DE102004038220A1

DE102004038220A1 - Thermische Biomassenverölung

Info

Publication number: DE102004038220A1
Application number: DE102004038220A
Authority: DE
Inventors: Eckhardt Siekmann; Hermann Meyer
Original assignee: Proton Technology I Gr GmbH; Proton Technology Igr GmbH
Current assignee: Proton Technology I Gr GmbH; Proton Technology Igr GmbH
Priority date: 2004-08-05
Filing date: 2004-08-05
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2024-08-06
Also published as: ZA200700984B; WO2006015804A1; BRPI0514100A; US20070261996A1; US7704381B2; CN101035880A; RU2384602C2; UA91344C2; DE102004038220B4; RU2007107181A; CA2575910A1; JP2008508413A; AU2005270353A1; EP1789515A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenwasserstoffe beinhaltenden Ölen, bei dem eine einen Zucker und/oder ein Zuckerderivat beinhaltende Eduktmasse thermisch gespalten wird, umfassend DOLLAR A - einen Reaktionsschritt, in dem die Eduktmasse mit einem Kontaktöl, welches einen Siedebeginn von mindestens 200 DEG C bei einem Druck von 1013 mbar aufweist, unter Bildung einer Reaktionsphase bei einer Reaktionstemperatur im Bereich von 200 bis 600 DEG C und einem Druck in einem Bereich von 0,1 bis 50 bar in Kontakt gebracht wird, sowie DOLLAR A - einen Aufarbeitungsschritt, in dem die Reaktionsphase in einen Leichtsiedeteil und einen Schwersiedeteil aufgetrennt wird, DOLLAR A wobei zumindest ein Teil des Schwersiedeteils als Kontaktöl in den Reaktionsschritt zurückgeführt wird. Die Erfindung betrifft auch eine ein Verölungsmodul aufweisende Vorrichtung für dieses Verfahren, ein Verfahren zur Erzeugung von elektrischer, kinetischer und/oder potenzieller Energie, ein Verfahren zur Herstellung eines chemischen Erzeugnisses, ein aus diesem Verfahren erhältliches chemisches Erzeugnis, auf diesem chemischen Erzeugnis mindestens teilweise basierende oder diese beinhaltende Güter, ein Verfahren zum Transport von Sachen oder zur Beförderung von Personen sowie die Verwendung eines der vorstehend beschriebenen Verfahren oder der vorstehend beschriebenen Vorrichtung in einer nachhaltigen Energiewirtschaft oder zur Verringerung des Entstehens von Treibhausgasen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenwasserstoffen beinhaltenden Ölen, eine ein Verölungsmodul aufweisende Vorrichtung für dieses Verfahren, ein Verfahren zur Erzeugung von elektrischer, kinetischer und/oder potenzieller Energie, ein Verfahren zur Herstellung eines chemischen Erzeugnisses, ein aus diesem Verfahren erhältliches chemisches Erzeugnis, auf diesem chemischen Erzeugnis mindestens teilweise basierende oder diese beinhaltende Güter, ein Verfahren zum Transport von Sachen oder zur Beförderung von Personen sowie die Verwendung eines der vorstehend beschriebenen Verfahren oder der vorstehend beschriebenen Vorrichtung in einer nachhaltigen Energiewirtschaft oder zur Verringerung des Entstehens von Treibhausgasen.
Nicht zuletzt wegen der zunehmend geringer werdenden Erdölvorkommnisse und auf Grund des auf der Verbrennung fossiler Brennstoffe basierenden Treibhauseffekts besteht allgemein weltweit ein hoher Bedarf an auf nachwachsenden Rohstoffen basierenden Energiequellen. Zur Verbreitung und Durchsetzung dieser auf nachwachsenden Rohstoffen basierenden Energiequellen kommt der Wirtschaftlichkeit der Verfügbarkeit dieser Energiequellen eine maßgebliche Bedeutung zu. Ein Aspekt der wirtschaftlichen Verfügbarkeit bilden die Herstellungskosten, die gegenüber vergleichbaren Erdölprodukten zumindest wettbewerbsfähig sein müssen, oder diese gar unterbieten. Weiterhin ist es für die wirtschaftliche Verfügbarkeit vorteilhaft, wenn die Bereitstellung der auf nachwachsenden Rohstoffen basierenden Energiequelle möglichst unbürokratisch und ohne übermäßig hohe Anfangsinvestitionen in Gerätschaften bereitgestellt werden kann. Ein anderes Gebot der Wirtschaftlichkeit betrifft die Nachhaltigkeit. Hierbei ist es von besonderer Bedeutung, dass in einer Reihe von Arbeitsgängen anfallende, so genannte „Ab fallprodukte", einen so genannten „Werkstoff" für auf nachwachsenden Rohstoffen basierende Energien darstellten.
Aus der Abfallwirtschaft sind eine Reihe von Schriften bekannt, in denen beispielsweise Alt- oder Abfallgrundstoffe durch pyrolytische Verfahren, meist unter sehr hohen Temperaturen und unter Einsatz geeigneter Feststoffkatalysatoren, zu Produkten verarbeitet werden, die im Vergleich zu den Alt- oder Abfallgrundstoffen geringere Molekulargewichte aufweisen. In diesem Zusammenhang sind beispielsweise DE 44 35 238 A1 , DE 196 23 528 A1 , DE 693 26 527 T2 , DE 44 23 394 C1 , DE 44 12 941 A1 , DE 43 11 034 A1 sowie DE 198 09 717 A1 zu nennen.
Auf dem Gebiet der Erzeugung von Brennstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen sind jedoch nur wenige pyrolytische Verfahren bekannt. So offenbart DE 102 15 679 A1 eine direkte thermochemische Umwandlung von hochmolekularen organischen Substanzen in niedrigviskose flüssige Brennstoffe, wobei durch Schockerwärmung der eingesetzten Biomasse in Kombination mit einer Kreislaufführung einer schwer flüchtigen Produktphase eine brennbare, niedrigviskose Flüssigkeit erhalten wird. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass naheliegende und technische übliche Maßnahmen zur Verweilzeitsteuerung für dieses Verfahren nicht ausreichend sind. Außerdem wird das in DE 102 15 679 A1 beschriebene Verfahren bei einem Druck von 80 bar durchgeführt, so dass der Reaktor speziell für derart hohe Drücke ausgelegt sein muss. Eine Verwendung eines solchen Reaktors in beispielsweise mobilen Anlagen zur Erzeugung von Brennstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen ist daher nicht unproblematisch.
Ferner offenbart DE 100 49 277 A1 ein Verfahren zur katalytischen Erzeugung von Dieselöl und Benzinen aus kohlenwasserstoffhaltigen Abfällen und Ölen wie Holz, wobei ein Feststoffkatalysator auf Natrium-Aluminiumsilicat-Basis ver wendet wird. Dieses Verfahren ist zum einen deshalb nachteilig, weil Festteilchen, unter die auch Feststoffkatalysatorteile fallen, auf Grund der durch diese Feststoffe bedingten Verstopfungsgefahr und der damit verbundenen Häufigkeit von Stillstandszeiten einer Verölungsanlage für einen dauerhaften, kontinuierlichen und damit wirtschaftlichen Betrieb einer Verölungsanlage nachteilig sind. Aus der einen Zusatz zu DE 100 49 377 A1 bildenden Anmeldung DE 101 11 765 A1 ist zu entnehmen, dass bei diesem Verfahren überwiegend Katalysatorreste zurückbleiben, die nicht regeneriert werden können. Vielmehr müssen derartige Katalysatorreste durch aufwendige Verfahren durch Abbrennung gereinigt und, da eine solche Reinigung in der Regel nur einmal möglich ist, letztendlich entsorgt werden.
Allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Beitrag zur Lösung der sich aus dem Stand der Technik ergebenden Aufgaben zu leisten und die sich aus dem Stand der Technik ergebenden Nachteile zu überwinden helfen.
Insbesondere liegt eine erfindungsgemäße Aufgabe darin, ein Verfahren zur Verölung von nachwachsenden Rohstoffen zur Verfügung zu stellen, dass effizient, nachhaltig und wirtschaftlich betrieben werden kann. Dabei sollten die durch dieses Verfahren erhältlichen Brennstoffe möglichst weniger karzinogen sein und bei einer Verbrennung in einem Verbrennungsmotor einen möglichst hohen Zylinderdruck gewährleisten.
Eine weitere erfindungsgemäße Aufgabe liegt darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereit zu stellen, die in möglichst kleinen und dezentralen Einheiten betrieben werden kann.
Ferner liegt eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die einen Betrieb mit möglichst geringen Stillstandszeiten erlaubt.
Zudem liegt eine erfindungsgemäße Aufgabe darin, einen Beitrag zu einem nachhaltigeren und weniger auf fossilen Brennstoffen basierenden Energiekonzept zu leisten.
Eine erfindungsgemäße Aufgabe liegt auch darin, einen Beitrag zur Beförderung des Strukturwandels in der Land- oder Forstwirtschaft zu leisten.
Einen Beitrag zur Lösung der vorstehenden Aufgaben leistet ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenwasserstoffe beinhaltenden Ölen, bei dem eine einen Zucker und/oder ein Zuckerderivat beinhaltende Eduktmasse thermisch gespalten wird, umfassend

– einem Reaktionsschritt, in dem die Eduktmasse mit einem Kontaktöl, welches einen vorzugsweise nach DIN EN 60751 bestimmten Siedebeginn von mindestens 200°C, vorzugsweise von mindestens 250°C, noch mehr bevorzugt von mindestens 300°C, darüber hinaus bevorzugt von mindestens 325°C und am meisten bevorzugt von mindestens 350°C bei einem Druck von 1013 mbar aufweist, unter Bildung einer Reaktionsphase bei einer Reaktionstemperatur im Bereich von 200 bis 600°C, vorzugsweise im Bereich von 250 bis 550°C, besonders bevorzugt im Bereich von 300 bis 500°C und am meisten bevorzugt in einem Bereich von 350 bis 450°C und einem absoluten Druck in einem Bereich von 0,1 bis 50 bar, vorzugsweise in einem Bereich von 0,5 bar bis 25 bar, noch mehr bevorzugt in einem Bereich von 0,75 bar bis 10 bar, darüber hinaus bevorzugt in einem Bereich von 0,9 bar bis 1,5 bar und am meisten bevorzugt bei Atmosphärendruck in Kontakt gebracht wird, sowie
– einen Aufarbeitungsschritt, in dem die Reaktionsphase in einen Leichtsiedeteil und einen Schwerseideteil aufgetrennt wird,

Überraschenderweise wurde festgestellt, dass das in DE 102 15 679 A1 beschriebene Verfahren zur thermochemischen Umwandlung hochmolekularer organischer Substanzen in niedrigviskose flüssige Brennstoffe auch unter Drücken von maximal 50 bar bis hinab zu 0,1 bar, besonders bevorzugt jedoch unter Atmosphärendruck (etwa 1013 mbar) durchgeführt werden kann.
