DE102013013724A1 - Method for producing a homogeneous solid from biomass - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines homogenen Feststoffes aus Biomasse, indem die Biomasse einer hydrothermalen Karbonisierung unterzogen wird, mechanisch entwässert wird, ggf. thermisch getrocknet wird, das in der mechanischen Entwässerung vom Feststoff abgetrennte Filtrat durch Eindampfung in einen Rückstand und ein Kondensat zerlegt wird, Rückstand und/oder Kondensat anteilig in den Prozess zurückgeführt werden und überschüssiges Kondensat bevorzugt als Abwasser sowie überschüssiger Rückstand bevorzugt als Abfall oder Dünger aus dem Prozess ausgetragen werden.The invention relates to a method for producing a homogeneous solid from biomass by the biomass is subjected to a hydrothermal carbonization is mechanically dehydrated, optionally thermally dried, which decomposed in the mechanical dehydration of the solid separated filtrate by evaporation in a residue and a condensate is, residue and / or condensate proportionately recycled in the process and excess condensate preferably as wastewater and excess residue preferably be discharged as waste or fertilizer from the process.
Description
Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Erzeugung eines homogenen Feststoffes aus Biomassen. Weiteres Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Maximierung der Qualität des Wassers, welches während des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der Biomasse in Kontakt war und von dieser abgetrennt und separat aus dem Prozess abgeführt wird.The aim of the method according to the invention is the generation of a homogeneous solid from biomass. Another object of the method according to the invention is to maximize the quality of the water which was in contact with the biomass during the process according to the invention and is separated from it and removed separately from the process.
Biomassen, die in dem vorgeschlagenen Verfahren eingesetzt werden können, werden im Weiteren mit den Begriffen Einsatzstoff oder Biomasse bezeichnet. Unter Einsatzstoff oder Biomasse soll vorliegend pflanzliche und tierische Biomasse sowie Stoffwechselprodukte verstanden werden, insbesondere nachwachsende Rohstoffe, wie Holzhackschnitzel, Grünschnitt aus der Landschaftspflege, Pflanzen, Stroh, Silage, und organische Reststoffe aus der Land- und Forstwirtschaft sowie der Nahrungsmittel-, Bioraffinerie- und Energieindustrie und Entsorgungswirtschaft, sowie auch Torf, Rohbraunkohle, Papier- und Klärschlämme, Melasse, Vinasse, Trester und dergleichen. Weiterhin sollen unter Biomassen Zucker, Stärke, Cellulose, Hemicellulose, Lignin und andere Bestandteile der Biomasse verstanden werden.Biomasses that can be used in the proposed method are referred to below with the terms feedstock or biomass. In the present context, the term "input material" or "biomass" is understood to mean plant and animal biomass and metabolites, in particular renewable raw materials, such as woodchips, green waste from landscape conservation, plants, straw, silage, and organic residues from agriculture and forestry, as well as from food, biorefinery, and Energy industry and waste management, as well as peat, lignite, paper and sewage sludge, molasses, vinasse, pomace and the like. Furthermore, biomass is understood as meaning sugar, starch, cellulose, hemicellulose, lignin and other constituents of the biomass.
Soll der im erfindungsgemäßen Verfahren erzeugte Feststoff als Biobrennstoff genutzt werden, dann sind solche Biomassen besonders als Einsatzstoffe geeignet, die aufgrund ihres hohen Aschegehaltes, ihres hohen Anteils an Chlor, Stickstoffs oder Schwefels oder an anderen Inhaltsstoffen, oder ihres schlechten Ascheschmelzverhaltens nicht oder nur eingeschränkt für eine direkte Verbrennung oder Vergasung geeignet sind und/oder aufgrund ihrer physikalisch-mechanischen Beschaffenheit nicht oder nur eingeschränkt in Staubfeuerungen oder Flugstromvergasern genutzt werden können und/oder aufgrund ihrer niedrigen Schüttdichte nicht oder nur zu hohen Kosten transportiert werden können und/oder aufgrund der biologischen Aktivität und des damit verbundenen niedrigen Rottegrades nicht lagerstabil sind. Nach dem Stand der Technik ist der am weitesten verbreitete Festbrennstoff fossile Braun- und Steinkohle. Steinkohle wird überwiegend als trockenes Schüttgut weltweit gehandelt und meistens am Ort ihrer Nutzung zunächst gemahlen und dann in Staubfeuerungen oder Flugstromvergasern eingesetzt. Braunkohle wird als feuchte Rohbraunkohle überwiegend in unmittelbarer Nähe zum Tagebau verbrannt. Teilweise wird ein kleiner Anteil der Fördermenge durch Trocknung und Mahlung zu Braunkohlenstaub veredelt und dann über Entfernungen von bis zu 1.000 km transportiert und in Staubfeuerungen genutzt. Vorteil der Nutzung von fossiler Kohle als Brennstoff ist die Homogenität in Bezug auf die stoffliche Zusammensetzung, die innerhalb eines Fördergebietes nicht erheblich schwankt und auch weltweit gesehen – abgesehen von einigen Ausreißern – im Vergleich mit Biomasse deutlich weniger variiert, was die Beschaffung fossiler Kohle mit definierter Qualität sowie die Auslegung, Genehmigung und den Betrieb der entsprechenden Feuerungsanlagen erheblich vereinfacht. Weiterer Vorteil ist die Fluidisierbarkeit der trockenen, gemahlenen fossilen Kohle, die einen pneumatischen Transport in die Brennkammer ermöglicht und zur Etablierung von Staubfeuerungen und Flugstromvergasern geführt hat. Darüber hinaus hat Steinkohle und Braunkohlenstaub eine hohe Schüttdichte von zwischen 500 kg/m3 und 1300 kg/m3 und ist aufgrund der nicht vorhandenen biologischen Aktivität (Rottegrad I) lagerstabil.If the solid produced in the process according to the invention are used as biofuel, then such biomasses are particularly suitable as feedstocks, due to their high ash content, their high content of chlorine, nitrogen or sulfur or other ingredients, or their poor ash melting behavior or only limited for a direct combustion or gasification are suitable and / or due to their physico-mechanical nature can not or only partially be used in Staubfeuerungen or Flugstromggasern and / or can not be transported due to their low bulk density or only at high cost and / or due to biological activity and the associated low degree of rotting are not storage-stable. In the prior art, the most widely used solid fuel is fossil brown and hard coal. Hard coal is mainly traded globally as a dry bulk material and is usually first ground at the point of use and then used in dust firing or entrained flow gasifiers. Lignite is burned as moist raw lignite mainly in the immediate vicinity of the opencast mine. Partly, a small portion of the flow rate is refined by drying and grinding to brown coal dust and then transported over distances of up to 1,000 km and used in dust firing. The advantage of using fossil coal as a fuel is the homogeneity in terms of material composition, which does not vary significantly within an assisted area and which, apart from a few outliers, varies significantly less compared to biomass Quality as well as the design, approval and operation of the corresponding combustion plants considerably simplified. Another advantage is the fluidizability of the dry, ground fossil coal, which allows a pneumatic transport into the combustion chamber and has led to the establishment of dust firing and Flugstromggasern. In addition, hard coal and lignite dust has a high bulk density of between 500 kg / m 3 and 1300 kg / m 3 and is storage-stable due to the lack of biological activity (degree of rotting I).
Biobrennstoffe, wie sie zum Beispiel in der
Die stark variierende stoffliche Zusammensetzung von Biomasse sowie deren unterschiedlichen physikalisch-mechanischen Eigenschaften haben dazu geführt, dass sich derzeit nur für holzige Biomasse ein relevanter Markt entwickelt hat. Holz wird überwiegend in Form von Hackschnitzeln oder Pellets gehandelt. Entsprechende Handelsplätze und Qualitätsnormen etablieren sich. Hintergrund ist die weitgehend von Art und Herkunft unabhängige stoffliche Homogenität des Holzes insbesondere in Bezug auf den geringen Aschegehalt, den Anteil an Chlor, Schwefel und Stickstoff, den geringen Schwermetallanteil sowie das definierte und gute Ascheschmelzverhalten, sowie die einfache Aufbereitbarkeit durch Trocknung, Zerkleinerung und ggf. Kompaktierung. Hierdurch kann eine ausreichende Lagerstabilität und insbesondere bei Pellets eine hohe Schüttdichte von über 500 kg/m3 gewährleistet werden.The widely varying composition of biomass and its different physical-mechanical properties have led to the development of a relevant market for woody biomass only. Wood is traded mainly in the form of wood chips or pellets. Corresponding trading venues and quality standards are establishing themselves. The background to this is the material homogeneity of the wood, which is largely independent of type and origin, especially with regard to the small amount Ash content, the proportion of chlorine, sulfur and nitrogen, the low heavy metal content as well as the defined and good ash melting behavior, as well as the easy reprocessing by drying, comminution and possibly compaction. As a result, a sufficient storage stability and, in particular for pellets, a high bulk density of more than 500 kg / m 3 can be ensured.
