DE102008039414A1

DE102008039414A1 - Verfahren zur Herstellung von kohlehaltigem Energieträger sowie Energieträger aus einer Kohle-Biomasse-Mischung

Info

Publication number: DE102008039414A1
Application number: DE200810039414
Authority: DE
Inventors: Julius Dr. Pretterebner; Walter Titz
Original assignee: CROP OIL Ltd; CROP-OIL Ltd
Current assignee: CROP OIL Ltd; CROP-OIL Ltd
Priority date: 2008-08-13
Filing date: 2008-08-13
Publication date: 2010-02-18

Abstract

Es werden ein Verfahren zur Herstellung eines kohlehaltigen Energieträgers sowie ein solcher Energieträger vorgeschlagen, wobei bei dem Verfahren ein Kohlenstoffträger KS in annähernd gleich große Kohlepartikel zerkleinert wird und anschließend in einer Pelletiervorrichtung oder Pressanlage zu einem gepressten Brennmaterial zur Verwendung als Energieträger verarbeitet wird, gekennzeichnet durch die Schritte: a) Zerkleinern eines Kohlenwasserstoffträgers KW in einer Zerkleinerungsvorrichtung; b) Vermischen des Kohlenwasserstoffträgers KW aus Schritt a) mit dem zerkleinerten Kohlenstoffträger KS in einem vordefinierten Mengenverhältnis; c) Verarbeiten der Mischung von Kohlenstoffträger KS und Kohlenwasserstoffträger KW zu einem verdichteten Energieträger in vordefinierter Form, vorzugsweise in Form von Pellets.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines auf Kohle basierenden Energieträgers sowie einen Energieträger in vordefinierter Form, beispielsweise als Pellet oder Brikett, der aus einer Kohle enthaltenden Mischung hergestellt ist. Energieträger zum Verfeuern beispielsweise in Heizanlagen oder Brennöfen sind seit langem in vielfältiger Form und Zusammensetzung bekannt. Eine Form von Energieträgern stellen sogenannte Pellets dar. So sind beispielsweise Steinkohlepellets als Festbrennstoff für Heizungen von Wohnhäusern als Alternative zur Bruchkohle oder zur Kohle in Form von Briketts hinlänglich bekannt. Solche Steinkohlepellets weisen beispielsweise eine durchschnittliche Größe von 5 bis 25 mm auf und werden als Schüttgut geliefert, um in Feststofföfen oder sogar speziell angepassten Pelletöfen zur Wärmeenergiegewinnung verbrannt zu werden.
Aus der DE 36 03 005 C2 ist ein Verfahren zur Herstellung von verdichteten Kohlepellets bekannt. Bei diesem bekannten Kohlepellet-Herstellungsverfahren wird ausgehend von gewonnener Braunkohle ein Energieträger in Form von Kohlepellets erzeugt, der im Wesentlichen aus verdichteter Braunkohle besteht. Um die chemische Verbindung von zerkleinerten Braunkohlepartikeln im Endprodukt des Kohlepellets zu verbessern, werden bei diesem bekannten Verfahren im Herstellungsprozess Fremdsubstanzen als Verdichtungsbeschleuniger und Verdichtungsverstärker hinzugefügt. Die entstehenden Kohlepellets bestehen weitestgehend aus verdichteten Kohlepartikeln und haben einen relativ hohen Brennwert. Die Braunkohle an sich enthält jedoch neben dem Kohlenstoff verschiedene weitere Bestandteile wie Schwefel, so dass die Verbrennung dieser verdichteten Braunkohlepellets zu nicht unerheblichen Schadstoffemissionen, insbesondere Schwefelemissionen, führt. Die Umweltverträglichkeit dieses Energieträgers aus dem Stand der Technik ist damit vergleichsweise gering und hält heutigen Emissionsschutzstandards nicht mehr stand.