Unter „Schwersieder" im Sinne der vorliegenden Erfindung werden Verbindungen verstanden, die bei Atmosphärendruck (d. h. 1013 mbar) einen Siedepunkt, oder bei einem Siedebereich einen Siedebeginn von mindestens 200°C, vorzugsweise mindestens 250°C, besonders bevorzugt mindestens 300°C, darüber hinaus bevorzugt mindestens 325°C und am meisten bevorzugt mindestens 350°C aufweisen. Dementsprechend werden als „Leichtsieder" vorzugsweise Verbindungen verstanden, die bei Atmosphärendruck einen Siedepunkt bzw. einen Siedebereich von höchstens 200°C, vorzugsweise von höchstens 250°C, noch mehr bevorzugt höchstens 300°C, darüber hinaus bevorzugt höchstens 325°C und am meisten bevorzugt höchstens 350°C aufweisen.
Bei den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen, Kohlenwasserstoffe beinhaltenden Ölen handelt es sich vorzugsweise um Kraftstoffe, die bei Raumtemperatur flüssig sind und besonders bevorzugt einen Cetanindex nach EN 590 von mindestens 46, vorzugsweise mindestens 48, besonders bevorzugt mindestens 50 und am meisten bevorzugt 54 aufweisen. Erfindungsgemäß besonders bevorzugte Kohlenwasserstoffe beinhaltende Öle sind Petroleum, Diesel, Heizöl, Benzin oder Mischungen von mindestens zwei daraus, wobei Diesel am meisten bevorzugt ist. Weiterhin ist es bevorzugt, dass die durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältlichen, Kohlenwasserstoffe beinhaltenden Öle einen durch OENORM 12916 bestimmten Gehalt an aromatischen Kohlenwasserstoffen von höchstens 50 Gew.-%, besonders bevorzugt höchstens 25 Gew.-%, noch mehr bevorzugt höchstens 10 Gew.-%, darüber hinaus bevorzugt höchstens 5 Gew.-%, darüber hinaus noch mehr bevorzugt höchstens 100 ppm und am meisten bevorzugt höchstens 1 ppm aromatische Kohlenwasserstoffe aufweisen.
Vorzugsweise liegt in dem erfindungsgemäßen Verfahren der Anteil der Eduktmasse an der Reaktionsphase im Bereich von 5 bis 80 Gew.-%, besonders bevorzugt in einem Bereich von 10 bis 70 Gew.-%, noch mehr bevorzugt in einem Bereich von 20 bis 60 Gew.-% und am meisten bevorzugt in einem Bereich von 25 bis 40 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse der Reaktionsphase.
Als Zucker oder Zuckerderivate kommen alle dem Fachmann bekannten synthetischen oder in der Natur vorkommenden Zuckerverbindungen in Betracht. Unter den erfindungsgemäßen Begriff Zucker und/oder Zuckerderivat fallen sowohl Mono-, Di-, Try-, Tetra-, Penta-, Oligo- oder Polyzucker. Dieses gilt unabhängig davon, ob diese Zucker zyklisch, linear, verzweigt oder vernetzt sind. Als Zuckerderivate kommen alle aus Zuckern gebildeten chemischen Umsetzungsprodukte in Betracht. Hierunter fallen beispielsweise Zuckerester, Zuckeralkohole, Zuckertyole, Zuckerphosphate, Zuckersalze, Zuckereiweißverbindungen und dergleichen mehr. Die vorstehend genannte Zucker bzw. Zuckerderivate können aufgebaut sein aus Saccharose, Manose, Laktose, Gluckse, Dextrose oder Kombinationen aus mindestens zwei davon. Beispiele für zyklische Zucker sind Zyklodextrine.
Beispiele für lineare Zucker sind Stärke und Stärkederivate. Beispiele für verzweigte Zucker sind Cellulosen. Beispiele für vernetzte Zucker sind beispielsweise aus linearen Zuckern oder verzweigten Zuckern durch Vernetzungsreaktionen gewonnene Netzwerke, wie sie unter anderem bei der Papier-, Pappe- oder Kartonherstellung anfallen.
Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, dass die Eduktmasse mindestens 5 Gew.-%, bevorzugt mindestens 10 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 15 Gew.-% sowie darüber hinaus bevorzugt mindestens 20 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Eduktmasse, Zucker und/oder ein Zuckerderivat beinhaltet. Neben diesen Zuckern und/oder Zuckerderivaten kann die Eduktmasse Begleitstoffe beinhalten. Hierbei handelt es sich neben anderen organischen Verbindungen wie Eiweißen und dergleichen oftmals um Wasser.
Zudem ist es in dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt, dass die Eduktmasse einen Wassergehalt im Bereich von 0,001 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von 0,01 bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 1 bis 20 Gew.-% und darüber hinaus bevorzugt im Bereich von 5 bis 10 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Eduktmasse, aufweist. Gewisse Wassermengen sind in dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft, da diese zum einen die Rührbarkeit der Eduktmasse verbessern und zum anderen weniger öllösliche, aber dafür um so mehr wasserlösliche Bestandteile, insbesondere Feststoffe, während des Reaktionsschritts und der darauf folgenden Aufarbeitung aus dem Kohlenwasserstoffe beinhaltenden Öl austragen helfen und somit zu einer Verbesserung der Produktqualität dieses Öls führen können.
Ferner ist es in dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt, dass die im Reaktionsschritt eingesetzte Eduktmasse zu mindestens 5 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 20 Gew.-% und darüber hinaus bevorzugt mindestens 70 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Eduktmasse, Teilchen mit einer Teilchengröße im Bereich von 0,001 bis 50 mm, vorzugsweise im Bereich von 0,01 bis 40 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 20 mm und darüber hinaus bevorzugt im Bereich von 1 bis 10 mm aufweist. Die vorstehend genannten Teilchengrößen können durch Siebanalyse bestimmt werden. Die vorstehende Auswahl an Teilchengrößen ermöglicht zum einen die Bereitstellung einer homogenen Eduktmasse, die zu einer in geeigneter Weise rührfähigen Reaktionsphase führt. Eine derartige Reaktionsphase trägt zu einem möglichst gleichmäßigen Verlauf des Reaktionsschritts bei, in dem insbesondere keine unerwünschten Siedeverzüge auftreten.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es bevorzugt, dass die Eduktmasse vor dem in Kontaktbringen mit dem Kontaktöl auf eine Temperatur von mehr als 40°C, vorzugsweise mehr als 50°C und besonders bevorzugt mehr als 80°C gebracht wird, wobei eine Temperatur von 150°C, besonders bevorzugt von 125°C und am meisten bevorzugt von 100°C nicht überschritten werden sollte. Vorteilhaft an dieser Maßnahme ist, dass zum einen durch diese Maßnahme der Wassergehalt in der Eduktmasse geregelt werden kann. Zum anderen wird durch das in Kontaktbringen von vorgewärmter Eduktmasse mit dem Kontaktöl bzw. dem eingesetzten Schwersiederteil eine möglichst schnelle und gleichmäßige Umsetzung erreicht wird, da die Temperatur der Reaktionsphase nicht durch deutlich kühlere Eduktmasse in den Bereichen, in denen die Eduktmasse eingespeist wird, unter die für die Herstellung von Kohlenwasserstoffen beinhaltenden Ölen zu niedrigen Reaktionstemperaturen abfällt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es bevorzugt, dass die Eduktmasse mindestens ein pflanzliches landwirtschaftliches Produkt beinhaltend den Zucker und oder das Zuckerderivat aufweist. Dieses Produkt bildet vorzugsweise den Hauptanteil der Eduktmasse. Als pflanzliches landwirtschaftliches Produkt kommen alle dem Fachmann geläufigen in der Landwirt schaft eingesetzten Pflanzen in Betracht. Hierbei sind Stroh, Heu und Feldfrüchte bevorzugt. Stroh, Heu und Feldfrüchte stellen für sich jeweils bevorzugte Ausführungsformen dar. Als Stroh kommen insbesondere bei der Getreideernte anfallende Halme, Reisstroh oder Maishalme in Betracht. Weiterhin kann Stroh aus Schilf-, Raps-, Soja-, Zuckerrohrhalmen oder Bambus erhalten werden. Als Heu kommen sämtliche in der Landwirtschaft anfallende Wiesenschnitte in Betracht. So können beispielsweise auf Wiesen, Stilllegungsflächen, Deichen, Fußballfeldern, Straßenböschungen und Gärten gewonnene Schnitte als Heut verwendet werden. Als Feldfrüchte kommen Futterrüben, Zuckerrüben, Steckrüben, Stoppelrüben, Schwarzwurz, Karotten, Senfkraut, Futterrüben, Kartoffeln, Mais, Getreide wie Gerste, Weizen, Hafer, Raps, Erbsen, Bohnen, Soja, Reis oder Zuckerrohr in Frage, wobei Futterrüben besonders bevorzugt sind. Jedes der für Stroh, Heu oder Feldfrüchte vorstehend genannten Beispiele stellt für sich eine bevorzugte Ausführungsform dar und kann somit eine Hauptkomponente der Eduktmasse bilden.
