DE202020101310U1

DE202020101310U1 - Pyrolyse-Vorrichtung

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Publication number: DE202020101310U1
Application number: DE202020101310.6U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-03-10
Filing date: 2020-03-10
Publication date: 2021-06-11
Anticipated expiration: 2030-03-11

Abstract

Pyrolyseanordnung (10) zur Erzeugung von Kohle aus Biomasse, enthaltend
(a) eine Fördereinrichtung (14) zum Zuführen von Biomasse; und
(b) einen Pyrolysereaktor (36); dadurch gekennzeichnet, dass
(c) zwischen Fördereinrichtung (14) und Pyrolysereaktor (36) eine Kompressionseinheit (32, 34) zum Komprimieren der Biomasse vorgesehen ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Pyrolyseanordnung zur Erzeugung von Kohle aus Biomasse, enthaltend

(a) eine Fördereinrichtung zum Zuführen von Biomasse; und
(b) einen Pyrolysereaktor.

Die übermäßige CO2-Erzeugung z.B. bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen gilt als Verursacher des sogenannten Treibhauseffektes. Mit Treibhauseffekt wird die globale Erderwärmung beschrieben, welche zu einer nachhaltigen Klimaveränderung führt. Nach dem Pariser Abkommen werden verbindliche Zielwerte für den Ausstoß von Treibhausgasen, insbesondere auch Kohlendioxid (CO₂) festgelegt. Ziel derzeitiger Bestrebungen ist es, CO₂-Emissionen zu verringern. Zu diesem Zweck werden Anstrengungen unternommen, den Energiebedarf zu verringern, etwa durch Kraftfahrzeuge mit geringerem Kraftstoffverbrauch oder durch die Wärmeisolierung von Gebäuden. Weiterhin werden sogenannte CO₂-neutrale, nicht-fossile Brennstoffe eingesetzt. Diese aus Biomasse, zum Beispiel Holz, Mais oder Raps, erzeugten Brennstoffe bilden bei der Verbrennung ebenfalls CO₂. Das in der Biomasse enthaltene Kohlendioxid wurde zuvor durch Photosynthese aus der Atmosphäre gebunden. Die bekannten Maßnahmen sind bestenfalls CO₂-neutral. Eine Reduzierung des CO₂-Gehalts in der Atmosphäre ist lediglich durch Neubepflanzung möglich.
Stand der Technik
Aus der Veröffentlichung W.Seifritz, „Should we store Carbon in Charcoal" Int.J.Hydrogen Energy, Bd 18, Nr.5, 405 (1993) ist es bekannt, den CO₂-Gehalt in der Atmosphäre zu reduzieren, indem Holzkohle im Batchbetrieb in Holzkohlemeilern erzeugt und dauerhaft gelagert wird. Holzkohle verrottet nicht unter CO₂-Bildung und ist somit dauerhaft lagerbar.
Die WO 01/18151 A1 (Schenck) offenbart ein Verfahren zur Speicherung von Solarenergie unter Verminderung des CO₂-Anteils der Luft. Auch hier wird Holzkohle aus Holz erzeugt und der überwiegende Teil dauerhaft, zum Beispiel in Bunkern, Kohle, Erz oder Salzbergwerken gelagert. Die Herstellung der Holzkohle erfolgt im Batch-Betrieb nach bekannten Verfahren.
DE 10 2007 018 875 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Verringerung des CO₂-Gehalts in der Luft durch kontinuierliche Erzeugung verkohlter Biomasse aus vorgewärmter Biomasse. Die Vorrichtung ist stationär ausgebildet und verwendet ausschließlich C4-Pflanzen. Das in der Biomasse enthaltene Wasser wird über einen Auslass entfernt. Die Pyrolyse erfolgt unter einem gegenüber Umgebungsdruck leicht erhöhten Druck, der mit einer Förderschnecke erzeugt wird.
Zur Erreichung einer signifikanten Wirkung bei der Verringerung des CO₂-Gehalts in der Luft werden im Stand der Technik, etwa von der Firma Pyreg www.pyreg.de, sehr große Anlagen vorgeschlagen, die mit Biomasse arbeiten, welche eigens zu diesem Zweck kultiviert wird. Dafür sind eigene Anbauflächen erforderlich. Für Anlage und Anbaufläche müssen große Investitionen getätigt werden, aus denen letztlich kein Einkommen generiert werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welcher mit höherer Effizienz als bisher CO₂ aus der Atmosphäre entfernt und dauerhaft gespeichert werden kann und welche nur vergleichsweise geringe Investitionen erfordert.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass zwischen Fördereinrichtung und Pyrolysereaktor eine Kompressionseinheit zum Komprimieren der Biomasse vorgesehen ist.
