BRPI0721461A2

BRPI0721461A2 - METHOD FOR BIOMASS CONVERSION IN HIGHER DENSITY-ENERGY SOLIDS, AND USE OF HIGHER DENSITY-ENERGY SOLIDS.

Info

Publication number: BRPI0721461A2
Application number: BRPI0721461-8A
Authority: BR
Inventors: Peter Eisner; Andreas Malberg; Andreas Staebler; Michael Menner; Markus Antonietti
Original assignee: Fraunhofer Ges Forschung
Priority date: 2007-03-22
Filing date: 2007-12-11
Publication date: 2014-03-25
Also published as: US20100101142A1; CL2008000834A1; CA2685420A1; AR071145A1; AU2007349712B2; ZA200906001B; AU2007349712A1; WO2008113309A1; DE112007003523A5; PE20090169A1; EP2134821A1; CN101688139A; UY30965A1; RU2009138929A

Description

“MÉTODO PARA A CONVERSÃO DE BIOMASSA EM SÓLIDOS DE DENSIDADE-ENERGIA MAIS ELEVADA, E, USO DOS SÓLIDOS DE DENSIDADE-ENERGIA MAIS ELEVADA”“METHOD FOR BIOMASS CONVERSION IN HIGHER DENSITY-ENERGY SOLIDS AND USE OF HIGHER DENSITY-ENERGY SOLIDS”

CAMPO TÉCNICO DE APLICAÇÃOTECHNICAL FIELD OF APPLICATION

A presente invenção refere-se a um método para a conversão da biomassa em sólidos de energia-densidade mais elevada, em particular, carvão, húmus ou turfa, em que as substâncias orgânicas da biomassa são colocadas em suspensão em água para formar uma suspensão e em que pelo menos uma parte da suspensão a ser convertida é aquecida para uma temperatura de reação e é convertida em sólidos de energia-densidade mais elevada pela carbonização hidrotérmica em alta pressão. As substâncias orgânicas podem ser partes de vegetais, outra biomassa ou resíduos orgânicos. TÉCNICA ANTERIORThe present invention relates to a method for converting biomass to higher density energy solids, in particular coal, humus or peat, wherein the biomass organic substances are suspended in water to form a suspension and wherein at least a portion of the suspension to be converted is heated to a reaction temperature and is converted to higher energy-density solids by hydrothermal carbonization at high pressure. Organic substances may be parts of vegetables, other biomass or organic waste. PREVIOUS TECHNIQUE

A conversão da biomassa em produtos tendo um teor de energia específico da massa mais elevado comparado com a biomassa usada tal como, por exemplo, óleo, gás ou carvão, está se tomando cada vez mais importante.The conversion of biomass into products having a higher mass specific energy content compared to biomass used such as, for example, oil, gas or coal, is becoming increasingly important.

Conhecidos, inter alia, são os métodos para se obter gás e/ou óleo e carbono em temperaturas elevadas, por exemplo, por pirólise, gaseificação ou sulfurização. Nesta conexão os catalisadores são freqüentemente usados para acelerar a reação e positivamente influenciar a composição do produto.Known, inter alia, are methods for obtaining gas and / or oil and carbon at elevated temperatures, for example by pyrolysis, gasification or sulfurization. In this connection catalysts are often used to accelerate the reaction and positively influence product composition.

Recentemente, os métodos de química úmida tais como carbonização hidrotérmica, também foram debatidos com relação a obtenção de produtos tendo um teor de energia específica da massa mais elevado comparado com a biomassa usada. Neste caso, partes de vegetais ou outras substâncias orgânicas são fragmentadas, colocadas em suspensão em água e geralmente reagidas com pelo menos uma substância promotora da conversão, por exemplo, com ácido e/ou um catalisador orgânico e/ou inorgânico adicional. A suspensão é despejada em um reator e o reator é fechado. A suspensão é depois aquecida para a temperatura entre 170 0 e 250 °. Assim que o reator é fechado, como um resultado da pressão parcial de vapor de água, a pressão aumenta com o aumento da temperatura. Dependendo da 5 temperatura, a pressão aumenta para valores de IOx IO5 a 20 x IO5 (10 a 20 bar) ou mais elevada. No curso da reação de carbonização hidrotérmica, o hidrogênio e o oxigênio são separados na forma de água dos carboidratos contidos na biomassa, por meio do qual a energia é liberada. Quanto mais tempo a reação dura, mais água é separada e a densidade de energia dos 10 produtos aumenta ainda mais. Os sólidos tais como, inter alia, turfa, húmus, lignita, antracita de qualidade baixa ou outras substâncias tendo um teor de energia específica da massa significativamente mais levado comparado com a biomassa usada, são produzidosRecently, wet chemistry methods such as hydrothermal carbonization have also been debated with respect to obtaining products having a higher mass specific energy content compared to the biomass used. In this case, parts of plants or other organic substances are fragmented, suspended in water and generally reacted with at least one conversion promoting substance, for example with acid and / or an additional organic and / or inorganic catalyst. The suspension is poured into a reactor and the reactor is closed. The suspension is then heated to a temperature between 170 and 250 °. As soon as the reactor is closed as a result of the water vapor partial pressure, the pressure increases with increasing temperature. Depending on the temperature, the pressure increases to values of 10 x 10 5 to 20 x 10 5 (10 to 20 bar) or higher. In the course of the hydrothermal carbonization reaction, hydrogen and oxygen are separated in the form of water from the carbohydrates contained in the biomass, through which energy is released. The longer the reaction lasts, the more water is separated and the energy density of the 10 products increases even more. Solids such as inter alia, peat, humus, lignite, low quality anthracite or other substances having a significantly higher mass specific energy content compared to the biomass used are produced.

A reação prossegue mais rápida ou mais lenta dependendo da 15 concentração e estrutura dos conteúdos, principalmente os carboidratos (por exemplo, açúcar, amido, celulose, hemicelulose ou outros), em várias matérias primas, vários vegetais e partes de vegetais, resíduos da produção de alimentos, lodo de esgoto ou outros materiais biogênicos e resíduos. Dependendo das propriedades e da concentração das matérias primas 20 biogênicas usadas, mais ou menos calor é liberado per unidade de tempo, a temperatura e a pressão no reator aumentam mais rapidamente ou mais lentamente e diferentes valores absolutos são obtidos para a pressão e temperatura. No decurso da reação quando cada vez menos material biogênico está disponível para a reação, a reação é retardada 25 consideravelmente. A temperatura cai novamente até que a reação esteja terminada após um certo tempo porque a temperatura é baixa. Isto possivelmente leva à conversão incompleta do material usado, para o qual um tempo de reação de várias horas até vários dias ou mais longo pode ser necessário. No entanto, o pós-aquecimento externo do reator para alongar os tempos de reação, requer uma entrada de energia adicional que pode tomar a carbonização antieconômica.The reaction proceeds faster or slower depending on the concentration and structure of the contents, especially carbohydrates (eg sugar, starch, cellulose, hemicellulose or others), in various raw materials, various vegetables and parts of vegetables, production residues. sewage sludge or other biogenic materials and waste. Depending on the properties and concentration of the biogenic raw materials used, more or less heat is released per unit of time, the temperature and pressure in the reactor increase faster or slower, and different absolute values for pressure and temperature are obtained. In the course of the reaction when less and less biogenic material is available for the reaction, the reaction is delayed considerably. The temperature drops again until the reaction is completed after a certain time because the temperature is low. This possibly leads to incomplete conversion of the material used, for which a reaction time of several hours to several days or longer may be required. However, the external postheating of the reactor to lengthen reaction times requires additional energy input that can take uneconomical carbonization.

