DE68917253T2

DE68917253T2 - Verfahren zur Aufbereitung von Brennstoff aus Lignozellulose-Material.

Info

Publication number: DE68917253T2
Application number: DE1989617253
Authority: DE
Inventors: J W Jelks J W Jelks; Baron Howard Steven Strouth
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-10-27
Filing date: 1989-10-26
Publication date: 1995-01-19
Anticipated expiration: 2009-10-27
Also published as: EP0366138A3; DE68917253D1; EP0366138A2; EP0366138B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein Verfahren mit den folgenden Verfahrensschritten: Reagieren des Lignozellulose-Materials mit Schwefeldioxid und Wasser unter Hitze und Druck durch Einführen von Dampf; Mischen des reagierten Materials aus dem ersten Schritt mit einer alkalischen Lösung zum Auflösen des reagierten Lignins; und Waschen des Materials aus dem zweiten Schritt zum Entfernen des aufgelösten Lignins vom Rest des Gemischs, ist aus der EP-B 105 937 des Anmelders bekannt. Es war bereits für eine geraume Zeit bekannt gewesen (US-A 4 053 645), die Aufschließbarkeit von zelluloseartigem Material dadurch zu erhöhen, daß es in eine Zucker- und Saccharin-Verbindung konvertiert wird, die zur Tierfütterung verwendbar ist. Diese Verbindung kann auch fermentiert und destilliert werden, was zu Alkohol führt, der als Treibstoff verwendbar ist. Dies kann in einem in sich geschlossenen Prozeß durchgeführt werden. Die Fermentation ist jedoch ein chargenweiser Prozeß und erfordert üblicherweise 12 bis 24 Stunden, abhängig vom Zellulose-Typ, der aus dem Rohmaterial gewonnen wurde. Dieser Fermentationsschritt begrenzt also erheblich die Produktivität des Prozesses nach dem Stand der Technik. Außerdem benötigt die Destillation zum Trennen der verschiedenen Alkohol- und Ätherverbindungen viel Energie und bewirkt hohe Kosten.
Andere Bestrebungen, Treibstoff aus Biomasse zu gewinnen, bedienen sich der Pyrolyse der Biomasse, und im nächsten Schritt werden die Pyrolyse-Produkte chemisch kondensiert, nämlich einer chemischen Reaktion unterworfen, die die Union zwischen Molekülen involviert, wobei möglicherweise gleichzeitig einfache Moleküle eleminiert werden, um neue, komplexere Verbindungen von größerem Molekulargewicht zu bilden, die zumindest teilweise als Treibstoff verwendet werden sollen. Die erzielbare Ausbeute ist jedoch eher bescheiden, während der Energieverbrauch, durch den der Prozeß im Laufen gehalten wird, eher hoch ist.
Kracken in seinem breitesten Sinn ist bereits auch für Biomasse- Produkte in Betracht gezogen worden (BE-A 349 622 = DE-A 567 330), jedoch ohne praktische Anwendung.
Es ist auch bekannt (EP-A 0 204 354), Treibstoff aus Lignozellulose- Material mit einer Teilchengröße von weniger als 3 mm herzustellen, das mit Wasser verschlämmt und Druck und Hitze von wenigstens 300ºC unterworfen wird, woraufhin die Feststoffe von der Flüssigkeit getrennt werden und die Flüssigkeit weiter in wässerige und nichtwässerige Flüssigkeiten geteilt wird, von denen die letzteren zu einem größeren Teil aus nützlichen Produkten mit Kohlenwasserstoffen und mit vermindertem Sauerstoffgehalt bestehen.
Die Erfindung zielt darauf, die Produktivitätsgrenzen zu erhöhen und Kosten, Arbeitszeit und Energieverbrauch zu verringern. Dies wird durch die in den Ansprüchen gekennzeichnete Erfindung erreicht. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Fermentierung vermieden und eine hohe Ausbeute erzielt, und es ist auch möglich, die Destillation zu vermeiden.
Gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung wird der Vorgang des Krackens durchgeführt, und zwar speziell nicht nur auf der Basis von Zellulose-Material, sondern auch auf der Basis des in der Biomasse enthaltenen Lignins, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt, daß man das Lignozellulose-Material der Pyrolyse unterwirft, um es so zu kracken und gasförmige Pyrolyseprodukte zu erhalten, und daß man eine katalytische Kondensationsreaktion der Pyrolyse-Produkte durchführt, was zu einer Reihe von Verbindungen führt, von denen die als Treibstoff verwendbaren separiert werden. Wenn aus dem Ligningehalt der Biomasse keine Energie gewonnen wird, ist es erwünscht, mit minimalem Energieverbrauch und maximaler Ausbeute zu arbeiten, was durch die Maßnahme erzielt wird, daß man vor der Pyrolyse das Lignozellulose-Material pulverisiert und daß die Pyrolyse und die katalytische Reaktion in der selben Hochtemperatur-Reaktionszone stattfinden, in die das pulverisierte Material, das mit dem Katalysatorpulver zu mischen ist, transportiert wird. Dadurch, daß trockene Materialien zu verarbeiten sind, ist die Heizenergie viel geringer, und durch die Annäherung der Orte der Pyrolyse und der katalytischen Reaktion so nahe zbsammen als möglich wird eine maximale Ausbeute erzielt.
Die Gegenstände der Ansprüche 2 und 3 dienen dazu, ein sehr geeignetes feinkörniges Pulver zu erhalten, wie es in Anspruch 4 definiert ist, wobei der spezielle Aufschließungsschritt zu seinem sehr spröden Holzmaterial führt, das leicht gemahlen werden kann. Die chemische Behandlung der Biomasse geschieht vorzugsweise so, wie sie in anderem Zusammenhang in der US-PS 4 053 645 beschrieben ist.
Gemäß Anspruch 5 wird die pulverisierte Biomasse in Kontakt mit dem Katalysator mit Hilfe einer Fluidströmung gebracht, die vorzugsweise überhitzter Dampf ist, der sich als am billigsten erweist, während er gleichzeitig die Reaktionszone heizt.
Das Verfahren kann zur erhöhten Einsparung von Energie in der im Anspruch 9 definierten Weise durchgeführt werden, wobei für die Systemheizung unmittelbar ein Teil des Produkts verwendet wird, der als Treibstoff möglicherweise weniger geeignet ist. Außerdem ist es möglich, einen Teil des Produkts zurückzuführen und so den Transport und die Reaktion zu unterstützen.
Die Zeichnung zeigt schematische Anordnungen von Verfahrensschritten und Vorrichtungen, die bei der Ausführung der Erfindung verwendet werden können.
Fig. 1 zeigt als schematisches Diagramm eine Anordnung zum Krakken pulverisierter Biomasse, die zur Vorverarbeiten in einen Ligninpfad und einen Zellulosepfad getrennt worden ist; und
Fig. 2 zeigt ein schematisches Diagramm zum Reagieren pulverisierter Biomasse, die unsepariert vorbehandelt worden ist.
In Fig. 1 sind ein erster Kugel-Drehdigestor 10 und ein zweiter Kugel-Drehdigestor 12 gezeigt. Es sind zwar nur zwei Digestor gezeigt, jedoch ist es möglich, auch nur einen einzigen Digestor oder eine beliebige Anzahl von Digestoren für den Zweck der Erfindung zu verwenden. Die Verwendung von mehr als einem Digestor wird jedoch bevorzugt, da die Reaktion innerhalb jedes der Digestor als Chargenprozeß stattfindet. Durch die Verwendung einer Mehrzahl von Digestoren kann das Verfahren als kontinuierlicher Prozeß durchgeführt werden. Jeder der Kugel-Drehdigestor 10, 12 ist ein Gerät, das dazu verwendet wird, den Inhalt mit Hitze und Druck zu behandeln, während der Inhalt gemischt wird. Jede beliebige Vorrichtung, die diese Ergebnisse liefert, liegt im Rahmen der Erfindung, ob es sich um einen Chargenprozeß oder einen kontinuierlichen Prozeß handelt.
