DE102008013241B4

DE102008013241B4 - Verfahren zur thermischen Aufbereitung von Biomasse und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens

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Publication number: DE102008013241B4
Application number: DE102008013241A
Authority: DE
Inventors: Juergen Buchert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-03-08
Filing date: 2008-03-08
Publication date: 2010-05-20
Anticipated expiration: 2028-03-09
Also published as: DE102008013241A1; US20090223859A1; US7947858B2

Abstract

Verfahren zur thermischen Aufbereitung einer Biomasse (M) mit einer Restfeuchte von höchstens 5%, dadurch gekennzeichnet,
a1) dass die Biomasse (M) gebildet wird durch eine Mischung aus ca. 90% von einem biologischen Reststoff, wie beispielsweise Holzabfällen, Laub, Rapskuchen, Zuckerrüben-Reststoffen, Stroh von Weizen und Gerste, Mais, etc., und ca. 10% einer weiteren Bio-Substanz, bestehend aus Rapswurzeln, Rapsstroh oder Zuckerrohrresten,
a2) dass die Biomasse (M) in einem Vorlagenbehälter (20) einer Crack-Temperatur (T), insbesondere im Bereich von 250° bis 380°C, unterworfen wird, wobei sie verflüssigt und einer Crack-Reaktion ausgesetzt wird,
b) dass die so verflüssigte Biomasse (M) gegebenenfalls sodann in einer Mischerpumpe (24) einer weiteren Crack-Reaktion ausgesetzt wird,
c) dass das so gebildete Reaktions-Gemisch (N) anschließend in den Ausgasraum eines Zwischenbehälters (31) geführt und dort ausgegast wird, wonach
c1) der ausgegaste Bestandteil (D') abgekühlt und als Kraftstoff (K) bereitgestellt wird,
c2) ein erster Anteil des nicht ausgegasten...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur thermischen Aufbereitung von Biomasse sowie auf eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
„Biomasse” im Sinne dieser Erfindung ist bevorzugt eine Mischung oder ein Gemisch aus einem relativ trockenen „biologischen Reststoff” und einer relativ trockenen „weiteren Bio-Substanz”. Sowohl der biologische Reststoff als auch die weitere Bio-Substanz (oder gemeinsam) sollten im vorliegenden Fall bevorzugt eine Restfeuchte von nicht mehr als 2–5% besitzen. Beide Substanzen können in erster Linie solche sein, die in der Landwirtschaft in größeren Mengen als Abfallprodukte anfallen. Die hier dargestellte Erfindung dient somit vornehmlich der Beseitigung biologischen Abfalls, und zwar unter Gewinnung eines Energieträgers (Kraftstoff).
Als „biologischer Reststoff” kommen vorliegend in Betracht: Holzabfälle (z. B. Sägemehl), Laub, Rapskuchen, Zuckerrüben-Reststoffe, Trester vom Bierbrauen oder von der Schnapsherstellung, Feststoffe aus der Olivenöl-Gewinnung, Tiermehl, Zellulose aus der Papierherstellung, Presskuchen aus der Futtermittel-Herstellung für Tiere, Stroh von Weizen, Gerste oder anderen Getreidesorten, oder auch andere Bio-Substanzen, wie die verschiedenen Getreidesorten selbst, Mais, etc.
Als „weitere Bio-Substanz” kommen vorwiegend alle Bio-Substanzen in Betracht, die beim Wachsen eine gewisse Menge an katalytisch wirksamen Elementen, Mineralien oder andere im Boden vorhandene Verbindungen aufgenommen haben. Vermutlich ist es so, dass z. B. ein gewisser Gehalt an anorganischen Reststoffen auf „biologische Reststoffe” katalytisch wirkt. Solche Bio-Substanzen mit mineralischen Bestandteilen sind z. B. Rapswurzeln, Rapstroh oder Zuckerrohrreste.
Beispielsweise ist das vorliegende Verfahren anwendbar auf eine Mischung von Zuckerrüben-Reststoffen einerseits und Zuckerrohrresten andererseits oder auf eine Mischung von Rapskuchen einerseits und Rapsstroh andererseits.