Neben den vorstehend genannten landwirtschaftlichen Produkten kann in einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch Holz oder Laub als Eduktmasse oder als Bestandteil der Eduktmasse eingesetzt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Eduktmasse weniger als zwei, bevorzugt weniger als fünf besonders bevorzugt weniger als zehn oder auch weniger als 15 Stunden vor dem Reaktionsschritt geerntet. Dieses kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass sich der Reaktionsschritt direkt an den Ernteschritt anschließt, wobei gegebenenfalls zwischen dem Ernteschritt und dem Reaktionsschritt noch ein Konfektionierungsschritt erfolgt, in dem das geerntete landwirtschaftliche Produkt für den Reaktionsschritt aufbereitet wird, in dem es beispielsweise auf die richtige Größe und den geeigneten Wassergehalt gebracht wird. Der Ernteschritt kann gleichfalls mit einem oder mehreren Bestellungsvorgängen kombiniert sein. Als Bestellungsvorgang ist ins besondere eine den Bodenverhältnissen angepasste Fruchtfolge bevorzugt. In diesem Zusammenhang ist eine Fruchtfolge besonders bevorzugt, in der zunächst Getreide, vorzugsweise Gerste oder Sojabohnen, angebaut und in einem Ernteschritt, vorzugsweise im Sommer geerntet werden und in dem Reaktionsschritt verölt werden. Auf das Getreide folgen dann Rüben als Feldfrucht, wobei Steckrüben oder Stoppelrüben besonders bevorzugt sind. Die Rüben werden bevorzugt im Herbst desselben Jahres geerntet und verölt. Im folgenden Frühjahr können auf dem selben Feld, auf dem zunächst Getreide und dann Rüben angebaut wurden, im Frühjahr Futterrüben angebaut werden, die im Herbst geerntet und verölt werden können. Eine andere erfindungsgemäß bevorzugte Fruchtfolge sieht vor, dass zunächst Zuckerrohr angebaut wird und direkt anschließend an die Ernte des Zuckerrohrs Futterrüben angebaut werden. Bei der Ernte von Zuckerrohr bzw. Zuckerrüben ist es bevorzugt, dass in dem der Reaktion vorgelagerten Konfektionierungsschritt das Zuckerrohr oder die Zuckerrüben zunächst in Zuckersaft, der gegebenenfalls aufkonzentriert an die Zuckerverarbeitung weitergeleitet werden kann und Trester aufgeschlossen werden. Der so gewonnene Trester kann in dem auf den Konfektionierungsschritt folgenden Reaktionsschritt der Verölung zugeführt werden. Es ist jedoch gleichfalls möglich, den Zuckersaft ebenfalls der Verölung zuzuführen.
Im Hinblick auf das im Reaktionsschritt eingesetzte Kontaktöl ist es bevorzugt, dass dieses mindestens 1 Gew.-%, bevorzugt mindestens zehn Gewichtsprozent, besonders bevorzugt mindestens 40 Gew.-% und darüber hinaus bevorzugt mindestens 70 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Kontaktöl, eines C₃₀- bis C₈₀-, vorzugsweise einen C₄₀- bis C₇₀- und besonders bevorzugt einen C₅₀- bis C₆₅-Kohlenwasserstoffes beinhaltet. Diese Kohlenwasserstoffe weisen vorzugsweise mindestens 10 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 50 Gew.-% und darüber hinaus bevorzugt mindestens 70 Gew.-%, jeweils bezogen auf den Kohlenwasserstoff, unverzweigte Kohlenwasserstoffmoleküle auf.
In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es bevorzugt, dass das Kontaktöl vor dem in Kontakt bringen mit der Eduktmasse auf eine Temperatur von mehr als 100°C, vorzugsweise mehr als 200°C und besonders bevorzugt mehr als 300°C gebracht wird. Besonders bevorzugt ist es, dass das Kontaktöl auf mindestens 70 %, bevorzugt mindestens 85 % und besonders bevorzugt mindestens 95 % der in °C ausgedrückten Reaktionstemperatur vorgewärmt wird. Auf diese Weise wird durch das in Kontaktbringen von vorgewärmtem Kontaktöl mit der vorteilhafterweise ebenfalls vorgewärmten Eduktmasse eine möglichst schnelle und gleichmäßige Umsetzung erreicht wird.
In einer anderen besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens basiert das Kontaktöl zu mindestens 50 Gew.-%, besonders bevorzugt zu mindestens 75 Gew.-%, noch mehr bevorzugt zu mindestens 99 Gew.-% und am meisten bevorzugt zu mindestens 99,9 Gew.-% auf dem Schwersiederteil, der, vorzugsweise nach dem Abtrennen von Feststoffen (siehe nachfolgende Ausführungen) in den Reaktionsschritt zurückgeführt wird.
Weiterhin ist es in dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt, dass die Reaktionsphase weniger als 0,05 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 0,1 Gew.-% und besonders bevorzugt weniger als 1 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Eduktmasse einen Feststoffkatalysator aufweist. Bei diesem Feststoffkatalysator handelt es sich vorzugsweise um ein Katalysatormolekularsieb aus Natriumsilicat. Möglichst geringe Mengen an Katalysator und insbesondere eine Feststoffkatalysatorfreiheit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist für einen möglichst reibungslosen und dauerhaften kontinuierlichen Betrieb des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhaft.
Das Auftrennen der im Reaktionsschritt erhaltenen Reaktionsphase in einen Leichtsiederteil und einen Schwersiederteil erfolgt vorzugsweise dadurch, dass zunächst die in der Reaktionsphase unter den Druck- und Temperaturbedingungen der Reaktionsphase gebildete flüssige Phase, welche hauptsächlich Schwersieder umfasst, abgetrennt wird, wobei im Falle einer kontinuierlichen Betriebsweise diese Abtrennung vorzugsweise durch Überlaufventile erfolgt. Außerdem wird die in der Reaktionsphase unter den Druck- und Temperaturbedingungen der Reaktionsphase gasförmige Phase des Reaktors, welche neben Wasserdampf und den bei der thermischen Spaltung der hochmolekularen Verbindungen der Eduktmasse gebildeten gasförmigen Spaltprodukte auch die unter den Druck- und Temperaturbedingungen der Reaktionsphase dampfförmigen Öle sowie von der Gasphase mitgerissene Öltropfen umfasst, in einen ersten Abkühlbereich geführt, in dem diese dampfförmige Phase um etwa 10 bis 100°C, vorzugsweise etwa 20 bis 80°C, noch mehr bevorzugt etwa 30 bis 70°C und am meisten bevorzugt um etwa 50°C abgekühlt wird, wobei dieses Abkühlen vorzugsweise mittels Wärmeaustauscher erfolgt. Beim Abkühlen kondensieren die in der gasförmigen Phase enthaltenen Schwersieder.
In einer geeigneten ersten Abscheidevorrichtung, vorzugsweise in einem Zyklon, werden dann die kondensierten Schwersieder von der nach dem Abkühlen noch vorliegenden, gasförmigen Phase, welche die Leichtsieder umfasst, getrennt. Die kondensierten Schwersieder werden anschließend vorzugsweise mit der aus der Reaktionsphase abgetrennten, unter den Druck- und Temperaturbedingungen der Reaktionsphase flüssigen Phase kombiniert, welche ebenfalls Schwersieder umfasst.
Die Schwersieder werden dann in einem weiteren Verfahrensschritt einer Feststoffabtrennungsvorrichtung zugeführt und, nachdem sie von Feststoffen befreit worden sind, anschließend gegebenenfalls in einem Schwersiedertank als „Schwersiederpuffer" gelagert. Aus dem Schwersiederteil kann dann ein Teil der Schwersieder als Kontaktöl in den Reaktionsraum zurückgeführt werden.
Die in der ersten Abscheidevorrichtung zurückbehaltene gasförmige Phase wird anschließend vorzugsweise in einen zweiten Abkühlbereich geführt, in dem diese gasförmige Phase auf eine Temperatur in einem Bereich von 10 bis 100°C, vorzugsweise von etwa 20 bis 80°C, noch mehr bevorzugt von etwa 30 bis 70°C und am meisten bevorzugt auf eine Temperatur von etwa 50°C abgekühlt wird, wobei auch in diesem Fall das Abkühlen vorzugsweise durch Wärmeaustauscher erfolgt.
Die in den beiden Wärmeaustauschern freiwerdende Wärme kann beispielsweise zum Vorwärmen des Kontaktöl oder der Eduktmasse dienen.
Bei dem zweiten Abkühlschritt kondensieren nun die nach dem zweiten Abkühlen flüssigen Leichtsieder aus, welche dann in einer weiteren Abtrennvorrichtung, vorzugsweise einem weiteren Zyklon, von nach dem Abkühlen noch vorhandenen, gasförmigen Bestandteilen abgetrennt wird. Diese weiteren, noch gasförmigen Bestandteile, welche unter anderem Methan umfassen, können verbrannt und die freiwerdende Wärme ebenfalls zum Vorheizen des Kontaktöls und/oder der Eduktmasse oder zum Aufheizen des Reaktionsraumes genutzt werden. Das auf dieses Weise abgetrennte, kondensierte, Kohlenwasserstoffe und auch Wasser beinhaltende Öl kann bereits direkt als Biodieselkraftstoff in Verbrennungsmaschinen eingesetzt werden. Denkbar ist jedoch auch, dieses Produkt noch weiter aufzutrennen, wobei das in dem Leichtsieder enthaltene Wasser abgeschieden und anschließend eine weitere Auftrennung, beispielsweise in einer Destillations- oder Rektifikationsvorrichtung erfolgt. Das Abtrennen des Wassers von den Ölbestandteilen dieser Leichtsiederphase kann auch in einem Separator, etwa einem Westfalia-Separator, erfolgen, der nicht nur das Abtrennen von Wasser, sondern auch von noch vorhandenen Feststoffen von der Ölphase ermöglicht. In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann jedoch auf eine weitere Auftrennung verzichtet und das nach dem zweiten Abkühlen erhaltene Kondensationsprodukt, gegebenenfalls nach dem Abtrennen von Wasser und/oder einer weiteren Reinigung, beispielsweise mittels Filtration, als Biodieselkraftstoff eingesetzt werden.
In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es bevorzugt, dass die Auftrennung in einen Schwersiederanteil und einen Leichtsiederanteil nicht dadurch erfolgt, dass ein Trägergasstrom durch die Reaktionsphase geleitet wird, welcher flüchtige Komponenten aus der Reaktionsphase selektiv aufnimmt.
Der im Aufarbeitungsschritt erhaltene Schwersiederteil wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zumindest teilweise in den Reaktionsschritt zurückgeführt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann kontinuierlich und diskontinuierlich betrieben werden, wobei die kontinuierliche Betriebsweise bevorzugt ist.
Bei einem diskontinuierlichen Betrieb werden die Eduktmasse und das Kontaktöl, bei dem es sich um ein kommerziell erhältliches Öl oder aber um den beim Aufarbeitungsschritt erhaltenen Schwersiederteil oder eine Mischung aus beiden handeln kann, unter den vorstehend genannten Druck- und Temperaturbedingungen in Kontakt gebracht. Dieses geschieht vorzugsweise solange, bis keine weitere thermische Spaltung der eingesetzten Eduktmasse mehr erfolgt.