Im Digestor 10 wird in kleine Stücke geschnittenes Lignozellulose- Material im wesentlichen bis zu seiner Füllung deponiert, wobei jedoch ein ausreichender Raum gelassen wird, daß das Material sich bei der Drehung des Digestors mischt. Die gewählte Lignozellulose kann jede Art von Holz, Stroh, Bagasse, Nußschalen, Körnerhülsen und dergleichen sein. Das holzartige Material wird zuerst in Stücke geschnitten oder gemahlen. Die Partikelgröße sollte nicht höher als angenähert 7 mm (1/4") liegen, kann jedoch so fein wie erwünscht sein. Die Partikelgröße ist nicht von Bedeutung mit der Ausnahme, daß offensichtlich ist, daß, je kleiner die Teilchen sind, umso schneller die nachfolgende Reaktion abläuft. Die Teilchengröße ist also eine Sache der ingenieurmäßigen Abwägung zwischen den Kosten der Reduzierung des Lignozellulose-Materials in kleinere Größen gegen die in den Reaktionsschritten verbrauchte Zeit.
Nachdem das Lignozellulose-Material (im folgenden "Holz") im Digestor 10 deponiert worden ist, werden Wasser und Schwefeldioxid hinzugefügt. Das Wasser wird in einem Verhältnis von angenähert 40 Gewichts-% zum Trockengewicht des Holzes hinzugefügt. Schwefeldioxid wird in Form eines Gases in einem Gewichtsverhältnis von 1/2 bis 6 % des Trockengewichts des Holzes hinzugefügt. Die Menge des Schwefeldioxids ist vorgegeben aufgrund des Prozentsatzes des Lignins im Vergleich zur im Holz enthaltenen Zellulose. Die Ligninmenge ist geringer, wenn Baumwollholzarten als Rohmaterial verwendet werden, im Vergleich zu einem höheren Prozentsatz, wenn Eiche oder Fichte als Rohmaterial verwendet werden, wobei die Menge des Schwefeldioxids entsprechend angepaßt wird. Nachdem das Holz, das Schwefeldioxid und das Wasser hinzugefügt worden sind, wird der Inhalt des Digestors 10 durch die Einführung von Dampf unter Druck gesetzt. Es wird ausreichend viel Dampf eingeführt, um die Temperatur des Reaktionsgemischs auf einen Wert zwischen 44ºC und 200ºC, wobei ein Bereich zwischen 49ºC und 200ºC bevorzugt wird, und auf einen Druck zwischen 2463 und 15750 hPa (35 und 225 psi) zu bringen. Das Gemisch wird unter diesem Druck und dieser Temperatur für eine Zeitspanne von 40 Minuten bis 1 Stunde gekocht. Die Dauer wird jedoch durch die Teilchengröße des Holz-Rohmaterials und durch die Charakteristiken des Materials bestimmt.
Nachdem ein Kochzyklus im Digestor 10 abgeschlossen ist, wird ein Ventil 14 geöffnet, so daß der Dampf in die Atmosphäre entweichen kann. Nachdem der Druck im Digestor abgebaut ist, wird die Ladetür geöffnet und der Inhalt in eine Digestor-Pumpenmulde 16 entladen. Nach der Entleerung des Digestors wird er wieder mit holzartigem Material, Wasser und Schwefeldioxid gefüllt und der Prozeß wird wiederholt. Durch die Verwendung des zweiten Digestors 12 ergibt sich, daß ein Digestor im Vorgang der Entleerung und Wiederfüllung sein kann, während sich der andere Digestor im Kochzyklus befindet, so daß reagiertes Rohmaterial in schnellerer Folge in die Digestor- Pumpenmulde 16 abgeladen wird. Durch die Verwendung einer größeren Zahl von Digestoren kann das Einfüllen noch häufiger erfolgen, so daß die Digestor-Pumpenmulde 16 stets eine Menge von reagiertem Material für die nachfolgende Verarbeitung auf kontinuierlicher Basis enthält.
