälter führt. Als Biomasse verwendetes Laub und/oder laubähnliche Produkte beziehungsweise deren Bestandteile schwimmt in dem Druckbehälter auf, was mitunter ebenfalls zu Verstopfungen im Druckbehälter führt. Durch die erfindungsgemäße Verwendung eines Eindickmittels sind diese Problematiken des Absinkens und/oder Aufschwimmens von Biomasseteilchen umgehbar und damit beseitigbar. Vorteilhafterweise wird das Eindickmittel in Mengen zugegeben, die bewirken, dass eine im wesentlichen zähflüssige Konsistenz erzielt wird. Vorteilhafterweise wird das Eindickmittel zunächst dem Wasser und/oder dem Katalysator zugegeben. Anschließend wird dieses zähflüssige Wasser-Katalysatorgemisch der Biomasse zugegeben.A particularly advantageous embodiment of the invention for the production of coal products is characterized by using a thickener, preferably corn starch such as cereal and / or potato starch, for the contents of biomass, water and at least one catalyst. Depending on the nature and configuration of the biomass, parts or particles of the biomass can float in the water in the pressure vessel and / or deposit in the pressure vessel. Thus, for example, cereals and / or cereal-like products or their constituents used as biomass fall due to their specific weight in the pressure vessel, which sometimes increases Blockages in the pressure vessel leads. As biomass used foliage and / or foliage-like products or their components floats in the pressure vessel, which sometimes also leads to blockages in the pressure vessel. By using a thickening agent according to the invention, these problems of sinking and / or floating of biomass particles can be bypassed and thus eliminated. Advantageously, the thickener is added in amounts effective to provide a substantially viscous consistency. Advantageously, the thickening agent is first added to the water and / or the catalyst. Subsequently, this viscous water-catalyst mixture is added to the biomass.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Entnahme des wenigstens einen Reaktionsprodukts des Füllguts über eine nach der wenigstens einen steuerbaren Auslassöffnung des Druckbehälters angeordnete Trenneinrichtung, vorzugsweise durch Filterung.In a further advantageous embodiment of the invention, the removal of the at least one reaction product of the filling material takes place via a separating device arranged downstream of the at least one controllable outlet opening of the pressure vessel, preferably by filtering.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsprodukt vor und/oder nach der Entnahme gepresst wird.A further advantageous embodiment of the invention is characterized in that the reaction product is pressed before and / or after removal.
Eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Zuführung von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator, die Temperatur- und/oder Druckverhältnisse in dem Druckbehälter, der Transport des Füllguts durch den Druckbehälter und/oder die Entnahme des wenigstens einen Reaktionsprodukts des Füllguts aus dem Druckbehälter über eine Regelung erfolgt. Erfindungsgemäß ist so insbesondere der Bedien- und Personalaufwand im Rahmen der Prozessführung weiter reduzierbar. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vorteilhafterweise eine vollautomatische Prozessführung vor.Another particularly advantageous embodiment of the invention provides that the supply of biomass, water and / or at least one catalyst, the temperature and / or pressure conditions in the pressure vessel, the transport of the contents through the pressure vessel and / or the removal of the at least one Reaction product of the filling material from the pressure vessel via a control. According to the invention, in particular the operating and personnel expenses in the course of the process control can be further reduced. A further embodiment of the invention advantageously provides for fully automatic process control.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Temperatur im Druckbehälter zumindest über die zeitliche Dauer des Transports des Füllguts durch den Druckbehälter in einem Bereich zwischen etwa 140,00 Grad Celsius bis etwa 350,00 Grad Celsius, bei der Herstellung von Kohleprodukten vorzugsweise zwischen etwa 180,00 Grad Celsius bis etwa 240,00 Grad Celsius, bei der Ölherstellung in einem Bereich zwischen etwa 250 Grad Celsius und etwa 450 Grad Celsius, vorzugsweise zwischen etwa 250 Grad Celsius und etwa 320 Grad Celsius gehalten wird. Zur technischen Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird eine Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse, wobei Biomasse mit Wasser und wenigstens einem Katalysator in einem Druckbehälter durch Temperatur- und/oder Druckerhöhung in Stoffe wie Kohle, Öl und/oder dergleichen artverwandte Stoffe umgewandelt wird, vorgeschlagen, welche gekennzeichnet ist durch wenigstens eine Einrichtung zur Disorganisation von Biomasse, welche in strömungstechnischer Verbindung vor und/oder in dem Druckbehälter angeordnet ist.A further advantageous embodiment of the invention provides that the temperature in the pressure vessel at least over the period of time of transport of the contents through the pressure vessel in a range between about 140.00 degrees Celsius to about 350.00 degrees Celsius, in the production of coal products preferably between about 180.00 degrees Celsius to about 240.00 degrees Celsius, wherein oil production is maintained in a range between about 250 degrees Celsius and about 450 degrees Celsius, preferably between about 250 degrees Celsius and about 320 degrees Celsius. For the technical solution of the above-mentioned object, a device for the hydrothermal carbonization of biomass, wherein biomass is converted with water and at least one catalyst in a pressure vessel by increasing the temperature and / or pressure in substances such as coal, oil and / or the like related substances proposed , which is characterized by at least one device for disorganization of biomass, which is arranged in fluid communication before and / or in the pressure vessel.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Disorganisationseinrichtung wenigstens einen Ultraschallsender, wenigstens einen Mikrowellensender und/oder wenigstens einen Mikrowellendurchflussreaktor aufweist.An advantageous embodiment of the invention provides that the disorganizing device has at least one ultrasonic transmitter, at least one microwave transmitter and / or at least one microwave flow reactor.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Druckbehälter aus wenigstens einer Rohrleitung mit wenigstens einer steuerbaren Einlassöffnung und wenigstens einer steuerbaren Auslassöffnung ausgebildet. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung zwischen der wenigstens einen Einlassöffnung und der wenigstens einen Auslassöffnung wenigstens eine Biegung aufweist, vorzugsweise wenigstens eine im wesentlichen U-förmige Biegung.In a further advantageous embodiment of the invention, the pressure vessel is formed from at least one pipeline with at least one controllable inlet opening and at least one controllable outlet opening. A particularly advantageous embodiment of the invention is characterized in that the pipeline between the at least one inlet opening and the at least one outlet opening has at least one bend, preferably at least one substantially U-shaped bend.
Vorteilhafterweise ist die wenigstens eine Rohrleitung des Druckbehälters zumindest teilweise in einem mit wenigstens einem Wärmeübertragungsmedium, vorzugsweise Öl, füllbaren Behältnis angeordnet.Advantageously, the at least one pipeline of the pressure vessel is arranged at least partially in a container which can be filled with at least one heat transfer medium, preferably oil.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist gekennzeichnet durch wenigstens eine steuerbare Heizeinrichtung zur Regelung der Temperatur in dem Druckbehälter.A further advantageous embodiment of the invention is characterized by at least one controllable heating device for controlling the temperature in the pressure vessel.
Vorteilhafterweise ist die Temperatur des Wärmeübertragungsmediums in dem Behältnis über die Heizeinrichtung steuerbar.Advantageously, the temperature of the heat transfer medium in the container via the heater is controllable.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist vorteilhafterweise gekennzeichnet durch wenigstens eine vor der wenigstens einen steuerbaren Einlassöffnung des Druckbehälters angeordnete Schleusenkammer zur Zuführung von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator durch die wenigstens eine steuerbare Einlassöffnung des Druckbehälters, aufweisend wenigstens eine steuerbare Einlassöffnung und wenigstens eine steuerbare Auslassöffnung. Die Schleusenkammer ist vorteilhafterweise seitens der wenigstens einen steuerbaren Einlassöffnung mit wenigstens einem Vorratsspeicher an Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator und seitens der wenigstens einen steuerbaren Auslassöffnung mit der wenigstens einen steuerbaren Einlassöffnung des Druckbehälters verbindbar. Eine konkrete Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die steuerbare Einlassöffnung des Druckbehälters die steuerbare Auslassöffnung der Schleusenkammer bildet. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist gekennzeichnet durch wenigstens eine Pumpe zur steuerbaren und/oder regelbaren Druckbeaufschlagung der Schleusenkammer.A further embodiment of the invention is advantageously characterized by at least one lock chamber arranged in front of the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel for supplying biomass, Water and / or at least one catalyst through the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel, comprising at least one controllable inlet opening and at least one controllable outlet opening. The lock chamber is advantageously connectable on the part of the at least one controllable inlet opening with at least one storage reservoir of biomass, water and / or at least one catalyst and on the part of the at least one controllable outlet opening with the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel. A concrete embodiment of the invention provides that the controllable inlet opening of the pressure vessel forms the controllable outlet opening of the lock chamber. A further embodiment of the invention is characterized by at least one pump for controllable and / or controllable pressurization of the lock chamber.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine vor der wenigstens einen steuerbaren Einlassöffnung des Druckbehälters angeordnete Kolben-Presseinrichtung zur Zuführung von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator durch die wenigstens eine steuerbare Einlassöffnung des Druckbehälters, aufweisend eine Kammer mit wenigstens einer Einlassöffnung, wenigstens einer steuerbaren Auslassöffnung und einem in der Kammer bewegbaren Kolben zum Pressen von in der Kammer befindlichem Gut.A further advantageous embodiment of the invention is characterized by a prior to the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel arranged piston-pressing device for supplying biomass, water and / or at least one catalyst through the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel, comprising a chamber with at least one inlet opening , at least one controllable outlet opening and a piston movable in the chamber for pressing material located in the chamber.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine vor der wenigstens einen steuerbaren Einlassöffnung des Druckbehälters angeordnete Excenterschneckenpumpe mit Druckregelung zur Zuführung von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator durch die wenigstens eine steuerbare Einlassöffnung des Druckbehälters.A further advantageous embodiment of the invention is characterized by an eccentric screw pump with pressure regulation arranged in front of the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel for supplying biomass, water and / or at least one catalyst through the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine vorzugsweise in der Rohrleitung des Druckbehälters angeordnete steuerbare Fördereinrichtung, vorzugsweise in Form einer steuerbaren Förderschnecke, zur Unterstützung des Transports von sich in dem Druckbehälter befindlichem Füllgut. Vorteilhafterweise ist das Fördervolumen der Fördereinrichtung steuerbar, vorzugsweise über eine Regeleinrichtung. Ein weiterer Vorschlag der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sich die Förderschnecke im wesentlichen über die gesamte Länge der Rohrleitung des Druckbehälters erstreckt und im wesentlichen bündig an den Innenquerschnitt der Rohrleitung des Druckbehälters angepasst ist. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine vorzugsweise steuerbare Einrichtung zum Beheizen des Druckbehälters.A further advantageous embodiment of the invention is characterized by a preferably arranged in the pipeline of the pressure vessel controllable conveyor, preferably in the form of a controllable screw conveyor, to support the transport of befindlichem in the pressure vessel Füllgut. Advantageously, the delivery volume of the conveyor is controllable, preferably via a control device. Another proposal of the invention is characterized in that the conveyor screw extends substantially over the entire length of the pipeline of the pressure vessel and is adapted substantially flush with the inner cross section of the pipeline of the pressure vessel. A further advantageous embodiment of the invention is characterized by a preferably controllable device for heating the pressure vessel.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist gekennzeichnet durch wenigstens eine Regeleinrichtung zur zumindest teilautomatischen Steuerung der Temperatur- und/oder Druckverhältnisse in dem Druckbehälter über die wenigstens eine steuerbare Einlassöffnung und/oder die wenigstens eine steuerbare Auslassöffnung.A further advantageous embodiment of the invention is characterized by at least one control device for at least partially automatic control of the temperature and / or pressure conditions in the pressure vessel via the at least one controllable inlet opening and / or the at least one controllable outlet opening.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist gekennzeichnet durch wenigstens eine nach der wenigstens einen steuerbaren Auslassöffnung des Druckbehälters angeordnete Trenneinrichtung, vorzugsweise Filtereinrichtung, über welche die Entnahme des wenigstens einen Reaktionsprodukts des Füllguts erfolgt.A further advantageous embodiment of the invention is characterized by at least one separating device arranged downstream of the at least one controllable outlet opening of the pressure vessel, preferably a filter device, via which the removal of the at least one reaction product of the filling material takes place.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist gekennzeichnet durch wenigstens eine Regeleinrichtung zur zumindest teilautomatischen Steuerung der Zuführung von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator, der Temperatur- und/oder Druckverhältnisse in dem Druckbehälter, des Transports des Füllguts durch den Druckbehälter und/oder der Entnahme des wenigstens einen Reaktionsprodukts des Füllguts aus dem Druckbehälter.A further advantageous embodiment of the invention is characterized by at least one control device for at least partially automatic control of the supply of biomass, water and / or at least one catalyst, the temperature and / or pressure conditions in the pressure vessel, the transport of the contents through the pressure vessel and / or the removal of the at least one reaction product of the filling material from the pressure vessel.
In einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung ausgebildet und/oder eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren zumindest teilweise auszuführen.In a further, particularly advantageous embodiment of the invention, the device according to the invention is designed and / or set up to carry out a method according to the invention at least partially.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen:Further details, features and advantages of the invention will be explained in more detail with reference to the embodiments of the invention shown in the figures of the drawing. Showing:
Fig. 1 in einer schematischen Prinzipdarstellung ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse in einem diskontinuierlichen Betrieb gemäß dem Stand der Technik; Fig. 2a in einer schematischen Prinzipdarstellung ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse in einem kontinuierlichen Betrieb;1 is a schematic diagram of an embodiment of a device for the hydrothermal carbonization of biomass in a discontinuous operation according to the prior art; FIG. 2 a shows a schematic illustration of an embodiment of an apparatus according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass in a continuous operation; FIG.
Fig. 2b in einer schematischen Prinzipdarstellung ein weiteresFig. 2b in a schematic diagram of another
Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse in einem kontinuierlichen Betrieb;Embodiment of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass in a continuous operation;
Fig. 3 in einer geschnittenen Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Druckbehälter zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse in einem kontinuierlichen Betrieb nach Fig. 2a;3 shows a sectional side view of an exemplary embodiment of a pressure vessel according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass in a continuous operation according to FIG. 2a;
Fig. 4 in einer schematischen Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Druckbehälter zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse in einem kontinuierlichen Betrieb nach Fig. 2b;4 shows a schematic side view of an exemplary embodiment of a pressure vessel according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass in a continuous operation according to FIG. 2b;
Fig. 5a - 5c in einer schematischen Prinzipdarstellung ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Befüllung des Druckbehälters einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse in einem kontinuierlichen Betrieb über eine Schleusenkammer;5a-5c show a schematic illustration of an embodiment of an inventive filling of the pressure vessel of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass in a continuous operation via a lock chamber.
Fig. 6 in einer schematischen Prinzipdarstellung ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Befüllung des Druckbehälters einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse in einem kontinuierlichen Betrieb über eine Excenterschneckenpumpe;6 is a schematic diagram of an exemplary embodiment of an inventive filling of the pressure vessel of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass in a continuous operation via an eccentric screw pump;
Fig. 7 in einer schematischen Prinzipdarstellung ein Ausführungsbeispiel für eine einen Teil einer erfindungsgemäßen Regelung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse in einem kontinuierlichen Betrieb; Fig. 8 in einer schematischen Prinzipdarstellung ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse in einem kontinuierlichen Betrieb mit einer Befüllung über eine Kolben-Presseinrichtung;7 is a schematic diagram of an exemplary embodiment of a part of a regulation according to the invention of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass in a continuous operation; FIG. 8 is a schematic diagram of an embodiment of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass in a continuous operation with a filling via a piston-pressing device; FIG.
Fig. 9 in einer schematischen Prinzipdarstellung ein weiteresFig. 9 in a schematic schematic diagram of another
Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse in einem kontinuierlichen Betrieb mit einer Befüllung über eine Kolben- Presseinrichtung;Embodiment of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass in a continuous operation with a filling via a piston-pressing device;
Fig. 10 in einer schematischen Prinzipdarstellung ein weiteresFig. 10 in a schematic schematic diagram of another
Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse in einem kontinuierlichen Betrieb nach Fig. 8;Embodiment of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass in a continuous operation of Fig. 8;
Fig. 11 in einer schematischen Prinzipdarstellung ein weiteresFig. 11 in a schematic schematic diagram of another
Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse in einem kontinuierlichen Betrieb nach Fig. 8;Embodiment of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass in a continuous operation of Fig. 8;
Fig. 12 in einer schematischen Querschnittsansicht ein weiteresFig. 12 in a schematic cross-sectional view another
Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Druckbehälter einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse in einem kontinuierlichen Betrieb;Embodiment of a pressure vessel according to the invention of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass in a continuous operation;
Fig. 13 in einer schematischen Seitenansicht ein weiteresFig. 13 in a schematic side view another
Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Druckbehälter einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse;Exemplary embodiment of a pressure vessel according to the invention of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass;
Fig. 14a in einer schematischen Seitenansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Druckbehälter einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse; Fig. 14b eine Ansicht der Stirnseite des Bodens des Druckbehälters nach Fig. 14a;14a shows a schematic side view of a further exemplary embodiment of a pressure vessel according to the invention of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass; Fig. 14b is a view of the end face of the bottom of the pressure vessel of Fig. 14a;
Fig. 15 in einer schematischen Seitenansicht ein weiteresFig. 15 in a schematic side view another
Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Druckbehälter einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse;Exemplary embodiment of a pressure vessel according to the invention of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass;
Fig. 16a in einer schematischen Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel für einen Sonderflansch eines erfindungsgemäßen Druckbehälter einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse;16a shows a schematic side view of an exemplary embodiment of a special flange of a pressure vessel according to the invention of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass;
Fig. 16b eine Ansicht der Stirnseite des Sonderflansches Druckbehälters nach Fig. 16a;Fig. 16b is a view of the end face of the special flange pressure vessel of Fig. 16a;
Fig. 17 in einer schematischen Prinzipdarstellung ein weiteresFig. 17 in a schematic schematic diagram of another
Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse;Embodiment of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass;
Fig. 18a in einer schematischen Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Fördereinrichtung in einem erfindungsgemäßen Druckbehälter einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse;18a shows a schematic side view of an exemplary embodiment of a conveying device according to the invention in a pressure vessel according to the invention of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass;
Fig. 18b eine Ansicht einer Stirnseite der Fördereinrichtung nach Fig. 18a;FIG. 18b shows a view of an end face of the conveyor device according to FIG. 18a; FIG.
Fig. 19a in einer schematischen Prinzipdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse;FIG. 19a shows a schematic illustration of another embodiment of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass; FIG.
Fig. 19b in einer schematischen Seitenansicht den Außenbehälter der Vorrichtung nach Fig. 19a;FIG. 19b shows a schematic side view of the outer container of the device according to FIG. 19a; FIG.
Fig. 19c einer schematische Stirnseitenansicht des Außenbehälters nach Fig. 19b und Fig. 19d in einer schematischen Seitenansicht den Druckbehälter der Vorrichtung nach Fig. 19a.Fig. 19c is a schematic end view of the outer container of Fig. 19b and 19d shows a schematic side view of the pressure vessel of the device according to FIG. 19a.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse in einem diskontinuierlichen Betrieb gemäß dem Stand der Technik. Dabei wird ein aus Biomasse mit Wasser und wenigstens einem Katalysator bestehendes Füllgut 1 in einen ersten Druckbehälter 2 (Startbehälter) gefüllt und der Druckbehälter 2 dann druckdicht verschlossen. Anschließend wird unter Temperatur- und Druckerhöhung in dem Druckbehälter 2 die Umwandlung beziehungsweise Umsetzung der Biomasse durchgeführt. Dabei wird der Druckbehälter auf einer Temperatur von etwa 180 Grad Celsius bis etwa 200 Grad Celsius gehalten. Die zeitliche Dauer dieses exotherm ablaufenden Umwandlungsprozesses beträgt vorliegend etwa zwölf Stunden. Anschließend wird der Druckbehälter 2 geöffnet und das Umwandlungsprodukt dem Druckbehälter 2 entnommen. Die Entnahme erfolgt vorliegend über ein Absperrorgan 3 in einen Druckbehälter 4 (Folgebehälter 1 ). An den Druckbehälter 4 schließen sich entsprechend kaskadiert über Absperrorgane 5 beziehungsweise 7 weitere Druckbehälter 6 beziehungsweise 8 (Folgebehälter 2 bis Folgebehälter n) an. Dem sich am Ende der Kaskade befindenden Druckbehälter 8 wird das Reaktionsprodukt 10, vorliegend insbesondere in Form von Kohleschlamm, schließlich über ein Absperrorgan 9 entnommen. Das entnommene Reaktionsprodukt wird dabei vorliegend zur Nutzung der Reaktionswärme über ein eine Pumpe 11 aufweisendes Heizrohrleitungssystem dem ersten Druckbehälter 2 (Startbehälter) zugeführt. Insgesamt sind der maschinen- und/oder anlagentechnische Aufwand als auch der Bedien- und Personalaufwand bei einer solchen diskontinuierlichen Prozessführung erheblich, insbesondere angesichts der zahlreichen Druckbehälter, Absperrorgane und/oder Pumpen, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten und Reihenfolgen geöffnet beziehungsweise verschlossen werden müssen, wobei auch noch die jeweiligen Temperatur- und/oder Druckverhältnisse berücksichtigt und eingestellt werden müssen.1 shows a device for the hydrothermal carbonization of biomass in a discontinuous operation according to the prior art. In this case, an existing from biomass with water and at least one catalyst product 1 is filled in a first pressure vessel 2 (start container) and the pressure vessel 2 then sealed pressure-tight. Subsequently, with the increase in temperature and pressure in the pressure vessel 2, the conversion or conversion of the biomass is carried out. The pressure vessel is maintained at a temperature of about 180 degrees Celsius to about 200 degrees Celsius. The duration of this exothermic conversion process in the present case is about twelve hours. Subsequently, the pressure vessel 2 is opened and the conversion product taken from the pressure vessel 2. The removal takes place in the present case via a shut-off device 3 in a pressure vessel 4 (follow container 1). Connected to the pressure vessel 4 in a correspondingly cascaded manner via shut-off elements 5 and 7, respectively, are further pressure vessels 6 or 8 (follow-up containers 2 to follow-up containers n). At the end of the cascade located pressure vessel 8, the reaction product 10, in this case in particular in the form of coal sludge, finally taken over a shut-9. In the present case, the withdrawn reaction product is fed to the first pressure vessel 2 (start tank) via a heating pipe system having a pump 11 to utilize the heat of reaction. Overall, the machinery and / or plant technical effort and the operating and personnel costs in such a discontinuous process management are significant, especially in view of the numerous pressure vessels, shut-off valves and / or pumps that need to be opened or closed at different times and orders, including still the respective temperature and / or pressure conditions must be considered and adjusted.
Fig. 2a und Fig. 2b zeigen jeweils ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse in einem kontinuierlichen Betrieb. Dabei wird ein aus Biomasse mit Wasser und wenigstens einem Katalysator bestehendes Füllgut 12 in einem aus einer Rohrleitung mit wenigstens einer steuerbaren Einlassöffnung und wenigstens einer steuerbaren Auslassöffnung ausgebildeten Druckbehälter 13 beziehungsweise 13' durch Temperatur- und/oder Druckerhöhung in Stoffe 16 wie Kohle, Öl und/oder dergleichen artverwandte Stoffe umgewandelt. Seitens der steuerbaren Einlassöffnung ist vorliegend ein steuerbares Absperrorgan 14 angeordnet. Seitens der steuerbaren Auslassöffnung ist vorliegend ein steuerbares Absperrorgan 15 angeordnet. Bei dem in Fig. 2a dargestellten Ausführungsbeispiel ist die den Druckbehälter 13 bildende Rohleitung gerade ausgebildet. Bei dem in Fig. 2b dargestellten Ausführungsbeispiel weist die den Druckbehälter 13' bildende Rohleitung zwischen dem Absperrorgan 14 der Einlassöffnung und dem Absperrorgan 15 der Auslassöffnung vorliegend zwei im wesentlichen U-förmige Biegungen auf.FIGS. 2 a and 2b each show an exemplary embodiment of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass in a continuous operation. In this case, a filling material 12 consisting of biomass with water and at least one catalyst is formed in a pressure vessel 13 formed by a pipeline with at least one controllable inlet opening and at least one controllable outlet opening or 13 'converted by temperature and / or pressure increase in substances 16 such as coal, oil and / or the like related substances. In the present case, a controllable shut-off device 14 is arranged on the side of the controllable inlet opening. In the present case, a controllable shut-off device 15 is arranged on the side of the controllable outlet opening. In the embodiment shown in Fig. 2a, the pressure vessel 13 forming the raw pipe is formed straight. In the embodiment shown in Fig. 2b, the pressure vessel 13 'forming the pipe between the obturator 14 of the inlet opening and the obturator 15 of the outlet opening in the present case two substantially U-shaped bends.
