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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Pyrolysieren von Biomasse mit einem Heizelement und mit Mitteln
zum Führen
der Biomasse sowie eine Anlage hierfür und einen erfindungsgemäß erzeugten Brennstoff.
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Als Pyrolyse wird ein Prozess bezeichnet, bei
dem organisches Material unter weitgehendem Ausschluss von Sauerstoff
bei Temperaturen bis ca. 600 °C
in gasförmige,
flüssige
und feste Abbauprodukte zerlegt wird. Ziel ist die Maximierung der
flüssigen
Abbauprodukte, die als Pyrolysat mit hohem Energiegehalt vielfältig verwendet
werden können.
Für die
technische Umsetzung eignet sich vor allem die Flash-Pyrolyse. Das
zu zerlegende organische Material wird in kürzester Zeit auf Temperaturen
von ca. 450 °C
bis 500 °C
aufgeheizt und die entstehenden Pyrolyse-Produkte werden überwiegend zu Pyrolysat kondensiert.
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Verfahren, die nach dem Prinzip der Flash-Pyrolyse
arbeiten, verwenden z. B. Sandbett-Reaktoren, bei denen fein gemahlene
Partikel mit heißem
Sand vermischt werden und so pyrolytisch abgebaut werden (vgl. WO
97/06886 Biomass Technology). Andere Verfahren verwenden beheizte, rotierende
Schreiben, gegen die das organische Material bei Temperaturen von
500 °C bis
900 °C gedrückt wird
(Martin et al., „Ablative
melting of a solid cylinder perpendiculary pressed against a heated wall" in Heat Mass Transfer,
Vol. 29, No. 9, pp. 1407-1415, 1986). Andere Verfahren setzen dagegen
beheizte, stationäre
Reaktorplatten ein, auf denen das abzubauende organische Material
bewegt wird (Bridgwater u. Peacocke, Fast pyprolysis processes for
Biomass, in Renewable & Sustainable
Energy Reviews 4, 2000, 1–73).
Bridgwater und Peacocke beschreiben den aktuellen Stand der Technik
für Labor-,
Pilot- und Industrieanlagen (soweit diese vorhanden sind) vollständig. Den
dort beschriebenen Anlagen ist gemeinsam, dass der Aufbau der Reaktoren
und die Aufbereitung der Pyrolyseprodukte verhältnismäßig kompliziert ist. Weiter
erfordern die vorgenannten Anlagen das Zerlegen der Biomasse in sehr
kleine Feststoffpartikel, damit die Pyrolyse vollständig erfolgt.
Das Herstellen derart feiner Partikel ist sehr energieaufwändig und
mindert den Wirkungsgrad des Verfahrens.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein
einfaches Verfahren und eine einfache Anlage zur Flash-Pyrolyse
von organischem Material bereitzustellen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren weist ein Heizelement
und Mittel zum Führen
der Biomasse auf, wobei während
der Pyrolyse das Heizelement und die Biomasse mit einem Druck von
ca. 5 bar bis zu ca. 80 bar gegeneinander gepresst werden. Das Verfahren
arbeitet bei Anwendung dieser verhältnismäßig hohen Anspress-Drücke besonders
wirtschaftlich. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt der Druck
zwischen ca. 5 bar und ca. 60 bar, besonders bevorzugt zwischen
ca. 10 bar und ca. 40 bar, vorteilhaft zwischen ca. 20 bar und ca.
30 bar.
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Das Heizelement, an dem die abzubauende Biomasse
anliegt, ist auf eine Temperatur aufgeheizt, die über der
für eine
optimale Pyrolyse erforderlichen Temperatur liegt, da die Biomasse
durch den Kontakt mit dem Heizelement Wärme aufnimmt. Die Temperatur
lässt sich – auch in
Abhängigkeit
von dem angewandten Anpressdruck – in einem weiten Bereich einstellen,
etwa von ca. 300 °C
bis ca. 900 °C,
vorzugsweise von ca. 400 °C
bis ca. 800 °C,
besonders bevorzugt zwischen ca. 500 °C und ca. 700 °C, vorteilhaft
zwischen ca. 550 °C
und ca. 600 °C.