Mit hohem Aufwand wurde und wird versucht, neben Holz auch Stroh, bzw. schnell wachsende Gräser wie Miscanthus als Biobrennstoff zu etablieren. Der hohe Chloranteil führt jedoch regelmäßig zu Hochtemperaturkorrosion, das undefinierte und schlechte Ascheschmelzverhalten zu Verschlackung, der hohe Stickstoffanteil zu hohen NOx-Emissionen und der schlechte Ausbrandt zu Staubemissionen. Auch die Herstellung von Mischpellets aus verschiedenen Arten von Stroh, schnell wachsenden Gräsern und Holz führte nicht zu der erforderlichen Verbesserung der oben genannten Probleme, so dass sich ein solcher Biobrennstoff nicht am Markt etablieren konnte.Effortless efforts have been made to establish not only wood but also straw, or fast-growing grasses such as Miscanthus as a biofuel. The high chlorine content, however, regularly leads to high-temperature corrosion, the undefined and poor ash-melting behavior leads to slagging, the high nitrogen content leads to high NOx emissions and the bad emissions to dust emissions. Also, the production of mixed pellets of various types of straw, fast-growing grasses and wood did not result in the required improvement of the above-mentioned problems, so that such a biofuel could not establish itself on the market.
Weitere Biomassen, wie Laub, Grasschnitt und Astschnitt aus der Garten- und Landschaftspflege, werden derzeit nur vereinzelt regional als Brennstoff eingesetzt, erzeugen jedoch erhebliche Probleme in der Verbrennung.Other biomass such as leaves, grass clippings and branches from the garden and landscape care, are currently only occasionally used regionally as a fuel, but create considerable problems in the combustion.
Vorhanden sind wissenschaftliche Grundlagen für die Umwandlung der Einsatzstoffe, wie Holz, Stroh, Gras, Grünschnitt, Landschaftspflegeholz, Schlempe, Gärreste, Maissilage, Ganzpflanzensilage und organischer Abfall, aber auch Torf und Rohbraunkohle durch hydrothermale Karbonisierung bei Temperaturen zwischen 150°C und 300°C in Anwesenheit von flüssigem Wasser in kohlenstoffreiche und sauerstoffarme Feststoffe. Danach muss während der Reaktion der Druck mindestens dem Sattdampfdruck des Reaktionsgemisches bei der gewählten Reaktionstemperatur entsprechen oder darüber liegen.There are scientific bases for the conversion of input materials such as wood, straw, grass, green waste, landscape wood, vinage, fermentation residues, maize silage, whole plant silage and organic waste, as well as peat and lignite by hydrothermal carbonation at temperatures between 150 ° C and 300 ° C in the presence of liquid water in high-carbon and low-oxygen solids. Thereafter, during the reaction, the pressure must be at least equal to or above the saturated vapor pressure of the reaction mixture at the selected reaction temperature.
Bei der hydrothermalen Karbonisierung finden eine Reihe von Nebenreaktionen statt, die dazu führen, dass sich unter anderem wasserlösliche Kohlenwasserstoffe bilden. Ein Anteil der wasserlöslichen Kohlenwasserstoffe sind organische Säuren, deren Bildung zu einer Absenkung des pH-Wertes führt. Obwohl die Karbonisierungsreaktion auch ohne Katalysator stattfindet, ist die gezielte Wahl eines passenden Katalysatorsystems für eine optimale Prozessführung vorteilhaft, um eine sinnvolle Kombination aus Reaktionstemperatur und Verweilzeit in Verbindung mit einer hohen Ausbeute, optimierter Kohlenstoffbilanz sowie guten Produkteigenschaften einzustellen.Hydrothermal carbonization involves a series of side reactions that cause, among other things, the formation of water-soluble hydrocarbons. A proportion of the water-soluble hydrocarbons are organic acids whose formation leads to a lowering of the pH. Although the carbonation reaction takes place even without a catalyst, the targeted choice of a suitable catalyst system for optimal process control is advantageous to set a meaningful combination of reaction temperature and residence time in conjunction with a high yield, optimized carbon balance and good product properties.
Eine der ersten technischen Umsetzungen der hydrothermalen Karbonisierung von Industrieschlempen in Druckreaktoren bei 250°C–300°C aus der Zellstoffindustrie wurden von Friedrich Bergius 1921 beschrieben (
Weiterhin offenbart die
Auch die
Darüber hinaus offenbart
Weiterhin offenbart
Darüber hinaus offenbart
Die oben zitierten Druckschriften offenbaren verschiedene Umsetzung einer hydrothermalen Karbonisierung nebst Nebenaggregaten. Es wird jedoch kein Verfahren zur Sicherung der Qualität des erzeugten Feststoffes offenbart.The cited documents disclose various implementation of a hydrothermal carbonization and ancillary components. However, no method for securing the quality of the solid produced is disclosed.
Weiterhin sind wissenschaftliche Grundlagen zur Aufbereitung des als Abwassers aus einer hydrothermalen Karbonisierung ausgetragenen Prozesswassers durch eine anaerobe oder aerobe biologische Behandlung vorhanden. Darüber hinaus wurde die Aufbereitung durch Aktivkohlefilter sowie einer Kombination dieser Verfahren untersucht. Weiterhin beschreibt
Aufgabe der Erfindung beim Einsatz des erzeugten Feststoffes als Biobrennstoff ist somit, ein gegenüber dem Stand der Technik überlegenes Verfahren zur Aufbereitung von Biomasse zu einem homogenen, festen und trockenen Biobrennstoff anzubieten, welcher in Bezug auf seine stoffliche Zusammensetzung so homogen ist, dass die vorhandenen Probleme bei der Verbrennung der unbehandelten Biomasse überwunden werden, indem z. B. der Anteil an Chlor soweit reduziert wird, dass keine Hochtemperaturkorrosion bei der Verbrennung oder Vergasung stattfindet, der Anteil an Schwefel soweit reduziert wird, dass eine Entschwefelung nach dem Stand der Technik genutzt werden, bzw. entfallen kann, der Anteil an Stickstoff soweit reduziert wird, das eine Entstickung nach dem Stand der Technik genutzt werden kann, bzw. entfallen kann, die Asche definiert schmilzt und keine Verschlackung bei den üblichen Betriebstemperaturen von Trockenfeuerungen stattfindet, der Gehalt an Schwermetallen soweit gesenkt wird, dass die Emissionen in die Asche und das Rauchgas nicht von denen beim Einsatz von fossiler Kohle oder Holz abweichen und welcher in Bezug auf seine physikalisch-mechanischen Eigenschaften nach einer Mahlung fluidisierbar ist, so dass er in Staubfeuerungen oder Flugstromvergasung genutzt werden kann, direkt oder ggf. nach einer Kompaktierung eine mit fossiler Kohle vergleichbare Schüttdichte aufweist und aufgrund der nicht mehr vorhandenen biologischen Aktivität und des geringen Wassergehaltes lagerstabil ist. Weitere Aufgabe der Erfindung ist es, dass das im Aufbereitungsverfahren von der Biomasse abgetrennte Wasser soweit gereinigt wird, dass die verbleibenden Verunreinigungen nach einer sich anschließenden biologischen Aufbereitung soweit reduziert sind, dass eine direkte Einleitung in Gewässer möglich ist.The object of the invention when using the solid produced as biofuel is thus to offer a superior over the prior art method for processing biomass to a homogeneous, solid and dry biofuel, which is so homogeneous in terms of its material composition that the existing problems be overcome in the combustion of untreated biomass by z. B. the proportion of chlorine is reduced so much that no high-temperature corrosion takes place during combustion or gasification, the proportion of sulfur is reduced to the extent that a desulfurization can be used in the prior art, or eliminated, the proportion of nitrogen reduced so far is that a denitrification according to the prior art can be used or can be omitted, the ash defines melts and no slagging takes place at the usual operating temperatures of dry firing, the content of heavy metals is lowered so that the emissions into the ash and the Flue gas not differ from those in the use of fossil coal or wood and which is fluidizable in terms of its physico-mechanical properties after grinding, so that it can be used in dust firing or entrained flow gasification, directly or possibly after compaction one with fossil coal comparable bulk density and due to the no longer present biological activity and the low water content is storage stable. Another object of the invention is that the separated in the treatment process of the biomass water is cleaned so far that the remaining impurities are reduced to a subsequent biological treatment to the extent that a direct discharge into waters is possible.