Im Betrieb wird der den Druckbehälter 13 beziehungsweise 13' bildenden Rohrleitung über das steuerbare Absperrorgan 14 der Einlassöffnung des Druckbehälters 13 das aus Biomasse, Wasser und/oder wenigstens ein Katalysator bestehende Füllgut 12 zugeführt und anschließend der Druckbehälter 13 beziehungsweise 13' druckdicht verschlossen. Dann werden die Temperatur und der Druck in dem Druckbehälter 13 beziehungsweise 13' erhöht. Die Temperatur- und/oder Druckverhältnisse in dem Druckbehälter 13 beziehungsweise 13' werden dabei derart gesteuert, dass dem Druckbehälter 13 beziehungsweise 13' zugeführtes Füllgut 12 selbstständig und vorzugsweise definiert durch die Rohrleitung transportiert wird. Dabei reagieren Biomasse, Wasser und Katalysator des Füllguts in der Rohrleitung miteinander. Erfindungsgemäß durchwandert dabei eine Masse-Schicht während des Umwandlungsprozesses den als Rohrleitung ausgebildeten Druckbehälter. Die Länge der Rohrleitung bestimmt in Verbindung mit der Füllmenge - und damit mit der Größe beziehungsweise dem Durchmesser der Rohrleitung - maßgeblich die zeitliche Dauer der Prozessführung. Über das steuerbare Absperrorgan 15 der Auslassöffnung des Druckbehälters 13 beziehungsweise 13' wird das Reaktionsprodukt 16, vorliegend insbesondere in Form von Kohleschlamm und /oder Öl-ähnlichen Produkten, schließlich zur weiteren Verarbeitung und/oder Nutzung durch öffnen des Absperrorgans 15 entnommen. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung erlaubt dabei vorteilhafterweise einen kontinuierlichen Betrieb, wobei über die steuerbare Einlassöffnung dem Druckbehälter 13 beziehungsweise 13' kontinuierlich, das heißt vorliegend mitunter auch in Intervallen, Füllgut 12 zugeführt wird und über die die steuerbare Auslassöffnung des Druckbehälter 13 beziehungsweise 13' kontinuierlich, das heißt vorliegend mitunter auch in Intervallen, das Reaktionsprodukt 16 entnommen wird. Der in Fig. 3 in einer geschnittenen Seitenansicht dargestellte erfindungsgemäße Druckbehälter 17 zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse in einem kontinuierlichen Betrieb nach Fig. 2a ist aus zwei geraden, unterschiedliche Durchmesser aufweisenden und im wesentlichen koaxial zueinander angeordnet verlaufenden Rohrleitungen 18 und 19 ausgebildet, einem Innenrohr 18 und einem Außenrohr 19. An den freien Enden der das innere Rohr (Innenrohr 18) bildenden Rohrleitung 18 sind Flansche 20 und 21 angeschweißt. Die Flansche 20 und 21 dienen zur Aufnahmen beziehungsweise zum Anschluss von steuerbaren Absperrorganen für die Einlassöffnung beziehungsweise die Auslassöffnung des Druckbehälters 17. Im Bereich des in Fig. 3 rechts gelegenen Endes der Rohrleitung 18 ist diese über einen Kompensator 22 mit dem Flansch 21 verschweißt. In dem Raum zwischen der inneren Rohrleitung 18 und der äußeren Rohrleitung 19 sind vorliegend über die Länge der Rohrleitungen 18 beziehungsweise 19 verteilt und beabstandet voneinander ringscheibenförmig ausgebildete Stabilisierungsrippen 23 angeordnet. Die Stabilisierungsrippen 23 verhindern insbesondere Beschädigungen und/oder Verbiegungen der äußeren Rohrleitung 19, welche aufgrund des Gewichts des Druckbehälters 17, insbesondere im gefüllten Zustand und im Betrieb, durch die Stützbeziehungsweise Aufstelllager 24 des Druckbehälter 17 verursacht werden könnten.In operation, the pressure vessel 13 or 13 'forming pipeline via the controllable obturator 14 of the inlet opening of the pressure vessel 13, the existing biomass, water and / or at least one catalyst 12 is supplied and then the pressure vessel 13 or 13' sealed pressure-tight. Then, the temperature and the pressure in the pressure vessel 13 and 13 'are increased. The temperature and / or pressure conditions in the pressure vessel 13 or 13 'are controlled such that the pressure vessel 13 or 13' supplied product 12 is transported independently and preferably defined through the pipeline. The biomass, water and catalyst of the product in the pipeline react with each other. According to the invention, a mass layer passes through the pressure vessel designed as a pipeline during the conversion process. The length of the pipeline, in conjunction with the filling quantity - and thus with the size or the diameter of the pipeline - determines the duration of the process. Via the controllable obturator 15 of the outlet opening of the pressure vessel 13 or 13 ', the reaction product 16, in this case in particular in the form of coal sludge and / or oil-like products, finally for further processing and / or use by opening the obturator 15 is removed. The embodiment according to the invention advantageously allows a continuous operation, wherein via the controllable inlet opening the pressure vessel 13 or 13 'continuously, that is present sometimes at intervals, contents 12 is supplied and via the controllable outlet opening of the pressure vessel 13 or 13' continuously, the In the present case, sometimes also at intervals, the reaction product 16 is taken. The illustrated in Fig. 3 in a sectional side view of the invention illustrated pressure vessel 17 for hydrothermal carbonization of biomass in a continuous operation of Fig. 2a is formed of two straight, different diameter and substantially coaxially arranged extending pipes 18 and 19, an inner tube 18th and an outer tube 19. At the free ends of the inner tube (inner tube 18) forming the pipe 18, flanges 20 and 21 are welded. The flanges 20 and 21 are used for receiving or connecting controllable shut-off valves for the inlet opening or the outlet opening of the pressure vessel 17. In the region of the right in Fig. 3 end of the pipe 18, this is welded via a compensator 22 to the flange 21. In the space between the inner pipe 18 and the outer pipe 19 are present distributed over the length of the pipes 18 and 19 and spaced apart from each other ring-shaped stabilizing ribs 23 are arranged. The stabilizing ribs 23 in particular prevent damage and / or bending of the outer pipe 19, which due to the weight of the pressure vessel 17, in particular in the filled state and during operation, could be caused by the support relationship way 24 Aufstelllager of the pressure vessel 17.
Der Raum zwischen der inneren Rohrleitung 18 und der äußeren Rohrleitung 19 ist vorliegend vorzugsweise drucklos, das heißt ohne Druckbeaufschlagung mit einem Wärmeübertragungsmedium (in Fig. 3 nicht dargestellt), vorzugsweise einem Bio-/Thermoöl, gefüllt, welches zur Beheizung des Druckbehälters 17, insbesondere der inneren Rohrleitung 18, dient. Vorteilhafterweise wird die Beheizung des Druckbehälters 17 dabei über die Temperatur des Öls gesteuert. Durch diese Anordnung ist auf einfache Art und Weise sichergestellt, dass der gesamte Prozessablauf bei einer einheitlichen beziehungsweise vereinheitlichten Temperatur erfolgt. Ferner wird so im Rahmen des Prozessablaufs an den jeweiligen Stellen in der Rohrleitung 18 entstehende Wärmeenergie (Reaktorwärme) unmittelbar abgeführt und so Bereichen zugeführt, an denen der Umwandlungsprozess bereits stattgefunden hat beziehungsweise weiter vorangeschritten ist. Eine Überhitzung einzelner Prozessabschnitte wird dabei verhindert. Zur weiteren Verbesserung der Beheizung ist auf der äußeren Rohrleitung 19 des Druckbehälters 17 eine Wärmedämmung 25 angeordnet beziehungsweise aufgebracht. Bei dem in Fig. 4 dargestellten erfindungsgemäßen Druckbehälter 26 zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse in einem kontinuierlichen Betrieb nach Fig. 2b ist eine an ihren freien Enden mit Flanschen 27 und 28 versehene gebogene Rohrleitung 29 durch einen geschlossenen Behälter 30 geführt, welcher zur Beheizung der Rohrleitung 29 vorzugsweise drucklos mit einem Wärmeübertragungsmedium 31 , vorliegend einem Bio-/Thermoöl, gefüllt ist.The space between the inner pipe 18 and the outer pipe 19 is present preferably unpressurized, that is without pressurization with a heat transfer medium (not shown in Fig. 3), preferably a bio / thermal oil, filled, which for heating the pressure vessel 17, in particular the inner pipe 18, serves. Advantageously, the heating of the pressure vessel 17 is controlled by the temperature of the oil. This arrangement ensures in a simple manner that the entire process takes place at a uniform or unified temperature. Furthermore, as part of the process flow at the respective points in the pipeline 18 resulting heat energy (reactor heat) is dissipated directly and thus supplied to areas where the conversion process has already taken place or has progressed further. Overheating of individual process sections is thereby prevented. To further improve the heating, a heat insulation 25 is arranged or applied to the outer pipe 19 of the pressure vessel 17. In the illustrated in Fig. 4 pressure vessel 26 according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass in a continuous operation of Fig. 2b is provided at their free ends with flanges 27 and 28 bent pipe 29 through a closed container 30, which for heating the pipeline 29 preferably unpressurized with a heat transfer medium 31, in this case a bio / thermal oil, is filled.
Bei dem in den Fig. 5a bis 5c dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Befüllung des Druckbehälters mit dem aus Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator über wenigstens eine Schleusenkammer 32 mit einer steuerbaren Einlassöffnung und einer steuerbare Auslassöffnung, welche vor der wenigstens einen steuerbaren Einlassöffnung des Druckbehälters angeordnet ist. Die Steuerbarkeit der Einlassöffnung der Schleusenkammer 32 wird vorliegend mit einem Schieber 33 realisiert, welcher über ein Stellorgan beziehungsweise einen Antrieb 34 steuerbar ist. Die Steuerbarkeit der Auslassöffnung der Schleusenkammer 32 wird vorliegend mit einem Schieber 35 realisiert, welcher über ein Stellorgan beziehungsweise einen Antrieb 36 steuerbar ist. Die Schleusenkammer 32 ist mittels des steuerbaren Schiebers 33 gegenüber einem Nachfülllager 37 für Biomasse, Wasser und/oder Katalysator und mittels des steuerbaren Schiebers 35 gegenüber dem Druckbehälter abdichtbar.In the embodiment shown in FIGS. 5a to 5c, the filling of the pressure vessel with the biomass, water and / or at least one catalyst via at least one lock chamber 32 with a controllable inlet opening and a controllable outlet opening, which in front of the at least one controllable inlet opening of Pressure vessel is arranged. The controllability of the inlet opening of the lock chamber 32 is realized in the present case with a slide 33 which is controllable via an actuator or a drive 34. The controllability of the outlet opening of the lock chamber 32 is realized in the present case with a slide 35 which is controllable via an actuator or a drive 36. The lock chamber 32 can be sealed by means of the controllable slide 33 against a refill bearing 37 for biomass, water and / or catalyst and by means of the controllable slide 35 with respect to the pressure vessel.
Im kontinuierlichen Betrieb wird das aus Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator bestehende Füllgut 38 vor der Einlassöffnung der Schleusenkammer 32 gelagert, vorliegend in dem Nachfülllager 37. Mit Öffnen der Einlassöffnung der Schleusenkammer 32 durch den steuerbaren Schieber 33 gelangt - wie in Fig. 5a dargestellt - Füllgut 38 in die Schleusenkammer 32, vorliegend durch Fallen. Die im wesentlichen vollständig mit Füllgut 38' gefüllte Schleusenkammer 32 wird dann durch Verstellung des steuerbaren Schiebers 33 der Einlassöffnung der Schleusenkammer 32 geschlossen (vgl. Fig. 5b) und anschließend wird der Druck in der Schleusenkammer 32 auf den Druck in dem Druckbehälter angeglichen. In Fig. 5b ist diese Druckangleichung symbolisch durch eine Druckausgleichleitung 39 zwischen der geschlossenen Schleusenkammer 32 und dem sich nach dem Schieber 35 der Schleusenkammer 32 anschließenden Abschnitt, welcher mit der wenigstens einen steuerbaren Einlassöffnung des Druckbehälters verbundenen ist, dargestellt. Die Druckangleichung erfolgt vorliegend mit einer Pumpe mittels Druckluft oder Wasser. Nach Erreichen des Solldrucks, vorliegend des Angleichdrucks, in der Schleusenkammer 32 wird die Auslassöffnung der Schleusenkammer 32 durch Verstellung des steuerbaren Schiebers 35 geöffnet (vgl. Fig. 5c). Anschließend wird der Druck in der Schleusenkammer 32 erhöht, in Fig. 5c symbolisch durch den mit 40 gekennzeichneten Pfeil dargestellt. Durch die Druckerhöhung wird das sich in der Schleusenkammer 32 befindende Füllgut 38' in den Druckbehälter gedrückt - wie in Fig. 5c dargestellt -und der Druckbehälter gefüllt. Nach Leerung der Schleusenkammer 32 wird diese durch Verstellung des steuerbaren Schiebers 35 der Auslassöffnung der Schleusenkammer 32 wieder geschlossen. Anschließen wiederholt sich der Vorgang beginnend mit Fig. 5a.In continuous operation, the filling material 38 consisting of biomass, water and / or at least one catalyst is stored in front of the inlet opening of the lock chamber 32, in the present case in the refill bearing 37. When the inlet opening of the lock chamber 32 is opened by the controllable slide 33 - as shown in FIG. 5a shown - filling material 38 in the lock chamber 32, in this case by falling. The lock chamber 32, which is substantially completely filled with contents 38 ', is then closed by adjusting the controllable slide 33 of the inlet opening of the lock chamber 32 (see Fig. 5b) and then the pressure in the lock chamber 32 is adjusted to the pressure in the pressure container. In Fig. 5b, this pressure equalization is symbolically represented by a pressure equalization line 39 between the closed lock chamber 32 and the adjoining the slide 35 of the lock chamber 32 section which is connected to the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel. The pressure equalization takes place in the present case with a pump by means of compressed air or water. After reaching the target pressure, in this case the Angleichdrucks, in the Lock chamber 32, the outlet opening of the lock chamber 32 by adjusting the controllable slide 35 is opened (see Fig. 5c). Subsequently, the pressure in the lock chamber 32 is increased, represented symbolically in FIG. 5c by the arrow marked 40. Due to the increase in pressure, the filling material 38 'located in the lock chamber 32 is pressed into the pressure vessel-as shown in FIG. 5c-and the pressure vessel is filled. After emptying the lock chamber 32, this is closed again by adjusting the controllable slide 35 of the outlet opening of the lock chamber 32. Subsequently, the process repeats beginning with Fig. 5a.