O acoplamento da temperatura e pressão nesta reação e as taxas de reação diferentes de matérias primas diferentes usadas têm o 5 resultado de que os perfis de temperatura e pressão durante a reação são muito diferentes dependendo da composição e concentração da biomassa na corrente de entrada da carbonização hidrotérmica. Os produtos obtidos podem assim diferir muito substancialmente em sua composição. Isto pode ter o resultado de que os produtos não possuem nenhuma qualidade constante e não 10 fornecem rendimentos elevados, o que pode tomar a carbonização hidrotérmica antieconômica.The coupling of temperature and pressure in this reaction and the different reaction rates of different raw materials used have the result that the temperature and pressure profiles during the reaction are very different depending on the composition and concentration of the biomass in the carbonization input stream. hydrothermal. The products obtained can thus differ very substantially in their composition. This may have the result that the products do not have any constant quality and do not provide high yields, which may take uneconomical hydrothermal carbonization.

O objetivo da presente invenção é fornecer um método para a conversão de biomassa em sólidos de energia-densidade mais elevada pela carbonização hidrotérmica, por meio do qual uma qualidade de produto mais uniforme seja alcançada e a eficiência econômica do processo seja aumentada.The object of the present invention is to provide a method for the conversion of biomass to higher energy-density solids by hydrothermal carbonization whereby a more uniform product quality is achieved and the economic efficiency of the process is increased.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃODESCRIPTION OF THE INVENTION

O objetivo é alcançado por um método de acordo com a reivindicação I. As formas de realização vantajosas do método são a matéria objeto das reivindicações dependentes ou podem ser deduzidas da descrição que segue ou da forma de realização exemplar.The object is achieved by a method according to claim I. Advantageous embodiments of the method are the subject matter of the dependent claims or may be deduced from the following description or exemplary embodiment.

No método para a conversão da biomassa em sólidos de energia-densidade mais elevada, em particular carbono, húmus ou trufa, as substâncias orgânicas da biomassa são colocadas em suspensão em água para 25 formar uma suspensão. Em uma forma de realização preferida uma substância promotora da suspensão está presente na água ou é adicionada na água ou na suspensão. A substância promotora da conversão pode, por exemplo, ser um ácido e/ou uma substância orgânica ou inorgânica que acelera a reação. A biomassa pode compreender, por exemplo, resíduos orgânicos, partes de vegetais, madeira, algas ou outros produtos orgânicos contendo carbono. Pelo menos uma parte da suspensão a ser convertida é aquecida para uma temperatura de reação e é convertida em sólidos de energia-densidade mais elevada por meio da carbonização hidrotérmica em pressão elevada. O 5 método é caracterizado pelo fato de que a conversão é realizada em um volume de reação que está localizado debaixo da superfície da Terra.In the method for converting biomass to higher energy density solids, in particular carbon, humus or truffle, the biomass organic substances are suspended in water to form a suspension. In a preferred embodiment a suspension promoting substance is present in water or is added in water or suspension. The conversion promoting substance may, for example, be an acid and / or an organic or inorganic substance that accelerates the reaction. Biomass may comprise, for example, organic waste, vegetable parts, wood, algae or other carbon-containing organic products. At least a portion of the suspension to be converted is heated to a reaction temperature and converted to higher energy-density solids by hydrothermal carbonization at high pressure. The 5th method is characterized by the fact that the conversion is performed in a reaction volume that is located below the earth's surface.

O volume de reação para tamponar o calor liberado da reação em uma área circundante que corresponde a pelo menos quatro vezes o diâmetro médio do volume de reação, é preferivelmente circundado por uma 10 massa de material líquido e/ou sólido compacto que é maior do que oito vezes a massa contida no volume de reação. A boa homogeneização das propriedades do produto já é observada acima desta massa.The reaction volume to buffer the heat released from the reaction in a surrounding area which corresponds to at least four times the average diameter of the reaction volume is preferably surrounded by a mass of compact liquid and / or solid material that is larger than eight times the mass contained in the reaction volume. Good homogenization of product properties is already observed above this mass.

No método proposto a reação, portanto, ocorre debaixo da superfície da Terra. A superfície da Terra é compreendida neste contexto 15 como a camada limite entre a crosta da Terra sólida ou os oceanos por um lado e a atmosfera por outro lado. Mediante a realização do processo debaixo da superfície da Terra com uma quantidade suficiente de material líquido e/ou sólido compacto ao redor do volume de reação, mesmo com a concentração e composição de biomassa flutuantes, é possível produzir ricos em energia e 20 carbono que possuem uma composição significativamente mais uniforme do que os produtos produzidos da maneira conhecida em um reator acima da superfície da Terra.In the proposed method the reaction therefore occurs below the surface of the earth. The Earth's surface is understood in this context 15 as the boundary layer between the solid Earth's crust or the oceans on the one hand and the atmosphere on the other. By carrying out the process below the earth's surface with a sufficient amount of compact liquid and / or solid material around the reaction volume, even with the floating concentration and composition of biomass, it is possible to produce energy-rich and carbon-rich materials. a significantly more uniform composition than products produced in the known manner in a reactor above the earth's surface.

Mediante a movimentação da câmara de reação abaixo da superfície da Terra com o material circundante tal como, por exemplo, rocha, 25 areia, água ou solo, este material pode absorver uma grande parte da energia liberada na forma de calor no estágio inicial da reação. Como um resultado da mudança de calor que ocorre com a massa circundante, a temperatura no volume de reação ou mistura de reação aumenta mais lentamente e não tanto quanto em um reator acima da superfície da terra, e a pressão da mesma maneira não flutua tão fortemente. Em conseqüência, no início, a reação não prossegue tão rapidamente e é mais uniforme. Entretanto, como a concentração dos teores de biomassa convertíveis diminui com o tempo, a temperatura não reação não cai tão rapidamente como no processo conhecido 5 até agora. De preferência, o material circundante então lentamente libera o calor armazenado de volta ao volume de reação. O volume de reação desta maneira permanece quente por muito mais tempo e a reação pode continuar sem aquecimento adicional da suspensão durante muitas horas ou ainda dias até que as matérias primas diferentes tenham sido convertidas em produtos 10 comparáveis tendo uma densidade de energia mais elevada. O volume de reação está preferivelmente em contato direto com o material compacto circundante, pelo menos em alguns lugares.By moving the reaction chamber below the earth's surface with surrounding material such as rock, sand, water or soil, this material can absorb much of the energy released as heat in the early stage of the reaction. . As a result of the heat change that occurs with the surrounding mass, the temperature in the reaction volume or reaction mixture increases more slowly rather than as much as in a reactor above the earth's surface, and the pressure likewise does not fluctuate as strongly. . As a result, in the beginning, the reaction does not proceed so quickly and is more uniform. However, as the concentration of convertible biomass contents decreases over time, the non-reaction temperature does not fall as rapidly as in known process 5 so far. Preferably, the surrounding material then slowly releases the stored heat back to the reaction volume. The reaction volume in this manner remains hot for much longer and the reaction may continue without further heating of the suspension for many hours or even days until different raw materials have been converted into comparable products having a higher energy density. The reaction volume is preferably in direct contact with the surrounding compact material, at least in some places.

Uma outra vantagem do método proposto é que pelo retomo de calor do material circundante no volume de reação mesmo após a remoção 15 dos produtos, nova biomassa pode ser fornecida novamente e levada à reação sem aquecimento externo ou pelo menos sem aquecimento adicional forte. Em muitos casos, isto permite várias bateladas serem carbonizadas de modo bem sucedido sem qualquer fornecimento extemo de calor. Em princípio, o método, portanto, permite tanto um fornecimento contínuo de biomassa 20 quanto também a operação por batelada. Como um resultado, a produção no método de acordo com a invenção pode ser variada muito substancialmente como um resultado do tamponamento térmico do solo ou resíduo circundante sem qualquer perda de uniformidade na qualidade do produto.Another advantage of the proposed method is that by heat recovery of the surrounding material in the reaction volume even after removal of the products, new biomass can be supplied again and brought to the reaction without external heating or at least without strong additional heating. In many cases, this allows several batches to be successfully charred without any extreme heat supply. In principle, the method therefore permits both a continuous supply of biomass 20 as well as batch operation. As a result, production in the method according to the invention may be varied very substantially as a result of thermal buffering of the soil or surrounding residue without any loss of uniformity in product quality.