Bei einer kontinuierlichen Betriebsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren, nachdem die Reaktion durch in Kontakt bringen eines beispielsweise kommerziell erhältlichen Schweröls als Kontaktöl mit der Eduktmasse gestartet worden ist (Anfahrreaktionsschritt), über einen längeren Zeitraum, vorzugsweise mindestens eine Stunde, besonders bevorzugt mindestens fünf Stunden und darüber hinaus bevorzugt mindestens zehn Stunden, am meisten bevorzugt mindestens 24h be trieben. Dabei wird das Verfahren kontinuierlich durch dauerhaftes Zuführen von Eduktmasse und dauerhaftes Zuführen des während des Verfahrens erhaltenen Schwersiederteils als Kontaktöl nach Erreichen eines stabilen Zustands, in dem Temperatur und Konzentration weniger als 20 %, vorzugsweise weniger als 15 % und besonders bevorzugt weniger als 10 % schwanken, durchgeführt.
Als Kontaktöl für die Anfahrreaktionsschritt können grundsätzlich alle dem Fachmann bekannten Öle eingesetzt werden, welche den eingangs beschriebenen Siedebeginn von mindestens 200°C aufweisen. Vorzugsweise werden als Kontaktöle solche Öle eingesetzt, welche frei sind von aromatischen Kohlenwasserstoffen.
Dabei ist es insbesondere bei der kontinuierlichen Betriebsweise bevorzugt, dass zumindest der Teil des im Aufarbeitungsschritt erhaltenen Schwersiederteils, der als Kontaktöl in den Reaktionsschritt zurückgeführt wird, vor der Zurückführen von Feststoffpartikeln, insbesondere von feinteiligen Feststoffpartikeln befreit wird. In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, dass das Kontaktöl höchstens 20 Gew.-%, vorzugsweise höchstens 10 Gew.-%, noch mehr bevorzugt höchstens 5 Gew.-% und am meistens bevorzugt höchstens 1 Gew.-% an Feststoffpartikeln mit einer Partikelgröße von weniger als 50 μm, vorzugsweise weniger als 25 μm, noch mehr bevorzugt weniger als 10 μm, darüber hinaus bevorzugt weniger als 1 μm und am meisten bevorzugt weniger als 100 nm aufweist.
Durch die Befreiung des Schwersiederteils von Feststoffen ist es möglich, dass erfindungsgemäße Verfahren nach dem Anfahrschritt über einen langen Zeitraum zu betreiben, ohne das kommerziell erhältliche Schweröle als Kontaktöle (außer beim Anfahrreaktionsschritt) zugesetzt werden müssen. Vielmehr ersetzt der in den Reaktionsschritt zurückgeführte, im Aufarbeitungsschritt erhaltene Schwersiederteil sukzessive das im Anfahrreaktionsschritt eingesetzte, gegebenenfalls kommerziell erhältliche Kontaktöl. Während des kontinuierlichen Verfahrens brauchen demnach außer der Eduktmasse keine weiteren Zusatzkomponenten zugesetzt werden.
Dadurch, dass bei der kontinuierlichen Betriebsweise im Falle einer Abtrennung von Feststoffen aus dem in den Reaktionsschritt zurückgeführten Schwersiederteil und der daraus resultierenden Möglichkeit, dass erfindungsgemäße Verfahren über sehr lange Zeiträume von mehreren Stunden kontinuierlich betreiben zu können, das ursprünglich im Anfahrschritt eingesetzte Kontaktöl sukzessive durch den im Aufarbeitungsschritt erhaltenen Schwersiederteil ersetzt wird, basiert in einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens das Kontaktöl zu mindestens 50 Gew.-%, vorzugsweise zu mindestens 75 Gew.-%, noch mehr bevorzugt zu mindestens 90 Gew.-% und am meisten bevorzugt zu mindestens 99,9 Gew.-% auf dem Schwersiederteil.
Bei den Feststoffen, welche von dem in den Reaktionsschritt zurückgeführten Schwersiederteil vor Rückführung in den Reaktionsschritt als Kontaktöl abgetrennt werden, kann es sich zum einen um die in dem Reaktionstemperaturbereich entstehende Kohlenstoffreste handeln. Außerdem können bedingt durch die den Zucker in der Eduktmasse begleitenden Begleitstoffe unlösliche, insbesondere mineralische Bestandteile als Feststoffe im Laufe des erfindungsgemäßen Verfahrens anfallen.
Diese Feststoffe können durch verschiedene, dem Fachmann allgemein bekannte Methoden abgetrennt werden. Unter diesen Abtrennungsmethoden sind Destillation, Filtration oder Sedimentation oder mindestens zwei davon bevorzugt, wobei Sedimentation oder Filtration oder eine Kombination daraus besonders bevorzugt sind.
Jede der vorgenannten Methoden zur Abtrennung des Feststoffes stellt für sich eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens dar.
Bei der Filtration wird der Schwersiedeteil durch ein Sieb oder eine Membran geleitet. Bevorzugte Siebe oder Membrane weisen eine Maschen- oder Porengröße im Bereich von 1 bis 200 μm, besonders bevorzugt im Bereich von 10 bis 100 μm, darüber hinaus bevorzugt im Bereich von 20 bis 50 μm und am meisten bevorzugt von etwa 30 μm. Besonders bevorzugt sind in diesem Zusammenhang poröse Filtermassen. Hierzu gehören keramische Flächenfilter hoher Chemikalien- und Druckbeständigkeit in Stein-, Hohlkerzen- oder Plattenform sowie Glasfritten. Um die Gefahr des Porenverstopfens zu mindern, sind derartige Flächenfilter vorzugsweise mit einer oberen, feinporigen Filterschicht versehen, während der übrige Teil grobporig ist (Mehrschichtfilter). Koks, Kunststoffe, Hartgummi, Tierhäute sowie gesinterte Metallpulver können ebenfalls Grundstoffe poröser Filtermassen sein. Ebenfalls als poröse Filtermassen können auf pulvermetallurgischem Weg hergestellte Metallfilter eingesetzt werden.
Als Sedimentationsmethode kommen insbesondere zwei Unterarten in Betracht. Zum einen können die Feststoffteilchen, sofern sie eine höhere Dichte als der Schwersieder besitzt, durch Absetzen getrennt werden. Besitzen die Feststoffteilchen eine geringere Dichte als der Schwersiederteil, so schwimmen sie auf dem Schwersiederteil in einem Ruhebad auf und können von der Oberfläche des Schwersiedeteils entfernt werden. Die andere Methode der Sedimentation beruht auf der Trennung des mindestens einen Feststoffs durch Zentrifugalkräfte. Bei der Kombination von Filtration und Sedimentation können beispielsweise in einer mit einem Filter ausgestatteten Zentrifuge die mit mindestens einem Feststoff verunreinigten Schwersiedeteile durch die Zentrifugalkraft gegen den Filter geschleudert werden, wobei die Feststoffe auf dem Filter zurückbleiben und die Schwersiedeteile durch den Filter dringen und diesen von den Feststoffen befreit verlas sen. Besonders bevorzugt wird der Schwersiedeteil von dem mindestens einem Feststoff durch die Verwendung von so genannten Separatoren (auch Tellerzentrifugen genannt) befreit. Besonders bevorzugt werden zur Abtrennung der Feststoffe aus dem Schwersiederteil (und auch zur Abtrennung noch vorhandener Feststoffe im Produktöl) Westfalia-Separatoren der Firma GEA AG, Bochum, Deutschland, eingesetzt, welche unter anderem unter der Bezeichnung „minimaXxSeparatoren" vertrieben werden. Weitere geeignete Separatoren sind diejenigen Separatoren, die in „Grundoperationen Chemischer Verfahrenstechnik", Wilhelm R. A. Vauck und Hermann A. Müller, Wiley-VCH-Verlag, 11. Auflage, 2000, auf den Seiten 233-235 als Tellerzentrifugen genannt werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Abtrennung von Feststoffen aus dem Schwersiederteil, welcher als Kontaktöl in den Reaktionsschritt zurückgeführt wird, vorzugsweise dadurch, dass zunächst in einem ersten Abtrennschritt Feststoffe mittels Filtration, besonders bevorzugt mittels Kantenspaltfilter, wie sie beispielsweise von der Firma EDAK AG, Dachsen, Deutschland, erhältlich sind, abgetrennt werden, wobei vorzugsweise Filter mit einer Porengröße von etwa 20 bis 50 μm eingesetzt werden. Der von Feststoffen bereits teilweise befreite Schwersiederteil wird anschließend in einem zweiten Abtrennschritt mittels Separatoren, insbesondere mittels Westfalia-Separatoren, von weiteren Feststoffen befreit. Gegebenenfalls kann sich an diesen zweiten Abtrennschritt noch ein dritter Abtrennschritt anschließen, in dem der Schwersiederteil beispielsweise auch noch mittels elektrostatischer Filtration unter Verwendung von Filtrationsanlagen, wie sie beispielsweise von der Firma FRIESS GmbH, Monheim, Deutschland, mit den Bezeichnungen Modell D2, Modell D4, Modell D4-1E, Modell D8, Modell D8-1E, Modell D16 und Modell D16-1E kommerziell erhältlich sind, von weiteren Feststoffen befreit wird.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des kontinuierlich betriebenen, erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Abtrennen von Feststoffen aus dem Schwersiederteil dadurch, dass die Schwersieder, nach dem sie durch die erste Abkühlung der gasförmigen Reaktionsphase kondensiert und mit den aus dem Reaktionsraum entnommenen, flüssigen Bestandteilen kombiniert wurden, in eine entsprechende Abtrennvorrichtung geleitet werden. Der nach dem Passieren der Abtrennvorrichtung erhaltene, von Feststoffen weitgehend befreite Schwersiederteil kann dann beispielsweise in einem Schwersiedertank als „Schwersiederpuffer" gelagert werden. Weiterhin ist es in diesem Zusammenhang bevorzugt, dass die Schwersieder, bevor sie der Abtrennvorrichtung zugeführt werden, auf eine Temperatur von mindestens 150°C, vorzugsweise von mindestens 100°C abgekühlt werden.
Die von Feststoffen befreiten Schwersieder können sowohl direkt, nach dem sie die Abtrennvorrichtung zur Abtrennung von Feststoffen passiert haben, teilweise in den Reaktionsraum als Kontaktöl zurückgeführt werden, denkbar ist auch, aus dem Schwersiedertank, in dem die von Feststoffen befreiten Schwersieder „gepuffert" werden können, den Schwersiederteil als Kontaktöl in den Reaktionsraum zurückzuführen.
