DE102010000580A1 - A system and method for providing a mixture of different biomass to a plant for recovering a reaction product from the different biomass - Google Patents
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Abstract
Es ist ein System (100) und eine Verfahren zur Bereitstellung einer Mischung aus unterschiedlichen Typen von Biomasse (51, 52, ..., 5n) für eine Anlage (1) zur hydrothermalen Karbonisierung offenbart. Mit einer Vielzahl von Annahme- und Lagerstellen (121, 122, ..., 12n) für die unterschiedlichen Typen von Biomasse (51, 52, ..., 5n) ist mindestens eine Zerkleinerungseinheit (13) und mindestens ein Mischer (14) zum Erstellen einer homogenen Mischung aus mindestens zwei der unterschiedlichen Typen von Biomasse (51, 52, ..., 5n) vorgesehen. Jeder Annahme und Lagerstelle (121, 122, ..., 12n) ist eine Analyseeinheit (151, 152, ..., 15n) zugeordnet, mittels der ein Gehalt in den unterschiedlichen Typen von Biomasse (51, 52, ..., 5n) an Fremd- und/oder Schadstoffen bestimmbar ist.A system (100) and a method for providing a mixture of different types of biomass (51, 52, ..., 5n) for a plant (1) for hydrothermal carbonization are disclosed. With a large number of reception and storage points (121, 122, ..., 12n) for the different types of biomass (51, 52, ..., 5n), at least one shredding unit (13) and at least one mixer (14) for creating a homogeneous mixture of at least two of the different types of biomass (51, 52, ..., 5n) provided. Each acceptance and storage point (121, 122, ..., 12n) is assigned an analysis unit (151, 152, ..., 15n), by means of which a content in the different types of biomass (51, 52, ..., 5n) of foreign and / or pollutants can be determined.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Bereitstellung einer Mischung aus unterschiedlichen Typen von Biomasse für eine Anlage zur Herstellung eines Reaktionsprodukts mittels eines Reaktionsprozesses.The present invention relates to a system for providing a mixture of different types of biomass for a plant for producing a reaction product by means of a reaction process.
Das System zur Bereitstellung einer Mischung aus unterschiedlichen Typen von Biomasse für eine Anlage zur Herstellung eines Reaktionsprodukts mittels eines Reaktionsprozesses umfasst eine Vielzahl von Annahme- und Lagerstellen für die unterschiedlichen Typen von Biomasse. Ebenso ist mindestens eine Zerkleinerungseinheit und ein Mischer vorgesehen, um eine im Wesentlichen homogene Mischung aus mindestens zwei der unterschiedlichen Typen von Biomasse für eine Weiterverarbeitung zu erstellen.The system for providing a mixture of different types of biomass to a plant for producing a reaction product by means of a reaction process comprises a plurality of acceptance and storage sites for the different types of biomass. Likewise, at least one shredding unit and a mixer are provided to produce a substantially homogeneous mixture of at least two of the different types of biomass for further processing.
Die Anlage dient zur Herstellung von kohlenstoffhaltigen Produkten aus Biomasse mittels hydrothermaler Karbonisierung. Ferner kann das erfindungsgemäße System auch in einer Anlage zur Herstellung von Biogas verwendet werden.The plant is used to produce carbonaceous products from biomass using hydrothermal carbonation. Furthermore, the system according to the invention can also be used in a plant for the production of biogas.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bereitstellung einer Mischung aus unterschiedlichen Typen von Biomasse für eine Anlage zur Herstellung eines Reaktionsprodukts mittels eines Reaktionsprozesses.Furthermore, the invention relates to a method for providing a mixture of different types of biomass for a plant for producing a reaction product by means of a reaction process.
