DE102011016003A1

DE102011016003A1 - Anlage zur Torrefizierung von Biomasse

Info

Publication number: DE102011016003A1
Application number: DE102011016003A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-04-04
Filing date: 2011-04-04
Publication date: 2012-10-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Torrefizierung von Biomasse, insbesondere von Holzspänen, Holz- und Pflanzenresten, wobei die Anlage als Funktionseinheiten eine Zuführeinrichtung für Biomasse, eine vakuumierbare Torrefizierungseinrichtung zur Torrefizierung der Biomasse durch Wärmeeinwirkung, eine Entnahmeeinrichtung für die torrefizierten Biomasse aus der Torrefizierungseinrichtung sowie eine Versorgungseinrichtung zum Betreiben der genannten Funktionseinheiten aufweist. Erfindungsgemäße ist die Anlage transportable ausgebildet und zumindest ein Teil der Funktionseinheiten der Anlage ist gemeinsam auf einem oder mehreren Transportgestellen angeordnet und miteinander verbunden. Ferner ist die Versorgungseinrichtung der Anlage unabhängig von einer externen Energieversorgung betreibbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Torrefizierung von Biomasse mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 1.
Seit geraumer Zeit wird versucht, aus Biomasse, insbesondere aus Holzspänen sowie Holz- und Pflanzenresten, Stroh, und ähnlichen Materialien, durch gezielte Wärmeeinwirkung unter Vakuum sogenannte Biokohle herzustellen. Bei diesem auch als Torrefizierung bekannten Verfahren werden Holzspäne, Holzschnippsel, Holz- und Pflanzenreste, wie Rinde, Trester, Stroh und ähnliches Material, zerkleinert und anschließend unter Vakuum zunächst getrocknet und anschließend unter Wärmeeinwirkung soweit modifiziert, dass sich die Biomasse in sogenannte Biokohle umwandelt.
Auf diese Weise ist es möglich, einerseits eine deutliche Verminderung der Feuchtigkeit in der Biomasse bei gleichzeitigt deutlicher Verringerung des Volumens zu erreichen. Andererseits wird bei der Umwandlung der Biomasse in Biokohle der Energiegehalt deutlich erhöht. Derartige Biokohle hat einen Brennwert, der dem Brennwert von Steinkohle annähernd entspricht, so dass sich die Biokohle insbesondere auch zur Energieerzeugung in Kraftwerken eignet.
Nachteilig an den bisher bekannten Anlagen zur Torrefizierung ist deren Größe. So sind die Anlagen üblicherweise sehr groß dimensioniert und erfordern in Folge eine entsprechend aufwendige Logistik bei der Versorgung mit Biomasse und dem Abtransport der Biokohle.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es nun Aufgabe der Erfindung, eine Anlage zur Torrefizierung bereitzustellen, welche Biokohle am Entstehungsort der Biomasse erzeugen kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Anlage mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst, und insbesondere dadurch, dass die Anlage transportable ist und zumindest ein Teil der Funktionseinheiten der Anlage gemeinsam auf einem oder mehreren Transportgestellen angeordnet und miteinander verbunden sind, und dass die Versorgungseinrichtung unabhängig von einer externen Energieversorgung betreibbar ist.
Ein wesentlicher Gedanke, auf dem die Erfindung beruht, ist der von externer Energieversorgung unabhängige Betrieb der Anlage. Anders als bisher üblich wird nicht die Biomasse zur Anlage transportiert, sondern die Anlage an den Entstehungsort der Biomasse verbracht, beispielsweise auf einer Plantage in den Tropen, ein Holzeinschlagsgebiet im Wald oder ähnlichen Plätzen, und dort unabhängig von einer externen Energieversorgung betrieben. Die Funktionseinheiten der Anlage sind hierzu allesamt auf mindestens einem gemeinsamen Transportgestell vorgesehen, welches in herkömmlicher Weise, beispielsweise mit einem geländegängigen Fahrzeug oder ähnlichem, an den gewünschten Einsatzort verbracht wird. Am Einsatzort wird die Anlage zunächst beispielsweise mit dort vorliegender Biomasse oder auch herkömmlichen Brennstoffen gestartet. Nach geraumer Zeit hat die Anlage dann soviel Biomasse in Biokohle umgewandelt, dass ein weiterer Betrieb der Anlage mit durch die Anlage selbst erzeugte Biokohle möglich ist.
Durch die Umwandlung der Biomasse vor Ort wird ferner erreicht, dass der notwendige Logistikaufwand auf einen Minimum reduziert ist, da, anders als bisher üblich, nicht die feuchte, schwere großvolumige Biomasse transportiert werden muss, sondern nur mehr die konditionierte Biokohle, welche nicht nur eine deutlich Feuchtigkeit und ein deutliches vermindertes Volumen aufweist, sondern gleichzeitig auch noch einen deutlich verbesserten Brennwert aufweist.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie der Zeichnung.
Um den Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Anlage weiter zu verbessern, wird vorgeschlagen, eine Absaugeinrichtung als weitere Funktionseinheit der Anlage vorzusehen, welche bei der Torrefizierung entstehende Gase aus der Torrefizierungseinrichtung absaugt und der Versorgungseinrichtung als gasförmigen Brennstoff zuführt. Vorzugsweise ist die Absaugeinrichtung zusätzlich mit einer Reinigungseinheit ausgestattet, welche die bei der Torrefizierung entstehenden Gase, deren pH-Wert üblicherweise sehr niedrig ist, neutralisiert, reinigt und dann der Versorgungseinrichtung zuführt.
Des weiteren ist es von Vorteil, wenn zumindest ein Teil der während des Torrefizierungsvorganges freigesetzten Gase und/oder Flüssigkeiten zur Wärmenutzung durch einen Wärmetauscher geleitet werden, welcher die von der Torrefizierungseinrichtung abgegebene Wärme rückgewinnt und mindestens einer weiteren Funktionseinheit, beispielsweise der Torrefizierungseinrichtung selbst, einer Vortrockungseinrichtung oder ähnlichem, zuführt.
