DE102012221556A1 - Herstellungsverfahren für Kompositpellets sowie nach dem Herstellungsverfahren hergestelltes Kompositpellet - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kompositpellet bestehend aus einer biogenen und einer fossilen Komponente und schlägt zudem ein Herstellungsverfahren zur Herstellung eines solchen Kompositpellets vor.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für Kompositpellets sowie mit dem Herstellungsverfahren hergestellte Kompositpellets.
• Aus dem Stand der Technik sind sogenannte Industriepellets gemäß DIN-EN 14961-1 bekannt, welche häufig auch als DIN-Pellets bezeichnet werden. Ein Pellet ist ein kleiner Körper aus verdichtetem Material in Kugel- oder Zylinderform. In der Regel wird der Begriff im Plural verwendet, da derartige Pellets nicht einzeln, sondern als Schüttgut verwendet werden.
• Das Herstellungsverfahren von Pellets ist der Verfahrenstechnik der Agglomeration zugeordnet und wird auch als „Pelletierung“ bezeichnet. Diese Pelletierung kann in vielen verschiedenen Bereichen eingesetzt werden, zum Beispiel zur Aufbereitung von Brennstoffen (zum Beispiel Holzpellets), der Konditionierung von Rohstoffen und Abfällen und Anderem. Zweck ist eine Verbesserung der Handhabung des pelletierten Materials, z.B. durch eine Verdichtung, Reduzierung von Staub und Verbesserung der Dosierbarkeit.
• Ist das gepresste Material relativ groß (über 4 cm Durchmesser) oder in einer eckigen Form, so spricht man von Brikett. Als Zwischenstufe werden heute auch sogenannte Maxipellets mit 16 mm bis 20 mm Querschnitt produziert. Diese Produktionstechnologie wurde vorrangig zur Verbesserung von feuchter Biomasse, aber auch von Holzabfällen mit dem Vorteil eines geringeren Energieaufwandes entwickelt.
• Derartige Industriepellets bestehen häufig heute aus einer biogenen Komponente bzw. Bestandteil, zum Beispiel einem Holzschnitt oder Nebenprodukten wie Sägemehl und Sägespänen, Strohpellets und dergleichen und weisen einen Durchmesser von 6 mm, 8 mm, 10 mm und 12 mm auf mit einer maximalen Länge von 40 mm bis 50 mm. Unter biogen werden hier pflanzliche bzw. aus nachwachsendem Material entstammende Rohstoffe jüngeren Ursprungs verstanden. Dieses steht im Gegensatz zu dem Adjektiv fossil, welches aus der Erde entnommene Stoffe, wie die fossilen Energieträger Kohle oder Erdöl wesentlich älteren, deren Verbrennung aber in jedem Fall vormals gebundenes CO₂ bei der Verbrennung freisetzt.
• Dem Verfahrensablauf bei aus dem Stand der Technik bekannten Herstellungsverfahren ist immer gemein, dass zunächst ein Ausgangsmaterial, zum Beispiel Waldholz in einem Dosierer oder einer Zerkleinerungseinrichtung, z.B. einer Hammermühle, Scheiben- oder Trommelhacker bzw. Schredder zu Sägespänen oder kleineren Ausgangsmaterialien von 2–10 mm vorverarbeitet wird. Sodann wird das zerkleinerte Material getrocknet, z.B. durch einfache Lagerung oder in einer maschinellen Trocknungsanlage, z.B. einem Stromtrockner oder mit Trommel-, Band- oder Plattentrocknern, welche durch eingeblasene Warmluft oder warmes Wasser über einen Wärmetauscher beheizt werden. Dieses bedarf zusätzlicher Wärmeenergiezufuhr in Form von Wasser oder Dampf. Schließlich erfolgt das eigentliche Pelletieren, also das Pressen der Pellets, in dem das zerkleinerte aber noch feuchte, breiige oder pastöse Material durch eine Ringmatrize gepresst und somit zu Pellets geformt wird. Dieses durchgedrückte Material wird sodann abgestreift.
• Nachteilig an den bekannten Herstellungsverfahren und den bekannten Pellets ist das Erfordernis eines sehr oder relativ homogenen Rohstoffs als Ausgangsmaterial. Beispielsweise ist es sogar bei der Verwendung von Holz als biogenem Rohstoff zur Erzielung möglichst homogener Materialeigenschaften erforderlich, die Rinde zunächst abzutragen, welche andere Materialeigenschaften als das eigentliche Stammholz aufweist. Die Rinde kann zwar noch im Rahmen der thermischen Verwertung zur Trocknung des zerkleinerten Stammholzes verwendet werden, ist wegen der anderen Materialeigenschaften aber nicht geeignet zur Verwendung in dem Pelletmaterial. Diese Beschränkung auf die Eingangsmaterialien limitiert insofern auch die Wahl des Produktionsstandorts für die Herstellungsanlagen. Daneben erlaubt die Anlagenkonfiguration lediglich die Herstellung einer begrenzten Produktpalette/eines Produkts, so dass man relativ unflexibel in der Reaktion auf Marktveränderungen ist. Bestehende Herstellungsanlagen sind kapitalintensiv und sind ferner mit hohen Energiekosten verbunden, insbesondere für die Kühlaggregate.