Bei dem in den Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel wird dem Druckbehälter 29 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 26 zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse in einem kontinuierlichen Betrieb das aus Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator bestehende Füllgut 38 kontinuierlich über wenigstens eine Excenterschneckenpumpe 41 mit integrierter Druckregelung 42 zugeführt, welche vor der wenigstens einen steuerbaren Einlassöffnung des Druckbehälters 29 angeordnet ist.In the exemplary embodiment illustrated in FIG. 6, the filling container 38 of a device 26 according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass in a continuous operation is continuously filled with biomass, water and / or at least one catalyst via at least one eccentric screw pump 41 with integrated pressure control 42 supplied, which is arranged in front of the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel 29.
Bedingt durch die im Zusammenhang der Zuführung von Füllgut in den Druckbehälter einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse in einem kontinuierlichen Betrieb nach den Fig. 5a bis 5c mittels einer Schleusenkammer 32 beziehungsweise nach Fig. 6 mittels einer Excenterschneckenpumpe 41 Teil einer erfindungsgemäßen Regelung einer erfindungsgemäßen erhöht sich der Druck in dem Druckbehälter. Zur Regelung der für den Umwandlungsprozess einzuhaltenden Druckverhältnisse wird, wie in Fig. 7 dargestellt, eine solche Innendruckerhöhung in einem erfindungsgemäßen Druckbehälter 43 auf einen Regelkreis 44 geführt, welcher ein die steuerbare Auslassöffnung des Druckbehälters 43 bildendes Regelorgan 45 öffnet beziehungsweise schließt. Bedingt durch den Prozessablauf in dem Druckbehälter 43 ist vorliegend über den Druck im Inneren des Druckbehälters 43 an dem Regelorgan 45 Kohle 46 in feinverteilter, kugelförmiger Form in Wasser gelöst entnehmbar.Due to the in the context of feeding of filling material into the pressure vessel of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass in a continuous operation according to FIGS. 5a to 5c by means of a lock chamber 32 and FIG. 6 by means of an eccentric screw 41 part of a control according to the invention the pressure in the pressure vessel increases. To control the pressure conditions to be maintained for the conversion process, as shown in FIG. 7, such an internal pressure increase is conducted in a pressure vessel 43 according to the invention to a control circuit 44 which opens or closes a control element 45 forming the controllable outlet opening of the pressure vessel 43. Due to the process flow in the pressure vessel 43 is in the present case via the pressure in the interior of the pressure vessel 43 to the control element 45 coal 46 dissolved in finely divided, spherical form dissolved in water removed.
Die im Wasser gelösten feinstverteilten, kugelförmigen Kohlepartikel werden vorteilhafterweis durch Ausfilterung entnommen, vorzugsweise über Filtriereinrichtungen, Dekantern und/oder Zentrifugen. Die nasse Kohlemasse wird dann in Kohlepellets mit einem Durchmesser von etwa 6 mm bis etwa 60 mm oder zu Briketts gepresst. Die Kohlepellets werden vorteilhafterweise insbesondere aufgrund ihrer hohen Reinheit als Basisprodukt für die chemische Industrie, als Dünger oder als unmittelbar für Verbrennungsprozesse einsetzbarer beziehungsweise nutzbarer Stoff eingesetzt.The finely divided, spherical carbon particles dissolved in the water are advantageously removed by filtration, preferably by means of filtration devices, decanters and / or centrifuges. The wet coal mass is then in coal pellets with a diameter of about 6 mm to about 60 mm or pressed into briquettes. The coal pellets are advantageously used in particular because of their high purity as a base product for the chemical industry, as a fertilizer or as directly usable or useful for combustion processes.
Anstelle von in Wasser gelösten feinstverteilten, kugelförmigen Kohlepartikeln entstehen bei bestimmten Druck- und/oder Temperaturverhältnissen unter Berücksichtigung der Konzentration des Katalysators und/oder der Prozess- beziehungsweise Durchlaufzeit vorteilhafterweise Öl- beziehungsweise Öl- ähnliche Produkte.Instead of finely divided, spherical carbon particles dissolved in water, oil- or oil-like products advantageously form at certain pressure and / or temperature conditions, taking into account the concentration of the catalyst and / or the process or throughput time.
Bei dem in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 47 zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse in einem kontinuierlichen Betrieb erfolgt die Zuführung von aus Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator bestehendem Füllgut 48 in den Druckbehälter 49 der Vorrichtung 47 über eine Kolben-Presseinrichtung 50. Die Kolben- Presseinrichtung 50 weist eine Kammer 51 mit einer Einlassöffnung 52, einer steuerbaren Auslassöffnung 53 und einem in der Kammer 51 bewegbaren KolbenIn the embodiment of a device 47 according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass in a continuous operation shown in Fig. 8, the supply of biomass, water and / or at least one catalyst existing filling 48 takes place in the pressure vessel 49 of the device 47 via a piston-pressing device 50. The piston-pressing device 50 has a chamber 51 with an inlet opening 52, a controllable outlet opening 53 and a piston movable in the chamber 51
54 zum Pressen von in der Kammer 51 befindlichem Gut auf. Die Steuerbarkeit der Auslassöffnung 53 der Kolbenkammer 51 wird vorliegend mit einem Schieber54 for pressing located in the chamber 51 Good on. The controllability of the outlet opening 53 of the piston chamber 51 is present with a slide
55 realisiert, welcher über ein Stellorgan beziehungsweise einen Antrieb 56 steuerbar ist. Vorliegend wird die steuerbare Einlassöffnung des Druckbehälters 49 von der steuerbaren Auslassöffnung 53 der Kolbenkammer 51 gebildet.55 realized, which is controllable via an actuator or a drive 56. In the present case, the controllable inlet opening of the pressure vessel 49 is formed by the controllable outlet opening 53 of the piston chamber 51.
Im Rahmen der Zuführung von Füllgut 48 in den Druckbehälter 49 wird zunächst Füllgut 48 bei geschlossener Auslassöffnung 53 und zurückgezogenem Kolben 54 in die Kolbenkammer 51 eingeleitet. Daraufhin wird das sich in der Kolbenkammer 51 befindliche Füllgut 48 mittels des Kolbens 54 auf einen definierten Druck vorgepresst. Bei Erreichen des definierten Drucks öffnet der Schieber 55 von der der Kolbenkammer 51 zu dem Druckbehälter 49 und der Kolben 51 presst das verdichtete Füllgut 48 in den Druckbehälter 49. Anschließend schließt der Schieber 55 die Einlassöffnung des Druckbehälters 49 der Vorrichtung 47 und damit die Auslassöffnung 53 der Kammer 51 der Kolben-Presseinrichtung 50.As part of the feeding of filling material 48 into the pressure vessel 49, filling material 48 is first introduced into the piston chamber 51 when the outlet opening 53 is closed and the piston 54 is withdrawn. Subsequently, the filling material 48 located in the piston chamber 51 is pre-pressed to a defined pressure by means of the piston 54. Upon reaching the defined pressure, the slider 55 opens from the piston chamber 51 to the pressure vessel 49 and the piston 51 presses the compressed filling material 48 into the pressure vessel 49. Subsequently, the slide 55 closes the inlet opening of the pressure vessel 49 of the device 47 and thus the outlet opening 53 the chamber 51 of the piston-pressing device 50.
Mit Einpressen des vorgepressten Füllguts in den Druckbehälter 49 erhöht sich vorliegend simultan der Druck im Inneren des Druckbehälters 49. Vorliegend wird diese Druckerhöhung dazu genutzt, eine Kammer 57 zur Entnahme (Auslasskammer/Schleusenkammer) von Reaktionsprodukten des im Druckbehälter 49 erfindungsgemäß umgewandelten Füllguts mit Reaktionsprodukten des Füllguts zu füllen.By pressing the pre-pressed contents into the pressure vessel 49, the pressure in the interior of the pressure vessel 49 simultaneously increases in the present case. In the present case, this pressure increase is used to remove a chamber 57 for removal (Outlet chamber / lock chamber) to be filled by reaction products of the invention in the pressure vessel 49 converted contents with reaction products of the contents.
Die Kammer 57 weist vorliegend eine steuerbare Einlassöffnung 58 und eine steuerbare Auslassöffnung 59 auf. Vorliegend wird dabei die steuerbare Auslassöffnung des Druckbehälters 49 von der steuerbaren Einlassöffnung 58 der Kammer 57 gebildet. Die Steuerbarkeit der Einlassöffnung 58 der Schleusenkammer 57 wird vorliegend mit einem Schieber 60 realisiert, welcher über ein Stellorgan beziehungsweise einen Antrieb 61 steuerbar ist. Die Steuerbarkeit der Auslassöffnung 59 der Kammer 57 wird vorliegend mit einem Schieber 62 realisiert, welcher über ein Stellorgan beziehungsweise einen Antrieb 63 steuerbar ist.In the present case, the chamber 57 has a controllable inlet opening 58 and a controllable outlet opening 59. In the present case, the controllable outlet opening of the pressure vessel 49 is formed by the controllable inlet opening 58 of the chamber 57. The controllability of the inlet opening 58 of the lock chamber 57 is realized in the present case with a slide 60 which is controllable via an actuator or a drive 61. The controllability of the outlet opening 59 of the chamber 57 is realized in the present case with a slide 62, which is controllable via an actuator 63 or a drive 63.
Zur Befüllung der Kammer 57 öffnet der Schieber 60 die Kammer 57. Sich vor dem Schieber 60 befindliches Reaktionsprodukt des Füllguts, vorliegend ein Wasser-Kohlegemisch, wird dann aus dem Druckbehälter 49 in die geöffnete Kammer 57 gepresst. Mit Beendigung dieses Einpressvorganges schließt auch der Schieber 60 die Einlassöffnung 58 der Schleusenkammer 57 druckdicht gegenüber dem Druckbehälter 49 ab. Das sich in der Schleusenkammer 57 befindende Reaktionsprodukt kann dann über den Schieber 62 der Schleusenkammer 57 entnommen werden, bei Bedarf mitunter unter Nutzung eines steuerbaren Druckausgleichbehälters 64. In Fig. 8 ist die Entnahme symbolisch durch den mit dem Bezugszeichen 65 gekennzeichneten Pfeil dargestellt.To fill the chamber 57 of the slider 60 opens the chamber 57. Before the slider 60 befindliches reaction product of the contents, in this case a water-carbon mixture, is then pressed from the pressure vessel 49 into the open chamber 57. With the completion of this press-fitting process, the slide 60 also closes off the inlet opening 58 of the lock chamber 57 in a pressure-tight manner relative to the pressure vessel 49. The reaction product located in the lock chamber 57 can then be removed via the slide 62 of the lock chamber 57, sometimes with the use of a controllable pressure compensation container 64 as needed. In FIG. 8, the removal is shown symbolically by the arrow marked with the reference numeral 65.
Bei dem in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Druckbehälter 49 durch gerade Rohrleitung 49 ausgebildet, welche durch einen weiteren, vorliegend ebenfalls als gerade Rohleitung ausgebildeten Behälter 66 geführt. Der Raum zwischen der Rohrleitung 49 des Druckbehälters 49 und der Rohrleitung 66 des Behälters ist vorliegend mit einem Bio-/Thermoöl als Wärmeübertragungsmedium, gefüllt, welches zur Beheizung des Druckbehälters 49 vorteilhafterweise unter Druck in einem Kreislauf geführt und bei Bedarf erwärmt beziehungsweise erhitzt wird.In the embodiment shown in Fig. 8, the pressure vessel 49 is formed by straight pipe 49, which passes through another, in the present case also designed as a straight pipe line container 66. The space between the pipe 49 of the pressure vessel 49 and the pipe 66 of the container is presently filled with a bio / thermal oil as a heat transfer medium, which is guided for heating the pressure vessel 49 advantageously under pressure in a circuit and heated or heated as needed.
Das in Fig. 9 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 47 zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse in einem kontinuierlichen Betrieb durch die Ausgestaltung des Druckbehälters 49' und dem Behälter 66' durch den der Druckbehälter durchgeführt ist. Der Druckbehälter 49' der Vorrichtung 47 gemäß Fig. 9 ist dabei durch eine gebogene Rohrleitung 49' ausgebildet. Die Anordnung der Biegungen der Rohrleitung 49' ist dabei vorteilhafterweise so ausgestaltet, dass die leichtere Biomasse/Kohle immer entgegen dem Auftrieb durch die Rohrleitung 49' transportiert wird. Mitunter sind dazu in der Rohleitung 49' Blenden als Rückfluss- und/oder Auftriebssperren 68 angeordnet (in Fig. 9 symbolisch dargestellt).The embodiment shown in FIG. 9 differs from the embodiment shown in FIG. 8 of a device 47 according to the invention hydrothermal carbonization of biomass in a continuous operation by the design of the pressure vessel 49 'and the container 66' through which the pressure vessel is performed. The pressure vessel 49 'of the device 47 of FIG. 9 is formed by a curved pipe 49'. The arrangement of the bends of the pipe 49 'is advantageously designed so that the lighter biomass / coal is always transported against the buoyancy through the pipe 49'. Occasionally, diaphragms 49 'are disposed in the pipeline 49' as reflux and / or lift barriers 68 (shown symbolically in FIG. 9).