Die Anlage kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zur Herstellung von kohlenstoffhaltigen Produkten aus Biomasse umfasst einen ersten Bereich in dem das erfindungsgemäße System enthalten ist. Im System erfolgt die Bereitstellung, Zerkleinerung und Mischung mindestens eines Typs an Biomasse. In einem zweiten Bereich erfolgt das Ansetzen und Aufbereiten der gemischten Biomasse. In einem dritten Bereich wird der Reaktionsprozess gemäß der hydrothermalen Karbonisierung durchgeführt. In einem vierten Bereich erfolgt die weitere Verarbeitung der Reaktionsprodukte des Reaktionsprozesses.The plant may according to a preferred embodiment for the production of carbonaceous products from biomass comprises a first region in which the system according to the invention is contained. The system provides, comminutes and mixes at least one type of biomass. In a second area, the preparation and processing of the mixed biomass takes place. In a third area, the reaction process is carried out according to the hydrothermal carbonization. In a fourth area, the further processing of the reaction products of the reaction process takes place.
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
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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.In contrast to fossil fuels, biomass comprises renewable raw materials, which are available as domestic energy sources in the long term, as well as all liquid and solid organic substances and products of biological and biochemical processes and their transformation products, which have a sufficiently high carbon content for this process and otherwise in their Composition and nature of economically useful reaction, intermediate, by-products and end products can be processed by the hydrothermal carbonization to fuels. For example, the starting materials include carbohydrates, sugars and starches, agricultural and forestry products, as well as specially grown energy crops (fast-growing tree species, reed grasses, cereal crops, etc.), soybeans, sugarcane and cereal straw, as well as biogenic residues, wastes and by-products. Plant and plant remains of other origin (roadside greenery, landscape care goods, etc.), agricultural waste including straw, sugar cane leaves, Abputzgetreide, unsellable batches of potatoes or sugar beet, spoiled silage, and other leftovers, grass clippings, cereal straw, beet leaves, sugar cane leaves, carbonaceous residual and Waste materials, including biowaste, high-calorific fractions of domestic and commercial waste, sewage sludge, various types of wood and classes, including forest wood, lumber, pallets, used furniture, sawdust, food industry waste and waste, incl Lich catering waste, waste vegetables, waste grease, and pulp and paper, textiles, in particular of natural fibers and natural Polymären and animal waste, including manure, horse manure and poultry droppings.
Aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zur Bereitstellung einer Mischung aus unterschiedlichen Typen von Biomasse, mit dem ein Fremd- und/oder Schadstoffgehalt im Reaktionsprodukt einstellbar ist, bereitzustellen.The invention has for its object to provide a system for providing a mixture of different types of biomass, with which a foreign and / or pollutant content is adjustable in the reaction product to provide.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Anlage, die die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.The object is achieved by a system comprising the features of
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zu schaffen, mit dem ein Fremd- und/oder Schadstoffgehalt im Reaktionsprodukt eingestellt werden kann.Another object of the invention is to provide a method by which a foreign and / or pollutant content in the reaction product can be adjusted.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 12 umfasst.This object is achieved by a method comprising the features of
Bei dem erfindungsgemäßen System kann gemäß einer Ausführungsform der Reaktionsprozess für die Herstellung von Biogas ausgestaltet sein. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist der Reaktionsprozess die hydrothermale Karbonisierung von Biomasse. Eine Programmsteuerung dient dazu die Werte des mindestens einen Analysesystems zu erfassen, mittels dem der Gehalt von Fremd- und/oder Schadstoffen in den unterschiedlichen Typen von Biomasse bestimmbar ist. Die Prozessparameter des Reaktionsprozesses und das System werden dann derart gesteuert, dass der Gehalt von Fremd- und/oder Schadstoffen im Reaktionsprodukt definiert einstellbar ist.In the system according to the invention, according to one embodiment, the reaction process for the production of biogas can be configured. According to another embodiment, the reaction process is the hydrothermal carbonization of biomass. A program control is used to detect the values of the at least one analysis system, by means of which the content of foreign and / or pollutants in the different types of biomass can be determined. The process parameters of the reaction process and the system are then controlled so that the content of foreign and / or pollutants in the reaction product is defined adjustable.