Um den Vorgang der Torrefizierung weiter zu unterstützen, wird ferner vorgeschlagen, als weitere Funktionseinheit eine Vortrockungseinrichtung, vorzugsweise ein Zyklontrockner, vorzusehen, welcher Biomasse aus der Zuführeinrichtung vortrocknet und an die Torrefizierungseinrichtung weiterfördert. Durch das Vortrocknen der Biomasse kann der Torrefizierungsprozess weiter beschleunigt werden, wobei auch hier entstehende Abwärme einen gegebenenfalls vorgesehenen Wärmetauscher zugeführt werden kann.
Um die beim Torrefizierungsprozess entstehenden Gase zu entfeuchten, ist vorzugsweise als weitere Funktionseinheit ein Kondensator vorgesehen, welcher Feuchtigkeit aus den aus der Torrefizierungseinrichtung abgesaugten Gasen auskondensiert. Die rückgewonnene Feuchtigkeit kann dann beispielsweise zum Konditionieren der torrefizierten Biomasse eingesetzt werden, um auf diese Weise den notwendigen Wasserverbrauch der Anlage von extern zugeführten Wassers zu vermindern oder die Anlage gegebenenfalls sogar unabhängig von einer externen Wasserversorgung zu machen.
Auch ist es von Vorteil, wenn als weitere Funktionseinheit eine Konditionierungseinrichtung zum Kühlen und/oder Befeuchten der torrefizierten Biomasse vorgesehen ist, um einen definierten Feuchtegehalt der torrefizierten Biomasse für eine eventuelle weitere Verarbeitung einzustellen.
Besonders von Vorteil ist es, wenn bei der erfindungsgemäßen Anlage als weitere Funktionseinheit eine Komprimierungs- und/oder Pelletiereinrichtung zum Komprimieren und/oder Pelletieren der torrefizierten, vorzugsweise konditionierten Biomasse bzw. Biokohle vorgesehen ist. Die Komprimierungs- und/oder Pelletiereinrichtung erhöht weiter die Dichte der fertigen Biokohle und erleichtert deren nachfolgenden Transport. Insbesondere die Komprimierung und Herstellung von Pellets ist hierbei von besonderem Vorteil, da Pellets einfach zu verpacken sind, nicht stauben und aufgrund des Torrefizierungsprozesses auch nicht durch Feuchtigkeit oder Schimmelpilzbefall beschädigt oder gar unbrauchbar gemacht werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anlage zur Torrefizierung.
Die einzige Figur zeigt in schamtischer Darstellung eine transportable Anlage 10 zur Torrefizierung von Biomasse in Biokohle. Sämtliche Funktionseinheiten der Anlage 10 sind auf einem gemeinsamen Transportgestell befestigt und über entsprechende Leitungen mit einer verbunden. Die Größe des Transportgestells entspricht der Große herkömmlicher ISO-Container (ISO 668), auch 40-Fuß-Container genannt. Hierdurch wird der Transport der Anlage 10 zum Einsatzort deutlich erleichtert.
Die Anlage 10 hat eine Zuführeinrichtung 12 für die zu torrefizierende Biomasse, welche zwei Zuführungsbereiche aufweist, einen Zuführungsbereich für Holzspäne und einen Zuführungsbereich für Holzreste. Letzerer hat eine Sammeltrichter 14, an den sich ein Zerspaner 16 anschließt, in welchem die Holzreste auf eine bestimmte Große zerkleinert werden.
Die beiden Zuführungsbereiche enden in einem Zyklontrockner, welcher als Vortrockungseinrichtung 18 dient. An die Vortrockungseinrichtung 18 schließt sich eine Torrefizierungseinrichtung 20 an, in welcher unter hohem Unterdruck bzw. annähernd Vakuum unter Wärmeeinwirkung in einem Temperaturbereich von 150 bis 500°C die Biomasse in Biokohle umwandelt. Der Prozess läuft in reduzierter Sauerstoffatmosphäre ab.
Die umgewandelte Biokohle wird anschließend an eine Konditionierungseinrichtung 22 weitergeleitet, in der die Biokohle abgekühlt und auf einen gewünschten Wert befeuchtet wird.
Anschließend gelangt die konditionierte Biokohle in eine Komprimierungs- und Pelletiereinrichtung 24, welche aus der Biokohle, Pellets definierter Größe fertigt.
Die Anlage wird über eine Versorgungseinrichtung 26 betrieben, welche mit Biomasse, Gasen, die aus dem Torrefizierungsprozess stammen, Biokohle oder auch herkömmlichen Brennstoffen betrieben werden kann. Auf diese Weise ist die gesamte Anlage 10 völlig unabhängig von einer externen Energieversorgung.
Um den Wirkungsgrad weiter zu erhöhen sind sämtliche Funktionseinheiten mit einem gemeinsamen Wärmetauscher 28 bzw. einem Kondensator 30 gekoppelt.
Die Erfindung basiert im Wesentlichen auf folgendem Gedanken:
Die grundlegende Idee ist die Produktion von CO₂-neutraler Bio-Kohle aus diversen Bioabfällen (z. B. Holzhackschnitzel, Oliventrester, Nußschalen, Palmölkeme).
Diese Abfälle werden in einem Temperaturbereich zwischen 150–500°C getrocknet und modifiziert. Die Modifizierung hat einen Masseabbau und Energiesteigerung des Produktes zur Folge.
Die Trocknung und Modifizierung wird in derselben Anlage 10 durchgeführt. Die Torrefizierungseinrichtung 20 ist ein wird ein runder, drehender Autoklav welcher vorzugsweise mit Thermoöl beheizt wird.
Der Torrefizierungseinrichtung 20 ist ein Zerspaner 16 vorgeschaltet. Nach der Torrefizierung wird das Material abgekühlt und befeuchtet. Die bei der Torrefizierung entstehenden Gase werden als Heizmedium verwendet. Dem Prozess ist eine Komprimierung (Presse) nachgeschaltet. Die komplette Anlage 10 wird „autark” über eine integrierte Versorgungseinrichtung 24 betrieben, die beispielsweise in Form eines Blockheizkraftwerkes ausgebildet sein kann. Die Befeuchtung wird durch kondensierten Wasserdampf aus feuchter Biomasse gewonnen.
Die gesamte Einheit ist so klein und kompakt gehalten, dass sie auf einem Lastkraftwagen transportiert werden kann.
Ziel des Verfahrens ist:

– eine Steigerung der Energiedichte von Biomasse (Masseabbau bei Energiewertsteigerung),
– ein Entzug der Feuchtigkeit (Biomasse nativ 20%–40%; torrefiziert ca. 5%),
– eine extreme Transportersparnis durch hohe Energiedichte der Biokohle,
– ein lagerfähiges Endprodukt (keine Verrottung, keine Schimmelbildung)
– eine optimale Weiterverarbeitung in Kraftwerken und Pyrolyseanlagen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO 668 [0017]

Claims

Anlage zur Torrefizierung von Biomasse, insbesondere von Holzspänen, Holz- und Pflanzenresten, wobei die Anlage als Funktionseinheiten eine Zuführeinrichtung für Biomasse, eine vakuumierbare Torrefizierungseinrichtung zur Torrefizierung der Biomasse durch Wärmeeinwirkung, eine Entnahmeeinrichtung für die torrefizierten Biomasse aus der Torrefizierungseinrichtung sowie eine Versorgungseinrichtung zum Betreiben der genannten Funktionseinheiten aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage transportable ist und zumindest ein Teil der Funktionseinheiten der Anlage gemeinsam auf einem oder mehreren Transportgestellen angeordnet und miteinander verbunden sind, und dass die Versorgungseinrichtung unabhängig von einer externen Energieversorgung betreibbar ist.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Absaugeinrichtung als Funktionseinheit der Anlage vorgesehen ist, welche bei der Torrefizierung entstehende Gase aus der Torrefizierungseinrichtung absaugt und der Versorgungseinrichtung als Brennstoffe zuführt.
Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Funktionseinheit ein Wärmetauscher vorgesehen ist, welcher von der Torrefizierungseinrichtung abgegebene Wärme rückgewinnt und mindestens einer weiteren Funktionseinheit zuführt.
Anlage nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Funktionseinheit eine Vortrockungseinrichtung, vorzugsweise ein Zyklontrockner, vorgesehen ist, welcher Biomasse aus der Zuführeinrichtung vortrocknet und der Torrefizierungseinrichtung zuführt.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Funktionseinheit ein Kondensator vorgesehen ist, welcher Feuchtigkeit aus den aus der Torrefizierungseinrichtung abgesaugten Gasen auskondensiert.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Funktionseinheit eine Konditionierungseinrichtung zum Kühlen und/oder Befeuchten der torrefizierten Biomasse vorgesehen ist.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Funktionseinheit eine Komprimierungs- und/oder Pelletiereinrichtung zum Komprimieren und/oder Pelletieren der torrefizierten, vorzugsweise konditionierten Biomasse zu Biokohle vorgesehen ist.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinrichtung einen Zerspaner aufweist.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Torrefizierungseinrichtung mit Thermoöl betrieben wird.