DE102008028953A1

DE102008028953A1 - Verfahren zur Erzeugung von Kohle aus Pflanzen und Pflanzenresten

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Publication number: DE102008028953A1
Application number: DE102008028953A
Authority: DE
Inventors: Rainer Schlitt; Reinhold Dipl.-Ing. Altensen; Sander Schwick; Lars Grothe; Fritz Prof. Dr. Ing. Richarts
Original assignee: Hydrocarb & Co KG GmbH
Current assignee: Hydrocarb & Co KG GmbH
Priority date: 2008-06-18
Filing date: 2008-06-18
Publication date: 2009-12-24

Abstract

Die derzeit in der Anwendung und in der Entwicklung befindlichen Verfahren der Energiegewinnung aus Biomasse weisen große Unterschiede auf: Sowohl hinsichtlich der Art der eingesetzten Biomasse als auch hinsichtlich der Anwendung der Energieträger auf der Basis von Biomasse. Der weitaus überwiegende Teil dieser Verfahren zielt auf eine stromwirtschaftliche Nutzung der Biomasse oder auf die Bereitstellung von Flüssigkraftstoffen ab. Die meisten Verfahren der energetischen Nutzung von Biomasse sind auf bestimmte Biomassearten ausgerichtet. Insbesondere werden in Verfahren der Stromerzeugung und der Biokraftstoffgewinnung ausschließlich zu diesem Zweck kultivierte Pflanzen ("Energiepflanzen") verwendet. In den zurückliegenden Jahren wurde ein Verfahren vorgeschlagen, aus jedweder verfügbarer, naturbelassener Biomasse Pflanzenkohle zu erzeugen. Das Verfahren wurde in Deutschland und auch weltweit bekannt unter der Bezeichnung "Hydrothermale Carbonisierung" (HTC). Erste Untersuchungen dazu wurden weltweit durchgeführt. Bei diesem Prozess wird Biomasse aus dem Rohzustand in Kohle (Pflanzenkohle) umgewandelt. Die Biomasse wird in ein Wasserbad getaucht und in einen druckfesten Reaktionsbehälter gefüllt. Der Behälterinhalt wird von Umgebungstemperatur auf die gewünschte Reaktionstemperatur, z.B. 180°C, erwärmt. Im weiteren Verlauf tritt der Prozess von der endothermen in eine exotherme Phase ein, bei der ein Teil der in der Biomasse chemisch gebundenen Energie in Wärme ...

