DE102010000578A1 - Reaktor zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse und Verfahren zum Betrieb des Reaktors - Google Patents

Reaktor zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse und Verfahren zum Betrieb des Reaktors

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Abstract

Es ist ein Reaktor (301) und ein Verfahren zum Betrieb des Reaktors (301) zur Herstellung von kohlenstoffhaltigen Produkten aus Biomasse (51, 52, ..., 5n) mittels hydrothermaler Karbonisierung offenbart. Der Reaktor (301) besteht aus einem Edelstahlmantel und hat einen ersten Einlass (21) im oberen Bereich (301O) des Reaktors (301) für eine erste Leitung (311) und mindestens einen Auslass (23) im unteren Bereich (301U) des Reaktors (301) für eine dritte Leitung (331) ausgebildet. Der Reaktor (301) weist einen zweiten Einlass (22) im oberen Bereich (301O) des Reaktors (301) auf. Der zweite Einlass (22) ist mit dem Auslass (23) über eine zweite Leitung (321) verbunden. In der zweiten Leitung (321) sind ein Wärmetauscher (320) und eine Pumpe (30) vorgesehen, wodurch das Fest/-Flüssiggemisch im Reaktor (301) über den Auslass (23) und den zweiten Einlass (22) umpumpbar ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Reaktor zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse.
  • Im Besonderen zeichnet sich der Reaktor dadurch aus, dass dieser aus einem Edelstahlmantel besteht. Der Reaktor ist ferner mit einem ersten Einlass im oberen Bereich des Reaktors für eine erste Leitung und mindestens einem Auslass im unteren Bereich des Reaktors für eine dritte Leitung ausgebildet. Die erste Leitung und die dritte Leitung sind derart ausgebildet, dass sie ein Fest/-Flüssiggemisch führen können.
  • Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Reaktors zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse.
  • In der Vergangenheit wurden viele Anstrengungen unternommen, die natürliche Umwandlung von Biomasse in Kohle nachzuahmen. Diese Umwandlung läuft auf einer Zeitskala von einigen Hundert bis zu einigen Hundertmillionen Jahren ab. Bei der Erzeugung von Holzkohle gibt es bereits den Prozess der hydrothermalen Karbonisierung (HTC). Die ersten Experimente hierzu wurden bereits 1913 durch Bergius ausgeführt, der die Umwandlung von Zellulose in kohleähnliches Material durch hydrothermale Umformung beschreibt. Erste systematischere Untersuchungen wurden später durch E. Behrl et al. durchgeführt (Ann. Chem. 493 (1932), pp. 97–123; Angew. Chemie 45 (1932), pp. 517–519) und durch J. P. Schuhmacher et al. (Fuel, 39 (1960), pp. 223–234). In der jüngsten Vergangenheit gewann der Prozess der hydrothermalen Karbonisierung wieder mehr an Bedeutung und Aufmerksamkeit. Hierzu sind die Veröffentlichungen von Q. Wang et al., Carbon 39 (2001), pp. 2211–2214 und die Veröffentlichung von X. San und Y. Li, Angew. Chem. Int. Ed. 43 (2004), pp. 597–601) zu erwähnen.
  • Die internationale Patentanmeldung WO 2010/006 881 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von einem Hybridmaterial aus hydrothermaler Karbonisierung von Biomasse. Hierzu wird zunächst eine Reaktionsmischung erhitzt. Die Reaktionsmischung umfasst Wasser, Biomasse und eine copolymerisierbare Substanz. Die copolymerisierbare Substanz wird bei der Herstellung der Reaktionsmischung zugeführt. Von einer Mischeinheit wird die Reaktionsmischung in einen Reaktor überführt. Die Reaktion läuft dabei bei einer Temperatur von 190°C bis 270°C ab. Von dem Reaktor wird die Biomasse über einen Wärmetauscher in einen weiteren Reaktor übergeführt, in dem die Copolymerisationsreaktion stattfindet.
  • Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2008 007 791 A1 offenbart eine Vorrichtung zur wässrigen Verkohlung von Biomasse sowie dadurch erhaltene Karbonisierungsprodukte. Biomasse kann durch das Verfahren der hydrothermalen Karbonisierung in Kohle umgewandelt werden. Nachteile bisheriger Verfahren bestehen im hohen Energieaufwand für die Prozesskühlung und den Prozessstart. Durch diese Vorrichtung soll der Wirkungsgrad erhöht, der Prozessablauf vereinfacht und die Prozesssicherheit verbessert werden. Durch Verwendung eines siedepunktgeeigneten Kühlmittels wird eine energiesparsame, automatisch dosierende, betriebssichere Ableitung der Prozesswärme infolge gerichtetem Siedekreislauf realisiert. Durch einen Neigemechanismus wird ein Rührwerk ersetzt und eine Durchmischung und gleichmäßige Wärmeverteilung im Prozessbehälter gewährleistet. Durch Speicherung der Prozesswärme des exothermen Prozesses und die Nutzung für Folgeprozesse wird eine externe Beheizung vermieden.
  • Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2008 028 953 A1 offenbart ein Verfahren zur Erzeugung von Kohle aus Pflanzen und Pflanzenresten. Hierzu wird die Rohbiomasse (Holz, Pflanzenteile, z. B. Stroh, Pflanzenreste) zerkleinert. Dabei will man eine Partikelgröße von 5 bis 50 mm erzielen. 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. Ebenso wird der Behälterdruck auf ein Niveau angehoben, das über dem Wert liegt, der dem Verdampfungsdruck bei der eingestellten Prozesstemperatur entspricht. Im Verlauf des Reaktionsprozesses tritt der Reaktionsprozess in eine exotherme Phase ein, bei der ein Teil der in Biomasse chemisch gebundenen Energie in Wärme umgewandelt wird. Nach Ablauf des Karbonisierungsprozesses (z. B. 8 bis 12 Stunden, je nach eingesetzter Biomasse und Druck, bzw. Reaktionstemperatur) wird der Behälter so weit 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. Der Reaktionsbehälter wird intermittierend betrieben.
  • Die internationale Patentanmeldung WO 2008/120662 A1 offenbart einen kontinuierlich arbeitenden Reaktor für die Behandlung von Biomasse. Die hydrothermale Reaktion läuft in einem für hohen Druck ausgelegten Reaktor ab. Dem Reaktor ist eine Versorgung von Ausgangsmaterial zugeordnet. Die kontinuierlich arbeitende hydrothermale Reaktionsvorrichtung ist eine Hochdruck-Reaktionsvorrichtung. Es ist eine Material-Versorgungseinheit vorgesehen, die einen Biomasse-Kneter und Pumpen umfasst, um somit die Aufschlämmung in einen Rohr-Reaktor zu verbringen. Der Rohr-Reaktor besteht aus korrosionsbeständigem Metall. Ferner ist eine isothermische Heizeinrichtung und eine Wasserkühlung vorgesehen. Das Material aus dem Reaktor erfolgt über elektromagnetische Ventile. Ferner umfasst der Reaktor einen Druckpuffer, wobei die Biomasse im Rohr-Reaktor ausschließlich gesteuerten hydrothermalen Hochdruck-Reaktionsbedingungen ausgesetzt wird.