Das reagierte Material in der Digestor-Mulde 16 hat die Form einer Aufschlämmung und bei Bedarf kann zusätzliches Wasser in die Mulde hinzugefügt werden, um die Aufschlämmung als pumpbares Gemisch zu halten. Die Digestor-Pumpmulde umfaßt eine Rührvorrichtung 18 zum Sicherstellen, daß das reagierte Material nicht ausfällt und als pumpbare Aufschlämmung erhalten bleibt.
Mit Hilfe einer Pumpe 20 wird die Aufschlämmung zu einer Mischbox 22 geleitet, wo das Gemisch mit einer Alkali-Lösung von einer Leitung 24 gemischt wird. Die Quelle der Alkali-Lösung, die durch die Leitung 24 geleitet wird, kann darin bestehen, daß zum Brennen in einem Heizkessel ein brennbarer Brennstoff zum Erzeugen von wenigstens einem Teil der erforderlichen Wärme aus dem aufgelösten Lignin hergestellt wird und daß Abfallwärme aus der Krack-Reaktionskammer zur Erzeugung von Heißdampf gesammelt wird, wobei man die aus dem Verbrennen resultierende Asche dazu verwendet, die Alkali-Lösung zu schaffen, um modifiziertes Lignin aufzulösen.
Die Reaktion des Holzes in den Digestoren 10 und 12 besteht darin, daß das Schwefeldioxid in Anwesenheit von Wasser mit dem Ligningehalt des Holzes reagiert, um die Löslichkeit des Ligningehalts ohne Zerstörung des Gehalts an Kohlenwasserstoffen zu erhöhen. Lignin ist ein ziemlich komplexes organisches Material, das in gewissem Umfang von Pflanzenart zu Pflanzenart unterschiedlich ist, und die genaue Reaktion mit dem Schwefeldioxid ist nicht präzise bekannt; es wurde jedoch experimentiell herausgefunden, daß die Reaktion des Schwefeldioxids mit Holz eine Lösung erzeugt, in der bei Mischung mit einer Alkali-Lösung das Lignin sich löst.
Das verarbeitete Gemisch und die Alkali-Lösung fließen aus der Mischbox 22 über eine Leitung 26 aus und in einen Vakuum-Wascher 28 zum Trennen der Lignin- und Zellulosematerialien. Diese Vorrichtung ist eine bekannte Art von Ausrüstung, die in der chemischen Verfahrensindustrie und speziell in der Industrie der Papierherstellung verwendet wird. Sie ist deshalb dem praktischen Fachmann gut verständlich und wird hier nicht im einzelnen beschrieben. Es genügt zu sagen, daß in einem Vakuum-Wascher ein Zylinder enthalten ist, der in der Lösung umläuft. An das Zylinderinnere wird ein Vakuum angelegt. Auf den Zylinder wird von oberhalb der Lösung Wasser gesprüht, um den gelösten Stoff wegzuwaschen, wobei das Zellulose-Material, das von fibröser Natur ist, eine Matte auf dem Zylinder bildet. Das frische Wasser, das dazu verwendet wird, den Ligningehalt von der als Matte vorliegenden Zellulose abzuwaschen, wird über eine Leitung 30 zugeführt. Das von dem Wascher 28 benötigte Vakuum kann von einer Vakuumpumpe oder wie dargestellt von einem barometrischen Bein 32, das mit einer Überlaufbox 34 kommuniziert, geliefert werden. Das gelöste Lignin wird aus der Überlaufbox 34 mit Hilfe einer Leitung 36 ausgetragen, während die Zellulose vom vakuumbildenden Zylinder in eine Aufnahmebox 38 abgerollt wird. Dieses Mattenmaterial hat noch die Form einer Aufschlämmung und wird von einer Pumpe 40 in eine zweite Mischbox 42 gebracht, wo das Zellulosematerial mit Wasser aus der Leitung 30 gemischt wird. Der Waschvorgang wird in einem zweiten Vakuum-Wascher 44 mit einem barometrischen Bein 46 und einer Überlaufbox 48, durch die der Gehalt an Überlaufflüssigkeit aus dem Vakuum-Wascher abgeführt wird, wiederholt. Der als Matte vorliegende Zellulose-Gehalt wird vom Zylinder in eine Aufnahmebox 50 abgerollt. Der Inhalt der Aufnahmebox 50 ist ordentlich gewaschenes Material, bei dem mehr als 95 % des ursprünglichen Ligningehalts entfernt ist. Es wird über eine Leitung 52 weitergeleitet.
