DE3686727T2

DE3686727T2 - Verfahren zum erzeugen von geroestetem holz, auf diese weise hergestelltes produkt und dessen verwendung zum erzeugen von energie.

Info

Publication number: DE3686727T2
Application number: DE9090106484T
Authority: DE
Inventors: Clerc De Bussy Jacques Le
Original assignee: CLERC DE BUSSY LE
Current assignee: CLERC DE BUSSY LE
Priority date: 1985-05-24
Filing date: 1986-05-26
Publication date: 1993-04-22
Anticipated expiration: 2006-05-27
Also published as: EP0223807A1; EP0385514B1; DE3675502D1; DE3686727D1; US4787917A; EP0223807B1; WO1986006930A1; ATE80415T1; EP0385514A1; ATE58045T1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Produkt, welches aus der Röstung von Holzstücken hervorgeht, sie bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen derartiger Materialien und auf eine spezielle Anwendung dieses Produktes.
Man weiß, daß Holz, welches auf ungefähr eine Temperatur von 200-300ºC erhitzt wird, das ergibt, was man als geröstetes Holz bezeichnen kann, d. h., ein Produkt mit einem hohen Gehalt an festem Kohlenstoff, mit erhöhtem Wärmeinhalt bzw. höherem Heizwert, mit einem sehr geringen Gehalt an Wasser, ungefähr von 3%, wobei dieses geröstete Holz nicht hygroskopisch ist und nicht verwest und alle Holzessigzusammensetzungen praktisch erhalten bleiben.
Es ist vorgeschlagen worden, zu einem Zustand von geröstetem Holz aus Holzstücken unterschiedlichen Ursprunges zu gelangen, wobei diese mit Hilfe eines Bindemittels zusammengebracht werden (FR-A-953 004) oder indem man als Bindemittel die Teerprodukte einsetzt, die durch das Holz selbst (CH-A-228 877) entstehen, um einen Brennstoff herzustellen.
Man hat ebenfalls vorgeschlagen (EP-A-007 374), geröstetes Holz unter neutraler Atmosphäre ohne weitere Zusammenpressung insbesondere als Brennstoff einzusetzen.
FR-A-2.489.356 beschreibt ein Verfahren zur Verkohlung bzw. Verkokung von kohlenstoffhaltigen Materialien, beispielsweise Holz, wobei man das durch die Verkokung des anfänglichen Materials erzeugte Gas einsetzt, um die notwendige Wärme für diese Verkokung zu erzeugen. Um dies zu bewerkstelligen, erhitzt man, nachdem die kondensierbaren Materialien aus diesem Gas entfernt worden sind, das Gas und schickt es über die zu verkokende Materie, um diese abzukühlen, sodann führt man es in einen Feuerraum, wo es verbrannt wird, wobei die Gase, die aus dem Verbrennungsraum austreten, die im Prinzip nicht oxidierend sein können, in einen Reaktor geleitet werden, der die zu verkokende Masse enthält.
Bei einem solchen Herstellverfahren, wird angenommen, daß das Gas, nach Beseitigung der kondensierbaren Materialien, einen beträchtlichen Heizwert aufweist, was der Fall ist, wenn man Holzkohle herstellt. Wenn man jedoch eine einfache Röstung durchzuführen wünscht, und zwar auf einer Temperatur, die viel niedriger als die Verkokungstemperatur ist, enthalten die erzeugten Gase einen Anteil an Wasser, der so bedeutend hoch ist, daß der Heizwert sehr gering ist, so daß das Verfahren, welches man dort beschreibt, ohne praktischen Wert ist.
WO-A-79.00610 beschreibt ein Verfahren zur Verkohlung, gemäß welchem man versucht, in gleicher Weise den Wärmeinhalt des durch die Verkokung erzeugten Gases einzusetzen, um die für die Verkokung notwendige Wärme zu erzeugen. Hier findet keine Trennung von den kondensierbaren Gasen statt, die Gesamtheit des Gases wird in die heißeste Zone des Ofens geführt, um dort bei Anwesenheit von Luft zu cracken, sodann wird dieses Gas in einen Feuerraum geführt, um dort Heißluft zu erzeugen, die der Verkokung dient. Dieses Verfahren, im Falle der Röstung, stößt auf die gleichen Einwände, wie das vorangehend beschriebene, insbesondere ist es nämlich der nicht ausreichende Heizwert des unter diesen Bedingungen erzeugten Gases.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Erzeugen von geröstetem Holz aus Grünholzstücken zu schaffen, welches interessante Wirkungsgrade ergibt und leicht durchführbar sein soll.
Um dieses Ergebnis zu erhalten, ist gemäß der Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen eines aus geröstetem Holz aus Grünholzstücken gebildeten Produkts geschaffen worden, nach welchem man eine Menge aus zu röstenden Holzstücken in einen Reaktor einbringt und in dieser Menge ein nicht oxidierendes Gas zirkulieren läßt, wobei das Gas in die Menge mit einer Temperatur oberhalb derjenigen der Röstung eindringt, und dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das Gas durch die Menge hindurchgeht, indem es zunächst über nicht getrocknete oder teilweise getrocknete Holzstücke geht und die Menge verläßt, indem es über Holzstücke in der Endstufe der Röstung hinwegstreicht, weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß die Geschwindigkeit der Zirkulation des Gases nur schwach unter derjenigen liegt, die das Mitführen gerösteter Holzstücke durch den Gasstrom bewirken würde.
