DE19631201C2 - Verfahren und Reaktor zur Umwandlung von Biomasse in flüssige, feste oder gasförmige Brennstoffe und Chemierohstoffe - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neuartiges Verfahren und einen Reaktor zur Umwandlung von Biomasse in flüssige, feste oder gasförmi­ ge Brennstoffe und Chemierohstoffe.

In der DE-OS 36 11 340 wird ein Verfahren beschrie­ ben, bei dem Biomasse mit einem Öl durchmischt und einem Metallkatalysator versetzt wird. Bei Reaktions­ temperaturen von 300 bis 400 Grad Celsius und einem Wasserstoffpartialdruck von 35 bis 250 bar werden niedrigviskose in Hexan lösliche niedermolekulare Leicht- und Mittelöle erzeugt.

Ein Verfahren zur Gewinnung von festen, flüssigen und gasförmigen Brennstoffen aus organischem Materi­ al ist ferner aus der EP-Patentanmeldung 0052334 be­ kannt. Hierbei wird Biomasse unter Luftausschluß auf eine Temperatur von 200 bis 600 Grad Celsius erhitzt. Ohne Einschaltung von Reduktions- und Oxidationspro­ zessen sollen gasförmige Reaktionsprodukte, Kohlen­ wasserstoffe und Kohle entstehen.

In der DE-PS 32 21 495 wird ein Verfahren beschrie­ ben, bei dem ein Teil der Biomasse in kohlenwasser­ stoffarmen Koks und der andere Teil in Kohlenwasser­ stoffe mit hohem Wasserstoffgehalt überführt wird. Da­ zu wird in einer geschlossenen Anlage trockener, ent­ wässerter Klärschlamm auf Temperaturen zwischen 250 und 330 Grad erhitzt. Aus dem Schüttgut treten kohlen­ wasserstoffhaltige Gas aus, die bei verschiedenen Tem­ peraturen kondensieren und als wäßrige Phase, Öle und Gase gesammelt werden.

Die DE-PS 37 37 370 beschreibt ferner ein Verfahren zur hydrierenden Konversion von Schwer- und Rück­ standsölen, Alt- und Abfallölen in Mischung mit Klär­ schlämmen. Bei Temperaturen zwischen 400 und 490 Grad und einem Wasserstoffpartialdruck von 50 bis 300 bar erfolgt die Konversion der Klärschlämme.

Ähnliches gilt für die DE-OS 27 21 290, bei der Klär­ schlämme im Druckbereich von 60 bis 100 bar und Tem­ peraturen zwischen 180 und 400 Grad Celsius hydriert werden.

Ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenwasser­ stoffen aus Klärschlamm betrifft ebenfalls die EP 15 7 339 A2. Hierbei wird der Klärschlamm bei Temperaturen von 300 bis 600 Grad Celsius und einem Druck von 100 bis 500 bar behandelt. Bei dieser Behandlung kann eine Hydrierung mit Wasserstoff in Gegenwart eines Katalysators erfolgen.

Nachteil der erwähnten Verfahren sind die schlechte Energiebilanz und der nicht ausreichende Wirkungs­ grad, unter Berücksichtigung des Gesamtverfahrens - ausgehend von Edukten mit einem hohen Wassergehalt bis hin zu den direkt verwertbaren Endprodukten (Brennstoffe) -. Denn nach dem Stand der Technik ist es bisher notwendig, die zu behandelnde biologische Substanz zu entwässern und zu trocknen, eine Maßnah­ me, die zur Verschlechterung der Energiebilanz des Ge­ samtverfahrens beiträgt. Hinzu kommt ferner, daß die eingesetzten Temperaturen sehr hoch sind. Zudem be­ gegnet die gleichmäßige Temperaturverteilung inner­ halb der Reaktoren nach wie vor großen Problemen. Daher lassen sich über die gesamte Biomasse verteilt nicht genau definierte Temperaturbedingungen errei­ chen, mit der Folge, daß ein nicht definiertes Produkt­ spektrum entsteht.