Dabei kann die Fördereinrichtung beheizt sein und dem Pyrolysereaktor eine Kompressionseinheit, beispielsweise in Form einer kombinierten Förder- und Kompressionseinheit vorgeschaltet sein. Der Pyrolysereaktor kann Teil der Kompressionseinheit sein, indem dort ebenfalls ein hoher Druck aufgebaut wird. Mit der Kompression wird ein besserer Wärmefluss bewirkt und ein unerwünschtes Rückströmen von Pyrolysegas verhindert. Mit rückströmendem Pyrolysegas fließt Wärme ab. Das ist unerwünscht und wird durch die Kompressionseinheit vermieden.
Die Kompression führt zu einer höheren Effizienz der Anlage, weil weniger Sauerstoff in den Pyrolysereaktor gefördert wird. Der Luftsauerstoff wird durch die komprimierte Biomasse während der Kompression fast vollständig verdrängt. Eine zusätzliche Beheizung der Fördereinrichtung führt zu einem teilweisen Verdampfen des in der Biomasse enthaltenen Wassers, wodurch weiter Luftsauerstoff verdrängt wird. Es kann weniger Luft in den Pyrolysereaktor eintreten. Dadurch erfolgt eine effektivere Pyrolyse mit deutlich geringeren Emissionen von klimaschädlichem Rest-Kohlendioxid.
Insbesondere, wenn die Biomasse vor dem Komprimieren geschreddert oder auf andere Weise zerkleinert wird, kann eine sehr kompakte Masse erhalten werden. Der Pyrolysereaktor kann besonders vorteilhaft mit geschreddertem Verschnitt von Bäumen und Sträuchern, sowie Laub und der Restmasse aus der Biogaserzeugung verwendet werden. Die kleinteilige Biomasse lässt sich sehr gut komprimieren und sehr effektiv pyrolysieren.
Die Verwendung von Bioabfall, etwa aus der Natur- und Landschaftspflege und aus der Biogasproduktion zur Pyrolyse macht eigene Anbauflächen überflüssig. Dadurch werden die Investitionen weiter gesenkt. Der Bioabfall wird nicht mehr kompostiert und hat daher einen positiven Effekt auf die Kohlendioxidbilanz. Es entstehen keine Kosten für dessen Entsorgung.
Die Kompressionseinheit kann einen Zylinder aufweisen, in welchen die Biomasse förderbar ist und einen in dem Zylinder verschieblich geführten Kolben zum Komprimieren und ggf. Fördern der in dem Zylinder befindlichen Biomasse. Der Kolben kann eine Doppelfunktion ausüben: einerseits zum Komprimieren und andererseits zum Fördern der Biomasse. Zusätzliche Mittel zum Fördern der komprimierten Biomasse in den Pyrolysereaktor aus dem Zylinder sind nicht erforderlich. Der Kolben verdrängt die im Zylinder befindliche Luft und schiebt die komprimierte Biomasse praktisch ohne Luftsauerstoff in den Pyrolysereaktor. Dadurch wird die Anordnung effizienter und kann bei gleicher Leistung kleiner ausgeführt werden.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Zylinder eine laterale Öffnung aufweist, durch welche die Biomasse in das Innere des Zylinders einbringbar ist. Die Förderrichtung der Biomasse in den Zylinder kann gewinkelt und insbesondere senkrecht zur Hubrichtung des Kolbens verlaufen. Die Fördereinrichtung, beispielsweise eine Förderschnecke oder auch eine Kolbenfördereinheit, sorgt für einen definierten Eintrag von Biomasse in den Zylinder. Der Antrieb der Förderschnecke, beispielsweise ein Elektromotor, kann verstellbar ausgebildet sein. Dann kann die Menge und Fördergeschwindigkeit der Biomasse beeinflusst werden. Mit der Fördereinrichtung kann eine Vorkompression erfolgen, so dass zusammen mit dem Kolben oder einer anderen Kompressionseinrichtung eine mehrstufige Kompression und Druckerhöhung erfolgt.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Kolben hydraulisch antreibbar. Es versteht sich aber, dass auch andere Antriebe möglich sind.
Bei der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Pyrolysereaktor an dem Förderkolben gegenüberliegendem Ende einen kleineren Durchmesser hat, als das Zylindergehäuse. Dadurch wird auch in dem Pyrolysereaktor ein hoher Druck aufgebaut. Alternativ kann der Pyrolysereaktor mit einer Prallplatte oder einem Ventil am Ausgang versehen sein. Die Biomasse wird mit dem Kolben in den Pyrolysereaktor gedrückt.