Neben reinen Kohlepellets ist in der Vergangenheit auch die Verwendung von Holzspänen und deren Verarbeitung zu sogenannten Holzpellets vorgeschlagen worden. Holzpellets werden heute vor allem in Haushaltsheizanlagen als kostengünstige Alternative zu konventionellen Brennstoffen wie Gas oder Öl schon in recht großem Umfang verwendet. Dabei können herkömmliche Feststoffbrennöfen eingesetzt werden, die lediglich mit angepassten Pellet-Zuführeinrichtungen ausgestattet werden müssen. Daneben gibt es jedoch auch speziell auf den Energieträger Holzpellet angepasste Brennöfen. Die Holzpellets werden aus Holzabfällen und insbesondere Holzspänen aus der holzverarbeitenden Industrie hergestellt. Unter Pellets werden dabei stäbchenförmige Energieträger aus im Wesentlichen Holzspänen verstanden, die durch ein Verpressen unter hohem Druck in sogenannten Pelletieranlagen hergestellt werden. Das übliche Herstellungsverfahren zum Herstellen von Holzpellets umfasst die Schritte einer Zerkleinerung von Holzspänen in Hammermühlen auf eine im Wesentlichen gleichmäßige Größe. Die zerkleinerten Späne werden in Trocknungsvorrichtungen auf einen bestimmten Wassergehalt von beispielsweise 8% getrocknet und unter Druck und/oder Wärme in den Pelletpressen durch Stahlmatrizen gepresst. Durch den Pressvorgang in der Pelletpresse wird das im Holz vorhandene Bindemittel Lignin freigesetzt, so dass sich die Späne in den stäbchenförmigen Holzpellets automatisch untereinander verbinden. Reine Holzpellets werden insbesondere in holzreichen Gegenden und vorzugsweise in Sägewerken oder ähnlichen holzverarbeitenden Industrien hergestellt. Sie entstehen quasi als Nebenprodukt der eigentlichen Holzverarbeitung. Die Holzpellets haben gegenüber den reinen Kohlepellets eine geringere Energiedichte, weisen jedoch dafür auch weniger Schadstoffe auf und verbrennen mit weniger Schadstoffemissionen. Aufgrund der relativ geringen Energiedichte und des für die Trocknung und für die Pelletpresse notwendigen Energiebedarfs sind Holzpellets jedoch aus Gründen mangelnder Effizienz nicht als Massenenergieträger optimal.
Daher wurden in der Vergangenheit Versuche unternommen, den Energieaufwand bei der Herstellung von Holzpellets durch Zusätze und Additive zu reduzieren: Die EP 1 876 218 A1 zum Beispiel beschreibt das Hinzufügen von die Reibung vermindernden Flüssigkeiten vor dem Eingeben der zerkleinerten Holzspäne in die Pelletpresse. Damit kann der Energieaufwand bei der Pelletherstellung etwas verringert werden. Der Nachteil von einer nur recht geringen Energiedichte bleibt jedoch bei diesen hauptsächlich auf Holz basierenden Pellets bestehen.
Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines kohlehaltigen Energieträgers beispielsweise in Pelletform sowie einen derartigen Energieträger aus einer Kohle-Biomasse-Mischung vorzuschlagen, bei welchen die im Stand der Technik gegebenen und zuvor beschriebenen Nachteile vermieden werden. Der erfindungsgemäße Energieträger soll bei verbessertem Kosten- Nutzen-Verhältnis insbesondere hinsichtlich des zur Produktion erforderlichen Energiebedarfs herstellbar sein und einen Energieträger mit hoher Energiedichte und möglichst geringen Schadstoffemissionen bei seiner Verbrennung bereitstellen.
Diese Aufgabe wird durch das Herstellungsverfahren für kohlehaltige Energieträger mit den Schritten nach Anspruch 1 sowie durch einen Energieträger mit den Merkmalen nach Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Herstellung eines kohlehaltigen Energieträgers, beispielsweise in Form von Pellets oder Briketts, wobei ein Kohlenstoffträger KS in annähernd gleich große Kohlepartikel zerkleinert wird und anschließend in einer Pressanlage oder Pelletiervorrichtung zu einem gepressten Brennmaterial zur Verwendung als Energieträger verarbeitet wird, wobei das Verfahren durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:

a) Zerkleinern eines Kohlenwasserstoffträgers KW in einer Zerkleinerungsvorrichtung;
b) Vermischen des Kohlenwasserstoffträgers KW aus Schritt a) mit dem zerkleinerten Kohlenstoffträger KS in einem vordefinierten Mengenverhältnis;
c) Verarbeiten der erhaltenen Mischung aus Kohlenstoffträger KS und Kohlenwasserstoffträger KW zu einem verdichteten Energieträger in vordefinierter Form.

