DE102006029170A1

DE102006029170A1 - Anlage und Verfahren zur Herstellung von Holzkohle

Info

Publication number: DE102006029170A1
Application number: DE102006029170A
Authority: DE
Inventors: Christiaan Martien Schout
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-07-20
Filing date: 2006-06-24
Publication date: 2007-02-22
Also published as: DE202006020758U1; NO20060828L

Abstract

Die Betriebsanlage zur kontinuierlichen Herstellung von Holzkohle enthält eine Holzschneidemaschine, eine erste horizontale Tranporteinrichtung, eine erste Retorte, eine erste Hubeinrichtung, eine zweite Retorte, eine zweite horizontale Transporteinrichtung und eine zweite Hubeinrichtung. Die Profuktion der Holzkohle erfolgt durch eine Selbstversorgung mit Energie, wobei die zweite Retorte Energie zum Heizen der ersten Retorte und damit zum Vortrocknen der Holzstücke liefert.

Description

Bekanntlich ist eines der hauptsächlichen Holzderivate bzw. Holzerzeugnisse, die seit Urzeiten im großen Umfang benutzt werden, Holzkohle, deren besondere Eigenschaften die Kohlenstoffreinheit und ein niedriger Aschegehalt sind, verbunden mit hochgradig reaktionsfreudigen Eigenschaften, Porosität und guter Struktur, wodurch diese wertvoll und vielseitig ist.

Die Produktion der Holzkohle erfordert allgemein, daß das Holz auf eine Temperatur über 400°C erhitzt wird, wobei an diesem Punkt das gesamte Wasser und andere flüchtige und verdampfbare Komponenten abgeschieden sind.

Nach den herkömmlichen Techniken erfolgte die Karbonisierung bzw. Verkohlung des Holzes unter Verwendung sehr einfacher Anlagen, und es wurde kein Wert auf die Kontrolle bzw. Vermeidung von stark kontaminierenden Gasemissionen gelegt, jedoch werden in neueren Zeiten diese Praktiken durch verschiedene Umweltsektoren- und Organisationen gründlicher überwacht, und die Politik sorgt zunehmen für Umweltschutz.

Als Ergebnis dieser Probleme wurde erfindungsgemäß ein Industriepark bzw. eine Industrieanlage für die Produktion von Holzkohle aus Holznebenprodukten oder Holzabfallstoffen geschaffen, die auch die Erzeugung von Holzkohle mit niedrigerem oder höherem Kohlenstoffgehalt bzw. Kohlegehalt ermöglicht und für eine Vielzahl anderer Zwecke verwendbar ist.

Hierdurch ist eine ökonomischere Erzeugung von aus Holz hergestellter Holzkohle höchster Qualität ermöglicht, wobei von Anbeginn der Produktion spezielle Maßnahmen ergriffen werden, wobei das Holzschneiden unter Verwendung einer Kreissäge stattfindet, woraufhin dann die Holzklötze zu einer Zwischenstelle transportiert werden, wo sie an der offenen Luft getrocknet werden und ihre Feuchtigkeit um 1 % pro Tag reduziert wird. Nach ungefähr 15 Tagen werden die Äste entfernt bzw. abgebrochen und die Holzklötze niedergeschnitten, dann zerhackt und über den Boden verteilt.

Die sauberen Stämme werden dann in Stücke geschnitten, die zwischen 2,7 m und 3 m in der Länge variieren, und dann zu der Fabrik geschickt, wo sie wiederum unter Verwendung einer Mehrfachkreissäge in Stücke von 20 bis 30 cm Länge geschnitten werden. Die Stücke werden in eine horizontale Transporteinrichtung gebracht, um in einer vertikalen Trockeneinrichtung angeordnet zu werden, die erhitztes Gas benutzt, wobei die Beladung von oben erfolgt, so daß die Ladung darin langsam absinkt, wobei die Feuchtigkeit der geschnittenen Stücke auf 15% reduziert wird.

Nachdem das Holz die Trocknungseinrichtung verlassen hat, fördert eine horizontale Transporteinrichtung das Holz in eine vertikale Verkohlungsretorteneinheit, bzw. Verkohlungsdestilliereinheit, und zwar über Verwendung einer Höhenfördereinrichtung bzw. eines Elevators für die geschnittenen Stücke verringerter Feuchtigkeit zu der Spitze des vertikalen Verkohlungsreaktors. Es wird darauf hingewiesen, daß auf allen Stufen des Verfahrens die Feuchtigkeit und das Gewicht überwacht werden, um die Ausbringung und den jeweiligen Arbeitsschritt so weit wie möglich zu steuern.