Während es vorliegend um die Mischung zweier unterschiedlicher Substanzen geht, behandelt die DE 10 2007 005 835 A1 einen einzigen Stoff in seiner Gesamtheit, zum Beispiel Raps. Und die DE 10 2004 ist auf die Behandlung von Zucker und/oder einem Zuckerderivat enthaltender Eduktmasse unter Gegenwart eines Kontakt-Öls abgestellt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Aufbereitung von Biomasse anzugeben, das die weitgehende Spaltung der in der Biomasse enthaltenen organischen Substanzen sowie die Abtrennung der darin enthaltenen Feststoffe auf thermischem Wege ermöglicht. Auch soll eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden. Das Verfahren soll natürlich kostengünstig durchführbar sein; entsprechend soll es möglich sein, die Einrichtung kostengünstig aufzubauen.
Die hier genutzte thermisch-katalytische Wirkung hängt von der Zusammensetzung der „weiteren Bio-Substanz” ab. Diese Zusammensetzung kann stark variieren. Dennoch: Es wurde gefunden, dass der biologische Reststoff und die weitere Bio-Substanz so in dem beschriebenen Verfahren zur Reaktion gebracht werden können, dass die organischen Bestandteile aus beiden Substanzen katalytisch gecrackt werden.
Die genannte Aufgabe bezüglich des Verfahrens wird demzufolge erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass

a1) dass die Biomasse gebildet wird durch eine Mischung aus ca. 90% von einem biologischen Reststoff, wie beispielsweise Holzabfällen, Laub, Rapskuchen, Zuckerrüben-Reststoffen, Stroh von Weizen und Gerste, Mais, etc., und ca. 10% einer weiteren Bio-Substanz, bestehend aus Rapswurzeln, Rapsstroh oder Zuckerrohrresten,
a2) dass die Biomasse in einem Vorlagenbehälter einer Crack-Temperatur, insbesondere im Bereich von 250° bis 380°C, unterworfen wird, wobei sie verflüssigt und einer Crack-Reaktion ausgesetzt wird,
b) dass die so verflüssigte Biomasse gegebenenfalls sodann in einer Mischerpumpe einer weiteren Crack-Reaktion ausgesetzt wird,
c) dass das so gebildete Reaktions-Gemisch anschließend in den Ausgasraum eines Zwischenbehälters geführt und dort ausgegast wird, wonach
c1) der ausgegaste Bestandteil abgekühlt und als Kraftstoff bereitgestellt wird,
c2) ein erster Anteil des nicht ausgegasten flüssigen Bestandteils zurückgeführt und im Vorlagenbehälter und gegebenenfalls in der Mischerpumpe wiederum der Crack-Temperatur ausgesetzt wird,
c3) ein zweiter Anteil des nicht ausgegasten flüssigen Bestandteils in einem Bypass wiederum dem Ausgasraum des Zwischenbehälters zugeführt und dort ausgegast wird, wobei dem zweiten Anteil bei der Zuführung zum Ausgasraum frische Biomasse zugesetzt wird, und
d) dass die im Zwischenbehälter sich absetzenden Reststoffe gesammelt und von Zeit zu Zeit entnommen werden.

Es ist vorteilhaft, wenn der Kraftstoff entwässert und/oder entschwefelt wird. Er kann dann für Antriebsmaschinen, die z. B. mit einem Dieselmotor ausgerüstet sind, verwendet werden.
Der Kraftstoff kann auch zur Elektrizitätserzeugung ausgenutzt werden, z. B. mit Hilfe eines Turbogenerators (Kombination von Turbine und Generator).
Von besonderem finanziellen Vorteil ist es, wenn der Kraftstoff in einer Turbine verbrannt und die Abgase der Turbine zur Erzeugung der Crack-Temperatur ausgenutzt werden. Hierbei können die Abgase der Turbine zum Wärmeeintrag in einen Thermoöl-Kreislauf verwendet werden, der die Crack-Temperatur erzeugt. Das Thermoöl kann dabei dem Vorlagebehälter und/oder einer Nachheiz-Einrichtung zugeführt werden.
