DE102008006772A1

DE102008006772A1 - Process for the carbonation of organic substances

Info

Publication number: DE102008006772A1
Application number: DE102008006772A
Authority: DE
Inventors: Simon Albert Breitbach
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-01-30
Filing date: 2008-01-30
Publication date: 2009-08-06
Also published as: DE112009000761A5; WO2009095015A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Karbonisierung organischer Substanzen, bei dem diese in einem geschlossenen Druckbehälter (10) unter Ausschluss von Sauerstoff unter Eigendruck erhitzt werden, wobei zum Aufschluss der Ausgangssubstanzen zu Beginn des Verfahrens ein Katalysator zugegeben wird. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Wärmezufuhr erfolgt, bis im Innenraum des Druckbehälters eine Temperatur von mindestens etwa 250°C erreicht ist, und dass man bei Erreichen eines vorgegebenen Drucks im Innenraum (17) des Druckbehälters (10) eine Druckentlastung durch Öffnen eines Ventils vornimmt und Gase aus dem Behälter strömen lässt. Es wurde festgestellt, dass sich bei Einhaltung dieser Prozessparameter ein verbessertes Verfahren zur Karbonisierung organischer Substanzen ergibt, welches eine wirtschaftliche Anwendung in industriellem Maßstab zulässt. Die Anwendung des Verfahrens ist insbesondere dort interessant, wo organische Abfälle in großen Mengen anfallen und bislang nach wenig effektiven herkömmlichen Methoden verkohlt werden.The present invention relates to a process for the carbonization of organic substances in which they are heated in a closed pressure vessel (10) under exclusion of oxygen under autogenous pressure, wherein for the digestion of the starting materials at the beginning of the process, a catalyst is added. According to the invention it is proposed that the heat is applied until a temperature of at least about 250 ° C is reached in the interior of the pressure vessel, and that on reaching a predetermined pressure in the interior (17) of the pressure vessel (10) performs a pressure relief by opening a valve and lets gases flow out of the container. It has been found that adherence to these process parameters results in an improved process for the carbonation of organic substances, which allows economic application on an industrial scale. The application of the method is particularly interesting where organic waste is produced in large quantities and so far charred by less effective conventional methods.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Karbonisierung organischer Substanzen bei dem diese in einem geschlossenen Druckbehälter unter Ausschluss von Sauerstoff unter Eigendruck erhitzt werden, wobei zum Aufschluss der Ausgangssubstanzen zu Beginn des Verfahrens ein Katalysator zugegeben wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.The The present invention relates to a carbonization process organic substances in which these in a closed pressure vessel under Exclusion of oxygen can be heated under autogenous pressure, with to digest the starting substances at the beginning of the process Catalyst is added, and a device for carrying out this procedure.

Aufgrund der in einiger Zeit zu erwartenden Erschöpfung der natürlichen Erdöl- und Erdgasressourcen ist man auf der Suche nach neuen Energieträgern, die sich dauerhaft nutzen lassen. Interessant sind dabei insbesondere Energieträger, die ein geringeres Gefahrenpotential aufweisen als die Kernkraft und die sich ohne Klimaschädigung nutzen lassen. Eine der bekannten Möglichkeiten, die Nutzung von Wasserstoff, hat den Nachteil, dass es sich um ein an der Luft hochexplosives Gas handelt, dessen Handhabung schwierig ist, so dass diese Technologie ein hohes Gefahrenpotential birgt. Andere bekannte Methoden zur Nutzung alternativer Energieträger in Form der so genannten nachwachsenden Rohstoffe, zum Beispiel die Gewinnung von Rapsölmethylester aus dem Rapsanbau, haben den Nachteil eines vergleichsweise niedrigen Ertrags pro Hektar Anbaufläche und sind daher zum vollständigen Ersatz fossiler Brennstoffe wenig geeignet.by virtue of the expected exhaustion of the natural in some time Oil and gas resources are in search of new energy sources that can be used permanently. Particularly interesting are energy sources that have a lower risk potential than nuclear power and which can be used without climate damage. One of the well-known Ways of using hydrogen, has the disadvantage that it is a highly explosive gas in the air, whose Handling is difficult, so this technology is a high hazard harbors. Other Known Methods for Using Alternative Energy in the form of so-called renewable raw materials, for example the extraction of rapeseed oil methyl ester from rape cultivation, have the disadvantage of a comparatively low yield per hectare Acreage and are therefore to complete replacement fossil fuels little suitable.

In jüngerer Zeit wurde daher ein Verfahren zur hydrothermalen Karbonisierung pflanzlicher Biomasse vorgeschlagen. ( siehe Artikel im Internet, „Markus Antonietti kocht Kohle aus organischem Abfall", publiziert unter www.3sat.de/nano/cstuecke/99532/index/html ). Bei diesem Verfahren werden pflanzliche Produkte in einem geschlossenen Druckgefäß mit Wasser versetzt und in Gegenwart eines Katalysators unter Druck und Luftabschluss für eine Zeitdauer von ca. 12 Stunden auf eine Temperatur von ca. 180°C erhitzt. Als Produkt wird eine wässrige schwarze Brühe mit feinst verteilten kugelförmigen Kohlepartikeln (Kolloiden) erhalten. Der gesamte in dem pflanzlichen Ausgangsmaterial gebundene Kohlenstoff soll dabei in Form kleiner poröser Braunkohlekügelchen gewonnen werden. Es wird weiter berichtet, dass sich bei diesem Verfahren als Vorstufen des vorgenannten Produkts eine humusartige Substanz gewinnen lässt, die sich zur Bodenverbesserung eignet. Bei entsprechend kürzerer Verfahrensdauer sollen sich flüssige Zwischenprodukte gewinnen lassen, bei denen es sich um Vorstufen von Erdöl handelt. Diese Erkenntnisse aus dem Stand der Technik verdeutlichen, dass es sich bei der hydrothermalen Karbonisierung von organischen Substanzen um einen sehr komplexen Vorgang handelt. Die dabei ablaufenden chemischen Reaktionen sind noch nicht vollständig erforscht. In jedem Fall hat insbesondere die Verfahrensführung einen wesentlichen Einfluss auf die erhaltenen Endprodukte.Recently, therefore, a method for hydrothermal carbonization of plant biomass has been proposed. ( see article on the internet, "Markus Antonietti cooks coal from organic waste", published at www.3sat.de/nano/cstuecke/99532/index/html ). In this process, vegetable products are mixed with water in a closed pressure vessel and heated to a temperature of about 180 ° C in the presence of a catalyst under pressure and exclusion of air for a period of about 12 hours. The product obtained is an aqueous black broth with very finely divided spherical carbon particles (colloids). The entire carbon bound in the vegetable starting material is said to be obtained in the form of small, porous brown coal pellets. It is further reported that in this process as precursors of the aforementioned product a humus-like substance can be obtained which is suitable for soil improvement. With a correspondingly shorter process duration, it is intended to obtain liquid intermediate products which are precursors of crude oil. These findings from the prior art make it clear that the hydrothermal carbonization of organic substances is a very complex process. The ongoing chemical reactions have not been fully explored. In any case, especially the process control has a significant influence on the final products obtained.