Bevorzugterweise verwendet man ziemlich genau geradlinig zugerichtete Stücke mit gleichförmiger Länge, um auf diese Art und Weise insgesamt eine Gaspermeabilität von bedeutender Größe und Gleichmäßigkeit zu erhalten, wenngleich jedes einzelne Holzstück nicht permeabel ist. Weitere Modalitäten der Röstung sind Gegenstand der Ansprüche 3 bis 9.
Oberhalb einer Temperatur in der Größenordnung von 250ºC wird die Holzumwandlung exothermisch und bei Anwesenheit von Luft ist eine Entzündung zu befürchten, wenn die Reaktion schlecht gesteuert wird. Es ist demzufolge bekannt, daß der Einsatz einer neutralen Atmosphäre zu bevorzugen ist.
Die Art und Weise der Zirkulation des Gases im Gegenstrom hat zuerst einmal zur Folge, daß eine sehr rasche Erhitzung der Grünholzstücke eintritt, wobei der rasche Austritt von Wasser in großem Maße eine Öffnung der Poren bedingt, und bedingt dann weiterhin eine geringe Temperaturdifferenz zwischen den Holzstücken zu Beginn der Röstung und dem die Stücke umströmenden Gas, was die Steuerung der Reaktion einfacher macht, insbesondere im Hinblick darauf, Überlastungen zu verhindern. Währenddessen zirkulieren die Gase mit hoher Geschwindigkeit, was die Aufrechterhaltung gleichförmiger Temperaturverteilung erleichtert. Diese Geschwindigkeit wird durch die Permeabilität der Masse leicht erreicht.
Das bereits erwähnte nicht oxidierende Gas zirkuliert vorzugsweise in einem geschlossenen Kreislauf und besteht im wesentlichen aus von den Holzstücken herrührendem Wasserdampf und dem Verbrennungsgas, welches von einem Brenner stammt, der dazu bestimmt ist, um die Temperatur des Gases anzuheben. Das Wärmespeichervermögen des Wasserdampfes erleichtert Austauschvorgänge und darüber hinaus fällt dieser Wasserdampf dort vorteilhafterweise nebenbei an, wobei erwähnt sei, daß er weder toxisch ist noch umweltverschmutzend wirkt.
Vorteilerhafterweise wird ein Teil des Gases gekühlt und von einem Teil seines Wassers befreit, sodann in die Masse eingeführt, die gerade geröstet wird, und zwar derart, um es abzukühlen und um das Auftreten exothermischer Reaktionen zu verhindern. Man bildet auf diese Art und Weise ein System, das ganz besonders interessant ist, da die Wärmekapazität des Wasserdampfes noch einmal vorteilhafterweise für die Steuerung des besten Prozeßablaufes herangezogen wird.
Die oben genannten Modalitäten ermöglichen sehr kurze Arbeitszeiten, und vorteilhafterweise beträgt die Zeitdauer der Röstung von dem Moment an, wo das Produkt die Temperatur von 100ºC erreicht, nicht mehr als 10 Minuten. Dies wiederum macht es noch einfacher, den Prozeßablauf zu steuern, weil die exothermischen Reaktionen nur wenig Zeit haben, aufzutreten.
Vorteilhafterweise wird die Röstung und die Abkühlung in einem einzigen umschlossenen Raum durchgeführt, der sich vertikal erstreckt und mit Abdichtungsvorrichtungen für den Zugang zu dem oberen Teil und für die Evakuierung des unteren Teils versehen ist, wobei nicht oxidierendes Gas mit einer hohen Temperatur in den oberen Teil unter einem höheren als dem atmosphärischen Druck und nicht oxidierendes Gas mit einer niedrigeren Temperatur in den unteren Teil unter einem Druck höher als dem atmosphärischen Druck eingeführt wird, wobei eine Extraktionseinrichtung vorgesehen ist, um das gerade in der oberen Zone des geschlossenen Behälters geröstete Produkt in Richtung auf die untere Zone zu bringen, wo es abkühlt. Auf diese Art und Weise kann man eine kompakte Einheit realisieren, in welcher die thermischen Verluste verringert worden sind. Darüber hinaus ist die Steuerung des Prozeßablaufes sehr einfach: Falls man beispielsweise in der Folge einer außergewöhnlichen Erhitzung die Förderung des heißen Gases verringert, so führt dies dazu, daß im mittleren Teil ein Strom kalten Gases diesen Effekt verstärkt und auf diese Art und Weise die thermische Trägheit verringert wird.
Vorteilhafterweise schickt man in den oberen Teil der Umschließung einen Teil des nicht oxidierenden Gases zurück, der aus der mittleren Zone des Behälters abgezogen worden ist. Dies ermöglicht, indem die thermischen Verluste verringert werden, daß die erforderliche Atmosphäre im oberen Teil des Ofens entsteht.
Vorteilhafterweise wird auch die Trocknung, die der Röstung vorangeht, ohne Zwischenabkühlung durchführt, und vorzugsweise wird die Trocknung mit Hilfe heißer Gase durchgeführt, die durch die Röstung entstehen. Es handelt sich hier um eine Trocknung bei Temperaturen unter 100ºC. Die noch zu erwähnenden Dispositionen begrenzen weiterhin die Energieverluste.
