DE102017123281A1 - Verfahren zur Herstellung einer geruchsfreien HTC-Kohle und geruchsfreie HTC-Kohle - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer geruchsfreien HTC-Kohle und geruchsfreie HTC-Kohle Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer geruchsfreien HTC-Kohle (1), zumindest umfassend die folgenden Schritte:a) Bereitstellen einer Biomasse (2);b) Durchführen einer hydrothermalen Karbonisierung (3) zur Erzeugung eines Kohleschlamms (4); wobei der Kohleschlamm (4) HTC-Kohle (1) und HTC-Prozesswasser (5) umfasst;c) Trennen von HTC-Kohle (1) und HTC-Prozesswasser (5) durch eine mechanische Entwässerung;d) Erhitzen der HTC-Kohle (1) zur Entfernung von leicht flüchtigen Kohlenstoffverbindungen (6) auf eine Temperatur von mindestens 150 Grad Celsius.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer geruchsfreien HTC-Kohle und geruchsfreie HTC-Kohle. Die HTC-Kohle ist ein Produkt einer hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse, z. B. von Klärschlamm.
  • Bei der hydrothermalen Karbonisierung (HTC) wird Biomasse unter Luftabschluss bei Temperaturen zwischen 170 °C und 250 °C [Grad Celsius] innerhalb weniger Stunden in einen Kohleschlamm umgewandelt. Der Stand der Technik wird bspw. durch DE 10 2007 062 808 , DE 10 2007 062 809 , DE 10 2007 062 810 , DE 10 2007 062 811 , DE 10 2007 056 170 , DE 10 2008 058 444 beschrieben. In diesen Schriften wird die hydrothermale Karbonisierung verschiedener Arten von Biomasse unter unterschiedlichen Reaktionsbedingungen und in verschiedenen Verfahren erläutert.
  • In den letzten Jahren hat sich die Anwendung der hydrothermalen Karbonisierung auf die Verarbeitung von Klärschlamm konzentriert. Klärschlamm ist ein Abfallstoff aus der Abwasserreinigung, der durch die Kläranlagen kostenpflichtig entsorgt werden muss. Hierbei ist vor allem der hohe Entwässerungsgrad von bis zu 70 % Trockensubstanzanteil, der sich beim Klärschlamm im Anschluss an die Behandlung durch HTC erreichen lässt, vorteilhaft, da dadurch die zu entsorgende Restmenge deutlich verringert wird und Entsorgungskosten eingespart werden.
  • Es ist bekannt, dass sich HTC-Kohle auch als Düngemittel eignet und auf Felder ausgebracht werden kann. Aufgrund des Gehalts an leicht flüchtigen Kohlenwasserstoffverbindungen ist HTC-Kohle jedoch sehr geruchsintensiv.
  • Weiter ist bekannt, die nach einem HTC-Verfahren erhaltenen Produkte HTC-Kohle und HTC-Prozesswasser, die zusammen als Kohleschlamm vorliegen, durch eine mechanische Entwässerung, z. B. mit einer Bandpresse, einer Kammerfilterpresse oder einer Zentrifuge, voneinander zu trennen. Auch die nachfolgende Trocknung der HTC-Kohle zur Verbesserung der Lagerfähigkeit etc. ist bekannt.
  • Es wird ständig nach neuen Einsatzmöglichkeiten zur Weiterverwendung von HTC-Kohle gesucht.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung einer im Wesentlichen geruchsfreien HTC-Kohle bereitzustellen. Weiter soll eine geruchsfreie HTC-Kohle vorgeschlagen werden.