Unter vordefinierter Form des Energieträgers können insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, sogenannte Pellets, d. h. stäbchenförmige Energieträger, oder Briketts verstanden werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine bestimmte Form des Energieträgers, wie z. B. Pellets, beschränkt, auch wenn die Realisierung des erfindungsgemäßen kohlehaltigen Energieträgers als sogenanntes Kohle-Mischungs-Pellet eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nicht wie bisher im Stand der Technik entweder ein lediglich auf Kohle basierender Energieträger oder ein im Wesentlichen nur auf Holzpartikeln basierender Energieträger realisiert. Die Erfindung verwendet erstmals zum einen einen zerkleinerten Kohlenstoffträger, wie z. B. Braunkohle oder Steinkohle, und zum anderen zerkleinerte Partikel eines Kohlenwasserstoffträgers KW, wobei die verschiedenen Partikel beider Ausgangsstoffe erfindungsgemäß vor dem Verdichten vorab miteinander vermischt werden. Als Kohlenwasserstoffträger KW im Sinne der vorliegenden Erfindung kann jedes Biomassematerial verwendet werden, vorzugsweise Holz, Torf, Stroh, Halmgut oder Humus. Der Kohlenwasserstoffträger KW und der Kohlenstoffträger KS werden vorab in vordefinierte Partikelgrößen zerkleinert. Danach werden sie in einem bestimmten und genau definierten Mengenverhältnis miteinander vermischt und in einer Pelletpresse zum Beispiel zu stäbchenförmigen Energieträgern, sogenannten Biomasse-Kohle-Pellets, gepresst. In der Presse werden die auf Biomasse basierenden Kohlenwasserstoffträgerpartikel mit den Kohlepartikeln des Kohlenstoffträgers KS nicht nur verdichtet: Durch die dabei gegebene hohe Reibung entsteht nämlich auch Wärme, so dass das beispielsweise im Holz enthaltene Lignin freigesetzt und zum Verbinden der einzelnen Partikel aktiviert wird. Das Lignin wirkt dabei als eine Art natürlicher Klebstoff zwischen den Partikeln, so dass sich eine ökologische Verbindung zu einem kompakten Energieträger, beispielsweise in Form von Holzpellets von einigen Millimetern Durchmessern und etwa 1 bis 3 cm Länge, verwirklichen lässt. Alternativ kann jedoch auch vor dem Pressen ein Bindemittel der Mischung hinzugefügt werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine kostengünstige Herstellung eines hocheffizienten Energieträgers ermöglicht, der zudem noch den steigenden Umweltanforderungen und insbesondere einer reduzierten Schadstoffemission gerecht wird. Die erfindungsgemäße gezielte Vermischung von einerseits einem Kohlenstoffträger, wie z. B. Braunkohle oder Steinkohle, mit andererseits einem Kohlenwasserstoffträger aus Biomasse, wie z. B. Holz, Stroh oder Humus, zu einem aus gemischten Materialien bestehenden Energieträger ermöglicht die Kombinierung der jeweiligen Vorteile von reinen Kohleenergieträgern und von lediglich auf Holzspänen basierenden Energieträgern: Die Schadstoffemissionen, wie Ruß, Staub, Asche, NOx und SOx, werden gegenüber bisherigen derartigen Energieträgern weiter vermindert. Neben relativ geringen Schadstoffemissionen ist der erfindungsgemäße gemischte kohlehaltige Energieträger durch relativ niedrige Brenntemperaturen bzw. Prozesstemperaturen gekennzeichnet, die durch die gezielte Mischung von Kohlenstoff und Kohlenwasserstoff ermöglicht werden. Die gemeinsame Verbrennung des Kohlenstoffs KS und des Kohlenwasserstoffs KW bei dem erfindungsgemäß vorab definierten Mengenverhältnis erzeugt nämlich in Verbindung mit dem in der Biomasse und in der Kohle immer vorhandenen Wasserdampf CO und H₂, was im Brennvorgang im Ofen besonders effizient weiterverbrannt werden