Dadurch können hohe Drücke erreicht werden. Es kann praktisch kein Sauerstoff mehr in den Pyrolysereaktor gelangen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe ferner dadurch gelöst, dass die Pyrolyseanordnung Abmessungen aufweist, mit denen sie für den Transport auf öffentlichen Verkehrswegen zugelassen ist, oder modulhaft aus Komponenten zusammensetzbar ist, welche für den Transport auf öffentlichen Verkehrswegen zugelassen sind. Eine solche Pyrolyseanordnung kann auf öffentlichen Straßen oder mit der Bahn oder auf einem Schiff transportiert werden. Das bedeutet, dass die Pyrolyseanordnung zu den Orten transportiert werden kann, an denen die Biomasse entsteht. Die Biomasse muss nicht mehr zur Pyrolyseanordnung transportiert werden. Dadurch werden viel Aufwand und Fahrtwege eingespart. Es müssen keine Fahrzeuge für den Transport der Biomasse bereitgestellt werden.
Die Pyrolyseanordnung ist erheblich kleiner als stationäre Anordnungen. Dadurch sind geringere Investitionen erforderlich. Eine mobile Pyrolyseanordnung ermöglicht den Verleih, die Nutzungsüberlassung und die Aufteilung der Nutzung auf bestimmte Zeiträume. Dadurch können die Nutzer, etwa Kommunen, eine Anordnung gemeinsam nutzen. Besonders vorteilhaft ist eine mobile Pyrolyseanordnung, weil sie an den Ort bewegt werden kann, wo die Biomasse entsteht. Dadurch wird die Verarbeitung zu Kohle vereinfacht und beschleunigt. Kohle hat ein kleineres Volumen als die Biomasse, aus der sie erzeugt wurde. Entsprechend weniger Fahrzeuge werden für den Abtransport benötigt, wenn die Kohle nicht vor Ort verbleibt.
Insbesondere ermöglicht eine mobile Pyrolyseanordnung die Verwendung von Biomasse, die ohnehin anfällt, etwa Laub, Baumschnitt-Abfälle, gefällte Bäume, welche nicht für anderweitige Nutzung geeignet sind und dergleichen mehr. Derzeit müssen derlei organische Abfälle entsorgt, d.h. verbrannt oder kompostiert werden. Die Entsorgung ist mit Kosten verbunden. Mit der Pyrolyse solcher organischer Abfälle, wird der Luft Kohlendioxid entzogen ohne, dass hierfür eine gesonderte Anbaufläche benötigt wird.
Die Pyrolyseanordnung kann mit einem eigenen Fahrwerk versehen sein. Es ist aber auch möglich, die Pyrolyseanordnung in Containerform oder modulhaft auszugestalten und als Ganzes beispielsweise auf einem kleinen Lastkraftwagen oder Tieflader zu transportieren. Das Fahrwerk kann einen Antrieb aufweisen oder mit einem Antriebsfahrzeug verbindbar sein. Wenn die Pyrolyseanordnung mit einem Fahrwerk ohne eigenen Antrieb ausgebildet ist, besteht die Möglichkeit das Antriebsfahrzeug zwischenzeitlich anderweitig zu nutzen.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Pyrolysereaktor eine Länge im Bereich zwischen 0,8 und 2,5 m aufweist, vorzugsweise zwischen 1 und 1,2 m und höchst vorzugsweise 1,1 m. Dabei können insbesondere mehrere, voneinander getrennte Rohre nebeneinander geführt sein. Dadurch kann der Durchsatz erhöht werden. Der Durchmesser eines jeden Rohrs kann zwischen 20 und 100 mm betragen, vorzugsweise zwischen 30 und 50 mm und höchst vorzugsweise beträgt der Rohrdurchmesser 40 mm. Es hat sich herausgestellt, dass bereits mit 6 Reaktorrohren dieser Abmessungen ein hoher Durchsatz erreicht werden kann. Mehrere Reaktorrohre können mit Biomasse aus der gleichen Kompressionseinheit beschickt werden. Dann wird eine Verteileinheit eingesetzt. Es können auch mehrere Reaktorrohre mit einer eigenen Kompressionseinheit beschickt werden. Es versteht sich, dass die Anordnung auch in Abhängigkeit von der Menge an Biomasse mit mehr oder weniger Reaktorrohren versehen werden kann.