Zum Aufheizen von Medien sind in den letzten Jahren vermehrt Versuche mit Mikrowellen gemacht worden. So ist insbesondere aus den Arbeiten von R. A. Abramo­ vitch in Holzforschung 48 (1994) 349-354 und in Or­ ganic Preparations and Procedures Int. 23 (1991) 693-711 bekannt, daß sich Mikrowellen zur Behand­ lung von Soft wood und Klärschlamm einsetzen lassen. Die Materialien werden hierbei aufwendig - u. a. durch Trocknen und Lösen in Alkohol - vorbehandelt.

Der Einsatz von Mikrowellen ist schließlich auch aus der US-PS 3523076 bekannt, um die Absetzbarkeit und Filtrierbarkeit von Klärschlamm zu erhöhen.

Eine Methode und Vorrichtung zur kontinuierlichen Durchführung chemischer Reaktionen mit Hilfe von Mi­ krowellenenergie wird in der WO 90 03 840 A1 be­ schrieben. Zielsetzung ist dabei die Durchführung che­ mischer Synthesereaktionen. Dabei handelt es sich um eine Apparatur im Labormaßstab, die bei einem niedri­ gen Druck von ca. 12 bar (1200 kPa) arbeitet.

Aus der AT 379 608 ist ein Verfahren zur Gewinnung von Schieferöl, Kerogen oder Teer aus ihren Trägermedien (z. B. Schiefer) bekannt. Nach diesem Verfahren werden die Trägermedien abgebaut und zerkleinert und dann in einem Reaktor unter Druck gesetzt und durch Mikrowellenstrahlung erwärmt. Dabei werden die zu gewinnenden Produkte durch Verdrängungsmedien wie z. B. CO₂ quasi ausgewaschen. Dieses Verfahren dient der Gewinnung von bereits vorhandenen organischen Substanzen fossilen Ursprungs, die von einem Trägermedium nurmehr physikalisch abzutrennen sind. Das behandelte Material enthält kein Wasser.

In der EP 0 204 354 B1 wird ein Verfahren zur Herstellung Kohlenwasserstoff enthaltender Flüssigkeiten aus Biomasse offenbart. Hierbei wird die Biomasse in einer Reaktionszone bei einer Temperatur von 300 bis 370°C in Gegenwart von Wasser bei einem Druck, der über dem Partialdampfdruck des Wassers liegt, für ca. 1 bis 30 Minuten behandelt. Das Verfahren wird kontinuierlich durchgeführt, wobei eine Erhitzung der Biomasse durch überhitzten Dampf erfolgt. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß die gleichmäßige Erhitzung der Biomasse in der Reaktionszone zwar wichtig, aber nur sehr schwer zu erreichen ist. Zur ihrer Gewährleistung kann z. B. das Ausmaß der Reaktionszone klein gehalten werden, und die Biomasse wird in einer aufwendigen Vorbehandlung auf eine Korngröße von vorzugsweise unter 3 mm zerkleinert, um ausreichenden Wärmetransfer in Innere zu erreichen.

Die vorliegende Erfindung hat sich demgemäß die Aufgabe gestellt, ein Verfahren und einen Reaktor zur Umwandlung von organischem Material bestehend aus Biomasse in flüssige, feste oder gasförmige Brennstoffe unter Druck- und Temperaturerhöhung zur Verfügung zu stellen, das ohne vorherige Entwässerung des organischen Materials durchführbar ist, durch die gleichmäßige Erwärmung ein besser definiertes Produktspektrum ergibt eine verbesserte Energiebilanz und einen verbesserten Wirkungsgrad aufweist.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 17 gelöst. Hierbei wird das organische Material bestehend aus Biomasse nach Druckerhöhung mittels Mikrowellenstrahlung unter Einhaltung nicht oxidativ wirkender Bedingungen erwärmt. Dabei finden Kettenabbaureaktionen der Polymerkomponenten und insgesamt ei­ ne Disproportionierung der organischen Substanz bei gleichzeitiger Abspaltung von Kohlendioxid statt, unter Entstehung eines teer-/öl-ähnlichen Produkts, eines kohlenähnlichen festen Produkts und einer wäßrigen Phase mit gelösten organischen Verbindungen.