  • Die deutsche Patentanmeldung DE 10 2008 058 44 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Werk- oder Brennstoffen. Die Werk- oder Brennstoffe werden aus einem Fest-/Flüssiggemisch aus Wasser und einer kohlenstoffhaltigen Komponente hergestellt. Das Fest-/Flüssiggemisch wird bei einer Temperatur von über 100°C und einem Druck von über 5 bar behandelt. Hierbei werden Ausgangsstoffe über einen Wärmetauscher kontinuierlich einem ersten Reaktor zugeführt und das Reaktionsgemisch chargenweise von einem zum folgenden Reaktor weitergeleitet und Reaktionsprodukte kontinuierlich aus dem letzten Reaktor abgeführt. Der Reaktionsraum dient zur Aufnahme eines Fest-/Flüssiggemisches, beispielsweise Biomasse. Der Reaktor weist eine Brühvorrichtung auf, mit der das Fest-/Flüssiggemisch während der Behandlung und/oder Bearbeitung gemischt werden kann.
  • Die internationale Patentanmeldung WO 2008/081407 A2 offenbart einen aus Biomasse hergestellten Werk- und/oder Brennstoff. Die Biomasse wird in mindestens einem Reaktor zur Aufnahme von Fest-/Flüssiggemischen behandelt. Nach der Behandlung der Biomasse erhält man aus der Biomasse den gewünschten Werk- und/oder Brennstoff.
  • Die europäische Patentanmeldung EP 1 970 431 A1 offenbart ebenfalls ein Verfahren und eine Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse. Hierbei werden während eines laufenden Karbonisierungsprozesses die Ausgangsprodukte durch einen Einlass in einen Druckreaktor eingebracht. Mit einer Fördereinrichtung werden die Reaktionsprodukte innerhalb des Reaktors vom Einlass zum Auslass bewegt. Am Auslass kann dann die zum großen Teil zu Endprodukten umgesetzte Biomasse entnommen werden.
  • Die internationale Patentanmeldung WO 2008/059989 A1 offenbart die hydrothermale Karbonisierung von Biomasse. Es wird vorgeschlagen, dass einem im Wesentlichen als Rohrleitung mit wenigstens einer steuerbaren Einlassöffnung und wenigstens einer steuerbaren Auslassöffnung ausgebildetem Druckbehälter über die wenigstens eine steuerbare Einlassöffnung Biomasse, Wasser und/oder wenigstens ein Katalysator zugeführt werden kann. Die Temperatur- und/oder Druckverhältnisse werden in dem Druckbehälter derart gesteuert, dass dem Druckbehälter zugeführtes Füllgut aus Biomasse, Wasser und Katalysator in der Rohrleitung transportiert wird, wobei Biomasse, Wasser und Katalysator miteinander reagieren und über die wenigstens eine steuerbare Auslassöffnung wenigstens ein Reaktionsprodukt des Füllguts entnommen wird.
  • Die internationale Patentanmeldung WO 2008/193309 offenbart ein Verfahren zur Konvertierung von Biomasse in Feststoffe höherer Energiedichte, insbesondere in Kohle, Humus oder Torf. Bei dem Verfahren werden organische Stoffe aus der Biomasse unter Bildung einer Suspension in Wasser aufgeschlemmt und ein zu konvertierender Teil der Suspension auf eine Reaktionstemperatur aufgeheizt und bei erhöhtem Druck durch hydrothermale Karbonisierung in die Feststoffe höherer Energiedichte konvertiert. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Konvertierung in einem Reaktionsvolumen durchgeführt wird, dass sich unterhalb der Erdoberfläche befindet.
  • Die europäische Patentanmeldung EP 2 130 893 A2 offenbart ein Verfahren zum Herstellen von Kohle, insbesondere von Kohleschlamm. Der Kohleschlamm wird aus feuchter Biomasse, insbesondere aus Klärschlämmen durch hydrothermale Karbonisierung, wobei die Kohlenstoffstruktur der Biomasse vorzugsweise bei mindestens 180°C bis 200°C unter Luftabschluss aufgebrochen wird. Das Verfahren läuft insbesondere im Batch-Betrieb ab, wobei vor der hydrothermalen Karbonisierung die Biomasse durch Entwässerung auf Werte über 10% Trockensubstanzanteil aufkonzentriert wird. Vor der hydrothermalen Karbonisierung wird die Biomasse auf einen ph-Wert < 4 gebracht. Die bei der hydrothermalen Karbonisierung entstehende Prozess-Abwärme wird zum anschließenden Trocknen des entstandenen Produkts verwendet. Über Dosiereinrichtung, Pumpen und Ventile werden parallel angeordnete Reaktoren beschickt. Die Reaktoren verfügen zur Verbesserung der Reaktion über ein Rührwerk. Alternativ können auch Rohrreaktoren verwendet werden, die eine gute Durchmischung des Klärschlamms sicherstellen.
  • Die Biomasse umfasst im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen nachwachsende Rohstoffe, die als heimische Energieträger langfristig verfügbar sind, sowie alle flüssigen und festen organischen Stoffe und Produkte biologischer und biochemischer Vorgänge und deren Umwandlungsprodukte, die für dieses Verfahren einen ausreichenden hohen Kohlenstoffanteil besitzen und auch sonst in ihrer Zusammensetzung und Beschaffenheit zu wirtschaftlich nutzbaren Reaktions-, Zwischen-, Neben-, und Endprodukten durch die hydrothermale Karbonisierung zu Brennstoffen verarbeitet werden können. Z. B. zählen zu den Ausgangsstoffen Kohlenhydrate, Zucker und Stärken, land- und forstwirtschaftliche Erzeugnisse, auch speziell angebaute Energiepflanzen (schnell wachsende Baumarten, Schilfgräser, Getreideganzpflanzen u. ä.), Soja, Zuckerrohr und Getreidestroh, sowie biogene Rest-, Abholzstoffe und Nebenprodukte, Pflanzen und Pflanzenreste anderer Herkunft (Straßenbegleitgrün, Landschaftspflegegut u. ä.), landwirtschaftliche Abfälle einschließlich Stroh, Zuckerrohrblätter, Abputzgetreide, unverkäufliche Partien an Kartoffeln oder Zuckerrüben, verdorbene Silagepartien, sowie sonstige Futterreste, Rasenschnittgut, Getreidestroh, Rübenblatt, Zuckerrohrblätter, kohlenstoffhaltige Rest- und Abfallstoffe, einschließlich Biomüll, heizwertreiche Fraktionen von Haus- und Gewerbeabfällen (Restmüll), Klärschlamm, verschiedene Holzarten und -klassen, einschließlich Waldholz, Bauholz, Paletten, Altmöbel, Sägemehl, Reste und Abfälle aus der Ernährungsindustrie, einschließlich Küchen- und Speiseabfälle, Abfallgemüse, Altfette, sowie Papier und Zellstoff, Textilien insbesondere aus Naturfasern und natürlichen Polymären und tierische Exkremente, einschließlich Gülle, Pferdemist und Geflügelkot.