Es ist hier zwar die Verwendung von Vakuum-Waschern 28 und 44 dargestellt worden, jedoch können auch andere Vorgehensweisen des Waschens bei der Praktizierung der Erfindung angewandt werden. Die spezielle Einrichtung des Waschens des reagierten Lignozellulose- Material, das mit einer Alkali-Lösung gemischt ist, stellt kein kritisches Element beim Praktizieren der Erfindung dar und andere bekannte Waschsysteme können angewandt werden. Das Wesen des Waschschritts liegt einfach darin, daß der gelöste Ligningehalt vom Zellulose-Material getrennt wird.
Die im Prozeß verwendeten Materialien umfassen Schwefeldioxid, einen Metalleisen-Katalysator aus der Gruppe von Metallen mit der Wertigkeit 3, eine Alkali-Lösung, Wasser, Wärme und Dampf, die vom Prozeß selbst erzeugt werden.
Die Ligninlösung aus der Überlaufbox 48 wird von einer Leitung 90 zur Leitung 36 transportiert.
Die Ligninlösungen aus den Überlaufboxen 34 und 44 werden von der Leitung 36 zu einer Gruppe von Multieffekt-Verdampfern 98, 100 und 102 transportiert. Die Anzahl dieser Verdampfer kann unterschiedlich sein. Ihr Zweck ist es, den Wassergehalt aus der Lignin-Lösung zu verdampfen. Zum Erhalten der für den Verdampfungsschritt erforderlichen Wärme wird Dampf von einer Leitung 104 zu einem Wärmetauscher 106 im Verdampfer 102 geliefert. Dampf vom Verdampfer 102 tritt durch eine Leitung 108 zu einem Wärmetauscher 110 im Verdampfer 100 über, und in gleicher Weise tritt Dampf vom Verdampfer 100 über eine Leitung 112 zu einem Wärmetauscher 114 im Verdampfer 98 über. Das Kondensat vom Verdampfer 98 wird über eine Leitung 116 in den Verdampfer 100 geleitet, und das Kondensat vom Verdampfer 100 wird über eine Leitung 118 in den Verdampfer 102 geleitet. Das Kondensat vom Verdampfer 100 kommt über eine Leitung 118 in den Verdampfer 102. Der Ligningehalt der Lösung aus der Überlaufbox 34 beträgt normalerweise etwa 20 % Feststoffe, etwas mehr oder etwas weniger, während der Rest aus Flüssigkeit besteht. Diese Lösung wird so konzentriert, daß der aus den Multieffekt-Verdampfern in einer Leitung 120 abgehende Ligningehalt etwa 55%, etwas mehr oder etwas weniger, beträgt.