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform ist die Anlage als Anlage zur Herstellung von kohlenstoffhaltigen Produkten aus Biomasse mittels der hydrothermalen Karbonisierung umfasst einen ersten Bereich, der von dem erfindungsgemäßen System gebildet ist, in dem die Bereitstellung, Zerkleinerung 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 mindestens 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.According to a possible embodiment, the plant as a plant for the production of carbonaceous products from biomass by means of the hydrothermal carbonization comprises a first region formed by the system according to the invention, in which the provision, comminution and mixing of the different types of biomass is carried out. As mentioned above in the description of the prior art, can at the hydrothermal carbonization according to the present invention possible biomass are processed, which contains a certain amount of carbon. In a second area of the plant, the processing and preparation of the mixed biomass takes place. In the second area of the biomass process water and at least one catalyst is added to adjust the required for the subsequent reaction process proportion of the dry matter in the reaction mixture. The second area is followed by a third area in which the reaction process according to the hydrothermal carbonization is carried out. The third area is followed by a fourth area, which serves to further process the reaction products.
Das System zur Bereitstellung einer Mischung aus unterschiedlichen Typen von Biomasse für eine Anlage zur hydrothermalen Karbonisierung umfasst eine Vielzahl von Annahme- und Lagerstellen für die unterschiedlichen Typen von Biomasse. Mindestens eine Zerkleinerungseinheit und ein Mischer sind zum Erstellen einer homogenen Mischung aus mindestens zwei der unterschiedlichen Typen von Biomasse vorgesehen. Jeder Annahme- und Lagerstelle ist ein Analysesystem zugeordenbar, mittels dem ein Gehalt in den unterschiedlichen Typen von Biomasse an Fremd- und/oder Schadstoffen bestimmt bzw. überprüft werden kann. Es ist eine zentrale Programmsteuerung vorgesehen, an die die mit dem mindestens einen Analysesystem ermittelten Werte übergebbar sind.The system for providing a mixture of different types of biomass for a hydrothermal carbonation plant includes a multitude of acceptance and storage sites for the different types of biomass. At least one shredding unit and mixer are provided for creating a homogeneous mixture of at least two of the different types of biomass. Each acceptance and storage point is an analysis system can be assigned, by means of which a content in the different types of biomass can be determined or checked for foreign and / or pollutants. A central program control is provided, to which the values ascertained with the at least one analysis system can be transferred.
In der Anlage zur hydrothermalen Karbonisierung ist mindestens ein Reaktionsprodukt derart über eine den Mischer verlassende, gemischte Biomasse hinsichtlich der prozentualen Anteile der unterschiedlichen Typen von Biomasse einstellbar, dass in einem Reaktor das mindestens eine gebildete Reaktionsprodukt einen vordefinierten Anteil an Fremd- und/oder Schadstoffen enthält.In the plant for hydrothermal carbonation, at least one reaction product can be adjusted by way of a mixed biomass leaving the mixer with regard to the percentage proportions of the different types of biomass, that in a reactor the at least one reaction product formed contains a predefined fraction of foreign substances and / or pollutants ,
Für die Herstellung von kohlenstoffhaltigen Reaktionsprodukten aus Biomasse mittels hydrothermaler Karbonisierung erfolgt im System (erster Bereich) eine Bereitstellung, Zerkleinerung und Mischung der unterschiedlichen Typen an Biomasse. In einem zweiten Bereich wird ein Aufbereiten und Ansetzen der gemischten Biomasse durchgeführt. In einem dritten Bereich wird der Reaktionsprozess der hydrothermalen Karbonisierung ausgeführt. In mindestens einem vierten Bereich erfolgt eine weitere Verarbeitung der Reaktionsprodukte des Reaktionsprozesses.For the production of carbon-containing reaction products from biomass by means of hydrothermal carbonization, the system (first area) is used to provide, comminute and mix the different types of biomass. In a second area, a preparation and preparation of the mixed biomass is carried out. In a third area, the reaction process of the hydrothermal carbonization is carried out. In at least a fourth area, further processing of the reaction products of the reaction process takes place.