• Allerdings lässt sich mit aus biogenem Ausgangsmaterial hergestellten Pellets trotz der positiven CO₂-Bilanz regelmäßig nicht der erforderliche Heizwert für den Betrieb bestehender Anlagen, wie z.B. Festbrennstoff-Feuerungsanlagen erzielen oder es werden wesentlich mehr Pellets benötigt als bei der Verwendung von anderen Brennstoffen. Im Ergebnis sind bestehende Pellets derzeit in der industriellen Verfahrenstechnik i.S. von bestehenden Kohlekraftwerken nicht sinnvoll einsetzbar. Andererseits ist die Verwendung biogener Brennstoffe im Rahmen der Energiewende zur Reduzierung des CO₂-Ausstoßes unbedingt wünschenswert.
• Ausgehend von den eingangs geschilderten Nachteilen liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zumindest teilweise zu vermeiden und insbesondere ein Pellet und ein Herstellungsverfahren für ein solches Pellet vorzusehen, welches einen für die industrielle Verwendung benötigten verlässlichen konstanten Heizwert aufweist.
• I. Kompositpellet
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Kompositpellet gelöst, welches neben der biogenen Komponente auch eine fossile Komponente aufweist. Diese fossile Komponente realisiert die erforderliche Konsistenz bzw. Vereinheitlichung des Heizwertes. Als besonders vorteilhaft für die Erzielung eines homogenen und reproduzierbaren Heizwerts von mindestens 19 MJ/kg hat sich eine Zusammensetzung mit 50 Prozent biogener Komponente erwiesen. Die erfindungsgemäßen Kompositpellets mit „standardisierter“ Rezeptur sind in ihren physikalischen Eigenschaften der Steinkohle sehr ähnlich und somit in bestehenden Rost- oder Wirbelschichtfeuerungsanlagen ohne Um- oder Nachrüstung der Anlagentechnik einsetzbar. Durch den hohen Anteil klimaneutraler Bestandteile am Brennstoff wird ein geringer CO₂-Emissionsfaktor erreicht und die CO₂-Bilanz eines Verwenders entlastet, weil die Benutzer derartiger Anlagen in dem verwendeten Maße von biogenen Bestandteilen keine CO₂-Zertifikate erwerben müssen.
• Ein wesentliches Problem bei der Entwicklung des Kompositpellets bestand somit in der Vereinbarkeit der mechanischen, kalorischen, physikalischen und chemischen Parameter mit den Randbedingungen der mit diesen zu betreibenden Anlagen zu erfüllen, die grundsätzlich sehr unterschiedlich sind. Die Rezeptur musste eine reproduzierbare Zusammensetzung der relevanten Parameter Heizwert, Nebenbestandteile, Aschegehalt und Viskosität gewährleisten, wie sie durch den API#2-Index vorgegeben werden.1

1

Der API#2-Index ist der monatliche Kohle-Preis-Index und dient als Grundlage für den börslichen und außerbörslichen Handel am EEX Terminmarkt. Er enthält genau definierte und standardisierte Vorgaben hinsichtlich Herkunft, Qualität, Lieferort und -bedingungen. So bezieht sich der API#2-Index auf den Kohlepreis in US$, Fracht inkl. Versicherung bis Rotterdam, einem Heizwert von min. 6.000 kcal/kg, weniger als 1% Schwefel und der Lieferung innerhalb von 90 Tagen. Er wird gemittelt aus den Kohlepreisen, die von den McCloskey Coal Information Services (MCIS) und im “coal Daily” von Energy Argus veröffentlicht werden und gilt als europäische Benchmark für Steinkohle-Preise.

• Dieses wurde im Wesentlichen verwirklicht durch die konsequente Nachverfolgung der einzelnen Produktbestandteile durch Herkunftsnachweise, eine konsequent separate Lagerverwaltung der eingesetzten Materialien bzw. Rohstoffe, welche stofflich im Bedarfsfall auch nach Lieferchargen getrennt gelagert werden, durch kontinuierliche Qualitätsanalysen und ggf. Vermischung einzelner Materialien zur Erzielung bestimmter Heizwerte, Asche- u. Wassergehalte, sowie durch die genaue Regelung des Wassergehalts mittels Befeuchtung und/oder Trocknung bzw. dessen Wechselspiel mit entsprechender Anlagetechnik.
• Bei der Entwicklung der Erfindung hat sich gezeigt, dass verschiedene Einsatzbereiche der Braun- und/oder Steinkohle als fossile Komponente in dem Kompositpellet unterschiedliche Qualitätseigenschaften erfordern. Neben einem möglichst hohen Heizwert und einem niedrigen Schwefelgehalt erwiesen sich ein geringer Feuchte- und Aschegehalt als besonders wichtig. Auch spezielle Anforderungen an die chemische Zusammensetzung der anfallenden Asche sowie deren Schmelzverhalten stellen wichtige Parameter dar. Es wurde somit zum einen eine Rezeptur für das Kompositpellet entwickelt, die abhängig von verschiedenen eingesetzten Komponenten (Rohstoffen) ist und dabei hinsichtlich des Heizwerts und der physischen Beschaffenheit weitestgehend homogene Produkteigenschaften liefert.