  • Aus der DE 197 23 510 C1 ist beispielsweise eine Vorrichtung zur Behandlung biogener Restmassen bekannt, die einen zylindrischen Reaktor umfasst, in dem Lebensmittelabfälle u. ä. einer Temperatur-Druck-Hydrolyse unterzogen werden.
  • Der Reaktor ist als Schlaufenreaktor mit beheizbarer Mantelfläche ausgebildet. Mittels einer Pumpe wird innerhalb des Reaktors eine Strömung erzeugt, die eine Durchmischung der Suspension gewährleistet.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Reaktor für die Herstellung von kohlenstoffhaltigen Produkten aus Biomasse mittels hydrothermaler Karbonisierung zu schaffen, der eine hohe Produktionssicherheit und Störunanfälligkeit gewährleistet.
  • Die Aufgabe wird durch einen Reaktor gelöst, der die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
  • Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines Reaktors für die Herstellung von kohlenstoffhaltigen Produkten aus Biomasse mittels hydrothermaler Karbonisierung zu schaffen, wobei das Verfahren eine hohe Produktionssicherheit und Störunanfälligkeit bietet.
  • Die obige Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, das die Merkmale der Anspruchs 8 umfasst.
  • Der Reaktor zur Herstellung von kohlenstoffhaltigen Produkten aus Biomasse mittels hydrothermaler Karbonisierung ist aus einem Edelstahlmantel aufgebaut. Der Reaktor hat einen ersten Einlass im oberen Bereich des Reaktors für eine erste Leitung und mindestens einen Auslass im unteren Bereich des Reaktors für eine dritte Leitung ausgebildet. Der Reaktor besitzt ferner einen zweiten Einlass im oberen Bereich des Reaktors. Der zweite Einlass ist mit dem Auslass über eine zweite Leitung verbunden. Die zweite Leitung ist mit einem Wärmetauscher und einer Pumpe versehen, so dass das reagierende Fest/-Flüssiggemisch im Reaktor über den Auslass und den zweiten Einlass gesteuert umgepumpt werden kann.
  • Damit die Biomasse aus dem Reaktor gesteuert in die zweite oder dritte Leitung geführt werden kann, ist im Bereich des Auslasses ein Drei-Wege-Ventil vorgesehen. Somit ist es mit der dritten Leitung möglich für die Ableitung der Reaktionsprodukte aus dem Reaktor zu sorgen, wenn der Prozess der hydrothermalen Karbonisierung der Biomasse im Reaktor abgeschlossen ist.
  • Dem Reaktor sind ferner mehrere Sensoren zugeordnet, die eine Vielzahl an Prozessparametern, wie Druck, Temperatur, ph-Wert und/oder Füllstand im Inneren des Reaktors (301) bestimmen. Die Werte der von den Sensoren bestimmten Prozessparameter werden der Prozesssteuerung übergeben, damit über eine geeignete Regelung die Parameter während des Reaktionsprozesses im Reaktor innerhalb einer vordefinierten Schwankungsbreite liegen.
  • Der Reaktor ist ferner mit einer Regeleinrichtung versehen, über die mittels eines Zwei-Wege-Ventils ein vordefiniertes Druckniveau im Innern des Reaktors während des Prozesses der hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse eingestellt werden kann.
  • Der erfindungsgemäße Reaktor ist in eine Anlage integriert. Die Anlage zur Herstellung von kohlenstoffhaltigen Produkten aus Biomasse mittels der hydrothermalen Karbonisierung umfasst einen ersten Bereich, in dem die Bereitstellung, Verkleinerung und Mischung der verschiedenen Typen an Biomasse durchgeführt wird. Wie bereits oben in der Beschreibung zum Stand der Technik erwähnt, kann bei der hydrothermalen Karbonisierung gemäß der gegenwärtigen Erfindung mögliche Biomasse verarbeitet werden, die einen gewissen Kohlenstoffanteil enthält. In einem zweiten Bereich der Anlage erfolgt das Aufbereiten und Ansetzen der gemischten Biomasse. Im zweiten Bereich wird der Biomasse Prozesswasser und ein Katalysator zugesetzt, um den für den anschließenden Reaktionsprozess erforderlichen Anteil an der Trockensubstanz am Reaktionsgemisch einzustellen. Dem zweiten Bereich ist ein dritter Bereich nachgeschaltet, in dem die Durchführung des Reaktionsprozesses gemäß der hydrothermalen Karbonisierung erfolgt. An dem dritten Bereich schließt sich ein vierter Bereich an, der zur weiteren Verarbeitung der Reaktionsprodukte dient.
  • Der dritte Bereich besteht aus mindestens drei Reaktoren, die alle baugleich sind. Die mindestens drei Reaktoren sind über ein erstes Leitungssystem, ein zweites Leitungssystem und ein drittes Leitungssystem untereinander verbunden. Das erste Leitungssystem ist dabei über einen ersten Wärmetauscher geführt, so dass mindestens einer der mindestens drei Reaktoren gesteuert und selektiv mit Biomasse aus dem zweiten Bereich befüllt werden kann. Das zweite Leitungssystem ist ebenfalls über einen Wärmetauscher geführt. Ferner ist im zweiten Leitungssystem eine Pumpe vorgesehen, so dass im Reaktionsprozess befindliche Biomasse aus dem aktiven Reaktor der mindestens drei Reaktoren gesteuert und selektiv während des Reaktionsprozesses umgewälzt werden kann. Durch die Pumpe erzielt man somit eine gute Durchmischung der Reaktionsprodukte im aktiven Reaktor der mindestens drei Reaktoren. Ein drittes Leitungssystem ist ausgehend von den mindestens drei Reaktoren über einen Wärmetauscher geführt. Über das dritte Leitungssystem werden die Reaktionsprodukte des abgeschlossenen Reaktionsprozesses aus dem aktiven Reaktor abgezogen und über eine Entspannungsvorrichtung dem vierten Bereich zugeführt. Die Reaktionsprodukte werden erst dann aus dem aktiven Reaktor abgezogen, wenn der Reaktionsprozess in dem aktiven Reaktor zum Stillstand gekommen ist.
  • Die mindestens drei Reaktoren des dritten Bereichs sind dabei derart betreibbar, dass mindestens ein Reaktor der aktive Reaktor ist. Mindestens ein anderer Reaktor ist der Reaktor, der gerade mit der angesetzten Biomasse aus dem zweiten Bereich befüllt wird. Ein mindestens weiterer Reaktor ist der Reaktor, der gerade entleert wird. Dieser Reaktor war der vorangegangene aktive Reaktor, in dem der Reaktionsprozess zum Abschluss gekommen ist, so dass dessen Inhalt zur weiteren Aufbereitung der Reaktionsprodukte in den vierten Bereich übergeführt werden kann.
  • Zur Steuerung im dritten Bereich sind das erste Leitungssystem, das zweite Leitungssystem und das dritte Leitungssystem mit einer Vielzahl von steuerbaren Zwei-Wege-Ventilen und einer Vielzahl von steuerbaren Drei-Wege-Ventilen versehen. Die gesamte Anlage zur hydrothermalen Karbonisierung ist mit einer Programmsteuerung verbunden, so dass die spezifische Befüllung, Umwälzung und Entleerung der mindestens drei Reaktoren im dritten Bereich geregelt, bzw. gesteuert werden kann.