Bei dem eingesetzten organischen Material handelt es sich in erster Linie um biologische Rest- und Abfallstof­ fe mit einem hohen Wassergehalt, die insbesondere in Form von Schlämmen als Neben- und Abfallprodukte bei verschiedenen industriellen Verfahren anfallen, bei­ spielsweise in Brauereien, Brennereien, Papierfabriken, Fermentationsrückstände aus der Pharmaindustrie oder Klärschlamm aus der biologischen Abwasserreinigung. Ebenfalls können die in zukünftigen Produktionsprozes­ sen anfallenden, nicht direkt verwertbaren Bestandteile nachwachsender Rohstoffe, aber auch land- und forst­ wirtschaftliche Abfälle und industrielle Holzabfälle wie z. B. Bahnschwellen für das erfindungsgemäße Konver­ sionsverfahren eingesetzt werden.

Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist, daß die organischen Materialien biologischen Ur­ sprungs sind. Fermentationsrückstände, Klärschlämme aus kommunalen Kläranlagen sowie andere in der Fer­ mentationstechnik anfallende Schlämme bestehen aus Wasser, toten und lebensfähigen Mikroorganismen so­ wie organischen und anorganischen Feststoffteilen. Überraschenderweise läßt sich die Behandlung mit dem wasserhaltigen Material durchführen D. h. es ist nicht notwendig, vorher eine Trocknung durchzuführen. Der Wassergehalt der erfindungsgemäß eingesetzten orga­ nischen Materialien beträgt in der Regel 96 bis 98,5 Gew.-% bei den biologischen Schlämmen, bzw. 50 bis 70 Gew.-% bei den festen biologischen Abfällen. Um das Volumen zu reduzieren ist bei den Schlämmen auch eine Teilentwässerung durch geeignete Verfahren mög­ lich, so daß ein Wassergehalt von 85 bis 70% eingestellt wird.

Die ebenfalls einsetzbaren biologischen Rest- und Abfallstoffe aus der verarbeitenden Industrie (z. B. Pa­ pierfabriken, Pharmabetrieben, Brennereien, Brauerei­ en usw.), fallen in Form von Schlämmen, Schlempen oder Filtrationsrückständen an, mit einem Wassergehalt von 96 bis 70 Gew.-% und bestehen, ähnlich wie land­ wirtschaftliche und forstwirtschaftliche Abfälle und nicht direkt verwertbare Bestandteile nachwachsender Rohstoffe, neben Wasser, hauptsächlich aus Cellulose, Hemicellulose und Lignin, sowie geringen Anteilen an­ derer organischer Komponenten, z. B. Fetten, Wachsen, Proteinen und anderen Kohlenhydraten. Ferner enthal­ ten diese Stoffe anorganische Bestandteile.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere deshalb wertvoll, weil diese Rest- und Abfallstoffe schadlos entsorgt werden können. Die Situation in der Abfallentsorgung ist heute gekennzeichnet durch stei­ gende Abfallmengen, abnehmende und fehlende Entsor­ gungskapazitäten, wachsende Einwände und Wider­ stände gegen neue Entsorgungsanlagen, zunehmende Abfallexporte und damit nicht zuletzt durch die Gefahr einer Abfallbeseitigung zu Lasten der Umwelt. Bisheri­ ge Vorgehensweisen zielten hauptsächlich auf eine Ent­ sorgung der organischen Abfälle hin. Frühere Metho­ den wie die Verwendung von Klärschlamm als Dünge­ mittel haben sich wegen der Schwermetall- und Schad­ stoffproblematik als nicht effizient erwiesen. Andere Vorgehensweisen, wie die Deponierung oder Trock­ nung mit anschließender Verbrennung, sind mit steigen­ den Kosten verbunden. Die konventionellen Entsor­ gungsarten haben in der Regel den Nebeneffekt einer Verlagerung des Problems zur Folge.

Die vorliegende Erfindung stellt nunmehr hier eine Alternative zu den konventionellen Entsorgungsmetho­ den dar, da sie auf eine stoffliche und energetische Ver­ wertung der Abfall- und Nebenstoffe zielt. Erfindungs­ gemäß werden die organischen Materialien biologi­ schen Ursprungs ohne vorherige Trocknung oder Ent­ wässerung, ggf. nach vorheriger stofflicher Trennung in Substanzfraktionen oder Vorbehandlung, z. B. Einstel­ len eines pH-Wertes zwischen 5 und 12, vorzugsweise pH 7 bis 11 durch Zugabe alkalischer Substanzen, dem Umwandlungsprozeß zugeführt. Ggf. kann der Wasser­ gehalt auf etwa 70 bis 80 Gew.-% eingestellt werden. Keinesfalls ist jedoch eine weitergehende Entwässerung erforderlich.