Im dritten Bereich sind mindestens drei Reaktoren zur Herstellung von kohlenstoffhaltigen Produkten aus Biomasse mittels hydrothermaler Karbonisierung vorgesehen. Jeder Reaktor hat einen ersten Einlass im oberen Bereich des Reaktors für eine erste Leitung, mindestens einen Auslass im unteren Bereich des Reaktors für eine dritte Leitung und einen zweiten Einlass im oberen Bereich des Reaktors ausgebildet. Der zweite Einlass ist mit dem Auslass über eine zweite Leitung gesteuert verbindbar. Die zweite Leitung ist mit einem Wärmetauscher und einer Pumpe versehen, wodurch ein Fest/-Flüssiggemisch im Reaktor über den Auslass und den zweiten Einlass umgewälzt werden kann.In the third area, at least three reactors are provided for the production of carbonaceous products from biomass by hydrothermal carbonation. Each reactor has a first inlet at the top of the reactor for a first conduit, at least one outlet at the bottom of the reactor for a third conduit, and a second inlet at the top of the reactor. The second inlet is connectable controlled with the outlet via a second line. The second line is provided with a heat exchanger and a pump, whereby a solid / liquid mixture in the reactor can be circulated via the outlet and the second inlet.
Eine Programmsteuerung, die die Werte des mindestens einen Analysesystems erfasst, mittels dem der Gehalt von Fremd- und/oder Schadstoffen in den unterschiedlichen Typen von Biomasse bestimmt werden kann, ist vorgesehen. Ebenso werden die Prozessparameter von mehreren, dem Reaktor zugeordneten Sensoren erfasst. Somit werden das System und der Reaktor derart gesteuert, dass der Gehalt von Fremd- und/oder Schadstoffen im Reaktionsprodukt definiert einstellbar ist.A program control which detects the values of the at least one analysis system by means of which the content of foreign substances and / or pollutants in the different types of biomass can be determined is provided. Likewise, the process parameters are detected by a plurality of sensors associated with the reactor. Thus, the system and the reactor are controlled so that the content of foreign and / or pollutants in the reaction product is defined adjustable.
Das erste Leitungssystem, das zweite Leitungssystem und das dritte Leitungssystem ist mit einer Vielzahl von steuerbaren Zwei-Wege-Ventilen und einer Vielzahl von steuerbaren Drei-Wege-Ventilen versehen, die mit der Programmsteuerung verbunden sind, so dass die spezifische Befüllung, Umwälzung und Entleerung der mindestens drei Reaktoren regelbar und steuerbar ist.The first conduit system, the second conduit system and the third conduit system are provided with a plurality of controllable two-way valves and a plurality of controllable three-way valves which are connected to the program control, so that the specific filling, recirculation and emptying the at least three reactors can be controlled and controlled.
Der dritte Bereich besteht aus mindestens drei Reaktoren. 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.The third area consists of at least three reactors. The at least three reactors are interconnected via a first line system, a second line system and a third line system. The first conduit system is guided via a first heat exchanger, so that at least one of the at least three reactors can be controlled and selectively filled with biomass from the second region. The second line system is also passed through a heat exchanger. Furthermore, a pump is provided in the second line system so that biomass in the reaction process can be controlled from the active reactor of the at least three reactors and selectively circulated during the reaction process. The pump thus achieves good mixing of the reaction products in the active reactor of the at least three reactors. A third line system is led from the at least three reactors via a heat exchanger. About the third line system, the reaction products of the completed reaction process are withdrawn from the active reactor and fed via a relaxation device the fourth area. The reaction products are only withdrawn from the active reactor when the reaction process in the active reactor has come to a standstill.