Das Produkt gemäß der vorliegenden Erfindung ist für viele Anwendungen geeignet.
Es stellt im Endeffekt ein Material erster Wahl für alle Arten chemischer Behandlungen dar, unter Einschluß der Verbrennung, die noch weiter untersucht werden wird. Man beachte außerdem, daß seine Unverwesbarkeit mit Vorteil eingesetzt werden kann, um als Mischung mit Beton ein zusammengesetztes Isoliermaterial zu schaffen, das für Bauzwecke leicht ist. Man wird auch bemerken, daß es verschiedenartigen Abfällen forstwirtschaftlicher Tätigkeiten oder der Holzindustrie zugegeben werden kann, die ansonsten praktisch unverwertbar wären, und die auf diese Art und Weise leicht in einem Brenner beispielsweise eingesetzt werden können.
Nachfolgend wird unter Angabe weiterer Einzelheiten die Anwendung des Produktes gemäß der Erfindung bei der Energieherstellung beschrieben werden.
Gemäß einem solchen Anwendungsfall extrahiert man vorteilhafterweise im wesentlichen alle Holzessiganteile, die in dem gerösteten Produkt enthalten sind durch Destillation, man formt den verbliebenen Kohlenstoff in Kohlenmonoxid um, wobei die durch diese Reaktion erzeugte Wärme eingesetzt wird, um die genannte Destillation zu betreiben, und man schickt die Gesamtheit der Mischung der Holzessigmaterialien und Kohlenmonoxid in einen Brenner, indem die Temperatur der erwähnten Holzessigmaterialien oberhalb ihres Kondensationspunktes aufrechterhalten bleibt.
Gemäß vorteilhaften Ausführungsformen kann folgendes festgestellt werden:
- Die Destillation der Holzessigstoffe und die Umwandlung des Kohlenstoffs in Kohlenmonoxid finden in dem selben Feuerraum statt, der einerseits mit einem oder mehreren Durchgängen für Gas ausgebildet ist, um die Holzessigstoffe mitzunehmen, und der zum anderen mit einem oder mehreren Luftdurchgängen zur Umwandlung des Kohlenstoffs in Kohlenmonoxid versehen ist, wobei die Feuerstelle einen gemeinsamen Auslaß für die destillierten Holzessigstoffe und das Kohlenmonoxid aufweist.
- Das Gas, welches zum Mitführen der Holzessigstoffe bestimmt ist, durchquert im Sinne steigender Temperaturen eine Masse des gerösteten Produktes mit ausreichender Dicke, um einen ziemlich genau konstanten Durchsatz sicherzustellen.
- Der Feuerraum ist vertikal ausgerichtet, wobei das geröstete Produkt fortschreitend in den Feuerraum nach unten hin absteigt, das Anströmgas geht durch die Menge des gerösteten Produktes herabfallend hindurch, der oder die Eintritte für die Luft für die Umwandlung des Kohlenstoffs ist bzw. sind oberhalb eines Aschebetts auf einer ziemlich genau konstanten Höhe angeordnet und der gemeinsame Auslaß der Holzessigmaterialien und des Kohlenmonoxids ist zwischen dem Niveau der Asche und dem des Grundes der Destillationszone angeordnet.
- Man verwendet einen Induktionsbrenner mit Hilfsluftzuführung, der in der Lage ist, im Feuerraum einen ausreichenden Unterdruck zu erzeugen, um von dorther das Anströmgas und die Luft für die Umwandlung des Kohlenstoffs anzusaugen.
Die Erfindung wird nunmehr unter Angabe weiterer Einzelheiten für in der Praxis ausgeführte Ausführungsbeispiele erläutert, welche anhand der Zeichnungen illustriert werden, und welche zeigen:
Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht eines Rösters.
Fig. 2 ist eine schematische Schnittansicht einer Einrichtung zur Verbrennung des Produktes.
Fig. 3 ist eine schematische Schnittansicht einer Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 2.
Das Verfahren gemäß der Erfindung bezieht sich auf eine höchst wirkungsvolle Extraktion des Wassers, welches noch in den Stücken enthalten ist, deren Kanäle an beiden Enden durch den Schnitt geöffnet worden sind, und zwar mit Hilfe eines Gasstroms mit hoher Geschwindigkeit und auf hoher Temperatur, welcher die Oberflächen der Kanäle überstreicht.
Das Verfahren des Grillens und des Röstens unter neutraler Atmosphäre von noch feuchten Holzstücken, die kontinuierlich angefördert werden und zu einer Masse mit konstanter Höhe in einen Reaktor gebracht werden, der stumpfartig ausgebildet und vertikal ausgerichtet ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß als Folge des an der genannten Masse wirkenden Unterdruckes das wärmehaltige neutrale Gas in Bewegung gesetzt auf eine Temperatur oberhalb derjenigen gebracht wird, die erforderlich ist, um die Röstung des Holzes zu erhalten und ausreichend ist, um durch einen Grillvorgang die höchst wirkungsvolle Trocknung der Fragmente zu erreichen, wenn sie erst einmal im Reaktor abgelegt worden sind, wobei die Trocknung die Wirkung hat, daß die Temperatur der Gase herabgesetzt wird, welche sich mit dem freigesetzten Dampf vermischend den neutralen Gasstrom bilden, der auf eine geeignete Temperatur gebracht wird, um sicherzustellen, während er durch die Masse hindurchgeht, daß die Röstung der genannten Masse stattfindet.