• Nachfolgend sind einige bevorzugte Rezepturen bzw. Zusammensetzungen der Kompositpellets mit den relevanten physikalischen Daten wiedergegeben:

  Pellet- Bezeichnung	Heizwert [MJ]	Schadstoffgehalte	Abmaße Ø[mm]/Länge [mm] (ca.)	Pressfähigkeit	Umschlagfähigkeit
  Holz	18,0	nicht vorhanden	12–25/30–60	+	mehrfach
  Lignin	23,0	nicht vorhanden	12–25/30–60	+++	mehrfach
  50%-Lignin- 50%-Braunkohle	21,5	nicht vorhanden	12–25/30–70	+++	mehrfach
  50%-Lignin, 50%-Balastkohle	23,0	nicht vorhanden	12–25/30–60	++	mehrfach
  50%-Lignin, 30%-Balastkohle, 20%-Petrolkoks	24,7	nicht vorhanden	12–25/30–60	++	mehrfach
  Holz-Kohle-Pellet	20,5	nicht vorhanden	12–25/30–70	++	zweifach
  Rinden-Kohle-Pellet	16,9	nicht vorhanden	12–25/20–60	+	zweifach
  EBS-Kohle-Pellet(100%)	22,2	geringe Chlorausschläge	1225/20–60	++	mehrfach

  +: gut; ++: sehr gut; +++: hervorragend
• Das erfindungsgemäße Kompositpellet umfasst als fossile Komponente vorzugsweise Feinkohle, einen oder mehrere biogene Komponenten und wahlweise ein Bindemittel, vorzugsweise Lignin, welches in großer Menge als Abfallprodukt bei der Gewinnung von Zellulose bei der Papierherstellung angefallen ist und auch weiterhin anfällt. Das Kompositpellet weist damit Eigenschaften auf, um den technischen Anforderungen energieintensiver, industrieller Anlagen mit eher kleinen Kesseln und Rostbefeuerung zu genügen, wie sie in Stadtwerken, Papierwerken, Gärtnereien, oder zur Getreidetrocknung Verwendung finden. Es ist zudem aufgrund seiner Größe und Form eine Ergänzung bzw. Alternative zu eingesetzten fossilen Energieträgern wie Brau- und Steinkohle, da weder Lager- noch Beschickungseinrichtungen bei deren Feuerungsanlagen für den Einsatz des Kompositpellets verändert bzw. nachgerüstet werden müssen. In Rostfeuerungsanlagen sind die Kompositpellets besonders gut einsetzbar, weil bei diesen durch die beweglichen Rostelemente in Verbindung mit einer automatischen Brennstoffbeschickung besonders gut regelbar ist, indem die Verbrennungsluft in einzelnen Zonen reguliert wird und hier besonders gut eine Anpassung an wechselnde Wassergehalte möglich ist. Darüber hinaus sind die Kompositpellets aber natürlich auch in Wirbelschicht- oder Anlagen mit Staubeinblasung nach entsprechender Vorkonditionierung verwendbar. Es hat sich bei der Entwicklung ferner gezeigt, dass verschiedene Einsatzbereiche unterschiedliche Qualitätseigenschaften der eingesetzten fossilen Komponente, insbesondere der Steinkohle bedingen. Neben einem möglichst hohen Heizwert und einem niedrigen Schwefelgehalt waren daher ein geringer Feuchte- und Aschegehalt notwendig. Ferner werden spezielle Anforderungen an die chemische Zusammensetzung der anfallenden Asche sowie deren Schmelzverhalten gestellt
• Als besonders gut verwendbare Rezepturen haben sich erwiesen:
• – 100% Lignin in 25 mmØ
• – 50% Lignin + 50% Braunkohle in 25 mmØ
• – 100% EBS (Ersatzbrennstoff aus Abfällen) in 6 mmØ
• – 100% Holzschnitzel in 25 mmØ
• – 50% Lignin + 30% Balastkohle + 20% Petrolkoks
• – 50% Lignin + 50% Balastkohle
• – 100% Petrolkoks
• Lignin kann ersetzt werden durch andere biogene Komponenten, z.B. durch Holz, Grünschnitt (Gehölze u.a.), Olivenkerne (u.a. Obstkerne), Nussschalen, Kaffee u. Kaffeehäutchen, Stroh u. Heu, Rinde, Kleie (Häutchen von Getreidekörnern), Faserschlamm aus Papierherstellung, Reststoffe aus forst- u. landwirtschaftlicher Erzeugung u. Lebensmittelproduktion. Als biogene Komponente kann somit nahezu jedes biologische Material eingesetzt werden, welches den ökonomischen Sachzwängen entspricht und welches einen Heizwert hat, der die kundenspezifischen Parameter erfüllen kann. Wie bereits erwähnt wurde, ist ganz entscheidend, den biogenen Anteil im Kompositpellet so hoch wie möglich zu halten, da nur der biogene Anteil die CO₂-Neutralität nach Kyotoprotokoll gewährleistet.