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.The at least three reactors of the third region are operable in such a way that at least one reactor is the active reactor. At least one other reactor is the reactor that is being filled with the added biomass from the second area. At least one further reactor is the reactor being emptied. This reactor was the previous active reactor in which the reaction process has come to an end, so that its content can be transferred to the fourth region for further processing of the reaction products.
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.The first area for the provision, crushing and mixing of at least one type of biomass comprises a multitude of acceptance and storage positions for the unmixed provision of the different types of biomass. In the first area, at least one comminution unit and a mixer for the different biomasses are provided. The comminution unit is necessary in order to produce the biomass to a required particle size or a range of the process-usable particle sizes of the biomass.
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.The second area has a mixing tank in which the comminuted and mixed biomass is filled. In the mixing vessel, the comminuted and mixed biomass is further added via a line with process water. Via a third line, which opens in the second line for the process water, a catalyst required for the reaction process of the hydrothermal carbonization can be added to the process water. The process water and the catalyst are fed together via a mixer. An agitator operated by a motor is provided in the mixing vessel in order to ensure good mixing of the biomass with the process water and the catalyst. In addition, it is avoided by means of the agitator settling of the biomass at the bottom of the mixing vessel. By the added amount of process water to the mixed and comminuted biomass can thus adjust the proportion of dry matter in the reaction process, which takes place downstream in at least one of the reactors. In the mixing container to set a dry matter content of 20% to 60%. The proportion of the dry substance depends essentially on the fraction of the various types present in the comminuted and mixed biomass and the resulting reaction processes in the downstream reactors.
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.From the second area, the biomass mixed with process water and catalyst reaches the third area via a third line, in which the reaction process is carried out. In the line, a pump is provided so as to be able to adjust the filling rate of the at least one reactor in the third range. In the fourth region, a collecting vessel for receiving the reaction products from the at least one reactor is provided for further processing of the reaction products, from which the reaction products are removed. The reaction products are only then removed from the initially active reactor, after which the reaction process is completed in this reactor. The collecting container also has a motor operated agitator. Via a pumped line, the reaction products are fed to a dehydrator and a downstream dryer.
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.From the dewatering device, a line leads to a collecting container for the process water obtained in the dewatering device. The process water is returned to the second area via a line provided with a pump. Thus, the process water can in turn be introduced into the reaction cycle. The process water is thus fed to the mixed and comminuted biomass in the mixing container provided in the second area. The reaction product is removed from the dryer after the drying process and fed to a collecting container. From the collection of packaging or removal can be organized. According to a further embodiment of the invention, a fifth region may be provided. At least a portion of the reaction products from the at least one active reactor may be fed directly to the fifth region. The reaction products are, as already mentioned above, only taken from the at least one active reactor, if in this the reaction process has been completely completed. These reaction products, which are supplied to the fifth region, have a dry matter content of about 10%. In the fifth zone, carbon dioxide is added to the reaction products. The carbon dioxide comes z. B. from the coal combustion of a fossil power plant. Any combustion process that produces carbon dioxide can be used as a carbon dioxide source.
Kohlendioxyd kann somit dem fünften Bereich der Anlage zugeführt werden und ist somit in die Herstellung von Synthesegas eingebunden.Carbon dioxide can thus be supplied to the fifth region of the plant and is thus involved in the production of synthesis gas.
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.The plant is in the first area, in the second area, in the third area, in the fourth area and in the fifth area a variety of controllable two-way valves and three-way valves, thereby regulating a material flow within the plant via a central program control, or can be adjusted.
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.The plant can be used to produce coal and / or synthesis gas as a reaction product. It is by suitable Program control possible to adjust the reaction product to the needs of a customer so that the fuel during combustion is an optimal performance. The setting and additional elements of the coal contained in the fuel can be adjusted to the reaction process by suitable selection of the starting products of the various biomass types.