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Das Heizelement ist als ebene oder
gewölbte Platte
ausgeführt,
die ggf. aus einzelnen Segmenten zusammengesetzt ist. Das Heizelement
kann so auf einfache Weise an die Größe der Anlage angepasst werden.
Durch die Ausführung
als gewölbte
Platte kann die verfügbare
Heizfläche
vergrößert werden. Die
Abführung
von Pyrolyseprodukten wird zudem vereinfacht, wenn ein gewölbtes Heizelement
eingesetzt wird. Die einfache, ebene Platte ist dagegen eine preiswerte
und einfach ausführbare
Lösung
für das
Heizelement.
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Die Platte, die als Heizelement eingesetzt wird,
ist vorzugsweise kreisförmig.
Der Durchmesser der Platte kann in einem weiten Bereich variieren, beispielsweise
von ca. 20 cm Durchmesser für
Versuchs- oder Pilotanlagen bis zu ca. 200 cm Durchmesser für industrielle
Anlagen, die eine Kapazität von
ca. 10.000 kg/Stunde aufweisen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform
des Heizelements betrifft eine profilierte Platte, bei der das Profil
Raum schafft für
die Abführung
von Pyrolyseprodukten. Das Profil ermöglicht, insbesondere bei direkter
Beheizung des Heizelements, ein Aufheizen der Platte jeweils unmittelbar
vor dem Kontakt mit dem organischen Material. Zudem ist diese Ausführung der
Platte materialsparend. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Profil,
insbesondere wenn es als Rillen in der Oberfläche des Heizelements ausgebildet
ist, einen verbesserten Abtransport der Pyrolyseprodukte ermöglicht.
Besonders bevorzugt wird es, wenn das Heizelement mit Rillen ausgebildet
ist. Als sehr geeignet haben sich Rillen erwiesen, die radial angeordnet
sind.
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Das Heizelement kann grundsätzlich aus
jedem Material gefertigt sein, dass unter den Bedingungen des Verfahrens,
insbesondere Druck, Temperatur und ggf. Aggressivität der pyrolytischen
Abbauprodukte beständig
ist. Als besonders geeignet haben sich jedoch Platten aus Metall
und / oder Keramik erwiesen, ggf. auch Kombinationen aus diesen Werkstoffen.
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Die an das Heizelement angepresste
Biomasse wird durch die zugeführte
Wärme ganz überwiegend
in gasförmige
und zu einem kleineren Teil in feste Bestandteile zerlegt. Es wird
bevorzugt, wenn die Verweilzeit dieser gasförmigen Pyrolyseprodukte zwischen
Entstehung und weiterer Aufbereitung auf einen Zeitraum von ca.
1 bis ca. 10 Sekunden, vorzugsweise von weniger als 5 Sekunden,
besonders bevorzugt von ca. 2 Sekunden eingestellt ist. Mit Blick
auf das Heizelement hat sich zum einen herausgestellt, dass die
von dem Heizelement in die Biomasse abgegebene Wärmeenergie nach diesem Zeitraum
zu einer deutlich verringerten Temperatur des Heizelements geführt hat.
Andererseits genügt dieser
Zeitraum, um die Biomasse in niedermolekulare, überwiegend gasförmige Komponenten
zu zerlegen. Die geringe Verweildauer der Pyrolyseprodukte vor der
weiteren Aufbereitung ermöglicht
die Verarbeitung eines möglichst
hohen Anteils primärer
Pyrolyseprodukte, da nicht genügend
Reaktionszeit zum Aufbau sekundärer
Pyrolyseverbindungen gewährt wird.
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Es ist bezeichnend für den Stand
der Technik bei Pyrolyseverfahren, dass die zu zersetzende Biomasse
vor der Pyrolyse in sehr kleine Feststoffpartikel zerlegt werden
muss. Dies erfordert hohen Energieaufwand und auch hohen apparativen
Aufwand, so dass die ökonomische
Bilanz bekannter Verfahren ungünstig
ausfällt.