• Bei den Kohlefraktionen wurden im Rahmen der Entwicklung der Erfindung wesentliche Komponenten als verfügbar, prozessfähig und interessant für den Endnutzer identifiziert. Aus der Steinkohlewelt sind dieses u. anderem Ballastkohle, Vlothomix und Anthrazitschlamm (Waschkohle aus Anthrazitgewinnung). Aus der Braunkohlewelt sind dieses unter anderem Braukohleabrieb und Xylithe, also die nicht vollständig zu Braunkohle umgesetzten Holzfraktionen. Es hat sich ferner gezeigt, dass der Wassergehalt für die Prozessführung entscheidend ist, weil die Toleranzen beim Stand der Technik und dabei eingesetzten reinen Holz- bzw. Biomassepellets sehr gering sind. Diese bewegen sich bei DIN-genormten Industriepellets je nach Größenklasse zwischen max. 10% bzw. 15%. Es hat sich bei Kompositpellets aber gezeigt, dass zu trockene Ausgangsmaterialien zu brüchigen Pellets und somit höheren Verschleißkosten beim Pelletierer führen. Zu nasses Material führt hingegen zu Schlupf zw. Pelletkanal u. Pelletmaterial und hat negative Auswirkungen auf Festigkeit u. Durchsatz. Technisch realisierbar ist ein Wassergehalt von 7–28%. Beste Ergebnisse wurden erzielt mit 20–25% Wassergehalt. Ein zu geringer Wassergehalt von unter 15% führt zudem zu einem stark erhöhtem Energieaufwand beim Pelletieren.
• Andererseits stellte sich bei der Entwicklung der Erfindung als gravierende Neuerung heraus, dass die Materialzusammensetzungen und deren Mischungsverhältnisse absolut flexibel festlegbar sind, sowohl hinsichtlich der Kombination der einzelnen biogenen Fraktionen als auch deren Mischung mit (verschiedenen) fossilen Bestandteilen. Es ist somit erstmalig möglich, auf die individuelle Verbrennungsanlage abgestimmte Brennstofftypen herzustellen. Zudem macht der Einsatz unterschiedlicher Materialien unabhängig von der Verfügbarkeit bestimmter Rohstoffe und erlaubt ein Ausweichen auf günstigere Materialien, sollten Preise einzelner Fraktionen steigen (z.B.: Holzpreise steigen in Heizperioden; die Spanplatten- oder Möbelindustrie konkurriert teilweise mit Holzpelletierern um das gleiche Material).
• II. Herstellungsverfahren für Kompositpellets
• Daneben schlägt die Erfindung zur Lösung der eingangs genannten technischen Probleme (Aufgabe) zudem ein neuartiges Herstellungsverfahren zur kundenspezifischen Herstellung dieser Kompositpellets vor. Vorzugsweise kann der Kunde dabei die Vorgaben zu biogenem Anteil, Heizwert, Ascheanteil, Wassergehalt und flüchtigen Bestandteilen festlegen. Im Rahmen der Herstellung kann unter Berücksichtigung von Materialanalysen die entsprechende Materialmischung kundenindividuell zusammengestellt werden durch Einhalten der vorgegebenen Mischungsverhältnisse, z.B. über Waagen, insbesondere Bandwaagen, mittels der Sensorik zur Erfassung der Wassergehalts, am Trockner, am Doppelwellenmischer (mindestens 2 Messpunkte) am Anfang und Ende des Mischkanals und Wasserzugabe durch optional vorsehbar automatische Wassergehaltsregulierungsvorrichtung, insbesondere eine Bedüsungsanlage.
• Das vorzugsweise modulare Herstellungs- bzw. Aufbereitungsverfahren besteht im Wesentlichen in der Vorbereitung der Komponenten (Rohstoffe), also im Zerkleinern, Sieben, Schadstoffaushalten, Feinstzerkleinerung durch die jeweilige Fördertechnik zur Mischeinheit hin, der Materialhomogenisierung im Mischer und der anschließenden Pelletierung.
• Es hat sich zum einen gezeigt, dass industrielle Trocknung der Komponenten vor dem Herstellungsprozess wirtschaftlich nicht sinnvoll ist. Ökonomisch viel sinnvoller ist, das Mischungsverhältnis einer zu feuchten mit einem eher zu trockenem Komponenten leicht zu korrigieren und mit einer technisch vertretbaren Feuchte zu pelletieren, um ein stabiles Kompositpellet zu erhalten. Verfahrensbestimmende Parameter sind hierbei die Materialfeuchte, das Matrizendesign und der Pressdruck der Koller.
• Zum anderen wurde festgestellt, dass für die Bindung der Materialien während der Pelletierung der Druck die wesentlich verfahrensbestimmende Determinante darstellt. Zu Beginn der Pelletierung sind die Matrizenkanäle in der Regle leer und die Koller des Pelletierers, welche das Material in diese Kanäle walzen/pressen, erhalten somit keinen ausreichenden Gegendruck. Somit kann es bei ungünstigen Materialeigenschaften vorkommen, dass die ersten Pellets nach Anfahren der Maschine nicht die Festigkeit aufweisen. Es hat sich aber gezeigt, dass durch einen permanenten Materialnachschub im weiteren Verlauf gewährleistet wird, dass durch das Material im Matrizenkanal ein ausreichender Anpressdruck aufgebaut wird. Beispielsweise sind nachfolgende Anpresskräfte realisierbar:

  Anpresskraft/kN	Anpressmasse/t
  138	14
  209	21
  385	39
  744	78
  851	87
  1021	104
  1584	181

• Bindemittel sind demnach nicht zwingend erforderlich, verbessern aber die Konsistenz. Neben Lignin kann z.B. auch Stärke oder Melasse als Bindemittel eingesetzt werden. Daneben beeinflussen der Anpressdruck und der Wassergehalt die Bindewirkung, so dass sich bestehende Anlagetechnik mit der zuvor beschriebenen Anpresskraft einsetzen lässt.