Ao mesmo tempo, o método deve ser realizado em uma região 25 debaixo da superfície da Terra, em que uma massa suficiente de material circundante é disponível para o tamponamento térmico. O material deve preferivelmente ter uma tal estrutura compacta que na área circundante de quatro vezes o diâmetro método do volume de reação, deve ter uma massa total que corresponde a oito vezes a massa contida no volume de reação. Em relação a um volume de reação cilíndrica de diâmetro D e altura H, isto significa que um volume cilíndrico tendo a mesma altura e quatro vezes o diâmetro menos o volume de reação cilíndrica deve conter pelo menos oito vezes a massa contida pelo volume de reação enchida com a suspensão de modo a alcançar particularmente bom tamponamento para o método proposto.At the same time, the method should be performed in a region 25 below the earth's surface, where a sufficient mass of surrounding material is available for thermal buffering. The material should preferably have such a compact structure that in the surrounding area of four times the reaction volume method diameter, it should have a total mass corresponding to eight times the mass contained in the reaction volume. With respect to a cylindrical reaction volume of diameter D and height H, this means that a cylindrical volume having the same height and four times the diameter minus the cylindrical reaction volume must contain at least eight times the mass contained by the filled reaction volume. with the suspension in order to achieve particularly good buffering for the proposed method.

Como um resultado da pressão que prevalece debaixo da superfície da Terra, o material circundante tal como, por exemplo, solo, barro, areia e água, é capaz de pelo menos parcialmente compensar e absorver a pressão proveniente da reação. Um reator usado para a carbonização hidrotérmica debaixo da superfície da Terra pode, portanto, ser designado como paredes consideravelmente mais finas comparadas com aquele para uso acima da superfície da Terra. Isto adicionalmente economiza os custos. Em um projeto de reator particularmente simples, este reator pode, por exemplo, consistir de aço que é embutido no concreto ou concreto reforçado em uma cavidade sob a superfície da Terra. A transferência térmica muito boa para o material circundante ocorre através do revestimento de concreto. A parede deste reator pode ser de parede muito fina.As a result of the prevailing pressure below the earth's surface, surrounding material such as soil, clay, sand and water, is able to at least partially compensate and absorb the pressure from the reaction. A reactor used for hydrothermal carbonization below the earth's surface can therefore be designated as considerably thinner walls compared to that for use above the earth's surface. This additionally saves the costs. In a particularly simple reactor design, this reactor may, for example, consist of steel that is embedded in concrete or reinforced concrete in a cavity beneath the earth's surface. Very good heat transfer to the surrounding material occurs through the concrete coating. The wall of this reactor may be very thin walled.

Além disso, a parede da cavidade pode ser usada como a parede do reator. Se necessário, esta parede pode ser adicionalmente alinhada com os materiais à prova d’água. Um tal alinhamento também pode ser alcançado por aditivos sintéticos na água. O fecho automático pelos produtos de reação do processo tal como, por exemplo, partículas de carvão, pode possivelmente ocorrer em relação à rocha circundante.In addition, the cavity wall can be used as the reactor wall. If necessary, this wall may be further aligned with the waterproof materials. Such alignment can also be achieved by synthetic additives in water. Automatic closure by process reaction products such as, for example, coal particles may possibly occur relative to the surrounding rock.

A composição do produto pode adicionalmente ser homogeneizada se a pressão for aumentada acima da pressão correspondente à temperatura de reação. Como um resultado da aplicação adicional de pressão no volume de reação, a pressão certamente aumenta durante a reação inteira e depois cai novamente, mas a porcentagem em relação às flutuaçõesThe product composition may further be homogenized if the pressure is increased above the pressure corresponding to the reaction temperature. As a result of the additional pressure applied to the reaction volume, the pressure certainly increases during the entire reaction and then falls again, but the percentage relative to fluctuations.

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de pressão é menor. E particularmente vantajoso se a pressão no volume de reação for mantida constante ou pelo menos largamente constante por meio de medições técnicas. Por meio destas medições, a temperatura e a pressão são dissociadas uma da outra. O operador da carbonização hidrotérmica está, portanto, em uma posição para selecionar a pressão de acordo com a 5 composição da entrada de modo que a homogeneização da qualidade do produto seja melhorada. A aplicação de uma pressão adicional não pode isoladamente homogeneizar a composição do produto final. Sem dúvida, dependendo do material de entrada, o rendimento dos produtos sólidos tendo alta densidade de energia pode ser aumentado pela pressão elevada de modo 10 que o processo possa ser operado ainda mais economicamente. Com o acúmulo de pressão adicional, o operador tem um instrumento valioso à sua disposição que pode especificamente variar e, desse modo, otimizar a qualidade do produto ou o rendimento dependendo da necessidade e composição.pressure is lower. It is particularly advantageous if the pressure in the reaction volume is kept constant or at least largely constant by technical measurements. By these measurements, temperature and pressure are dissociated from each other. The hydrothermal carbonization operator is therefore in a position to select the pressure according to the input composition so that product quality homogenization is improved. The application of additional pressure cannot in isolation homogenize the composition of the final product. Undoubtedly, depending on the input material, the yield of solids having high energy density can be increased by high pressure so that the process can be operated even more economically. With additional pressure buildup, the operator has a valuable instrument at their disposal that can specifically vary and thus optimize product quality or yield depending on need and composition.

Além de vários outros métodos mecânicos, por exemplo, oIn addition to various other mechanical methods, for example,

acúmulo de pressão pode ser obtido movendo o volume de reação suficientemente profundo dentro do solo. O local do volume de reação é selecionado para ser suficientemente profundo para que uma coluna de água localizada acima do volume de reação que é requerida para fornecer e 20 remover a suspensão, produza uma pressão hidrostática no volume de reação que é mais elevada do que a pressão de equilíbrio que deve ser estabelecida na temperatura de reação em um reator hermético enchido com a suspensão. Durante o acúmulo de uma tal pressão hidrostática é adicionalmente muito simples manter uma pressão constante. Neste caso, é simplesmente necessário 25 garantir que o líquido possa entrar ou sair na superfície da coluna de água. Isso pode ser possível, por exemplo, mediante as aberturas ou mediante o uso de bombas não fechadas tas como, por exemplo, bombas rotativas. Durante uma elevação de temperatura no volume de reação, o líquido pode então sair na superfície e a pressão no volume de reação permanece largamente constante. A coluna de água é, desse modo, usada como um tamponante de pressão. As condições de reação são assim homogeneizadas e o rendimento do material sólido pode ser adicionalmente aumentado.Pressure buildup can be obtained by moving the reaction volume deep enough into the soil. The reaction volume site is selected to be deep enough that a column of water located above the reaction volume that is required to provide and remove the suspension will produce a hydrostatic pressure at the reaction volume that is higher than the reaction volume. equilibrium pressure that must be established at the reaction temperature in an airtight reactor filled with the suspension. During the accumulation of such hydrostatic pressure it is additionally very simple to maintain a constant pressure. In this case, it is simply necessary to ensure that liquid can enter or exit the surface of the water column. This may be possible, for example, by opening or using non-enclosed pumps such as rotary pumps. During a temperature rise in the reaction volume, the liquid may then come out on the surface and the pressure in the reaction volume remains largely constant. The water column is thus used as a pressure buffer. The reaction conditions are thus homogenized and the yield of solid material can be further increased.

Vantagens particulares são obtidas se o volume de reação for 5 configurado para ter uma maior largura do que altura. Durante a geração de pressão hidrostática uma pressão aproximadamente igual é dessa maneira gerada em todos os pontos no volume de reação, desse modo adicionalmente promovendo a homogeneização das condições de reação. O volume de reação pode ser formado pela inserção de eixos horizontais, por exemplo, eixos de 10 carvão.Particular advantages are obtained if the reaction volume is configured to have a greater width than height. During hydrostatic pressure generation an approximately equal pressure is thus generated at all points in the reaction volume, thereby further promoting the homogenization of the reaction conditions. The reaction volume may be formed by inserting horizontal axes, for example 10-carbon axes.