Es ist ein Merkmal der Art und Weise der Röstung gemäß der Erfindung, das Wasser einzusetzen, welches in dem Holz selbst enthalten ist, wobei dieses in Dampf umgewandelt als einer der Bestandteile der neutralen Atmosphäre dient, unter welcher die Röstung stattfinden soll.
Um den Zweck des oben beschriebenen Verfahrens zu erreichen, ist es unbedingt notwendig, daß zwischen dem wärmehaltigen Gas und den Teilen des Holzes rasche Wärmeaustauschvorgänge stattfinden. Dieses Resultat ergibt sich durch die Einrichtung eines Gasstromes, welcher die Holzstücke umgibt, mit einer großen Geschwindigkeit zirkuliert und darüber hinaus eine ausreichende thermische Trägheit hat, um sicherzustellen, daß vor dem Grillen eine anfängliche Trocknung des Holzes und sodann seine Röstung stattfindet.
Man erkennt außerdem, daß es ökonomisch interessant ist, den Trocknungsvorgang und die Röstung unmittelbar aufeinanderfolgend in dem gleichen Gerät durchzuführen.
Die folgende Beschreibung einer schematisch dargestellten Vorrichtung gemäß der Erfindung, die in der Schnittansicht nach Fig. 1 dargestellt ist, so wie deren Funktionsweise ermöglichen ein besseres Verständnis des Verfahrens.
Die Vorrichtung weist im wesentlichen ein Organ auf, das als Reaktor 101 bezeichnet worden ist, in welchem die Grillvorgänge stattfinden, durch welche die anfängliche Trocknung erzeugt wird, welcher die Röstung der Holzstücke folgt, welche durch den Spender oder Verteiler 102 kontinuierlich eingeführt werden. Die Holzstücke passieren Schikanen 103, deren Zweck später ersichtlich wird, bevor sie auf dem Grillbett 104 abgelegt werden. Dieses Bett wird zufolge der Einwirkung eines Extrakteurs 105 mit drehender Scheibe auf einer festen Höhe gehalten, welcher kontinuierlich das einmal geröstete Holz nach oben abgibt. Die Arbeitsgeschwindigkeit des Verteilers und des Extrakteurs werden über eine zweckmäßige Rückmeldung geregelt, welche den Rückgang berücksichtigt, welcher die Trocknung und die Röstung begleitet. Die Dauer des Aufenthaltes im Reaktor ist durch die Übertragungsgeschwindigkeit festgelegt.
Das geröstete Holz, welches dem Reakteur entnommen wird, wird auf der oberen Fläche 106 der in dem Behälter 107 angesammelten Masse abgelegt. Letzterer, der eine bestimmte Kapazität hat, ist an seiner Basis mit einem zweckmäßigen und nicht gezeigten System ausgerüstet, welches eine doppelte Schleuse aufweist, die den Abzug von geröstetem Holz in aufeinanderfolgenden Schüben ermöglicht, ohne daß Luft in die Vorrichtung eindringen kann.
Ein Gebläse H.P. 108 setzt die Vorrichtung unter Einschluß des Behälters, des Extrakteurs und des Reaktors unter Unterdruck. Dieser Unterdruck wird auf die Vorrichtung über den Austauschkondensator 109, der Rohrleitung 110, des Ringeintrittsraumes 111 und der Öffnung 112 übertragen. Er wirkt auf die Masse 115 im Laufe ihrer Behandlung beim Durchgang in Querrichtung durch die Drehplatte und die Perforierung 105 an der Basis des Reaktorraums 113 ein, welcher ebenfalls perforiert ist und einen Ringzwischenraum 114 hat, der mit gerösteten Holzstücken im Laufe des Übertragungsvorganges gefüllt ist.
Bemerkenswert ist die große Oberfläche der an der Basis des Reaktors angeordneten Elemente, die dem Durchgang des Gasstromes dargeboten wird. Diese Anordnung verringert die Geschwindigkeit des Stromes, so daß dessen Kraft nicht ausreichend groß ist, um die in dem Raum 114 vorhandenen Stücke mitzuführen.
Dieser Unterdruck setzt den Strom des wärmeenergiehaltigen Gases in Bewegung und mit großer Geschwindigkeit zwischen den in dem Bett 104 angeordneten Holzfragmenten umlaufend, führt der Strom die aufeinanderfolgenden Bearbeitungsvorgänge des Grillens und des Röstens des Holzes herbei.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ist weiterhin noch dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeenergiehaltige Gas aus einer Mischung, und zwar aus einem bedeutsamen Teil aus neutralen Gasen, welche rezirkuliert, dem oberen Ausgang des Reaktors 101 entnommen werden und demzufolge die Röstungstemperatur haben, und aus den Verbrennungsgasen bestehen, die von der Verbrennung eines brennbaren dem Brenner 116 zugeführten Gases in der Kammer 118 herrühren, wobei die Mischung, die eine Temperatur hat, die zwei- bis dreimal höher ist als diejenige, die mit der folgenden Röstung wirksam wird, in der Lage ist, auf dem Festbett 104 des Reakteurs 101 die anfängliche Grillung des feuchten Holzes zu bewerkstelligen.