Wahlweise kann vorgesehen sein, dass die Pyrolyseanordnung zum Transport verkleinert wird. Dabei kann beispielsweise die Fördereinrichtung oder andere Komponenten lösbar befestigt, oder klappbar mit den übrigen Komponenten verbunden sein. Auch eine Modullösung kann eingesetzt werden.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ferner mit einer Pyrolyseanordnung zur Erzeugung von Kohle aus Biomasse gelöst, enthaltend eine Fördereinrichtung zum Zuführen von Biomasse; und einen mit heißem Gas geheizten Pyrolysereaktor, wobei die Fördereinrichtung mit der Biomasse mit der Restwärme des Gases beaufschlagbar ist, die dadurch gekennzeichnet ist, dass Druck, Volumen und Temperatur des heißen Gases derart ausgewählt sind, dass die darin enthaltene Restwärme ausreicht, um das in der Biomasse enthaltende Wasser zu verdampfen. Bei einer solchen Pyrolyseanordnung wird - anders als bei bekannten Anordnungen des Standes der Technik - die Biomasse nicht nur vorgewärmt, sondern soweit erhitzt, dass das Wasser verdampft. Der Wasserdampf hat einen erhöhten Partialdruck. Der Gesamtdruck im Bereich der Fördereinrichtung bleibt konstant. Durch den Wasserdampf sinkt folglich der Partialdruck des Sauerstoffs. Der Sauerstoff wird quasi vom Wasserdampf verdrängt. Mit dieser Maßnahme wird der mit der Biomasse in die Kompressionseinheit eingebrachte Sauerstoff reduziert und praktisch kein Kohlendioxid während der Pyrolyse gebildet.
Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Pyrolysereaktor bei Temperaturen oberhalb 550°C betreibbar ist. Die hohen Temperaturen erfordern besonders temperaturstabile Materialien. Bei diesen Temperaturen wird unerwünschte Teerbildung und die Bildung giftiger oder anderer unerwünschter Gase vermieden.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das heiße Gas mittels eines Brenners erzeugbar ist, welcher im Betrieb zumindest teilweise von Pyrolysegas beaufschlagt ist. Dann kann das Pyrolysegas direkt verwendet werden. Es ist, neben der Stromversorgung für Antriebe und Steuerung, außer zum Anfahren des Prozesses keine externe Energiequelle für den Betrieb des Pyrolysereaktors erforderlich. Überschüssiges Pyrolysegas kann aufgefangen und zur anderweitigen Nutzung bereitgestellt werden.
Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Brenner mit einer einstellbaren Luftzufuhr versehen ist. Über die Luftzufuhr kann das Verbrennungsluftverhältnis und damit die Brennertemperatur auf einen gewünschten Temperaturbereich geregelt werden. Die Luftzufuhr kann insbesondere mit einem ausgangsseitigen Ventilator erfolgen, der eine Absaugung bildet und dessen Leistung einstellbar ist. Eingangsseitig ist eine einfache, einstellbare Klappe ausreichend. Es ist aber auch möglich Drosseln, Pumpen oder andere Stellglieder vorzusehen.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das heiße Gas durch ein Gehäuse geleitet wird, durch welches die Fördereinrichtung für die Biomasse geführt ist. Mit dem Heißgas kann dann die Biomasse getrocknet und das darin enthaltene Wasser verdampft werden. Zur Steuerung der Luftströmung kann das Gehäuse mit einer Absaugung mit einstellbarer Saugleistung versehen sein. Eine Absaugung hat den Vorteil, dass die Anordnung mit Unterdruck betrieben wird. Dadurch wird vermieden, dass Gase in unerwünschter Weise oder an den falschen Stellen nach außen austreten können.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch gelöst durch eine Pyrolyseanordnung zur Erzeugung von Kohle aus Biomasse, enthaltend eine Fördereinrichtung zum Zuführen von Biomasse; und einen Pyrolysereaktor, welcher ausgangsseitig in einem Sammelbehälter mündet. Die Erfindung ist bei dieser Ausgestaltung dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelbehälter geschlossen und mit einer Fördereinrichtung verbunden ist, mit welcher die Kohle aus dem Sammelbehälter heraus förderbar ist, und eine Schleuse im Eingang der Fördereinrichtung vorgesehen ist, welche den Lufteintritt in den Sammelbehälter verringert oder verhindert. Die Schleuse kann beispielsweise von einer Zellradschleuse gebildet sein. Mit der Luftschleuse wird der Eintritt von Sauerstoff am ausgangsseitigen Ende des Pyrolysereaktors verhindert. Des Weiteren wird das Pyrolysegas aus dem Sammelbehälter mit Hilfe der Absaugung in den Brenner transportiert. Dort wird es verbrannt. Das dabei entstehende heiße Rauchgas heizt zuerst die Rohre des Pyrolysereaktors. Anschließend heizt es die Fördereinrichtung bevor es über die Absaugung ins Freie gelangt. Die Schleuse verhindert ferner das Austreten von geruchsintensiven Pyrolysegasen. Ggf. kann eine weitere Schleuse vorgesehen sein.
Die Pyrolyseanordnung kann mit folgendem Verfahren verwendet werden:

(a) Sammeln und - falls erforderlich - Schreddern von Biomasse, insbesondere Biomasse-Abfällen,
(b) Zusammenbringen der Biomasse und der Pyrolyseanordnung zu einem gemeinsamen Ort,
(c) Fördern der Biomasse,
(d) Komprimieren der Biomasse;
(e) Pyrolysieren der Biomasse zu kleinteiliger Biokohle.