Als ein Ergebnis wird durch diese Technologie Kohle nach der folgenden Basistransformationsformel erzeugt, Trockensubstanz „H.T.S._2:1 ", wobei deren Qualität folgendermaßen ist:

– fester Kohlenstoff – 85 bis 93%
– enthaltene Energie – 8100 bis 83000 K/cal
– flüchtige Bestandteile – 8 bis 9 %
– Asche – bis zu 2%
– Feuchtigkeit – 1 bis 5%
– Stickstoff – 0
– Schwefelsäure – 0
– Dimensionen – 3 bis 15 cm
– Produktion – kontinuierlich (365 Tage im Jahr)
– Produktionsmodule – 10.000, 15.000, 22.000 Tonnen pro Jahr

Es wird darauf hingewiesen, daß diese Einrichtungen von einem Energiestandpunkt (der 200 Kw/h darstellt), sehr zufriedenstellend sind, ohne Emissionen von Verunreinigungen in die Umgebung, und diese Eigenschaften und Level wurden bei herkömmlichen Produktionsprozessen niemals erreicht. Für die anfängliche Verkohlung des Holzes und später zum Kühlen der Holzkohle verwenden die kontinuierlichen vertikalen Retorten eine „interne Gasrezirkulation", da der Prozeß die maximale Verwendung der exothermen Reaktion, die durch den hohen Level von Sauerstoff bei dem Eintritt des Holzes verursacht wird, mit der Flexibilität kombiniert, um sowohl eine variable Feuchtigkeit in dem Holz als auch verschiedene Level von festem Kohlenstoff in dem Produkt zu erhalten.

Das Teer und die aromatischen Öle, die bei der Verkohlung des Holzes entstehen, verbrennen bei dem Prozeß, wodurch dieser bezüglich der Energie selbstversorgend ist und für das Maß an festem Kohlenstoff sorgt. Die vollständige und sofortige Veraschung bzw. Verbrennung aller Gaserzeugung und gasförmigen Dämpfe bei der Verarbeitung in der Schwelretorte ruft eine Temperatur hervor, die ausreicht, um das Holz zu verkohlen, das bis zu 25% Wasser enthält, wodurch auch ein sicherer Betrieb gewährleistet ist, der sicher für die Umwelt ist. Wenn dies gewünscht wird, kann der Prozeß auch modifiziert werden, um das Teer und die Öle zu gewinnen.

Außerdem kann die interne Zirkulation des Gases automatisch gesteuert werden sowie die Veraschung bzw. Verbrennung des Entweichungsgases, zur Beladung mit dem Holz und zum Entladen der Kohle, was von dem Erfordernis zahlreicher Arbeitspersonen befreit und zu größeren Kostenersparnissen beiträgt.

Die verwendeten Holzblöcke wurden im voraus getrocknet und unter Verwendung eines Laders gesammelt und auf der Hubeinrichtung angeordnet, demnach automatisch, gesteuert durch die Anforderung für den Prozeß, und zu der Spitze bzw. dem oberen Ende der Schwelretorte gebracht, später durch ein rotierendes System darin entladen, wobei die Schwelretorte grundsätzlich aus einem hohen, hohlen Schachtturm besteht, der in eine höhere Verkohlungszone und eine niedrigere Kühlzone unterteilt ist, die jeweils ihre eigene Gaszirkulation haben.

Damit bewegt sich das Holz langsam von der Spitze zu dem Boden, und es wird durch aufsteigendes Gas erhitzt, was zu einem stärkeren Trocknen führt und damit zu seiner Verkohlung zu Holzkohle, weil die Feuchtigkeit und flüchtigen Stoffe von Gas geführt und transportiert werden. Die Holzkohle sinkt dann zu der unteren Hälfte der Schwelretorte ab und wird durch einen getrennten Gasstrom auf eine Temperatur gekühlt, bei der sie sicher unter Verwendung eines speziellen Bandes von der Rückseite der Schwelretorte entladen werden kann. Beide Gase strömen gegen den Lauf, wobei der Strom der Feststoffe seine maximale thermische Wirksamkeit erreichen sollte, da Gas durch die Verkohlungszone verteilt wird.