Das rezirkulierte Gas wird dem Kreislauf bei 120 mit Hilfe eines Überdruckgerätes 121 entnommen. Das brennbare Gas wird einem Ringbrenner 116 mit Hilfe eines Kanales 117 zugeführt.
Das Überdruckgerät 121 bringt das Gas, welches dem Ausgang des Reaktors entnommen worden ist, auf einen ausreichenden Druck, um den Reaktor 101 zu versorgen und um parallel zur Schikane 103 einen leichten Überdruck zu erzeugen, der sich dem Eintritt von Luft auf diesem Niveau entgegensetzt, wobei jedoch der Eintritt von Holzstücken vom Verteiler 102 sichergestellt wird.
Das brennbare Gas wird vorteilhafterweise dasjenige sein, das von einem Teil des gerösteten Holzes selbst stammt, der bei fortschreitender Produktion entsteht und gasförmig geworden ist. Die Größenordnung der Höhe der verbrauchten Menge ist ungefähr 10 bis 12%.
Die für die aufeinanderfolgenden Vorgänge notwendige Zeit des Grillens, welche die rasche Trocknung des Holzes hervorruft, und seiner Röstung bewegt sich zwischen drei und sechs Minuten, und zwar den eingesetzten Temperaturen und der mittleren Größe der Fragmente (kleiner oder gleich von cm³) entsprechend. Diese Zeiten sind beispielshalber genannt worden, sie sind nicht begrenzend. Sie entsprechen der mittleren Aufenthalt seit der Fragmente in dem Reaktor.
Dasjenige aus dem Reaktor ausgetretene Gas, welches nicht rezirkuliert worden ist, geht durch den Tauscher 109 hindurch, bevor es der Atmosphäre ausgesetzt ist. Dieser Tauscher ist ebenfalls ein Kondensator. Er ermöglicht in 127 gesammeltes Wasser zu extrahieren, er kann mit Hilfe einer nicht dargestellten Pumpe evakuiert werden und dient der Rückgewinnung des in dem Gas enthaltenen Wärmeeinhalts. Diese Wärmeeinheiten werden auf die Umgebungsluft übertragen, die zu dem Tauscher 109 mit Hilfe des Ventilators oder Gebläses 125 und der Leitung geführt wird, wobei diese durch die Kanalisation 126 zu einem nicht dargestellten Holztrockner gelangt, der stromaufwärts vor dem Reaktor angeordnet ist. Dieser Trockner hat zum Zweck, ungefähr 50% des Wassers im Holzes des Eingangsmaterials abzuziehen und dieses auf eine Temperatur in der Größenordnung von 90ºC vorzuheizen. Diese Verfahren sind hinlänglich bekannt, so daß es nicht erforderlich ist, diese unter Angaben von Einzelheiten hier zu beschreiben.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ist außerdem durch die Tatsache charakterisiert, daß ein Teil des neutralen Gases, welches nach dem Durchgang durch den Tauscher 109 abgekühlt worden ist, über den Ringraum 124 in den Basisraum des Behälters 107 eingeführt wird und durch den Unterdruck, der in der Vorrichtung herrscht, in Bewegung gesetzt wird und durch die Masse 129 des gerösteten Holzes hindurchgeht, um dabei rückgewinnbare Wärmeeinheiten herauszuziehen und um die Temperatur in der Art herabzusetzen, um zu verhindern, daß spontan Feuer entsteht, was möglich ist, wenn das Holz auf der Temperatur der Röstung der Atmosphäre ausgesetzt wird.
Nachdem die hier in Frage kommenden Temperaturen aufgegeben worden sind, ist erklärlich, daß die gesamte Vorrichtung mit einem thermischen Isoliermaterial 128 ausgekleidet ist.
Die Brennkammer 118 wird auf einer hohen Temperatur gehalten und ist mit einer feuerfesten Auskleidung 130 ausgestattet, wobei diese Kammer den Zweck hat, eine vollständige Verbrennung der brennbaren Mischung sicherzustellen, die sich ohne Luftüberschuß gebildet hat. Im Endeffekt muß die Gasströmung neutral sein.
Der obere Teil des Reaktors ist Teil der Verbrennungskammer. Durch seine innere Ausstrahlung trägt dieser Teil zur Homogenität der Temperaturen über den gesamten Querschnitt des wärmeenergiehaltigen Gasstromes bei.
Die neutralen Gase, die mit Hilfe des Tauschers 109 abgekühlt worden sind, und mit Hilfe des Ventilators 108 abgezogen werden, enthalten einen gewissen Anteil an Rauchgasen, die aus Teeren gebildet sind, die sich insbesondere im Moment des Grillens bilden, welche in dem Reaktor 101 stattfindet.
Um die Abgabe dieser Rauchgase zu vermeiden und sie in den Brennstoff wieder zu integrieren und bei einer bestimmten Ausgestaltung eines der grundlegenden Elemente charakterisiert sich das Verfahren schließlich durch die Tatsache, daß die erwähnten Gase durch den Durchgang in Querrichtung zu einem bedeutsamen Teil der Masse des bereits gerösteten Holzes gefiltert und in einem Übertragungsbehälter gesammelt werden, der vor der Speicherung des Brennstoffes kontinuierlich wirksam ist.