Description

Stand der Technik
In der zukünftigen Energiegewinnung und -nutzung wird Biomasse als Energieträger einen immer größeren Anteil einnehmen. Die derzeit in der Anwendung und in der Entwicklung befindlichen Verfahren der Energiegewinnung aus Biomasse weisen große Unterschiede auf: Sowohl hinsichtlich der Art der eingesetzten Biomasse als auch hinsichtlich der Anwendung der Energieträger auf der Basis von Biomasse. Der weitaus überwiegende Teil dieser Verfahren zielt auf eine stromwirtschaftliche Nutzung der Biomasse oder auf die Bereitstellung von Flüssigkraftstoffen ab. Nur wenige haben die Bereitstellung von Energieträgern für die Wärme- bzw. Stromversorgung zum Ziel.
Die meisten Verfahren der energetischen Nutzung von Biomasse sind auf bestimmte Biomassearten ausgerichtet. Insbesondere werden in anspruchsvollen Verfahren der Stromerzeugung und der Biokraftstoffgewinnung ganz bestimmte, hierfür speziell ausgewählte und ausschließlich zu diesem Zweck kultivierte Pflanzen („Energiepflanzen”) verwendet.
In den zurückliegenden Jahren wurde ein Verfahren vorgeschlagen, aus jedweder verfügbarer, naturbelassener Biomasse Pflanzenkohle zu erzeugen. Das Verfahren wurde in Deutschland und auch weltweit bekannt unter der Bezeichnung „Hydrothermale Carbonisierung” (HTC). Erste Untersuchungen dazu wurden weltweit durchgeführt.
Der Prozess, mit dem die Biomasse aus dem Rohzustand in Kohle (Pflanzenkohle) umgewandelt wird, läuft in seinen Grundfunktionen wie folgt ab: Die Rohbiomasse (Holz, Pflanzenteile, z. B. Stroh, Pflanzenreste) wird zerkleinert, z. B. in Partikelgrößen zwischen 5 und 50 mm Länge. Die meistens noch feuchte Biomasse wird in ein Wasserbad getaucht und in einen druckfesten Reaktionsbehälter gefüllt. Der Behälterinhalt wird von Umgebungstemperatur auf die gewünschte Reaktionstemperatur, z. B. 180°C, erwärmt. Dabei muss der Behälterdruck auf ein Niveau angehoben werden, das über dem Wert liegt, der dem Verdampfungsdruck bei der eingestellten Prozesstemperatur entspricht. Die Aufwärmphase erfordert eine Wärmezufuhr von Außen durch eine externe Heizquelle, z. B. in Form eines Thermalölsystems oder einer Heißwasserheizanlage oder einer Hochdruckdampfanlage. In der anschließenden Reaktionsphase wird anfänglich noch eine Wärmezufuhr benötigt, die einen Ausgleich für die Wärmeverluste des Reaktors nach Außen schafft. Im weiteren Verlauf tritt der Prozess in eine exotherme Phase ein, bei der ein Teil der in der Biomasse chemisch gebundenen Energie in Wärme umgewandelt wird. Diese führt zu einer Erhöhung der Temperatur im Reaktionsbehälter. In dieser Phase muss durch Kühlung des Behälters ein zu großer Temperaturanstieg und damit verbundener Druckanstieg gesichert verhindert werden. Zur Intensivierung und Beschleunigung der Reaktion wird ein chemischer Katalysator, z. B. Zitronensäure, beigemischt.
Nach Ablauf des Carbonisierungsprozesses (z. B. 8 bis 12 Stunden je nach eingesetzter Biomasse und Druck bzw. Reaktionstemperatur) wird der Behälter soweit abgekühlt, dass eine gefahrlose Druckminderung auf Umgebungsdruckniveau möglich ist. Der Behälter wird anschließend geöffnet und entleert. Die Kohle wird aus dem Prozesswasser gefiltert, mechanisch entwässert und aufbereitet. Sie steht dann in Form von Pellets oder Briketts oder auch als Kohlenstaub für eine Verwendung als Primärenergieträger zur Verfügung. Das Prozesswasser enthält die in den Pflanzen befindlichen Mineralstoffe als Salze und Schwebstoffe. Sie können als Dünger einer landwirtschaftlichen Nutzung zugeführt werden.
Eine Variante zu dem vorbeschriebenen Prozess mit diskontinuierlichem Ablauf ist die Umsetzung dieses Verfahrens in einem kontinuierlichen Prozess. Dabei wird mittels hydromechanischer Schleusen das Einsatzmaterial durchlaufend auf einen hohen Druck gebracht und in einer Vorwärmstufe auf die Prozesstemperatur erwärmt. In der anschließenden Reaktionsstufe findet der Carbonisierungsvorgang statt, bei dem das Material (Biomasse und Reaktionswasser) kontinuierlich bis zum Ausgang des Durchlaufreaktors strömt, der am Ende der geforderten Verweilzeit erreicht wird. In der nachfolgenden Kühlstufe wird das aus dem Reaktor austretende Material auf Umgebungstemperatur abgekühlt. Mit Hilfe einer weiteren hydromechanischen Schleuse findet eine Druckabsenkung auf Umgebungsniveau statt. Das Reaktionsprodukt wird getrennt und die gewonnene Kohle in der oben beschriebenen Weise weiterverwendet. Die Umsetzung des HTC-Verfahrens in diesem kontinuierlichen Prozess ist wegen der hohen Betriebsdrücke und der dadurch an die Druckschleusen gestellten Anforderungen als ungesichert einzustufen. Wegen der großen Verweilzeiten werden auch große Reaktionsbehälter benötigt. Auch hier erscheint eine wirtschaftlich tragbare Lösung in Form einer kontinuierlich arbeitenden Carbonisierungsanlage wenig wahrscheinlich.
Der Heizenergiebedarf für die Erwärmung des Reaktionsbehälter und dessen Inhalt auf die erforderliche Reaktionstemperatur beträgt ca. 5 bis 10% der im Heizwert der produzierten Kohle chemisch gebundenen Energie.
Vorschlag für eine neue Methode der Herstellung von Pflanzenkohle