Bei dem aus dem vorgenannten Stand der Technik bekannten Verfahren wurde mit vergleichsweise kleinen Volumina im Labormaßstab gearbeitet. Die Verhältnisse sind auf einen industriellen Maßstab nicht ohne weiteres übertragbar. Zudem wurden vergleichsweise niedrige Temperaturen angewandt und es wird in wässriger Lösung gearbeitet. Folglich wird zunächst als Produkt eine Kohle dispergiert in wässrigem Medium erhalten. Das Druckgefäß bleibt während der Reaktion geschlossen, so dass Wasserdampf nicht entweichen kann. Ein Anliegen des bekannten Verfahrens scheint es zudem zu sein, jeglichen Verlust an Kohlenstoff, der in dem Ausgangsmaterial in gebundener Form enthalten ist, zu vermeiden, um eine optimale Energiebilanz zu erzielen (100%-ige Kohlenstoffeffizienz). Andererseits wird berichtet, dass nach dem bekannten Verfahren eine sehr hochwertige Kohle erhalten wird, die sich beispielsweise für katalytische Prozesse eignet (Aktivkohle oder dergleichen), so dass es eigentlich unter ökonomischen Gesichtspunkten nicht optimal ist, diese Kohle einfach zu verbrennen.at the method known from the aforementioned prior art worked with comparatively small volumes on a laboratory scale. The Relationships are not on an industrial scale readily transferable. In addition, were comparatively Low temperatures are applied and it turns into water Solution worked. Consequently, first as Product obtained a charcoal dispersed in aqueous medium. The pressure vessel remains during the reaction closed so that water vapor can not escape. A concern In addition, in the known method, it seems to be any loss to carbon contained in the starting material in bound form is to avoid to achieve an optimal energy balance (100% Carbon efficiency). On the other hand, it is reported that after known method is obtained a very high quality coal, the For example, suitable for catalytic processes (activated carbon or the like), so that it is actually under economic Not optimal to simply burn this coal.

Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein verbessertes Verfahren zur Karbonisierung organischer Substanzen der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, welches eine wirtschaftliche Anwendung in industriellem Maßstab zulässt.outgoing from this prior art, the object of the present Invention therein, an improved process for carbonizing organic Substances of the type mentioned are available to provide an economical application in industrial Scale allows.

Die Lösung dieser Aufgabe liefert ein Verfahren zur Karbonisierung organischer Substanzen der eingangs genannten Gattung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs.The The solution to this problem is provided by a process for carbonization organic substances of the type mentioned above with the characterizing Features of the main claim.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Wärmezufuhr erfolgt, bis im Innenraum des Druckbehälters eine Temperatur von mindestens etwa 250°C erreicht ist und dass man bei Erreichen eines vorgegebenen Drucks im Innenraum des Druckbehälters eine Druckentlastung durch Öffnen eines Ventils vornimmt und Gase aus dem Behälter strömen lässt. Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet also bei einer höheren Temperatur als das bekannte Verfahren, wobei zudem der gesamte Prozess nicht bei geschlossenem Behälter durchgeführt wird, sondern man über das Ventil eine Druckentlastung durchführt, so dass Gase aus dem Innenraum entweichen können. Durch diese Maßnahme entweicht zum einen der Wasserdampf, hauptsächlich in einer frühen Phase der Karbonisierung. In der Folgezeit entweichen dann auch andere Gase, die brennbar sind, wobei in dem Gasgemisch auch kohlenstoffhaltige Gase wie zum Beispiel Methanol, Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid enthalten sein können, so dass das Produkt der Karbonisierung folglich nicht den vollständigen Kohlenstoffgehalt der Ausgangssubstanzen enthält. Dennoch sind eine gute Ausbeute und eine erheblich größere Effektivität erzielbar, als bei den herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Holzkohle. Zum einen beträgt bei diesen bekannten Verfahren die Verfahrensdauer in der Regel Tage oder Wochen. Zum anderen bietet das erfindungsgemäße Verfahren ja die Möglichkeit, die Gase, die nach der Druckentlastung aus dem Behälterinnenraum entweichen, unmittelbar zu verbrennen oder diese aufzufangen und somit die in diesen enthaltene Energie ebenfalls zu nutzen. Eine Möglichkeit besteht darin, die durch Verbrennung dieser Gase entstehende Wärme zur Beheizung des Behälters in der Aufheizphase zu nutzen. Man kann beispielsweise auch das Gas der Brennkammer einer Gasturbine zuführen und mittels dieser wiederum einen Generator betreiben, um Strom zu erzeugen. Weitere Möglichkeiten sind beispielsweise die Beheizung von zu der Anlage separaten Öfen.According to the invention, it is provided that the heat is applied until a temperature of at least about 250 ° C is reached in the interior of the pressure vessel and that on reaching a predetermined pressure in the interior of the pressure vessel relieves pressure by opening a valve and lets gases flow out of the container , The inventive method thus operates at a higher temperature than the known method, wherein also the entire process is not performed when the container is closed, but one performs pressure relief via the valve, so that gases can escape from the interior. By this measure escapes on the one hand, the water vapor, mainly in an early stage of carbonization. In the subsequent period then escape other gases that are combustible, which may be contained in the gas mixture and carbonaceous gases such as methanol, hydrocarbons, carbon monoxide, so that the product of the carbonization consequently does not contain the complete carbon content of the starting materials. Nevertheless, a good yield and a considerably greater efficiency can be achieved than in the conventional method for producing charcoal. First, in these known methods, the duration of the procedure is usually days or weeks. On the other hand, the method according to the invention offers the possibility of directly burning the gases which escape from the interior of the container after the pressure has been released or of collecting them, and thus also of utilizing the energy contained in them. One possibility is to use the heat generated by combustion of these gases to heat the container in the heating phase. It is also possible, for example, to supply the gas to the combustion chamber of a gas turbine and, by means of this, to operate a generator in order to generate electricity. Other options are, for example, the heating of the plant separate stoves.