Das in Fig. 10 dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 47 zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse in einem kontinuierlichen Betrieb entspricht im Aufbau und der Funktionsweise im wesentlichen dem in Fig. 8 dargestellten und vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel. Der Transport der Biomasse durch den Druckbehälter 49 hängt unter anderem auch von der Konsistenz und/oder der Zusammensetzung der in den Druckbehälter 49 einzufüllenden Biomasse ab. Um die Vorrichtung 47 weitestgehend unabhängig von der Konsistenz und/oder der Zusammensetzung der in den Druckbehälter 49 einzufüllenden Biomasse betreiben zu können ist in der den Druckbehälter ausbildenden Rohrleitung 49 eine Fördereinrichtung 69, vorliegend eine eine Schneckenwendel 69 aufweisende Förderschnecke mit einem externen Langsamläufer-Motor als Antrieb integriert. Das Füllgut aus Biomasse, Wasser und Katalysator wird durch Drehung der Schneckenwendel im Druckbehälter zur Auslassöffnung 58 des Druckbehälters 49 transportiert. Die Drehgeschwindigkeit der Förderschnecke ist steuerbar und darüber auch der Prozessverlauf der erfindungsgemäßen Umwandlung. Die Schneckenwendel ist vorliegend im wesentlichen bündig an den Innenquerschnitt der Rohrleitung 49 des Druckbehälters 49 angepasst.The embodiment shown in FIG. 10 of a device 47 according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass in a continuous operation substantially corresponds in structure and mode of operation to the embodiment illustrated in FIG. 8 and described above. Among other things, the transport of the biomass through the pressure vessel 49 depends on the consistency and / or the composition of the biomass to be filled into the pressure vessel 49. In order to operate the device 47 largely independent of the consistency and / or composition of the filled into the pressure vessel 49 biomass is in the pressure vessel forming pipe 49 a conveyor 69, in this case a screw helix 69 having screw conveyor with an external slow-speed motor Drive integrated. The contents of biomass, water and catalyst is transported by rotation of the screw spiral in the pressure vessel to the outlet opening 58 of the pressure vessel 49. The rotational speed of the screw conveyor is controllable and, in addition, the process of the conversion according to the invention. In the present case, the screw flight is essentially flush with the inner cross section of the pipeline 49 of the pressure vessel 49.
Das in Fig. 11 dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 47 zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse in einem kontinuierlichen Betrieb entspricht im Aufbau und der Funktionsweise im wesentlichen dem in Fig. 8 dargestellten und vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel und unterscheidet sich von dem in Fig. 10 dargestellten Ausführungsbeispiel durch die eingesetzte Fördereinrichtung 69' zur Unterstützung des Transports der Biomasse durch den Druckbehälter 49. Bei dem in Fig. 11 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Fördereinrichtung 69' durch eine steuerbare Pumpe ausgebildet, welche den Druckgradienten zwischen Einlassöffnung und Auslassöffnung des Druckbehälters geregelt steuert, insbesondere unter Berücksichtigung der für den Umwandlungsprozess einzuhaltenden Druckverhältnisse.The illustrated in Fig. 11 embodiment of a device according to the invention 47 for the hydrothermal carbonization of biomass in a continuous operation corresponds in construction and operation substantially the embodiment shown in Fig. 8 and described above and differs from the embodiment shown in Fig. 10 by the used conveyor 69 'to support the transport of biomass through the pressure vessel 49. In the embodiment shown in Fig. 11, the conveyor 69' through a controllable pump is formed, which regulates the pressure gradient between the inlet opening and the outlet opening of the pressure vessel, in particular taking into account the pressure conditions to be observed for the conversion process.
Bei dem in Fig. 12 in einer schematischen Seitenansicht dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckbehälters einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse in einem kontinuierlichen Betrieb ist die den Druckbehälter bildende Rohrleitung als ein in einem Großrohr 70 angeordnetes Rohrpaket aus vorliegend insgesamt sieben einzelnen Rohren 71 angeordnet beziehungsweise eingelassen. Das Großrohr 70 dient dabei gleichzeitig als Behälter für das Wärmeübertragungsmedium. Durch diesen konstruktiven Aufbau kann die erfindungsgenmäße Vorrichtung vorteilhafterweise transportabel ausgeführt werden.In the embodiment shown in Fig. 12 in a schematic side view of a pressure vessel according to the invention of a device for hydrothermal carbonization of biomass in a continuous operation, the pressure vessel forming pipe is arranged as a arranged in a large pipe 70 pipe package from present total seven individual pipes 71 and admitted. The large tube 70 serves at the same time as a container for the heat transfer medium. Due to this construction, the erfindungsgenmäße device can be advantageously carried out transportable.
Fig. 13 zeigt in einer schematischen Seitenansicht einen weiteren Druckbehälter13 shows a schematic side view of a further pressure vessel
73 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse, vorliegend insbesondere mit erfindungsgemäßer Disorganisation der Biomasse. Der Druckbehälter 73 ist im wesentlichen aus einem Reaktorrohr welches an dem in Fig. 13 links gelegenen Ende mit einem einen Klöpperboden 77 geschlossen und an dem rechts gelegenen Ende mit einem Anschlussflansch73 of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass, present in particular with inventive disorganization of the biomass. The pressure vessel 73 is essentially composed of a reactor tube which is closed at the left end in FIG. 13 with a dished bottom 77 and at the right-hand end with a connection flange
74 versehen ist. Das Reaktorrohr des Druckbehälters 73 ist vorliegend ein spiralgeschweißtes Rohr DN600 mit einer Länge L von etwa 6,00 m und einem Durchmesser D von etwa 0,60 m. Über die Länge des Druckbehälters 73 verteilt und beabstandet voneinander sind Anschlussstutzen 75 mit einem Durchmesser von etwa 1 ,25 Zoll, insbesondere zur Zuführung von Stoffen beziehungsweise Entnahme von Zwischenproduktstoffen vorgesehen.74 is provided. The reactor tube of the pressure vessel 73 is presently a spiral-welded tube DN600 with a length L of about 6.00 m and a diameter D of about 0.60 m. Distributed over the length of the pressure vessel 73 and spaced apart from each other are connecting pieces 75 with a diameter of approximately 1.25 inches, in particular for supplying substances or removing intermediate substances.
In dem Druckbehälter 73 erfolgt der erfindungsgemäße hydrothermale Karbonisierungsprozess vorteilhafterweise mit Disorganisation der Biomasse bei einer Betriebstemperatur von etwa 250 Grad Celsius bis etwa 450 Grad Celsius, einem Betriebsdruck von etwa 25 bar bis etwa 300 bar und bei der Kohleherstellung mit einem pH Wert von 4,5 sowie bei der Ölherstellung mit einem pH-Wert zwischen pH6 und pH9. Der maximale Betriebsdruck des DruckbehältersIn the pressure vessel 73, the hydrothermal carbonization process according to the invention advantageously takes place with disorganization of the biomass at an operating temperature of about 250 degrees Celsius to about 450 degrees Celsius, an operating pressure of about 25 bar to about 300 bar and coal production with a pH of 4.5 as well as in oil production with a pH between pH6 and pH9. The maximum operating pressure of the pressure vessel
73 wird vorliegend durch eine Berstscheibe 76 im Bereich des Anschlussflansches73 is present by a rupture disk 76 in the region of the connection flange
74 begrenzt. Bei dem in Fig. 14a und Fig. 14b dargestellten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse ist der Druckbehälter 78 im wesentlichen von einer Rohrleitung gebildete. Der Druckbehälter 78 weist einen Anschluss 79 mit einem Flansch 80 auf. Über seine Länge verteilt und beabstandet voneinander weist der Druckbehälter 78 Anschlussstutzen 81 mit einem Durchmesser von etwa 1 ,25 Zoll und weiter weist der Druckbehälter 78 im Bereich des in Fig. 14a links gelegenen Endes seines Bodens Anschlussmuffen 82 mit einem Durchmesser von etwa 0,75 Zoll auf. Die Anschlussstutzen 81 und Anschlussmuffen 82 dienen vorliegend insbesondere einer Zuführung von Stoffen beziehungsweise einer Entnahme von Zwischenproduktstoffen. Wie weiter in Fig. 14a dargestellt, weist der Behälter 80 eine innenliegende Lagerschale 83 für eine Rührwerkswelle auf, welche insbesondere im Zusammenhang mit einer entsprechenden Disorganisationseinrichtung einer erfindungsgemäßen Disorganisation der Biomasse dient.74 limited. In the embodiment of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass shown in FIGS. 14a and 14b, the pressure vessel 78 is essentially formed by a pipeline. The pressure vessel 78 has a port 79 with a flange 80. Distributed over its length and spaced apart from each other, the pressure vessel 78 has spigot 81 with a diameter of about 1, 25 inches and further, the pressure vessel 78 in the region of the left in Fig. 14a end of its bottom connecting sleeves 82 having a diameter of about 0.75 Inch up. In the present case, the connection stubs 81 and connection sleeves 82 are used in particular for supplying substances or removing intermediate substances. As further illustrated in FIG. 14 a, the container 80 has an inner bearing shell 83 for an agitator shaft which, in particular in conjunction with a corresponding disorganizing device, serves for disorganizing the biomass according to the invention.
Das in Fig. 15 dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse entspricht im wesentlichen dem in Fig. 14 a und Fig. 14b dargestellten Ausführungsbeispiel, wobei vorliegend jedoch der Druckbehälter 78' von einer Rohrleitung mit einem Doppelmantel zur Beheizung, insbesondere mit Thermoöl, ausgebildet ist. An dem in Fig. 15 rechts gelegenen Ende ist der Druckbehälter 78' über einen Sonderflansch 84 entweder mittels eines Blindflansch verschließbar, so das ein Druckbehälter für eine batchorientierte hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse gegeben ist, oder aber mit einem Anschlussflansch als Durchgangsrohrleitung einrichtbar und nutzbar.The illustrated in Fig. 15 embodiment of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass corresponds substantially to the embodiment shown in Fig. 14 a and Fig. 14b, but in the present case the pressure vessel 78 'of a pipe with a double jacket for heating, especially with thermal oil , is trained. At the right-hand end in FIG. 15, the pressure vessel 78 'can be closed by a special flange 84 either by means of a blind flange, so that a pressure vessel for a batch-oriented hydrothermal carbonization of biomass is given, or can be set up and used with a connection flange as a through-pipeline.
Fig. 16a und Fig. 16b zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Ausgestaltung eines Blindflansches für einen Sonderflansch 84 eines erfindungsgemäßen Druckbehälters gemäß dem Druckbehälter 78' nach Fig. 15. Der Sonderflansch 84 weist dabei auf der der Rohrleitung des Druckbehälters 78' zugewandten, in Fig. 16a links gelegenen Seite einen Gitterkorb 85 auf, der vorteilhafterweise über den Korb einer in der Rohrleitung angeordneten Förderschneckeneinrichtung greift, welche auf der gegenüberliegenden Seite in der Lagerschale 83 drehbar gelagert ist. Der Gitterkorb 85 weist vorliegend eine Maschenweite von maximal 5 mm auf. Auf der dem Gitterkorb 85 gegenüberliegenden Seite des Sonderflansches 84 sind vorliegend drei mit Blindflanschen 86, 87 und 88 verschlossene Anschlussstutzen vorgesehen. Weiter weist der Sonderflansch 84 vorliegend vier Anschlussmuffen 89 mit einem Durchmesser von etwa 0,75 Zoll auf.16a and 16b show an exemplary embodiment of an embodiment of a blind flange for a special flange 84 of a pressure vessel according to the invention according to the pressure vessel 78 'according to FIG. 15. The special flange 84 in this case points to the pipeline of the pressure vessel 78' facing in FIG. 16a On the left-hand side, a mesh basket 85, which advantageously engages over the basket of a conveyor screw device arranged in the pipeline, which is rotatably mounted on the opposite side in the bearing shell 83. In the present case, the mesh basket 85 has a mesh width of a maximum of 5 mm. On the side of the special flange 84 opposite the mesh basket 85, there are three connecting stubs sealed with blind flanges 86, 87 and 88 intended. Furthermore, the special flange 84 in the present case has four connection sleeves 89 with a diameter of approximately 0.75 inches.
Fig. 17 zeigt in einer schematischen Prinzipdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 90 zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse. Dabei sind vorliegend vier einzelne, den Druckbehälter bildende Rohrleitungen 91 in einem Containerbehälter 92 angeordnet. Die Rohrleitungen weisen dabei vorliegend Anschluss- beziehungsweise Blindflansche 93 auf, je nach Bedarf und Ausgestaltung der Prozessführung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist so vorteilhafterweise modulartig aufbaubar. Unterstützt wird diese Modularität bei Verwendung eines separaten Wärmeerzeugermoduls 94, welche zum Beheizen des Druckbehälters insbesondere auch mit Abwärme, genutzt wird.17 shows, in a schematic basic illustration, a further exemplary embodiment of a device 90 according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass. In this case, four individual, the pressure vessel forming pipes 91 are arranged in a container container 92. In this case, the pipelines have connecting or blind flanges 93, depending on the need and configuration of the process control. The device according to the invention can be built up advantageously in a modular manner. This modularity is supported when using a separate heat generator module 94, which is used for heating the pressure vessel in particular also with waste heat.