Das hier vorgeschlagene Verfahren basiert auf dem oben beschriebenen diskontinuierlichen Ablauf. Die Neuheit besteht darin, dass der Reaktionsbehälter jedoch ständig unter dem geforderten Betriebsdruck gehalten wird. Das Grundschema ist in 1 dargestellt.
Biomasse (1) und Rohwasser (2) werden mit dem beigemischten chemischen Katalysator in den drucklosen Vorwärmbehälter B0 (3) eingefüllt. Nach Befüllen wird der Behälterinhalt vorgewärmt, anschließend das auf der Eintrittsseite befindliche Ventil (4.1) geschlossen und das Ventil (4.2) zwischen Vorwärmbehälter und Reaktionsbehälter R (8) geöffnet. Dabei erhöht sich der Druck des vollständig gefluteten Behälters B0 durch Druckausgleich zwischen B0 und R. Anschließend wird der Behälter B0 mittels Heizmantel (7) und externer Heizmittelversorgung (17, 18) auf die geforderte Reaktionstemperatur erwärmt. Die Spülwasserventile (5.1. bis 5.4) sind während dieser Phase geschlossen und die Spülwasserpumpe (15) ist außer Betrieb.
Nach Erreichen der Prozesstemperatur im Vorwärmbehälter werden die Spülwasserventile 5.1 und 5.3 geöffnet und die Pumpe (15) in Betrieb gesetzt. Die im Behälter B0 befindliche Rohbiomasse wird mit dem Spülwasserstrom und auf Grund der Schwerkraft in den darunter befindlichen Reaktionsbehälter gefördert. Der im Reaktionsbehälter R (8) befindliche Siebeinsatz (9) verhindert ein Mitreißen der Feststoffanteile in den Spülwasserstrom.
Zur Gewährleistung eines ungestörten Strömungsablaufs müssen die Ventile 4.1 bis 4.4 als Ventile mit großem Querschnitt, z. B. als Kugelhähne mit DN 150, ausgeführt sein. Auf Grund der Temperatur- und Druckparameter des Prozesses müssen sie, ebenso wie die Pumpe 15, die Anforderungen nach PN 16 erfüllen.
Nach erfolgter Befüllung des Reaktionsbehälters mit dem Einsatzmaterial wird die Pumpe (15) abgeschaltet und es werden alle Ventile geschlossen. Der Prozess wird durch Halten der Temperatur im Reaktionsbehälter R mittels externer Beheizung (17, 18) oder mittels externer Kühlung (19, 20) des Heiz-Kühl-Mantels werter geführt. Am Ende des Prozesses, z. B. nach 8 oder 10 Stunden, wird die externe Beheizung bzw. externe Kühlung abgeschaltet. Die Ventile 4.3, 5.4 und 5.2 werden geöffnet und die Pumpe 15 in Betrieb gesetzt.
Das im unteren Bereich des Behälters R befindliche Reaktionswasser wird mit dem darin enthaltenen Reaktionsprodukt in den Abkühlbehälter B1 gefördert. Unmittelbar danach werden bei abgeschalteter Pumpe 15 die Ventile 4.3 und 5.4 geschlossen. Anschließend wird der Behälter B1 mittels Kühlmantel (12) und externer Kühlung (19, 20) soweit abgekühlt, dass eine gefahrlose Druckentlastung durch Öffnen des Ventils 4.4 durchgeführt werden kann. Der Inhalt von Behälter B1 wird in das Absetzbecken (13) abgelassen. Die Kohlepartikel werden aus dem Reaktionswasser ausgesiebt und das Reaktionswasser mittels Pumpe abgeführt (14).
Anschließend wird der Behälter B1 wieder geflutet und ist für den nächsten Prozesszyklus bereit.
Weitere Ausgestaltung des Verfahrens
• Verringerung des Rohwasserverbrauchs und der Abwassermenge
Eine Möglichkeit zur Verringerung des Rohwasserverbrauchs und der Abwassermengen aus dem Prozess ist dadurch gegeben, dass das aus dem Absetzbecken (13) abgeführte Prozesswasser zum überwiegenden Teil in den Prozess rückgeführt wird (2). Dabei wird beim Befüllen des Vorwärmbehälters nicht nur Rohwasser (2), sondern weit überwiegend Prozesswasser (14) zugeführt.
Die verbleibende Abwassermenge wird so bemessen, dass in dem sich im Prozess ergebenden Wasserkreislauf die Fremdstoffkonzentration auf einen maximal zulässigen Wert begrenzt wird. Die Restwasserabfuhr übernimmt so die Funktion einer Abschlämm- und Absalzeinrichtung.
• Verbesserung der Reaktionskinetik und der Wärmeübertragung durch Anordnung der Heizkühlflächen im Behälter und durch Umwälzung und Vermischung des Reaktionswassers im Reaktor
In einer weiteren Modifikation des Prozesses sind die Wärmeübertragungsflächen für das Heizen und Kühlen des Reaktionsbehälters R nicht als Heizkühlmantel, sondern als Rohre ausgeführt, die in unmittelbarer Nähe der Behälterwand im Innenraum des Behälters spiralförmig angeordnet sind. Der von ihnen eingenommene Ringraum ist von dem eigentlichen Reaktionsraum im Behälter durch einen siebförmigen Mantel getrennt (4). Dadurch werden die Biomassepartikel von den Wärmeübertragungsflächen ferngehalten und eine Verkrustung oder Anbackung an den Flächen verhindert. Die Wärmezufuhr im Ringraum verursacht einen thermischen Auftrieb. Dadurch ergibt sich eine Zirkulation im gesamten Behälter R, die einen intensiven Wärmetransport von den Heizflächen im Ringraum zur Biomasse im Kernraum und eine Beschleunigung der Reaktion in der Biomasse bewirkt. Während der exothermen Phase kehrt sich die Richtung der Zirkulation um: Im Behälterkern steigt das Reaktionswasser durch den thermischen Auftrieb auf. Im Ringraum fällt es nach unten durch die Wärmeabgabe an die Heiz-Kühl-Schlangen. Bedarfsweise kann die Wirkung der thermische Auftriebskraft im Behälter durch Zuschalten der Spülpumpe (15) verstärkt werden.
• Verringerung des Heiz- und Kühlenergieverbrauchs