• Schließlich wird die Bindung der Komponenten des Kompositpellets durch die unterschiedlichen Oberflächenstrukturen der eingesetzten Materialien begünstigt.
• Nach Möglichkeit wurden die Standardkomponenten der Anlagetechnik so modifiziert, dass mit diesen bei Verwendung unterschiedlichster Rohstoffe ähnliche Produktqualitäten erzielbar sind, ohne dass die Komponenten, zum Bespiel durch abrasive Rohstoffe, einem zu hohem Verschleiß unterliegen. Dieses kann z.B. durch die Verwendung von Edelstahl oder verchromtem Stahl in mit abrasivem Material in Kontakt stehenden Bereichen erfolgen oder durch Auskleidung mit Gummischürzen, insbesondere am Materialauswurfschacht.
• Im Rahmen der Erfindung wurde eine speziell dimensionierte Pelletiermatrize mit einer besonderen Materialgüte und einer besonders geformten Matrize entwickelt. Bei der Entwicklung der Erfindung hat sich gezeigt, dass aufgrund des großen Anteils an abrasivem Material eine höhere Materialgüte für die Matrize erforderlich ist. Als besonders zweckmäßig hat sich z.B. eine chromveredelte Hardoxmatrize herausgestellt. Die Mehrkosten für die Sonderanfertigung dieses Bauteils werden durch deutlich längere Standzeit kompensiert. Bei der Form der Matrize zeigte sich, dass aufgrund des stark heterogenen Materials eine größere Reibung an den Matrizeninnenwänden auftritt und deshalb nicht die übliche konische Ausgestaltung der Matrize, sondern zylindrische Öffnungen der Matrize viel zweckmäßiger sind.
• Aufgrund der erhöhten Reibung zwischen Kollerbereich, Matrizenoberfläche und den zylindrischen Matrizenlochinnenflächen und der damit verbundenen unerwartet starken Wärmeentwicklung wurde es in bei bestimmten Materialkombinationen notwendig, das jeweilige Produkt nachträglich zu kühlen. Die Feuchtigkeit (Wassergehalt) und Temperatur haben sich als besonders kritische Parameter für den Prozess herausgestellt. Auch ist von entscheidender Bedeutung, eine Vortrocknung von Material vorzunehmen, welches über 20% Wassergehalt enthält, da nur bei einem Wassergehalt von 17–20% vor Matrizeneintritt, dass Pressprodukt (Kompositpellet) wirklich fest, also nicht nur transport-sondern auch umschlagfähig wird. Diese Kühlung wird vorzugsweise mit einer Bandtrocknung mit stark strömender Luft realisiert.
• Bindemittel für die Verbesserung des Pressprozesses müssen nicht zwangsläufig, können aber eingesetzt werden zur Verbesserung der Festigkeit, insbesondere für die Verbesserung der Umschlagsfähigkeit. Durch diese Vorgehensweise kann z.B. zur Realisierung von Kundenwünschen hinsichtlich der Festigkeit ein Hochfestpellet realisiert werden, indem ein Bindemittel, vorzugsweise Lignin und/oder Kartoffelstärke eingesetzt wird.
• Erst durch die erfindungsgemäße Mischtechnik wird ein besonders homogenes Fertigprodukt erzielt, das als CO‘-optimiertes Kohleersatz-Pellet gelten kann.
• Die einzelnen Verfahrensschritte sind hinsichtlich des Austausches von Biomasseströmen möglichst flexibel ausgebildet, um eine Abhängigkeit von bestimmten Masseströmen zu vermeiden und ganz bewusst verschiedenste Biomassen problemlos prozessieren zu können.
• Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung lassen sich der nachfolgenden Figurenbeschreibung entnehmen, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens näher erläutert wird. In der Darstellung sind die einzelnen Prozessschritte als rechteckige Kästen dargestellt. Die reguläre Abfolge der Prozessschritte ist dargestellt anhand durchgezogener Pfeile; über gestrichelte Pfeile sind alternative Prozessabläufe verdeutlicht.
• Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren unterscheidet sich von bekannten Herstellungsverfahren für Pellets dadurch, dass nunmehr zwei verschiedene Stoffströme als Rohstoffe dem System zugeführt werden, diese möglichst einheitlich zerkleinert, homogenisiert und verbunden werden. Die unterschiedlichen Fraktionen und deren notwendige Vermischung sowie Homogenisierung zeihen jedoch weitere Neuerungen im Verfahrensablauf nach sich.
• 1. Erster Vorlagebunker
• Im ersten Verfahrensschritt werden getrennte Vorratseinheiten, vorzugsweise Vorlagebunker getrennt mit fossilen Komponenten/Rohstoffen und biogenen Komponenten/Rohstoffen beschickt, vorzugsweise mittels Radlager. An dieser Stelle kann auch eine Vermischung verschiedener fossiler, bzw. verschiedener Biomassen erfolgen. Am Ende dieser Vorladebunkers kann jeweils eine Vordosierung (Entzerrung) des Materials über ein Fördermittel, vorzugsweise ein Steigband oder einen Kettenförderer.