Nach Beendigung der ersten Phase der Zufuhr von Fremdenergie zur Beheizung des Druckbehälters verläuft das erfindungsgemäße Verfahren exotherm. Man kann die dabei entstehende Abwärme ebenfalls nutzen, zum Beispiel durch Verwendung eines Wärmetauschers, welcher mit dem Druckbehälter in Verbindung steht.To Termination of the first phase of the supply of external energy for heating the pressure vessel runs the inventive Process exothermic. You can the resulting waste heat also use, for example by using a heat exchanger, which communicates with the pressure vessel.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren steht weniger die Erzielung einer 100%-igen Kohlenstoffeffizienz im Vordergrund, da es möglich ist, als organische Ausgangssubstanzen solche einzusetzen, die bisher dort wo sie anfallen mit herkömmlichen zeitaufwändigen und wenig effektiven Methoden zu Holzkohle verarbeitet werden. Dies ist beispielsweise bei tropischen Plantagenhölzern oder in Russland der Fall, wo große Mengen an Holzkohle für metallurgische Zwecke benötigt werden. Oder aber es werden geringwertige organische Substanzen verarbeitet, die gemeinhin als Abfallstoffe angesehen werden, wie zum Beispiel Nussschalen von Kokosnüssen, Palmschnitzel oder dergleichen. Eine Verarbeitung vor Ort ist hier erstrebenswert, da der Aufwand von Transportkosten bei diesen geringwertigen Materialien, die in großen Mengen anfallen, nicht gerechtfertigt ist. Ein für diesen Zweck geeignetes Verfahren muss daher einerseits eine wirtschaftliche Verarbeitung solcher organischer Substanzen in großen Mengen zulassen, andererseits aber darf es auch nicht so komplex sein, dass es zur Durchführung technisch anspruchsvolle Anlagen benötigt, deren Bedienung ein umfangreiches Know-how erfordert, da dann einerseits die Anlage zu kostenaufwändig wäre und andererseits deren Bedienung nur durch geschulte Fachkräfte möglich wäre. Dies würde eine Anwendung vor Ort beispielsweise in Entwicklungsländern ausschließen oder erheblich erschweren.at the process according to the invention is less the achievement of a 100% carbon efficiency in the foreground, since it is possible as organic starting materials such previously used where they arise with conventional time-consuming and less effective methods to charcoal are processed. This is for example in tropical plantation woods or in Russia the case where large quantities of charcoal needed for metallurgical purposes. Or but low-value organic substances are processed, commonly considered to be waste, such as Nutshells of coconuts, palm chips or the like. Processing on site is desirable here, since the effort of Transport costs for these low-quality materials, which in large Amounts are incurred, is not justified. One for this one The purpose of a suitable procedure must therefore be economic Processing of such organic substances in large quantities but on the other hand, it should not be so complex that it carries out technically demanding equipment whose operation requires extensive know-how, because then the one hand, the system would be too expensive and on the other hand their operation only by trained professionals it is possible. This would be an application Exclude locally, for example, in developing countries or considerably more difficult.

Dem trägt die vorliegende Erfindung Rechnung. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt darin, dass die Investitionen in die zur Anwendung des Verfahrens benötigte Vorrichtung nicht zu hoch sind, sich diese Vorrichtung auch ohne großes Fachwissen beispielsweise nach einer kurzen Einarbeitung bedienen lässt und dass das Verfahren sich gegebenenfalls für eine Verarbeitung in großem Umfang anfallender organischer Substanzen unmittelbar vor Ort eignet. Dabei ist das erfindungsgemäße Verfahren wesentlich effektiver als traditionelle Methoden zur Herstellung von Holzkohle (Holzkohlenmeiler), die sonst bislang in diesen Fällen zur Anwendung kommen. Die Ausbeute an gewonnener Kohle im Verhältnis zur eingesetzten organischen Ausgangssubstanz ist um das zwei bis dreifache höher als bei herkömmlichen Verkohlungsverfahren. Die Zeitdauer ist zudem bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wesentlich kürzer. Gegenüber dem eingangs genannten gattungsgemäßen Verfahren besteht unter anderem der Vorteil, dass die Kohle trocken und in einem Zustand gewonnen wird, der den unmittelbaren Einsatz ohne weitere Aufarbeitungsschritte wie zum Beispiel Trocknung oder Kompaktierung zulässt.the carries the present invention into account. An advantage of solution according to the invention lies in that the investment needed to implement the process Device are not too high, this device also without great expertise, for example after a short training can operate and that the procedure if necessary for processing on a large scale organic substances on the spot. That's it inventive method much more effective as traditional methods for the production of charcoal (charcoal kiln), which are otherwise used in these cases so far. The yield of recovered coal in relation to the used organic starting material is two to three times higher than in conventional charring processes. The duration is also essential in the inventive method shorter. Compared to the aforementioned generic One of the advantages of the process is that the coal is dry and is obtained in a state of immediate use without further processing steps such as drying or Compaction allows.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ergeben sich Vorteile gegenüber der traditionellen Holzkohleherstellung, zum einen durch das Arbeiten in einem geschlossenen Druckbehälter und durch die Verwendung eines Katalysators zum Aufschluss der organischen Ausgangssubstanzen.at The method according to the invention has advantages towards traditional charcoal making, to one by working in a closed pressure vessel and by the use of a catalyst for digesting the organic Starting materials.