Aus einem Heizkessel 96 kommender Dampf, der über eine Dampfleitung 126 fließt, wird zu einem Turbinengenerator 130 geleitet, um elektrische Energie zu erzeugen. Die Turbine ist vorzugsweise eine Turbine mit Abzapfungen, die Strom erzeugt und Prozeßdampf liefert, indem dieser von einem mittleren Punkt an der Turbine an der Leitung 104 abgezapft wird. Dieser Prozeßdampf wird teilweise durch eine Leitung 134 zu den Kugel-Drehdigestoren 10 und 12 und teilweise durch die Leitung 104 zu den Multieffekt-Verdampfern 102 geleitet. Von den Multieffekt-Verdampfern wieder abgegebener Dampf kann durch eine nicht dargestellte Vorrichtung gesammelt und kondensiert werden, um Wasser zu gewinnen, das zur Einspeisung in die Kugel-Digestor 10, 12 und in die Mischbox 42 sowie zum Sprühen von Wasser auf die Wascher 28 und 44 wiederverwendet wird.
Das durch die Leitung 52 gelieferte Material ist eine Zellulose- Aufschlämmung, die hohe Zucker- und Saccharine-Werte enthält, wobei angenähert 95% des ursprünglichen Lignins entfernt worden sind. Diese Aufschlämmung aus der Empfängerbox 50 wird von einer Pumpe 201 zu einem Trockner 202 geliefert, der auch die konzentrierte Ligninlösung aus der Leitung 120 empfängt und Heizdampf aus der Turbine 130 über die Leitung 104 empfängt. Im Trockner 202 wird das bereits mehr oder weniger konzentrierte Aufschlämmungsmaterial vollständig getrocknet und über eine Leitung 203 zu einem Pulveri-sierer 204 gegeben, wo es zu einem sehr feinen trockenen Pulver pulverisiert wird, das ausreichend fein ist, um durch einen Schirm mit Durchgängen von 150 um (durch einen 100-mesch-Schirm) hindurchzutreten.
Das pulverisierte Material wird zu einem Kracker-Reformer 205 transportiert, in dem in einer selben Reaktionszone das Pulver durch Pyrolyse gekrackt und durch Kondensations reformiert wird. Im Krakker/Reformer 205 wird die pulverisierte Biomasse in eine heiße Umgebung eingeführt, nämlich in ein Katalysatorbett, das durch ein Trägergas fluidisiert wird, das vorzugsweise überhitzter Dampf ist, was am billigsten bereitstellbar ist, oder ein inertes Gas ist, das kalt sein kann oder bis 110ºC bis 160ºC warm sein kann, also eine Temperatur, die deutlich unter der Temperatur liegt, bei der die Pyrolyse beginnt. Das fluidisierte Bett des Katalysators hat eine viel höhere Temperatur, sein Trägergas - von der gleichen Art wie das transportierende Trägergas für die Biomasse - wird von einer Gebläsepumpe 206 umgewälzt und wird in diesem Kreislauf durch ein Heizgerät 207 erhitzt.