Die Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, wonach mindestens ein Reaktionsschritt kontinuierlich erfolgt und die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, in der Teil des Schwersieders dem Reaktionsschritt kontinuierlich zugeführt wird, tragen weiterhin dazu bei, dass die in dem Reaktionsschritt herrschenden Reaktionsbedingungen möglichst konstant gehalten werden. Vorteilhaft ist hierbei, dass der Teil des Schwersieders dem Reaktionsraum durch Düsen zugeführt wird. Auf diese Weise wird, gegebenenfalls unterstützt durch ein Rührwerk, eine möglichst schnelle und gleichmäßige Durchmischung der Eduktmasse und des Kontaktöls bzw. des zugeführten Teils des Schwersieders erreicht.
In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann dieses auch mit mindestens zwei in Reihe geschalteten Reaktions- und Aufarbeitungsanlagen durchgeführt werden. Dabei wird der Schwersiederteil, der in der ersten Aufarbeitungseinheit nach Aufarbeitung der in der ersten Reaktionseinheit erhaltenen Reaktionsphase abgetrennt und gegebenenfalls von Feststoffen befreit wurde, als Kontaktöl dem Reaktionsschritt in der zweiten Reaktionseinheit zugeführt. Der Schwersiederteil, der nach Aufarbeitung der in der zweiten Reaktionseinheit erhaltenen Reaktionsphase abgetrennt wurde, wird, wie vorstehend beschrieben, von Feststoffen befreit und kann als Kontaktöl in den Reaktionsschritt der ersten Reaktionseinheit zurückgeführt werden. Die in den beiden Aufarbeitungsanlagen erhaltenen Gasphase können einzeln oder gemeinsam unter Bildung der Leichtsiederphase kondensiert und weiter aufgearbeitet werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist es bevorzugt, das erfindungsgemäße Verfahren in einer in einem Fahrzeug befindlichen Herstellvorrichtung durchzuführen. Eine Möglichkeit hierbei ist es, mindestens Ernteschritt und Reaktionsschritt auf ein und demselben Fahrzeug durchzuführen. Eine andere Möglichkeit ist es, den Ernteschritt auf einem getrennten Fahrzeug durchzuführen und die im Ernteschritt gesammelte Eduktmasse auf ein weiteres Fahrzeug zu übertragen, dass eine Herstellvorrichtung aufweist, in der mindestens der Reaktionsschritt erfolgen kann.
Gemäß einer anderen Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, forstwirtschaftliche Produkte als landwirtschaftliche Produkte einzusetzen. Forstwirtschaftliche Produkte sind insbesondere Holz oder Holzabfälle, wie sie beispielsweise bei der Holzernte durch Zweige und derglei chen oder auch bei der Weiterverarbeitung des Holzes in Form von Hackschnitzel, Spänen, Schnitzeln oder Schleifstäuben anfallen können. So besteht eine Möglichkeit, das erfindungsgemäße Verfahren direkt bei der Holzernte einzusetzen, um beispielsweise Borken, Äste oder andere nicht weiter verwertbare Holzreste, die bei der Holzernte anfallen, der Verölung zuzuführen. Auch hierbei ist es bevorzugt, eine hierbei in einem Fahrzeug befindliche Herstellvorrichtung, die mindestens einen Reaktionsschritt aufweist, vor Ort bei der Holzernte im Wald einzusetzen. Die Holzweiterverarbeitung kann in holzverarbeitenden Betrieben, wie Sägewerke, Pressspan- oder Laminatplatten herstellenden Unternehmen, Schreinereien oder Papier- bzw. Zellstofffabriken erfolgen. Der Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens in jedem der vorgenannten holzverarbeitenden Betriebe zur Verwertung von Holzabfällen stellt eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dar. Weiterhin lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch zur Verwertung von insbesondere im Herbst anfallenden großen Laubmengen zu deren Verölung einsetzen. Auch die insbesondere bei der Pflege öffentlicher Parkanlagen anfallenden Nadeln von Nadelbäumen wie Tannen, Fichten, Kiefer oder Lerchen lassen sich durch das erfindungsgemäße Verfahren verölen.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung aufweisend ein Verölungsmodul mindestens aufweisend als Stoff transportierend miteinander in Verbindung stehende Komponenten:

– eine Eduktmasse-Zuführung,
– einen mit der Eduktmasse-Zuführung verbundener, gegebenenfalls druckbelastbaren Reaktionsraum, wobei dieser Reaktionsraum besonders im Falle schwer zu krackender Moleküle wie etwa Lignin vorzugsweise mit einer Mikrowelle ausgestattet ist,
– einen sich an den Reaktionsraum anschließenden Abscheider mit einem Leichtsiedeauslass und einem Schwersiedeauslass,
– wobei sich an den Leichtsiedeauslass eine Fraktionierungseinheit anschließt,
– wobei sich an den Schwersiedeauslass eine Feststoffabtrennung anschließt,
– wobei die Feststoffabtrennung einen Flüssigkeitsauslass und einen Feststoffauslass aufweist,
– wobei der Flüssigkeitsauslass über eine Ölrückführung unmittelbar oder gegebenenfalls über einen Schwersiedertank mit dem Reaktionsraum verbunden ist.

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es bevorzugt, dass die Eduktmasse-Zuführung ein Druckventil aufweist. Gegen dieses an den Reaktionsraum angrenzende oder sich in dem Reaktionsraum befindliche Druckventil ist Eduktmasse durch ein oder mehrere gleichfalls in der Eduktmasse-Zuführung befindliche Fördermittel förderbar. Diese Fördermittel können ein Förderband, eine Förderschnecke oder ein Förderkolben sein, wobei eine Förderschnecke nicht zuletzt im Hinblick auf den kontinuierlichen Betrieb des Verölungsmoduls bevorzugt ist. Ferner ist es bevorzugt, dass das Druckventil ein mindestens teilweise kugelförmiges Bauteil aufweist, dass vorzugsweise Federdruck beaufschlagt ist. Ferner ist es bevorzugt, dass dieses Bauteil mindestens teilweise aus Keramik gebildet ist. Zudem weist die Eduktmasse-Zuführung reaktionsraumseitig Verteilelemente auf, die einer möglichst gleichmäßigen Verteilung der Eduktmasse in dem Reaktionsraum dienen und vorteilhafterweise als Verteilerflügel ausgebildet sind. Die Eduktmasse wird somit in die Eduktmasse-Zuführung, die ein kontinuierlich arbeitendes Fördermittel aufweist, dass vorzugsweise mindestens teilweise schneckenartig ausgestaltet ist, eingetragen.
Ferner ist es bevorzugt, dass die Eduktmasse-Zuführung durch ein Zuführungsheizelement beheizbar ist. Dieses Zuführungsheizelement ist vorzugsweise mindestens teilweise im Bereich des kontinuierlich arbeitenden Fördermittel reaktionsraumaußenseitig vorgesehen.
Weiterhin ist es in der erfindungsgemäßen Vorrichtung bevorzugt, dass der Reaktionsraum ein Reaktorheizelement zur Beheizung des Reaktionsraums aufweist. Das Zuführungsheizelement und auch das Reaktorheizelement können gleichzeitig oder auch unabhängig voneinander als elektrische Heizelemente, Heißluftheizelement, Ölheizelement oder Gasheizelement ausgebildet sein. Besonders im Falle schwer zu krackender Produkte wie Lignin wird vorzugsweise eine Mikrowellenaussendende Vorrichtung als Heizelement eingesetzt.
Ferner ist es in einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bevorzugt, dass der Reaktionsraum eine Mischeinrichtung aufweist. Als Mischeinrichtung kommen alle dem Fachmann bekannten Rührgeräte in Betracht. Eine andere Form der Mischeinrichtung bilden Düsen, mit denen beispielsweise das Kontaktöl bzw. der als Kontaktöl wiedereingesetzte Schwersiederteil verdüst werden kann, um eine entsprechende Durchmischung der Reaktionsphase zu gewährleisten.
In einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Reaktionsraum in Form einer Wanne ausgebildet, in deren Boden sich das Kontaktöl befindet. Mittels geeigneter Schiebevorrichtungen, wie beispielsweise einer rotierenden Schraube, kann die Eduktmasse innerhalb des Reaktionsraumes vom Ort des Eintritts der Eduktmasse durch das Kontaktöl gezogen oder geschoben werden.
Es ist weiterhin erfindungsgemäß bevorzugt, dass der Abscheider als Thermo- oder Mechanoabscheider oder einer Kombination daraus ausgebildet sind, wobei jede Abscheidervariante für sich eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellt. Als Thermoabscheider sind Abscheider zu bezeichnen, die die Siedetemperaturunterschiede der verschiedenen in der Reaktionsphase entstehenden Kohlenwasserstoffe beinhaltenden Öle ausnutzen. Typi sche Thermoabscheider sind Destillations- oder Rektifikationskolonnen, Bei dem Einsatz eines Separators oder eines Zyklons ist es besonders bevorzugt, dass vor diesen ein Kühlmodul als Bestandteil des Abscheiders vorgesehen ist. Dieses Kühlmodul ist so ausgelegt, dass das aus dem Reaktionsraum austretende Gasgemisch im Abscheider um eine Temperatur von etwa 50°C abkühlbar ist. Besonders bevorzugte Kühlmodule stellen Rohrwärmetauscher, vorzugsweise Rohrbündelwärmetauscher, dar. Unter Mechanoabscheidern werden erfindungsgemäß Vorrichtungen verstanden, die nicht durch verschiedene Temperaturen sondern unter Ausnutzung unterschiedlicher Molekulargewichte eine Trennung von Stoffgemischen ermöglichen. Mechanoabscheider sind insbesondere auf Grund ihrer Kompaktheit bei Verölungsmodulen bevorzugt, die bei einem geringen Raum und Gewichtsbedürfnis eine hohe Verölungsleistung zeigen. Typische Mechanoabscheider sind nach dem Zentrifugalprinzip funktionierende Separatoren, Zentrifugen oder Zyklone, wobei Zyklone, die unter Verwendung von Gasströmen die Trennung bewerkstelligen, besonders bevorzugt sind. Derartige Zyklone oder Separatoren sind beispielsweise von der Westfalia Separator GmbH, Deutschland zu beziehen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann weiterhin als Abscheider Vorrichtungen aufweisen, die nach dem Strich- oder Osmoseprinzip arbeiten.