Die Biomasse kann beim Fördern gleichzeitig vorkomprimiert und erwärmt werden, um den Sauerstoff aus der Umgebung zu verdrängen.
Vorteilhafterweise umfasst Schritt (b) das Bewegen der Pyrolyseanordnung, insbesondere zu einem Ort, wo die Biomasse anfällt. Insbesondere kann das Vorkomprimieren und Komprimieren in einem oder mehreren Zylindern mit Kolben erfolgen, welcher oder welche die Biomasse vorkomprimieren, erhitzen, anschließend komprimiert und in den Pyrolysereaktor bewegt.
Das Verfahren ist besonders vorteilhaft, wenn das in der Biomasse enthaltene Wasser zu Wasserdampf verdampft wird. Dabei wird die Biomasse auf einen gewünschten Wassergehalt getrocknet. Dadurch wird einerseits weniger Masse komprimiert und in den Pyrolysereaktor bewegt. Andererseits verdrängt der Wasserdampf den in der die Biomasse umgebenden Luft enthaltenen Sauerstoff, so dass weniger Sauerstoff in den Pyrolysereaktor gelangt. Besonders vorteilhaft ist das Verfahren, wenn die für die Pyrolyse erforderliche Wärme durch Verbrennung von erzeugten Pyrolysegas erzeugt wird. Dann muss lediglich zum Starten des Pyrolyseprozesses eine anderweitige Wärmequelle verwendet werden, etwa Fremdgas.
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein Ausführungsbeispiel ist nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Definitionen
In dieser Beschreibung und in den beigefügten Ansprüchen haben alle Begriffe eine dem Fachmann geläufige Bedeutung, welche der Fachliteratur, Normen und den einschlägigen Internetseiten und Publikationen, insbesondere lexikalischer Art, beispielsweise www.wikipedia.de, www.wissen.de oder www.techniklexikon.net, Publikationen der Wettbewerber, forschenden Institute, Universitäten und Verbände, beispielsweise Verein Deutscher Ingenieure oder Deutsche Physikalische Gesellschaft, dargelegt sind. Insbesondere haben die verwendeten Begriffe nicht die gegenteilige Bedeutung dessen, was der Fachmann den obigen Publikationen entnimmt.
Figurenliste

1 ist ein Vertikalschnitt durch eine schematisch dargestellte Pyrolyseanordnung.
2 ist eine Draufsicht auf die Pyrolyseanordnung aus 1.
3 illustriert die Kompression in einer Anordnung nach 1.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels
1 zeigt eine allgemein mit 10 bezeichnete Pyrolyseanordnung. Die Pyrolyseanordnung 10 weist einen Trichter 12 auf. Über den Trichter 12 kann geschredderte Biomasse, beispielsweise Baumschnitt, Laub, Abfälle aus der Biogasanlage und dergleichen mehr in die Anlage 10 eingeführt werden. Dies ist durch einen Pfeil 24 illustriert. Vor oder in dem Trichter 12 kann ein Schredder oder ein Sieb 70 vorgesehen sein um sicherzustellen, dass nur Biomasse einer gewünschten Korngröße eingeführt wird.
Der Trichter 12 mündet in einer Fördereinrichtung 14. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Fördereinrichtung 14 von einer Förderschnecke gebildet. Alternativ ist die Fördereinrichtung 14 von einem Kolben gebildet, der beispielsweise hydraulisch angetrieben wird. Die Förderschnecke 14 fördert die Biomasse und bewirkt eine Vorkompression der Biomasse. Die Förderschnecke 14 ist durch ein geschlossenes Gehäuse 16 geführt. Das Gehäuse 16 ist in 2 gestrichelt dargestellt.
Durch das Gehäuse 16 wird nachstehend näher erläutertes, heißes Gas geleitet. Dies ist durch Pfeile 26 und 28 illustriert. Mit dem heißen Gas wird das in der Biomasse enthaltene Wasser verdampft und die Biomasse getrocknet. Dies ist durch Pfeile 30 illustriert. Mit dem so entstehenden Wasserdampf wird Luftsauerstoff aus der Luft in dem Gehäuse 16 ausgetrieben. Dadurch sinkt der Sauerstoffgehalt in dem Gehäuse 16. Der Wasserdampf und das heiße Gas werden über eine Absaugung 18 nach außen abgeführt.