Das Verfahren zur Herstellung von kohlenstoffhaltigen Produkten aus Biomasse mittels des Reaktionsprozesses der hydrothermalen Karbonisierung zeichnet sich durch die folgenden Schritte aus: Zunächst wird die Biomasse unterschiedlichen Typs in einem ersten Bereich bereitgestellt. Für die Bereitstellung der Biomasse können verschieden Behälter, Silos oder Ablageplätze zur Verfügung gestellt werden. In diesen Ablageplätzen, bzw. Silos wird die Biomasse nach Typen getrennt gelagert. In dem ersten Bereich wird nun die Biomasse entsprechend der gewünschten Zusammensetzung für den Reaktionsprozess aus den unterschiedlichen Lagerplätzen entnommen.The process for the production of carbonaceous products from biomass by means of the reaction process of the hydrothermal carbonization is characterized by the following steps: First, the biomass of different types is provided in a first region. For the provision of the biomass various containers, silos or storage spaces can be made available. In these storage areas or silos, the biomass is stored separately by type. In the first area, the biomass is now taken from the different storage locations according to the desired composition for the reaction process.
Das Verfahren zur Bereitstellung einer Mischung aus unterschiedlichen Typen von Biomasse für eine Anlage zur hydrothermalen Karbonisierung umfasst die folgenden Schritte:
- • dass Biomasse unterschiedlichen Typs in einer Vielzahl von Annahme- und Lagerstellen bereitgestellt wird;
- • dass jeder Annahme- und Lagerstelle ein Analysesystem zugeordnet werden kann, mittels der ein Gehalt von Fremd- und/oder Schadstoffen in den unterschiedlichen Typen der Biomasse bestimmt und/oder überprüft wird; und
- • dass an eine Programmsteuerung die mit dem Analysesystem ermittelten Werte und ebenfalls die Prozessparameter von mehreren einem Reaktor zugeordneten Sensoren übergeben werden, so dass in einem System die unterschiedlichen Typen von Biomasse in einem Mischer zu einer homogenen Mischung aus mindestens zwei der unterschiedlichen Typen von Biomasse zusammengestellt werden und der Reaktor (
301 ) derart gesteuert wird, dass der Gehalt von Fremd- und/oder Schadstoffen im Reaktionsprodukt definiert eingestellt wird.
- • that biomass of different types is provided in a variety of acceptance and storage sites;
- • that each acceptance and storage site can be assigned an analysis system by means of which a content of foreign substances and / or pollutants in the different types of biomass is determined and / or verified; and
- • that the values determined by the analysis system and also the process parameters of several sensors assigned to a reactor are transferred to a program controller, so that in a system the different types of biomass in a mixer are combined to form a homogeneous mixture of at least two of the different types of biomass and the reactor (
301 ) Is controlled so that the content of foreign and / or pollutants in the reaction product is set defined.