Das Biomassenpulver, das in die Reaktionszone kommt, wird erhitzt, und die Pyrolyse findet statt, was zu fragmentierten Molekülen führt, die den Katalysator unmittelbar erreichen und chemisch in Kontakt mit dem Katalysator kondensieren, um überwiegend flüssige Materialien zu bilden, die sich für die Verwendung als Fahrzeug- Treibstoff eignen oder mit Benzin zu vermischen sind. Der Katalysator ist einer vom Typ Zeolit, nämlich ZSM-5. Die Reaktionsprodukte des Krack- und Reformier-Prozesses werden über eine Leitung 143 zu einer Separier-Kolonne 145 transportiert. Die Separier-Kolonne teilt die gekrackten Materialien in verschiedenen Fraktionen. Das Material betritt als Gemisch heißer Dämpfe die Kolonne und steigt darin durch die Fraktionier-Bodenglocken auf und kondensiert auf den verschiedenen Zwischenböden. Die leichteren Fraktionen kondensieren erst, wenn sie die kühleren Zwischenböden erreichen, also die weiter oben liegenden Böden. Die schwereren Fraktionen kondensieren auf den unteren Böden. Unter den leichteren Fraktionen gibt es solche, die als Treibstoff verwendbar sind. Fall erwünscht, können einige schwerere Fraktionen einschließlich Teer über eine Leitung 148 zum Kracker/Reformer 205 zurückgeführt werden. Die Reaktion ergibt außerdem einiges Abfallgas, und in der Separier-Kolonne 145 wird einiges nicht kondensierbares Gas gebildet. Dieses Abfallgas vom Kracker/Reformer wird über eine Leitung 208 zu einem Brennstoffgas- Speicher 209 transportiert, der auch als Mischer wirkt, da er weiterhin Brennstoffgas von außen über eine Leitung 210 empfängt. Ein Teil dieses Gases wird zum Kracker/Reformer 205 rezirkuliert und ein Teil des Gases sowie das nicht kondensierbare Gas aus der Kolonne 145 wird über eine Leitung 212 bzw. 213 zum Heizkessel 96, der auch einen Lieferanschluß 214 für Verbrennungsluft aufweist, zum Heizen und somit zum Erzeugen von Prozeßdampf geleitet.
Durch das Kombinieren der Pyrolyse und der chemischen Kondensation in der selben Reaktionszone wird eine erheblich hohe Ausbeute bei diesem Schritt erreicht, wobei allgemein Methyl-Benzene und in kleinem Ausmaß Nebenprodukte wie Kohlenstoff, Kohlenstoffoxide und Wasser entstehen. Hätte man andererseits die pyrolysierte Biomasse vor der Kondensation sich abkühlen lassen, so würden die resultierenden großen Moleküle ebenfalls zu den gewünschten Verbindungen reformiert, sie würden jedoch Wasser und Kohlenstoff in höherem Maße abwerfen, was die Ausbeute an den erwünschten Verbindungen erniedrigen würde.
Fig. 2 zeigt eine Abwandlung des Verfahrens. Die Biomasse, nämlich Sägemehl, Späne usw., wird in einem Mixer 301 mit einer über eine Leitung 302 und eine Pumpe 303 von einem Mischtank 304, der mit Wasser, Reaktionsstoffen und Aktivator in später beschriebener Weise geladen wird, kommenden Reaktionslösung gemischt. Das Gemisch der Biomasse und der Lösung wird über eine Leitung 307 zu einem Naßspäne-Speicher- und -Kochtank 308 geleitet, wo es auf Siedetemperatur gebracht wird, und wird dann zu einem Trockner 309 geliefert, der mit einer Heizvorrichtung 310 zum Liefern von Wärme zum Trocknen kombiniert ist. Nach einer sorgfältigen Trocknung wird die durch und durch trockene, spröde Biomasse über ein Gebläse 311 und einen Separator 313 zu einem Trockenspan-Speicher 314 und von diesem über eine Transportvorrichtung 315 zu einer Mühle 316 geleitet, die die trockenen Späne zu einem feinen Pulver vermahlt, das ähnlich zu spezifizieren ist wie in der Beschreibung der Fig. 1. Das Pulver tritt wiederum durch einen Separator 320, einen Speicher 321 und eine Pulver-Transportvorrichtung 322 und tritt dann, von einem Trägergasstrom 323 transportiert, in einen Kracker/Reformer 325 ein, der mit einem Katalysatorbett-Heizgerät 326 kombiniert ist. Der Ausgangsstrom des Kracker/Reformers 325 durchsetzt einen Kühler 327 und wird dann über eine Leitung 328 einer Separier-Kolonne 330 eingegeben, aus der die verschiedenen Endprodukte entnommen und in Speichertanks gespeichert werden, nämlich in einem Tank 331 für leichte Kohlenwasserstoffe, einem Tank 332 für mittlere Kohlenwasserstoffe und einem Tank 333 für schwere Kohlenwasserstoffe. Teerprodukte werden zum Kracker/Reformer 325 über eine Leitung 335 zur erneuten Verarbeitung zurückgespeist.