Die Förderschnecke 14 wird mit einem Antrieb 20 angetrieben. Die Absaugung 18 wird mit einem Antrieb 22 angetrieben. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Antrieb 20 der Förderschnecke 14 und der Antrieb 22 der Absaugung jeweils von einem Elektromotor gebildet. Es versteht sich, dass auch eine andere Art des Antriebs geeignet sein kann, etwa ein hydraulischer Antrieb mit einem Kolben anstelle der Förderschnecke mit elektrischem Antrieb. Mit dem Antrieb 20 wird die Fördergeschwindigkeit der Biomasse eingestellt. Zusammen mit der Zuführrate durch den Trichter und ggf. der Absaugleistung an der Absaugung 18 kann auf diese Weise die Restfeuchte in der Biomasse am Ende der Fördereinrichtung 12 eingestellt werden.
Die Förderschnecke 13 mündet in einem Zylinder 32 in einem Zylindergehäuse 72. Dies ist in 3 im Detail dargestellt. Die Längsachse des Zylinders 32 erstreckt sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel waagerecht. Die Förderrichtung der Förderschnecke 14 erstreckt sich senkrecht dazu. In dem Zylinder ist ein Hydraulikkolben 34 verschieblich geführt. Der Hydraulikkolben 34 wird von einer Hydraulik 38 angetrieben. Koaxial zum Zylinder 32 ist seitlich ein Pyrolysereaktor 36 vorgesehen. Das offene Ende des Zylinders 32 - rechts in der Darstellung - mündet in dem Pyrolysereaktor 36. Der Pyrolysereaktor hat senkrecht zur gemeinsamen Längsachse ausgangsseitig einen geringeren Querschnitt als der Zylinder 32. Entsprechend wird die Biomasse, die von der Förderschnecke 14 in den Zylinder 32 gelangt mit dem Hydraulikkolben 34 nicht nur in den Pyrolysereaktor 36 bewegt, sondern dabei auch weiter stark komprimiert. In der verdichteten Biomasse verbleiben praktisch keine Kavitäten mehr, in denen sich Luft mit Sauerstoff befindet. Dadurch wird eine besonders effektive Pyrolyse erreicht. Es entsteht kein oder nur wenig Kohlendioxid.
Der Pyrolysereaktor 36 weist 6 Rohre 74 auf, die in 2 gut zu erkennen sind. Jedes der Rohre hat einen Innendurchmesser von etwa 40 mm. Die Länge der Rohre ist etwa 1,1m Die in den Pyrolysereaktor 36 bewegte Biomasse wird auf Temperaturen oberhalb von 500°C typischerweise 550°C bis 650°C erhitzt. Hierzu ist unterhalb des Pyrolysereaktors 36 ein Brenner 44 vorgesehen. Der Brenner 44 wird über eine Luftzufuhr 46 mit Luft versorgt. Die Luftzufuhr 46 ist mit einer Luftklappe 48 versehen, über welchen die Luftzufuhr von außen zum Brenner 44 geregelt wird. Die Luftklappe 48 wird mittels eines einstellbaren Stellmotors 76 bewegt. Der Ventilator 18 bildet eine Absaugung. Die Absaugung regelt die Pyrolysegaszufuhr zum Brenner 44 und zusammen mit der Luftklappe 48 die Luftzufuhr zum Brenner.
Zum Anfahren des Brenners 44 und starten des Pyrolyseprozesses wird der Brenner mit Gas aus einer Gasversorgung 42 versorgt. Bei der Pyrolyse der Biomasse entsteht brennbares Pyrolysegas. Das Pyrolysegas wird wie nachstehend beschrieben aufgefangen und anschließend dem Brenner 44 zugeführt. Dadurch wird nur wenig Fremdgas aus der Gasversorgung 42 benötigt und weder die Kosten- noch die Kohlendioxidbilanz unnötig belastet.
Ausgangsseitig mündet der Pyrolysereaktor 36 in einem Gehäuse 50. Pyrolysegase und Biokohle treten aus dem Pyrolysereaktor 36 in das Gehäuse 50 ein. In dem Gehäuse 50 ist ein Absaugrohr 52 angeordnet. Das Absaugrohr 52 ist mit einer Vielzahl von Öffnungen versehen. Im Übrigen ist das Gehäuse 50 geschlossen. Die Pyrolysegase werden über die Öffnungen in das Absaugrohr 52 gesaugt und zum Brenner 44 geleitet. Dort werden sie verbrannt. Das bei der Verbrennung entstehende heiße Gas umströmt den Pyrolysereaktor 36 und hält so die Pyrolyse aufrecht. Anschließend strömt das immer noch heiße Gas durch das Gehäuse 16 in Richtung des Pfeils 26 zur Förderschnecke 14. Mit der enthaltenen Restwärme wird die Biomasse wie oben beschrieben getrocknet.