Unter den Bedingungen des erfindungsgemäßen Verfahrens können dagegen
auch verhältnismäßig grobe
Feststoff-Teile vollständig
pyrolysiert werden. Teilchengrößen von
0,5 mm bis 70 cm, vorzugsweise 5 cm bis 50 cm, besonders bevorzugt
15 cm bis 30 cm, können
verarbeitet werden. Damit verringert sich der Aufwand für die pyrolysefertige
Aufbereitung der Rohstoffe erheblich. Der Wirkungsgrad des im Rahmen
der Erfindung vorgeschlagenen Verfahrens ist also besonders groß. Das Verfahren
arbeitet wirtschaftlich.
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Das Heizelement ist vorzugsweise
direkt beheizt, da in diesem Fall die Anlage besonders einfach aufgebaut
sein kann. Alternativ kann auch eine indirekte Heizung vorgesehen
sein. Vorzugsweise wird das Heizelement direkt durch Gasbrenner
beheizt. Es wird bevorzugt, wenn hierfür ein aus der Verbrennung von
pyrolytisch erzeugter Kohle gewonnenes Rauchgas eingesetzt wird.
Die in der Pyrolyse gewonnene Kohle hat einen verhältnismäßig hohen
Energiegehalt oder Heizwert, so daß die Menge der Kohle meist
ausreicht, um durch Verbrennung die erforderlichen Prozessenergie
zu erzeugen.
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Nach einer vorteilhaften Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens
werden das Heizelement und die Biomasse während der Pyrolyse relativ
zu einander bewegt. Dabei kann sowohl das Heizelement gegenüber der
Biomasse als auch die Biomasse gegenüber dem Heizelement bewegt
werden.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform rotiert
das Heizelement während
der Pyrolyse und die Biomasse wird unter Druck gegen das Heizelement
vorgeschoben. Bei dieser Ausführungsform
hat es sich als günstig
erwiesen, das Heizelement und die Mittel zum Zuführen der Biomasse bezogen auf die
Achse, die durch die Bewegung der Biomasse vorgegeben ist, schräg anzuordnen,
vorzugsweise in einem Winkel von mehr als ca. 10°. Die durch die -bezogen auf
die Bewegungsrichtung der Biomasse- schräge Anordnung des Heizelements
entstehende Anordnung bewirkt eine für die Pyrolyse günstige Druckverteilung
und eine gute Abführung
der pyrolytischen Abbauprodukte.
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Alternativ kann die Biomasse – zusätzlich zum
Vorschub bezogen auf das Heizelement – eine zweite Bewegung, vorzugsweise
eine Rotationsbewegung bezogen auf das feststehende Heizelement ausführen.
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Nach einer vorteilhaften Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens
sind die Mittel zum Führen
der Biomasse zugleich als Mittel zum Fördern der Biomasse ausgelegt.
Dabei können
die Mittel zum Führen
als U-Profile oder als Kastenprofile ausgebildet sein, in denen
die Biomasse durch Andruckwalzen, Druckstempel oder durch Kettenförderer,
die meist als Obertrum ausgelegt sein werden, an das Heizelement
gepresst werden. Alternativ können aber
auch Extruder, Schneckenförderer
oder Anordnungen von Förderwalzen
vorgesehen sein, mit denen die zu pyrolysierende Biomasse an das
Heizelement geführt
und angedrückt
wird.
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Die zu pyrolysierende Biomasse wird
nicht auf die gesamte erhitzte Fläche des Heizelements aufgebracht.
Vielmehr deckt die zu pyrolysierende Biomasse nun einen Teil des
Heizelements ab. Das Heizelement und das eine oder die mehreren
Mittel zum Führen
der Biomasse sind so angeordnet, dass die Querschnittsfläche der
Mittel zum Führen
der Biomasse insgesamt zwischen 1% und 50% der Fläche des
Heizelements, vorzugsweise zwischen 2% und 20%, besonders bevorzugt
zwischen 5 und 15%, vorteilhaft zwischen 6 und 10% der Fläche des
Heizelements während
der Pyrolyse abdeckt. Die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens und
der Anlage wird verbessert, wenn mehrere Mittel zum Führen sowie
ggf. Mittel zum Fördern
der Biomasse angeordnet sind, die die Biomasse unter Druck an das
Heizelement anpressen. Dadurch wird ein gleichmäßiges Temperaturprofil sowohl
am Heizelement als auch an der Grenzfläche Biomasse und Heizelement
während der
Pyrolyse aufrecht erhalten.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
sind zweckmäßigerweise
Mittel zum Auffangen der Pyrolyseprodukte vorgesehen. Diese Mittel
sind vorteilhaft so gestaltet, dass Feststoffe infolge von Gravitation
oder mittel Zyklonen von den flüssigen
oder gasförmigen
Pyrolyseprodukten getrennt werden. Diese Mittel zum Auffangen, die
vorzugsweise als Gehäuse
ausgebildet sind, umschließen
den Raum um das Heizelement und die daran angedrückte Biomasse, so dass sämtliche
Abbauprodukte der Pyrolyse, sowohl gasförmige, flüssige als auch feste Stoffe
gesammelt und der weiteren Aufbereitung und Verwertung zugeführt werden.