Die in sehr geringer Menge auf der Oberfläche der Stücke oder Holzfragmente abgesetzten Teere diffundieren in dem Holz leicht, welches vor der Röstung porös geworden ist.
Die zur Beherrschung des Drucks, des Durchsatzes und der Temperaturen und weiterhin noch der Steuerung der Funktionsweise der Vorrichtung getroffenen Maßnahmen liegen außerhalb des Bereichs der Erfindung und sind aus diesem Grunde hier nicht ausgeführt worden.
Die Röstung, die bei 250-280ºC in einer Vorrichtung stattfindet, die noch beschrieben werden wird, hat zum Zweck den Wassergehalt auf 3% festzulegen und ein Produkt mit stabilen Eigenschaften zu erzeugen. Man weiß andererseits, daß die Röstung dem Holz nicht die Holzessigstoffe nimmt, die ungefähr 50% des gesamten Energiepotentials darstellen. Das geröstete Holz hat einen Wärmeinhalt in der Größenordnung von 5200 Kcal/kg. Es eignet sich für mechanische Handhabungen, ohne daß dabei Staub entsteht. Es ist beständig, selbst in feuchter Umgebung. Es entzündet sich leicht. Man kann die Holzessigdämpfe bei Temperaturen bei 250 und 350ºC und die Teere zwischen 350 bis 500ºC entfernen und von dort ab bleibt Holzkohle zurück.
Man weiß noch, daß es in der Technik der Gasbrenner, die Induktionsbrenner genannt werden, üblich ist, Düsen mit axialer (Venturi) oder ringförmiger Zuführung vorzusehen, die mit Induktorstrom unter Druck so gespeist werden, daß der stromaufwärts vor der Zuführung resultierende Unterdruck den Induktionsstrom in Bewegung setzt. Der Hilfsstrom und der Induktor können Brenngas oder vorangehend erhitzte Luft sein.
In der Verbrennungsvorrichtung, die beschrieben werden wird, realisiert man die Umwandlung des anfänglichen Brennstoffs, welcher das geröstete Holz in einer Mischung aus Holzessiggasen und Kohlenmonoxid darstellt, die dazu bestimmt ist, um einen Brenner zu speisen, der in der Lage ist, eine Flamme zu bilden, die kontinuierlich einsetzbar ist, um in vorhandenen thermischen Geräten die Öl- oder Gasbrenner zu ersetzen.
Die Brennvorrichtung, die einerseits den Feuerraum umfaßt, dessen Hauptzweck es ist, die Extraktion der Holzessigdämpfe zu ermöglichen, wobei dieser Vorgang zufolge der Wärmeenergieinhalte stattfindet, die von der teilweisen Verbrennung der Holzkohle stammen, als Rest der genannten Extraktion, und die partielle Verbrennung, die darüber hinaus einen bestimmten Anteil des Kohlenmonoxides liefert, und die andererseits den Brenner umfaßt, der zum Zweck hat, die vollständige Verbrennung der Mischung des aus dem Feuerraum stammenden Brennstoffes sicherzustellen, diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Feuerraum und der Brenner in ein und demselben Aggregat derart einander zugeordnet sind, daß die Temperaturen der Dämpfe sowie der Übertragungsleitung nicht unter die Temperatur der Kondensation des schwersten destillierten Elements absinken können.
Die Verbrennungsvorrichtung kann in zwei Formen realisiert werden: In der ersten Ausführungsform sind der Feuerraum und der Brenner zusammengefaßt und der divergierende Teil der Düse bildet selbst die Zone mit der hohen Temperatur, dort wo sich die Front der Flamme festsetzt. In der zweiten Ausführungsform sind der Feuerraum und der Brenner durch eine Leitung voneinander getrennt, thermisch gegeneinander isoliert und weisen die Düse auf, die von der entflammbaren Mischung mit einer höheren Geschwindigkeit als der Ausbreitung der Flamme durchströmt wird, wobei die letztere sich fixiert und sich in der stumpfförmigen Verbrennungskammer entwickelt, die am Ende der Leitung angeordnet ist. Die Zündung des Brenners kann elektrisch erfolgen, wie dies an sich bekannt ist.
Die Versorgung der Vorrichtung mit geröstetem Holz wird mechanisch realisiert und hat zum Zweck, eine rohrförmige Säule vollständig aufrechtzuerhalten, die oben offen und oberhalb des Feuerraums derart angeordnet ist, daß die Höhe, bis zu welcher sich das geröstete Holz befindet, ebenso konstant ist wie der Strömungsverlust eines Luftstromes konstant ist, der diese von oben nach unten durchströmt.
Die Zufuhr von Pilotluft, die die Verbrennung der Dämpfe und der brennbaren Gase in der Düse sicherstellt, erzeugt stromaufwärts einen Unterdruck, der einerseits die Zufuhr von Verbrennungsluft in Höhe des Feuerraums und andererseits die Mitnahme der Holzessigdämpfe nach unten hin und quer über die aus geröstetem Holz gebildeten Säule ermöglicht.
Der Feuerraum, der durch die Glut gebildet wird, die aus der teilweisen Verbrennung der Holzkohle hervorgeht, ruht gemäß der Erfindung auf einer Feuerplatte, die durch das Aschebett selbst gebildet worden ist. Die stabile Anordnung des Bettes in der Vorrichtung wird zufolge des Einsatz eines mechanischen Extrakteurs bewerkstelligt.