Soll der im erfindungsgemäßen Verfahren erzeugte Feststoff nicht energetisch, sondern stofflich genutzt werden, so ist die Aufgabe der Erfindung die für die spezifische Anwendung nachteilhaften Bestandteile der Asche oder diese selber soweit zu reduzieren, dass der Feststoff die für die spezifische Anwendung geltenden Grenzwerte nicht überschreitet.If the solid produced in the process according to the invention is not to be used as an energetic substance, then the object of the invention is to reduce the constituents of the ash which are detrimental to the specific application or to reduce it itself to such an extent that the solid does not exceed the limit values applicable for the specific application.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die Biomasse
- – in einer ersten Prozessstufe einer hydrothermalen Karbonisierung unterzogen wird,
- – in einer zweiten Prozessstufe mechanisch entwässert wird,
- – ggf. in einer dritten Prozessstufe thermisch getrocknet wird,
- – das in der mechanischen Entwässerung abgetrennte Filtrat in einer vierten Prozessstufe durch Eindampfung in einen Rückstand und ein Kondensat zerlegt wird,
- – Rückstand und/oder Kondensat anteilig in den Prozess zurückgeführt werden und
- – überschüssiges Kondensat als Abwasser aus dem Prozess ausgetragen wird.
- Is subjected to hydrothermal carbonation in a first stage of the process,
- - mechanically drained in a second process stage,
- If necessary thermally dried in a third process stage,
- The filtrate separated off in the mechanical dehydration is decomposed by evaporation into a residue and a condensate in a fourth process stage,
- - Residue and / or condensate are proportionally attributed to the process and
- - Excess condensate is discharged as wastewater from the process.
Bevorzugt wird eine Kombination aus einer hydrothermalen Karbonisierung, mechanischen Entwässerung mit einer Eindampfung vorgeschlagen, wobei dass
- – in der zweiten Prozessstufe (mechanische Entwässerung) gewonnene Filtrat, welches nicht direkt in die erste Prozessstufe (hydrothermale Karbonisierung) zurückgeführt wird, in der vierten Prozessstufe (Eindampfung) durch Eindampfung in einen Rückstand und ein Kondensat zerlegt wird und
- – der Anteil des Rückstandes aus der vierten Prozessstufe (Eindampfung), der in die erste Prozessstufe (hydrothermale Karbonisierung) oder zweite Prozessstufe (mechanische Entwässerung) eingetragen wird, und der Anteil des Kondensates aus der vierten Prozessstufe (Eindampfung), der in die erste Prozessstufe (hydrothermale Karbonisierung) oder zweite Prozessstufe (mechanische Entwässerung) eingetragen wird, so gewählt wird,
- – dass der aus der zweiten Prozessstufe (mechanische Entwässerung) ausgetragene Feststoff mindestens einen Grenzwert nicht überschreitet,
- – wobei bei einer Überschreitung eines der Grenzwerte der Anteil an Rückstand aus der vierten Prozessstufe (Eindampfung), der in die erste Prozessstufe (hydrothermale Karbonisierung) und/oder zweite Prozessstufe (mechanische Entwässerung) eingetragen wird, reduziert wird und/oder der Anteil an Kondensat aus der vierten Prozessstufe (Eindampfung) der in die erste Prozessstufe (hydrothermale Karbonisierung) und/oder zweite Prozessstufe (mechanische Entwässerung) eingetragen wird, erhöht wird.
- - In the second stage of the process (mechanical dewatering) recovered filtrate, which is not directly in the first process stage (hydrothermal carbonation) is recycled, in the fourth process stage (evaporation) by evaporation into a residue and a condensate is decomposed and
- - The proportion of the residue from the fourth process stage (evaporation), which is entered in the first process stage (hydrothermal carbonation) or second process stage (mechanical dewatering), and the proportion of condensate from the fourth process stage (evaporation), in the first process stage (hydrothermal carbonation) or second process stage (mechanical drainage) is entered, so selected
- - that the solid discharged from the second process stage (mechanical dewatering) does not exceed at least one limit value,
- - When exceeding one of the limits of the proportion of residue from the fourth process stage (evaporation), which is registered in the first process stage (hydrothermal carbonation) and / or second process stage (mechanical dewatering) is reduced, and / or the proportion of condensate from the fourth process stage (evaporation) which is registered in the first process step (hydrothermal carbonization) and / or second process step (mechanical drainage) is increased.
Das Wirkprinzip dieser bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahrensführung liegt darin, dass die Menge an anorganischen Verunreinigungen im erzeugten Feststoff dadurch eingestellt wird, dass so viele der mit der Biomasse in das erfindungsgemäße Verfahren eingetragenen anorganischen Verunreinigungen mit dem Rückstand aus der vierten Prozessstufe aus dem Verfahren ausgetragen werden, wie erforderlich sind, um anwendungsspezifische Parameter für den Einsatz des Feststoffes einzuhalten, wobei die Menge der aus dem Verfahren ausgetragenen anorganischen Verunreinigungen durch eine anteilige Rückführung des Rückstandes und/oder des Kondensats aus der vierten Prozessstufe in die erste und/oder zweite Prozessstufe eingestellt wird.The mode of action of this preferred process procedure according to the invention is that the amount of inorganic impurities in the solid produced is adjusted by discharging so many of the inorganic impurities introduced into the process according to the invention with the residue from the fourth process stage from the process, such as are required to comply with application-specific parameters for the use of the solid, wherein the amount of discharged from the process inorganic impurities by a proportional recycling of the residue and / or the condensate from the fourth process stage in the first and / or second process stage is set.