Em uma forma de realização particularmente vantajosa para a geração da pressão hidrostática, uma diferença de altura de pelo menos 100 m é selecionada entre o nível de enchimento superior e o volume de reação. Uma pressão mais elevada do que 10 x IO5 Pa (10 bar) é assim formada no 15 volume de reação como um resultado da coluna de água localizada mais acima. As grandes diferenças de altura de 200 m ou mais permitem pressões mais elevadas serem estabelecidas, as quais podem ser muito vantajosas dependendo da necessidade.In a particularly advantageous embodiment for hydrostatic pressure generation, a height difference of at least 100 m is selected between the upper fill level and the reaction volume. A pressure higher than 10 x 105 Pa (10 bar) is thus formed in the reaction volume as a result of the water column located above. Large height differences of 200 m or more allow higher pressures to be established which can be very advantageous depending on the need.

Em uma forma de realização muito vantajosa, o reator é 20 designado de modo que uma abertura de entrada e saída é localizada na mesma altura ou pelo menos em uma altura similar comparada com a altura total do reator de modo que a diferença de pressão hidrostática entre as aberturas não exceda a 10 % da pressão. As bombas usadas então não necessitam superar quaisquer diferenças de pressão elevada e podem assim 25 ser concebidas de maneira muito simples e com baixo custo.In a very advantageous embodiment, the reactor is designed such that an inlet and outlet opening is located at the same or at least a similar height compared to the total reactor height such that the hydrostatic pressure difference between the openings do not exceed 10% of the pressure. The pumps used then need not overcome any high pressure differences and can thus be designed very simply and cost-effectively.

Além de utilizar um reator rígido, também é possível configurar a parede externa do reator como flexível de modo que esta se acomode contra a parede interna da cavidade ou pelo menos sirva como uma barreira para a rocha ou água circundante. Lâminas de metal finas ou películas de metal podem ser usadas aqui particularmente de modo vantajoso, estas tendo uma resistência de temperatura elevada comparadas com os outros materiais.In addition to using a rigid reactor, it is also possible to configure the reactor outer wall as flexible so that it sits against the cavity inner wall or at least serves as a barrier to the surrounding rock or water. Thin metal foils or metal foils may be used here particularly advantageously, which have a high temperature resistance compared to other materials.

Uma vantagem do acúmulo de pressão pela pressão hidrostática no reator é que a pressão aumenta uniformemente com o aumento da profundidade. A reação, portanto, não começa repentina e espontaneamente, mas lenta e uniformemente com o aumento da pressão e o aumento da temperatura. Mediante a variação da taxa de liberação e o diâmetro relativo do poço no caso de um poço como a cavidade, o tempo de permanência pode ser especificamente ajustado e, desse modo comparadoAn advantage of pressure build-up by hydrostatic pressure in the reactor is that the pressure increases evenly with increasing depth. The reaction, therefore, does not start suddenly and spontaneously, but slowly and evenly with increasing pressure and increasing temperature. By varying the release rate and relative diameter of the well in the case of a well such as the cavity, the residence time can be specifically adjusted and thus compared.

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com a respectiva matéria prima. E apropriado unir as conexões de água de esfriamento em intervalos regulares sobre a altura e volume do reator de modo que a água fria possa ser introduzida, se querido, para retardar a reação. Isto pode evitar o superaquecimento da reação e a água aquecida pode, desse modo, ser usada para energia. Este processo também pode ocorrer através de trocadores térmicos a serem instalados no reator.with the respective raw material. It is appropriate to join the cooling water connections at regular intervals over the height and volume of the reactor so that cold water can be introduced, if desired, to delay the reaction. This can prevent overheating of the reaction and the heated water can thus be used for energy. This process can also occur through thermal exchangers to be installed in the reactor.

Quando se ajusta os longos tempos de permanência no reator, pode ocorrer que a taxa de fluxo necessite ser controlada em uma tal extensão que as partículas na suspensão se estabeleçam mais rapidamente do que o fluxo de suspensão. Estratégias diferentes são possíveis para evitar bloqueios no reator.When adjusting the long residence times in the reactor, it may occur that the flow rate needs to be controlled to such an extent that the particles in the suspension settle faster than the suspension flow. Different strategies are possible to avoid reactor blockages.

Assim, os elementos de mistura, defletores de fluxo, misturadores estáticos, agitadores e outros dispositivos que influenciam o fluxo podem ser instalados no reator para limitar a sedimentação dos sólidos. Gases tais como, por exemplo, ar comprimido, podem ser particularmente de modo vantajoso introduzidos no reator para efeito de mistura completa. Também é possível obter a formação de gás fazendo a água na suspensão parcialmente se evaporar. A turbulência desse modo produzida leva a mistura completa e evita bloqueios. A evaporação específica de parte da água também pode ser usada para esvaziar o reator após o final da reação. Para isto, uma redução de pressão no volume de reação pode ser obtida mediante o bombeamento para longe da água localizada na entrada ou saída e evaporação espontânea é 5 alcançada no volume de reação. Como um resultado deste processo de evaporação que procede muito similarmente como a ebulição retardada, muita massa é transportada a partir da câmara de reação em uma tempo muito curto como um resultado das taxas de fluxo muito elevadas que desse modo ocorrem, os sólidos e fuligem sedimentados ou depositados são transportados 10 para a superfície.Thus, mixing elements, flow deflectors, static mixers, agitators, and other flow-influencing devices can be installed in the reactor to limit sedimentation of solids. Gases such as, for example, compressed air may be particularly advantageously introduced into the reactor for the purpose of complete mixing. Gas can also be formed by causing the water in the suspension to partially evaporate. The turbulence thus produced leads to complete mixing and prevents blockages. Specific evaporation of part of the water can also be used to empty the reactor after the end of the reaction. For this, a pressure reduction in the reaction volume can be achieved by pumping away from the water located at the inlet or outlet and spontaneous evaporation is achieved at the reaction volume. As a result of this evaporation process proceeding very similarly as delayed boiling, much mass is transported from the reaction chamber in a very short time as a result of the very high flow rates thus occurring, the sedimented solids and soot. or deposited are transported to the surface.

De modo a aumentar a taxa de fluxo no reator, a seção transversal de fluxo pode ser reduzida a tal ponto que uma taxa de fluxo crítica é ultrapassada. Também é possível erguer uma cascata de reatores agitadores em túneis subterrâneos e circundá-los com solo, rocha ou água, 15 através da qual o fluxo ocorre em série. Desta forma, eles podem ser fabricados com custo muito baixo e permitir o fluxo rápido.In order to increase the flow rate in the reactor, the flow cross section may be reduced to such an extent that a critical flow rate is exceeded. It is also possible to erect a cascade of stirring reactors in underground tunnels and surround them with soil, rock or water, 15 through which the flow occurs in series. This way they can be manufactured at very low cost and allow for fast flow.

O bloqueio do reator também pode ser evitado se a direção do fluxo for invertida em intervalos regulares e assim um tipo de pulsação é obtido sobre o qual uma taxa de fluxo constante é sobreposta. Esta pulsação leva a turbulência no reator e desse modo muito eficazmente impede os depósitos.Reactor blockage can also be avoided if the direction of flow is reversed at regular intervals and thus a pulse type is obtained over which a constant flow rate is superimposed. This pulsation leads to turbulence in the reactor and thus very effectively prevents deposits.

De modo a grandemente evitar os componentes perturbadores na câmara de reação, é vantajoso remover os componentes perturbadores tais como pedras, metal, vidro ou materiais inorgânicos similares da suspensão 25 antes da reação. Isto pode compreender a separação gravitacional tal como um tanque de sedimentação primária em obras de tratamento de esgoto ou um hidrociclone ou um outro método conhecido da técnica anterior para a separação de sólidos da suspensão.In order to greatly avoid the disturbing components in the reaction chamber, it is advantageous to remove the disturbing components such as stones, metal, glass or similar inorganic materials from the suspension 25 prior to the reaction. This may comprise gravitational separation such as a primary sedimentation tank in sewage treatment works or a hydrocyclone or another known prior art method for separating solids from the suspension.