Die Mittel zum Auffangen der Pyroylseprodukte sind vorzugsweise
so ausgebildet, dass die Verweildauer der primären Pyrolyseprodukte möglichst
kurz gehalten wird, etwa in dem vorstehend beschriebenen, bevorzugten
Zeitraum.
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Zweckmäßigerweise sind die Mittel
zum Auffangen verbunden mit Mitteln zum Aufbereiten, insbesondere
zum Fraktionieren und auch zum Kondensieren der Pyrolyseprodukte.
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Die Ausbeute an Pyrolyseprodukten
beträgt – bezogen
auf die Gesamtausbeute – bis
zu 70 Gewichts-Prozent (Gew.-%) an flüssigen, überwiegend organischen Komponenten
und jeweils ca. 15 Gew.-% an festen und gasförmigen Komponenten bezogen
auf die eingesetzte Biomasse. Der Energiegehalt der flüssigen Komponenten
liegt üblicherweise
zwischen ca. 16 und ca. 18 MJ/kg.
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Im Folgenden wird – auch zur
besseren Darstellung des vorstehend erläuterten Verfahrens – eine Anlage
zur Pyrolyse beschrieben, mit der das erfindungsgemäße Verfahren
umgesetzt wird.
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Die Vorrichtung zum Pyrolysieren
von Biomasse ist mit einer Materialzuführung (4) und einer Pyrolysierstation
(6) ausgestattet, wobei die Materialzuführung (4) Mittel zum
Erzeugen von Druck zwischen 5 bar und 80 bar aufweist, die den zu
pyrolysierenden Rohstoff an die Pyrolysierstation (6) anpressen,
und wobei die Pyrolysierstation (6) ein Heizelement (22)
aufweist, das im Betriebszustand auf eine Temperatur zwischen 300 °C und 900 °C aufgeheizt
ist.
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Die erfindungsgemäße Anlage weist ein Heizelement
aus einem hitzebeständigen
Werkstoff, vorzugsweise Metall, Keramik oder einem Werkstoff mit metallischen
und keramischen Bestandteilen auf, dass mit einem Antrieb versehen
ist. Der Antrieb bewirkt, dass das Heizelement im Betriebszustand
rotiert. Das Heizelement hat eine Arbeitsfläche, an die im Betriebszustand
die zu pyrolysierende Biomasse angepresst wird. Auf der entgegengesetzten
Seite des Heizelements, der Heizfläche, sind Mittel zum direkten
oder indirekten Erwärmen
angeordnet. Vorzugsweise sind offene Kohlebrenner angeordnet, deren
Verbrennungsgas aus pyrolytisch erzeugter Kohle gewonnen ist. Diese
Form der direkten Heizung bietet einen hohen Wirkungsgrad und ist
zudem wirtschaftlich, weil auf diese Weise der Energiegehalt der Kohle
ohne aufwändige
Aufbereitung oder langen Transport unverzüglich gut genutzt wird.
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Das Heizelement ist aus dem o.g.
hitzebeständigen
Werkstoff. Es ist als Platte ausgebildet, die eben oder gewölbt ist,
und die ggf. aus Segmenten zusammengesetzt sein kann. Sie ist vorzugsweise, als
runde, kreisförmige
Platte ausgestaltet und weist bevorzugt ein Profil auf. Ggf. ist
das profilierte Heizelement auf der Arbeitsfläche mit Rillen versehen. Die Rillen
eignen sich zum Abführen
der Pyrolyseprodukte dann besonders gut, wenn sie radial angeordnet sind.