Das organische Material kann vor der Umwandlung mit weiteren kohlenwasserstoffhaltigen Materialien ge­ mischt werden. Z. B. ist auch eine Mischung mit Erdöl- oder rezyklierten Produktölfraktionen möglich.

Die Konversion wird bei Drücken von 50 bis 500 bar, vorzugsweise 100 bis 350 bar durchgeführt und zwar wird ein Druck oberhalb des Sättigungsdampfdrucks von Wasser bei der jeweiligen Temperatur eingestellt. Der Vorteil dieser Methode ist, daß bei den erfindungs­ gemäß eingesetzten hohen Temperaturen das in dem eingesetzten organischen Material vorhandene Wasser flüssig bleibt. Auf diese Weise wird dem System nicht die Verdampfungswärme von Wasser entzogen und die Prozeßenergie kann über Wärmetauscher viel effekti­ ver genutzt werden.

Die Temperaturen betragen erfindungsgemäß 150 bis 800 Grad Celsius, vorzugsweise 200 bis 500 Grad Celsi­ us. Erfindungswesentlich ist hierbei, daß die Erwärmung mittels Mikrowellen durchgeführt wird.

Der Zustand des wäßrigen Systems bei den erfin­ dungsgemäßen Betriebsdruck- und -temperatur-Kom­ binationen kann unterkritisch, nahe- oder überkritisch sein. Erfindungswesentlich ist hierbei, daß das im Edukt vorhandene Wasser bei nahe- und überkritischen Bedin­ gungen andere Eigenschaften besitzt als im normalen, unterkritischen Bereich. Bei nahe- und überkritischen Bedingungen fungiert Wasser als Reaktionspartner und als Lösemittel für entstehende, organische Produkte und hat einen positiven Einfluß auf die Reaktionen, die zu den erwünschten Produkten führen.

Ein derartiger Einsatz von Mikrowellen wurde bisher nicht für möglich gehalten. Denn die für den Bau von druckfesten Reaktoren erforderlichen Materialien sind nicht mikrowellengeeignet. Erfindungsgemäß konnte jedoch nunmehr durch den Einsatz eines speziell ausge­ stalteten Reaktors der Einsatz von Mikrowellen ermög­ licht werden.

Gegenstand der Erfindung ist demgemäß auch ein Reaktor, enthaltend

• a) eine Druckkammer, die druckfest 50 bis 2000 bar, vorzugsweise 50 bis 500 bar, besonders bevorzugt 100 bis 350 bar, angelegt ist,
• b) Generatoren zur Erzeugung von Mikrowellen­ strahlung in einem Bereich innerhalb der Druck­ kammer,
• c) ein Reaktionsrohr, welches das Reaktionsgut enthält und durch den Bereich der Mikrowellen­ strahlung verläuft, und welches vorzugsweise spi­ ralförmig gestaltet ist.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Reaktor dadurch gekennzeichnet, daß dem Mikro­ wellen-Reaktionsraum mit den Elementen a)-c), Wär­ metauscher, Flüssig/Gasförmig bzw. Flüssig/Fest-Ab­ scheider, Hydrierungsstufen und/oder eine Volumen­ destillation nachgeschaltet sind.