Além disso, as partículas que tendem a sedimentar podem ser especificamente removidas do reator. Para este propósito, o mecanismo pode ser incorporado no reator que descontínua ou continuamente transporta os sólidos sedimentados do reator usando sistemas de acordo com a técnica anterior (por exemplo, esteiras transportadoras, raspadores, correntes, hélices, 5 bombas). Estes sólidos podem ser fracionados fora do reator de modo que os materiais orgânicos não refinados possam retomar para a câmara de reação seguinte a fragmentação apropriada.In addition, particles that tend to settle may be specifically removed from the reactor. For this purpose, the mechanism may be incorporated into the reactor which continuously or continuously conveys the sedimented solids of the reactor using prior art systems (eg conveyor belts, scrapers, chains, propellers, 5 pumps). These solids can be fractionated outside the reactor so that unrefined organic materials can resume to the reaction chamber following appropriate fragmentation.

Pode ser desejável remover do reator os gases ou vapores formados como um resultado da queda de pressão na parte do reator através 10 do qual o fluxo ascendente ocorre. Isto pode ser obtido, por exemplo, pela perfuração da parede do reator, por exemplo, na parte do reator através da qual o fluxo ascendente ocorre. Estes orifícios podem ser podem ser fornecidos nas adjacências ou na parte do reator através do qual o fluxo descendente ocorre. A compensação de pressão é assim garantida. As 15 formações rochosas fissuradas ou região cárstica também podem ser usadas para remover o gás.It may be desirable to remove gases or vapors formed from the reactor as a result of the pressure drop in the reactor portion through which the upstream occurs. This can be achieved, for example, by perforating the reactor wall, for example, in the part of the reactor through which upstream occurs. These holes may be provided in the vicinity or in the reactor portion through which downflow occurs. Pressure compensation is thus guaranteed. The fissured rock formations or karst region can also be used to remove the gas.

Se um escape rápido dos gases ou volumes de líquido devido às diferenças de temperatura-densidade (efeito gêiser) for para ser evitado, válvulas de pressão apropriadas ou válvulas de retenção devem ser 20 incorporadas as quais se fecham quando uma pressão definida ou uma taxa de fluxo definida for excedida, desse modo brevemente afetando uma elevação de pressão e terminando o processo de escape de gás. Os fluxos de convecção podem ser especificamente prevenidos por este meio.If a rapid escape of gases or liquid volumes due to temperature-density differences (geyser effect) is to be avoided, appropriate pressure valves or check valves shall be incorporated which close when a set pressure or a flow rate is reached. set flow is exceeded, thereby briefly affecting a pressure rise and terminating the gas exhaust process. Convection flows can be specifically prevented by this means.

Em um projeto particularmente simples do reator 25 simplesmente consiste de uma cavidade presente nas camadas mais profundas da rocha onde o fornecimento da mistura de reação é transportado através de uma linha de fornecimento até uma profundidade suficiente para a reação. E particularmente vantajoso, por exemplo, utilizar antigos eixos de transporte da mineração, túneis em desuso ou outras estruturas subterrâneas. Neste caso, o revestimento existente dos eixos ou túneis pode ser usado como a “parede de reação” e o volume inteiro do eixo pode ser usado como o reator. Além do revestimento do eixo com materiais à prova d’água, o sistema pode ser selado por aditivos nas águas ou o sistema pode selar a si mesmo em relação à rocha 5 circundante por produtos de reação tais como partículas de carvão.In a particularly simple design reactor 25 simply consists of a cavity present in the deepest layers of the rock where the supply of reaction mixture is transported through a supply line to a depth sufficient for the reaction. It is particularly advantageous, for example, to use old mining transport axes, disused tunnels or other underground structures. In this case, the existing casing of shafts or tunnels can be used as the “reaction wall” and the entire shaft volume can be used as the reactor. In addition to coating the shaft with waterproof materials, the system may be sealed by water additives or the system may seal itself against the surrounding rock by reaction products such as coal particles.

Quando se usa perfurações no solo, uma entrada ou saída deve ser fornecida na região mais baixa do reator. Por fornecer um canal de entrada ou saída na região mais baixa do eixo ou da perfuração cuja área transversal e a capacidade de bomba podem ser variavelmente ajustadas, um fluxo 10 ascendente é estabelecido sobre o eixo transversal remanescente. Dependendo da necessidade, a relação de área do espaço do reator através do qual o fluxo ascendente ocorre e do espaço do reator através do qual o fluxo descendente ocorre pode ser de 0,01 % a 99,99 %. Os trocadores térmicos para o esfriamento ou aquecimento, que podem ser dispostos no eixo, são usados 15 para controlar a temperatura e a reação e desse modo garantir a qualidade do produto e a remoção de energia e consequentemente a utilização de energia fora do reator.When using ground drilling, an inlet or outlet must be provided in the lower region of the reactor. By providing an inlet or outlet channel in the lower shaft or bore region whose cross-sectional area and pump capacity can be variably adjusted, an upward flow is established over the remaining cross-sectional axis. Depending on the need, the area ratio of the reactor space through which upstream occurs and the reactor space through which downstream occurs may be from 0.01% to 99.99%. The heat exchangers for cooling or heating, which can be arranged on the shaft, are used to control temperature and reaction, thereby ensuring product quality and energy removal and consequently energy utilization outside the reactor.

Pode ser desejável transportar o fluxo ascendente do produto a partir do fundo em um outro local daquele em que a matéria prima foi 20 introduzida, similar ao uso de energia geotérmica. Por exemplo, os veios de carvão horizontalmente fluindo que foram anteriormente usados como áreas de mineração subterrâneas e são agora debatidos, podem ser usados como volumes de reação. Assim, a suspensão de matéria prima pode ser introduzida no eixo através das regiões externamente localizadas e todos os fluxos de 25 entrada do eixo de transporte podem ser transportados centralmente para fora das profundidades ou vice-versa. Assim, as instalações de eixo existentes podem ser quase completamente utilizadas como “reatores” para a produção de combustíveis biogênicos. Muitas dezenas de milhares de metros cúbicos de volume são disponíveis como reator de modo que rendimentos muito elevados podem ser alcançados apesar do longo tempo de demora da reação. Também é possível utilizar outras cavidades subterrâneas com gás ou água, cavernas, grutas, região cárstica e formações rochosas porosas ou túneis cheios de água como reatores. A pessoa versada na técnica do campo da geologia será capaz 5 de identificar as cavidades adequadas que podem ser inundadas com água e usadas para o método descrito.It may be desirable to transport the upstream product from the bottom to another location where raw material was introduced, similar to the use of geothermal energy. For example, horizontally flowing coal shafts that were previously used as underground mining areas and are now debated can be used as reaction volumes. Thus, the feedstock suspension may be introduced into the shaft through the externally located regions and all inlet streams of the conveyor shaft may be carried centrally out of depth or vice versa. Thus existing shaft installations can be almost completely used as “reactors” for the production of biogenic fuels. Many tens of thousands of cubic meters of volume are available as reactors so very high yields can be achieved despite the long reaction time delay. Other underground gas or water cavities, caves, caves, karst region and porous rock formations or water-filled tunnels can also be used as reactors. The person skilled in the field of geology will be able to identify suitable cavities that can be flooded with water and used for the method described.