  • Der erste Bereich zur Bereitstellung, Zerkleinerung und Mischung mindestens eines Typs von Biomasse umfasst eine Vielzahl von Annahme- und Lagerstellung zur sortenreinen Bereitstellung der unterschiedlichen Typen an Biomasse. Im ersten Bereich sind mindestens eine Zerkleinerungseinheit und ein Mischer für die unterschiedlichen Biomassen vorgesehen. Die Zerkleinerungseinheit ist notwendig, um die Biomasse auf eine erforderliche Partikelgröße, bzw. einen Bereich der für den Prozess nutzbaren Partikelgrößen der Biomassen zu erzeugen.
  • Der zweite Bereich besitzt einen Mischbehälter, in dem die zerkleinerte und gemischte Biomasse eingefüllt wird. In den Mischbehälter wird die zerkleinerte und gemischte Biomasse ferner über eine Leitung mit Prozesswasser versetzt. Über eine dritte Leitung, welche in der zweiten Leitung für das Prozesswasser mündet, kann dem Prozesswasser ein für den Reaktionsprozess der hydrothermalen Karbonisierung erforderlicher Katalysator zugesetzt werden. Das Prozesswasser und der Katalysator werden zusammen über einen Mischer geführt. Im Mischbehälter ist ein über einen Motor betriebenes Rührwerk vorgesehen, um für eine gute Durchmischung der Biomasse mit dem Prozesswasser und dem Katalysator zu sorgen. Hinzu kommt, dass man mittels des Rührwerks eine Absetzung der Biomasse am Boden des Mischbehälters vermeidet. Durch die zugegebene Menge an Prozesswasser zu der gemischten und zerkleinerten Biomasse kann man somit den Anteil der Trockensubstanz an dem Reaktionsprozess, welcher nachgeschaltet in mindestens einem der Reaktoren abläuft, einstellen. In den Mischbehälter stellt man einen Trockensubstanzanteil von 20% bis 60% ein. Wie groß der Anteil der Trockensubstanz ist, richtet sich im Wesentlichen nach dem in der zerkleinerten und gemischten Biomasse vorhandenen Anteil an den verschiedenen Typen und den somit sich ergebenden Reaktionsprozessen in den nachgeschalteten Reaktoren.
  • Vom zweiten Bereich gelangt die mit Prozesswasser und Katalysator versetzte Biomasse über eine dritte Leitung in den dritten Bereich, in dem der Reaktionsprozess durchgeführt wird. In der Leitung ist eine Pumpe vorgesehen, um somit die Befüllrate des mindestens einen Reaktors im dritten Bereich einstellen zu können. Im vierten Bereich ist zur weiteren Verarbeitung der Reaktionsprodukte ein Auffangbehälter zur Aufnahme der Reaktionsprodukte aus dem mindestens einen Reaktor vorgesehen, aus dem die Reaktionsprodukte entnommen werden. Die Reaktionsprodukte werden erst dann aus dem anfänglich aktiven Reaktor entnommen, nach dem in diesem Reaktor der Reaktionsprozess abgeschlossen ist. Der Auffangbehälter besitzt ebenfalls ein über einen Motor betriebenes Rührwerk. Über eine mit einer Pumpe versehene Leitung werden die Reaktionsprodukte einer Entwässerungseinrichtung und einem nachgeschalteten Trockner zugeführt.
  • Aus der Entwässerungseinrichtung führt eine Leitung zu einem Auffangbehälter für das in der Entwässerungseinrichtung gewonnene Prozesswasser. Das Prozesswasser wird über eine mit einer Pumpe versehenen Leitung in den zweiten Bereich zurückgeführt. Somit kann das Prozesswasser wiederum in den Reaktionskreislauf eingeführt werden. Das Prozesswasser wird somit der gemischten und zerkleinerten Biomasse in den im zweiten Bereich vorgesehenen Mischbehälter zugeführt. Das Reaktionsprodukt wird nach dem Trocknungsprozess aus dem Trockner entnommen und einem Sammelbehälter zugeführt. Von dem Sammelbehälter aus kann eine Verpackung, bzw. ein Abtransport organisiert werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann ein fünfter Bereich vorgesehen sein. Dem fünften Bereich kann zumindest ein Teil der Reaktionsprodukte aus dem mindestens einen aktiven Reaktor direkt zugeführt werden. Die Reaktionsprodukte werden, wie bereits oben erwähnt, nur dann dem mindestens einen aktiven Reaktor entnommen, wenn in diesem der Reaktionsprozess vollkommen abgeschlossen worden ist. Diese Reaktionsprodukte, welche dem fünften Bereich zugeführt werden, haben einen Trockensubstanzanteil von ca. 10%. In dem fünften Bereich wird den Reaktionsprodukten Kohlendioxyd zugesetzt. Das Kohlendioxyd stammt z. B. aus der Kohleverbrennung eines fossilen Kraftwerks. Jeder Verbrennungsprozess, bei dem Kohlendioxyd entsteht, kann als Kohlendioxydquelle verwendet werden. Kohlendioxyd kann somit dem fünften Bereich der Anlage zugeführt werden und ist somit in die Herstellung von Synthesegas eingebunden.
  • Die Anlage ist im ersten Bereich, im zweiten Bereich, im dritten Bereich, im vierten Bereich und im fünften Bereich eine Vielzahl von steuerbaren Zwei-Wege-Ventilen und Drei-Wege-Ventilen, wodurch ein Materialfluss innerhalb der Anlage über eine zentrale Programmsteuerung geregelt, bzw. eingestellt werden kann.
  • Die Anlage kann zur Herstellung von Kohle und/oder Synthesegas als Reaktionsprodukt verwendet werden. Dabei ist es durch geeignete Programmsteuerung möglich, das Reaktionsprodukt derart auf die Bedürfnisse eines Abnehmers einzustellen, dass der Brennstoff bei der Verbrennung eine optimale Leistung darstellt. Die Einstellung und zusätzlichen Elemente aus der Kohle, welche im Brennstoff enthalten sind, lässt sich durch geeignete Auswahl der Ausgangsprodukte der verschiedenen Biomassetypen am Reaktionsprozess einstellen.
  • Das Verfahren zum Betrieb eines Reaktors zur Herstellung von kohlenstoffhaltigen Produkten aus Biomasse mittels hydrothermaler Karbonisierung, umfasst mindestens einen Reaktor, der einen ersten Einlass im oberen Bereich des Reaktors für eine erste Leitung und mindestens einen Auslass im unteren Bereich des Reaktors für eine dritte Leitung umfasst. Über die erste Leitung und die dritte Leitung kann ein Fest/-Flüssiggemisch der Biomasse geführt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die im Reaktor reagierende Biomasse während des Reaktionsprozesses mittels einer zweiten Leitung vom Auslass zum zweiten Einlass im oberen Bereich des Reaktors umgewälzt. Der im Reaktor ablaufende Reaktionsprozess wird mittels mehrerer Sensoren überwacht und Werte der verschiedenen Prozessparameter werden bestimmt. Die verschiedenen Werte der Prozessparameter werden an eine Programmsteuerung übertragen, die die Prozessparameter des Reaktionsprozesses im Reaktor im Bereich einer vordefinierten Schwankungsbreite hält.