Weiterhin ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass die Vorrichtung einen Schwersiedertank aufweist, der derart angeordnet ist, dass der Schwersieder, nachdem er die Feststoffabtrennung passiert hat, in diesen eingeleitet werden kann. Diese Schwersiedertank kann weiterhin mit einer Ölrückführung versehen sein, mit der Schwersieder aus dem Schwersiedertank als Kontaktöl in den Reaktionsraum zurückgeführt werden kann. In diesem Fall ist der Flüssigkeitsauslass der Feststoffabtrennung nicht unmittelbar mit dem Reaktionsraum verbunden, sondern über den Schwersiedertank.
Bei der Fraktionierungseinheit handelt es sich ebenfalls vorzugsweise um einen ein Kühlmodul umfassenden Abscheider, bei dem es sich vorzugsweise um eine Destillations- oder Rektifikationsvorrichtung oder aber um einen Separator handelt, wobei das Kühlmodul vorzugsweise so ausgelegt ist, das die aus dem ersten Abscheider austretenden, gasförmigen Leichtsieder auf eine Temperatur von etwa 50°C abkühlbar sind.
Zudem ist es in einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung bevorzugt, dass die Feststoffabtrennung in mindestens zwei Trennbereichen erfolgt. In diesen Trennbereichen können gleichfalls die vorstehend erörterten Mechanoabscheider eingesetzt werden. Hierbei ist es bevorzugt, dass der erste Trennbereich eine Mechanotrenneinrichtung, vorzugsweise einen Kantenspaltfilter aufweist. Zudem ist es in der erfindungsgemäßen Vorrichtung bevorzugt, dass der weitere Trennbereich einen Separator, vorzugsweise einen Westfalia-Separator, aufweist. Weiterhin ist es erfindungsgemäße bevorzugt, dass die Feststoffabtrennung ein Kühlmodul aufweist, welches so angeordnet ist, dass der in die Feststoffabtrennung eingebrachte Schwersiederteil vor der Abtrennung auf eine Temperatur von höchstens 100°C abkühlbar ist.
Zudem ist es in der erfindungsgemäßen Vorrichtung bevorzugt, dass sich an die Feststoffabtrennung eine Feststoffenergieumwandlungseinheit anschließt. Hierbei kommen grundsätzlich alle dem Fachmann geläufigen Feststoffenergieumwandlungseinheiten in Betracht. Besonders bevorzugt handelt es sich bei der Feststoffenergieumwandlungseinheit um eine Verbrennungseinheit, die Wärmeenergie zur Beheizung der verschiedenen Heizelemente des Verölungsmoduls bereitstellt.
Auch ist es in der erfindungsgemäßen Vorrichtung bevorzugt, dass die Ölrückführung ein Rückführungsheizelement aufweist. Auf diese Weise kann der über die Ölrückführung in den Reaktionsraum eingeleitete als Kontaktöl dienende Teil des Schwersiederteils auf die Reaktionstemperatur vorgewärmt werden, so dass innerhalb der Reaktionsphase keine erheblichen Temperaturinhomogenitäten auftreten, die sich nachteilig auf das Verfahren und die Produktqualität auswirken könnten.
Weiterhin ist es in der erfindungsgemäßen Vorrichtung bevorzugt, dass sich an den Schwersiederauslass mindestens ein weiterer Reaktionsraum anschließt.
Ferner ist es in der erfindungsgemäßen Vorrichtung bevorzugt, dass das Verölungsmodul auf ein Erntemodul folgt. Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann das Verölungsmodul direkt auf das Erntemodul folgen. Gemäß einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann sich zwischen dem Erntemodul und dem Verölungsmodul noch ein weiteres Modul, vorzugsweise ein Konfektionsierungsmodul, in dem die Ernte des Erntemoduls beispielsweise weiter zerkleinert oder vorgetrocknet werden kann, befindet. Weiterhin ist es bevorzugt, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung auf einem Fahrzeug angeordnet ist. Die in diesem Absatz beschriebenen Maßnahmen erlauben, für Eduktmassen geeignete pflanzliche landwirtschaftliche Produkte zu ernten und einer möglichst zeitnahen Verölung zuzuführen. Folglich ist es bevorzugt, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Kohlenwasserstoffe beinhaltenden Ölen eingesetzt wird.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung einer Verfahren zur Erzeugung von kinetischer, elektrischer und/oder potenzieller Energie, wobei ein Energieerzeuger ein Öl erhältlich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Kohlenwasserstoffe beinhaltenden Ölen einsetzt. Als Energieerzeuger kommen grundsätzlich alle dem Fachmann geläufigen und dazu geeigneten Vorrichtungen in Betracht. Vorzugsweise zu nennen sind Brennkraftmaschinen wie Ottomotoren, Dieselmotoren, Wankelmotoren, Dampfmaschinen, Turbinen oder Strahltriebwer ke. Eine weitere Gruppe von Energieerzeugern bilden Brennstoffzellen. In diesen können insbesondere die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Kohlenwasserstoffe beinhaltenden Öle anfallenden, bei 20°C gasförmigen Produkte, insbesondere Methan, Ethan, Propan oder Butan, besonders bevorzugt Methan oder Ethan und darüber hinaus bevorzugt Methan eingesetzt werden.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung von chemischen Erzeugnissen, wobei ein Öl oder Gas erhältlich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Kohlenwasserstoffe beinhaltenden Ölen einer chemischen Reaktion unterworfen wird. Als chemische Reaktionen kommen alle im Bereich der Petrochemie bekannten chemischen Reaktionen in Betracht. So können durch geeignete chemische Prozesse, insbesondere durch thermische Spaltung Ausgangsprodukte gewonnen werden, die durch weitere Umsetzungen, wie Additions- oder Polymerisationsreaktionen zu Zwischenprodukten oder Polymeren umgesetzt werden können. Somit betrifft die Erfindung auch chemische Erzeugnisse, beinhaltend oder mindestens teilweise basierend auf einem Öl oder Gas erhältlich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Kohlenwasserstoffe beinhaltenden Ölen. Als chemische Produkte sind insbesondere Fasern, Folien, Formmassen, Schäume, Lacke, Filme oder Flüssigkeiten zu nennen. Die Erfindung betrifft weiterhin Güter, beinhaltend oder mindestens teilweise basierend auf chemischen Erzeugnissen oder auf chemischen Erzeugnissen erhältlich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Kohlenwasserstoffe beinhaltenden Ölen. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren für einen Transport von Sachen oder Beförderung von Personen wobei ein Transportmittel die Energie für den Transport mindestens teilweise aus einem Öl oder Gas erhältlich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Kohlenwasserstoffe beinhaltenden Ölen bezieht. Als Transportmittel kommen alle dem Fachmann geeignet erscheinenden Transportmittel in Betracht. Beispielhaft zu nennen sind Landfahrzeuge wie Automobile, Lastkraftwagen, Baufahrzeuge, Autobusse, Motorräder und dergleichen, Wasserfahrzeuge wie Fähren, Containerschiffe, Passagierschiffe, Tragflächenboote und dergleichen, Luftfahrzeuge wie Verkehrsflugzeuge, Jagdflugzeuge, Raketen, Hubschrauber oder Luftschiffe.
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Kohlenwasserstoffe beinhaltenden Ölen sieht vor, dass die Eduktmasse von einer Person zur Verfügung gestellt und der Reaktionsschritt durch eine andere Person durchgeführt wird. Bei den verschiedenen Personen handelt es sich vorzugsweise um Personen, die sich auf Grund ihres juristischen Status voneinander unterscheiden. So kann die die Eduktmasse zur Verfügung stellende Person beispielsweise ein Landwirt oder ein Mitarbeiter einer landwirtschaftlichen Gesellschaft sein, die nicht zumindest im unmittelbaren Besitz der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist. Die andere, den Reaktionsschritt durchführende Person gehört vorzugsweise einer Gesellschaft an, die Eigentümer der Vorrichtung ist. Eine derartige Gesellschaft hat vorzugsweise entweder den Geschäftszweck, die erfindungsgemäße Vorrichtung zusammen mit Personal zu vermieten, um beispielsweise das mit pflanzlichen landwirtschaftlichen Produkten bestellte Feld abzuernten und die Verölung durchzuführen, oder aber den Geschäftszweck, Eduktmasse oder für Eduktmasse geeignete Vorprodukte, die von Dritten erzeugt wurden, aufzukaufen und der Verölung zuzuführen.
Die Erfindung betrifft zudem die Verwendung eines der hier beschriebenen Verfahren oder einer der hier beschriebenen Vorrichtungen in einer nachhaltigen Energiewirtschaft oder zur Verringerung des Entstehens von Treibhausgasen. Die Erfindung wird nun an Hand nicht limitierender Figuren und Beispiele näher erläutert.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Erntefahrzeugs mit Verölungsmodul,
2 eine perspektivische Darstellung eines mobilen Verölungsmoduls,
3 einen schematischen Querschnitt eines Verölungsmoduls,
4 einen Querschnitt durch eine Eduktmasse-Zuführung,
5 einen Aufsichtsquerschnitt einer Eduktmasse-Zuführung,
6 ein Verölungsmodul mit zwei Reaktionsräumen,
7 einen schematischen Querschnitt einer Fraktionierungseinheit,
8 einen schematischen Querschnitt einer Versuchsanlage,
9 eine grafische Darstellung von Zylinderdruckverläufen.
1 zeigt ein Erntefahrzeug 1, dass einen Erntevorsatz 2 für pflanzliche landwirtschaftliche Produkte, auch Energiepflanzen genannt, aufweist. Der Erntevorsatz 2 weist eine Reihe von Schneideinrichtungen 3 auf, mit denen die Energiepflanzen abgeerntet werden. Der Erntevorsatz 2 wird von einem Chassis 5 getragen und befindet sich im Blickfeld einer Führerkanzel 4. An den Erntevorsatz 2 schließt sich eine Konfektionierungseinheit 6 an, in der die Energiepflanzenschnitzel gegebenenfalls weiter zerkleinert, von Wasser oder Verunreinigungen befreit oder auch kompaktiert werden. Sollten in der Konfektionierungseinheit 6 weiter verwertbare Pflanzensäfte anfallen, wie das beispielsweise bei der Verarbeitung von Zuckerrüben oder Rohrzucker der Fall ist, so schließt sich an die Konfektionierungseinheit 6 ein Pflanzensafttank 7 an, der diese Pflanzensäfte aufnehmen kann. Weiterhin kann sich an die Konfektionierungseinheit 6, meist dem Pflanzensafttank 7 nachgelagert ein Eduktmassespeicher 8 anschließen. In diesem kann es zu einer weiteren Entwässerung und Kompaktierung der Eduktmasse kommen. Entweder an die Konfektionierungseinheit 6 direkt oder an den Eduktmassespeicher 8 schließt sich ein Verölungsmodul 9 an, in dem die Eduktmasse durch Temperatureinwirkung in Gegenwart eines organischen Kontaktöls verölt wird und das so entstandene Öl gegebenenfalls raffiniert wird. Das Chassis 5 weist weiterhin eine Vielzahl von angetriebenen Rädern 10 auf, die ein möglichst Boden schonendes Fortbewegen des Erntefahrzeugs 1 erlauben.