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 und 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die (auch) in den (unabhängigen) Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
  • Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer (im Wesentlichen geruchsfreien) HTC-Kohle vorgeschlagen, zumindest umfassend die folgenden Schritte:
    1. a) Bereitstellen einer Biomasse, insbesondere Klärschlamm;
    2. b) Durchführen einer hydrothermalen Karbonisierung zur Erzeugung eines Kohleschlamms; wobei der Kohleschlamm eine HTC-Kohle und ein HTC-Prozesswasser umfasst;
    3. c) Trennen von HTC-Kohle und HTC-Prozesswasser durch eine mechanische Entwässerung;
    4. d) Erhitzen der HTC-Kohle zur Entfernung von leicht flüchtigen Kohlenstoffverbindungen auf eine Temperatur von mindestens 150 Grad Celsius.
  • Die Schritte a) bis c) sind aus dem Stand der Technik bekannt. Weiter ist ein Trocknen der HTC-Kohle, also eine Entfernung von Wasser aus der HTC-Kohle, z. B. zur Verbesserung der Lagerfähigkeit, bekannt. Dabei wurden bisher jedoch regelmäßig Temperaturen von knapp über 100 Grad Celsius (höchstens 110 Grad Celsius) eingesetzt. Insbesondere wurde so vermieden, dass andere organische Verbindungen durch erhöhte Temperaturen aus der HTC-Kohle ausgetrieben werden.
  • Vorliegend wird nun vorgeschlagen, die HTC-Kohle bei höheren Temperaturen für einen vorbestimmbaren Zeitraum zu behandeln. Die höheren Temperaturen von mehr als 150 Grad Celsius, insbesondere mindestens 175 Grad Celsius, bevorzugt mindestens 200 Grad Celsius bewirken, dass neben dem Wasser auch leicht flüchtige Kohlenwasserstoffverbindungen aus der HTC-Kohle weitestgehend entfernt werden können. Diese leicht flüchtigen Kohlenwasserstoffverbindungen sind für den wahrnehmbaren starken Geruch der HTC-Kohle verantwortlich.
  • Eine Entfernung dieser leicht flüchtigen Kohlenwasserstoffverbindungen ermöglicht die Bereitstellung einer (weitgehend) geruchsfreien HTC-Kohle, die damit für andere Einsatzzwecke geeignet ist. Insbesondere ist es so möglich, die HTC-Kohle als geruchfreies Düngemittel bzw. als Bodenbedecker einzusetzen. Dieses Düngemittel bzw. dieser Bodenbedecker könnte insbesondere in stärker besiedelter Landfläche, z. B. auch im innerstädtischen Bereich eingesetzt werden.
  • Der Einsatz der HTC-Kohle als Bodenbedecker, also z. B. als sogenannter Mulch, ermöglicht den Ersatz von bisher eingesetzten Materialien wie Rindenmulch, Sägespäne, Grünschnitt, etc. Dabei werden die durch das bekannte Mulchen erreichbaren Vorteile wie der Schutz des Bodens, bzw. der unter dem Mulch vorliegenden Humusschicht bzw. der Blumenerde, der Nährstoffeintrag durch sukzessive Kompostierung der HTC-Kohle, und der Unkrauthemmung durch den verringerten Lichteinfall auf den Boden weiter erreicht. Zusätzlich kann die HTC-Kohle aber in vorbestimmbarer Form, z. B. infolge von Pelletierung, und Größe bereitgestellt werden, wobei so die Ausbringung des Mulchs (des Bodenbedeckers bzw. auch des Düngemittels) durch Menschen oder Maschinen verbessert werden kann. Weiter kann die HTC-Kohle eingefärbt werden, so dass auch in Bezug auf diese Eigenschaften ggf. vorliegende Anforderungen (z. B. in ästhetischer Hinsicht oder in Bezug auf die Aufnahme von Wärme) erfüllbar sind.
  • Das Mulchen von Böden verhindert unter anderem, dass Wind den Boden austrocknet oder das Wasser verdunstet. Regen wiederum wird von der Erde aufgenommen und schwemmt diese aufgrund der Bedeckung mit Mulch nicht weg. Die Mulch-Schutzschicht wirkt zudem wie eine wärmende Decke und kann so das Wachstum der Pflanzen beschleunigen.