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Der Arbeitsfläche gegenüber sind die Mittel zum Zuführen der
Biomasse zum Heizelement angeordnet. Die Mittel können wie
vorstehend erläutert, vielfältig gestaltet
sein, je nach den Anforderungen der einzelnen Anlage. Bevorzugt
wird ein U-Profil verwendet, über
dessen offener Oberseite ein Magazin, z. B. ein Schacht, angeordnet
ist, um Biomasse an das Heizelement heranzuführen. Das U-Profil ragt mit
einem ersten, offenen stirnseitigen Ende bis unmittelbar vor die
Arbeitsfläche
des Heizelements. Mit dem zweiten offenen stirnseitigen Ende steht
ein hydraulischer/pneumatischer Druckstempel als Mittel zum Fördern der
Biomasse in Eingriff. Der Druckstempel wird ebenfalls in dem U-Profil
geführt
und drüch
so die darin befindliche Biomasse an die Arbeitsfläche des
Heizelements. Ist die im Schacht enthaltene Biomasse pyrolysiert,
so wird der Druckstempel zurückgefahren
und es wird aus dem Magazin, das dem Schacht zugeordnet ist, neue
Biomasse nachgeführt,
die dann vom Druckstempel komprimiert und an das Heizelement angepresst
wird.
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Vier dieser U-Profile mit den entsprechenden Magazinen
und Hydraulikstempeln sind vor der Arbeitsfläche angeordnet. Sie decken
ca. 5 % bis ca. 40 % der gesamten Arbeitsfläche ab, vorzugsweise ca. 10%
bis ca. 25%, vorteilhaft ca. 12 bis ca. 20 % der gesamten Arbeitsfläche. Dadurch,
dass die Arbeitsfläche
nur abschnittsweise an der zu pyrolysierenden bzw. pyrolysierten
Biomasse anliegt und dann wieder frei und unbelastet rotiert, ist
ein besonders gleichmäßiger Ablauf
der Pyrolyse gewährleistet.
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Die Arbeitsfläche wird zwischen den einzelnen
Abschnitten, an denen sie an die Biomasse angedrückt und durch die Abgabe von
Wärme an
die Biomasse abgekühlt
wird, wieder auf die erforderliche Temperatur aufgeheizt und kann
die Biomasse dadurch gleichmäßig und
vollständig
abbauen. Die durch den pyrolytischen Abbau der Biomasse freigesetzten
gasförmigen
und festen Komponenten werden aufgefangen und weiter verwertet.
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Alternativ kann die erfindungsgemäße Vorrichtung
so ausgebildet sein, dass Mittel zum Bewegen der Mittel zum Führen vorgesehen
sind, die während
der Pyrolyse die Mittel zum Führen
in Rotation versetzen und an dem feststehenden Heizelement vorbeiführen.
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Die Mittel zum Erzeugen von Druck
sind vorzugsweise als Hydraulikstempel ausgebildet. Sie bringen
einen Druck von bis zu 80 bar auf die Biomasse und über diese
auf das Heizelement auf. Diese Anlagenteile sind deshalb entsprechend
fest verankert, so dass der erforderliche Betriebsdruck exakt eingestellt
und beibehalten werden kann. Alternativ können die Mittel zum Erzeugen
von Druck auch als Schneckenförderer,
als Extruder oder nach Art eines Walzenförderers ausgebildet sein. Dann übernehmen
die Mittel zum Ausbauen von Druck gleichzeitig die Funktion der
Mittel zum Führen
von Biomasse.
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Um den Bereich, in den die Biomasse
pyrolytisch abgebaut wird, ist als Mittel zum Auffangen der Pyrolyseprodukte
ein Gehäuse
angeordnet, in dem eine erste untere Öffnung im Boden bzw. am unteren Ende
des Gehäuses
angeordnet ist. Diese Öffnung dient
zum Auffangen und Abführen
fester Pyrolyseprodukte, die durch die Schwerkraft nach unten sinken.