Die Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung, die auf einer Konsole 201 in der Nähe eines Ofenloches einer thermischen Ausmauerung oder Umschließung 202 zum Heizen ruht.
Am Grund der Vorrichtung ist in schematischem Schnitt eine Schnecke 203 gezeigt, welche der mechanischen Extraktion der Asche dient und oberhalb welcher das Aschebett 204 angeordnet ist, auf welchem die Glutzone 205 ruht, oberhalb welcher die Reservemenge gerösteten Holzes 206 angeordnet ist, die das abnehmbare Rohr 207 ausfüllt.
Auf der Höhe der Zone der Glut, etwa 10 bis 20 cm oberhalb der Asche ist die Umhüllung des Körpers der Vorrichtung durch Öffnungen 208 durchbrochen, durch welche der Holzkohle Verbrennungsluft zugeführt wird.
Die innere Kammer der Vorrichtung entwickelt sich zur Düse 209 hin. Am Grund der Verbindungsleitung 210 bemerkt man, nach oben geneigt ausgebildet, die Geröllböschung 215, die sich aus entzündeten Gluten gebildet hat.
An der Einschnürung der Düse befindet sich der Ringzufuhrraum 211, der mit der Kammer 212 und der Leitung 213 für den Hilfsluftstrom und die Verbrennungsdämpfe und des Gases im Brenner in Verbindung steht.
Der divergierende Teil 214 der Düse ist mit einer großen Öffnung versehen, weil er die Brennkammer selbst bildet, dort nämlich, wo sich die Front der Flamme im Brenner stabilisiert.
Ein Unterdruck, der sich aus dem Funktionsprinzip der Düse heraus ergibt, stellt sich stromauf vor dem Brenner ein, d. h. in dem Feuerraums selbst.
Der Start des Prozesses und die Funktionsweise der Vorrichtung können in der folgenden Art und Weise durchgeführt werden: Ein Teil der Asche wird verwendet, um den anfänglichen Feuerrost zu bilden. Über diesem wird Holzkohle bis zur Höhe der Geröllböschung 215 aufgeschichtet. Man sorgt für einen Hilfsluftstromdruck in der Kammer 212. Das Eindringen von Luft in den Ringraum 211 setzt den Feuerraum unter Unterdruck. Bei zuvor angehobenem Rohr 207 wird mit Hilfe einer Flamme die Holzkohle entzündet, die sich auf dem Aschebett befindet. Sodann bringt man das Rohr 207 an Ort und Stelle und füllt es mit geröstetem Holz auf. Sobald die Vorrichtung einen intensiven weißen Raum abgibt, der der Düse 214 entweicht, handelt es sich um Holzessigdämpfe, die man von nun an anzünden kann. Eine nicht dargestellte elektrische Zündvorrichtung kann zu diesem Zweck eingesetzt werden.
Wegen des Unterdrucks, der sich in dem Feuerraum einstellt, dringt Luft durch die Löcher 208 hindurch, die zu diesem Zweck vorgesehen worden sind, und die Verbrennung der Holzkohle tritt ein. Der gleiche Unterdruck ruft einen schwachen Luftstrom hervor, der von oben nach unten in dem Rohr 207 verläuft, indem er durch das geröstete Holz durchgeht. Dieser Luftstrom drängt die Holzessigdämpfe, die bei Annäherung an den Feuerraum ausgetreten sind, weg und führt sie in Richtung auf die Zuführleitung des Brenners, wo sich diese mit dem sehr heißen Kohlenmonoxid im Feuerraum und schließlich mit dem Hilfsluftstrom vermischen, der vorerhitzt dem Brenner zugeführt worden ist, um in diesem die Flammenfront zu bilden, die sich in der thermischen Umhüllung 207 entwickeln wird.
Die Fig. 3 zeigt eine Variante der Vorrichtung, in welcher der divergierende Teil der Düse 217 vom Venturi-Typ sehr viel länger ausgebildet ist. Daraus resultiert eine Ausbildung einer Geschwindigkeit der Verschiebung der entzündlichen Mischung in dem Rohr 218, die höher ist als diejenige der Ausbreitung der Flamme, die sich in einem zweiten divergierenden Raum mit einer größeren Öffnung 219 bilden wird, die am Ende der Leitung 218 angeordnet ist. Diese Anordnung ermöglicht es, einen Ofen zu speisen, in dessen Nähe es unmöglich ist, die Vorrichtung nach Fig. 2 passend anzuordnen.
Die Leitung 218 muß zweckmäßigerweise isoliert sein, um nicht das Absinken der Temperatur der Holzessiggase zu begünstigen, und aus dem gleichen Grunde sollte die dem Injektor 220 axial zugeführte Verbrennungsluft ausreichend vorgewärmt worden sein.
Man wird feststellen, daß die geometrischen Eigenschaften des Produktes gemäß der Erfindung seine regelmäßige Absenkung in die heiße Zone des Brennraums hinein und eine Permeabilität sicherstellen, die insgesamt für die Anströmluft konstant ist. Es resultiert daraus eine große Stabilität der Verteilung der Temperaturen und demzufolge der Zusammensetzung der brennbaren Mischung, die dem Brenner zugeführt wird.