In der Mitte der Schwelretorte wird das Gas zu der Verkohlungszone verteilt und dieses berieselnde Gas ist ein Brenngas bzw. Heizgas, das temperiert bzw. angefeuchtet wird durch eine Injektion von Wasser zwischen 550 und 700°C, wodurch ein niedriger Sauerstofflevel strikt beibehalten wird. Die Temperatur und die Strömung des heißen berieselnden Gases sind durch den Gehalt an festem Kohlenstoff bestimmt, der in dem Produkt erforderlich ist, und durch das Maß an Feuchtigkeit des Holzes und seiner Eigenschaften.

Normalerweise liefert das erhitzte berieselnde Gas zwischen 20 und 40% der gesamten Hitze, die für den Prozeß erforderlich ist. Den Rest liefert eine exotherme Reaktion mit dem Holz dank seines hohen Sauerstoffgehalts.

Während das berieselnde Gas durch das Holz aufsteigt, kühlt es dann und sammelt die verdampfte Flüssigkeit und die flüchtigen Komponenten des Holzes.

Das Gemisch des berieselnden Gases ist weitgehend bedeutungslos in der Schwelretorte, und der Vergasungsdampf verläßt die Schwelretorte an der Spitze bzw. dem oberen Ende und wird zu einem speziell geschützten Verbrennungsofen für Brennstoff mit der Luft transportiert. In der ersten Stufe wird das Schwelretortengas unter nahezu stöchiometrischen Bedingungen verbrannt.

Fast ein Drittel der Verbrennungsgase von der ersten Stufe wird entnommen und durch Injektion in eine Zwischenkühlkammer eingebracht, um als das berieselnde Gas für den Schwelretortenprozeß zu dienen, was somit als Ende der Zirkulation der berieselnden Gase dient. Wie bei der Holzzufuhr wird es der Schwefelretorte zugefügt, in einer zylindrischen Basis, wie es die Abgabe der Kohle ist, was den Produktionsrhythmus der Betriebsanlage bestimmt, und nachfolgend die Zeit, in der die Feststoffe in der Schwelretorte bleiben.

Sobald ein niedriger Level oben an der Schwelretorte erfaßt wird, erfolgt eine automatische Beladung des Holzes. Um eine Änderung der Produktionserfordernisse abzudecken und um das beste Temperaturprofil in dem oberen Teil der Schwelretorte zu erlangen, wird der Zirkulationsrhythmus des heißen berieselnden Gases überwacht. Bei Bedarf kann die ausgebrachte Kohle überprüft, verpackt oder auf eine andere Weise behandelt werden. Durch Steuereinrichtungen, die sowohl digitale als auch analoge Mittel verwenden sowie auch Computer, kann der gesamte Betrieb einer Holzkohleerzeugungsanlage von einem Kontrollraum aus überwacht werden.

Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf eine schematische Darstellung der vollständigen Anlage bzw. Fabrik beschrieben, die 1 zeigt.
Die Erfindung offenbart eine Betriebsanlage zur Herstellung von Holzkohle in kontinuierlichen Schwelretorten sowie die Ausrüstung und das kontinuierliche Verkohlungsverfahren, um Holzkohle aus Holznebenprodukten bzw. Holzabfallprodukten zu erzeugen. Die industrielle Anlage enthält eine Holzschneidemaschine M, die geschnittene Stücke liefert, die 25 bis 30 cm lang, sind die dann entlang einer horizontalen Transporteinrichtung T1 zu einer vertikalen Trockeneinheit mit erhitztem Gas oder einer ersten Retorte R1 geführt und dann mittels einer Hubvorrichtung E mit einem Meß- und Wiegesystem zu der Spitze geführt werden. An diesem Punkt bewegen sich die geschnittenen Holzstücke langsam in der ersten Retorte R1 abwärts, wo sie unter Verwendung erhitzter Gase behandelt werden, die von einer zweiten Retorte R2 kommen, wodurch die Feuchtigkeit der geschnittenen Stücke auf 15% reduziert wird, mit der Wirkung als Trockeneinrichtung.
Nach dem Verlassen der Trockeneinrichtung bewegt eine horizontale Transporteinrichtung T2 die Ladung zu einer zweiten vertikalen Verkohlungsretorteneinheit R2, wobei die geschnittenen Stücke mit reduzierter Feuchtigkeit wiederum mittels einer Hubeinrichtung E2 zum Kopfende des vertikalen Verkohlungsreaktors befördert werden, wo sie wiederum infolge der Schwerkraft herabfallen und wo die exotherme Reaktion stattfindet und Energie zum Heizen der ersten Retorte geliefert wird mit der Folge einer Vortrocknung der geschnittenen Stücke. Die Produktion der Holzkohle, die Freigabe des Teers, die Produktion von Energie durch Dampf etc. machen die Installation und Produktion von Holzkohle und Energie selbstversorgend sowie diejenige anderer Nebenprodukte.
Die Erfindung sieht somit Betriebseinrichtungen zum Transformieren von Produkten vor, bei denen der Produktionsprozeß eine hohe Ausbeute ermöglicht und die autonom und profitabel und mit verringerten Kosten arbeiten können. Die erfindungsgemäße Anlage hat zwei Retorten bzw. Schwelretorten für kontinuierliche Produktion und einen geradlinigen Zyklus, bei dem hauptsächlich geeignet bemessene Holzstücke zugeführt werden, wobei die Endstufe in einer kontinuierlich hohen Produktion von Holzkohle resultiert, die mit einer sehr hohen Geschwindigkeit bzw. Menge aus Holznebenprodukten bzw. Holzabfallprodukten gemacht wird.
Somit enthält die Betriebsanlage zur kontinuierlichen Herstellung von Holzkohle eine Holzschneidemaschine, eine erste horizontale Transporteinrichtung, eine erste Retorte, eine erste Hubeinrichtung, eine zweite Retorte, eine zweite horizontale Transporteinrichtung und eine zweite Hubeinrichtung. Die Produktion der Holzkohle erfolgt durch eine Selbstversorgung mit Energie, wobei die zweite Retorte Energie zum Heizen der erste Retorte und damit zum Vortrocknen der Holzstücke liefert.

Claims

Anlage zur Herstellung von Holzkohle, gekennzeichnet durch eine Holzschneidemaschine (M), eine erste horizontale Transporteinrichtung (T1), eine erste Retorte (R1), eine erste Hubeinrichtung (E), eine zweite Retorte (R2), eine zweite horizontale Transporteinrichtung (T2) und eine zweite Hubeinrichtung (E2).
Verfahren zur kontinuierlichen Verkohlung von Holzprodukten zur Erzeugung von Holzkohle, dadurch gekennzeichnet, daß eine Holzschneidemaschine (M) geschnittene Holzstücke liefert, die zu einer horizontalen Transporteinrichtung (T1) gebracht werden, um einen vertikalen mit erhitztem Gas versehenen Trockner bzw. eine erste Retorte R1 zu beladen, wobei die Holzstücke unter Verwendung einer ersten Hubeinrichtung (E), die ein Meß- und Wiegesystem hat, zum Kopfende der ersten Retorte (E1) gebracht werden, daß die Holzstücke sich durch Schwerkraft in der ersten Retorte (R1) langsam nach unten bewegen, wo sie erhitzten Gasen aus einer zweiten Retorte (R2) ausgesetzt sind, durch die die Feuchtigkeit der Holzstücke auf 15% reduziert wird, wenn sie die Trockeneinrichtung verlassen, daß eine zweite horizontale Transporteinrichtung (T2) die Holzstücke verringerter Feuchtigkeit zu der zweiten vertikalen Verkohlungsretorteneinheit (R2) befördern, wo diese wiederum unter Verwendung einer Hubeinrichtung (E2) zum Kopfende des vertikalen Verkohlungsreaktors befördert werden und wiederum durch Schwerkraft darin absinken, wobei eine exotherme Reaktion stattfindet, die Energie zum Heizen der ersten Retorte liefert und damit zum Vortrocknen der darin befindlichen Holzstücke, wobei die Holzkohleproduktion, die Freigabe von Teer, die Produktion von Energie durch Dampf etc. sich selbst mit Energie versorgt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Holzstücke auf ein Länge von 25 bis 30 cm geschnitten werden.