Als Grenzwert für den Feststoff kann bevorzugt der Aschegehalt, der Massenanteil an Chlor, Schwefel, Stickstoff, Kalium oder der Massenanteil eines einzelnen Schwermetalls z. B. Blei, Cadmium, Chrom, Eisen, Cobalt, Kupfer, Mangan, Molybdän, Nickel, Vanadium, Zink oder Zinn an der Gesamtmasse des Feststoffs herangezogen werden. Bei einer bevorzugten Anwendung des Feststoffes als Trägermaterial von Katalysatoren bzw. als Teil eines Katalysators können bevorzugt der Massenanteil eines bestimmten oder mehrerer Katalysatorgifte z. B. Schwermetalle oder Halogene an der Gesamtmasse des Feststoffs als Grenzwert herangezogen werden. Als Bezugsgröße wird in der Regel die Masse des trockenen Feststoffes gewählt. Je nach Anwendungsfall oder branchentypischer Gepflogenheiten kann jedoch auch der aschefreie, trockene Feststoff oder der feuchte Feststoff als Bezugsgröße genutzt werden. Werden Grenzwerte auf weitere Eigenschaften des Feststoffes, z. B. dessen Energiegehalt bezogen, so ist eine entsprechende Umrechnung auf den Massenanteil erforderlich. Als Messgröße kann sowohl der Massenanteil eines Stoffes oder Stoffgemisches an der Gesamtmasse des Feststoffs oder der Massenanteil mehrerer Stoffe oder Stoffgemische an der Gesamtmasse des Feststoffs herangezogen werden. Werden mehrere Grenzwerte für den Feststoff definiert, so wird das erfindungsgemäße Verfahren in der Regel bereits bei der Überschreitung nur eines dieser Grenzwerte angewandt. Der Grenzwerte kann einen maximalen Massenanteil, einen minimalen Massenanteil und eine Bandbreite des Massenanteils eines Stoffes oder Stoffgemisches an der Gesamtmasse des Feststoffs definieren. Mit Überschreitung eines Grenzwertes ist gemeint, dass der Massenanteil des Stoffes oder Stoffgemisches am Feststoff bereits höher liegt oder droht höher zu liegen als der definierte Grenzwert. Mit Unterschreitung eines Grenzwertes ist gemeint, dass der Massenanteil des Stoffes oder Stoffgemisches am Feststoff bereits niedriger liegt oder droht niedriger zu liegen als der definierte Grenzwert. Die Überschreitung eines oder mehrerer Grenzwerte für den Feststoff wird erfindungsgemäß direkt nach dem Austritt aus der zweiten Prozessstufe (mechanische Entwässerung), nach dem Austritt aus ggf. vorhandenen nachfolgenden Prozessstufen z. B. einer thermischen Trocknung (dritte Prozessstufe), einer Mahlung oder einer Kompaktierung oder unmittelbar vor dem Eintritt in Folgeprozesse ermittelt und bei einer Überschreitung das erfindungsgemäße Verfahren angewandt.As a limit value for the solid may preferably be the ash content, the mass fraction of chlorine, sulfur, nitrogen, potassium or the mass fraction of a single heavy metal z. As lead, cadmium, chromium, iron, cobalt, copper, manganese, molybdenum, nickel, vanadium, zinc or tin are used in the total mass of the solid. In a preferred application of the solid as a support material of catalysts or as part of a catalyst may preferably be the mass fraction of a certain or more catalyst poins z. As heavy metals or halogens are used in the total mass of the solid as a limit. As a reference, the mass of the dry solid is usually selected. Depending on the application or industry-specific practices, however, the ashless, dry solid or the moist solid can also be used as a reference. If limits for other properties of the solid, z. B. its energy content, so a corresponding conversion to the mass fraction is required. As a measured variable, both the mass fraction of a substance or mixture of the total mass of the solid or the mass fraction of several substances or mixtures of the total mass of the solid can be used. If several limit values for the solid are defined, then the method according to the invention is usually already applied when only one of these limit values is exceeded. The limit values can define a maximum mass fraction, a minimum mass fraction and a bandwidth of the mass fraction of a substance or mixture of the total mass of the solid. When a limit value is exceeded, it is meant that the mass fraction of the substance or mixture of substances is already higher on the solid or threatens to be higher than the defined limit value. By falling below a limit is meant that the mass fraction of the substance or mixture of solids is already lower or threatens to be lower than the defined limit. The exceeding of one or more limits for the solid according to the invention directly after leaving the second process stage (mechanical dehydration), after exiting from any existing downstream process stages z. B. a thermal drying (third process step), a grinding or compaction or immediately before the occurrence of subsequent processes determined and applied in case of exceeding the inventive method.
Bevorzugt wird eine andere Kombination aus einer hydrothermalen Karbonisierung, mechanischen Entwässerung mit einer Eindampfung vorgeschlagen, wobei dass
- – in der zweiten Prozessstufe (mechanische Entwässerung) gewonnene Filtrat, welches nicht direkt in die erste Prozessstufe (hydrothermale Karbonisierung) zurückgeführt wird, in der vierten Prozessstufe (Eindampfung) durch Eindampfung in einen Rückstand und ein Kondensat zerlegt wird und
- – der Anteil des Rückstandes aus der vierten Prozessstufe (Eindampfung), der in die erste Prozessstufe (hydrothermale Karbonisierung) oder zweite Prozessstufe (mechanische Entwässerung) eingetragen wird, und der Anteil des Kondensates aus der vierten Prozessstufe (Eindampfung), der in die erste Prozessstufe (hydrothermale Karbonisierung) oder zweite Prozessstufe (mechanische Entwässerung) eingetragen wird, so gewählt wird,
- – dass das aus der zweiten Prozessstufe (mechanische Entwässerung) ausgetragen Filtrat oder der in die erste Prozessstufe (hydrothermale Karbonisierung) und/oder zweite Prozessstufe (mechanische Entwässerung) eingetragene Rückstand mindestens einen Grenzwert nicht überschreitet,
- – wobei bei einer Überschreitung eines der Grenzwerte der Anteil an Rückstand aus der vierten Prozessstufe (Eindampfung), der in die erste Prozessstufe (hydrothermale Karbonisierung) und/oder zweite Prozessstufe (mechanische Entwässerung) eingetragen wird, reduziert wird und/oder der Anteil an Kondensat aus der vierten Prozessstufe (Eindampfung) der in die erste Prozessstufe (hydrothermale Karbonisierung) und/oder zweite Prozessstufe (mechanische Entwässerung) eingetragen wird, erhöht wird.
- - In the second stage of the process (mechanical dewatering) recovered filtrate, which is not directly in the first process stage (hydrothermal carbonation) is recycled, in the fourth process stage (evaporation) by evaporation into a residue and a condensate is decomposed and
- - The proportion of the residue from the fourth process stage (evaporation), which is entered in the first process stage (hydrothermal carbonation) or second process stage (mechanical dewatering), and the proportion of condensate from the fourth process stage (evaporation), in the first process stage (hydrothermal carbonation) or second process stage (mechanical drainage) is entered, so selected
- That the filtrate discharged from the second process stage (mechanical dewatering) or the residue introduced into the first process stage (hydrothermal carbonization) and / or second process stage (mechanical dehydration) does not exceed at least one limit value,
- - When exceeding one of the limits of the proportion of residue from the fourth process stage (evaporation), which is registered in the first process stage (hydrothermal carbonation) and / or second process stage (mechanical dewatering) is reduced, and / or the proportion of condensate from the fourth process stage (evaporation) which is registered in the first process step (hydrothermal carbonization) and / or second process step (mechanical drainage) is increased.
Das Wirkprinzip dieser bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahrensführung liegt darin, dass die Menge an anorganischen Verunreinigungen die in die ersten und/oder zweiten Prozessstufe eingetragen werden dadurch eingestellt wird, dass so viele der mit der Biomasse in das erfindungsgemäße Verfahren eingetragenen anorganischen Verunreinigungen mit dem Rückstand aus der vierten Prozessstufe aus dem Verfahren ausgetragen werden, wie erforderlich sind, um eine unzulässige Anreicherung der anorganischen Verunreinigungen (die zum Beispiel zu einer Ablagerung führt), in der ersten und/oder zweiten Prozessstufe zu verhindern, wobei die Menge der aus dem Verfahren ausgetragenen anorganischen Verunreinigungen durch eine anteilige Rückführung des Rückstandes und/oder des Kondensats aus der vierten Prozessstufe in die erste und/oder zweite Prozessstufe eingestellt wird.The active principle of this preferred method according to the invention is that the amount of inorganic impurities introduced into the first and / or second process stage is adjusted by the fact that so many of the inorganic impurities added to the biomass in the process according to the invention are mixed with the residue from the fourth Process stage be discharged from the process, as required, to prevent improper enrichment of the inorganic impurities (which leads to, for example, a deposit), in the first and / or second process stage, wherein the amount of discharged from the process inorganic impurities by a proportionate recycling of the residue and / or the condensate from the fourth process stage in the first and / or second process stage is set.
Als Grenzwert für das Filtrat oder den Rückstand wird eine Messgröße gewählt, der sicherstellt, dass es in der ersten Prozessstufe, zweiten Prozessstufe oder vierten Prozessstufe zu keiner Anlagerung von anorganischen Stoffen oder Stoffgemischen kommt, die die Prozessführung nachteilig beeinflussen, z. B. sich an Rohrleitungen oder Behälterwänden übermäßig anlagern. Geeignete Messgrößen sind zum Beispiel die elektrische Leitfähigkeit oder der Trockenstoffgehalt oder eine Kombination dieser.As the limit value for the filtrate or the residue, a measured variable is selected, which ensures that in the first process stage, second process stage or fourth process stage to no accumulation of inorganic substances or mixtures that adversely affect the process management, z. B. attach themselves to pipes or container walls excessively. Suitable measures are, for example, the electrical conductivity or the dry matter content or a combination of these.