kann zu CO₂ (Kohlendioxid) und H₂O (Wasser). Nicht zuletzt erfordert der erfindungsgemäße Energieträger, welcher aus einer Mischung aus Kohlenstoffträgern und Kohlenwasserstoffträgern hergestellt ist, weitaus kostengünstigere Brennöfen als bei reinen Kohleenergieträgern, da die technischen Anforderungen an die Verfeuerungsanlagen aufgrund der relativ geringen Prozesstemperaturen niedriger sind. Letztlich verbessert der dem Energieträger beigefügte Kohlenwasserstoffträgeranteil bzw. Biomasseanteil die gesamte CO₂-Bilanz im Brennvorgang, so dass mit der Erfindung auch gestiegene Umweltanforderungen eingehalten werden können. Der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte gemischte kohlenhaltige Energieträger weist nicht zuletzt gegenüber reinen Holzpellets einen deutlich höheren Brennwert auf, so dass die Menge an zu transportierendem und zu lagerndem Brennstoffmaterial reduziert ist.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die in vordefiniertem Mengenverhältnis hergestellte Mischung aus zerkleinertem Kohlenwasserstoffträger KW und zerkleinertem Kohlenstoffträger KS in einer Extrudieranlage gemeinsam verdichtet und zu Pellets P verarbeitet. Die beiden Hauptbestandteile des erfindungsgemäßen Energieträgers, nämlich einerseits der Kohlenstoffträger KS in Form von beispielsweise Braunkohle und andererseits der Kohlenwasserstoffträger KW in Form von beispielsweise zerkleinerten Halmen, werden gemeinsam ein und derselben Extrudieranlage zugeführt, so dass beide Bestandteile miteinander kontinuierlich und in gleichbleibendem Mengenverhältnis zu verdichteten Pellets gepresst werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden vor einem Verarbeiten der Mischung von Partikeln aus Kohlenwasserstoffträger KW und Partikeln aus Kohlenstoffträger KS ein oder mehrere zusätzliche Additive beigemengt, welche insbesondere eine Verringerung von Schadstoffemissionen bei der anschließenden Verbrennung des Energieträgers bewirken. Die Additive zur Verringerung von Schadstoffemissionen können nach der vorliegenden Erfindung insbesondere Calcium oder Dolomit sein. Das Dolomit CaMg [CO₃]₂ hat ebenso wie Calcium die Wirkung, dass beim Verbrennen des nach der Erfindung hergestellten Energieträgers die Schwefelemissionen reduziert werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Kohlenstoffträger Braunkohle, Steinkohle oder Torf, und als Kohlenwasserstoffträger wird ein Biomassematerial verwendet. Kohlenstoffmaterialien wie Braunkohle oder Steinkohle haben sich zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines pelletförmigen Energieträgers mit niedrigen Emissionen und hohem Wirkungsgrad als besonders vorteilhaft erwiesen. Andere kohlenstoffhaltige Materialien wie Torf oder dergleichen können jedoch ebenfalls im Rahmen der Erfindung als Kohlenstoffträger Verwendung finden, der zum Herstellen des Energieträgers in im Wesentlichen gleichförmig kleine Partikel zerteilt wird. In Kombination mit dem erfindungsgemäßen zweiten Hauptbestandteil, nämlich dem Kohlenwasserstoffträger in Form von beispielsweise einem Biomassematerial, kann durch ein gezieltes vordefiniertes Mengenverhältnis der Bestandteil von Kohlenstoff einerseits und Kohlenwasserstoffanteilen andererseits erreicht werden. Die aus einer Mischung von Biomassematerial und Kohlenstoffträgermaterialien hergestellten Energieträger, beispielsweise in Form von sogenannten Bio-Kohlepellets, sind durch relativ niedrige Brenntemperaturen und sehr geringe Schadstoffemissionen gekennzeichnet, so dass auch strengere Umweltanforderungen und -vorschriften eingehalten werden können.