Claims

1. Verfahren zum Erzeugen von geröstetem Holz aus Grünholzstücken, nach welchem man eine Menge (115) aus zu röstenden Holzstücken in einen Reaktor (101) einbringt und in dieser Menge ein nicht oxidierendes Gas zirkulieren läßt, wobei das Gas in die Menge mit einer Temperatur oberhalb derjenigen der Röstung eindringt, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas durch die Menge hindurchgeht, indem es zunächst über nicht getrocknete oder teilweise getrocknete Holzstücke geht und die Menge verläßt, indem es über Holzstücke in der Endstufe der Röstung hinwegstreicht und daß die Geschwindigkeit der Zirkulation des Gases nur schwach unter derjenigen liegt, die das Mitführen gerösteter Holzstücke durch den Gasstrom bewirken würde.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Holzstücke verwendet, die ziemlich genau geradlinig und von gleichmäßiger Länge sind.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht oxidierende Gas zum Teil in einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert und im wesentlichen aus von den Holzstücken herrührendem Wasserdampf und aus Verbrennungsgas zusammengesetzt ist, welches von einem Erhitzer (116) stammt, der dazu bestimmt ist, die Temperatur des Gases zu erhöhen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des genannten Gases gekühlt und (in 109) von einem Teil seines Wassers befreit worden ist und sodann in die soeben geröstete Menge eingebracht wird, um diese zu kühlen, um das Auftreten exothermischer Reaktionen zu verhindern.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer der Röstung, beginnend mit dem Zeitpunkt, an dem das Produkt die Temperatur von 100ºC erreicht, 10 Minuten nicht überschreitet.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Röstung und die Kühlung innerhalb einer einzigen gemeinsamen Umgrenzung durchgeführt werden, welche sich vertikal erstreckt und mit dichten Vorrichtungen für den Einlaß des "grünen" Produkts an dem oberen Teil und für die Entnahme des gerösteten Produkts an dem unteren Teil versehen ist, wobei nicht oxidierendes Gas auf hoher Temperatur und unter einem höheren Druck als dem Atmosphärendruck (durch 121) an dem oberen Teil zugeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man an dem oberen Teil der Umgrenzung bzw. des Gehäuses einen Teil nicht oxidierenden Gases wieder zuführt, welches aus der Mittelzone des Behälters abgezogen worden ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknung der Röstung ohne eine zwischengesetzte Abkühlung vorangeht.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknung mit Hilfe des heißen Gases durchgeführt wird, welches aus der Röstung hervorgeht.

10. Verfahren zur Erzeugung thermischer Energie mit Hilfe des nach einem der Ansprüche 1 bis 9 erhaltenen Produktes, dadurch gekennzeichnet, daß man die Holzessigstoffe insgesamt, die das Röstprodukt enthält, durch Destillation extrahiert, den verbleibenden Kohlenstoff in Kohlenmonoxid umwandelt, die durch diese Reaktion erzeugte Wärme einsetzt, um diese Destillation durchzuführen, und daß man die Mischung aus den Holzessigstoffen und Kohlenmonoxid zusammen in einen Brenner (216) oder Erhitzer gibt, wobei die Holzessigstoffe auf einer Temperatur oberhalb ihres Kondensationspunktes gehalten werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Destillation der Holzessigstoffe und die Umwandlung des Kohlenstoffes in Kohlenmonoxid in dem selben Bereich oder Feuerraum durchgeführt werden, der einerseits mit einem oder mehreren Durchgängen für Gas, um die Holzessigstoffe mitzunehmen und zum anderen mit einem oder mehreren Luftdurchgängen (208) zur Umwandlung des Kohlenstoffs in Kohlenmonoxid versehen ist, wobei die Feuerstelle einen gemeinsamen Auslaß (210) für die destillierten Holzessigstoffe und das Kohlenmonoxid aufweist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas, welches zum Mitführen der Holzessigstoffe bestimmt ist, im Sinne steigender Temperaturen durch eine Menge des gerösteten Produktes (206) mit ausreichender Mächtigkeit hindurchgeht, um einen ziemlich konstanten Drucksatz zu erhalten.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuerraum einen vertikalen Aufbau hat, wobei das geröstete Produkt fortschreitend (206) in den Feuerraum nach unten absteigt, wobei das Anströmgas durch die Menge des gerösteten Produktes herabfallend hindurchgeht, der oder die Eintritte (208) für die Luft für die Umwandlung des Kohlenstoffs oberhalb eines Aschebettes (204) angeordnet ist bzw. sind, welches auf einer im wesentlichen konstanten Höhe gehalten wird, und daß der gemeinsame Auslaß (210) des Holzessigmaterials und des Kohlenmonoxids zwischen dem Niveau der Asche und dem des Grundes der Destillationszone angeordnet ist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Induktions-Luftpilot-Brenner (211 bis 213, 220) einsetzt, der in der Lage ist, einen ausreichenden Unterdruck im Feuerraum zu erzeugen, um von dorther das Anströmgas und die Luft für die Umwandlung des Kohlenstoffs anzusaugen.

15. Verfahren zum Erzeugen eines aus geröstetem Holz gebildeten Produktes nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (116) mit einem brennbaren Gas gespeist wird, welches von einem Teil des gerösteten Holzes her erhalten wird, welcher gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14 entnommen wird.