Bevorzugt können die beiden oben genannten erfindungsmäßen alternativen Verfahrensführungen kombiniert werden, wobei dass
- – in der zweiten Prozessstufe (mechanische Entwässerung) gewonnene Filtrat, welches nicht direkt in die erste Prozessstufe (hydrothermale Karbonisierung) zurückgeführt wird, in der vierten Prozessstufe (Eindampfung) durch Eindampfung in einen Rückstand und ein Kondensat zerlegt wird und
- – der Anteil des Rückstandes aus der vierten Prozessstufe (Eindampfung), der in die erste Prozessstufe (hydrothermale Karbonisierung) oder zweite Prozessstufe (mechanische Entwässerung) eingetragen wird, und der Anteil des Kondensates aus der vierten Prozessstufe (Eindampfung), der in die erste Prozessstufe (hydrothermale Karbonisierung) oder zweite Prozessstufe (mechanische Entwässerung) eingetragen wird, so gewählt wird,
- – dass der aus der zweiten Prozessstufe (mechanische Entwässerung) ausgetragene Feststoff mindestens einen Grenzwert nicht überschreitet und
- – dass das aus der zweiten Prozessstufe (mechanische Entwässerung) ausgetragen Filtrat oder der in die erste Prozessstufe (hydrothermale Karbonisierung) und/oder zweite Prozessstufe (mechanische Entwässerung) eingetragene Rückstand mindestens einen Grenzwert nicht überschreitet,
- – wobei bei einer Überschreitung eines der Grenzwerte der Anteil an Rückstand aus der vierten Prozessstufe (Eindampfung), der in die erste Prozessstufe (hydrothermale Karbonisierung) und/oder zweite Prozessstufe (mechanische Entwässerung) eingetragen wird, reduziert wird und/oder der Anteil an Kondensat aus der vierten Prozessstufe (Eindampfung) der in die erste Prozessstufe (hydrothermale Karbonisierung) und/oder zweite Prozessstufe (mechanische Entwässerung) eingetragen wird, erhöht wird.
- - In the second stage of the process (mechanical dewatering) recovered filtrate, which is not directly in the first process stage (hydrothermal carbonation) is recycled, in the fourth process stage (evaporation) by evaporation into a residue and a condensate is decomposed and
- - The proportion of the residue from the fourth process stage (evaporation), which is entered in the first process stage (hydrothermal carbonation) or second process stage (mechanical dewatering), and the proportion of condensate from the fourth process stage (evaporation), in the first process stage (hydrothermal carbonation) or second process stage (mechanical drainage) is entered, so selected
- - That discharged from the second process stage (mechanical dewatering) solid does not exceed at least one threshold and
- That the filtrate discharged from the second process stage (mechanical dewatering) or the residue introduced into the first process stage (hydrothermal carbonization) and / or second process stage (mechanical dehydration) does not exceed at least one limit value,
- - When exceeding one of the limits of the proportion of residue from the fourth process stage (evaporation), which is registered in the first process stage (hydrothermal carbonation) and / or second process stage (mechanical dewatering) is reduced, and / or the proportion of condensate from the fourth process stage (evaporation) which is registered in the first process step (hydrothermal carbonization) and / or second process step (mechanical drainage) is increased.
Bevorzugt wird demnach neben des oder der Grenzwerte für den aus der zweiten Prozessstufe (mechanische Entwässerung) ausgetragenen Feststoff auch für das aus der zweiten Prozessstufe (mechanische Entwässerung) ausgetragene Filtrat oder den in die erste Prozessstufe (hydrothermale Karbonisierung) und/oder zweite Prozessstufe (mechanische Entwässerung) eingetragenen Rückstand mindestens ein weiterer Grenzwert definiert, der zur Einstellung der Menge an zurückgeführtem Rückstand oder Kondensat genutzt wird. Dabei erfolgt eine Reduktion der Rückführung von Rückstand bzw. eine Erhöhung der Rückführung von Kondensat erfindungsgemäß bereits dann, wenn eine solche Maßnahme bei alleiniger Betrachtung des oder der Grenzwerte für den Feststoff oder des oder der Grenzwerte für das Filtrat oder den Rückstand nicht erforderlich wäre.Accordingly, in addition to the limit value for the solid discharged from the second process stage (mechanical dehydration), it is also preferred for the filtrate discharged from the second process stage (mechanical dewatering) or the first process stage (hydrothermal carbonization) and / or second process stage (mechanical Dehydration) residue defined at least one further limit, which is used to adjust the amount of recirculated residue or condensate. In this case, a reduction in the recirculation of residue or an increase in the recirculation of condensate according to the invention already takes place if such a measure would not be necessary if only one or more of the limit values for the solid or the limit value for the filtrate or the residue is considered.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann verbessert werden indem die Einhaltung des oder der Grenzwerte durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens regelmäßig bevorzugt durch Messungen kontrolliert wird, wobei nach Auswertung der bevorzugten Messung
- – bei einer Überschreitung des oder der Grenzwerte der Anteil an Rückstand aus der vierten Prozessstufe (Eindampfung), der in die erste Prozessstufe (hydrothermale Karbonisierung) und/oder zweite Prozessstufe (mechanische Entwässerung) eingetragen wird, reduziert wird und/oder der Anteil an Kondensat aus der vierten Prozessstufe (Eindampfung) der in die erste Prozessstufe (hydrothermale Karbonisierung) und/oder zweite Prozessstufe (mechanische Entwässerung) eingetragen wird, erhöht wird und
- – bei einer Unterschreitung des oder der Grenzwerte der Anteil an Rückstand aus der vierten Prozessstufe (Eindampfung), der in die erste Prozessstufe (hydrothermale Karbonisierung) und/oder zweite Prozessstufe (mechanische Entwässerung) eingetragen wird, erhöht wird und/oder der Anteil an Kondensat aus der vierten Prozessstufe (Eindampfung) der in die erste Prozessstufe (hydrothermale Karbonisierung) und/oder zweite Prozessstufe (mechanische Entwässerung) eingetragen wird, reduziert wird.
- - When exceeding the limit or limits, the proportion of residue from the fourth process stage (evaporation), which is registered in the first process stage (hydrothermal carbonation) and / or second process stage (mechanical dewatering) is reduced, and / or the proportion of condensate from the fourth process stage (evaporation), which is introduced into the first process stage (hydrothermal carbonization) and / or second process stage (mechanical drainage), is increased, and
- - If the limit value (s) fall below the limit, the proportion of residue from the fourth process stage (evaporation), which is introduced into the first process stage (hydrothermal carbonation) and / or second process stage (mechanical drainage), is increased and / or the proportion of condensate from the fourth process stage (evaporation) which is registered in the first process step (hydrothermal carbonization) and / or second process step (mechanical dewatering) is reduced.
Bevorzugt wird bei einer Überschreitung des oder der Grenzwerte zunächst der Anteil an Rückstand aus der vierten Prozessstufe (Eindampfung) der in die erste Prozessstufe (hydrothermale Karbonisierung) und/oder zweite Prozessstufe (mechanische Entwässerung) eingetragen wird, bevorzugt bis auf einen Anteil von unter 50 Ma.-% des gesamten Rückstandes aus der vierten Prozessstufe (Eindampfung) weiter bevorzugt auf einen Anteil von unter 25 Ma.-% des gesamten Rückstandes aus der vierten Prozessstufe (Eindampfung) weiter bevorzugt bis auf einen Anteil von unter 10 Ma.-% des gesamten Rückstandes aus der vierten Prozessstufe (Eindampfung) weiter bevorzugt bis auf einen Anteil von unter 5 Ma.-% des gesamten Rückstandes aus der vierten Prozessstufe (Eindampfung) reduziert, bevor der Anteil an Kondensat aus der vierten Prozessstufe (Eindampfung) der in die erste Prozessstufe (hydrothermale Karbonisierung) und/oder zweite Prozessstufe (mechanische Entwässerung) eingetragen wird, erhöht wird.If the limiting value (s) is exceeded, the proportion of residue from the fourth process stage (evaporation) which is introduced into the first process stage (hydrothermal carbonization) and / or second process stage (mechanical dehydration) is preferably first, preferably to a fraction of less than 50 % By weight of the entire residue from the fourth process stage (evaporation), more preferably to a fraction of less than 25% by weight of the total residue from the fourth process stage (evaporation), more preferably to a fraction of less than 10% by mass total residue from the fourth process stage (evaporation) more preferably reduced to a proportion of less than 5 wt .-% of the total residue from the fourth process stage (evaporation), before the proportion of condensate from the fourth process stage (evaporation) in the first Process step (hydrothermal carbonation) and / or second process step (mechanical drainage) is entered, increases w ill.