Neste caso é sempre particularmente vantajoso utilizar o calor da Terra em profundidades maiores para promover a reação. Também pode ser apropriado utilizar depósitos de carvão ou óleo. Aqui em paralelo com a 10 reação de biomassa, também é possível extrair as reservas residuais de depósitos de óleo que já se tomaram antieconômicas para extrair como um subproduto, por assim dizer. Assim, o volume do depósito pode ser usado como o reator e depósitos residuais remanescentes de matérias primas fossilizadas podem ser apropriadamente utilizados. Como um resultado da 15 temperatura de reação elevada, o óleo nas rochas é fino de modo que os depósitos residuais possam ser transportados muito eficientemente a partir das profundezas.In this case it is always particularly advantageous to use the heat of the earth at greater depths to promote the reaction. It may also be appropriate to use coal or oil deposits. Here in parallel with the biomass reaction, it is also possible to extract residual reserves from oil deposits that have already become uneconomical to extract as a byproduct, as it were. Thus, the deposit volume can be used as the reactor and remaining residual deposits of fossilized raw materials can be appropriately utilized. As a result of the elevated reaction temperature, the oil in the rocks is thin so that the residual deposits can be transported very efficiently from the depths.

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E vantajoso circular a água usada para a suspensão completa ou parcialmente no ciclo para completamente utilizar a matéria prima. Para 20 este propósito é necessário separar os produtos de reação desejados tais como, por exemplo, partículas de carvão, da suspensão e transportar os substratos remanescentes, matérias primas não reagidas e produtos de reação tais como, por exemplo, fenóis ou outros produtos secundários juntamente com a nova matéria prima biogênica fragmentada de volta para dentro da câmara de 25 reação. E de conhecimento da pessoa versada na técnica que uma concentração de minerais ou frações não convertíveis deve ser evitada. Isto pode ser obtido por um fluxo de drenagem adequadamente dimensionado.It is advantageous to circulate the water used for the suspension completely or partially in the cycle to fully utilize the raw material. For this purpose it is necessary to separate the desired reaction products such as, for example, carbon particles, from the suspension and to transport the remaining substrates, unreacted raw materials and reaction products such as, for example, phenols or other by-products together. with the new biogenic raw material fragmented back into the reaction chamber. It is well known to the person skilled in the art that a concentration of minerals or non-convertible fractions should be avoided. This can be achieved by a properly sized drainage flow.

Métodos de processo de tecnologia da solução tais como bacias de sedimentação, decantadores, prensas de filtragem ou instalações de briquetagem podem ser usados para separar as partículas de carvão.Solution technology process methods such as sedimentation basins, decanters, filter presses or briquetting facilities can be used to separate the coal particles.

Uma outra possibilidade para a implementação desta invenção pode ser observada na área submarina. Aqui, por exemplo, condutos de parede fina simples podem ser orientados no mar em maiores profundidades 5 como reatores. No entanto, também pode ser vantajoso introduzir as misturas de reação diretamente nas camadas profundas ou lagos ou camadas profundas do mar e, portanto, utilizar grandes áreas do mar tais como, por exemplo, zonas costeiras com maiores profundezas do mar como reatores. Neste caso, pode ser particularmente vantajoso utilizar regiões no oceano que são 10 particularmente quentes devido à atividade vulcânica tais como, por exemplo, algumas regiões no Pacífico. O fluxo ascendente de fontes submarinas quentes pode então ser usado para transportar os produtos de reação tais como, por exemplo, carvão.Another possibility for the implementation of this invention may be observed in the underwater area. Here, for example, single-wall thin ducts may be oriented at sea at greater depths 5 as reactors. However, it may also be advantageous to introduce the reaction mixtures directly into the deep or deep sea layers or lakes and therefore to use large areas of the sea such as, for example, deeper sea areas as reactors. In this case, it may be particularly advantageous to use ocean regions which are particularly hot due to volcanic activity such as, for example, some regions in the Pacific. The upstream from hot underwater sources can then be used to transport reaction products such as, for example, coal.

O método descrito traz vantagens adicionais quando usado em 15 combinação com a energia geotérmica. Assim, a energia é fornecida à mistura de reação nas regiões mais quentes da Terra, a mistura de reação é adicionalmente aquecida e a reação desse modo é acelerada. A energia adicionalmente liberada pode então ser usada de acordo com a técnica anterior mediante a remoção do calor ou mediante a conversão em corrente 20 elétrica ou hidrogênio.The method described has additional advantages when used in combination with geothermal energy. Thus energy is supplied to the reaction mixture in the warmer regions of the earth, the reaction mixture is further heated and the reaction thereby accelerated. The additionally released energy can then be used according to the prior art by removing heat or converting it to electric current or hydrogen.

Os produtos de reação ricos em carbono estão presentes em muitos casos como nanoesferas finamente dispersas. Esta circunstância pode ser usada muito vantajosamente para o transporte dos portadores de energia sólidos. Assim, logo que a suspensão de portador de energia surge do reator, a 25 separação mecânica dos sólidos do líquido pode inicialmente ser realizada, por exemplo, pelos métodos de separação centrífuga. A fração líquida contendo os aminoácidos e minerais da matéria prima orgânica pode ser usada como estrume diretamente ou após a concentração mediante a separação parcial da água. Os sólidos de nanopartícula que predominantemente consistem de carbono são novamente misturados com água e ajustados em um teor de substância seca de 40 a 60 % em massa. Uma densidade de energia de até 18 gigajoules por tonelada pode assim ser estabelecida na suspensão, que corresponde a aproximadamente metade da densidade de energia do óleo 5 bruto. O transporte de portadores de energia de nanopartícula por grandes distâncias desta forma é completamente econômica por oleodutos conhecidos da técnica anterior.Carbon-rich reaction products are present in many cases as finely dispersed nanospheres. This circumstance can be used very advantageously for the transport of solid energy carriers. Thus, as soon as the energy carrier suspension arises from the reactor, mechanical separation of the solids from the liquid can initially be performed, for example, by centrifugal separation methods. The liquid fraction containing amino acids and minerals from organic raw materials can be used as manure directly or after concentration by partial separation of water. The predominantly carbon nanoparticle solids are again mixed with water and adjusted to a dry substance content of 40 to 60 mass%. An energy density of up to 18 gigajoules per tonne can thus be established in the suspension, which corresponds to approximately half the energy density of crude oil. Transporting nanoparticle energy carriers over long distances in this way is completely economical through pipelines known in the prior art.

A viscosidade desempenha um papel decisivo em evitar os efeitos de sedimentação e para a separação de carvão da fase líquida. De 10 modo a evitar a sedimentação muito rápida das matérias primas biogênicas, a viscosidade da suspensão na entrada do reator deve ser pelo menos 20 mPas (medida em um viscosímetro rotativo em uma taxa de cisalhamento de 10 m/s). Na saída do reator, os valores de 5 mPas não devem ser excedidos para a separação melhorada dos sólidos particulados.Viscosity plays a decisive role in preventing sedimentation effects and for the separation of coal from the liquid phase. In order to avoid very rapid sedimentation of biogenic raw materials, the viscosity of the suspension at the reactor inlet should be at least 20 mPas (measured on a rotating viscometer at a shear rate of 10 m / s). At reactor output, values of 5 mPas should not be exceeded for improved separation of particulate solids.

Vários métodos são conhecidos da pessoa versada na técnicaVarious methods are known to the skilled person

para o ajuste da viscosidade na entrada. Assim, uma viscosidade elevada pode ser determinada por especificamente utilizar diferentes biomassas, biomassa tendo carboidratos definidos (celulose, amido, oligo- ou monossacarídeos), seu grau de fragmentação, concentração e através do tempo de 20 intumescimento dos carboidratos. Neste caso, os parâmetros descritos e a escolha de matéria prima devem ser variados de uma tal maneira que após a reação, o líquido possui uma viscosidade correspondentemente baixa como um resultado da degradação e conversão da biomassa.for adjusting the inlet viscosity. Thus, a high viscosity can be determined by specifically utilizing different biomasses, biomass having defined carbohydrates (cellulose, starch, oligo- or monosaccharides), their degree of fragmentation, concentration and over time the carbohydrate swelling. In this case, the parameters described and the choice of raw material should be varied such that upon reaction, the liquid has a correspondingly low viscosity as a result of the degradation and conversion of biomass.