Vorzugsweise ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Ventil wieder geschlossen wird, wenn ein vorgegebener Druck im Innenraum des Druckbehälters unterschritten wird. Man arbeitet also bevorzugt mit wenigstens einem Ventil, welches sich zunächst nach Erreichen eines vorgegebenen Maximaldrucks selbsttätig öffnet und in einer späteren Phase bei wieder Absinken des Innendrucks im Behälter wieder schließt. Ein solches Überdruckventil ist vorzugsweise so ausgebildet, dass es sich gegebenenfalls während des gesamten Karbonisierungsvorgangs mehrfach öffnet und wieder schließt, je nach Verfahrensverlauf. Im Regelfall wird es aber so sein, dass in einer ersten Anfangsphase des Verfahrens der Druck zunächst steigt, bis der Maximaldruck bzw. vorgegebene Sollwert erreicht ist, sich das Ventil öffnet und über eine gewisse Zeitdauer geöffnet bleibt, so dass während dieser Phase kontinuierlich Gase aus dem Behälter strömen. Die Zusammensetzung dieser Gase ändert sich allerdings oft mit Fortschreiten des Karbonisierungsprozesses, was gelegentlich an der Farbe der Gasphase erkennbar ist. Irgendwann tritt dann ein Zeitpunkt auf, an dem die Gasentwicklung im Behälter zurückgeht, so dass der Innendruck sinkt, das Ausströmen der Gase nachlässt und sich in der Folge dann das wenigstens eine Ventil vorzugsweise selbsttätig wieder schließt, wenn ein vorgegebener Druckwert unterschritten wird. Die weitere Reaktion im Behälter kann dann in der sich anschließenden Verfahrensphase ohne Druckentlastung stattfinden.Preferably, the invention provides that the valve is closed again when a predetermined pressure in the interior of the pressure vessel is exceeded. It is therefore preferable to use at least one valve, which initially opens automatically after reaching a predetermined maximum pressure and closes again in a later phase when the internal pressure in the container drops again. Such a pressure relief valve is preferably designed so that it optionally opens and closes several times during the entire Karbonisierungsvorgangs, depending on the process. As a rule, however, it will be the case that, in a first initial phase of the process, the pressure initially increases until the maximum pressure or predetermined setpoint has been reached, the valve opens and remains open for a certain period of time, so that gases continuously escape during this phase flow to the container. However, the composition of these gases often changes with the progress of the carbonation process, which is occasionally evident in the color of the gas phase. At some point then occurs at a time at which the evolution of gas in the container decreases, so that the internal pressure decreases, the outflow of the gases decreases and then the at least one valve preferably automatically closes again in the sequence when a predetermined pressure value is reached. The further reaction in the container can then be in the closing process phase take place without pressure relief.

Eine bevorzugte Variante der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung sieht weiterhin vor, dass wenigstens ein Ventil regelbar ausgebildet ist, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird, auf den Verfahrensablauf Einfluss zu nehmen und beispielsweise den Sollwert, bei dem das Ventil anspricht und öffnet oder schließt, zu verändern.A preferred variant of the task solution according to the invention further provides that at least one valve formed adjustable is what creates the opportunity on the process flow Influence and, for example, the setpoint at which the Valve responds and opens or closes, too change.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht bevorzugt eine Messung und Überwachung der Druck- und Temperaturwerte im Inneren des Behälters vor, so dass man abhängig von der Entwicklung dieser Parameter auf den Verfahrensverlauf und das jeweilige Verfahrensstadium schließen kann. Der Verlauf des Verfahrens ist natürlich unter anderem abhängig von der Zusammensetzung der jeweiligen organischen Ausgangssubstanzen, die im Behälter karbonisiert werden. In der Regel geht man so vor, dass man die Karbonisierung solange durchführt, bis der Druck im Behälter auf einen vorgegebenen Druckwert abgesunken ist und/oder die Temperatur im Behälter auf einen vorgegebenen Wert abgesunken ist. Wenn Druck und Temperatur unter gewisse Werte fallen, kann man auf die (weitgehende) Beendigung der im Behälter ablaufenden Reaktionen schließen und das Verfahren beenden und den Behälter öffnen.The inventive method preferably provides a Measurement and monitoring of pressure and temperature values inside the container in front, so that you are dependent from the evolution of these parameters to the course of the process and can close the respective process stage. The course of the Of course, the procedure depends, among other things, on the composition of the respective organic starting substances, which are carbonated in the container. Usually goes so that you carry out the carbonation as long as until the pressure in the container reaches a predetermined pressure value has dropped and / or the temperature in the container has dropped a predetermined value. When pressure and temperature fall below certain values, one can on the (far) completion of the Close reactions in the container and stop the process and open the container.

Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung sieht den nachfolgenden Verfahrensablauf vor:

– in einer ersten Phase wird der Druckbehälter aufgeheizt;
– das als Überdruckventil ausgebildete Ventil öffnet sich selbsttätig bei Erreichen eines Solldrucks P₁ und Gas entweicht aus dem Behälterinnenraum;
– die Aufheizphase wird fortgesetzt, bis zum Erreichen einer Solltemperatur T₁;
– Gas entweicht weiter über das Überdruckventil und der Prozess verläuft weiter exotherm ohne Beheizung des Behälters;
– der Druck im Behälter sinkt und das Überdruckventil schließt sich bei Unterschreiten eines Sollwerts;
– Druck und Temperatur im Behälter sinken weiter und bei Erreichen unterer Schwellenwerte wird das Verfahren beendet, der Behälter geöffnet und das Produkt entnommen.