Mittels prozessinterner Abwärmenutzung wird der Heiz- und Kühlenergieverbrauch des Prozesses nachhaltig gesenkt (3). Dies wird erreicht, in dem der Aufheizvorgang in Behälter B0 in zwei Phasen stattfindet. In der ersten Phase wird der Heizmantel am Behälter B0 nicht von einem externen System (17, 18) beheizt, sondern durch Kreislaufbetrieb mit dem Kühlmantel des Behälters 81.
Der Abkühlvorgang des Behälters B1 findet ebenfalls in zwei aufeinander folgenden Phasen statt. In der ersten Kühlphase wird die Behältertemperatur von Ausgangswert, z. B. 180°C, auf einen Zwischenwert, z. B. 120°C gesenkt. Die dabei entzogene Wärme dient der Erwärmung des Behälters B0 von z. B. 20°C auf 100°C. In der zweiten Aufheizphase wird der Behälter B0 mittels externer Beheizung auf die gewünschte Endtemperatur, z. B. 180°C, erwärmt. Der Behälter B1 wird in einer zweiten Kühlphase auf den gewünschten Wert, z. B. 30°C, mittels Anschluss an die externe Kühlung (19, 20) abgekühlt.
Das Prinzip der internen Wärme- und Kühlungsrückgewinnung kann noch weiter ausgestaltet werden, in dem nicht nur die bei der Abkühlung dem Abkühlbehälter entzogene Wärme, sondern auch die in der exothermen Reaktionsphase freiwerdende Wärme für die Restaufheizung des Vorwärmbehälters verwendet wird. Hierzu sind die in 3 dargestellten Umschaltventile in entsprechender Weise einzustellen. Der Vorteil dieser Arbeitsweise besteht nicht nur darin, dass die Zufuhr von externer Wärme weiter reduziert wird, sondern auch darin, dass der Vorwärmprozess zeitlich vom Abkühlungsprozess des Abkühlbehälters entkoppelt wird und dadurch die Zykluszeit des Prozesses spürbar verkürzt werden kann. Die Durchlaufzeit des Produktes kann dadurch reduziert und die Produktionsmenge gesteigert werden.
• Verkürzung der Ein- und Ausbringtakte mit kleinerem Vorbehälter B0 und kleinerem Nachbehälter B1
In der bisher beschriebenen Arbeitsweise wird in einem Einbringvorgang die komplette Biomasse-Füllmenge für den Prozess aus dem Behälter B0 in den Reaktionsbehälter R gefüllt. Ebenso wird nach Prozessende in einem Ausbringvorgang das Reaktionsprodukt in den Behälter B1 gefördert. Hierzu ist für die Behälter B0 und B1 eine Mindestgröße notwendig, die in der Lage ist, die gesamte Biomasse, die in einem Reaktor behandelt wird, aufzunehmen. Die Behälter B0 und B1 können aber mit einem Bruchteil der bei dieser Betriebsweise notwendigen Größe ausgeführt werden. Dazu wird die gesamte im Reaktor befindliche Menge in mehreren Teilmengen zeitlich hintereinander aus dem Behälter B0 von oben in den Reaktor R eingebracht. Ebenso wird die als fertig carbonisierte Biomasse unten am Reaktorboden befindliche Teilmenge in den Behälter B1 abgelassen. Dabei bewegt sind die Reaktionsmasse im Reaktionsbehälter R schubweise von oben nach unten.
Dabei bietet sich folgende Arbeitsweise an: Bei einer Verweilzeit von 8 Stunden und einer Taktrate von 3% werden der Vorbehälter B0 und der Nachbehälter B1 alle 15 Minuten befüllt und entleert. Die Volumina der Vor- und Nachbehälter betragen jeweils 3% des Reaktionsbehälters R. Der Behälter B0 kann drucklos zu 25% mit Rohbiomasse und zu 75% mit Wasser gefüllt werden. Das Wasser wird zum größten Teil dem Absetzbehälter entnommen. Es ist noch temperiert (ca. 50 bis 80°C). Bei geschlossenerem Einfüllventil und vollständig geflutetem Vorbehälter B0 wird das Ventil zum Reaktionsbehälter R geöffnet. Dadurch findet ein Druckausgleich statt, verbunden mit einem Druckanstieg im Vorbehälter B0 auf das Druckniveau des Reaktionsbehälters R. Durch Spülung des ebenfalls unter Druck stehenden Nachbehälters B1 mit dem in B0 befindlichen Wasser wird das heiße Reaktionswasser aus B1 in B0 gefördert und das geringer temperierte Wasser im Behälter B0 in den Behälter B1 gefördert. Nach Unterschreiten der Temperatur von 100°C kann der Behälter B1 bei geschlossenem Eintrittsventil durch Öffnen des Austrittsventils druckentlastet werden. Durch Öffnen des Lüftungsventil an der Oberseite des Behälters B1 wird der Entleerungsvorgang ausgelöst. Das Reaktionsprodukt und das Reaktionswasser werden in das Absetzbecken abgelassen. Mit dieser Verfahrensweise lässt sich die Restwärme im Nachbehälter zu einem sehr hohen Anteil wieder in den Reaktionsvorgang zurückführen und der Wärmeeinsatz mittels externe Wärmezufuhr auf ein Minimum reduzieren.
• Katalytische Vorbehandlung der Biomasse
Eine weitere Verbesserung des Verfahren wird erreicht durch Vorbehandlung der Biomasse vor Einbringung in den Prozess. Dabei befindet sich die mechanisch zerkleinerte Biomasse in einem Wasserbad, dem der chemische Katalysator beigegeben wurde. Während des Verweilens der Biomasse in dieser wässrigen Lösung durchdringt der Katalysator mit dem Lösungswasser die Biomassepartikel. Durch die damit erreichte nahezu homogene Verteilung des Katalysators in den Biomassefasern vor Prozessbeginn wird der Carbonisierungsprozess im Reaktor nachhaltig beschleunigt. Er verkürzt sich um die Zeitspanne, die in der bisherigen Verfahrensweise während der Reaktion für das Eindringen des Katalysators in die einzelnen Fasern der Biomassepartikel erforderlich ist.
Vorteile des hier beschriebenen Verfahrens der Herstellung von Pflanzenkohle gegen über dem Stand der Technik
Gegenüber den bisher bekannten Verfahren mit diskontinuierlichem Betrieb weist dieses Verfahren folgende Vorteile auf:

• Das Befüllen und Entleeren der Anlage kann in einem quasistationären, intermittierenden Durchlaufbetrieb durchgeführt werden. Öffnungs- und Schließvorgänge werden von Ventilen übernommen. Dadurch werden druckfeste Behälterverschlüsse in Form von Deckeln auf großen Öffnungen für das Befüllen und Entleeren nicht mehr benötigt.
• Der Reaktionsbehälter wird stets unter hohem Druck betrieben. Eine für die Behälterdauerhaftigkeit äußerst nachteilige periodische Druckbe- und entlastung, wie sie bei den herkömmlichen diskontinuierlichen Verfahren unvermeidbar ist, entfällt. Der Behälter hat eine ungleich längere Lebensdauer.
• Der Prozess kann auch bei kleinen und mittleren Anlagengrößen und Anlagenleistungen in dieser Ausführungsform vollständig automatisiert werden.
• Die katalytische Vorbehandlung der Biomasse ermöglicht eine nachhaltige Beschleunigung der Reaktion und damit eine entsprechende Erhöhung der Produktionsmenge.
• Bei Anordnung der Heiz-Kühl-Flächen im Behälterinnenraum und bei Trennung des von den Wärmeübertragerflächen eingenommenen Ringraumes von dem mit Biomasse gefüllten Kernraum des Behälter durch einen Siebmantel ergibt sich eine natürliche Zirkulation im Behälter, durch die Wärmeübertragungs- und Reaktionsprozesse beschleunigt werden.
• Die prozeßinterne Reaktionswasserführung reduziert die Abwassermenge und den Frischwasserbedarf auf einen Bruchteil des Ausgangswertes.
• Durch die prozeßinterne Wärmerückgewinnung kann der Heizenergiebedarf des Prozesses mittels externe Wärmezufuhr vollständig ersetzt werden. Dabei wird der Bedarf an externer Kühlleistung nachhaltig verringert. Der Kühlwasserbedarf verringert sich entsprechend.
• Mit der Zu- und Abfuhr von Teilmengen können weitaus kleiner Vorbehälter B0 und Nachbehälter B1 eingesetzt werden und die Installationskosten gesenkt werden.