• 2. Zerkleinern
• Innerhalb der getrennten Prallmühlen (Classisizer) erfolgt sodann eine Zerkleinerung der Materialien. Im Falle der fossilen Komponenten erfolgt eine Zerkleinerung auf Fraktionsgrößen von 0–10 mm, vorzugsweise 2–7 mm, und im Falle der biogenen Komponenten erfolgt eine Zerkleinerung auf eine Fraktionsgröße von vorzugsweise 8–15 mm. Diese Prallmühlen rotieren mit einer besonders hohen Drehzahl von über 100 U/min arbeitet. Ferner sind Oberflächenbeschichtungen gegen Abrasion in Form und/oder Gummischürzen und Verchromung als Schutz gegen aggressive Bestandteile im Petrolkoks zweckmäßig.
• Grundsätzlich kann man aber auch die aus dem Stand der Technik bekannten Zerkleinerungstechniken mittels Hammermühlen einsetzen, müsste damit aber eine höhere Durchlaufzeit für die gewünschte höhere Zerkleinerung und geringere Korngröße akzeptieren. Die Erfindung beruht auch auf der Erkenntnis, dass fossile Ausgangsmaterialien bis zu einem gewissen Grad zerkleinert werden müssen, damit diese überhaupt pelletierfähig sind.
• 3. Alternativ: Zwischenlagern vor Trocknen
• In beiden Stoffströmen kann sich nunmehr bei geeignetem Wassergehalt der zerkleinerten Materialien eine Zwischenlagerung der zerkleinerten Stoffe anschließen, z.B. in einer Lagerbox oder einem Lagersilo und von dort ein direkter Transport in zweite Vorladebunker vorgenommen werden, wenn keine Trocknung mehr erforderlich ist.
• 4. Trocknen
• Der übliche Weg wird jedoch sein, dass die vorzerkleinerten Komponenten aus der Prallmühle kommend in Trockenvorrichtungen, insbesondere Trockner weitergeleitet werden. In diesen Trockenvorrichtungen wird in beiden Fällen, also für die fossilen als auch für die biogenen Materialien eine Reduzierung der Restwassergehalts der zerkleinerten Komponenten vorgenommen, vorzugsweises weniger als 20%, besonders vorteilhaft auf unter 10–15 Wassergehalt. Im Vergleich zu reinen biogenen Pellets ist keine so starke Trocknung erforderlich, weil die Materialmischungen toleranter sind gegen Bruch
• Danach werden die getrockneten Materialien üblicherweise getrennten zweiten Vorladebunkern zugeführt, wobei alternativ zunächst die Zuführung zu einem Zwischenlager zwischen geschaltet werden kann. Dieses Zwischenlager umfasst vorzugsweise parzellierte Lagerflächen für die Trennung der Stoffe oder entsprechende Lagersilos.
• Damit können die erfindungsgemäßen Kompositpellets wesentlich schneller gefertigt werden und für ihre Herstellung wird erheblich weniger Energie benötigt als beim Stand der Technik, was entscheidende Vorteile in der gesamten Energiebilanz beinhaltet.
• Das Herstellungsverfahren weist den Vorteil auf, dass wesentlich mehr Wasser für die Bindung der Materialien zugegeben werden kann und im Endprodukt (Pellet) enthalten sein kann. Damit ist weniger Energie für das Trocknen und Pelletieren notwendig und es sind höhere Durchsatzraten [to/h] gegenüber vergleichbaren Ausgangsmaterialien aus dem Stand der Technik erzielbar.
• 5. Entzerren
• Die Beschickung der Vorlagebunker erfolgt vorzugsweise per Radlader. Die Steuerung der fossilen und biogenen Komponenten zu dem wird dabei vorzugsweise über geschwindigkeitsgeregelte Bänder vorgenommen, welche die Stoffströme entzerren durch Herunterrieseln von Steigbändern auf Schnelllaufbändern.
• 6. Vorvermischen der Komponenten
• Nunmehr werden die fossile und biogene Komponente unter kontinuierlicher Gewichtsmessung zusammengeführt. Dabei wird zunächst eine Komponente auf ein Fördermittel aufgebracht und gewogen, vorzugsweise von einer ersten integrierten Bandwaage, so dann wird die andere Komponente auf das Fördermittel aufgebracht, vorzugsweise die fossile Komponente, deren Gewicht dann wieder gewogen wird, vorzugsweise durch eine zweite integrierte Bandwaage. Die Differenz zwischen den an der zweiten Messstelle und der ersten Messstelle Werte stellt die Menge des Biomasseanteils der Mischfraktion unter Berücksichtigung der jeweiligen Feuchte des Gesamtgemisches dar. Hier wird bereits eine erste bedarfsgerechte Voreinstellung der Zusammensetzung der biogenen und fossilen Bestandteile an die Produktanforderungen des Endprodukts vorgenommen, vorzugsweise mittels Gewichtbestimmung.