Mit dem Stellmotor 76 kann die Luftzufuhr und somit der Verbrennungsprozess geregelt werden. Über die Verbrennungswärme kann insbesondere die Restfeuchte in der Biomasse beeinflusst werden. Pyrolysegase, die nicht für den Verbrennungsprozess im Brenner 44 benötigt werden, können aufgefangen und zur anderweitigen Verwendung bereitgestellt werden. Die Abgase enthalten immer noch eine Restwärme, welche beispielsweise zum Heizen eingesetzt werden kann.
Die aus dem Pyrolysereaktor 36 austretende Biokohle fällt innerhalb des Gehäuses 50 nach unten auf eine Schleuse 54. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Schleuse 54 als Zellradschleuse ausgebildet. Mit der Schleuse 54 wird der Eintritt von Luft mit unerwünschtem Sauerstoff in das Gehäuse 50 und in den Pyrolysereaktor 36 verhindert. Mit der Schleuse 54 wird die Biokohle in einen unteren Gehäuseteil 56 bewegt. An den unteren Gehäuseteil 56 ist eine Fördereinrichtung, wiederum in Form einer Förderschnecke 58 angeschlossen. Die Förderschnecke 58 wird mit einem Antrieb, hier in Form eines Elektromotors 60, angetrieben. Die Förderschnecke 58 fördert die fertige Biokohle mit geringer Korngröße aus der Pyrolyseanordnung heraus und kann beispielsweise auf einen Lastwagen o.ä. verbracht werden.
Wenn die Biokohle nicht verbrannt, sondern anderweitig verwendet wird, speichert sie Kohlendioxid für viele Jahre und hat so eine positive Klimabilanz.
Zur Steuerung des Prozesses und Bereitstellung elektrischer Energie für die Antriebe 20, 22 und 60 ist eine Elektrik 40 vorgesehen, welche auch die üblichen User-Interfaces, Steuer- und Regelelemente, Akkumulatoren/Batterien und Versorgungsanschlüsse für elektrische Energie aufweist.
Die beschriebene Anordnung ist sehr kompakt ausgeführt und hat Außenabmessungen, welche kleiner als ein handelsüblicher Container sind und somit einen Transport auf einem Lastkraftwagen, mit der Bahn oder auf einem Schiff erlauben. Damit kann die Anordnung an verschiedene Orte bewegt werden, wo gerade Biomasse anfällt. Es ist nicht erforderlich, eigene Anbauflächen vorzuhalten, mit welchen Biomasse angebaut wird um den Kohlendioxid-Gehalt in der Atmosphäre zu senken. Vielmehr kann Biomasse verwendet werden, welche ansonsten kompostiert oder verbrannt würde und so die Klimabilanz beeinträchtigen würde.
Die oben erläuterten Ausführungsbeispiele dienen der Illustration der in den Ansprüchen beanspruchten Erfindung. Merkmale, welche gemeinsam mit anderen Merkmalen offenbart sind, können in der Regel auch alleine oder in Kombination mit anderen Merkmalen, die im Text oder in den Zeichnungen explizit oder implizit in den Ausführungsbeispielen offenbart sind, verwendet werden. Maße und Größen sind nur beispielhaft angegeben. Dem Fachmann ergeben sich geeignete Bereiche aus seinem Fachwissen und brauchen hier daher nicht näher erläutert werden. Die Offenbarung einer konkreten Ausgestaltung eines Merkmals bedeutet nicht, dass die Erfindung auf diese konkrete Ausgestaltung beschränkt werden soll. Vielmehr kann ein solches Merkmal durch eine Vielzahl anderer, dem Fachmann geläufigen Ausgestaltungen verwirklicht werden. Die Erfindung kann daher nicht nur in Form der erläuterten Ausgestaltungen verwirklicht werden, sondern durch alle Ausgestaltungen, welche vom Schutzbereich der beigefügten Ansprüche abgedeckt sind.
Die Begriffe „oben“, „unten“, „rechts“ und „links“ beziehen sich ausschließlich auf die beigefügten Zeichnungen. Es versteht sich, dass beanspruchte Vorrichtungen auch eine andere Orientierung annehmen können. Der Begriff „enthaltend“ und der Begriff „umfassend“ bedeuten, dass weitere, nicht-genannte Komponenten vorgesehen sein können. Unter dem Begriff „im Wesentlichen“, „vorwiegend“ und „überwiegend“ fallen alle Merkmale, die eine Eigenschaft oder einen Gehalt mehrheitlich, d.h. mehr als alle anderen genannten Komponenten oder Eigenschaften des Merkmals aufweisen, also bei zwei Komponenten beispielsweise mehr als 50%.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 0118151 A1 [0004]
DE 102007018875 A1 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

W.Seifritz, „Should we store Carbon in Charcoal“ Int.J.Hydrogen Energy, Bd 18, Nr.5, 405 (1993) [0003]

Claims

Pyrolyseanordnung (10) zur Erzeugung von Kohle aus Biomasse, enthaltend (a) eine Fördereinrichtung (14) zum Zuführen von Biomasse; und (b) einen Pyrolysereaktor (36); dadurch gekennzeichnet, dass (c) zwischen Fördereinrichtung (14) und Pyrolysereaktor (36) eine Kompressionseinheit (32, 34) zum Komprimieren der Biomasse vorgesehen ist.