Mindestens eine zweite Öffnung
am oberen Ende des Gehäuses
ist mit einem Kondensator verbunden, der im Betriebszustand gekühlt ist.
Da neben den Feststoffen durch die Pyrolyse zunächst ausschließlich flüchtige Abbauprodukte
entstehen, steigen diese Pyrolyseprodukte nach oben, werden dort
aufgefangen und nach möglichst
kurzer Verweildauer im Gehäuse
an dem Kondensator bis zur flüssigen
Phase abgekühlt
und ggf. gleichzeitig fraktioniert. Die flüssigen Pyrolysate sind zwar überwiegend
organisch, enthalten aber bis zu ca. 35 % Wasser und sind dementsprechend
aus einer teerartigen Fraktion und wasserlöslichen Bestandteilen zusammengesetzt. Übliche Komponenten
zur Fraktionierung und Reinigung der Pyrolysate umfassen auch Abscheide-
und Filtervorrichtungen wie z. B. Zyklone oder elektrostatische
Filter, in denen etwa noch vorhandenen Fest- oder Schwebstoffe abgeschieden werden.
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Als Rohstoff für die Pyrolyse können natürliche oder
synthetische Oligomere, natürliche
oder synthetische Polymere, lignocellulosische Rohstoffe, Gummi,
Kunststoff und Gemische dieser Stoffe, Gülle, Schlamm, insbesondere
Klärschlämme, organische
Reststoffe wie Knochen, Felle, Federn, aber auch schwer zu entsorgende
Stoffe wie beschichtete, lackierte oder lasierte oder in anderer
Weise oberflächenbehandelte
Holzwerkstoffe, schließlich
auch Industrierestholz und Bauholz verwendet werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Pyrolyse
von Biomasse weist – wie
vorstehend ausgeführt – zum einen
eine Materialzuführung
und zum anderen eine Pyrolysestation auf. Die Materialzuführung ist
ausgestattet mit der eigentlichen Führung für die zu pyrolysierende Biomasse
und mit Mitteln zum Aufbringen des Anpressdrucks von ca. 5 bis ca.
80 bar an die Pyrolysierstation. Die Mittel zum Aufbringen des Anpressdrucks
sind in der Regel gleichzeitig die Mittel zum Fördern der Biomasse zur Pyrolysierstation.
Die Führung
der Biomasse ist üblicherweise
mit einem Magazin zum Nachführen
von Biomasse versehen, um einen kontinuierlichen Betrieb der Vorrichtung
zu gewährleisten.
Das Magazin kann von Hand oder automatisch beschickt werden.
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Die Pyrolysierstation weist eine
Welle auf, an der das Heizelement, in der Regel eine Platte aus Metall
und/oder Keramik, befestigt ist. Die Welle wird durch einen Antrieb
und ein Getriebe in Rotation versetzt. Weiter weist die Pyrolysierstation
eine Heizvorrichtung auf, mit der das Heizelement im Betriebszustand
auf eine Temperatur zwischen 300 °C
und 900 °C
aufgeheizt wird.
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Bevorzugt wird eine direkte Heizung,
alternativ kann aber auch eine indirekte Heizung vorgesehen sein.
Die direkte Heizung wird besonders energie- und kostengünstig mit
festen Pyrolyseprodukten betrieben, die im Prozess erzeugt werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
werden nachstehend an Hand der Fig. näher erläutert. Es zeigen:
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1 schematische
Darstellung einer Vorrichtung zur Pyrolyse; 2 ein scheibenförmiges, rotierendes Heizelement;
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1 zeigt
eine Vorrichtung 2 zur Pyrolyse, bei der die Materialzuführung 4 und
die Pyrolysierstation 6 auf einem gemeinsamen Träger 8 angeordnet sind.
Die Materialzuführung 4 weist
eine Komponente 10 zum Erzeugen des erforderlichen Anpressdrucks
auf die Pyrolysierstation 6 auf. Hier erzeugt die Komponente 10 den
Druck mittels Hydraulik (Hydraulik-Komponente 10). Weiter
weist die Materialzuführung 4 Führungen 12 für den zu
pyrolysierenden Rohstoff auf. Vier parallel angeordnete Führungen 12 sind
vorgesehen, die jeweils durch eine eigene, zugeordnete Hydraulik-Komponente 10 über (hier
nicht näher
dargestellte) Hydraulikstempel mit dem erforderlichen Anpressdruck
zwischen ca. 5 bar und ca. 80 bar beaufschlagt werden. Gleichzeitig
bewirkt die Hydraulik-Komponente das Heranführen des Rohstoffs an die Pyrolysierstation 6.