A particularly preferred embodiment of the task solution according to the invention provides for the following method sequence:

- In a first phase, the pressure vessel is heated;
- Designed as a pressure relief valve valve opens automatically upon reaching a target pressure P ₁ and gas escapes from the container interior;
- The heating phase is continued until reaching a desired temperature T ₁ ;
- Gas escapes further through the pressure relief valve and the process continues exothermically without heating the container;
- the pressure in the tank drops and the pressure relief valve closes when it falls below a setpoint;
- Pressure and temperature in the tank continue to decrease and when lower thresholds are reached, the process is terminated, the container is opened and the product is removed.

Die vorgenannte Solltemperatur T₁ liegt vorzugsweise bei mehr als 350°C, vorzugsweise bei zwischen 400°C und 500°C.The aforementioned target temperature T ₁ is preferably more than 350 ° C, preferably between 400 ° C and 500 ° C.

Weiter liegt vorzugsweise der Solldruck P₁, bei dem das Überdruckventil öffnet, bei zwischen etwa 9 und 14 bar. Beispielsweise liegt die Zeitdauer der ersten Phase, in der der Behälter aufgeheizt wird, bei etwa 3 bis 6 Stunden, vorzugsweise etwa 4 bis etwa 5 Stunden. Der Solldruck, bei dem das Überdruckventil öffnet, wird im allgemeinen bereits in der Aufheizphase erreicht, die dann nach Öffnen des Ventils noch fortgesetzt wird.Further, preferably, the target pressure P ₁ , at which the pressure relief valve opens, at between about 9 and 14 bar. For example, the period of the first phase in which the container is heated is about 3 to 6 hours, preferably about 4 to about 5 hours. The target pressure at which the pressure relief valve opens is generally already reached in the heating phase, which is then continued after opening the valve.

Grundsätzlich kann man als Ausgangsmaterial in dem erfindungsgemäßen Verfahren organische Substanz beliebigen Ursprungs einsetzen, bevorzugt verwendet man aber solche Substanzen, die preiswert verfügbar sind oder als Abfallstoffe anfallen. Dies sind beispielsweise Holz, Stammholz oder Astholz, welches in vorteilhafter Weise vorzerkleinert in den Druckbehälter gegeben wird, oder zum Beispiel organische Abfälle wie Nussschalen, Palmschnitzel oder dergleichen, die insbesondere in tropischen und subtropischen Ländern in großen Mengen anfallen. Eine Vortrocknung des Ausgangsmaterials ist nicht notwendig. Als Katalysator kann man in an sich bekannter Weise beispielsweise Zitronensäure oder eine Eisenverbindung einsetzen.in principle can be used as starting material in the invention Procedure use organic substance of any origin, preferably used but such substances that are available inexpensively or as waste materials. These are, for example, wood, logs or branch wood, which is advantageously pre-shredded in the Pressure vessel is given, or for example organic Waste such as nutshells, palm shreds or the like, especially in tropical and subtropical countries incurred in large quantities. A predrying of the starting material is not necessary. As a catalyst can be in per se known For example, citric acid or an iron compound deploy.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens der zuvor beschriebenen Art, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass diese einen mit wenigstens einem regelbaren Druckventil ausgestatteten mindestens teilweise doppelwandigen Druckbehälter aufweist, der mit einer Heizvorrichtung versehen ist, die geeignet ist, die Innenwand oder den Boden des Behälters von außen zu erwärmen und der weiterhin wenigstens ein Gasauslassrohr aufweist, wobei sich das Druckventil im Bereich des Gasauslassrohrs befindet.object The present invention also provides an apparatus for carrying out the invention a method of the kind previously described, characterized This is one with at least one adjustable pressure valve equipped at least partially double-walled pressure vessel which is provided with a heating device suitable is the inside wall or the bottom of the container from the outside to heat and continue to at least one gas outlet pipe having, wherein the pressure valve in the region of the gas outlet pipe located.

Vorzugsweise verfügt die genannte Vorrichtung über eine mittels eines Deckels verschließbare Öffnung im oberen Bereich und ist von oben mit den organischen Ausgangssubstanzen befüllbar und es ist weiterhin eine weitere verschließbare Öffnung für die Entnahme des karbonisierten Endprodukts im unteren Bereich des Druckbehälters vorgesehen.Preferably the said device has a means of a lid closable opening in the upper Range and is from above with the organic starting materials fillable and it is still another closable opening for the removal of the carbonated end product in the bottom Area of the pressure vessel provided.

Bei einer möglichen bevorzugten Variante des Druckbehälters ist vorgesehen, dass dieser in seinem unteren Bereich mit einem weiteren darunter angeordneten Behälter verbunden ist, der das karbonisierte Endprodukt aufnimmt, wobei die Verbindung zwischen diesem weiteren Behälter und dem Druckbehälter durch Schieber oder dergleichen verschließbar ist. Diese Variante der Vorrichtung ermöglicht es, den Druckbehälter bereits wieder von oben zu befüllen, während oder bevor die endgültige Entnahme der Kohle erfolgt. Man lässt die Kohle in den unteren Behälter fallen und schließt die Verbindung (zum Beispiel eine horizontale Trennwand) zwischen beiden Behältern wieder, man kann dann von oben her den Behälter erneut befüllen und die Holzkohle aus dem unteren Behälter später entnehmen. Bei dieser Variante kann die Einrichtungszeit zwischen zwei Chargen stark verkürzt werden.In a possible preferred variant of the pressure vessel is provided that this is connected in its lower part with another container arranged below it, which receives the carbonated end product, the connection between this further container and the pressure vessel by slide or the like can be closed. This variant of the device makes it possible to refill the pressure vessel from above while or before the final removal of the coal takes place. The coal is dropped into the lower tank and closes the connection (for example, a horizontal partition) between both tanks, then the tank can be refilled from above and the charcoal removed from the lower tank later. In this variant, the setup time between two char be greatly shortened.