  • Die im Reaktor reagierende Biomasse wird mittels der zweiten Leitung durch eine Pumpe über einen Wärmetauscher geführt. Mittels des Wärmetauschers wird der exotherm reagierenden Biomasse im Reaktor Energie entzogen, damit eine im Reaktor vorherrschende Reaktionstemperatur innerhalb eines vordefinierten Schwankungsbereichs gehalten wird.
  • Die dem Reaktor (der Reaktionsprozess ist in dem Reaktor abgeschlossen, so dass dieser entleert werden kann) des dritten Bereichs entnommenen Reaktionsprodukte besitzen einen Anteil von Trockensubstanz von ca. 10%. Bei der nachgeschalteten Entwässerung im vierten Bereich wird ein Trockensubstanzanteil von ca. 50% eingestellt. Bei der weiteren Trocknung der Reaktionsprodukte wird letztendlich ein Trockensubstanzanteil von ca. 90% erzielt.
  • Um einen gut ablaufenden Reaktionsprozess in dem mindestens einen Reaktor des dritten Bereichs zu erzielen, wird die Biomasse ständig über einen Wärmetauscher umgepumpt. Nach Abschluss des Reaktionsprozesses in dem mindestens einen aktiven Reaktor wird die Biomasse aus dem Reaktor entleert und dabei über einen dritten Wärmetauscher und eine Entspannungsvorrichtung dem vierten Bereich zugeführt.
  • Wie bereits oben erwähnt, kann in der Anlage ebenfalls ein fünfter Bereich vorgesehen sein, in dem zumindest ein Teil der Reaktionsprodukte aus dem aktiven Reaktor nach Abschluss des Reaktionsprozesses zugeführt werden kann. Ebenso ist es möglich, dass sämtliche aus dem aktiven Reaktor abgezogenen Reaktionsprodukte dem fünften Bereich zugeführt werden. In dem fünften Bereich wird Synthesegas erzeugt. Über eine Programmsteuerung wird der Materialfluss innerhalb der Anlage zur Durchführung des Verfahrens gesteuert.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein Brennstoff hergestellt werden, der kohlenstoffhaltig ist. Der Brennstoff kann zum einen Kohle sein. Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann der Brennstoff Synthesegas sein.
  • Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anlage zur Durchführung der hydrothermalen Karbonisierung.
  • 2 zeigt eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Reaktors, wie er bei der hydrothermalen Karbonisierung der Biomasse Verwendung findet.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung des ersten Bereichs der Anlage zur hydrothermalen Karbonisierung, in dem die für den Reaktionsprozess notwendigen unterschiedlichen Biomassen zerkleinert und gemischt werden können.
  • 4 zeigt eine schematische Darstellung des zweiten Bereichs der Anlage zur hydrothermalen Karbonisierung, bei der die zerkleinerten und gemischten Biomassen mit Prozesswasser und Katalysator versetzt werden, bevor diese dem Reaktionsprozess zugeführt werden.
  • 5 zeigt eine schematische Darstellung des dritten Bereichs, bei der mindestens drei Reaktoren vorgesehen sind, die über verschiedene Leitungen miteinander verbunden sind.
  • 6 zeigt eine schematische Darstellung der Elemente des vierten Bereichs der Anlage zur hydrothermalen Karbonisierung, in der letztendlich die Reaktionsprodukte für den weiteren Verbrauch bearbeitet werden.
  • Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur oder für die Einordung der Figur in den Kontext anderer Figuren erforderlich sind.
  • 1 zeigt den schematischen Aufbau der Anlage 1 zur hydrothermalen Karbonisierung. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist die Anlage 1 zur hydrothermalen Karbonisierung aus einem ersten Bereich 100, einem zweiten Bereich 200, einem dritten Bereich 300 und einem vierten Bereich 400 ausgebildet. Der erste Bereich 100, der zweite Bereich 200, der dritte Bereich 300 und der vierte Bereich 400 sind mittels einer gemeinsamen Programmsteuerung 10 verbunden. Im ersten Bereich 100 erfolgt das Zusammenstellen und Mischen der verschiedenen Biomassen. Vom ersten Bereich 100 gelangen die so gemischten und zerkleinerten Biomassen in den zweiten Bereich 200, in dem ein Aufbereiten und Ansetzen der gemischten Biomassen durchgeführt wird. Den zerkleinerten und gemischten Biomassen wird Prozesswasser PW zugesetzt. Von dem zweiten Bereich 200 gelangen so die mit Prozesswasser PW versetzten Biomassen in den Reaktorbereich, welcher als dritter Bereich bezeichnet wird. Im dritten Bereich läuft der Reaktionsprozess der hydrothermalen Karbonisierung ab. Nachdem der Reaktionsprozess abgeschlossen ist, wird das fertige Reaktionsprodukt dem vierten Bereich zugeführt, in dem eine Verarbeitung der Reaktionsprodukte des Prozesses der hydrothermalen Karbonisierung durchgeführt wird. In dem vierten Bereich wird Prozesswasser PW gewonnen, welches letztendlich wieder in den zweiten Bereich zur erneuten Verwendung zurückgeführt wird.
  • 2 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung des aktiven Reaktors 301A in Verbindung mit der zweiten Leitung 321, die als Ringleitung ausgebildet bzw. zu einer Ringleitung schaltbar ist. Die Ringleitung erhält man durch geeignete Steuerung von Zwei-Wege-Ventilen 32 und/oder Drei-Wege-Ventilen 33 der Anlage 1 zur hydrothermalen Karbonisierung. Die zweite Leitung 321 (bzw. die gesteuert gebildete Ringleitung) umfasst den zweiten Wärmetauscher 320. Während des im aktiven Reaktor 301 ablaufenden Reaktionsprozesses wird die gerade reagierende Biomasse mittels einer Pumpe 30 und der zweite Leitung 321 ständig über den zweiten Wärmetauscher 320 umgepumpt. Somit erreicht man eine ständige Umwälzung der im aktiven Reaktor 301 reagierenden Biomasse. Um im aktiven Reaktor 301 den Reaktionsprozess in Gang zu setzen, wird die eingefüllte Biomasse auf eine bestimmte Temperatur und einen bestimmten Druck gebracht. Während des Umpumpens der gerade reagierenden Biomasse über die zweite Leitung 321 wird im Wesentlichen die Temperatur und der im aktiven Reaktor 301A herrschende Druck innerhalb eines vordefinierten Schwankungsbereichs aufrechterhalten. Durch das Umpumpen der gerade reagierenden Biomasse erspart man sich mechanische Bauteile, die mit einer Durchführung in den Reaktor 301 bzw. den anderen baugleichen Reaktoren 301 eingebracht werden müssen. Durch das Umpumpen der reagierenden Biomasse im aktiven Reaktor 301 ist somit eine mögliche Leckage über die Durchführung in den aktiven Reaktor 301 vermieden. Dadurch ergibt sich eine wesentlich höhere Produktionssicherheit und Störunanfälligkeit mit der erfindungsgemäßen Anlage.