Der Reaktor besteht aus einem spiral- oder schleifen­ förmigen Rohrreaktor aus einem mikrowellendurchläs­ sigen Material, z. B. Quarzglas, Borosilikatglas oder an­ derem nichtmetallischen Werkstoff, der sich in einer Mi­ krowellensektion befindet, bzw. in diese eingeführt wird. Diese befindet sich wiederum in einer Druckkammer, aus einem metallischen Werkstoff, geeignet für die o. g. hohen Betriebsdrücke. Die Mikrowellenkomponenten - die nicht Gegenstand dieses Patents sind - sind im wesentlichen eine oder mehrere Mikrowellenhohlleiter mit hocheffizienter Einkopplungstechnik, eine oder mehrere Mikrowellen-Generatoren, z. B. Magnetrons, mit Abgabeleistung von 500 bis 100.000.000 Watt, vor­ zugsweise 1000 bis 10.000 Watt, eine oder mehrere Hochfrequenzgetaktete Spannungsnetzteile für eine kontinuierliche Leistungsabgabe der Mikrowellen zwi­ schen 0 und 100.000.000 Watt. Die Frequenz des Mikro­ wellenaggregates (Magnetron) beträgt zwischen 1 und 300 Gigahertz (Ghz). Die Leistungsregelung erfolgt mit­ tels Amplitudenmodulation bei konstanter Frequenz.

Durch den Einsatz der Mikrowelle werden gegenüber dem bisherigen Verfahren zur thermochemischen Um­ wandlung von organischem Material erhebliche Vortei­ le erreicht. So bleibt der äußere Reaktormantel kälter als das Innere des Reaktors, während das Reaktionsgut im Inneren sich gleichmäßig erwärmt. Bei den konven­ tionellen Reaktoren wird die Erhitzung in der Regel über den Reaktormantel oder durch im Inneren ange­ ordnete Heizspiralen erreicht. Die Folge ist, daß das Reaktionsgut in der Nähe der Wärmequelle sich er­ wärmt, so daß ein Temperaturgradient zwischen den warmen und kalten Teilen des Reaktionsgutes entsteht. Eine gleichmäßige Temperaturverteilung läßt sich dem­ gemäß nur durch zusätzliche mechanische Maßnahmen, z. B. durch Rühren erreichen. Erfindungsgemäß ist dies nicht mehr erforderlich. Vielmehr lassen sich durch den Einsatz der Mikrowelle über das gesamte Reaktionsgut verteilt definierte Reaktionsbedingungen innerhalb kur­ zer Zeit einstellen.

Von erheblichem Vorteil ist auch die Möglichkeit der schnelleren Erhitzung des Reaktionsguts. Bei gleicher elektrischer Leistung wären in konventionellen Anlagen längere Heizphasen erforderlich.

Nach dem Stand der Technik wurde ein schonendes Erhitzen des Reaktionsgutes angestrebt. Erfindungsge­ mäß ist eine derartige schonende Behandlung der orga­ nischen Materialien nicht mehr erforderlich. Überra­ schend ist hierbei auch, daß durch das schnelle Erhitzen mit Mikrowellen weniger nicht in flüssige Brennstoffe umwandelbare Nebenprodukte als bei der konventio­ nellen Technik entstehen.

Erfindungsgemäß ist es weiterhin erforderlich, wäh­ rend des Umwandlungsprozesses Bedingungen einzu­ halten, unter denen es nicht zu oxidativen Reaktionen kommt. Dies läßt sich am einfachsten dadurch erreichen, daß eine Atmosphäre aus inerten Gasen in den Reaktor gegeben wird.

Bevorzugt wird erfindungsgemäß jedoch eine Be­ schleunigung der Reaktion durch Einsatz reduzierender Gase. Hierbei kann es sich im wesentlichen um Kohlen­ monoxid, molekularen Wasserstoff oder Gemische die­ ser Gase handeln. In Betracht kommen können jedoch auch andere Gase, sofern sie ohne Erzeugung schädli­ cher Nebenprodukte eine Reduzierung des organischen Materials zu bewirken vermögen.

Zur Unterstützung des Reaktionsprozesses können erfindungsgemäß ferner Katalysatoren eingesetzt wer­ den. Bevorzugt werden vor allem metallische Katalysa­ toren, z. B. Palladium mit Aktivkohle, Eisen, Eisenoxide, ferner zeolytische Katalysatoren und andere reduzie­ rend wirkende Substanzen.

Erfindungsgemäß kann das Verfahren in der oben beschriebenen Weise einstufig durchgeführt werden. Es ist jedoch auch ein zweistufiges Verfahren möglich. Hierbei wird zunächst eine Umwandlung unter einem Druck von 100 bis 350 bar bei einer Temperatur von 250 bis 500 Grad Celsius durchgeführt. In einem zweiten Schritt erfolgt eine Hydrierung bei Drücken von 35 bis 500 bar und Temperaturen von 300 bis 500 Grad Celsi­ us.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Abbildung näher beschrieben.