Bevorzugt wird bei einer Unterschreitung des oder der Grenzwerte zunächst der Anteil an Kondensat aus der vierten Prozessstufe (Eindampfung) der in die erste Prozessstufe (hydrothermale Karbonisierung) und/oder zweite Prozessstufe (mechanische Entwässerung) eingetragen wird bevorzugt bis auf einen Anteil von unter 40 Ma.-% des gesamten Kondensats aus der vierten Prozessstufe (Eindampfung) weiter bevorzugt auf einen Anteil von unter 20 Ma.-% des gesamten Kondensats aus der vierten Prozessstufe (Eindampfung) weiter bevorzugt bis auf einen Anteil von unter 10 Ma.-% des gesamten Kondensats aus der vierten Prozessstufe (Eindampfung) weiter bevorzugt bis auf einen Anteil von unter 5 Ma.-% des gesamten Kondensats aus der vierten Prozessstufe (Eindampfung) reduziert, bevor der Anteil an Rückstand aus der vierten Prozessstufe (Eindampfung) der in die erste Prozessstufe (hydrothermale Karbonisierung) und/oder zweite Prozessstufe (mechanische Entwässerung) eingetragen wird, erhöht wird.If the limit value (s) are not reached, the proportion of condensate from the fourth process stage (evaporation) which is introduced into the first process stage (hydrothermal carbonization) and / or second process stage (mechanical drainage) is preferably initially reduced to less than 40 Ma % of the total condensate from the fourth process stage (evaporation), more preferably to a fraction of less than 20 wt.% of the total condensate from the fourth process stage (evaporation), more preferably to a fraction of less than 10 wt.% of the total Condensate from the fourth process stage (evaporation) more preferably reduced to a proportion of less than 5 wt .-% of the total condensate from the fourth process stage (evaporation) before the proportion of residue from the fourth process stage (evaporation) in the first process stage (hydrothermal carbonation) and / or second process stage (mechanical drainage) is registered is increased.
Der Anteil des Rückstandes der aus der vierten Prozessstufe (Eindampfung) in die ersten Prozessstufe (hydrothermale Karbonisierung) oder in die zweite Prozessstufe (mechanische Entwässerung) zurückgeführt wird kann zwischen 0% und 100% bezogen auf die Gesamtmenge des in der vierten Prozessstufe (Eindampfung) erzeugten Rückstandes liegen und der Anteil des Kondensats das aus der vierten Prozessstufe (Eindampfung) in die erste Prozessstufe (hydrothermale Karbonisierung) und/oder zweite Prozessstufe (mechanische Entwässerung) zurückgeführt wird kann zwischen 0% und 50% bezogen auf die Gesamtmenge des in der vierten Prozessstufe (Eindampfung) erzeugten Kondensats liegen. Bevorzugt wird eine Mindestmenge von bevorzugt 5 Ma.-% weiter bevorzugt von mindestens 3 Ma.-% des gesamten Kondensats aus der vierten Prozessstufe (Eindampfung) in die erste Prozessstufe (hydrothermale Karbonisierung) und/oder zweite Prozessstufe (mechanische Entwässerung) zurückgeführt.The proportion of the residue from the fourth process stage (evaporation) in the first process stage (hydrothermal carbonation) or in the second process stage (mechanical dehydration) is attributed between 0% and 100% based on the total amount of the fourth process stage (evaporation) produced residue and the proportion of the condensate from the fourth process stage (evaporation) in the first process stage (hydrothermal carbonation) and / or second process stage (mechanical dewatering) is between 0% and 50% based on the total amount in the fourth Process level (evaporation) produced condensate are. Preferably, a minimum amount of preferably 5% by mass, more preferably of at least 3% by mass, of the total condensate from the fourth process stage (evaporation) is recycled to the first process stage (hydrothermal carbonization) and / or second process stage (mechanical dehydration).
Beinhaltet das erfindungsgemäße Verfahren eine dritte Prozessstufe (thermische Trocknung), so kann der Rückstand aus der vierten Prozessstufe (Eindampfung) bevorzugt auch in die dritte Prozessstufe (thermische Trocknung) eingebracht werden. Weiterhin bevorzugt kann der in der dritten Prozessstufe erzeugte Prozessdampf in die vierte Prozessstufe (Eindampfung) eingebracht und dort kondensiert werden und das so erzeugte Kondensat genauso wie das Kondensat aus der eigentlichen Eindampfung verwendet werden. Beim Vorhandensein einer dritten Prozessstufe (thermische Trocknung) und bei Rückführung von Rückstand in die dritte Prozessstufe (thermische Trocknung) wird eine Überschreitung des oder der Grenzwerte für den Feststoff frühestens nach dem Verlassen der dritten Prozessstufe (thermische Trocknung) ermittelt.If the process according to the invention comprises a third process stage (thermal drying), the residue from the fourth process stage (evaporation) can preferably also be introduced into the third process stage (thermal drying). Further preferably, the process steam generated in the third process stage can be introduced into the fourth process stage (evaporation) and condensed there, and the condensate thus produced can be used just like the condensate from the actual evaporation. If there is a third process step (thermal drying) and if the residue is returned to the third process step (thermal drying), the upper limit (s) for the solid is determined at the earliest after leaving the third process step (thermal drying).
Der aus dem Verfahren ausgetragene Rückstand kann bevorzugt ggf. nach einer weiteren Aufbereitung als Dünger Verwendung finden.The residue discharged from the process may preferably be used as fertilizer, if appropriate after further treatment.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird
- – die Biomasse ggf. zusammen mit Rückstand und/oder Kondensat aus einer vierten Prozessstufe, der Eindampfung, in einer ersten Prozessstufe, der hydrothermalen Karbonisierung, mit Druck beaufschlagt und bei einer Temperatur zwischen 150°C und 250°C und einem Druck, der mindestens dem Sattdampfdruck bei der gewählten Prozesstemperatur entspricht für mindestens dreißig Minuten einer hydrothermalen Karbonisierung unterzogen und das sich bildende Karbonisierungsprodukt zurückgekühlt und entspannt und aus der ersten Prozessstufe (hydrothermale Karbonisierung) ausgetragen und einer zweiten Prozessstufe, der mechanischen Entwässerung, zugeführt,
- – die Wasserbilanz der ersten Prozessstufe (hydrothermale Karbonisierung) durch die Zufuhr von Filtrat aus der zweiten Prozessstufe (mechanische Entwässerung) ausgeglichen,
- – das aus der ersten Prozessstufe (hydrothermale Karbonisierung) ausgetragene Karbonisierungsprodukt in der zweiten Prozessstufe (mechanische Entwässerung) ggf. zusammen mit Rückstand und/oder Kondensat aus der vierten Prozessstufe (Eindampfung) mechanisch auf einen TS-
Gehalt von mindestens 40% entwässert, das hierbei gewonnene Filtrat aus der zweiten Prozessstufe (mechanische Entwässerung) ausgetragen und der ersten Prozessstufe (hydrothermale Karbonisierung) und/oder der vierten Prozessstufe (Eindampfung) zugeführt und der hierbei gewonnenen Presskuchen aus der zweiten Prozessstufe (mechanische Entwässerung) ausgetragen und einer dritten Prozessstufe, der thermischen Trocknung, zugeführt, - – der aus der zweiten Prozessstufe (mechanische Entwässerung) ausgetragene Presskuchen in der dritten Prozessstufe (thermische Trocknung) thermisch auf einen TS-Gehalt von mindestens 80 Ma.-% getrocknet, das verdampfte Wasser aus der dritten Prozessstufe (thermische Trocknung) ausgetragen und der vierten Prozessstufe (Eindampfung) zugeführt und das Trockenprodukt aus der dritten Prozessstufe (thermische Trocknung) ausgetragen und ggf. nach Kompaktierung, Lagerung, Transport und Mahlung als Biobrennstoff in Staubfeuerungen oder Flugstromvergasern genutzt,
- – das aus der zweiten Prozessstufe (mechanische Entwässerung) ausgetragene und in die vierte Prozessstufe (Eindampfung) eingetragene Filtrat in dieser durch Verdampfung und Kondensation in Kondensat und Rückstand aufgespalten,
- – das aus der dritten Prozessstufe (thermische Trocknung) ausgetragene und in die vierte Prozessstufe (Eindampfung) eingetragene verdampfte Wasser in dieser kondensiert,
- – die so gewonnenen Kondensate aus der vierten Prozessstufe (Eindampfung) ausgetragen und der ersten Prozessstufe (hydrothermale Karbonisierung) und/oder der zweiten Prozessstufe (mechanische Entwässerung) zugeführt und/oder ggf. nach einer weiteren Aufbereitung indirekt oder direkt eingeleitet und der Rückstand aus der vierten Prozessstufe (Eindampfung) ausgetragen und der ersten Prozessstufe (hydrothermale Karbonisierung) und/oder der zweiten Prozessstufe (mechanische Entwässerung) zugeführt und/oder einer Verwertung zugeführt,
- – der Anteil des Rückstandes aus der vierten Prozessstufe (Eindampfung), der in die erste Prozessstufe (hydrothermale Karbonisierung) oder zweite Prozessstufe (mechanische Entwässerung) eingetragen wird und der Anteil des Kondensates aus der vierten Prozessstufe (Eindampfung), der in die erste Prozessstufe (hydrothermale Karbonisierung) oder zweite Prozessstufe (mechanische Entwässerung) eingetragen wird, so gewählt, dass der erzeugte Biobrennstoff die für seinen Einsatz in der Vergasung oder Verbrennung geforderten Grenzwerte nicht überschreitet, wobei bei einer Überschreitung der Anteil an Rückstand, der in die erste Prozessstufe (hydrothermale Karbonisierung) und/oder zweite Prozessstufe (mechanische Entwässerung) eingetragen wird, reduziert wird und/oder der Anteil an Kondensat der in die erste Prozessstufe (hydrothermale Karbonisierung) und/oder zweite Prozessstufe (mechanische Entwässerung) eingetragen wird, erhöht wird.