  • In einer Anlage 1 zur Verkohlung von Biomasse sind mindestens drei baugleiche Reaktoren 301 vorgesehen. Jeder Reaktor 301 zur Herstellung von kohlenstoffhaltigen Produkten aus Biomasse 51, 52, ..., 5n mittels hydrothermaler Karbonisierung hat einen Edelstahlmantel. Der Reaktor 301 hat einen ersten Einlass 21 im oberen Bereich 301O des Reaktors 301 für eine erste Leitung 311. Ferner hat der Reaktor 301 mindestens einen Auslass 23 im unteren Bereich 301U für eine dritte Leitung 331 ausgebildet, wobei die erste Leitung 311 und die dritte Leitung 331 ein Fest/-Flüssiggemisch führen. Der Reaktor 301 besitzt einen zweiten Einlass 22 im oberen Bereich 301O des Reaktors 301 und der zweite Einlass 22 ist mit dem Auslass 23 über eine zweite Leitung 321 verbunden bzw. innerhalb der Anlage 1 derart verschaltbar, dass die zweite Leitung 321 gesteuert die im Innern der jeweiligen Reaktors 301 reagierende Biomasse vom Auslass 23 zum zweiten Einlass 22 führt. Die zweite Leitung 321 ist mit einem Wärmetauscher 320 und einer Pumpe 30 versehen, wodurch das Fest/-Flüssiggemisch im Reaktor 301 über den Auslass 23 und den zweiten Einlass 22 umgewälzt werden kann. Somit erreicht man eine ständige Bewegung und Durchmischung der Biomasse im Reaktor 301, in dem der Reaktionsprozess abläuft.
  • Dem Reaktor 301 sind mehrere Sensoren 25 zugeordnet sind, die eine Vielzahl an Prozessparametern während des Reaktionsprozesses im Reaktor 301 ermitteln. Die Prozessparameter können Druck, Temperatur, ph-Wert und/oder Füllstand im Innern des Reaktors 301 etc. sein. Die gemessenen Werte der Parameter werden der Programmsteuerung 10 der Anlage 1 zugeführt, die mittels steuerbarer Zwei-Wege-Ventile 32 oder Drei-Wege-Ventile 33 ein vordefiniertes Druckniveau im Innern des Reaktors (301) oder dem Materialfluss während des Prozess der hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse 51, 52, ..., 5n einstellt.
  • Bei der in 5 gezeigten Ausführungsform der Anlage 1 sind vier baugleiche Reaktoren 301 dargestellt. Diese Reaktoren 301 können je nach Ablauf des Produktionsprozesses unterschiedliche Funktionen annehmen. So kann mindestens ein Reaktor 301 der aktive Reaktor 301A sein. Ist der Reaktionsprozess abgeschlossen, wird der vorher mindestens eine aktive Reaktor 301A der entleerbare Reaktor 301L. Ist der mindestens eine entleerbare Reaktor 301L vollständig entleert, wird der Reaktor 301 zum befüllbaren Reaktor 301F. Die Anzahl der Reaktoren 30, die aktive Reaktoren 301A oder entleerbare Reaktoren 301L oder befüllbare Reaktoren 301F sind, richtet sich nach den Prozessbedingungen, um einen kontinuierlichen Ausstoß an Reaktionsprodukten aus der Anlage 1 zu gewährleisten.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung des ersten Bereichs 100 der Anlage 1 zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomassen. Der erste Bereich umfasst eine Vielzahl von Annahme- und Lagerstellen 121, 122, ..., 12n für die unterschiedlichen Typen von Biomasse 51, 52, ..., 5n. Die in 4 dargestellte Ausführungsform des Bereichs 100 stellt lediglich eine mögliche Form der Ausgestaltung dar und soll nicht als eine Beschränkung aufgefasst werden. Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass je nach Kundenanforderung der erste Bereich 100 gestaltet werden kann. Die Anzahl der Annahme- und Lagerstellen 121, 122, ..., 12n, richtet sich nach den unterschiedlichen Typen von Biomasse, die in der Anlage 1 verarbeitet werden sollen. Ebenso sind die Anzahl der Zerkleinerungseinheiten 13 vom Typ der Biomasse abhängig, die mit der Anlage 1 verarbeitet werden soll. Nach der entsprechenden Zerkleinerung der Biomassen werden diese einem Mischer 14 zugeführt, in dem die gemischte Biomasse 5N für den weiteren Reaktionsprozess zur Verfügung gestellt wird.
  • Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform des ersten Bereichs 100 ist eine erste Zerkleinerungseinheit 131 und eine zweite Zerkleinerungseinheit 132 vorgesehen. Die erste Zerkleinerungseinheit 131 ist als Brecher ausgebildet. Die zweite Zerkleinerungseinheit 132 ist als Hammermühle ausgebildet. Der ersten Zerkleinerungseinheit 131 werden folglich große Stücke an Biomasse zugeführt, welche noch einer starken Zerkleinerung bedürfen, bevor diese dem Mischer zugeführt werden. Die zweite Zerkleinerungseinheit 132 ist als Hammermühle ausgebildet und kann somit bereits zerkleinerte Teile von Biomasse, wie z. B. Strohabfälle, Grasschnitt, Rindenabfälle, Holzschnitzel, etc. weiter zerkleinern und diese direkt dem Mischer 14 zuführen. Ebenso ist in der Ausführungsform der 3 eine Annahme- und Lagerstelle 123 für bereits flüssige Biomasse vorhanden. Diese flüssige Biomasse kann z. B. Klärschlamm sein. Die mit der ersten Zerkleinerungseinheit 131 zerkleinerte Biomasse wird somit einer Zuführleitung der flüssigen Biomasse aus der Annahme- und Lagerstelle 123 zugeführt. Somit wird die aus der ersten Zerkleinerungseinheit 131 kommende Biomasse bereits mit einer flüssigen Biomasse versetzt, bevor diese in den Mischer 14 gelangt. Von dem Mischer 14 gelangt die Biomasse über eine Leitung 111 in den zweiten Bereich 200. Der zweite Bereich 200 der Anlage 1 umfasst einen Mischbehälter 21. Im Mischbehälter 21 ist ein über einen Motor 221 angetriebener Rührer 220 vorgesehen. In den Mischbehälter 21 gelangt über die Leitung 111 die gemischte Biomasse 5N. Parallel dazu wird dem Mischbehälter 21 über eine Leitung 211 Prozesswasser PW zugeführt. In der Leitung 211 für das Prozesswasser PW ist ein Mischer 214 eingefügt. Bevor das Prozesswasser PW über die Leitung 211 in den Mischer gelangt, mündet in die Leitung 211 eine Leitung 212, die in das Prozesswasser einen Katalysator aus einem Tank 213 zuführt. Der Katalysator kann z. B. Ameisensäure, Zitronensäure oder Schwefelsäure sein. Nachdem im Mischbehälter 21 die gemischte Biomasse 5N und das Prozesswasser PW ausreichend vermischt sind, wird die so erzielte Mischung, welche einen Trockensubstanzanteil von 20% bis 60% aufweist, über eine Leitung 222, welche mit einer Pumpe 30 versehen ist, dem dritten Bereich 300 zugeführt.