Die genannte Aufgabe hinsichtlich der Einrichtung wird erfindungsgemäß gelöst durch

a) einen Aufnahmebehälter zur Aufnahme der Biomasse,
b) eine an den Ausgang des Aufnahmebehälters angeschlossene Transporteinrichtung,
c) einen Vorlagebehälter zur Aufheizung eines zugeführten Reaktionsgemisches auf Crack-Temperatur zum Zwecke einer Crack-Reaktion,
d) eine nachgeschaltete Mischerpumpe zur Fortführung des Wärmeeintrags und der Crack-Reaktion,
e) einen Zwischenbehälter mit Ausgasraum,
f) eine dem Zwischenbehälter nachgeschaltete Destillationskolonne,
g) eine Vorlaufleitung, die vom Ausgang der Mischerpumpe zu einer Ausgaseinrichtung führt, welche im Ausgasraum des Zwischenbehälters angeordnet ist,
h) eine Rücklaufleitung, die vom unteren Teil des Zwischenbehälters zum Vorlagebehälter zwecks Zurückführung des nicht ausgegasten Bestandteils des Reaktionsgemisches führt,
i) einen an den Kopf der Destillationskolonne angeschlossenen Kondensator, in dem der ausgegaste dampfförmige Bestandteil abgekühlt und an dessen Ausgang der erzeugte Kraftstoff bereitgestellt wird.
j) einen Bypass mit Bypass-Pumpe, der vom unteren Teil des Zwischenbehälters zum Ausgasraum des Zwischenbehälters führt, und
k) eine für die Zuführung von Biomasse vorgesehene Einmündung im Bypass, die an den Ausgang der Transporteinrichtung angeschlossen ist.

Hierbei kann an den Ausgang des Kondensators eine Einrichtung zur Aufbereitung des Kraftstoffs durch Entwässerung angeschlossen sein.
Das gereinigte Produkt wird in einem Vorratstank aufgefangen.
Von Vorteil ist es, wenn der Vorlagebehälter einen Doppelmantel aufweist, durch den ein heißes Thermoöl leitbar ist, dessen Temperatur vorzugsweise auf eine der Crack-Temperatur nahe kommende Temperatur einstellbar ist. Dabei kann der Vorlagebehälter an einen Thermoöl-Kreislauf angeschlossen sein, der einen Wärmetauscher besitzt. Entsprechend kann man vorgehen, wenn im Bypass eine Nachheiz-Einrichtung angeordnet ist.
Von Bedeutung ist es, dass der erzeugte Kraftstoff einer Turbine zuleitbar ist. Dabei sollten die Abgase der Turbine zur Ausnutzung ihres Energieinhalts in den Wärmetauscher geführt sein.
Natürlich kann die Turbine an einen Generator angeschlossen sein. Dieser Generator kann elektrisch mit dem öffentlichen Netz verbunden sein.
Um einen hohen Wirkungsgrad und eine große Ausbeute zu erzielen, kann darüber hinaus vorgesehen sein, dass die weitere Bio-Substanz und/oder der biologische Reststoff der Biomasse vor dem Crack-Prozess dem Ultraschall einer Ultraschall-Einrichtung aussetzbar ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand einer Figur näher erläutert. Die Figur zeigt eine Einrichtung, bei der der mittels einer katalytischen Aufbereitungs-Einrichtung aus Biomasse erzeugte Kraftstoff in elektrische Energie umgewandelt wird, die in ein öffentliches Netz eingespeist wird, wobei gleichzeitig der Energieinhalt der Abgase der Turbine für den Prozess genutzt wird. Der Kraftstoff kann natürlich auch für Antriebszwecke eingesetzt werden.
Nach der Figur besitzt die dargestellte Einrichtung einen Aufnahmebehälter 2 mit abschließbarem Einlass 4 zur Aufnahme von feinteiliger, recht trockener Biomasse M. Diese Biomasse M fällt in der Landwirtschaft als Abfallprodukt an. In diesem Beispiel besteht diese Biomasse M aus etwa 90% Rapskuchen als biologischer Reststoff und aus etwa 10% Rapsstroh als weitere Bio-Substanz. Es soll möglichst viel dieselölartiger Kraftstoff K hieraus gewonnen werden. Der Wassergehalt der Biomasse M sollte niedrig sein. In diesem speziellen Beispiel beträgt er höchstens 5%.