Pyrolyseanordnung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompressionseinheit (32, 34) einen Zylinder (32) umfasst, in welchen die Biomasse förderbar ist und einen in dem Zylinder (32) verschieblich geführten Kolben (34) zum Komprimieren der in dem Zylinder (32) befindlichen Biomasse.
Pyrolyseanordnung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (32) eine laterale Öffnung aufweist, durch welche die Biomasse in das Innere des Zylinders (32) einbringbar ist.
Pyrolyseanordnung (10) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (34) hydraulisch antreibbar ist.
Pyrolyseanordnung (10) nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pyrolysereaktor (36) ausgangsseitig einen kleineren Durchmesser hat, als der Zylinder (32) und die Biomasse mit dem Kolben (34) in den Pyrolysereaktor (36) gedrückt wird.
Pyrolyseanordnung (10) zur Erzeugung von Kohle aus Biomasse, enthaltend (a) eine Fördereinrichtung (14) zum Zuführen von Biomasse; und (b) einen Pyrolysereaktor (36); dadurch gekennzeichnet, dass (c) die Pyrolyseanordnung (10) Abmessungen aufweist, mit denen sie für den Transport auf öffentlichen Verkehrswegen zugelassen ist, oder modulhaft aus Komponenten zusammensetzbar ist, welche für den Transport auf öffentlichen Verkehrswegen zugelassen sind.
Pyrolyseanordnung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einem Fahrwerk versehen ist.
Pyrolyseanordnung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrwerk einen Antrieb aufweist oder mit einem Antriebsfahrzeug verbindbar ist.
Pyrolyseanordnung (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Pyrolysereaktor (36) eine Länge im Bereich zwischen 0,8 und 2,5 m aufweist, vorzugsweise zwischen 1 und 1,2 m und höchst vorzugsweise 1,1 m.
Pyrolyseanordnung (10) nach einem der vorgehenden Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (14) lösbar befestigt, oder klappbar mit den übrigen Komponenten verbunden ist.
Pyrolyseanordnung (10) zur Erzeugung von Kohle aus Biomasse, enthaltend (a) eine Fördereinrichtung (14) zum Zuführen von Biomasse; und (b) einen mit heißem Gas geheizten Pyrolysereaktor (36), wobei die Fördereinrichtung (14) mit der Biomasse mit der Restwärme des Gases beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass (c) Druck, Volumen und Temperatur des heißen Gases derart ausgewählt sind, dass die darin enthaltene Restwärme ausreicht, um das in der Biomasse enthaltende Wasser zu verdampfen.
Pyrolyseanordnung (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Pyrolysereaktor (36) bei Temperaturen oberhalb 500°C betreibbar ist.
Pyrolyseanordnung (10) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das heiße Gas mittels eines Brenners (44) erzeugbar ist, welcher im Betrieb zumindest teilweise von Pyrolysegas beaufschlagt ist.
Pyrolyseanordnung (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner (44) mit einer einstellbaren Luftzufuhr versehen ist.
Pyrolyseanordnung (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftzufuhr über eine Absaugung (18) mit einstellbarer Leistung und eine einstellbare Luftklappe (48) mit einem Stellmotor (76) erfolgt.
Pyrolyseanordnung (10) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das heiße Gas durch ein Gehäuse geleitet wird, durch welches die Fördereinrichtung (14) für die Biomasse geführt ist.
Pyrolyseanordnung (10) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (16) mit einer Absaugung (18) mit einstellbarer Saugleistung versehen ist.
Pyrolyseanordnung (10) zur Erzeugung von Kohle aus Biomasse, enthaltend (a) eine Fördereinrichtung (14) zum Zuführen von Biomasse; und (b) einen Pyrolysereaktor (36), welcher ausgangsseitig in einem Sammelbehälter (50) mündet, dadurch gekennzeichnet, dass (c) der Sammelbehälter (50) geschlossen und mit einer Fördereinrichtung (58) verbunden ist, mit welcher die Kohle aus dem Sammelbehälter (50) heraus förderbar ist, und (d) eine Schleuse (54) im Eingang der Fördereinrichtung (58) vorgesehen ist, welche den Lufteintritt in den Sammelbehälter (50) verringert oder verhindert.
Pyrolyseanordnung (10) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleuse (54) von einer Zellradschleuse gebildet ist.