2 stellt eine mit dem Erntefahrzeug vergleichbare jedoch nicht selbst fahrende und als Anhänger ausgestaltete Vorrichtung dar. Insofern wird im Zusammenhang mit der Bedeutung der Bezugszeichen 5, 6, 7, 8 und 9 auf die Ausführungen zu 1 Bezug genommen.
2 bezeichnet einen optional an den Pflanzensafttank 7 anschließbaren Vermenter 11, in dem durch geeignete Enzyme aus dem Pflanzensaft Gas, vorzugsweise Methan, gewonnen werden kann, dass zum Einen zur Energieerzeugung und zum Anderen zur Beheizung des Verölungsmoduls verwendet werden kann. Für den Fall, dass an Stelle von Energiepflanzen andere bei verschiedenen industriellen Prozessen anfallende Reststoffe, wie Holzabfälle oder auch tierische Abfälle verölt werden sollen, weist eine dafür geeignete Vorrichtung keinen Pflanzensafttank 7 und Vermenter 11 auf. Vielmehr können die beispielsweise aus einem Sägewerk oder einem Holz verarbeitenden Betrieb stammenden Holzabfälle oder die tierischen Abfälle, die beispielsweise aus einer Tierkörperverwertungsanstalt stammen können, unmittelbar als Eduktmasse dem Verölungsmodul 9 zugeführt werden.
3 zeigt ein Verölungsmodul 9 mit einem Gehäuse 12, dass eine Eduktmasse-Zuführung 13, ein damit verbundener, gegebenenfalls druckbelastbarer Reaktionsraum 14, der vorzugsweise als Edelstahlreaktor ausgebildet ist, einen sich an diesen anschließenden Abscheider 15 mit einem Leichtsiederauslass 16 und einem Schwersiederauslass 17. Der Schwersiederauslass 17 ist vorzugsweise röhrenartig in vertikaler Richtung ausgebildet und weist eine Reihe von Fraktionierungsventilen 18 auf, mit denen ein Rücklaufverhältnis für flüssige Schwersieder in oder aus dem Reaktionsraum 14 eingestellt werden kann. Im unteren Bereich des Reakti onsraums 14 ist eine Düse 19 angeordnet, mit der es möglich ist, die in dem Reaktionsraum 14 enthaltene Reaktionsphase durch Eindüsen von Öl zu mischen. Weiterhin ist der Reaktionsraum 14 an seinen Wandungen außen mindestens teilweise mit Heizelementen 20 umgeben, die zusammen mit den das in den Reaktionsraum 14 gedüsten Öls erwärmenden Heizelemente 21 für die Reaktionstemperatur innerhalb des Reaktionsraums 14 sorgen. Im unteren Bereich des Schwersiederauslasses 17 befindet sich ein Schwersiederventil 22, dass ebenfalls zusammen mit den Fraktionierungsventilen 18 den Füllstand des Schwersiederauslasses 17 und damit das Rücklaufverhältnis regelt. Der über das Schwersiederventil 22 ausgeschleuste Schwersiederteil wird einer Feststoffabtrennung 33 zugeführt, wobei diese Feststoffabtrennung 33 vorzugsweise zweistufig arbeitet und zunächst eine mechanische Trenneinrichtung 34, beispielsweise einen Kantenspaltfilter und daran angeschlossen eine weitere mechanische Trenneinrichtung 35, vorzugsweise einen Separator, aufweist (siehe 6). Der so gereinigte Schwersiederteil wird in einem Schwersiedertank 36 gelagert. Aus die Schwersiedertank 36 oder unmittelbar nach dem Verlassen der Feststoffabtrennung 33 kann ein Teil des Schwersieders über das Heizelement 21 mittels der Düse 19 in den ersten Reaktionsraum 14 eingeführt werden
In den 4 und 5 wird die Eduktmasse-Zuführung 13 näher beschrieben. Diese weist zunächst einen Sammeltrichter 23 zum Aufnehmen der Eduktmasse auf, die durch ein erstes Fördermittel 24, das schneckenartig ausgebildet ist, kontinuierlich aus dem Sammeltrichter 23 in Richtung des Reaktionsraumes 14 herausgefördert wird. An das erste Fördermittel 24 schließt sich ein zweites Fördermittel 25 an, dass die Eduktmasse durch einen schneckenartig ausgebildeten Förderer gegen einen Kugelverschluss 26 fördert. Der Kugelverschluss 26 weist eine Kugel 27 auf, die durch ein Federlager 28 auf die Verschlussöffnung 29 gedrückt wird. Während des Förderns von Eduktmasse presst diese gegen die Kugel 27 die wiederum gegen den Federdruck des Federlagers 28 sich bewegt und durch diese Bewegung die Verschlussöffnung 29 zumindest teilweise freigibt, so dass die Eduktmasse in den Reaktionsraum 14 eintreten kann.
6 zeigt einen weiteren Reaktionsraum 30, der auf den ersten Reaktionsraum 14 folgen kann, in dem ausgehend von dem Schwersiederventil 22 eine Heizleitung 31 Schwersieder in den unteren Bereich des weiteren Reaktionsraums 30 einführt. Analog zu dem ersten Reaktionsraum 14 schließen sich auch an den weiteren Reaktionsraum 30 ein Abscheider 15 mit einem Leichtsiederauslass 16 und einem Schwersiederauslass 17 an. Der Leichtsiederauslass 16 des weiteren Reaktionsraums 30 ist mit dem Leichtsiederauslass 16 des ersten Reaktionsraums 14 durch eine Leitung verbunden. An den Leichtsiederauslass 16 kann sich eine Fraktionierungseinheit 32 anschließen (siehe 7), in der zum Einen das in dem Leichtsieder enthaltene Wasser abgeschieden und die Leichtsieder in Benzin, Diesel oder Heizölfraktionen entweder destillativ oder durch mechanische Trennung oder einer Kombination daraus aufgearbeitet werden können. Der über Schwersiederventil 22 entnommene Schwersiederteil wird einer Feststoffabtrennung 33 vorzugsweise aufweisend einen Flüssigkeitsauslaß 35a und einen Feststoffauslaß 35b zugeführt, wobei diese Feststoffabtrennung 33 zweistufig arbeitet und eine erste mechanische Trenneinrichtung, vorzugsweise ein Kantenspaltfilter 34 und an die erste Trenneinrichtung anschließende zweite mechanischen Trenneinrichtung, vorzugsweise einen Separator 35, aufweist. Der so gereinigte Schwersiederteil wird ebenfalls in einem Schwersiedertank 36 als „Schwersiederpuffer" gelagert. Aus diesem Schwersiedertank 36 kann ein Teil des Schwersieders über das Heizelement 21 mittels der Düse 19 in den ersten Reaktionsraum 14 eingeführt werden.
7 zeigt eine Fraktionierungseinheit 32 mit einem ein zwei oder mehr Destillen aufweisenden Destillationsbereich.
Die Fraktionierungseinheit 32 kann mit einem Wärmerückgewinner 38, vorzugsweise in Form eines Wärmetauschers oder einer Wärmepumpe, gekoppelt sein, um die durch die Abkühlung in der destillativ betriebenen Fraktionierungseinheit 32 frei werdende Energie wieder in den beispielsweise zum Vorwärmen der Schnecken einzuspeisen. Das aus der Fraktionierungseinheit 32 erhaltene aufgereinigte Ölprodukt wird in einem Tank 39 zwischengelagert. Die in der Fraktionierungseinheit 32 bei der Aufarbeitung anfallenden bei Raumtemperatur gasförmigen Bestandteile werden einem Generator 40 zugeführt, mit dem durch eine Brennkraftmaschine Energie erzeugt wird, die mindestens zur teilweisen, vorzugsweise zur vollständigen Energieversorgung des Verölungsmoduls 9 oder des Erntefahrzeugs 1 verwandt werden kann.
8 zeigt einen Versuchsaufbau, in dem ein Reaktor 41 einen Reaktionsraum 14 bildet, der einen Rührer 42 aufnimmt und über einen Edukteinlass 43 mit Edukt über ein Eduktventil 48 regelbar beschickbar ist. Weiterhin weist der Reaktor 41 eine über die Regelung 44 steuerbare Heizung auf. Im oberen Bereich des Reaktors 41 schließt sich ein Kühler 45 an, der in einen Abscheider 46 mündet, der unter einen Abzug 47 angeordnet ist.
9 zeigt eine grafische Darstellung von Zylinderdruckverläufen bei einem nach der erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Biodiesel und einem herkömmlichen, handelsüblichen Dieselkraftstoff in einem 1,9 L PKW-Dieselmotor bei 4000 Umdrehungen pro Minute, einem Drehmoment von 90 Nm.
BEISPIEL:
In einer Vorrichtung, wie sie in 3 dargestellt ist (nur ein Reaktor) umfassend einen Edelstahlreaktor mit einem Reaktorvolumen von 1.000 Liter, welcher auf eine Temperatur von 360°C vorgeheizt wurde, wurde kontinuierlich Stroh mit einem Wasseranteil von etwa 8 Gew.-%, welches bis auf eine Teilchengröße von durchschnittlich 5 mm zerkleinert und auf eine Temperatur von 100°C vorgewärmt wurde, eingeführt. Gleichzeitig wurde eine solche Menge an auf eine Temperatur von 360°C erwärmten Kontaktöl in den Reaktor eingebracht, dass das Verhältnis von Stroh zu Kontaktöl im Inneren des Reaktors stets etwa 1 : 3 betrug. Der durch den Zusatz von Stroh mit einer Temperatur von 100°C im Inneren des Reaktors verursachte Temperaturabfall wurde durch eine entsprechende Erhöhung der Temperatur des zugeführten Kontaktöls kompensiert, so dass die Temperatur im Inneren des Reaktors konstant bei etwa 360°C lag. Beim Anfahren der Reaktion wurde ein kommerziell erhältliches BP-Schweröl mit einem Siedebeginn von mehr als 200°C bei Atmosphärendruck eingesetzt.