  • In den in 4 gezeigten Leitungen ist eine Vielzahl von Zwei-Wege-Ventilen 32 vorgesehen. Diese Zwei-Wege-Ventile 32 sind mit der Programmsteuerung 10 verbunden. Somit ist es möglich, durch gezielte Steuerung der Zwei-Wege-Ventile den Materialfluss gezielt zu steuern und somit z. B. den Trockensubstanzanteil im Mischbehälter 21 gezielt einzustellen. Die Größe des Trockensubstanzanteils richtet sich im Wesentlichen nach den nachgeschalteten Prozessbedingungen im dritten Bereich.
  • Der Aufbau des dritten Bereichs 300 ist in 5 schematisch dargestellt. Der dritte Bereich 300 umfasst mindestens drei Reaktoren 301. Jeder der Reaktoren ist mit einer Überdruckleitung 302 versehen, die in einem steuerbaren Zwei-Wege-Ventil 32 endet. Über dieses steuerbare Zwei-Wege-Ventil 32 kann somit der Druck im Inneren des Reaktors auf ein vordefiniertes Niveau eingestellt werden. Ebenso ist es möglich, den Druck abzulassen, falls im Innern des mindestens einen Reaktors 301 der Druck über ein vordefiniertes Niveau ansteigt.
  • Im dritten Bereich 300 der Anlage 1 müssen mindestens drei Reaktoren 301 vorhanden sein, damit eine kontinuierliche Produktion der Reaktionsprodukte des Prozesses der hydrothermalen Karbonisierung gewährleistet ist. Mindestens ein Reaktor 301 der Reaktoren ist dabei ein aktiver Reaktor 301A. Die Bezeichnung „aktiver Reaktor” bedeutet, dass in diesem Reaktor 301, der Prozess der hydrothermalen Karbonisierung abläuft und noch nicht abgeschlossen ist.
  • Bei mindestens einem anderen Reaktor 301 der mindestens drei Reaktoren wird Biomasse über eine Leitung 311 in den Reaktor 301 eingefüllt. Dieser Reaktor 301 wird als füllbarer Reaktor 301F bezeichnet. Bei der in 6 gezeigten schematischen Darstellung des dritten Bereichs 300 der Anlage 1 sind zwei füllbare Reaktoren 301F vorgesehen. Die füllbaren Reaktoren 301F werden über die Leitung 311 mit der mit Prozesswasser und Katalysator versetzten Biomasse befüllt. In der Leitung 311 ist ein erster Wärmetauscher 310 eingebracht. Ferner verbindet die Leitung 311 alle Reaktoren 301 des dritten Bereichs 300. Über ein steuerbares Drei-Wege-Ventil 33 kann somit die Leitung 311 in Richtung des mindestens einen füllbaren Reaktors 300F freigeschaltet werden, damit der Reaktor 301F mit Biomasse, Prozesswasser und Katalysator befüllt werden kann.
  • Ferner ist ein zweites Leitungssystem 321 vorgesehen, dass ebenfalls jeden Reaktor 301 des dritten Bereichs 300 miteinander verbindet. Die zweite Leitung 321 ist als Ringleitung ausgebildet und ist ebenfalls über einen zweiten Wärmetauscher 320 geführt. Ferner ist in der Leitung 321 eine Pumpe 30 vorgesehen, mit der die Biomasse aus dem mindestens einen aktiven Reaktor 301A ständig über den zweiten Wärmetauscher 320 umgepumpt wird. Durch dieses Umpumpen erreicht man eine ständige Durchmischung der Biomasse im aktiven Reaktor 301A. In der als Ringleitung ausgebildeten zweiten Leitung 321 sind mehrere Drei-Wege-Ventile 33 und Zwei-Wege-Ventile 32 vorgesehen, um somit den Materialfluss der gerade im aktiven Reaktor 301A reagierenden Biomasse über die Ringleitung 321 und dem Wärmetauscher umzupumpen. Die Zwei-Wege-Ventile 32 und die Drei-Wege-Ventile 33 werden derart gesteuert, dass die zweite Leitung 321 mit dem mindestens einen aktiven Reaktor 301A einen offenen Ring bildet, so dass das Umpumpen der Biomasse während des Reaktionsprozesses im aktiven Reaktor 301A möglich ist.
  • Mindestens ein weiterer Reaktor 301 der Reaktoren im dritten Bereich 300 ist ein gerade leerbarer Reaktor 301L. Dieser gerade leerbare Reaktor 301L war zuvor der aktive Reaktor 301A. nachdem der Reaktionsprozess im aktiven Reaktor 301A abgeschlossen ist, können die Reaktionsprodukte aus dem Reaktor entnommen werden. Der aktive Reaktor 301A wird dann zum leerbaren Reaktor 301L. Jeder der Reaktoren 301 ist mit einer dritten Leitung 321 verbunden, die über einen dritten Wärmetauscher 320 geführt ist. In der dritten Leitung 331 sind ebenfalls eine Vielzahl von Zwei-Wege-Ventilen 32 und Drei-Wege-Ventilen 33 vorgesehen, um somit gesteuert den leerbaren Reaktor 301L mit der dritten Leitung 331 zu verbinden. Das aus dem leerbaren Reaktor 301L abgezogene Reaktionsprodukt wird mittels der dritten Leitung 331 über eine Entspannungseinrichtung 340 geführt, so dass die Reaktionsprodukte im Wesentlichen auf ein Umgebungsdruckniveau gebracht werden. Von der Entspannungseinrichtung 340 gelangen die Reaktionsprodukte in den vierten Bereich 400 und/oder in den fünften Bereich 500, in dem, wie bereits erwähnt, Synthesegas hergestellt werden kann.
  • Für die weitere Beschreibung der Erfindung wird auf den fünften Bereich 500 verzichtet, in dem Synthesegas aus den Reaktionsprodukten in Verbindung mit Kohlendioxyd hergestellt werden kann. Bei der Beschreibung der gegenwärtigen Erfindung gelangt nun, wie in 6 gezeigt, das Reaktionsprodukt über die Leitung 331 in den vierten Bereich und wird dort in einen Auffangbehälter 41 verbracht. Im Auffangbehälter 41 ist ein Rührwerk 420, das mit einem Motor 421 angetrieben wird, angeordnet. Über eine Leitung 411, in der eine Pumpe und mindestens ein steuerbares Zwei-Wege-Ventil 32 vorgesehen sind, wird das Reaktionsprodukt in eine Entwässerungseinrichtung verbracht. Die über die Leitung 331 zugeführten Reaktionsprodukte haben einen Trockensubstanzanteil von ca. 10%. In der Entwässerungseinrichtung 430 wird der Trockensubstanzanteil auf ca. 50% erhöht. Das aus den Reaktionsprodukten gewonnene Prozesswasser PW gelangt in einen Auffangbehälter 436. Sollte das Niveau im Auffangbehälter 436 zu hoch werden, wird das überschüssige Prozesswasser PW über einen Überlauf 437 an die Umgebung abgegeben. Über die Leitung 311, welche mit einer Pumpe 30 und einem Zwei-Wege-Ventil 32 versehen ist, wird das Prozesswasser PW in den zweiten Bereich 200 der Anlage 1 zurückgeführt. Von der Entwässerungseinrichtung 430 gelangt das Reaktionsprodukt in einen Trockner 432. Der Trockner wird über einen Motor 433 angetrieben. Im Trockner 432 wird der Trockensubstanzanteil der Reaktionsprodukte auf ca. 90% erhöht. Von dem Trockner 432 gelangt das getrocknete Reaktionsprodukt in einen Sammelbehälter 434. Vom Sammelbehälter 434 aus kann letztendlich die Verteilung zu den Verbrauchern der mit der Anlage 1 hergestellten Reaktionsprodukte erfolgen.
  • Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben. Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass Änderungen und Abwandlungen gemacht werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (10)

  1. Reaktor (301) zur Herstellung von kohlenstoffhaltigen Produkten aus Biomasse (51, 52, ..., 5n) mittels hydrothermaler Karbonisierung, wobei der Reaktor (301) aus einem Edelstahlmantel besteht und einen ersten Einlass (21) im oberen Bereich (301O) des Reaktors (301) für eine erste Leitung (311) und mindestens einen Auslass (23) im unteren Bereich (301U) des Reaktors (301) für eine dritte Leitung (331) ausgebildet hat, wobei die erste Leitung (311) und die dritte Leitung (331) ein Fest/-Flüssiggemisch führen, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (301) einen zweiten Einlass (22) im oberen Bereich (301O) des Reaktors (301) aufweist und der zweite Einlass (22) mit dem Auslass (23) über eine zweite Leitung (321) verbunden ist und dass die zweite Leitung (321) mit einem Wärmetauscher (320) und einer Pumpe (30) versehen ist, wodurch das Fest/-Flüssiggemisch im Reaktor (301) über den Auslass (23) und den zweiten Einlass (22) umpumpbar ist.
  2. Reaktor (301) nach Anspruch 1, wobei dem Auslass (23) ein Drei-Wege-Ventil (33) zugeordnet ist, das mit der zweiten Leitung (321) und der dritten Leitung (331) für die Ableitung der Reaktionsprodukte aus dem Reaktor (301) verwendbar ist, wenn der Prozess der hydrothermalen Karbonisierung der Biomasse im Reaktor (301) abgeschlossen ist.
  3. Reaktor (301) nach Anspruch 1, wobei dem Reaktor (301) mehrere Sensoren (25) zugeordnet sind, die eine Vielzahl an Prozessparametern, wie Druck, Temperatur, ph-Wert und/oder Füllstand im Innern des Reaktors (301) bestimmen.
  4. Reaktor (301) nach den Ansprüchen 1 bis 3, wobei eine Regeleinrichtung (27) vorgesehen ist, über die mittels eines Zwei-Wege-Ventils (32) ein vordefiniertes Druckniveau im Innern des Reaktors (301) während des Prozesses der hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse (51, 52, ..., 5n) einstellbar ist.
  5. Reaktor (301) nach den Ansprüchen 1 bis 4 wobei für den Prozess der hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse (51, 52, ..., 5n) mindestens drei im Wesentlichen baugleiche Reaktoren (301) vorgesehen sind, so dass jeder der Reaktoren für jede beim Prozess der hydrothermalen Karbonisierung notwendige Funktion geeignet ist.
  6. Reaktor (301) nach Anspruch 5, wobei ein erstes Leitungssystem (311) über einen ersten gemeinsamen Wärmetauscher (310) geführt ist, so dass mindestens einer der mindestens drei Reaktoren (301) gesteuert und selektiv mit gemischter Biomasse (5M) aus einem zweiten Bereich (200) über den ersten Einlass (21) befüllbar ist, dass das zweite Leitungssystem (321), in das die Pumpe (30) eingesetzt ist, über den zweiten gemeinsamen Wärmetauscher (320) geführt ist, so dass die Biomasse aus einem im Reaktionsprozess befindlichen mindestens einen Reaktor (301) der mindestens drei Reaktoren (301) gesteuert und selektiv vom Auslass (23) zum zweiten Einlass (22) umwälzbar ist, dass ein drittes Leitungssystem (331) ausgehend von den mindestens drei Reaktoren (301) über mindestens einen dritten Wärmetauscher (330) geführt ist, so dass der mindestens eine Reaktor (301), in dem der Reaktionsprozess abgeschlossen ist über den Auslass, entleerbar ist.
  7. Reaktor (301) nach den Ansprüchen 1 bis 6, wobei das erste Leitungssystem (311), das zweite Leitungssystem (321) und das dritte Leitungssystem (331) mit einer Vielzahl von steuerbaren Zwei-Wege-Ventilen (32) und einer Vielzahl von steuerbaren Drei-Wege-Ventilen (33) versehen sind, die mit einer Programmsteuerung (10) der Anlage (1) verbunden sind, so dass die spezifische Befüllung, Umwälzung und Entleerung der mindestens drei Reaktoren (301) regelbar und steuerbar ist.
  8. Verfahren zum Betrieb eines Reaktors (301) zur Herstellung von kohlenstoffhaltigen Produkten aus Biomasse (51, 52, ..., 5n) mittels hydrothermaler Karbonisierung, wobei der Reaktor (301) einen ersten Einlass (21) im oberen Bereich (301O) des Reaktors (301) für eine erste Leitung (311) und mindestens einen Auslass (23) im unteren Bereich (301U) des Reaktors (301) für eine dritte Leitung (331) ausgebildet hat, wobei die erste Leitung (311) und die dritte Leitung (331) ein Fest/-Flüssiggemisch der Biomasse (51, 52, ..., 5n) führen, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: • dass die im Reaktor (301) reagierende Biomasse während des Reaktionsprozesses mittels einer zweiten Leitung (321) vom Auslass (23) zum zweiten Einlass (22) im oberen Bereich (301O) des Reaktors (301) umgewälzt wird; • dass der im Reaktor (301) ablaufende Reaktionsprozess mittels mehrerer Sensoren (25) überwacht wird und Werte der verschiedenen Prozessparameter bestimmt werden; und • dass die verschiedenen Werte der Prozessparameter an eine Programmsteuerung (10) übertragen werden, die die Prozessparameter des Reaktionsprozesses im Reaktor (301) im Bereich einer vordefinierten Schwankungsbreite hält.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die im Reaktor (301) reagierende Biomasse mittels der zweiten Leitung (321) durch eine Pumpe (30) über einen Wärmetauscher (320) geführt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei über den Wärmetauscher der exotherm reagierenden Biomasse im Reaktor (301) Energie entzogen wird, damit eine im Reaktor (301) vorherrschende Reaktionstemperatur innerhalb eines vordefinierten Schwankungsbereichs gehalten wird.
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