Nach einer diesbezüglichen alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens wird als Kohlenstoffträger Braunkohle und als Kohlenwasserstoffträger mindestens Humus verwendet. Die im Humus enthaltene Huminsäure, z. B. in Form von Leonardid, hat besonders vorteilhafte Auswirkungen auf die erfindungsgemäßen Ziele eines möglichst schadstoffarmen Brennstoffs bzw. Energieträgers. Die gemeinsame Verbrennung der Kohlenstoffträgerpartikel und der Kohlenwasserstoffträgerpartikel bei einem definierten Mengenverhältnis erzeugt in Verbindung mit dem immer vorhandenen Wasserdampf CO und H₂ eine Mischung, die besonders effizient weiter in CO₂ und H₂O und damit relativ rückstandslos verbrannt werden kann. Der erfindungsgemäß in den Energieträger beigefügte Biomasseanteil bzw. Kohlenwasserstoffträger verbessert deutlich die CO₂-Bilanz des Brennstoffs bei der Verwendung in Brennöfen. Gegenüber dem Brennwert von reinen holzbasierten Energieträgern, wie z. B. Holzpellets, welche einen Brennwert von etwa 5 MJ/kg aufweisen können, ist der Brennwert des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Energieträgers deutlich höher, da der Heizwert von reinen Kohleenergieträgern bis zu 35 MJ/kg betragen kann. Dazwischen liegt der Brennwert bzw. Heizwert der Biomassepellets nach der Erfindung.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung beträgt das definierte Mengenverhältnis der Mischung von Kohlenwasserstoffträger KW und Kohlenstoffträger KS in Schritt b) 20 bis 40 Gew.-% Kohlenstoffträger KS und 80 bis 60 Gew.-% Kohlenwasserstoffträger KW bezogen auf die fertiggestellte Mischung. Untersuchungen der Erfinder haben ergeben, dass in diesen Mischungsbereichen eine optimale Ausgewogenheit zwischen einerseits umweltverträglichem Biomassematerial bzw. Kohlenwasserstoffträgeranteilen und andererseits den mit höheren Brennwerten gekennzeichneten Kohlenstoffträgeranteilen gegeben ist.
Nach der Erfindung wird ebenso ein Energieträger mit den Merkmalen nach Anspruch 8 vorgeschlagen, der zerkleinerte und verdichtete Kohlepartikel eines Kohlenstoffträgers umfasst und welcher insbesondere, jedoch nicht unbedingt, nach dem Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 7 hergestellt worden ist, wobei der Energieträger dadurch gekennzeichnet ist, dass er aus einer Mischung in einem vordefinierten Mengenverhältnis aus mindestens einem Kohlenstoffträger KS und mindestens einem Kohlenwasserstoffträger KW in Form von zerkleinerten und zu Pellets gepressten und untereinander verbundenen Partikeln besteht. Mit dem so nach der Erfindung realisierten Energieträger aus einer Mischung von einerseits Kohlenstoffträgern wie Braunkohle oder Steinkohle und andererseits einem Biomassematerial oder einer Mischung von Biomassematerialien wie Holzstückchen, Torf oder Stroh wird ein sehr kostengünstiger neuartiger Energieträger bereitgestellt, der nicht nur verbesserte Brenneigenschaften gegenüber reinen Biomassepellets aufweist, sondern zudem noch die bei der Verbrennung von Kohle normalerweise entstehenden Emissionen wie Ruß, Staub, Asche, NOx oder SOx verringert. Der Energieträger nach der Erfindung ist hocheffizient und gleichzeitig äußerst umweltverträglich.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Energieträger mit einem Mengenverhältnis von 20 bis 40 Gew.-% Kohlenstoffträger und 80 bis 60 Gew.-% Kohlenwasserstoffträger gebildet. Untersuchungen der Erfinder haben gezeigt, dass in diesen Bereichen eine optimale Mischung der beiden Hauptbestandteile Kohlenwasserstoffträger einerseits und Kohlenstoffträger andererseits gegeben ist, die zu guten Brennergebnissen und möglichst geringen Schadstoffemissionen führt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung enthält der Energieträger mindestens ein Additiv bzw. einen Zusatzstoff zur Verringerung von Schadstoffemissionen bei der Verbrennung. Als einen nach der Erfindung bevorzugten Zusatzstoff oder Additiv kann der Energieträger Calcium und/oder Dolomit oder Mischungen davon enthalten. Diese Stoffe sind besonders gut geeignet, Schwefelemissionen, die normalerweise bei der Verbrennung derartiger Energieträger entstehen, zu verringern.
Weitere Vorteile, Merkmale und mögliche Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand der beigefügten Ansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung offenbar werden. Ein mögliches Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnung näher im Detail beschrieben werden. In der Zeichnung zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens in einem schematischen Ablaufschema mit einer geschnittenen Seitenansicht und zugehörigen Querschnittsansicht einer Schneckenpresse als Pelletiervorrichtung; und
2 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens in Form eines schematischen Ablaufdiagramms.