Die Biomasse wird einer Zerkleinerung und Mischung zugeführt, und letztlich in einem zweiten Bereich der Anlage überführt. Im zweiten Bereich wird die gemischte und zerkleinerte Biomasse mit Prozesswasser und einem Katalysator versetzt, so dass ein für den Reaktionsprozess erforderlicher Gehalt an Biomasse-Trockensubstanz eingestellt wird. In einem dritten Bereich sind mindestens drei Reaktoren vorgesehen. Um einen kontinuierlichen Prozess für die Erzeugung von Brennstoff, bzw. kohlenstoffhaltigen Reaktionsprodukten zu erzeugen, ist das Verfahren derart gestaltet, dass mindestens ein Reaktor der im dritten Bereich vorgesehenen Reaktoren mit der Biomasse gefüllt wird, die mit Prozesswasser und Katalysator versetzt ist. In mindestens einem weiteren Reaktor, welcher als aktiver Reaktor bezeichnet wird, läuft gerade der Reaktionsprozess ab, in dem die Biomasse in ein kohlenstoffhaltiges Reaktionsprodukt umgewandelt wird. Parallel zur Befüllung des mindestens einen Reaktors und zu dem gerade aktiven Reaktor, in dem der Reaktionsprozess abläuft, wird mindestens ein weiterer Reaktor entleert. Dieser Reaktor, welcher entleert wird, ist derjenige Reaktor, der zuvor der aktive Reaktor war und in dem der Reaktionsprozess vollständig abgeschlossen ist. Die Reaktionsprodukte, welche dem mindestens einen Reaktor entnommen werden, werden einem vierten Bereich zugeführt. In dem vierten Bereich erfolgen die Entwässerung und die Trocknung der aus dem mindestens einen Reaktor des dritten Bereichs entnommenen Reaktionsprodukte.The biomass is fed to a crushing and mixing, and ultimately transferred to a second area of the plant. In the second area, the mixed and comminuted biomass is mixed with process water and a catalyst, so that a required for the reaction process content of biomass dry matter is adjusted. In a third area at least three reactors are provided. In order to produce a continuous process for the production of fuel or carbon-containing reaction products, the process is designed such that at least one reactor of the reactors provided in the third region is filled with the biomass, which is mixed with process water and catalyst. In at least one further reactor, which is referred to as an active reactor, is just starting the reaction process in which the biomass is converted into a carbon-containing reaction product. Parallel to the filling of the at least one reactor and to the currently active reactor in which the reaction process takes place, at least one further reactor is emptied. This reactor, which is being emptied, is the reactor that was previously the active reactor and in which the reaction process is complete. The reaction products which are taken from the at least one reactor are fed to a fourth region. In the fourth area, dehydration and drying of the reaction products withdrawn from the at least one reactor of the third area occur.
Die dem Reaktor 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.The reaction products taken from the reactor of the third range have a dry matter content of about 10%. In the downstream dewatering in the fourth range, a dry matter content of about 50% is set. In the further drying of the reaction products ultimately a dry matter content of about 90% is achieved.
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.In order to achieve a well-proceeding reaction process in the at least one reactor of the third range, the biomass is constantly circulated via a heat exchanger. After completion of the reaction process in the at least one active reactor, the biomass is discharged from the reactor and thereby fed via a third heat exchanger and a relaxation device the fourth area.
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.As already mentioned above, a fifth region can also be provided in the system in which at least part of the reaction products can be supplied from the active reactor after completion of the reaction process. It is also possible that all of the reaction products withdrawn from the active reactor are fed to the fifth region. Synthesis gas is generated in the fifth area. A program control controls the material flow within the system for carrying out the method.
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.With the method according to the invention, a fuel can be produced, which is carbonaceous. The fuel can be a coal. According to another embodiment of the invention, the fuel may be synthesis gas.
Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. In the following, embodiments of the invention and their advantages with reference to the accompanying figures will be explained in more detail.
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. Obwohl sich die nachstehende Beschreibung der der
Analog zur Beschreibung der
Bei der in
In den in
Der Aufbau des dritten Bereichs
Im dritten Bereich
Bei mindestens einem anderen Reaktor
Ferner ist ein zweites Leitungssystem
Mindestens ein weiterer Reaktor
Für die weitere Beschreibung der Erfindung wird auf den fünften Bereich
In einer Anlage
Dem Reaktor
Bei der in
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, ein Reaktionsprodukt mittels der hydrothermalen Karbonisierung von unterschiedlichen Typen aus Biomasse
Ferner ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich ein Reaktionsprodukt mittels der hydrothermalen Karbonisierung von unterschiedlichen Typen aus Biomasse
Bei der in
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.The invention has been described with reference to preferred embodiments. It will be understood by those skilled in the art that changes and modifications may be made without departing from the scope of the following claims.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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