Natürlich kann als Biomasse M auch eine andere Substanz oder Substanzkombination der eingangs erwähnten organischen Substanzen eingesetzt werden.
Am unteren Ende des Behälters 2 ist in einer Ausgangsleitung 5 ein Dosierventil 6 angeordnet. Bei diesem Ventil 6 handelt es sich um eine steuerbare Zufuhreinrichtung, die mit einer Transporteinrichtung 7 oder Schnecke zur Weiterleitung der Biomasse M entlang der gezeigten Ausgangsleitung 5 in Verbindung steht. Oberhalb der Biomasse M steht im Behälter 2 ein Stickstoff-Polster 8 oder (unter geringem Druck) ein Polster aus einem anderen inerten Gas. Dadurch ist gewährleistet, dass keine Luft, d. h. kein Sauerstoff, in die Einrichtung eindringen kann.
Von Vorteil ist es, wenn in oder an der Ausgangsleitung 5 eine Ultraschall-Einrichtung 10 angeordnet ist. Durch Einstrahlung von Ultraschall US in die Biomasse M, z. B. von gegenüber liegenden Seiten, wird dafür gesorgt, dass der im folgenden ablaufende Crack-Prozess besonders effektiv und wirksam ist.
Natürlich kann die Biomasse M in der dargestellten Einrichtung selbst durch Mischung von Reststoff und der weiteren Bio-Substanz hergestellt werden.
Vorliegend dient ein Vorlagebehälter 20 mit Doppelmantel 21 zur Aufheizung der Biomasse M auf Crack-Temperatur T. Der Wärmeeintrag ist durch kleine Pfeile 22 markiert. Die Crack-Temperatur T lag bei den untersuchten Substanzen im Bereich von 250° bis 380°C. Der Doppelmantel 21 wird von einem heißen Thermoöl P durchströmt.
Der Vorlagebehälter 20 besitzt – wie gezeigt – bevorzugt den Doppelmantel 21 und ist bevorzugt in einem Thermoöl-Wärmekreislauf angeordnet, wobei als Thermoöl P z. B. das bekannte Meganol 420 eingesetzt werden kann. Die im Vorlagebehälter 20 herrschende Temperatur T dient zum thermischen Aufbrechen (Cracken) der organischen Moleküle der Biomasse M. Den Vorlagebehälter 20 verlässt über einen Auslass 23 ein Reaktions-Gemisch N in flüssiger Form, bei dem die zuvor vorhandenen Substanzen zu einem großen Teil katalytisch-thermisch aufgespalten wurden.
Von erheblicher Bedeutung ist nun, dass am unteren Ausgang des Vorlagebehälters 20 eine Mischerpumpe 24 angeschlossen ist. Diese kann gemäß 3 der DE 10 2005 056 735 konstruiert sein. Der Lauf der Mischerpumpe 24 ist durch einen gekrümmten Pfeil gekennzeichnet. Die Mischerpumpe 24 dient insbesondere zwei Zwecken: Zum ersten unterstützt sie den intensiven Mischprozess des aus der Biomasse M hervorgegangenen Reaktions-Gemisches N, und zum zweiten bewirkt sie eine Scherung der vorhandenen Partikel und damit eine Vergrößerung der Oberfläche und des Wirkungsgrades.
Die Mischerpumpe 24 kann selbst auch als Heizeinrichtung ausgebildet sein. Diese zusätzliche Aufheizung durch Scherung und/oder Reibung ist durch kleine gewellte Pfeile markiert.
Die Ausgangleitung der Mischerpumpe 24 kann als Vorlaufleitung 26 des stattfindenden Reaktionskreislaufs bezeichnet werden. Sie ist an eine Ausgaseinrichtung 28 angeschlossen, die im oberen Teil eines Ausgasraums in einem Zwischenbehälter 31 gelegen ist. Der Ausgasraum ist vor einer Destillationskolonne 30 angeordnet. Die Ausgaseinrichtung 28 dient der Trennung des Wasserdampfs und der organischen Dämpfe D vom flüssigen Rest R des Reaktionsgemischs N. Der nicht ausgegaste Rest R kann in den unteren Teil des Zwischenbehälters 31 gelangen. Im Laufe der Zeit setzt sich am Boden ein Teil des Rests R in Form von Reststoffen A ab. Diese können in einen dort angeordneten Austragsbehälter 32 ausgetragen werden. Sie können durch Endlagerung entsorgt oder ggf. als Brennstoff verwendet werden. Wasserdampf und organische Dämpfe D gelangen in die Destillationskolonne 30.