Die in den Unteransprüchen genannten Merkmale betreffen bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Detailbeschreibung.The The features mentioned in the subclaims relate to preferred Further developments of the task solution according to the invention. Further advantages of the invention will become apparent from the following Detailed description.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:following the present invention is based on embodiments with reference to the accompanying drawings closer explained. Showing:

1 einen Längsschnitt durch einen Druckbehälter für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer möglichen Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung. 1 a longitudinal section through a pressure vessel for carrying out the method according to the invention according to a possible embodiment of the present invention.

Es wird auf die 1 Bezug genommen und anhand dieser eine mögliche Ausführungsform eines in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendbaren Behälters beispielhaft erläutert. Es handelt sich beispielsweise um einen Druckbehälter aus Stahl oder einer geeigneten Eisenlegierung, der insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Der Behälter 10 hat beispielsweise einen Durchmesser von etwa 1,5 m und eine gesamte Höhe von annährend 3 m (ohne Ständer) und ist im Prinzip zylindrisch mit einem gewölbten Deckel 11 und einem ebenfalls gewölbten Boden 12. Bei dieser Größe hat ein derartiger Behälter ein Fassungsvermögen von einigen m³. Der Behälter 10 wird befüllt von oben her über eine im Bereich des Deckels 11 vorgesehene verschließbare Einfüllklappe 13. Die Entleerung des Behälters 10 erfolgt über eine im unteren seitlichen Bereich angeordnete verschließbare Entleerungsklappe 14. Zur Beheizung wird unten im Bodenbereich ein hier nicht dargestellter Brenner angeflanscht. Oberhalb des eigentlichen äußeren Behälterbodens 12 befindet sich ein geneigt zur Behälterachse angeordneter Heizboden 15, der so quer zur Behälterachse geneigt verläuft, dass er etwa im Bereich der unteren Begrenzung der Entleerungsklappe 14 mündet. Mittels des Brenners wird nun der Heizboden 15 und der Raum 16 unter dem Heizboden mit der Brennerflamme beaufschlagt und somit wird der oberhalb des Heizbodens liegende Innenraum 17 erwärmt, der nach außen hin durch eine geeignete Isolierung gedämmt ist, um Wärmeverluste zu vermeiden. In dem Innenraum 17 befindet sich das zu karbonisierende organische Ausgangsmaterial.It will be on the 1 Reference is made and exemplified with reference to this one possible embodiment of a container usable in the method according to the invention. It is, for example, a pressure vessel made of steel or a suitable iron alloy, the whole with the reference numeral 10 is designated. The container 10 for example, has a diameter of about 1.5 m and a total height of approximately 3 m (without stand) and is in principle cylindrical with a domed lid 11 and a likewise arched ground 12 , At this size, such a container has a capacity of a few m ³ . The container 10 is filled from the top over one in the area of the lid 11 provided closable filler flap 13 , The emptying of the container 10 takes place via a closable emptying flap arranged in the lower lateral area 14 , For heating, a burner, not shown here, is flanged down in the bottom area. Above the actual outer container bottom 12 is located inclined to the tank axis arranged heating floor 15 , Which extends so inclined transversely to the container axis that it is approximately in the region of the lower boundary of the discharge flap 14 empties. By means of the burner is now the heating floor 15 and the room 16 under the heating floor with the burner flame is applied and thus is the above the Heizboden lying interior 17 heated, which is insulated from the outside by a suitable insulation to prevent heat loss. In the interior 17 is the organic material to be carbonized.

Außen am Behälter 10 sind über den Umfang verteilt mehrere Pratzen 18 angebracht, unter die hier nicht dargestellte Ständer greifen, so dass der Behälter insgesamt aufgeständert werden kann, wobei zwischen Pratzen 18 und Ständer Federelemente für eine gefederte Lagerung vorgesehen sind. Dies dient dazu, dass man nach Beendigung des Karbonisierungsvorgangs den Behälter in Vibrationen versetzen kann, um die Holzkohle über die Entleerungsklappe 14 aus dem Behälter zu entleeren. Dazu wirkt auch der geneigte Heizboden 15 unterstützend, da bei Rütteln des Behälters die Holzkohle über die schiefe Ebene rutscht und quasi von selbst aus der Entleerungsklappe 14 austritt. Man kann daher bei einer Produktion von Holzkohle in größerem Maßstab ein Förderband seitlich neben dem Behälter 10 anordnen, auf das dann das durch die Entleerungsklappe 14 austretende Produkt fällt, so dass es dann beispielsweise in Längsrichtung abtransportiert werden kann. Man hat dadurch auch die Möglichkeit immer jeweils zwei Behälter nebeneinander spiegelverkehrt rechts und links eines solchen Förderbands in Reihen hintereinander in Förderrichtung aufzustellen, so dass man die Holzkohle von einer größeren Anzahl von Behältern auf dem Förderband sammeln und an einen gewünschten Ort fördern kann für den Abtransport oder die weitere Verarbeitung.Outside on the container 10 are distributed over the circumference several claws 18 mounted, engage under the stand, not shown here, so that the container can be raised altogether, wherein between claws 18 and stand spring elements are provided for a sprung storage. This serves to allow the container to vibrate after completion of the carbonation process, to charcoal via the discharge flap 14 to empty from the container. This also affects the inclined heating floor 15 supporting, since when shaking the container, the charcoal slips over the inclined plane and almost by itself from the discharge flap 14 exit. Thus, in a larger scale production of charcoal, a conveyor belt can be placed alongside the container 10 arrange on the then by the discharge flap 14 emerging product falls, so that it can then be removed, for example, in the longitudinal direction. It also has the possibility always two containers side by side mirrored right and left of such a conveyor belt in rows behind the other in the conveying direction set up so that you can collect the charcoal from a larger number of containers on the conveyor belt and promote it to a desired location for removal or further processing.