Fig. 18a und Fig. 18b zeigen ein Ausführungsbeispiel für eine an der Wandung der Rohrleitung eines erfindungsgemäßen Druckbehälters anliegende Schneckenwendel 95 als Fördereinrichtung, welche vorliegend auf einer Hohlwelle 96 angeordnet ist, welche in dem Druckbehälter drehbar auf beziehungsweise in einer Lagerschale 83 angeordnet ist.18a and FIG. 18b show an exemplary embodiment of a screw flight 95 resting against the wall of the pipeline of a pressure vessel according to the invention as a conveying device, which in the present case is arranged on a hollow shaft 96, which is rotatably arranged in the pressure vessel on or in a bearing shell 83.
In den Fig. 19a bis 19d ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 97 zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse dargestellt. Die Vorrichtung 97 weist einen aus einer gebogenen Rohleitung mit mehreren Windungen gebildeten Druckbehälter 98 mit einem steuerbaren Einlass 99 und einem steuerbaren Auslass100 auf. Der Druckbehälter 98 ist mit seinen Windungen durch einen Außenbehälter 101 geführt, welcher mit einem Wärmeübertragungsmedium, vorliegend einem Thermoöl, gefüllt ist. Das Thermoöl wird dabei in einem Kreislauf durch den Behälter 101 geführt, wozu dieser eine steuerbare Einlassöffnung 102 und eine steuerbare Auslassöffnung 103 aufweist. Der Behälter 101 der Vorrichtung 97 ist dabei vorliegend als Doppelwandzylinder ausgebildet, in den der Druckbehälter eingesetzt beziehungsweise eingelassen ist (vgl. insbesondere Fig. 19b und Fig. 19c). Die Vorrichtung ist aufgrund ihrer Ausgestaltung insgesamt sehr kompakt und damit auch transportabel ausbildbar. Vorliegend weist der Behälter 101 einen Außendurchmesser von etwa 0,90 m, einen Innendurchmesser von etwa 0,80 m und eine Höhe von etwa 2,00 m auf. Vorteilhafterweise ermöglichen die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung einzeln und/oder in Kombination miteinander eine kontinuierliche hydrothermale Karbonisierung von Biomasse mit einer kontinuierlichen und/oder batchorientierten Aufspaltung von Zellulose in Zuckermoleküle mittels eines als Reaktor dienenden Druckbehälters zur Erzeugung von Kohle, Öl und/oder Polymeren aus Biomasse.A further exemplary embodiment of a device 97 according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass is shown in FIGS. 19a to 19d. The device 97 comprises a pressure vessel 98 formed of a bent multi-turn piping having a controllable inlet 99 and a controllable outlet 100. The pressure vessel 98 is guided with its windings through an outer container 101 which is filled with a heat transfer medium, in this case a thermal oil. The thermal oil is guided in a circuit through the container 101, for which purpose it has a controllable inlet opening 102 and a controllable outlet opening 103. In the present case, the container 101 of the device 97 is designed as a double-walled cylinder, into which the pressure vessel is inserted or inserted (compare, in particular, FIGS. 19b and 19c). The device is due to their design, overall very compact and thus also portable transportable. In the present case, the container 101 has an outer diameter of about 0.90 m, an inner diameter of about 0.80 m and a height of about 2.00 m. Advantageously, the embodiments of the invention described above, individually and / or in combination with one another, enable a continuous hydrothermal carbonization of biomass with a continuous and / or batch-oriented splitting of cellulose into sugar molecules by means of a pressure vessel serving as a reactor for producing coal, oil and / or polymers biomass.
Besonders bevorzugt erfolgt vor und/oder während des im Druckbehälter ablaufenden Umwandlungsprozesses eine DisOrganisation der pflanzlichen Strukturen.Particularly preferably, a disorganization of the plant structures takes place before and / or during the conversion process taking place in the pressure vessel.
In einer ersten Ausführungsvariante erfolgt die Disorganisation mittels Ultraschall in einem Rohr. Dabei wird die Biomasse aus einem Vorratsbehälter mit Hilfe einer Schnecken- oder Kolbenmembranpumpe in ein senkrecht stehendes Rohr gefördert. In diesem Rohr befindet sich ein Ultraschallsender, gegen den die Biomasse gefördert wird. Der DisOrganisationsgrad hängt von der Fördergeschwindigkeit, der Leistung des Ultraschallsenders und des Förderdruckes ab. Das disorganisierte Material umströmt den Ultraschallerreger und wird durch den Förderdruck des nachfolgenden Materials weiter transportiert. Bei diesem Schritt erfolgt eine erste Erwärmung der Biomasse.In a first embodiment, the disorganization takes place by means of ultrasound in a tube. The biomass is conveyed from a storage container by means of a screw or piston diaphragm pump in a vertical tube. In this tube is an ultrasonic transmitter, against which the biomass is promoted. The degree of disorganization depends on the conveying speed, the power of the ultrasonic transmitter and the delivery pressure. The disorganized material flows around the ultrasound exciter and is transported further by the delivery pressure of the subsequent material. In this step, a first heating of the biomass takes place.
Das dementsprechend vor- beziehungsweise aufbereitete Material wird durch ein Rohr einem Mikrowellendurchflussreaktor zugeführt, der das Material im Durchfluss auf etwa 150 Grad Celsius bis etwa 180 Grad Celsius erhitzt. Die Heizphase dauert etwa drei Minuten bis etwa zehn Minuten. Die Materialförderung erfolgt durch den Pumpendruck der oben zur Vordisorganisation mittels Ultraschall genutzten Schnecken- oder Kolbenmembranpumpe sowie einer Hochdruckpumpe vor dem Mikrowellendurchflussreaktor. Der Mikrowellendurchflussreaktor besteht vorliegend aus einem nicht polaren Material und befindet sich in einem durch Mikrowellen bestrahltem Raum. Die Erhitzung kann alternativ und/oder ergänzend auch durch eine Mikrowelleneinleitung über Hohlleiter in ein metallisches Rohr erfolgen. Das so entsprechend erhitzte Material wird über ein Proportionalventil, welches den Druck innerhalb des Reaktionsraumes steuert, in einen Entspannungsbehälter geführt. Der Druck innerhalb des Reaktionsraumes kann zusätzlich durch Pumpendruck oder Gasdruck über die der Temperatur entsprechenden Dampfdruckkurvenwerte eingestellt und/oder gesteuert werden. Das so mittels Mikrowellenbestrahlung weiter disorganisierte, vorbereitete Material entspannt dann in einem Behälter unter Atmosphärendruck. Durch diese Entspannung werden die vorgeschädigten Zellstrukturen und komplexen Moleküle wie die der Zellulose weiter zerlegt.The correspondingly pre-treated or recycled material is fed through a tube to a microwave flow reactor, which heats the material in the flow to about 150 degrees Celsius to about 180 degrees Celsius. The heating phase lasts about three minutes to about ten minutes. The material is conveyed by the pump pressure of the screw or piston diaphragm pump used for predisorganisation by means of ultrasound and a high pressure pump in front of the microwave flow reactor. The microwave flow reactor consists in the present case of a non-polar material and is in a microwave irradiated space. The heating can alternatively and / or additionally also be effected by microwave introduction via waveguides into a metallic tube. The thus heated material is passed through a proportional valve, which controls the pressure within the reaction chamber, in a flash tank. The pressure within the reaction space can additionally be adjusted and / or controlled by pump pressure or gas pressure above the temperature corresponding to the vapor pressure curve values. The thus further disorganized by means of microwave irradiation, prepared material then expanded in a container under atmospheric pressure. This relaxation further disassembles previously damaged cell structures and complex molecules such as cellulose.
Die erfolgenden Disorganisationen der Biomasse bewirken einzeln und/oder in Kombination miteinander vorteilhafterweise eine Beschleunigung des Umwandlungsprozesses der hydrothermalen Karbonisierung.The successful disorganization of the biomass, individually and / or in combination with each other, advantageously accelerates the hydrothermal carbonation conversion process.
Weiter wird das Material in einem Mikrowellenreaktor mit einem als Wendel geformten Reaktionsraum (vgl. Fig. 19d) auf eine Temperatur zwischen etwa 180 Grad Celsius und etwa 250 Grad Celsius aufgeheizt. Die Reaktion (Umwandlungsprozess) erfolgt im Durchfluss und über einen Zeitraum von etwa drei Minuten bis etwa 20 Minuten. Die Reaktion findet bei Drücken von etwa 15 bar bis etwa 300 bar statt. Hierbei können dem Reaktionsgemisch weitere Reaktionspartner und Katalysatoren zugeführt werden. Die Zuführung von Wasserstoff H und Kohlenmonoxid CO führt zur Bildung komplexer organischer Strukturen, wie Polymeren. Die auf diesem Weg entstehende Suspension und Lösung von Monomeren und/oder Polymeren in Wasser wird zur Bildung neuer Organisationsstrukturen/Molekülstrukturen in ein ebenfalls beheiztes Rohr weitergeleitet. Die Reaktionsdauer beträgt je nach gewünschtem Endprodukt bis zu vier Stunden. Der Einsatz von Ultraschallwellen während der Reaktion unter Mirowellenbestrahlung in den ersten 20 Minuten führt zur Herstellung von reinem Kohlenstoff.Further, the material is heated to a temperature between about 180 degrees Celsius and about 250 degrees Celsius in a microwave reactor having a reaction space shaped as a helix (see Fig. 19d). The reaction (conversion process) is carried out in the flow and over a period of about three minutes to about 20 minutes. The reaction takes place at pressures of about 15 bar to about 300 bar. In this case, the reaction mixture further reactants and catalysts can be supplied. The supply of hydrogen H and carbon monoxide CO leads to the formation of complex organic structures, such as polymers. The resulting in this way suspension and solution of monomers and / or polymers in water is forwarded to form new organizational structures / molecular structures in a likewise heated pipe. The reaction time is up to four hours, depending on the desired end product. The use of ultrasonic waves during the reaction under microwave irradiation in the first 20 minutes results in the production of pure carbon.
Die in den Figuren der Zeichnung dargestellten und im Zusammenhang mit diesen beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend. The embodiments of the invention shown in the figures of the drawing and described in connection therewith are merely illustrative of the invention and are not restrictive thereof.