Vom unteren Teil des Zwischenbehälters 31 führt eine Ausgangsleitung für einen ersten Anteil der noch nicht destillierten flüssigen Reststoffe R zurück zum Vorlagebehälter 20. Diese Ausgangsleitung des Zwischenbehälters 31 kann als Rücklaufleitung 34 des stattfindenden Reaktionskreislaufs bezeichnet werden.
Festzuhalten ist: Die Mischerpumpe 24 pumpt das flüssige, aus der Biomasse M entstandene Reaktions-Gemisch N immer wieder im Reaktionskreislauf 24, 26, 28, 31, 34, 20. Sofern nicht neue Biomasse M zugegeben wird, geschieht dies, bis praktisch alles Organische gecrackt und nach oben geleitet und bis die Reststoffe A abgeschieden sind.
Anzumerken ist auch, dass beim Start eines Reaktionskreislaufs in diesen Kreislauf ein hoch siedendes Produkt aus dem Prozess oder aber ein Thermoöl eingegeben werden sollte. Mit anderen Worten: Um den Reaktionsprozess zu starten, wird das Produkt R aus dem Zwischenbehälter 31 in heißer flüssiger Form oder das Thermoöl der Mischung N über die Leitung 34 zugegeben.
Für den kontinuierlichen Betrieb wird die mittels der Transporteinrichtung 7 beförderte Biomasse M in relativ geringer Menge mittels eines hier so bezeichneten „Bypasses 35” zugeführt. Dieser Bypass 35 ist von ganz besonderer Bedeutung. Er reduziert zumindest oder verhindert eine Schaumbildung im Zwischenbehälter 31.
Dieser Bypass 35 umfasst eine Rücklaufleitung 35a, die vom unteren Teil des Zwischenbehälters 31 ausgeht, eine bei Bedarf daran angeordnete Nachheiz-Einrichtung 35b mit Doppelmantel, eine Bypass-Pumpe 35c und eine davon ausgehende Zulaufleitung 35d, die in einer Ausgas-Einrichtung 35e im oberen Teil des Zwischenbehälters 31 oberhalb des Füllniveaus, also im Ausgasraum, endet. In diese Zulaufleitung 35d mündet der Ausgang der Transporteinrichtung 7 an einer Einmündung 35e. Das pro Zeiteinheit von der Transporteinrichtung 7 eingegebene Volumen ist wesentlich geringer als das von der Bypass-Pumpe 35c pro Zeiteinheit transportierte Volumen; es beträgt z. B. nur 5%
Der Doppelmantel der Nachheizeinrichtung 35b wird auch hier von aufgeheiztem Thermoöl P durchströmt.
Über die Rücklaufleitung 35a wird ein zweiter Anteil des Restanteils R durch die Pumpe 35c abgezogen. Die an der Einmündung 35e zugeführte (noch relativ kalte) Biomasse M wird im Endstück der Zulaufleitung 35d durch den darin fließenden Restanteil R auf höhere Temperatur, ggf. sogar bis auf Reaktionstemperatur T, gebracht. Dabei werden sämtliche Wasseranteile in Wasserdampf umgesetzt. Dieser Wasserdampf strömt im Zwischenbehälter 31 nach oben zur Destillationskolonne 30 und dann zu einem Kondensator 38, um sodann mit dem Kraftstoff K ausgetragen und ggf. aus diesem, z. B. mittels einer Zentrifuge, entfernt zu werden.