Im oberen Bereich ist am Behälter 10 ein etwa senkrecht nach oben ragendes Gasrohr 19 angebracht, welches mit dem Innenraum 17 des Behälters in Verbindung steht. An dem Verschluss dieses Gasrohrs 19 ist ein hier nicht näher dargestelltes Überdruckventil angebracht, welches dann anspricht, wenn der Innendruck im Behälter einen bestimmten vorgegebenen Wert übersteigt, so dass dann Gase über das Gasrohr 19 aus dem Behälterinneren entweichen können. Diese Gase können über eine an das Gasrohr anschließbare Leitung abgeleitet und in geeigneter Form aufgefangen werden, um dann beispielsweise mit diesen Gasen den Brenner zu befeuern, mittels dessen der Behälter beheizt wird.In the upper area is on the tank 10 an approximately vertically upstanding gas pipe 19 attached, which with the interior 17 the container communicates. At the closure of this gas pipe 19 a not shown in detail relief valve is mounted, which then responds when the internal pressure in the container exceeds a certain predetermined value, so that then gases on the gas pipe 19 can escape from the container interior. These gases can be discharged via a connectable to the gas pipe line and collected in a suitable form, and then to fire for example with these gases the burner, by means of which the container is heated.

Nachfolgend wird anhand von zwei konkreten Beispielen die Prozessführung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren näher erläutert.following becomes the litigation based on two concrete examples closer in the inventive method explained.

Beispiel 1example 1

Es wurde ein Behälter mit einem Fassungsvermögen von ca. 400 l mit 95,5 kg Holzscheiten befüllt, die eine Restfeuchte von ca. 19% aufwiesen. Zu dieser organischen Ausgangsmasse wurden 50 g handelsüblicher Zitronensäure gegeben und der druckfeste Behälter wurde geschlossen. Die Ausgangstemperatur betrug 20°C und es herrschte atmosphärischer Druck. Mit einem Brenner wurde die in dem doppelwandigen Behälter enthaltene Ausgangsmasse erhitzt. Nach ca. 2,5 Stunden öffnete sich bei einer Temperatur von etwa 200°C und einem Druck von 16,9 bar das Überdruckventil und ein brennbares Gasgemisch begann aus dem Behälter zu entweichen. Die Beheizung mittels des Brenners wurde für weitere 1,75 Stunden fortgesetzt bis eine Temperatur von ca. 260°C erreicht war. Dann wurde die Beheizung eingestellt und der Karbonisierungsprozess setzte sich ohne Fremdbeheizung fort, wobei die Temperatur weiter stieg bis auf eine maximale Temperatur von etwa 295°C. Der Druck blieb eine Zeit lang bei ca. 16 bar, begann jedoch etwa eine halbe Stunde nach Beendigung der Wärmezufuhr zu sinken. Eine Stunde nach dem Ende der Beheizung und somit 5¼ Stunde nach Beginn des Verfahrens betrug die Temperatur im Behälter 289°C und der Druck war auf 4 bar abgesunken. Sieben ein halb Stunden nach Beginn des Vorgangs sank die Temperatur im Behälter unter 200°C und der Druck entsprach atmosphärischem Druck. Die Temperatur sank allmählich weiter ab. Nach etwa zwei weiteren Stunden konnte der Vorgang als beendet angesehen und der Behälter geöffnet werden. Es wurde eine Art Holzkohle mit einem Endgewicht von 50,5 kg erhalten, deren Gesamtfeuchte bei 105°C 0,3% betrug, mit folgenden weiteren Analysewerten: Asche 710°C (wasserfrei) 1,9%, flüchtige Bestandteile (wasserfrei) 23,1%, nicht flüchtiger Kohlenstoff (wasserfrei) 75,0%.It was a container with a capacity of about 400 liters filled with 95.5 kg logs, which had a residual moisture content of about 19%. To this organic starting material, 50 g of commercial citric acid were added and the pressure-resistant container was closed. The starting temperature was 20 ° C and atmospheric pressure prevailed. With a burner, the starting material contained in the double-walled container was heated. After about 2.5 hours, opened at a temperature of about 200 ° C and a pressure of 16.9 bar, the pressure relief valve and a combustible gas mixture began to escape from the container. The heating by means of the burner was continued for a further 1.75 hours until a temperature of about 260 ° C was reached. Then the heating was stopped and the carbonation process continued without external heating, with the temperature rising further to a maximum Temperature of about 295 ° C. The pressure remained at about 16 bar for a while, but began to decline about half an hour after the heat supply ceased. One hour after the end of the heating and thus 5¼ hours after the start of the process, the temperature in the container was 289 ° C and the pressure had dropped to 4 bar. Seven and a half hours after the start of the operation, the temperature in the tank dropped below 200 ° C and the pressure corresponded to atmospheric pressure. The temperature gradually dropped further. After about two more hours, the process could be considered completed and the container can be opened. There was obtained a type of charcoal with a final weight of 50.5 kg, whose total moisture at 105 ° C was 0.3%, with the following further analysis: ash 710 ° C (anhydrous) 1.9%, volatile components (anhydrous) 23 , 1%, non-volatile carbon (anhydrous) 75.0%.