Die 1 stellt schematisch den grundsätzlichen Ablauf eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Biomasse-Kohle-Pellets als neuartigen Energieträger dar. Linker Hand in der 1 werden, wie mit den Pfeilen gekennzeichnet, im Wesentlichen drei verschiedene Bestandteile einer Pelletiervorrichtung 1 zugeführt: zum einen Partikel eines Kohlenstoffträgers KS, wie z. B. Braunkohle oder Steinkohle, zum anderen zerkleinerte Partikel eines Kohlenwasserstoffträgers KW, der aus Biomassematerialien besteht. Daneben kann bei Bedarf – muss jedoch nicht – der Mischung vor dem Eingeben in den Einfülltrichter 4 der Pelletiervorrichtung 1 ein Zusatzstoff Z oder Additiv beigemengt werden. Als Additiv oder Zusatzstoff Z können beispielsweise den Pressvorgang in der Pelletiervorrichtung 1 verbessernde Flüssigkeiten hinzufügt werden. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird als Zusatzstoff Z jedoch ein Schadstoffemissionen reduzierender Stoff wie Calcium oder Dolomit CaMg [CO₃]₂ eingesetzt, welcher besonders geeignet ist, die normalerweise beim Verbrennen derartiger Energieträger auftretenden Schwefelemissionen deutlich zu verringern. Die verwendeten Materialien des Kohlenstoffträgers KS und des Kohlenwasserstoffträgers KW werden vor einem Einbringen in die Pelletiervorrichtung 1 in annähernd gleichförmig große Partikel zerkleinert, so dass die einzelnen Partikel sich beim Verpressen in der Pelletierpresse 1 automatisch miteinander verbinden. In der Pelletiervorrichtung 1 werden die Partikel der beiden Bestandteile Kohlenstoffträger KS und Kohlenwasserstoffträger KW zusammen mit dem Zusatzstoff oder den Zusatzstoffen Z beispielsweise über eine in 1 dargestellte Schneckenpresse weiter vermischt und gepresst, wobei durch die entstehende Wärme das im Biomasseanteil der Kohlenwasserstoffträger enthaltene Lignin, wie es z. B. in Holz enthalten ist, freigesetzt wird, was im hergestellten Endprodukt, den Pellets, für eine natürliche Verbindung zwischen den einzelnen Partikeln aller Bestandteile sorgt. Am Ausgang der Schneckenpresse 2 ist eine Lochmatrize 3 angebracht, welche mit einer sogenannten Lochplatte mit einem vordefinierten Lochmuster versehen ist. Durch diese Lochmatrize 3 wird die gepresste Mischung aus den Bestandteilen Kohlenwasserstoffträger KW und Kohlenstoffträger KS hindurchgepresst, und über beispielsweise rotierende Messer (nicht dargestellt in 1) werden in einer vorbestimmten Länge, beispielsweise von 1 bis 3 cm, Biomasse-Kohle-Pellets kontinuierlich abgetrennt. Es entsteht ein pelletförmiger Energieträger aus einer Biomasse-Kohle-Mischung, welcher durch relativ geringe Prozesstemperaturen bei der Verbrennung und äußerst geringe Schadstoffemissionen gekennzeichnet ist.
Die Energiebilanz dieses Brennstoffs in Form von Biomasse-Kohle-Pellets ist auch dadurch besser als bei bisher bekannten derartigen Energieträgern, da der Anteil von relativ jungem CO₂ im Biomasseanteil verringert ist. Als im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugte Mischung von Biomasse und Kohlematerial ist in Versuchen durch die Erfinder Braunkohle und Humus ermittelt worden, wobei letzterer aufgrund der Huminsäure z. B. aus Learnid, im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft ist. Dabei hat sich herausgestellt, dass die Asche dieser Mischung als hochwirksamer Pflanzendünger Verwendung finden kann.