Innerhalb der Destillationskolonne 30 werden die leichter siedenden organischen Dämpfe D' abgetrennt. Sie werden vom Kopfbereich der Destillationskolonne 30 abgezogen. Hier ist also zum Abzug des Kopfprodukts eine Destillat-Leitung 36 angeschlossen, die zu dem Kondensator 38 führt. In diesem Kondensator 38 wird der ausgegaste dampfförmige und leichter siedende Bestandteil D' abgekühlt, und an seinem Ausgang wird der erzeugte Kraftstoff K in verflüssigter Form zur Weiterverwertung bereitgestellt. Dieser Kraftstoff K kann z. B. weitgehend dem Dieselöl ähnlich sein. Die Kühlwasser-Leitungen des Kondensators 38 sind mit 40, 42 bezeichnet.
Vom Ausgang des Kondensators 38 führt eine Treibstoffleitung 46 zu einer Einrichtung 48 zur Aufbereitung des Kraftstoffs K. Diese Einrichtung 48 kann bevorzugt der Entwässerung und Entfernung des Wassers dienen. Sie kann auch zur Entschwefelung vorgesehen sein.
Die Treibstoffleitung 46 führt danach zu einem Vorratstank 50. Von hier aus kann der Kraftstoff K über eine Treibstoff-Ausgangsleitung 52 bedarfsgerecht weitergeleitet werden. Mittels eines Ventils 53 kann Kraftstoff (K) z. B. für motorische Antriebszwecke entnommen werden.
Im vorliegenden Fall ist die Leitung 52 auch an einen Turbinengenerator angeschlossen. Dieser besteht bekanntermaßen aus einer Turbine 54 und einem über eine Welle 55 verbundenen elektrischen Generator 56. Der Turbinengenerator 54, 55, 56 wird vorliegend gleichermaßen zur Elektrizitätserzeugung und zur Erzeugung der Crack-Temperatur T über einen Thermoöl-Kreislauf genutzt.
Nach der Figur wird das bei der Verbrennung in der Turbine 54 entstehende heiße Abgas G über eine Abgasleitung 58 einem Wärmetauscher 60 zugeführt. Nach Abkühlung hierin durch thermische Wechselwirkung mit einem Thermoöl P wird das Abgas G über eine Ausgangsleitung 62 entlassen. Es kann auch zur Trocknung der eingegebenen Biomasse M verwendet werden.
Der Wärmetauscher 60 ist Bestandteil des erwähnten Thermoöl-Kreislaufs, der nur schematisch angedeutet ist. Kernstück ist ein Temperaturregler 64, der das Thermoöl P in einer Vorlaufleitung 66 auf einem vorgegebenen Wert, der der Crack-Temperatur T nahe ist, z. B. auf 350°C, festhält. Das Thermoöl P wird von der Vorlaufleitung 66 in den Doppelmantel 21 des Vorlagebehälters 20 eingeleitet und führt hier zu der gewünschten Crack-Temperatur T. Das dadurch etwas abgekühlte Thermoöl P wird nach Durchlaufen des Doppelmantels 21 über eine Rücklauf-Leitung 68 zwecks Durchlaufens des Wärmetauschers 60 zu diesem zurückgeführt. Alternativ kann es – je nach Temperatureinstellung und Ist-Temperatur sowie gesteuert vom Temperaturregler 64 – über eine Bypass-Leitung 70 am Wärmetauscher 60 vorbei wieder in die Öl-Vorlaufleitung 66 eingespeist werden.
Aus der Figur ist ersichtlich, dass der elektrische Generator 56 über Ausgangsleitungen 72 in das öffentliche Netz, das durch einen Strommast 74 symbolisiert ist, Energie einspeisen kann. Natürlich kann an den Ausgangsleitungen 72 auch ein anderer Verbraucher angeschlossen sein.
Es soll noch folgendes festgestellt werden: Würde man nur allein die „weitere Bio-Substanz” Rapsstroh (also ohne Rapskuchen) dem vorliegenden Verfahren unterwerfen, dann würde man viel Gas G und leicht siedende Produkte, aber nur wenig dieselähnlichen Kraftstoff K gewinnen. Ähnlich verhält es sich, wenn man nur Zuckerrohrreste dem Verfahren unterwerfen würde. Man würde das Rapsstroh bzw. die Zuckerrohrreste also zum Erhalt des Gemisches M z. B. mit Getreideabfällen (beispielsweise mit Maisabfällen) oder mit Zellulose mischen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die dargestellte Einrichtung zur Kraftstoff- und/oder Energiegewinnung aus den organischen Bestandteilen der Biomasse M führt. Die Einrichtung kommt im allgemeinen Fall ohne Zugabe von externen Katalysatoren aus.