Beispiel 2Example 2

In einem weiteren Ausführungsbeispiel wurde in einem größeren Behälter gearbeitet und eine größere Menge an organischer Ausgangssubstanz bei höheren Temperaturen karbonisiert, mit dem Ziel, das Verfahren weiter zu optimieren im Hinblick auf eine noch kürzere Verfahrensdauer und die Erhöhung der Wirtschaftlichkeit durch Verarbeitung größerer Chargen. Eine Masse von 450 kg eines Gemisches organischer Substanzen unterschiedlicher Herkunft, nämlich frisches Stammholz, Astholz, Nussschalen von Kokosnüssen und Palmschnitzel wurden in einen Druckbehälter mit einem Fassungsvermögen von 1500 l gegeben. Dazu wurden 150 ml 10%-iger Zitronensäure gegeben. Der Behälter war doppelwandig und isoliert und wurde mit einem Ölbrenner betrieben, der den Innenbehälter aufheizte. Der Behälter wurde auf eine Innentemperatur von 450°C erhitzt und dann wurde der Brenner ausgeschaltet. Bei einem Innendruck von etwa 12 bar öffnete das Überdruckventil und es entwichen brennbare Gase aus dem Behälter, die abgefackelt wurden. (Selbstverständlich ist es im Serienbetrieb ratsam, die brennbaren Gase aufzufangen und entweder zur Beheizung des Prozesses selbst oder die Verbrennungswärme anderweitig zum Beispiel zu Heizzwecken zu nutzen. Im vorliegenden Fall ging es jedoch lediglich um die Feststellung der optimalen Prozessparameter und es wurde eine vereinfachte Anlage für den Versuch verwendet.) Es wurde ein regelbares Ventil an dem Behälter eingesetzt, so dass es möglich war, den Innendruck, bei dem das Ventil anspricht zu variieren. Nach Abschaltung der Fremdbeheizung entwich weiter Gas aus dem Behälter, welches gegen Ende des Prozesses eine bläuliche Farbe aufwies. Die Abschaltung des Brenners kann unter diesen Bedingungen nach ca. 4 bis 5 Stunden erfolgen. Nach etwa achtstündiger Verfahrensdauer konnte der Vorgang beendet und die Holzkohle aus dem Behälter entnommen werden. Es wird eine Holzkohle von hoher Qualität gewonnen, die sich zum Beispiel auch als Grillkohle eignet.In Another embodiment was in a larger Container worked and a larger one Amount of organic starting material at higher temperatures Carbonated, with the aim of further optimizing the process With regard to an even shorter procedure and the Increasing the economic efficiency by processing larger Batches. A mass of 450 kg of a mixture of organic substances of different origin, namely fresh logs, Branch wood, nut shells of coconuts and palm chips were added in a pressure vessel with a capacity given by 1500 l. To this was added 150 ml of 10% citric acid where. The container was double-walled and insulated and was operated with an oil burner, the inner container aufheizte. The container was at an internal temperature heated to 450 ° C and then the burner was turned off. At an internal pressure of about 12 bar, the pressure relief valve opened and it escaped flammable gases from the container, which flared were. (Of course it is advisable in series operation, the combustible gases and either to heat the process itself or the heat of combustion otherwise, for example to use for heating purposes. However, in the present case it was only possible to determine the optimal process parameters and it was a simplified attachment used for the experiment.) It a controllable valve was inserted on the container, so that it was possible the internal pressure at which the valve appeals to vary. After switching off the external heating escaped Continue to move gas from the tank towards the end of the process a bluish color. The shutdown of the burner can take place under these conditions after about 4 to 5 hours. After about eight hours, the process could stopped and the charcoal are removed from the container. It is obtained a charcoal of high quality, the suitable for example as a charcoal.

1010: Behältercontainer
1111: Deckelcover
1212: Bodenground
1313: Einfüllklappeloading door
1414: Entleerungsklappedischarge flap
1515: Heizbodenfloor heating
1616: Heizraumboiler room
1717: Innenrauminner space
1818: Pratzepaw
1919: Gasrohrgas pipe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

- see articles on the internet, "Markus Antonietti cooks coal from organic waste", published at www.3sat.de/nano/cstuecke/99532/index/html [0003]

Claims

Process for the carbonization of organic substances, in which they are heated under pressure in a closed pressure vessel with the exclusion of oxygen, wherein for the digestion of the starting materials at the beginning of the process, a catalyst is added, characterized in that the heat is applied, until in the interior of the pressure vessel a Temperature of at least about 250 ° C is reached and that on reaching a predetermined pressure in the interior of the pressure vessel, a pressure relief by opening a valve makes and lets gases flow out of the container.

Method according to claim 1, characterized in that that the valve is closed again when a predetermined pressure falls below in the interior of the pressure vessel.

Method according to claim 1 or 2, characterized that the carbonation is carried out until the Pressure in the container has dropped to a predetermined pressure value is and / or the temperature in the container to a predetermined value has dropped.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized by the following procedure: - In a first phase, the pressure vessel is heated; - Designed as a pressure relief valve valve opens automatically upon reaching a target pressure P ₁ and gas escapes from the container interior; - The heating phase is continued until reaching a desired temperature T ₁ ; - Gas escapes further through the pressure relief valve and the process continues exothermically without heating the container; - the pressure in the tank drops and the pressure relief valve closes when it falls below a setpoint; - Pressure and temperature in the tank continue to decrease and when lower thresholds are reached, the process is terminated, the container is opened and the product is removed.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the target temperature T ₁ is more than 350 ° C, preferably between 400 ° C and 500 ° C.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the target pressure P ₁ , at which the pressure relief valve opens, is between 9 and 14 bar.

Method according to one of claims 4 to 6, characterized in that the first phase in which the container is heated, about 3 to 6 hours, preferably about 4 to about 5 hours.

Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that at least one valve for the discharge of the pressure vessel a controllable valve which is preferably in a range of about 0.2 bar 20 bar is adjustable.

Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the organic starting material for carbonization logs, branches, nutshells and / or palm shreds.

Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that the catalyst citric acid and / or an iron compound.

Device for carrying out a method according to one of claims 1 to 10, characterized in that it comprises a with at least one adjustable pressure valve equipped at least partially double-walled pressure vessel ( 10 ), which is provided with a heating device which is suitable, parts of the inner wall or the floor ( 15 ) of the container to be heated from the outside and further at least one gas outlet tube ( 19 ), wherein the pressure valve is in the region of the gas outlet pipe.

Apparatus according to claim 11, characterized in that this via a means of a lid ( 13 ) sealable opening in the upper area with the organic starting substances is filled and another closable opening ( 14 ) for the removal of the carbonated end product in the lower region of the pressure vessel ( 10 ) is provided.

Device according to claim 12, characterized in that that the pressure vessel in its lower area with a connected to further containers arranged underneath, which absorbs the carbonated end product, wherein the compound between this further container and the pressure vessel can be closed by slides or the like.