- - The biomass optionally together with residue and / or condensate from a fourth process stage, the evaporation, in a first process step, the hydrothermal carbonization, pressurized and at a temperature between 150 ° C and 250 ° C and a pressure of at least the saturated vapor pressure at the selected process temperature is subjected to a hydrothermal carbonization for at least thirty minutes and the carbonation product which forms is discharged and expanded and removed from the first process stage (hydrothermal carbonization) and fed to a second process stage, the mechanical dehydration,
- - balanced the water balance of the first process step (hydrothermal carbonation) by the supply of filtrate from the second process step (mechanical drainage),
- - The carbonation product discharged from the first process stage (hydrothermal carbonization) in the second process stage (mechanical dehydration), if appropriate together with residue and / or condensate from the fourth process stage (evaporation) is mechanically dewatered to a TS content of at least 40% recovered filtrate discharged from the second process stage (mechanical dewatering) and the first process stage (hydrothermal carbonation) and / or the fourth process stage (evaporation) fed and thereby obtained press cake from the second process stage (mechanical dewatering) discharged and a third process stage, the thermal Drying, fed,
- - The pressed from the second process stage (mechanical dewatering) pressed cake in the third process stage (thermal drying) thermally dried to a TS content of at least 80 wt .-%, the evaporated water discharged from the third process stage (thermal drying) and the fourth Fed to the process step (evaporation) and discharged the dry product from the third process stage (thermal drying) and possibly used after compaction, storage, transport and grinding as biofuel in Staubfeuerungen or Flugstromvergasern,
- The filtrate discharged from the second process stage (mechanical dewatering) and introduced into the fourth process stage (evaporation) is split into the condensate and the residue by evaporation and condensation,
- The vaporized water discharged from the third process stage (thermal drying) and introduced into the fourth process stage (evaporation) condenses therein;
- - The condensates thus obtained from the fourth process stage (evaporation) discharged and the first process stage (hydrothermal carbonation) and / or the second process stage (mechanical dehydration) supplied and / or optionally after a further treatment indirectly or directly initiated and the residue from the discharged fourth stage of the process (evaporation) and fed to the first process stage (hydrothermal carbonization) and / or the second process stage (mechanical dewatering) and / or recycled,
- - the proportion of the residue from the fourth process stage (evaporation), which is entered in the first process stage (hydrothermal carbonation) or second process stage (mechanical dewatering) and the proportion of the condensate from the fourth process stage (evaporation), in the first process stage ( hydrothermal carbonation) or second process stage (mechanical dehydration) is selected, so selected that the biofuel produced does not exceed the limits required for its use in the gasification or combustion, wherein when exceeded, the proportion of residue in the first process stage (hydrothermal Carbonation) and / or second process stage (mechanical dewatering) is registered, is reduced and / or the proportion of condensate in the first process step (hydrothermal carbonation) and / or second process step (mechanical dewatering) is registered, is increased.
Das Wirkprinzip dieser bevorzugten Verfahrensführung liegt darin, dass die in der Biomasse vorhandenen Verunreinigungen, die in der ersten Prozessstufe teilweise in die Wasserphase überführt werden und in der zweiten Prozessstufe teilweise mit dem Filtrat vom Presskuchen abgetrennt werden, in einer vierten Prozessstufe in einem Rückstand aufkonzentriert werden, wodurch ein im Verhältnis zum Filtrat sauberes Kondensat gewonnen wird und ganz oder teilweise als Abwasser aus dem Prozess ausgetragen wird und die Menge des als Abfall aus der vierten Prozessstufe auszutragenden Rückstandes durch eine anteilige Rückführung des Rückstandes in die erste oder zweite Prozessstufe minimiert wird, soweit durch diese Rückführung die Qualität des erzeugten Biobrennstoffes nicht beeinträchtigt wird und gleichzeitig oder alternativ das erzeugte Kondensat zur Verbesserung der Qualität des erzeugten Biobrennstoffes anteilig in die ersten oder zweite Prozessstufe zurückgeführt wird, wobei der Anteil des Rückstandes der zurückgeführt wird zwischen 0% und 100% bezogen auf die Gesamtmenge des in der vierten Prozessstufe erzeugten Rückstandes liegen kann und der Anteil des Kondensats das zurückgeführt wird zwischen 0% und 50% bezogen auf die Gesamtmenge des in der vierten Prozessstufe erzeugten Kondensats liegen kann. Weiterhin wird durch die hydrothermale Karbonisierung sichergestellt, dass der Biobrennstoff nach mechanischer Entwässerung, Trocknung und Mahlung fluidisierbar ist und in Staubfeuerungen und Flugstromvergasern genutzt werden kann.The operating principle of this preferred procedure is that the contaminants present in the biomass, which are partly converted into the water phase in the first process stage and partially separated with the filtrate from the press cake in the second process stage, are concentrated in a residue in a fourth process stage whereby a condensate which is clean in relation to the filtrate is obtained and is wholly or partially discharged from the process as waste water and the amount of residue to be discharged as waste from the fourth process stage is minimized by a proportionate recycling of the residue to the first or second process stage, to the extent This recycling does not impair the quality of the biofuel produced and, at the same time or alternatively, the condensate produced is proportionately returned to the first or second process stage in order to improve the quality of the biofuel produced, wherein d the proportion of the residue which is recycled is between 0% and 100% relative to the total amount of the residue produced in the fourth process stage and the proportion of the condensate is between 0% and 50% relative to the total amount produced in the fourth process stage Condensate can lie. Furthermore, it is ensured by the hydrothermal carbonization that the biofuel can be fluidized after mechanical dewatering, drying and grinding and can be used in Staubfeuerungen and Flugstromvergasern.
Erfindungsgemäß kann die Verfahrensführung beim Einsatz von Biomasse mit einem hohen Aschegehalt von mehr als 10 Massen-% bezogen auf die Trockenmasse bevorzugt, bei mehr als 20 Massen-% bezogen auf die Trockenmasse verbessert werden, indem
- – die Biomasse in einer der ersten Prozessstufe vorgelagerten Wäsche mit Waschwasser vermischt und von Mineralik befreit wird, wobei die Mineralik durch Schwerkrafttrennung auf einen Aschegehalt von mindestens 80 Massen-% bezogen auf die Trockenmasse und einem TS-
Gehalt von mindestens 40 Massen-% bezogen auf die Gesamtmasse aufkonzentriert und aus der Wäsche ausgetragen wird und das verbleibenden Organik-Mineralik Gemisch mit einem Aschegehalt von maximal 20 Massen-% bezogen auf die Trockenmasse und einem Wassergehalt von maximal 85 Masse-% bezogen auf die Gesamtmasse aus der Wäsche ausgetragen und der ersten Prozessstufe zugeführt wird, - – der TS-Gehalt des Waschwassers durch Vermischung mit Filtrat aus der zweiten Prozessstufe oder Kondensat aus der vierten Prozessstufe auf einem Wert zwischen 5 Massen-% bezogen auf die Gesamtmasse und 20 Massen-% bezogen auf die Gesamtmasse eingestellt wird,
- – das überschüssiges Waschwasser aus der Wäsche ausgetragen und der ersten Prozessstufe zugeführt wird.