Die Komponenten wurden im Reaktor mittels einer Rührvorrichtung vermischt, wobei es bei der Temperatur von 360°C im Inneren des Reaktors zur thermischen Spaltung des Strohs kann. Die gasförmige Phase im Reaktionsraum wurde mittels eines herkömmlichen Rohrbündelwärmeaustausches in Kontakt gebracht und um etwa 50°C abgekühlt, wobei es zur Kondensation von Schwersiedern kann. Mittels eines herkömmlichen Zyklons wurden die Schwersieder abgetrennt und, nachdem sie auf eine Temperatur von etwa 100°C abgekühlt wurden, mittels eines Kantenspaltfilters der Firma Mahle GmbH (Typ AF 7383-521-50700/S1) und anschließend mittels eines Westfalia-Separators (OTC2-02-137) von Feststoffen befreit. Die von Feststoffen befreiten Schwersieder wurden dann in einen Schwersiederlagertank geleitet. Die im ersten Zyklon abgetrennte, die Leichtsieder umfassende Gasphase wurde mit einem zweiten, herkömmlichen Rohrbündelwärmeaustauscher in Kontakt gebracht und auf etwa 50°C abgekühlt, wobei ein Leichtsiederkondensat erhalten wurde. Dieses wurde erneut mittels eines herkömmlichen Zyklons abgetrennt.
Aus dem Schwersiedertank wurden die Schwersieder nun kontinuierlich als Kontaktöl in den Reaktor eingebracht, wobei die Schwersieder auf eine Temperatur von etwa 360°C vorgeheizt wurden.
Die Anlage wurde auf die vorstehend beschriebene Art und Weise für mehrere Stunden kontinuierlich betrieben.
Ein Probe des nach mehrstündigem Betrieb der Anlage anfallenden, abgetrennten Leichtsiederkondensates wurde, nachdem das in der Probe noch vorhandene Wasser abgetrennt worden ist, in einem 1,9 L PKW-Dieselmotor als Kraftstoff verbrannt. Wie die 9 zeigt, ist der durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältliche Biodieselkraftstoff herkömmlichen Kraftstoffen überlegen, was sich unter anderem in einem gegenüber herkömmlichen Biodieselkraftstoffen erhöhten Zylinderdruck zeigt.

1: Erntefahrzeug
2: Erntemodul oder Erntevorsatz
3: Schneideinrichtung
4: Führerkanzel
5: Chassis
6: Konfektionierungseinheit
7: Pflanzensafttank
8: Eduktmassespeicher
9: Verölungsmodul
10: Räder
11: Vermenter
12: Gehäuse
13: Eduktmasse-Zuführung
14: Reaktionsraum
15: Abscheider
16: Leichtsiederauslass
17: Schwersiederauslass
18: Fraktionierungsventil
19: Düse
20, 21: Heizelement
22: Schwersiederventil
23: Sammeltrichter
24: erstes Fördermittel
25: zweites Fördermittel
26: Kugelverschluss
27: Kugel
28: Federlager
29: Verschlussöffnung
30: weiterer Reaktionsraum
31: Heizleitung
32: Fraktionierungseinheit
33: Feststoffabtrennung
34: erste mechanische Trennvorrichtung, vorzugsweise Kantenspaltfilter
35: zweite mechanische Trennvorrichtung, vorzugsweise Westfalia-Separator
35a: Flüssigkeitsauslaß der Trennvorrichtung
35b: Ölrückführung
36: Schwersiedertank
37: Destillationsbereich
38: Wärmerückgewinner
39: Tank
40: Generator
41: Reaktor
42: Rührer
43: Edukteinlass
44: Thermoregler
45: Kühler
46: Abscheider
47: Abzug
48: Eduktventil

Claims

Verfahren zur Herstellung von Kohlenwasserstoffe beinhaltenden Ölen, bei dem eine einen Zucker und/oder ein Zuckerderivat beinhaltende Eduktmasse thermisch gespalten wird, umfassend – einen Reaktionsschritt, in dem die Eduktmasse mit einem Kontaktöl, welches einen Siedebeginn von mindestens 200°C bei einem Druck von 1013 mbar aufweist, unter Bildung einer Reaktionsphase bei einer Reaktionstemperatur im Bereich von 200 bis 600°C und einem Druck in einem Bereich von 0,1 bis 50 bar in Kontakt gebracht wird, sowie – einen Aufarbeitungsschritt, in dem die Reaktionsphase in einen Leichtsiedeteil und einen Schwerseideteil aufgetrennt wird, wobei zumindest ein Teil des Schwersiederteils als Kontaktöl in den Reaktionsschritt zurückgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Kontaktöl höchstens 10 Gew.-% an Feststoffpartikeln mit einer Partikelgröße von weniger als 50 μm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Kontaktöl zu mindestens 50 Gew.-% auf dem Schwersiederteil basiert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Anteil der Eduktmasse an der Reaktionsphase im Bereich von 5 bis 80 Gew.-%, bezogen auf die Reaktionsphase, liegt
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schwersiederteil vor dem Einsatz als Kontaktöl von mindestens einem Feststoff befreit wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kontaktöl mindestens 1 Gew.-%, bezogen auf das Kontaktöl, einen C₃₀- bis C₈₀-Kohlenwasserstoff beinhaltet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Reaktionsphase weniger als 0,05 Gew.-%, bezogen auf die Eduktmasse, eines Molekularsiebs aus Natriumsilikat als Katalysator aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Reaktionsphase weniger als O,05 Gew.-%, bezogen auf die Eduktmasse, eines Feststoffkatalysators aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eduktmasse einen Wassergehalt im Bereich von 0,001 bis 30 Gew.-%, bezogen auf die Eduktmasse, aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eduktmasse zu mindestens 5 Gew.-%, bezogen auf die Eduktmasse, Teilchen mit einer Teilchengröße im Bereich von 0,001 bis 50 mm aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eduktmasse vor dem in Kontakt bringen mit dem Kontaktöl auf eine Temperatur von mehr als 40°C gebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens der Reaktionsschritt kontinuierlich erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Teil des Schwersieders dem Reaktionsschritt kontinuierlich zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eduktmasse mindestens ein pflanzliches landwirtschaftliches Produkt aufweist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das landwirtschaftliche Produkt aus der Gruppe bestehend aus Stroh, Heu und Feldfrüchten ausgewählt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eduktmasse weniger als 10 Stunden vor dem Reaktionsschritt geerntet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dieses in einer in einem Fahrzeug befindlichen Herstellvorrichtung durchgeführt wird.
Vorrichtung aufweisend ein Verölungsmodul (9) mindestens aufweisend als stofftransportierend miteinander in Verbindung stehende Komponenten: – eine Eduktmasse-Zuführung (13), – einen mit der Eduktmasse-Zuführung (13) verbundener, gegebenenfalls durch Überduck oder Unterdruck belastbaren Reaktionsraum (14), – einen sich an den Reaktionsraum (14) anschließenden ersten Abscheider (15) mit einem Leichtsiederauslaß (16) und einem Schwersiederauslaß (17), – wobei sich an den Leichtsiederauslaß (16) eine Fraktionierungseinheit (32) anschließt, – wobei sich an den Schwersiederauslaß (17) eine Feststoffabtrennung (33) anschließt, – wobei die Feststoffabtrennung (33) einen Flüssigkeitsauslaß (35a) und einen Feststoffauslaß (35b) aufweist, – wobei der Flüssigkeitsauslaß (35a) über eine Ölrückführung (35b) gegebenenfalls über einen Schwersiedertank (36) mit dem Reaktionsraum (14) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Eduktmasse-Zuführung (13) ein Druckventil (26) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, wobei die Eduktmasse-Zuführung (13) kontinuierlich arbeitende Fördermittel (24, 25) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei das Fördermittel (24, 25) mindestens teilweise schneckenartig ausgestaltet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 21, wobei die Eduktmasse-Zuführung (13) durch ein Zuführungsheizelement beheizbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, wobei der Reaktionsraum (14) Reaktorheizelemente (20) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 23, wobei der Reaktionsraum (14) eine Mischeinrichtung aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 24, wobei die Feststoffabtrennung (33) mindestes zwei Trennbereiche aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei der erste Trennbereich (34) einen Kantenspaltfilter aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 25 oder 26, wobei der zweite Trennbereich (35) einen Separator aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 27, wobei sich an die Feststoffabtrennung (33) eine Feststoffenergieumwandlungseinheit anschließt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 28, wobei die Ölrückführung (35b) ein Rückführungsheizelement (21) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 29, wobei sich an den Schwersierderauslaß (17) mindestens ein weiterer Reaktionsraum (30) anschließt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 30, wobei das Verölungsmodul (9) auf ein Erntemodul (2) folgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 31, wobei die Vorrichtung auf einem Erntefahrzeug (1) angeordnet ist.
Verfahren nach eine der Ansprüche 1 bis 17, wobei eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 32 eingesetzt wird.
Verfahren zur Erzeugung von elektrischer, kinetischer und/oder potentieller Energie, wobei als Energieerzeuger ein Öl erhältlich nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17 oder 33 mindestens teilweise einsetzt.
Verfahren zur Herstellung eines chemischen Erzeugnisses, wobei ein Öl oder Gas erhältlich nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17 oder 33 einer chemischen Reaktion unterworfen wird.
Chemische Erzeugnisse, beinhaltend oder mindestens teilweise basierend auf einem Öl oder Gas erhältlich nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17 oder 33.
Güter, beinhaltend oder mindestens teilweise basierend auf chemischen Erzeugnissen nach Anspruch 36 oder chemischen Erzeugnissen erhältlich nach einem Verfahren nach Anspruch 35.
Verfahren für einen Transport von Sachen oder Beförderung von Personen, wobei ein Transportmittel die Energie für den Transport mindestens teilweise aus einem Öl oder Gas erhältlich nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17 oder 33 beziehen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17 oder 33, wobei die Eduktmasse von einer Person zur Verfügung gestellt und außer dem zur Verfügung stellen der Eduktmasse mindestens der Reaktionsschritt durch eine andere Person durchgeführt wird.
Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 17 oder 34 oder einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 32 in einer nachhaltigen Energiewirtschaft oder zur Verringerung des entstehen von Treibhausgasen.