1

1: Biomassezuführung
2: Rohwasserzuführung
3: Einfülltrichter
4.1 bis 4.4: Absperrventile für Wasser-Feststoff-Gemisch
5.1 bis 5.4: Absperrventile für Spülwasserstrom
6: Vorwärmbehälter B0
7: Heizmantel
8: Reaktionsbehälter R
9: Siebeinsatz
10: Heiz-Kühl-Mantel
11: Abkühlbehälter B1
12: Kühlmantel
13: Absetzbecken
14: Prozesswasserabführung
15: Spülwasserpumpe
16: Spülwasserleitung
17: Heizung extern, Vorlauf
18: Heizung extern, Rücklauf
19: Kühlung extern, Vorlauf
20: Kühlung extern, Rücklauf

2

a): Frischwasserzufuhr
b): Reaktionswasser-Rückführung
c): Abschlämm- und Absalzeinrichtung
d): Be- und Entlüftungsventil
e): Absperrventil

3

17: Heizung extern, Vorlauf
18: Heizung extern, Rücklauf
19: Kühlung extern, Vorlauf
20: Kühlung extern, Rücklauf
UV1 bis UV6: Umschaltventile von externer Heizung bzw. Kühlung auf interne Wärme- bzw. Kühlungsrückgewinnung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

- PN 16 [0011]