Die Mischung von Partikeln aus Kohlenstoffträger KS und Kohlenwasserstoffträger KW ist erfindungsgemäß in einem vordefinierten Mengenverhältnis realisiert. Ein bevorzugtes Mengenverhältnis beträgt 20 bis 40 Gew.-% Kohlenstoffträger KS und 80 bis 60 Gew.-% Kohlenwasserstoffträger KW bezogen auf das Gesamtgewicht der gemischten Menge von Partikeln.
Die 2 zeigt in einem schematischen Ablaufdiagramm ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines kohlhaltigen Biomasse-Energieträgers. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein Kohlenwasserstoffträger KW, wie z. B. Holz in Form von Holzspänen aus einem Sägewerk, in einem Vorratsbehälter 5 gelagert. Die Holzspäne des Kohlenwasserstoffträgers KW werden aus dem Vorratsbehälter 5 einer Zerkleinerungsvorrichtung 7 zugeführt und anschließend zusammen mit Partikeln eines Kohlenstoffträgers KS einer Mischvorrichtung 8 zugeführt. Die Kohlenstoffträgerpartikel werden ebenfalls in einem siloartigen Vorratsbehälter 6 gelagert. Es kann sich dabei beispielsweise um Bruchkohle oder Braunkohle handeln. Um auch die Partikel des Kohlenstoffträgers auf eine in etwa gleichförmige Größe zu bringen, werden sie von dem Vorratsbehälter 6 ebenfalls einer Zerkleinerungsvorrichtung 7 zugeführt, aus welcher sie dann in die Mischvorrichtung 8 eingegeben werden. Die Mischvorrichtung 8 kann jede dem Fachmann des Gebiets bekannte Form von Partikelmischvorrichtungen aufweisen. Anders als bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel nach der 1 werden bei diesem Ausführungsbeispiel nach der 2 den Partikeln aus Kohlenstoffträger KS und Kohlenwasserstoffträger KW zwei verschiedene Zusatzstoffe Z₁ und Z₂ beigemengt. Vor der Mischvorrichtung 8 wird ein pulverförmiger Zusatzstoff Z₂ aus einem Behälter 6 in die Mischung zugegeben, wobei es sich beispielsweise um einen Schwefelemissionen reduzierenden Zusatzstoff wie Calcium oder Dolomit handeln kann. Nach der Mischvorrichtung 8 und vor der eigentlichen Pelletiervorrichtung 1 mit der Pelletpresse 2 wird bei diesem Ausführungsbeispiel ein zweiter Zusatzstoff Z₁ zugegeben. Bei dem zweiten Zusatzstoff Z₁ bzw. Additiv kann es sich beispielsweise um einen flüssigen Zusatzstoff handeln, der aus einem Flüssigkeitsbehälter 9 vor dem Pressvorgang in der Pelletiervorrichtung 1 der Mischung hinzugefügt wird. Zum Beispiel handelt es sich bei dem zweiten Zusatzstoff Z₁ um eine Flüssigkeit, welche die Reibung zwischen den Partikeln reduziert und somit den Pressvorgang begünstigt bzw. den dafür nötigen Energiebedarf reduziert. Alles zusammen wird der Pelletiervorrichtung 1 in den Trichter 4 zugegeben, und unter Druck und bei gegensinniger Rotation der Schneckenspindeln der Schneckenpresse 2 werden aus der Mischung in etwa gleich große stäbchenförmige Pellets P gebildet. Die entstehenden Pellets P sind ein hocheffizienter und dennoch umweltschonender Energieträger, der bei relativ geringen Prozesstemperaturen verbrennt und wenig Schadstoffemissionen hinterlässt. Der Grund hierfür liegt in dem bei der Verbrennung ablaufenden Prozess zwischen den Bestandteilen einerseits des Kohlenstoffträgers KS und andererseits des Kohlenwasserstoffträgers KW, beispielsweise in Form von Cellulose oder Holzspänen. Folgender chemischer Prozess läuft dabei ab: Kohle C, Cellulose (C₆H₁₀O₅)_n und Wasser H₂O werden durch Wärme in CO und H₂ umgewandelt. Anschließend verbrennt das CO und H₂ zu CO₂ und H₂O, d. h. Kohlendioxid und Wasser. Der Verbrennungsvorgang der Biomasse-Kohle-Pellets P nach der Erfindung ist damit äußerst umweltverträglich.