- - The biomass is mixed in a washing the first stage of the process upstream with wash water and freed from mineral, the mineral by gravity separation to an ash content of at least 80% by mass based on the dry matter and a TS content of at least 40% by mass based on concentrated the total mass and discharged from the laundry and the remaining organic-mineral mixture with an ash content of a maximum of 20 mass% based on the dry matter and a water content of 85 mass% based on the total mass discharged from the laundry and the first process stage is fed
- The TS content of the wash water is adjusted by mixing with filtrate from the second process stage or condensate from the fourth process stage to a value between 5% by mass based on the total mass and 20% by mass based on the total mass,
- - The excess washing water discharged from the laundry and the first process stage is supplied.
Das Wirkprinzip dieser Verbesserung der erfindungsgemäßen Verfahrensführung liegt darin, dass die an der Biomasse anhaftenden Verunreinigungen wie Steine, Kies und Sand in einer der ersten Prozessstufe vorgelagerten Wäsche in die Wasserphase überführt werden und in dieser durch eine Schwerkrafttrennung aufkonzentriert und separat aus dem Verfahren ausgetragen und nicht in die erste Prozessstufe eingetragen werden, wobei als Waschwasser Prozesswasser aus der zweiten oder Kondensat aus der vierten Prozessstufe genutzt wird und das Waschwasser bei zunehmender Verunreinigung durch gelöste oder feine Organik der ersten Prozessstufe zugeführt und in dieser durch hydrothermale Karbonisierung wieder in – im Verhältnis zum Waschwasser saubereren – Filtrat überführt wird.The operating principle of this improvement of the process control according to the invention is that the adhering to the biomass impurities such as stones, gravel and sand in a first process stage upstream laundry are transferred to the water phase and concentrated in this by a gravity separation and discharged separately from the process and not be entered in the first process stage, being used as wash water process water from the second or condensate from the fourth process stage and the wash water with increasing contamination by dissolved or fine organics of the first process stage fed and in this by hydrothermal carbonation again in - in relation to the wash water cleaner - filtrate is transferred.
Eine weitere Verbesserung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann erreicht werden, indem die Trocknung des Presskuchens in der dritten Prozessstufe in Dampfatmosphäre erfolgt und die Wärme des aus der dritten Prozessstufe ausgetragenen und in die vierte Prozessstufe eingetragenen verdampften Wassers in dieser zur Beheizung der Eindampfanlage genutzt wird. Bevorzugt ist die Eindampfanlage ein einstufiger oder mehrstufiger Zwangsumlaufverdampfer, wobei die erste Stufe bevorzugt mit dem aus der dritten Prozessstufe ausgetragenen und in die vierte Prozessstufe eingetragenen verdampften Wasser beheizt wird.A further improvement of the method according to the invention can be achieved by the drying of the press cake in the third process stage in a steam atmosphere and the heat of the discharged from the third process stage and registered in the fourth process stage evaporated water is used in this for heating the evaporation plant. Preferably, the evaporation plant is a single-stage or multi-stage forced circulation evaporator, wherein the first stage is preferably heated with the discharged from the third process stage and registered in the fourth process stage evaporated water.
Wird der im erfindungsgemäßen Verfahren erzeugte Feststoff als Biobrennstoff eingesetzt so unterscheiden sich die Grenzwerte und zulässigen Bandbreiten der Grenzwerte je nach Anwendungsfall. Werden durch den Biobrennstoff beispielsweise Holzpellets ersetzt, so können die Grenzwerte der APEX-Endex, Amsterdam als Anhaltspunkt verwendet werden. Wird durch den Biobrennstoff Braunkohlenstaub substituiert, so kann die Zusammensetzung von Rheinischem und Lausitzer Braunkohlenstaub als Anhaltspunkt für die Grenzwerte genommen werden. Entscheidend für die endgültige Festlegung der Grenzwerte sind jedoch die technischen Anforderungen, die die Feuerungsanlage an den Biobrennstoff stellt, sowie die aus der emissionsschutzrechtlichen Genehmigung hervorgehenden Grenzwerte für Rauchgase, Asche und den Brennstoff. Alternativ können Grenzwerte auch durch Normen, einzelne Händler oder Handelsplatzformen vorgegeben werden. Beispiele für Grenzwerte sind in folgender Tabelle dargestellt.
Ausführungsbeispiel:Embodiment:
Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand eines ersten Ausführungsbeispiels, welches durch
Einsatzstoff ist Biomasse aus der Landschaftspflege mit einem Wassergehalt (WG) von 55 Massen-% bezogen auf die Gesamtmasse und einem Anteil an organischer Trockensubstanz (OTS) von 90 Massen-% bezogen auf die Trockenmasse (TS). Der Chlorgehalt des Einsatzstoffes liegt bei 0,4 Massen-%, der Stickstoffgehalt bei 1,2 Massen-% bezogen auf die Trockenmasse. Die Ascheerweichungstemperatur liegt bei 1.010°C. Die geforderten Grenzwerte für den durch das erfindungsgemäße Verfahren zu erzeugenden Biobrennstoff liegen für Chlor bei < 0,2 Massen-% für Stickstoff bei < 1,0 Massen-% bezogen auf die Trockenmasse und für die Ascheerweichungstemperatur bei größer 1.100°C.The inventive method is based on a first embodiment, which by
Feedstock is biomass from landscape conservation with a water content (WG) of 55% by mass based on the total mass and an organic dry matter content (OTS) of 90% by mass based on the dry matter (TS). The chlorine content of the feedstock is 0.4% by mass, the nitrogen content at 1.2% by mass based on the dry matter. The ash softening temperature is 1010 ° C. The required limit values for the biofuel to be produced by the process according to the invention for chlorine are <0.2% by mass for nitrogen at <1.0% by mass, based on the dry matter and for the ash softening temperature, greater than 1100 ° C.
10.000 kg/h Biomasse (
Nach Abschluss des Verfahrens liegt der Chlorgehalt des erzeugten Biobrennstoffs bei 0,1 Massen-%, der Stickstoffgehalt bei 0,8 Massen-% bezogen auf die Trockenmasse. Die Ascheerweichungstemperatur liegt bei 1.190°C. Die geforderten Grenzwerte werden somit erreicht. Gleichzeitig wurde die Menge an Rückstand (
Das erfindungsgemäße Verfahren wird weiterhin anhand eines zweiten Ausführungsbeispiels, welches durch
Einsatzstoff ist Biomasse aus der Landwirtschaft mit einem Wassergehalt (WG) von 60 Massen-% bezogen auf die Gesamtmasse und einem Anteil an organischer Trockensubstanz (OTS) von 90 Massen-% bezogen auf die Trockenmasse (TS). Der Chlorgehalt des Einsatzstoffes liegt bei 0,8 Massen-%, der Stickstoffgehalt bei 1,8 Massen-% bezogen auf die Trockenmasse. Die Ascheerweichungstemperatur liegt bei 800°C. Die geforderten Grenzwerte liegen wie im ersten Ausführungsbeispiel für den durch das erfindungsgemäße Verfahren zu erzeugenden Biobrennstoff für Chlor bei < 0,2 Massen-% für Stickstoff bei < 1,0 Massen-% bezogen auf die Trockenmasse und für die Ascheerweichungstemperatur bei größer 1.100°C.The inventive method is further based on a second embodiment, which by
Feedstock is biomass from agriculture with a water content (WG) of 60% by mass based on the total mass and an organic dry matter content (OTS) of 90% by mass based on the dry matter (TS). The chlorine content of the feedstock is 0.8% by mass, the nitrogen content at 1.8% by mass based on the dry mass. The ash softening temperature is 800 ° C. The required limit values are, as in the first exemplary embodiment, for the biofuel for chlorine to be produced by the process according to the invention at <0.2% by mass for nitrogen at <1.0% by mass based on the dry mass and for the ash softening temperature at greater than 1100 ° C. ,
10.000 kg/h Biomasse (
Nach Abschluss des Verfahrens liegt der Chlorgehalt des erzeugten Biobrennstoffs bei 0,2 Massen-%, der Stickstoffgehalt bei 0,9 Massen-% bezogen auf die Trockenmasse. Die Ascheerweichungstemperatur liegt bei 1.150°C. Die geforderten Grenzwerte werden somit erreicht. Weiterhin liegt der CSB-Gehalt des Abwassers/Kondensats (
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