2: Aufnahmebehälter
4: Einlass
5: Ausgangsleitung
6: Dosierventil
7: Transporteinrichtung, Schnecke
8: Stickstoff-Polster
10: Ultraschall-Einrichtung
20: Vorlagebehälter
21: Doppelmantel
22: Pfeil für Wärmeeintrag
23: Auslass
24: Mischerpumpe
26: Vorlaufleitung Reaktionsprozess
28: Ausgaseinrichtung
30: Destillationskolonne
31: Zwischenbehälter
32: Austragsbehälter
34: Rücklaufleitung Reaktionsprozess
35: Bypass
35a: Rücklaufleitung Bypass
35b: Nachheiz-Einrichtung
35c: Bypass-Pumpe
35d: Zulaufleitung Bypass
35e: Ausgaseinrichtung
35f: Einmündung
36: Destillat-Leitung
38: Kondensator
40: Kühlwasser-Zuleitung
42: Kühlwasser-Ableitung
46: Treibstoffleitung
48: Einrichtung zur Aufbereitung
50: Vorratstank
52: Treibstoff-Ausgangsleitung
53: Ventil
54: Turbine
55: Welle
56: elektrischer Generator
58: Abgasleitung
60: Wärmetauscher
62: Ausgangsleitung
64: Temperaturregler
66: Öl-Vorlaufleitung
68: Öl-Rücklaufleitung
70: Bypass-Leitung
72: Ausgangsleitungen
74: öffentliches Netz
K: Kraftstoff
M: katalytisch wirksame Biomasse
N: Reaktions-Gemisch
T: Crack-Temperatur
D: organische Dämpfe
R: Rest des Reaktionsgemisches, heißes flüssiges ölartiges Stoffgemisch
A: ausgefallene Reststoffe
G: Abgas der Turbine
P: Thermoöl
US: Ultraschall

Claims

Verfahren zur thermischen Aufbereitung einer Biomasse (M) mit einer Restfeuchte von höchstens 5%, dadurch gekennzeichnet, a1) dass die Biomasse (M) gebildet wird durch eine Mischung aus ca. 90% von einem biologischen Reststoff, wie beispielsweise Holzabfällen, Laub, Rapskuchen, Zuckerrüben-Reststoffen, Stroh von Weizen und Gerste, Mais, etc., und ca. 10% einer weiteren Bio-Substanz, bestehend aus Rapswurzeln, Rapsstroh oder Zuckerrohrresten, a2) dass die Biomasse (M) in einem Vorlagenbehälter (20) einer Crack-Temperatur (T), insbesondere im Bereich von 250° bis 380°C, unterworfen wird, wobei sie verflüssigt und einer Crack-Reaktion ausgesetzt wird, b) dass die so verflüssigte Biomasse (M) gegebenenfalls sodann in einer Mischerpumpe (24) einer weiteren Crack-Reaktion ausgesetzt wird, c) dass das so gebildete Reaktions-Gemisch (N) anschließend in den Ausgasraum eines Zwischenbehälters (31) geführt und dort ausgegast wird, wonach c1) der ausgegaste Bestandteil (D') abgekühlt und als Kraftstoff (K) bereitgestellt wird, c2) ein erster Anteil des nicht ausgegasten flüssigen Bestandteils (R) zurückgeführt und im Vorlagenbehälter (20) und gegebenenfalls in der Mischerpumpe (24) wiederum der Crack-Temperatur (T) ausgesetzt wird, c3) ein zweiter Anteil des nicht ausgegasten flüssigen Bestandteils (R) in einem Bypass (35) wiederum dem Ausgasraum des Zwischenbehälters (31) zugeführt und dort ausgegast wird, wobei dem zweiten Anteil bei der Zuführung zum Ausgasraum frische Biomasse (M) zugesetzt wird, und d) dass die im Zwischenbehälter (31) sich absetzenden Reststoffe (A) gesammelt und von Zeit zu Zeit entnommen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff (K) einer Aufbereitung durch Entwässerung unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff (K) zur Elektrizitätserzeugung ausgenutzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff (K) in einer Turbine (54) verbrannt und die Abgase (G) der Turbine (54) zur Erzeugung der Crack-Temperatur (T) ausgenutzt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgase (G) der Turbine (54) zum Wärmeeintrag in einen Thermoöl-Kreislauf (60, 66, 20, 68) verwendet werden, der die Crack-Temperatur (T) erzeugt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Biomasse (M) Ultraschall (US) ausgesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Anteil des nicht-ausgegasten flüssigen Bestandteils (R) nacherhitzt wird.
Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch a) einen Aufnahmebehälter (2) zur Aufnahme der Biomasse (M), b) eine an den Ausgang des Aufnahmebehälters (2) angeschlossene Transporteinrichtung (7), c) einen Vorlagebehälter (20) zur Aufheizung eines zugeführten Reaktionsgemisches (N) auf Crack-Temperatur (T) zum Zwecke einer Crack-Reaktion, d) eine nachgeschaltete Mischerpumpe (24) zur Fortführung der Crack-Reaktion, e) einen Zwischenbehälter (31) mit Ausgasraum, f) eine dem Zwischenbehälter (31) nachgeschaltete Destillationskolonne (30), g) eine Vorlaufleitung (26), die vom Ausgang der Mischerpumpe (24) zu einer Ausgaseinrichtung (28) führt, welche im Ausgasraum des Zwischenbehälters (31) angeordnet ist, h) eine Rücklaufleitung (34), die vom unteren Teil des Zwischenbehälters (31) zum Vorlagebehälter (20) zwecks Zurückführung des nicht ausgegasten Bestandteils (R) des Reaktionsgemisches (N) führt, i) einen an den Kopf der Destillationskolonne (30) angeschlossenen Kondensator (38), in dem der ausgegaste dampfförmige Bestandteil (D') abgekühlt und an dessen Ausgang der erzeugte Kraftstoff (K) bereitgestellt wird, j) einen Bypass (35) mit Bypass-Pumpe (35c), der vom unteren Teil des Zwischenbehälters (31) zum Ausgasraum des Zwischenbehälters (31) führt, und k) eine für die Zuführung von Biomasse (M) vorgesehene Einmündung (31e) im Bypass (35), die an den Ausgang der Transporteinrichtung (7) angeschlossen ist.
Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Ausgang des Kondensators (38) eine Einrichtung (48) zur Aufbereitung des Kraftstoffs (K) durch Entwässerung angeschlossen ist.
Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Kondensator (38) ein Vorratstank (50) für den Kraftstoff (K) verbunden ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorlagebehälter (20) einen Doppelmantel aufweist, durch den ein heißes Thermoöl (M) leitbar ist, dessen Temperatur vorzugsweise auf eine der Crack-Temperatur (T) nahe kommende Temperatur einstellbar ist.
Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorlagebehälter (20) an einen Thermoöl-Kreislauf (60, 66, 20, 68) angeschlossen ist, der einen Wärmetauscher (60) besitzt.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erzeugte Kraftstoff (K) einer Turbine (54) zuleitbar ist.
Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgase (G) der Turbine (54) in den Wärmetauscher (60) geführt sind.
Einrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (54) an einen Generator (56) angeschlossen ist.
Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (56) elektrisch mit dem öffentlichen Netz (74) verbunden ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Bio-Substanz und/oder der biologische Reststoff der katalytisch wirksamen Biomasse (M) vor dem Crack-Prozess dem Ultraschall (US) einer Ultraschall-Einrichtung (10) aussetzbar ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass im Bypass (35) eine Nachheiz-Einrichtung (35b) angeordnet ist
Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypass-Pumpe (35c) strömungsmäßig vor der Einmündung (35e) der Transporteinrichtung (7) angeordnet ist.
Einrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachheiz-Einrichtung (35b) an einen Thermoöl-Kreislauf (60, 66, 68) angeschlossen ist und von Thermoöl (P) ihre Wärmeenergie bezieht.