  • Die Bedeckung von Böden mit Mulch kann also das Anlegen und Pflegen von Grünanlagen vereinfachen. Die Verwendung von geruchsfreier HTC-Kohle ermöglicht nun auch den Einsatz in innerstädtischen Bereichen.
  • Das Erhitzen in Schritt d) erfolgt insbesondere so, dass mehr als 3 Gewichts-%, insbesondere mindestens 5 Gewichts-% der Trockensubstanz verflüchtigt werden.
  • Die Trockensubstanz (der Trockenrückstand) wird in bekannter Weise gemäß DIN EN 12880 ermittelt. Dazu wird ein Material auf einer Waage angeordnet und bei 105 Grad Celsius so lange erwärmt, bis kein Gewichtsverlust mehr feststellbar ist. Das nun vorliegende (trockene) Material (die Trockensubstanz) weist kein Wasser mehr auf.
  • Vorliegend wird vorgeschlagen, die HTC-Kohle bei höheren Temperaturen so lange zu behandeln, bis mindestens 3 Gewichts-% der Trockensubstanz verflüchtigt wurden. Die erforderliche Wärmebehandlung (Temperatur und Zeit) kann an Proben vorbestimmt werden.
  • Der hier vorgeschlagene Gewichtsverlust der Trockensubstanz ist die messbare Größe zur Feststellung, dass die leicht flüchtigen Kohlenwasserstoffe aus der HTC-Kohle entfernt wurden. Versuche haben gezeigt, dass danach eine (weitgehend) geruchsneutrale HTC-Kohle vorliegt.
  • Insbesondere sollen in Schritt d) höchstens 18 Gewichts-%, bevorzugt höchstens 12 Gewichts-%, bevorzugt höchstens 7 Gewichts-% der Trockensubstanz verflüchtigt werden.
  • Insbesondere erfolgt Schritt d) bei einer Temperatur von höchstens 350 Grad Celsius, bevorzugt von höchstens 300 Grad Celsius, besonders bevorzugt von höchstens 250 Grad Celsius.
  • Der Schritt d) wird insbesondere bei einem Umgebungsdruck (also von ungefähr 1 bar) und ohne Schutzgas (also gerade kein Luftabschluss sondern an Umgebungsluft) durchgeführt.
  • Selbstverständlich können die aus der HTC-Kohle in Schritt d) entfernten leicht flüchtigen Kohlenwasserstoffe aufgefangen und weiterverwertet werden.
  • Der Schritt b) (also die hydrothermale Karbonisierung) kann in bekannter Weise bei einer Temperatur zwischen 170 bis 250 Grad Celsius, unter Luftabschluss und bei einem Druck von 5 bis 40 Megapascal durchgeführt werden.
  • Insbesondere kann nach Schritt d) ein Umfärben der HTC-Kohle durchgeführt werden. Das Umfärben erfolgt im Hinblick auf den späteren Einsatz der HTC-Kohle. Insbesondere kann so die Eigenschaft zur Aufnahme von Wärmeenergie beeinflusst werden. Das Umfärben bewirkt eine Änderung der Farbe der HTC-Kohle.
  • Weiter kann vor, während oder bevorzugt nach Schritt d) ein Umformen der HTC-Kohle erfolgen. Die HTC-Kohle kann damit in vorbestimmbarer Form und Größe bereitgestellt werden.
  • Es wird weiter eine, insbesondere durch das vorstehend beschriebene Verfahren hergestellte, HTC-Kohle vorgeschlagen, wobei die HTC-Kohle bei einem Umgebungsdruck (also von ungefähr 1 bar) und 20 Grad Celsius (weitgehend) geruchsfrei hinsichtlich leicht flüchtiger Kohlenstoffverbindungen ist.
  • Die Ausführungen zu dem vorstehend beschriebenen Verfahren gelten gleichermaßen für die HTC-Kohle und umgekehrt.
  • Insbesondere weist die HTC-Kohle (aufgrund einer Umfärbung) eine nicht HTC-kohletypische Farbe auf.