Bezuqszeichenliste:LIST OF REFERENCES:
1 Füllgut (Biomasse, Wasser und/oder Katalysator)1 medium (biomass, water and / or catalyst)
2 Druckbehälter (Startbehälter)2 pressure vessels (start container)
3 Absperrorgan3 shut-off device
4 Druckbehälter (Folgebehälter 1 )4 pressure vessels (follow tank 1)
5 Absperrorgan5 shut-off device
6 Druckbehälter (Folgebehälter 2)6 pressure vessels (follow tank 2)
7 Absperrorgan Druckbehälter (Folgebehälter n) Absperrorgan7 Shut-off device Pressure vessel (subsequent container) Shut-off device
10 Reaktionsprodukt (Kohleschlamm)10 reaction product (coal sludge)
11 Pumpe11 pump
12 Füllgut (Biomasse, Wasser und/oder Katalysator)12 contents (biomass, water and / or catalyst)
13 Druckbehälter/Rohrleitung (gerade) 13' Druckbehälter/Rohrleitung (gebogen)13 pressure vessel / pipe (straight) 13 'pressure vessel / pipe (bent)
14 Absperrorgan (Einlassöffnung)14 shut-off device (inlet opening)
15 Absperrorgan (Auslassöffnung)15 shut-off device (outlet opening)
16 Reaktionsprodukt (Kohleschlamm)16 reaction product (coal sludge)
17 Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse Druckbehälter/Rohrleitung (inneres Rohr) Behälter/Rohrleileitung (äußeres Rohr) Flansch Flansch Kompensator Stabilisierung/Stabilisierungsrippe Stütz-/Aufstelllager Wärmedämmung Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse Flansch Flansch Druckbehälter/Rohrleitung Behälter Wärmeübertragungsmedium/Bio-/Thermoöl Schleusenkammer Schieber Stellorgan/Antrieb (Schieber (33)) Schieber Stellorgan/Antrieb (Schieber (35)) 37 Nachfülllager/Trichter17 Apparatus for hydrothermal carbonization of biomass Pressure vessel / pipe (inner pipe) Tank / pipe line (outer pipe) Flange Flange Compensator Stabilization / stabilization rib Support / Supporting Bearing Thermal insulation Device for the hydrothermal carbonization of biomass Flange Flange Pressure vessel / pipeline Container Heat transfer medium / bio / thermal oil Sluice chamber Slide Actuator / actuator (slide (33)) Slide actuator / actuator (slide (35)) 37 refill store / funnel
38 Füllgut (Biomasse, Wasser und/oder Katalysator)38 filling material (biomass, water and / or catalyst)
38' Füllgut (Biomasse, Wasser und/oder Katalysator) in Schleusenkammer (32))38 'medium (biomass, water and / or catalyst) in lock chamber (32))
39 Druckausgleich/Druckausgleichleitung39 Pressure compensation / pressure compensation line
40 Druckerhöhung/Pumpe40 pressure increase / pump
41 Excenterschneckenpumpe 41 mit integrierter Druckregelung (42)41 Excentric screw pump 41 with integrated pressure control (42)
42 Druckregelung (Excenterschneckenpumpe (41 ))42 Pressure control (eccentric screw pump (41))
43 Druckbehälter/Rohrleitung43 pressure vessel / pipeline
44 Regelkreis44 control loop
45 Regelorgan45 control organ
46 Reaktionsprodukt (in Wasser gelöste Kohle in feinverteilter, kugelförmiger Form)46 reaction product (coal dissolved in water in finely divided, spherical form)
47 Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse47 Apparatus for hydrothermal carbonization of biomass
48 Füllgut (Biomasse, Wasser und/oder Katalysator) 9 Druckbehälter/Rohrleitung 9' Druckbehälter/Rohrleitung 0 Kolben-Presseinrichtung 1 Kammer/Kolbenkammer 2 Einlassöffnung (Kammer (51 )) Auslassöffnung (Kammer (51 )) Kolben Schieber Stellorgan/Antrieb (Schieber (55)) Kammer/Schleusenkammer Einlassöffnung (Kammer (57)) Auslassöffnung (Kammer (57)) Schieber Stellorgan/Antrieb (Schieber (60)) Schieber Stellorgan/Antrieb (Schieber (62)) steuerbarer Druckausgleichbehälter Entnahme Reaktionsprodukt Behälter/Rohrleitung ' Behälter Wärmeübertragungsmedium/Bio-/Thermoöl Rückfluss- und/oder Auftriebssperre Fördereinrichtung/Förderschnecke/Schneckenwendel ' Fördereinrichtung/Pumpe Großrohr Rohr/Rohrpaket Wärmeübertragungsmedium/Bio-/Thermoöl Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse Flansch Anschlussstutzen Berstscheibe Klöpperboden Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse Druckbehälter/Rohrleitung Flansch Anschlussstutzen Anschlussmuffe Lagerschale Sonderflansch Gitterkorb Anschlussstutzen Anschlussstutzen 88 Anschlussstutzen48 Filling material (biomass, water and / or catalyst) 9 Pressure vessel / pipeline 9 'Pressure vessel / pipeline 0 Piston pressing device 1 Chamber / piston chamber 2 Inlet opening (chamber (51)) Outlet opening (chamber (51)) Piston Slide Actuator / actuator (slide (55)) Chamber / lock chamber Inlet port (chamber (57)) Outlet port (chamber (57)) Slide actuator / actuator (slide (60)) Slide actuator / actuator ( Slider (62)) Controllable surge tank Removal Reaction product Container / Piping 'Container Heat transfer medium / Bio- / Thermo-oil Backflow and / or buoyancy barrier Conveyor / Conveyor screw / Helix screw Conveyor / Pump Large Pipe Tube / Tube Package Heat Transfer Medium / Bio- / Thermo Oil Device for hydrothermal carbonization of biomass Flange Connection Rupture disc Dished bottom Device for hydrothermal carbonization of biomass Device for the hydrothermal carbonization of biomass Pressure vessel / pipeline Flange Connection socket Connection sleeve Bearing shell Special flange Mesh basket Connection piece Connection piece 88 connection piece
89 Anschlussmuffe89 connection sleeve
90 Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse90 Apparatus for hydrothermal carbonization of biomass
91 Druckbehälter/Rohrleitung91 pressure vessel / pipeline
92 Behälter/Containerbehälter92 containers / container containers
93 Flansch93 flange
94 Wärmeerzeugermodul94 heat generator module
95 Förderschnecke/Schneckenwendel95 screw conveyor / spiral screw
96 Hohlwelle96 hollow shaft
97 Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse97 Apparatus for hydrothermal carbonization of biomass
98 Druckbehälter/Rohrleitung98 pressure vessel / pipeline
99 Einlassöffnung (Druckbehälter (98))99 inlet opening (pressure vessel (98))
100 Auslassöffnung (Druckbehälter (98))100 outlet opening (pressure vessel (98))
101 Behälter/Containerbehälter101 containers / container containers
102 Einlassöffnung (Containerbehälter (101 ))102 inlet opening (container container (101))
103 Auslassöffnung (Containerbehälter (101 )) 103 outlet opening (container container (101))

Claims

Ansprüche: Claims:
1. Verfahren zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse, wobei1. A method for the hydrothermal carbonization of biomass, wherein
Biomasse mit Wasser und wenigstens einem Katalysator in einem Druckbehälter durch Temperatur- und/oder Druckerhöhung in Stoffe wie Kohle, Öl und/oder dergleichen artverwandte Stoffe umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Biomasse vor der Umwandlung und/oder während der Umwandlung disorganisiert wird.Biomass is converted with water and at least one catalyst in a pressure vessel by increasing the temperature and / or pressure in substances such as coal, oil and / or the like kindred materials, characterized in that the biomass is disorganized prior to conversion and / or during the conversion.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Disorganisation mittels Ultraschall erfolgt.2. The method according to claim 1, characterized in that the disorganization takes place by means of ultrasound.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Biomasse unter Nutzung einer Pumpe, vorzugsweise einer Schneckenpumpe oder einer Kolbenmembranpumpe, gegen einen in einer Rohrleitung angeordneten Ultraschallsender gefördert wird.3. The method according to claim 1 or claim 2, characterized in that the biomass is promoted using a pump, preferably a screw pump or a piston diaphragm pump, against an arranged in a pipeline ultrasonic transmitter.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderung insbesondere hinsichtlich Fördergeschwindigkeit und/oder Förderleistung der Pumpe, die Leistung des Ultraschallsenders und/oder der Förderdruck steuerbar ist, vorzugsweise über wenigstens eine Regeleinrichtung4. The method according to claim 3, characterized in that the promotion in particular in terms of conveying speed and / or capacity of the pump, the power of the ultrasonic transmitter and / or the delivery pressure is controllable, preferably via at least one control device
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Disorganisation mittels Mikrowellenbestrahlung erfolgt.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the disorganization is effected by means of microwave irradiation.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Biomasse durch einen wenigstens einen Reaktionsraum aufweisenden Mikrowellendurchflussreaktor geführt wird.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the biomass is passed through a at least one reaction space having microwave flow reactor.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die durch den Mikrowellendurchflussreaktor geführte Biomasse erhitzt wird.7. The method according to claim 6, characterized in that the guided through the microwave flow reactor biomass is heated.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Biomasse auf eine Temperatur in einem Temperaturbereich zwischen etwa 150 Grad Celsius bis etwa 250 Grad Celsius erhitzt wird. 8. The method according to claim 7, characterized in that the biomass is heated to a temperature in a temperature range between about 150 degrees Celsius to about 250 degrees Celsius.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizphase zwischen etwa 3 Minuten bis etwa 20 Minuten beträgt.9. The method according to claim 7 or claim 8, characterized in that the heating phase is between about 3 minutes to about 20 minutes.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 7, gekennzeichnet durch einen Druck in dem Reaktionsraum des Mikrowellendurchflussreaktors in einem Druckbereich zwischen etwa 15 bar bis etwa 30 bar.10. The method according to any one of claims 6 to 7, characterized by a pressure in the reaction space of the microwave flow reactor in a pressure range between about 15 bar to about 30 bar.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Disorganisation durch Dekompression erfolgt, wobei druckbeaufschlagte Biomasse in einem Behälter mit niedrigerem Druck, vorzugsweise Atmosphärendruck, entspannt.11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the disorganization is effected by decompression, wherein pressurized biomass in a container at a lower pressure, preferably atmospheric pressure, relaxed.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass einem im wesentlichen als Rohrleitung mit wenigstens einer steuerbaren Einlassöffnung und wenigstens einer steuerbaren Auslassöffnung ausgebildeten Druckbehälter über die wenigstens eine steuerbare Einlassöffnung Biomasse, Wasser und/oder wenigstens ein Katalysator zugeführt wird, die Temperatur- und/oder Druckverhältnisse in dem Druckbehälter derart gesteuert werden, dass dem Druckbehälter zugeführtes Füllgut aus Biomasse, Wasser und Katalysator durch die Rohrleitung transportiert wird, wobei Biomasse, Wasser und Katalysator miteinander reagieren, und über die wenigstens eine steuerbare Auslassöffnung wenigstens ein Reaktionsprodukt des Füllguts entnommen wird.12. Method according to claim 1, characterized in that biomass, water and / or at least one catalyst are fed to a pressure vessel designed essentially as a pipeline with at least one controllable inlet opening and at least one controllable outlet opening via the at least one controllable inlet opening. the temperature and / or pressure conditions are controlled in the pressure vessel such that biomass, water and catalyst supplied to the pressure vessel is transported through the pipeline, wherein biomass, water and catalyst react with each other, and at least one reaction product via the at least one controllable outlet opening of the contents is removed.
13. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine kontinuierliche Zuführung von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator.13. The method according to claim 12, characterized by a continuous supply of biomass, water and / or at least one catalyst.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur- und/oder Druckverhältnisse in dem Druckbehälter derart gesteuert werden, dass dem Druckbehälter zugeführtes Füllgut aus Biomasse, Wasser und Katalysator definiert durch die Rohrleitung transportiert wird.14. The method of claim 12 or claim 13, characterized in that the temperature and / or pressure conditions are controlled in the pressure vessel so that the pressure vessel supplied contents of biomass, water and catalyst defined transported through the pipeline.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator über wenigstens eine vor der wenigstens einen steuerbaren Einlassöffnung des Druckbehälters angeordnete, wenigstens eine steuerbare Einlassöffnung und wenigstens eine steuerbare Auslassöffnung aufweisende Schleusenkammer erfolgt, wobei die Schleusenkammer seitens der wenigstens einen steuerbaren Einlassöffnung mit wenigstens einem Vorratsspeicher an Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator und seitens der wenigstens einen steuerbaren Auslassöffnung mit der wenigstens einen steuerbaren Einlassöffnung des Druckbehälters verbindbar ist.15. The method according to any one of claims 1 to 14, characterized in that the supply of biomass, water and / or at least one catalyst via at least one before the at least one controllable The lock chamber is arranged on the part of the at least one controllable inlet opening with at least one storage reservoir of biomass, water and / or at least one catalyst and the at least one controllable outlet opening with the at least one controllable inlet opening and at least one controllable outlet opening at least one controllable inlet opening of the pressure vessel is connectable.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Transport von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator aus der Schleusenkammer in den Druckbehälter durch Druckbeaufschlagung erfolgt.16. The method according to claim 15, characterized in that the transport of biomass, water and / or at least one catalyst from the lock chamber takes place in the pressure vessel by pressurization.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator über eine vor der wenigstens einen steuerbaren Einlassöffnung des Druckbehälters angeordnete Kolben-Presseinrichtung erfolgt, wobei die Kolben-Presseinrichtung eine Kammer mit wenigstens einer Einlassöffnung, wenigstens einer steuerbaren Auslassöffnung und einem in der Kammer bewegbaren Kolben zum Pressen von in der Kammer befindlichem Gut aufweist.17. The method according to any one of claims 1 to 16, characterized in that the supply of biomass, water and / or at least one catalyst via a arranged in front of the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel piston-pressing device, wherein the piston-pressing device is a chamber having at least one inlet opening, at least one controllable outlet opening and a piston movable in the chamber for pressing material located in the chamber.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Transport von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator aus der Kammer in den Druckbehälter durch mittels des Kolbens aufgebauter Druckbeaufschlagung erfolgt.18. The method according to claim 17, characterized in that the transport of biomass, water and / or at least one catalyst from the chamber into the pressure vessel is carried out by means of the piston constructed pressurization.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator über eine vor der wenigstens einen steuerbaren Einlassöffnung des Druckbehälters angeordnete Excenterschneckenpumpe mit Druckregelung erfolgt.19. The method according to any one of claims 1 to 18, characterized in that the supply of biomass, water and / or at least one catalyst via an arranged in front of the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel eccentric screw pump with pressure control.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Transport von sich in dem Druckbehälter befindlichem Füllgut unterstützt wird durch eine vorzugsweise in der Rohrleitung des Druckbehälters angeordnete steuerbare Fördereinrichtung, besonders bevorzugt in Form einer steuerbaren Förderschnecke.20. The method according to any one of claims 1 to 19, characterized in that the transport of befindlichem in the pressure vessel Füllgut is supported by a preferably in the pipeline of the Pressure vessel arranged controllable conveyor, particularly preferably in the form of a controllable screw conveyor.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Fördervolumen der Fördereinrichtung steuerbar ist, vorzugsweise über eine Regeleinrichtung.21. The method according to claim 20, characterized in that the delivery volume of the conveyor is controllable, preferably via a control device.