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Der Rohstoff wird über Zuführ-Magazine 14 in
die Führungen 12 gefördert. Jeweils
ein Magazin 14 ist einer Zuführung 12 zugeordnet.
Die Magazine 14 können
jeweils von Hand oder automatisch gefüllt werden. Grundsätzlich kann
die Materialzuführung 4 rotierend
ausgebildet sein. Dadurch wird bewirkt, dass der Rohstoff während der
Pyrolyse auf einer erhitzten Platte der Pyrolysierstation 6 rotiert.
Es wird jedoch bevorzugt, die Materialzuführung 4 stationär auszubilden.
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Die Pyrolysierstation 6 weist
eine Aufnahme 16 auf, die auf dem gemeinsamen Träger 8 abgestützt ist.
Die Aufnahme 16 trägt
ein Getriebe 18, das von einer Welle 20 durchsetzt
ist. Die Welle 20 trägt an
dem der Materialzuführung
zugewandten Ende eine im Betriebszustand beheizte Platte 22,
die durch das Getriebe 18 in Rotation versetzt wird. Am
anderen Ende der Welle 20 ist ein Antrieb 24,
hier ein elektrischer Antrieb, angeordnet, der das Getriebe 18 und damit
die Platte 22 im Betriebszustand in Rotation versetzt.
Weiter ist im Bereich des zweiten Endes der Welle 20 eine
Heizvorrichtung 26 vorgesehen, die die Platte 22 auf
die vorgegebene Betriebstemperatur einstellt. Die Heizvorrichtung 26 ist
bevorzugt unmittelbar an der Aufnahme 16 angeordnet. Hier
ist die Heizvorrichtung 26 als Gasbrenner ausgelegt, der die
Platte 22 im Betriebszustand direkt beheizt.
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Dort, wo die Führungen 12 den zu
pyrolysierenden Rohstoff auf die erhitzte, rotierende Platte 22 pressen,
umschließt
ein Gehäuse
28 zum Auffangen der Pyrolyseprodukte das Ende der Führungen 12 und
die Platte 22. Das Gehäuse 28 ist
so ausgelegt, dass feste Pyrolyseprodukte durch Schwerkraft nach unten
abgeschieden und in einem Sammelbehälter 30 aufgefangen
werden. Der weitaus größere Anteil der
Pyrolyseprodukte, der im Gehäuse 28 aufgefangen
ist, ist gasförmig
und wird über
eine Sammelleitung 32 einer (hier nicht näher dargestellten,
an sich bekannten) Kondensier- und
ggf. Fraktioniervorrichtung zugeführt. Falls erforderlich, ist
beim Auffangen der Pyrolyseprodukte ein Zyklon oder eine vergleichbare
Sortier- bzw. Abscheidevorrichtung vorgesehen.
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Die Pyrolysierstation 2 ist
aus hitzebeständigem
Material ausgeführt,
hier aus Metall. Die Platte 22 ist aus einem hitzebeständigen,
abriebfesten keramischen Material hergestellt.
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2 zeigt
ein Heizelement bzw. die Platte 22, also ein Detail der
Pyrolysierstation 22. Die Platte 22 ist auf der
Welle 20 an einem Flansch 34, dessen Durchmesser
etwa der Platte 22 entspricht, drehfest fixiert.Flansch 34 und
Welle 22 sind durch Dichtungen 36 gegeneinander
abgedichtet. Dadurch wird gewährleistet,
dass die Pyrolyseprodukte nicht über
die Befestigung der Platte 22 entweichen und ggf. Antrieb
oder Heizung der Pyrolysestation 2 beeinträchtigen.
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Die Pyrolysestation 2 wird
in der Weise betrieben, dass der zu pyroylsierende Rohstoff, z.