Em uma outra forma de realização do método de acordo com a 25 invenção, a biomassa da suspensão de reação é transportada para dentro das profundezas em recipientes ou tambores tais como recipientes, barris, cestas, sacos, recipientes cilíndricos ou retangulares feitos de diferentes materiais ou em volumes similares espacialmente definidos, no interior do reator acomodado no subsolo. Como um resultado da capacidade térmica elevada do solo e do líquida no reator, os recipientes e recipientes no reator são suficientemente aquecidos de modo que a reação possa ocorrer dentro do recipiente sem remover a biomassa dos recipientes.In another embodiment of the method according to the invention, the reaction suspension biomass is conveyed deep into containers or drums such as containers, barrels, baskets, bags, cylindrical or rectangular containers made of different materials or in similar spatially defined volumes within the reactor housed underground. As a result of the high thermal capacity of the soil and liquid in the reactor, the containers and containers in the reactor are sufficiently heated so that the reaction can take place within the container without removing biomass from the containers.

Esta medida pode muito eficientemente evitar partículas daThis measure can very efficiently prevent particles from

suspensão que sedimentam no fundo do reator e não mais sendo capazes de serem retiradas. Na forma de realização do recipiente fechado ou meio aberto,suspension that sediments at the bottom of the reactor and is no longer able to be removed. In the closed or half open container embodiment,

o tamanho de partícula pode ser variavelmente ajustado ou a fragmentação fina pode ser dispensada antes da realização da reação. Assim, as partículas 10 maiores tais como, por exemplo, pedaços de madeira, podem ser transportadas para dentro do reator. As partículas de carvão tendo um comprimento de aresta de vários centímetros podem ser dessa maneira obtidas, tomando mais fácil separar a água do carvão após a conclusão da reação.particle size may be variably adjusted or fine fragmentation may be dispensed with prior to carrying out the reaction. Thus, larger particles 10 such as, for example, pieces of wood, can be transported into the reactor. Coal particles having an edge length of several centimeters can thus be obtained, making it easier to separate water from coal after completion of the reaction.

É importante para a forma de realização utilizar recipientes emIt is important for the embodiment to use containers in

que a provisão é feita para a equalização de pressão com a água circundante. Deve ser garantido mediante o fornecimento de aberturas ou válvulas nos recipientes que de acordo com a profundidade, a pressão no reator pode ser transferida para o interior do recipiente.that provision is made for equalizing pressure with the surrounding water. It must be ensured by providing openings or valves in the containers that according to the depth, the pressure in the reactor can be transferred into the container.

Da mesma forma pode ser vantajoso permitir uma alteração deIt may also be advantageous to allow a change of

líquido do recipiente com o líquido circundante através de aberturas adequadas no recipiente. O transporte térmico no interior do recipiente é desse modo melhorado e a transferência de produtos líquidos de reação e partículas não colocadas em suspensão extremamente finas dos recipientes dentro do 25 líquido circundante e, portanto, também em outro recipiente, toma-se possível. Assim, apesar de muito eficiente evitar os efeitos de sedimentação e bloqueios no reator, a troca de temperatura dos produtos líquidos e de reação pode ocorrer entre os recipientes, resultando em uma reação mais rápida e homogeneização da composição do produto. Os recipientes podem ser transportados através do espaço de reação similar à situação com aquecedores de torre na indústria alimentícia que são usados para o aquecimento de latas em um sistema de transporte de deslocamento, isto é, cada recipiente empurra o próximo recipiente mais 5 adiante no espaço de reação tubular. Também é possível utilizar sistemas de transporte para os recipientes de acordo com a técnica anterior tal como, por exemplo, transportadores de corrente, hélices transportadoras, cabos e outros dispositivos para o transporte de recipientes através de condutos. Os recipientes também podem ser transportados através do eixo ou espaço de 10 reação da mesma maneira como os outros sistemas de transporte na mineração por cabos ou sobre trilhos em um tipo de “ferrovia subterrânea”.container liquid with the surrounding liquid through suitable openings in the container. Thermal transport within the container is thereby improved and the transfer of extremely fine reaction liquids and non-suspended particles from the containers into the surrounding liquid and thus also into another container is possible. Thus, although it is very efficient to avoid the effects of sedimentation and blockages in the reactor, the temperature change of liquid and reaction products can occur between the containers, resulting in a faster reaction and homogenization of the product composition. Containers can be transported through the reaction space similar to the situation with tower heaters in the food industry that are used for can heating in a displacement conveyor system, ie each container pushes the next container 5 further into space. of tubular reaction. It is also possible to use prior art container conveyor systems such as, for example, chain conveyors, conveyor propellers, cables and other devices for conveying containers through conduits. Containers can also be transported across the axle or reaction space in the same manner as other transport systems in cable or track mining on a type of “underground railway”.

Também é possível produzir volumes de reação espacialmente definidas mediante a separação de regiões individuais do reator pelo uso de fechaduras, lâminas de metal ou outras partes internas ou por assim chamados 15 raspadores que grandemente fecham a seção transversal do reator e podem ser arrastados com o fluxo como paredes divisoras entre as seções individuais do reator. Como um resultado deste projeto de múltiplas câmaras do espaço de reação, diferentes condições de processo tais como temperatura, por exemplo, podem ser estabelecidas em cada segmento, tomando mais fácil controlar o 20 processo.It is also possible to produce spatially defined reaction volumes by separating individual reactor regions by the use of locks, metal blades or other internal parts or so-called 15 scrapers that greatly close the reactor cross section and can be dragged with the flow. as dividing walls between individual reactor sections. As a result of this multi-chamber reaction space design, different process conditions such as temperature, for example, can be established in each segment, making it easier to control the process.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOSBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS

O método proposto é explicado resumidamente mais adiante com referência a uma forma de realização exemplar em conjunto com os desenhos. Nas figuras:The proposed method is explained briefly below with reference to an exemplary embodiment in conjunction with the drawings. In the figures:

Fig. 1 - é um exemplo da disposição do volume de reaçãoFig. 1 - is an example of the reaction volume arrangement.

debaixo da superfície da Terra; eunder the surface of the earth; and

Fig. 2 - é um diagrama esquemático da seqüência do processo no método proposto.Fig. 2 - is a schematic diagram of the process sequence in the proposed method.

MEIOS DE IMPLEMENTAR A INVENÇÃO A Figura 1 esquematicamente mostra um exemplo de uma forma de realização de um reator para a realização do presente método, que neste exemplo é inserido em um eixo 1 debaixo da superfície da Terra. O eixoMEANS OF IMPLEMENTING THE INVENTION Figure 1 schematically shows an example of one embodiment of a reactor for carrying out the present method, which in this example is inserted into an axis 1 below the earth's surface. The axis

1 se situa em uma profundidade de 200 m. O reator 2 possui uma entrada 3 no 5 volume de reação que neste caso ocupa o volume inteiro do reator horizontalmente disposto. A biomassa colocada em suspensão é bombeada através desta entrada 3 no volume de reação. Os produtos de reação são bombeados para cima novamente através da saída 4. A parede do reator 2 pode ser relativamente fina visto que a pressão hidrostaticamente gerada neste 10 caso é absorvida pelo solo circundante 5 que corresponde a pelo menos quatro vezes o diâmetro D do volume de reação. Nenhuma cavidade mais pode estar presente nesta área circundante de modo que a massa total em um volume ocupado pelo material nesta área circundante corresponde a pelo menos oito vezes a massa da mistura de reação no volume de reação. A biomassa 15 colocada em suspensão é inicialmente levada a uma temperatura de cerca de 80 0C no reator 2. Como um resultado da reação exotérmica muito violenta no volume de reação no começo do processo, a suspensão é aquecida acima de 200 0C. Como um resultado da grande massa do material circundante, a absorção e armazenagem de calor tem o resultado de que nenhum 20 superaquecimento rápido ocorre. Em um subseqüente curso da reação quando subseqüentemente menos calor é produzido, a temperatura de reação é alcançada pelo calor liberado pelo material circundante, de modo que a reação possa ser mantida durante um tempo razoavelmente longo sem qualquer fornecimento externo de energia.1 lies at a depth of 200 m. Reactor 2 has an input 3 in the reaction volume which in this case occupies the entire horizontally arranged reactor volume. The suspended biomass is pumped through this inlet 3 into the reaction volume. The reaction products are pumped back up through outlet 4. The wall of reactor 2 may be relatively thin since the hydrostatically generated pressure in this case is absorbed by the surrounding soil 5 which corresponds to at least four times the diameter D of the volume. reaction No more cavities may be present in this surrounding area so that the total mass in a volume occupied by the material in this surrounding area corresponds to at least eight times the mass of the reaction mixture in the reaction volume. The suspended biomass 15 is initially brought to a temperature of about 80 ° C in reactor 2. As a result of the very violent exothermic reaction in the reaction volume at the beginning of the process, the suspension is heated above 200 ° C. As a result of the large mass of the surrounding material, heat absorption and storage results in no rapid overheating occurring. In a subsequent course of the reaction when subsequently less heat is produced, the reaction temperature is reached by the heat released by the surrounding material, so that the reaction can be maintained for a reasonably long time without any external power supply.