Claims

Verfahren zur Herstellung von Pflanzenkohle mittels Hydrothermaler Carbonisierung (HTC) aus Biomasse jedweder Art durch Zerkleinern, Fluten in einer wässrigen Lösung, Beigeben eines chemischen Katalysators, Einfüllen in einen Reaktionsbehälter, Druckanhebung und Aufheizung sowie Temperaturhaltung während einer längeren Reaktionsphase mit anschließender Abkühlung der wässrigen Lösung, Trennung der Kohlepartikel vom Reaktionswasser, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozess in einem auf durchgehend hohem Druckniveau gehaltenem, aber intermittierend betriebenen Reaktionsbehälter abläuft, indem ein dem Reaktionsbehälter vorgeschalteter und über diesem angeordneter Vorwärmbehälter drucklos befüllt wird und nach Flutung bei geschlossenem Einfüllventil durch Öffnen des Austrittsventils in einen Druckausgleich mit dem Reaktionsbehälter eintritt, das vorgewärmte Einsatzmaterial mittels Schwerkraft und hilfsweise mit Spülpumpenunterstützung in den Reaktionsbehälter transportiert wird.
Verfahren zur Herstellung von Pflanzenkohle gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsprodukt nach Ablauf der Reaktion in einen unterhalb des Reaktionsbehälters befindlichen Abkühlbehälter verlagert wird, indem durch Öffnen eines Ventils eine Verbindung zwischen dem Reaktionsbehälter und dem gefluteten Abkühlbehälter hergestellt und ein Druckausgleich zwischen diesen Behältern herbeigeführt wird, und das Reaktionsprodukt mittels Schwerkraft und hilfsweise mit Spülpumpenunterstützung transportiert wird.
Verfahren zur Herstellung von Pflanzenkohle mittels Hydrothermaler Carbonisierung aus Biomasse durch Zerkleinern, Fluten in einer wässrigen Lösung, Einfüllen in einen Reaktionsbehälter, Druckanhebung und Aufheizung sowie Temperaturhaltung während einer längeren Reaktionsphase mit anschließender Abkühlung der wässrigen Lösung, Trennung der Kohlepartikel vom Reaktionswasser, dadurch gekennzeichnet, dass der den Reaktionsvorgang beschleunigende Katalysator bereits während einer Vorbehandlungsphase vor Prozessbeginn mittels einer wässrigen Lösung in die mechanisch zerkleinerte Biomasse eindringt und die Biomasse mit einer weitgehend homogenen Verteilung des Katalysators in den Fasern in den Reaktor eingebracht wird.
Verfahren zur Herstellung von Pflanzenkohle nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlung des Reaktionsproduktes im Abkühlbehälter bei geschlossenen Ventilen unter hohem Druck erfolgt und eine Druckentlastung zwecks Entleerung des Abkühlbehälters durch Öffnen des Austrittsventils nach Abkühlung erfolgt.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgabe des Reaktionsprodukts in einen Absetzbehälter mittels Schwerkraft und hilfsweise mit Spülpumpenunterstützung nach erfolgter Abkühlung und Druckentlastung ausgelöst wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionswasser zum überwiegenden Teil als Einsatzwasser für die Befüllung gem. Anspruch 1 verwendet wird und nur ein geringer Teil zwecks Begrenzung der Konzentration der Inhaltsstoffe des Reaktionswassers als Abschlämm- und Absatzmenge aus dem Prozess abgeführt wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung des Einsatzmaterials im Vorwärmbehälter und die Abkühlung des Reaktionsproduktes im Abkühlbehälter in zwei Phasen erfolgt, mit einer Vorwärmung des Einsatzmaterials durch Beheizung des Heizmantels mit Wärme, die aus dem Kühlmantel des Kühlbehälters in der ersten Abkühlphase mittels unmittelbarer hydraulischer Verbindung zwischen dem Heizmantel des Vorwärmbehälters und dem Kühlmantel des Abkühlbehälters entnommen wird, und mit einer Nachwärmung des Einsatzmaterials durch Umschaltung des Heizmantels auf externe Wärmezufuhr und einer Nachkühlung des Ausgangsmaterials mit einer Umschaltung des Kühlmantels auf externe Kühlmittelzufuhr.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Restaufheizung überwiegend oder vollständig durch den Anschluss an den Heizkühlmantel des Reaktionsbehälters unter Ausnutzung der in der exothermen Reaktionsphase frei werdenden Wärme erfolgt und dabei der Zusatzwärmebedarf durch externen Wärmezufuhr größtenteils oder vollständig entfällt.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Biomasse in mehreren Teilmengen in den Reaktor eingefüllt wird, diese Teilmengen schubweise den Reaktor durchlaufen und auch in entsprechenden Teilmengen aus dem Reaktor ausgebracht werden.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Heiz-Kühl-Flächen im Behälterinnenraum in Nahe des Behältermantels angeordnet sind.
Verfahren nach dem Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringraum, in dem sich die Wärmeübertragungsflächen befinden, durch einen zylinderförmigen, für Wasser durchlässigen aber für die Biomassepartikel undurchlässigen, Siebmantel vom Kernraum getrennt wenden.