• 7. Zweitvermischen
• Die vorvermischten Komponenten werden sodann einer weiteren Mischvorrichtung zugeführt, vorzugsweise einem Doppelwellenmischer, der vorzugsweise ferner mit Mitteln zur Erfassung des Wassergehalts der Mischfraktion und mit einer Feuchtigkeitszuführungsanlage ausgestattet ist, z.B. einer Bedüsungs- bzw. Sprühanlage. In dem Doppelwellenmischer erfolgt somit eine weitere Homogenisierung der Komponenten und gleichzeitig eine Regulierung er Soll-Wassergehalt der vermischten Komponenten. Durch permanente Bestimmung der Ist-Feuchte, z.B. mittels der Messsensoren kann bedarfsgerecht eine Befeuchten der Mischfraktion, vorzugsweise mittels Düsen entlang des Doppelwellenmischers zur Erzielung der Soll-Feuchte erfolgen. Der Doppelwellenmischer besteht vorzugsweise aus zwei gegeneinander laufenden Förderschnecken und die Messung des Wassergehalts erfolgt entweder am Anfang und am Ende oder kontinuierlich oder an disjunkten Stellen entlang der gesamten Längserstreckungsrichtung des Doppelwellenmischers. Am Ende des Doppelwellenmischers erfolgt aber jedenfalls eine Messung der Soll-Feuchte.
• 8. FE-/NE-Abscheiden
• Als nächster Verfahrensschritt werden die vermischten Komponenten durch einen FE-/NE-Metall-Abscheider geleitet zur Sicherung der Produktqualität und zur Verschleißreduzierung im dem sich anschließenden Pelletierer.
• 9. Alternativ: Windsichten
• Zusätzlich kann eine Windsichtung zur Absonderung von leichten Verunreinigungen, z.B. Steinen, eingeschaltet sein, wobei diese vorzugsweise nach dem FE-/NE-Abscheider, jedenfalls aber vor dem Pelletierer erfolgt.
• 10. Endvermischung
• In einem Vorbehälter des Pelletierer erfolgt eine weitere Homogenisierung des der vermischten Komponenten bzw. des Pelletiergemisches, vorzugsweise durch ein Rührwerk. Auch in diesem Verfahrensschritt ist eine manuelle oder automatische Wassergehaltsregulierung möglich.
• 11. Pelletieren
• Sodann erfolgt das Pelletieren vermischten und homogenisierten Materials innerhalb der Pelletpresse. Diese Pelletpresse umfasst vorzugsweise eine horizontale Matrize mit einem Kanaldurchmesser von bis zu 28 mm, womit die erfindungsgemäßen Kompositpellets deutlich größer sind als bestehende Pellets.
• Der eingesetzte Pelletierer wurde neu entwickelt und musste insofern von bestehenden Aggregaten wesentlich umgestaltet werden. Diese weisen insbesondere bedeutend mehr umlaufende Koller auf, welche die Mischkomponenten durch die Matrix pressen, und sind mit einem Durchmesser von ca. 3.000 mm sowie eine Arbeitsbreite von ca. 200 mm erheblich größer als bestehende Pelletierer.
• 12. Kühlen
• Nach dem Pelletieren erfolgt das Kühlen. Dieses kann entweder unter Zwischenschaltung eines weiteren Kühlers erfolgen, oder, was den üblichen Fall darstellt, über ein langes, schnell laufendes Auftragsband zum abschließenden Pelletlager bzw. LKW zum Abtransport.
• Zusammenfassend weist das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren die folgenden Vorteile gegenüber dem Stand der Technik auf:
• – Es besteht keinerlei Beschränkung hinsichtlich der biogenen und fossilen Rohstoffe, so dass die Verwendung von Rest-, Wert- und Abfallstoffen ebenso möglich ist.
• – Das Herstellungsverfahren weist eine hohe Flexibilität bei der Verarbeitung verschiedenster Rohstoffe auf. – Als biogene Rohstoffe sind beispielsweise – nicht beschränkend – einsetzbar: Schnitt- u. Spannholz, Bretter, Rinde, Säge- u. Hobelspäne, Lignin, Cellulose, Nuss- u. Kernschalen, Stroh, Miscanthus, Kaffeesatz, Reststoffe aus der Lebensmittelproduktion – Als fossile Rohstoffe sind beispielsweise – nicht beschränkend – einsetzbar: Braun- u. Steinkohle sowie deren Stäube, Schlämme u. Abriebe, Koks, Petrolkoks, Torf, Antrazit.
• – Durch diese Rohstoffmix und der Möglichkeit der individuellen Berücksichtigung von Kundenwünschen bei der Brennstoffzusammensetzung ist ein bisher unbekanntes Spektrum an Produkten herstellbar.
• – Die vorzugsweise mehrfache Zerkleinerung der fossilen und biogenen Rohstoffe auf unterschiedliche Korngrößen erhöht die Verbindung zwischen den faserigen biogenen Rohstoffen und erhöht somit die Produktqualität der Kompositpellets im Hinblick auf Umschlag- und Lagerfähigkeit.
• – Die Trocknung kann bedarfsgerecht entweder maschinell oder mittels Lufttrocknung erfolgen. Die Lufttrocknung erfolgt vorzugsweise in Trockenboxen durch regelmäßige Wendung und Umschichtung des Materials per Radlader.