A Figura 2 esquematicamente mostra a seqüência do processoFigure 2 schematically shows the process sequence.

novamente em um diagrama de fluxo. A biomassa 6 fornecida de uma fazenda, que pode ser no estado seco ou úmido, é inicialmente fragmentada em uma etapa de fragmentação e suspensão 7 e colocada em suspensão em água. Ácidos, catalisador orgânicos e inorgânicos podem ser usados como aditivos. Após o aquecimento a suspensão assim obtida para cerca de 80 0C, é transportada por meio de uma bomba adequada no reator de poço profundo 8 como mostrado esquematicamente, por exemplo, na Figura I. A reação exotérmica ocorre no volume de reação deste reator por meio do qual no primeiro intervalo de tempo do processo, uma suspensão quente ao redor de 200 0C contendo água e partículas de carvão é removida do reator. O calor desta suspensão é usado em uma etapa de conversão 9 para produzir energia elétrica. Em uma etapa de separação 10 a água e o carvão são separados de modo que o carvão finalmente puro 11 esteja disponível para a produção de energia. O carvão pode ser usado, por exemplo, como matéria prima para combustíveis ricos em hidrocarbonetos líquidos. Na etapa de separação 10 uma fração compreendendo água com minerais e aminoácidos nela dissolvidos é obtida. Os minerais e aminoácidos são separados na etapa 12 e transportados de volta ao campo outra vez como adubo. A água é reutilizada na etapa de fragmentação e suspensão 7. LISTA DE REFERÊNCIAagain in a flow chart. The farm-supplied biomass 6, which may be in the dry or wet state, is initially shredded in a fragmentation and suspension step 7 and suspended in water. Organic and inorganic acids, catalysts can be used as additives. After heating the suspension thus obtained to about 80 ° C is conveyed by a suitable pump in deep well reactor 8 as shown schematically, for example in Figure I. The exothermic reaction occurs in the reaction volume of this reactor via from which in the first time frame of the process, a hot suspension around 200 ° C containing water and coal particles is removed from the reactor. The heat of this suspension is used in a conversion step 9 to produce electrical energy. In a separation step 10 water and coal are separated so that finally pure coal 11 is available for energy production. Coal can be used, for example, as a raw material for fuels rich in liquid hydrocarbons. In the separation step 10 a fraction comprising water with minerals and amino acids dissolved in it is obtained. The minerals and amino acids are separated in step 12 and transported back to the field again as fertilizer. Water is reused in the fragmentation and suspension step 7. REFERENCE LIST

1 Eixo 2 Reator 3 Entrada 4 Saída 5 Solo circundante 6 Biomassa 7 Etapa de fragmentação e suspensão 8 Reator 9 Conversão em energia elétrica 10 Etapa de separação 11 Carvão 12 Separação de minerais e aminoácidos da água1 Axis 2 Reactor 3 Input 4 Output 5 Surrounding Soil 6 Biomass 7 Fragmentation and Suspension Step 8 Reactor 9 Electricity Conversion 10 Separation Step 11 Coal 12 Minerals and Amino Acids Separation from Water

13 Adubo13 Fertilizer

Claims

Method for the conversion of biomass to higher energy density solids, in particular coal, humus or peat, in which the biomass organic substances are suspended in water to form a suspension and in which at least a part The suspension to be converted is heated to a reaction temperature and is converted to higher density energy solids by hydrothermal carbonization at high pressure, characterized in that the conversion is performed at a reaction volume that is located below the surface. from the earth.

A method according to claim 1, characterized in that the reaction volume to buffer the heat released from the reaction in a surrounding area corresponding to at least four times the average diameter of the reaction volume is surrounded by a mass of compact liquid and / or solid material that is greater than eight times the mass contained in the reaction volume.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the conversion is performed at a process pressure that is higher than an equilibrium pressure that must be established at the reaction temperature in a gas-tight reactor. filled with the suspension.

Method according to claim 3, characterized in that the process pressure is hydrostatically generated by introducing part of the suspension to be converted to a volume region of a volume filled with water or the suspension to a level of upper fill, where a height difference of at least 100 m exists between the upper fill level and the volume region forming the reaction volume.

A method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a ground cavity is used for the reaction volume, in particular a drillhole or shaft or shaft system which is filled with water or the suspension.

Method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a region below the water surface of a sea or lake is used for the reaction volume.

Method according to either of Claims 5 and 6, characterized in that at least one reactor is inserted into the cavity, sea or side and is filled with water or the suspension.

Method according to claim 7, characterized in that the reactors are formed with a flexible outer wall.

Method according to claim 7 or 8, characterized in that the reactor is inserted in a horizontal or inclined axis and is surrounded by water, which has a hydrostatic pressure whereby a reactor wall is at least partially released from the pressure in the reactor.

Method according to any one of claims 7 to 9, characterized in that the reactor is at least partially perforated to permit the passage of gases.

Method according to any one of claims 5 to 10, characterized in that cold water to retard conversion is provided in a controlled manner in the reactor or cavity at different heights by cooling the water supply lines to prevent overheating. .

Method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the part of the suspension to be converted is pumped in a pumping direction through the reaction volume, wherein a pulsatile flow of the part of the suspension to be converted. converted through the reaction volume is produced by briefly reversing the pumping direction.

A method according to any one of claims 1 to 12, characterized in that turbulence is generated in the reaction volume to count any solid sedimentation in the reaction volume.

Method according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the heat dissipated by pumping the suspension or by pumping water used for cooling or other cooling means is used to generate electrical energy.

Method according to any one of claims 1 to 14, characterized in that the cavities or locations are used for the conversion in which the heat of the earth contributes to the increase of the temperature of the suspension to be converted.

A method according to any one of claims 1 to 15, characterized in that a circuit is formed in which higher density energy solids are removed from the suspension after conversion and a portion of the suspension is provided. to the reaction region.

A method according to any one of claims 1 to 16, characterized in that the heavy substances are separated from the suspension before introducing the suspension into the reaction volume.

Method according to any one of claims 1 to 17, characterized in that the water contains at least one conversion promoting substance or at least one conversion promoting substance is added to the water or suspension.

Method according to any one of claims 1 to 19, characterized in that the viscosity of the suspension supplied to the reaction volume is adjusted to be at least 20 mPas.

Method according to any one of claims 1 to 19, characterized in that the viscosity of the suspension supplied to the reaction volume is adjusted such that a liquid phase extracted from the reaction volume does not exceed a viscosity of 5 mPas.

A method according to any one of claims 1 to 20, characterized in that by the fact that the suspension to be converted is supplied in containers which allow a pressure exerted on the containers to be transferred to their contents, wherein The suspension to be converted remains in the container during conversion.

Use of the higher density energy solids produced by the method as defined in any one of claims 1 to 21, characterized in that it is as a fuel or as a fuel starting material, in particular for hydrocarbon rich liquid fuels.