B. Altmöbel,
Holzreste, Holzwerkstoffreste und dergleichen in stückiger Form
in Abmessungen zwischen 5 und 70 cm oder kleiner, üblicherweise
als vorgebrochenes, oder pelletiertes Material in die Magazine 14 eingebracht
werden. Es kann aber auch ohne weiteres Biomasse in Form von Schlämmen, Gülle, Kuststoff
oder dergleichen verarbeitet werden. Die Magazine 14 und
Führungen 12 sind
dann ggf. an die Form des Rohstoffs anzupassen, z. B. indem Schneckenförderer oder
ander Führungen
verwendet werden. Über
die Magazine 14 gelangt der Rohstoff in die Führungen 12. Dort wird mittels
der Hydraulik-Komponente 10 ein Druck von 25 bar auf den Rohstoff
in den Führungen 12 aufgebracht.
Der Rohstoff wird komprimiert und mit einem Druck von 25 bar gegen die
Platte 22 gepresst.
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Die Platte 22 ist auf eine
Temperatur von 550 °C
aufgeheizt. Bei dieser Temperatur wird der zu pyrolysierende Rohstoff
an der Platte 22 unter Sauerstoffabschluss in feste, flüssige und
gasförmige
Bestandteile zerlegt. Da die Platte 22, bezogen auf die Führungen 12,
rotiert, werden die Pyrolysebestandteile auf der Platte freigesetzt.
Die festen Bestandteile gelangen durch die Schwerkraft nach unten
und werden durch das Gehäuse 28 dem
Sammelbehälter 30 zugeführt. Die
flüssigen
Bestandteile gehen in den gasförmigen
Zustand über
und werden zusammen mit den bereits freigesetzten Pyrolysegasen
am oberen Ende des Gehäuses 28 aufgefangen
und über die
Sammelleitung 32 Kondensier- und ggf. Fraktioniervorrichtungen
zugeführt.
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Die Platte 22 wird im Betriebszustand
durch den Motor 24 und das Getriebe 18 in Rotation
versetzt und durch die Gas-Heizung 26 auf 550 °C erhitzt.
An der erhitzten Fläche
der Platte 22 liegen die vier Führungen 12 mit dem
zu pyrolysierenden Rohstoff an. Bei der Pyrolyse des Rohstoffs wird
Wärmeenergie
verbraucht, die Platte 22 kühlt ab. Dadurch, dass vier
Führungen 12 auf
der Platte 22 auftreffen, sind Zwischenräume gegeben,
in denen ein Abschnitt auf der Platte 22, der soeben an
einer der vier Führungen 12 vorbei
rotiert ist und dabei durch Pyrolyse Wärme verloren hat, erneut ohne
Wärmeverlust auf
550 °C beheizt
wird. Es wird durch die erfindungsgemäße Anlage also ein möglichst
gleichmäßiges Temperaturprofil
aufrecht erhalten, was eine besonders gleichmäßige Pyrolyse mit einer besonders
homogenen und vollständigen
Zusammensetzung der Pyrolysate ermöglicht. Ein sehr günstiges
Verhältnis von
Anpressfläche
des Rohstoffs zur Arbeitsfläche der
Platte 22 liegt bei 6 bis 10 % der beheizten Fläche der
Platte 22.
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Ist die in einer Führung 12 an
die Platte 22 herangeführte
Biomasse verbraucht, wird der Druck auf dem jeweiligen Druckstempel
in der Führung 12 abgebaut,
der Druckstempel wird von der Platte 22 weg in seine Ausgangsposition
zurück
bewegt. Aus dem Magazin 14 wird neue Biomasse in die Führung 12 nachgefüllt und
durch den Druckstempel, auf den nun wieder der Betriebsdruck aufgebracht
wird, komprimiert. Die Biomasse wird an die Platte 22 angepresst
und die Pyrolyse beginnt.
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Die Heizvorrichtung 26 ist
vorzugsweise als Gasbrenner ausgelegt, der mit den festen Pyrolyseprodukten
betrieben wird, die im Sammelbehälter 30 aufgefangen
werden. Diese direkte Beheizung der Platte 22, die keinen
aufwändigen
Transport von Heizmaterial erfordert, hat sich in der Energiebilanz als
besonders günstig
erwiesen.