In dem Behälter 1 wird das organische Material sus­ pendiert, homogenisiert und ggf. auf 70 bis 80 Gew.-% Wassergehalt und einen pH-Wert zwischen 5 und 12, vorzugsweise pH 7 bis 11 durch Zugabe alkalischer Sub­ stanzen eingestellt Erforderlichenfalls erfolgt auch eine Trennung der einzelnen Substanzfraktionen. Im An­ schluß hieran wird die so vorbehandelte Masse mittels der Hochdruckpumpe 2 über einen Durchflußregler 3 mit einem definierten Volumenstrom in den Reaktor 4 gefördert.

Der Reaktor besteht prinzipiell aus einem inneren Zuführrohr 5, in das das organische Material eingeleitet wird und den Reaktor durchströmt. Der Raum 6 ist von dem Mikrowellenraum 7 umgeben. Das durch den Raum 6 strömende organische Material wird durch die aus dem Mikrowellenraum 7 kommenden Mikrowellen erwärmt. Vorzugsweise liegen die Temperaturen bei 150 bis 800 Grad Celsius, insbesondere zwischen 200 und 500 Grad Celsius. Der Raum 7 ist von der Druck­ kammer 8 aus geeignetem Material, z. B. metallischen Werkstoff umgeben. Zugleich wird ein Druck von 50 bis 500 bar, vorzugsweise 100 bis 350 bar erzeugt. Der Druck wird einerseits durch Beaufschlagung mit einem inerten oder reduzierenden Gas und andererseits durch den Sättigungsdampfdruck des Reaktionsgutes erzeugt. Der sich aus beiden ergebende Gesamtdruck im. Reak­ tor steigt während dessen Erwärmung. Während des gesamten Umwandlungsprozesses wird ein Gesamt­ druck im Reaktor oberhalb des Sättigungsdampfdrucks von Wasser bei der jeweiligen Temperatur des Reak­ tionsgutes eingestellt. Hierdurch wird verhindert, daß das Wasser in dem organischen Material zu sieden be­ ginnt.

Während des Umwandlungsprozesses werden durch Zusatz geeigneter Gase Bedingungen aufrechterhalten, die eine Oxidation des organischen Materials verhin­ dern. Dies können entweder Inertgase oder reduzieren­ de Gase sein. Vorzugsweise werden Kohlenmonoxid, Wasserstoff oder Gemische dieser Gase zugegeben.

Bei den oben angegebenen Temperaturen, insbeson­ dere bei 250 bis 500 Grad Celsius und den obengenann­ ten Drücken, insbesondere bei 100 bis 350 bar, kommt es zu einem Abbau, Aufspaltung bzw. Depolymerisation des organischen Materials, während es durch die spira­ lenförmig angeordneten Rohre 9 des Reaktionsraums 6 transportiert werden. Bei diesen Reaktionsbedingungen fungiert das in dem organischen Material vorhandene Wasser als Transportmittel. Zugleich dient es als Löse­ mittel für die entstehenden Kohlenwasserstoffe, so daß eine weitere Verkokung der organischen Substanz ver­ hindert wird.

Nach diesem Reaktor kann das organische Material in eine zweite Reaktorstufe 10 geführt werden. Diese kann sowohl ein mikrowellenbeheizter Reaktor wie 4 als auch ein konventioneller, elektrisch beheizter Rohr­ reaktor sein.

Der entstehende Produktstrom wird über den Wär­ metauscher 11 dem Abscheider 12 zugeführt. Die abge­ trennten Gase werden über die Leitung 17 abgeführt. Diese bestehen in erster Linie aus unverbrauchtem Re­ duktions- oder Inertgas sowie während der Umwand­ lung entstandenen Gasen, insbesondere Kohlendioxid. Diese Gase können ggf. in Reinigungsanlagen aufberei­ tet und einer weiteren Verwendung zugeführt werden. Im gleichen Abscheider oder in einem weiteren, nachge­ schalteten Abscheider 13 wird über die Schwerkraft die wäßrige Phase von Teerprodukt bzw. Teer-Feststoff- Gemisch getrennt.