22. Verfahren nach Anspruch 20 oder Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass sich die Förderschnecke im wesentlichen über die gesamte Länge der Rohrleitung des Druckbehälters erstreckt und im wesentlichen bündig an den Innenquerschnitt der Rohrleitung des Druckbehälters angepasst ist.22. The method according to claim 20 or claim 21, characterized in that the conveyor screw extends substantially over the entire length of the pipeline of the pressure vessel and is adapted substantially flush with the inner cross section of the pipeline of the pressure vessel.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur- und/oder Druckverhältnisse in dem Druckbehälter über die wenigstens eine steuerbare Einlassöffnung und/oder die wenigstens eine steuerbare Auslassöffnung gesteuert werden, vorzugsweise über wenigstens eine Regeleinrichtung.23. The method according to any one of claims 1 to 22, characterized in that the temperature and / or pressure conditions are controlled in the pressure vessel via the at least one controllable inlet opening and / or the at least one controllable outlet opening, preferably via at least one control device.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter beheizt wird.24. The method according to any one of claims 1 to 23, characterized in that the pressure vessel is heated.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung des Druckbehälters zumindest teilweise in einem mit wenigstens einem Wärmeübertragungsmedium, vorzugsweise Öl, füllbaren Behältnis angeordnet ist und die Beheizung des Druckbehälters über die Temperatur des wenigstens einen Wärmeübertragungsmediums in dem Behältnis gesteuert wird.25. The method according to claim 24, characterized in that the pipeline of the pressure vessel is at least partially disposed in a container with at least one heat transfer medium, preferably oil, fillable container and the heating of the pressure vessel is controlled by the temperature of the at least one heat transfer medium in the container.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 25, gekennzeichnet durch Verwendung eines Eindickmittels, vorzugsweise Speisestärke wie Getreide- und/oder Kartoffelstärke, für das Füllgut aus Biomasse, Wasser und wenigstens einem Katalysator.26. The method according to any one of claims 1 to 25, characterized by using a thickener, preferably corn starch such as cereal and / or potato starch, for the contents of biomass, water and at least one catalyst.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahme des wenigstens einen Reaktionsprodukts des Füllguts über eine nach der wenigstens einen steuerbaren Auslassöffnung des Druckbehälters angeordnete Trenneinrichtung erfolgt, vorzugsweise durch Filterung.27. The method according to any one of claims 1 to 26, characterized in that the removal of the at least one reaction product of the filling material via an at least one controllable outlet opening of the Pressure vessel arranged separator takes place, preferably by filtering.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsprodukt vor und/oder nach der Entnahme gepresst wird.28. The method according to any one of claims 1 to 27, characterized in that the reaction product is pressed before and / or after removal.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator, die Temperatur- und/oder Druckverhältnisse in dem Druckbehälter, der Transport des Füllguts durch den Druckbehälter und/oder die Entnahme des wenigstens einen Reaktionsprodukts des Füllguts aus dem Druckbehälter über eine Regelung erfolgt.29. The method according to any one of claims 1 to 18, characterized in that the supply of biomass, water and / or at least one catalyst, the temperature and / or pressure conditions in the pressure vessel, the transport of the contents through the pressure vessel and / or the Removal of the at least one reaction product of the filling material from the pressure vessel via a control.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur im Druckbehälter zumindest über die zeitliche Dauer des Transports des Füllguts durch den Druckbehälter konstant gehalten wird.30. The method according to any one of claims 1 to 29, characterized in that the temperature in the pressure vessel is kept constant at least over the time duration of the transport of the contents through the pressure vessel.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur im Druckbehälter zumindest über die zeitliche Dauer des Transports des Füllguts durch den Druckbehälter in einem Bereich zwischen etwa 140,00 Grad Celsius bis etwa 240,00 Grad Celsius, vorzugsweise zwischen etwa 180,00 Grad Celsius bis etwa 200,00 Grad Celsius gehalten wird.31. The method according to any one of claims 1 to 30, characterized in that the temperature in the pressure vessel at least over the time duration of the transport of the contents through the pressure vessel in a range between about 140.00 degrees Celsius to about 240.00 degrees Celsius, preferably between about 180.00 degrees Celsius to about 200.00 degrees Celsius.
32. Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse, wobei32. Apparatus for hydrothermal carbonization of biomass, wherein
Biomasse mit Wasser und wenigstens einem Katalysator in einemBiomass with water and at least one catalyst in one
Druckbehälter durch Temperatur- und/oder Druckerhöhung in Stoffe wiePressure vessel by increasing the temperature and / or pressure in substances such as
Kohle, Öl und/oder dergleichen artverwandte Stoffe umgewandelt wird, gekennzeichnet durch wenigstens eine Einrichtung zur Disorganisation von Biomasse, welche in strömungstechnischer Verbindung vor und/oder in dem Druckbehälter angeordnet ist.Coal, oil and / or the like kindredients substances is converted, characterized by at least one device for disorganization of biomass, which is arranged in fluid communication before and / or in the pressure vessel.
33. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Disorganisationseinrichtung wenigstens einen Ultraschallsender, wenigstens einen Mikrowellendurchflussreaktor und/oder wenigstens eine Dekompressionseinrichtung aufweist.33. Apparatus according to claim 32, characterized in that the disorganizing device at least one ultrasonic transmitter, at least a microwave flow reactor and / or at least one decompression device.
34. Vorrichtung nach Anspruch 32 oder Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter aus wenigstens einer Rohrleitung mit wenigstens einer steuerbaren Einlassöffnung und wenigstens einer steuerbaren Auslassöffnung ausgebildet ist.34. Apparatus according to claim 32 or claim 33, characterized in that the pressure vessel is formed from at least one pipeline with at least one controllable inlet opening and at least one controllable outlet opening.
35. Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung zwischen der wenigstens einen Einlassöffnung und der wenigstens einen Auslassöffnung wenigstens eine Biegung aufweist, vorzugsweise wenigstens eine im wesentlichen U-förmige Biegung.35. Apparatus according to claim 34, characterized in that the pipe between the at least one inlet opening and the at least one outlet opening has at least one bend, preferably at least one substantially U-shaped bend.
36. Vorrichtung nach Anspruch 34 oder Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Rohrleitung des Druckbehälters zumindest teilweise in einem mit wenigstens einem Wärmeübertragungsmedium, vorzugsweise Öl, füllbaren Behältnis angeordnet ist.36. The apparatus of claim 34 or claim 35, characterized in that the at least one pipe of the pressure vessel is at least partially disposed in a container with at least one heat transfer medium, preferably oil, fillable container.
37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 32 bis 36, gekennzeichnet durch wenigstens eine steuerbare Heizeinrichtung zur Regelung der Temperatur in dem Druckbehälter.37. Device according to one of claims 32 to 36, characterized by at least one controllable heating device for controlling the temperature in the pressure vessel.
38. Vorrichtung nach Anspruch 36 und Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Wärmeübertragungsmediums in dem Behältnis über die Heizeinrichtung steuerbar ist.38. Apparatus according to claim 36 and claim 37, characterized in that the temperature of the heat transfer medium in the container via the heating device is controllable.
39. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 34 bis 38, gekennzeichnet durch wenigstens eine vor der wenigstens einen steuerbaren Einlassöffnung des Druckbehälters angeordnete Schleusenkammer zur Zuführung von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator durch die wenigstens eine steuerbare Einlassöffnung des Druckbehälters, aufweisend wenigstens eine steuerbare Einlassöffnung und wenigstens eine steuerbare Auslassöffnung.39. Device according to one of claims 34 to 38, characterized by at least one arranged in front of the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel lock chamber for supplying biomass, water and / or at least one catalyst through the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel, comprising at least one controllable Inlet opening and at least one controllable outlet opening.
40. Vorrichtung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleusenkammer seitens der wenigstens einen steuerbaren Einlassöffnung mit wenigstens einem Vorratsspeicher an Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator und seitens der wenigstens einen steuerbaren Auslassöffnung mit der wenigstens einen steuerbaren Einlassöffnung des Druckbehälters verbindbar ist.40. Apparatus according to claim 39, characterized in that the lock chamber by the at least one controllable inlet opening with at least one storage reservoir of biomass, water and / or at least one catalyst and on the part of the at least one controllable outlet opening with the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel is connectable.
41. Vorrichtung nach Anspruch 39 oder Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass die steuerbare Einlassöffnung des Druckbehälters die steuerbare Auslassöffnung der Schleusenkammer bildet.41. Apparatus according to claim 39 or claim 40, characterized in that the controllable inlet opening of the pressure vessel forms the controllable outlet opening of the lock chamber.
42. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 34 bis 41 , gekennzeichnet durch wenigstens eine Pumpe zur steuerbaren und/oder regelbaren Druckbeaufschlagung der Schleusenkammer.42. Device according to one of claims 34 to 41, characterized by at least one pump for controllable and / or controllable pressurization of the lock chamber.
43. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 34 bis 42, gekennzeichnet durch eine vor der wenigstens einen steuerbaren Einlassöffnung des Druckbehälters angeordnete Kolben-Presseinrichtung zur Zuführung von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator durch die wenigstens eine steuerbare Einlassöffnung des Druckbehälters, aufweisend eine Kammer mit wenigstens einer Einlassöffnung, wenigstens einer steuerbaren Auslassöffnung und einem in der Kammer bewegbaren Kolben zum Pressen von in der Kammer befindlichem Gut.43. Device according to one of claims 34 to 42, characterized by a front of the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel arranged piston-pressing device for supplying biomass, water and / or at least one catalyst through the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel, comprising a chamber with at least one inlet opening, at least one controllable outlet opening and a piston movable in the chamber for pressing material located in the chamber.
44. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 34 bis 43, gekennzeichnet durch eine vor der wenigstens einen steuerbaren Einlassöffnung des Druckbehälters angeordnete Excenterschneckenpumpe mit Druckregelung zur Zuführung von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator durch die wenigstens eine steuerbare Einlassöffnung des Druckbehälters.44. Device according to one of claims 34 to 43, characterized by a arranged in front of the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel eccentric screw pump with pressure control for supplying biomass, water and / or at least one catalyst through the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel.
45. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 34 bis 44, gekennzeichnet durch eine vorzugsweise in der Rohrleitung des Druckbehälters angeordnete steuerbare Fördereinrichtung, vorzugsweise in Form einer steuerbaren Förderschnecke, zur Unterstützung des Transports von sich in dem Druckbehälter befindlichem Füllgut.45. Device according to one of claims 34 to 44, characterized by a preferably arranged in the pipeline of the pressure vessel controllable conveyor, preferably in the form of a controllable screw conveyor, to support the transport of befindlichem in the pressure vessel Füllgut.
46. Vorrichtung nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, dass das Fördervolumen der Fördereinrichtung steuerbar ist, vorzugsweise über eine Regeleinrichtung. 46. Apparatus according to claim 45, characterized in that the delivery volume of the conveyor is controllable, preferably via a control device.
47. Vorrichtung nach Anspruch 45 oder Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Förderschnecke im wesentlichen über die gesamte Länge der Rohrleitung des Druckbehälters erstreckt und im wesentlichen bündig an den Innenquerschnitt der Rohrleitung des Druckbehälters angepasst ist.47. Apparatus according to claim 45 or claim 46, characterized in that the screw conveyor extends substantially over the entire length of the pipeline of the pressure vessel and is adapted substantially flush with the inner cross section of the pipeline of the pressure vessel.
48. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 34 bis 47, gekennzeichnet durch eine vorzugsweise steuerbare Einrichtung zum Beheizen des Druckbehälters.48. Device according to one of claims 34 to 47, characterized by a preferably controllable device for heating the pressure vessel.
49. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 34 bis 48, gekennzeichnet durch wenigstens eine Regeleinrichtung zur zumindest teilautomatischen Steuerung der Temperatur- und/oder Druckverhältnisse in dem Druckbehälter über die wenigstens eine steuerbare Einlassöffnung und/oder die wenigstens eine steuerbare Auslassöffnung.49. Device according to one of claims 34 to 48, characterized by at least one control device for at least partially automatic control of the temperature and / or pressure conditions in the pressure vessel via the at least one controllable inlet opening and / or the at least one controllable outlet opening.
50. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 34 bis 49, gekennzeichnet durch wenigstens eine nach der wenigstens einen steuerbaren Auslassöffnung des Druckbehälters angeordnete Trenneinrichtung, vorzugsweise Filtereinrichtung, über welche die Entnahme des wenigstens einen Reaktionsprodukts des Füllguts erfolgt.50. Device according to one of claims 34 to 49, characterized by at least one arranged after the at least one controllable outlet opening of the pressure vessel separating device, preferably filter device, via which takes place the removal of the at least one reaction product of the filling material.
51. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 34 bis 50, gekennzeichnet durch wenigstens eine Regeleinrichtung zur zumindest teilautomatischen Steuerung der Zuführung von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator, der Temperatur- und/oder Druckverhältnisse in dem Druckbehälter, des Transports des Füllguts durch den Druckbehälter und/oder der Entnahme des wenigstens einen Reaktionsprodukts des Füllguts aus dem Druckbehälter.51. Device according to one of claims 34 to 50, characterized by at least one control device for at least partially automatic control of the supply of biomass, water and / or at least one catalyst, the temperature and / or pressure conditions in the pressure vessel, the transport of the contents through the Pressure vessel and / or the removal of the at least one reaction product of the contents from the pressure vessel.
52. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 32 bis 51 , dadurch gekennzeichnet, dass diese ausgebildet und/oder eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 31 zumindest teilweise auszuführen. 52. Device according to one of claims 32 to 51, characterized in that it is formed and / or arranged to execute a method according to one of claims 1 to 31 at least partially.
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