Selbstverständlich kann die Erfindung im Rahmen der Reichweite der angefügten Ansprüche weit variieren und ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. So können beispielsweise neben den dargestellten Verfahrensschritten noch weitere Verfahrensschritte wie eine Trocknung von Holzspänen vor deren Zerkleinerung oder vor deren Mischung mit den Kohlenstoffpartikeln erfolgen. Außerdem kann die Zerkleinerung der Partikel aus Kohlenstoffmaterial und Kohlenwasserstoffmaterial in ein und derselben Zerkleinerungsvorrichtung durchgeführt werden. Die Erfindung ist auch nicht auf die Art und Anzahl von der Mischung beigemengten Zusatzstoffen beschränkt. Die erfindungsgemäßen Energieträger in Form von Biomasse-Kohle-Pellets P können auch ohne Additive bzw. Zusatzstoffe Z realisiert werden.

1: Pelletiervorrichtung
2: Schneckenpresse
3: Lochmatrize
4: Einfülltrichter
5: Vorratsbehälter Kohlenwasserstoffträger
6: Vorratsbehälter Kohlenstoffträger
7: Zerkleinerungsvorrichtung
8: Mischvorrichtung
9: Behälter für Zusatzstoff
KS: Kohlenstoffträger
KW: Kohlenwasserstoffträger
P: Pellet
Z: Zusatzstoff

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 3603005 C2 [0002]
- EP 1876218 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines kohlehaltigen Energieträgers, insbesondere in Form von Pellets P oder Briketts, wobei ein Kohlenstoffträger KS in annähernd gleich große Kohlepartikel zerkleinert wird und anschließend in einer Pelletiervorrichtung oder Pressanlage zu einem gepressten Brennmaterial zur Verwendung als Energieträger verarbeitet wird, gekennzeichnet durch die Schritte: a) Zerkleinern eines Kohlenwasserstoffträgers KW in einer Zerkleinerungsvorrichtung; b) Vermischen des Kohlenwasserstoffträgers KW aus Schritt a) mit dem zerkleinerten Kohlenstoffträger KS in einem vordefinierten Mengenverhältnis; c) Verarbeiten der in Schritt b) erhaltenen Mischung von Kohlenstoffträger KS und Kohlenwasserstoffträger KW zu einem verdichteten Energieträger in vordefinierter Form.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) die Mischung von Partikeln aus Kohlenwasserstoffträger KW und Kohlenstoffträger KS in einer Extrudieranlage verdichtet und zu Pellets P verarbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor einem Verarbeiten der Mischung von Kohlenwasserstoffträger KW und Kohlenstoffträger KS zusätzliche Additive beigemengt werden, welche zur Verringerung von Schadstoffemissionen bei der Verbrennung geeignet sind.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Kohlenstoffträger KS Braunkohle, Steinkohle oder Torf und als Kohlenwasserstoffträger KW ein Biomassematerial verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Kohlenwasserstoffträger KW ein Biomassematerial ausgewählt aus der Gruppe von Holz, Stroh, Pflanzenstengel oder Humus und/oder einer Mischung davon verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Kohlenstoffträger KS Braunkohle und als Kohlenwasserstoffträger KW mindestens Humus verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mengenverhältnis der Mischung von Kohlenwasserstoffträger KW und Kohlenstoffträger KS in Schritt b) 20 bis 40 Gew.-% Kohlenstoffträger KS und 80 bis 60 Gew.-% Kohlenwasserstoffträger KW beträgt.
Energieträger mit zerkleinerten und verdichteten Kohlepartikeln, welcher insbesondere nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieträger aus einer Mischung in einem vordefinierten Mengenverhältnis aus mindestens einem Kohlenstoffträger KS und Kohlenwasserstoffträger KW in Form von zerkleinerten und zu Pellets P gepressten und verbundenen Partikeln besteht.
Energieträger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Mengenverhältnis von Partikeln aus Kohlenwasserstoffträger KW und Kohlenstoffträger KS 20 bis 40 Gew.-% Kohlenstoffträger KS und 80 bis 60 Gew.-% Kohlenwasserstoffträger KW beträgt.
Energieträger nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Additiv zur Verringerung von Schadstoffemissionen bei der Verbrennung enthalten ist.
Energieträger nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Additiv Calcium und/oder Dolomit zur Verringerung von Schwefelemissionen enthalten ist.