• – Zusätzliche Kühlgeräte für die Kühlung der Kompositpellets nach der Pelletierung sind grundsätzlich nicht mehr notwendig, weil die Kompositpellets über ein bis zu 60 m langes, schnelllaufendes Austragsband aus dem Pelletierer entnommen werden, ist somit eine Kühlung ausschließlich durch die der Bandlaufrichtung entgegenstehende natürliche Luftströmung möglich und ausreichend. Dieses verbessert die Energiebilanz des Herstellungsverfahrens entscheidend. Zudem verhindert das Schnelllaufband zu hohe Häufung der Pellets und damit deren Verklebung.
• Zusammenfassend sind nachfolgend der Stand der Technik, die wesentlichen Neuerungen der Erfindung sowie deren Wirkungen und Vorteile in tabellarisch dargestellt.

• Stand der Technik	Erfindung	Effekt	Vorteile
  Monochargenpellets	kundenindividuelle Kombinanation verschiedener fossiler und biogener Komponenten	breiteres Spektrum der pelletierbaren Komponentenen	höhere Flexibilität u. Unabhängigkeit bei Marktveränderungen
  Pellets ursprüngl. aus Sägespänen, durch deren Verknappung jetzt häufiger Stammholz	nutzt bewusst geringne Qualitäten wie Bruchkohle, Kohlestaub, Grünschnitt, Kronenholz...	weniger Preisdruck durch Ausweichmöglichkeiten	geringere Materialbeschaffungskosten
  Monochargenpellets haben geringes Heizwertspektrum	Materialmix ermöglicht größere Variabilität bei Heizwerten	Abstimmbar auf Anforderungen verschiedener Kesselanlagen	breitere Zielgruppe ansprechbar
  Spezielle Pelletheizwerke notwendig	Produkt ist in bestehen Rostfeuerungsanlagen alternativ oder ergänzend zu bisherigen Brennstoffen einsetzbar	keine Umrüstung der Heizkessel nötig	Verkaufsargument
  Niedriger Wassergehalt < 10–12% notwendig, um HW zu erreichen	durch fossile Materiallen mit hohen Heizwerten können größere Wassergehalte toleriert werden	Weniger Energieeinsatz bei der Materialtrocknung	Geringere Produktionskosten
  reine Holzpellets: instabil bis nicht formbeständig bei Feuchte > 12–14%	stabile Produkte bei Feuchte bis 24%	größere Flexibilität	breitere Heizwerteinstellung nach Kundenwunsch möglich.
  Hammermühle	Prallmühle

• Der Wassergehalt ist definiert ist als das Verhältnis zwischen Wassermasse und Gesamtmasse, wohingegen die Feuchte das Verhältnis zwischen Wassermasse und Trockenmasse ist. Die Nass- oder Gesamtmasse G_N wird also gebildet durch die Trockenmasse G_D und die Wassermasse G_W. Folglich gilt: Wassergehalt X = G_w/G_N·100 und Feuchte u = G_w/G_D·100
• Das erfindungsgemäße Kompositpellet stellt damit einen „klimaneutralen“ Brennstoff bereit, insbesondere für energieintensive Anlagen. Im Rahmen der Entwicklung der Erfindung konnte sogar nachgewiesen werden, dass ein solcher Kompositbrennstoff unter Verwertung des biogenen Stoffanteils der Siedlungsabfälle hergestellt werden kann.
• Der Aspekt eines klimaneutralen Anteils am Brennstoff ist für viele energieintensive Anlagen hinsichtlich ihrer Emissionszertifikate attraktiv.
• Einsatzgebiete für das vorgeschlagene Kompositpellet sind Anlagen, die Prozesswärme im Niedertemperaturbereich benötigen zum Erhitzen, Schmelzen, Trocknen von Stoffgemischen, z.B. In der
• – der chemischen Industrie,
• – der Papierindustrie,
• – der Lebensmittelindustrie,
• – der Textilindustrie,
• – der holzverarbeitenden Industrie
• – Gärtnereien und
• – Stadtwerke
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Nicht-Patentliteratur
• DIN-EN 14961-1 [0002]

Claims (9)

1. Kompositpellet bestehend aus einer biogenen und einer fossilen Komponente.
2. Kompositpellet nach Anspruch 1, wobei die biogene Komponente mindestens 30 Prozent, vorzugsweise 50 Prozent und mehrbeträgt Kompositpellet nach Anspruch 1 oder 2, wobei die biogene Komponente ein Bindemittel umfasst.
3. Herstellungsverfahren für ein Kompositpellet nach einem der vorangehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine biogene Komponente mit einer fossilen Komponente verbunden wird.
4. Herstellungsverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Komponente in einer Prallmühle zerkleinert wird.
5. Herstellungsverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass beide Komponenten in getrennten Prallmühlen zerkleinert werden.
6. Herstellungsverfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischungsverhältnis der Komponenten durch jeweils ein geschwindigkeitsgeregeltes Steigband für jede Komponente in Verbindung mit einem sich anschließenden Stetigförderer mit integrierter Gewichtsmessung an zwei Messpunkten bestimmbar ist.
7. Herstellungsverfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten in einem Doppelwellenmischer homogenisiert werden.
8. Herstellungsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Doppelwellenmischer eine Befeuchtungsanlage aufweist.
9. Herstellungsverfahren nach einen der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Herstellung eine Wassergehaltsregelung erfolgt.

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