Das abgetrennte Teerprodukt bzw. Teer-Feststoff- Gemisch wird in den Reaktor 14 gegeben. Dort findet eine Hydrierung statt. Vorzugsweise werden hierbei Temperaturen von 300 bis 500 Grad Celsius und Drücke von 35 bis 500 bar eingehalten, mit oder ohne Verwen­ dung von Katalysatoren.

Im nachgeschalteten Abscheider 15 wird entstehen­ des Wasser von einem Produkt bestehend aus einem Kohlenwasserstoffgemisch getrennt.

Anschließend wird das organische Reaktionsprodukt aus der Hydrierung einer Vakuumdestillation 16 unter­ zogen. Dadurch kommt es zu einer Aufspaltung in ver­ schiedene Ölfraktionen. Dabei fallen eine Leichtöl-, eine Mittelöl- und eine Schwerölfraktion an. Diese werden über separate Leitungen abgeführt.

Claims (21)

1. Verfahren zur Umwandlung von organischem Material bestehend aus Biomasse in flüssige, feste oder gasförmige Brennstoffe unter Druck- und Temperaturerhöhung, wobei das organische Material wasserhaltig ist und der Druck über den Wasserdampfsättigungsdruck erhöht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Material mittels Mikrowellenstrahlung erwärmt wird, und daß unter Einhaltung nicht oxidativ wirkender Bedingungen ein Abbau und eine Disproportionierung bei gleichzeitiger Abspaltung von Kohlendioxid ausgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Material einen Wassergehalt von 50 bis 95 Gew.-% hat.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Material einen Wassergehalt von 60 bis 70 Gew.-% hat.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Material vor der Temperatur- und Druckerhöhung mit Wasser versetzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Material vor der Temperatur- und Druckerhöhung und auf einen alkalischen neutralen oder sauren pH-Wert eingestellt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur zwischen 150 und 800 Grad Celsius liegt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur zwischen 200 und 500 Grad Celsius liegt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck zwischen 50 und 500 bar liegt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck zwischen 100 bis 350 bar liegt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Abbau und die Disproportionierung in einer Inertgasatmosphäre durchgeführt werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß unter reduzierenden Bedingungen der Abbau und die Disproportionierung durchgeführt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß reduzierend wirkende Gase, vorzugsweise Kohlenmonoxid, Wasserstoff oder Gemische dieser Gase zugesetzt werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Abbau und die Disproportionierung unter Zusatz von Katalysatoren durchgeführt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Abbau und die Disproportionierung unter Zusatz von metallischen oder zeolytischen Katalysatoren durchgeführt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß in einer 1. Stufe bei einem Druck von 100 bis 350 bar und einer Temperatur von 250 bis 500 Grad Celsius der Abbau und die Disproportionierung und in einer 2. Stufe bei einem Druck von 35 bis 500 bar und einer Temperatur von 300 bis 500 Grad Celsius eine Hydrierung durchgeführt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgut kontinuierlich durch die Zone, in der es mit Mikrowellen erhitzt wird, bewegt wird.

17. Reaktor zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 16, enthaltend

• a) eine Druckkammer (8), die druckfest 50 bis 2000 bar angelegt ist,
• b) Generatoren zur Erzeugung von Mikrowellenstrahlung in einem Bereich (6) innerhalb der Druckkammer (8),
• c) ein Reaktionsrohr (9), welches das Reaktionsgut enthält und durch den Bereich (6) der Mikrowellenstrahlung verläuft.

18. Reaktor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (8) druckfest von 50 bis 500 bar angelegt ist.

19. Reaktor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (8) druckfest von 100 bis 350 bar angelegt ist.

20. Reaktor nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsrohr (9) spiralförmig gestaltet ist.

21. Reaktor nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß dem Mikrowellen-Reaktionsraum (6) mit den Elementen a)-c), Wärmetauscher (11), Flüssig/Gasförmig (12) bzw. Flüssig/Fest-Abscheider (13), Hydrierungsstufen (14) und/oder eine Volumendestillation (16) nachgeschaltet sind.