  • Es wird weiter eine Verwendung einer vorstehend beschriebenen HTC-Kohle als Bodenbedecker oder Düngemittel vorgeschlagen.
  • Die Ausführungen zu dem vorstehend beschriebenen Verfahren gelten gleichermaßen für die Verwendung der HTC-Kohle und umgekehrt.
  • Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figur näher erläutert. Die Figur zeigt ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figur und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände.
  • 1 zeigt den Ablauf eines Verfahrens zur Herstellung einer geruchsfreien HTC-Kohle 1.
  • In Schritt a) wird eine Biomasse 2 bereitgestellt. In Schritt b) wird eine hydrothermale Karbonisierung 3 zur Erzeugung eines Kohleschlamms 4 durchgeführt. Der Kohleschlamm 4 umfasst eine HTC-Kohle 1 und ein HTC-Prozesswasser 5. Im darauffolgenden Schritt c) werden HTC-Kohle 1 und HTC-Prozesswasser 5 durch eine mechanische Entwässerung voneinander getrennt. In Schritt d) wird die HTC-Kohle 1 zur Entfernung von leicht flüchtigen Kohlenstoffverbindungen 6 auf eine Temperatur von mindestens 150 Grad Celsius erhitzt. Dabei wird mehr als 3 Gewichts-% der Trockensubstanz HTC-Kohle 1 verflüchtigt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    HTC-Kohle
    2
    Biomasse
    3
    hydrothermale Karbonisierung
    4
    Kohleschlamm
    5
    HTC-Prozesswasser
    6
    leicht flüchtige Kohlenstoffverbindungen
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102007062808 [0002]
    • DE 102007062809 [0002]
    • DE 102007062810 [0002]
    • DE 102007062811 [0002]
    • DE 102007056170 [0002]
    • DE 102008058444 [0002]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung einer HTC-Kohle (1), zumindest umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen einer Biomasse (2); b) Durchführen einer hydrothermalen Karbonisierung (3) zur Erzeugung eines Kohleschlamms (4); wobei der Kohleschlamm (4) HTC-Kohle (1) und HTC-Prozesswasser (5) umfasst; c) Trennen von HTC-Kohle (1) und HTC-Prozesswasser (5) durch eine mechanische Entwässerung; d) Erhitzen der HTC-Kohle (1) zur Entfernung von leicht flüchtigen Kohlenstoffverbindungen (6) auf eine Temperatur von mindestens 150 Grad Celsius.
  2. Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei in Schritt d) mehr als 3 Gewichts-% der Trockensubstanz verflüchtigt werden.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei in Schritt d) höchstens 18 Gewichts-% der Trockensubstanz verflüchtigt werden.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei Schritt d) bei einer Temperatur von höchstens 350 Grad Celsius erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei Schritt d) bei einem Umgebungsdruck und ohne Schutzgas durchgeführt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei Schritt b) bei einer Temperatur zwischen 170 bis 250 Grad Celsius, unter Luftabschluss und bei einem Druck von 5 bis 40 MegaPascal durchgeführt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei nach Schritt d) ein Umfärben der HTC-Kohle (1) durchgeführt wird.
  8. HTC-Kohle (1), wobei die HTC-Kohle (1) bei einem Umgebungsdruck und 20 Grad Celsius geruchsfrei hinsichtlich leicht flüchtiger Kohlenstoffverbindungen (6) ist.
  9. HTC-Kohle (1) nach Patentanspruch 8, wobei die HTC-Kohle (1) eine nicht HTC-kohletypische Farbe aufweist.
  10. Verwendung einer HTC-Kohle (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 8 und 9 als Bodenbedecker oder Düngemittel.
DE102017123281.8A 2017-10-06 2017-10-06 Verfahren zur Herstellung einer geruchsfreien HTC-Kohle und geruchsfreie HTC-Kohle Ceased DE102017123281A1 (de)

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