Von gewissem Interesse ist die Vorbereitung der Biomasse vor dem Kochen und Trocknen. Sie wird durchgeführt in einer Weise etwa gleich der aus der US-A 4 053 645 (Jelks) bekannten Weise. Der Reaktionsstoff und der Aktivator umfassen eine oxidierende Säure wie Salpetersäure (HNO&sub3;), eine nicht oxidierende Säure wie Schwefelsäure, Phosphorsäure, Salzsäure oder Essigsäure und ein dreiwertiges Metall wie Eisen, das die Funktion eines Katalysators hat. Salpetersäure, die dazu dient, benötigten Sauerstoff zu liefern, ist in einer Menge von angenähert 2 bis 30 g pro Kilogramm Trockengewicht der Biomasse erwünscht. Die Materialien werden - falls nötig unter Druck - gekocht mit dem Effekt, daß die Lignin-Zellulose-Bindung angegriffen wird und die Zellulose degradiert und saturiert wird, und werden dann sorgfältig getrocknet, was zu einem sehr spröden Material führt, das leicht zum geforderten feinen Pulver gemahlen werden kann, wobei nur eine eher niedrige Mahlenergie erforderlich ist. Eine sorgfältige Trocknung verhilft dazu, die Anwendung von Druck während des Aufschließens beim Kochschritt zu umgehen. Der bescheidene Energieverbrauch beim Mahlen und für die Pyrolyse des trockenen Materials zusammen mit der hohen Ausbeute der örtlich kombinierten Pyrolyse und Kondensation, oder in anderen Worten des Krack- und des Reformschritts, machen das vorliegende Verfahren sehr wirtschaftlich.
Während die Erfindung, wie oben angegeben, in einem gewissen Detail beschrieben worden ist, ist zu verstehen, daß sie nicht auf die vorgestellten Durchführungsformen beschränkt ist, sondern durch den Umfang der anhängenden Ansprüche begrenzt ist, der den vollen Bereich der Äquivalenz einschließt, der jedem seiner Elemente zusteht.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von Treibstoff aus Lignozellulose- Material, das durchzuführen ist durch die Schritte des Pyrolysierens des Lignozellulose-Materials so, daß dieses gekrackt wird und Pyrolyse-Produkte erhalten werden, und des Durchführens einer katalytischen Kondensationsreaktion der Pyrolyseprodukte zum Erhalten einer Reihe von Verbindungen, aus denen verwendbare Treibstoffe separiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß man vor dem Pyrolysieren das Lignozellulose-Material zu einer Korngröße von weniger als 150 um (entsprechend weniger als 100 mesh) pulverisiert und daß die Pyrolisierung und die katalytische Reaktion in einer und derselben Hochtemperatur-Reaktionszone stattfinden, in die man das pulverisierte Material transportiert, so daß es mit dem Katalysator gemischt wird, der von der Zeolit-Art ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Lignozellulose-Material, bevor es pulverisiert wird, dem Aufschließen unterwirft, indem man das Material Hitze und Druck in Anwesenheit von Wasser und Schwefeldioxid unterwirft, während man es mischt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Lignozellulose-Material für das Aufschließen durch Unterwerfung des Materials unter Hitze und Druck in Anwesenheit von Wasser und Schwefeldioxid, während man es mischt, und für die Pulverisierung saturiert, und zwar durch eine Behandlung mit einer Säure mit einem dreiwertigen Metallion unter Hitze und Druck, wodurch die Lignin-Zellulose-Bindung angegriffen wird und die Zellulose degradiert wird, und man es dann trocknet und mahlt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Lignozellulose-Material für das Aufschließen durch Unterwerfung des Materials unter Hitze und Druck in Anwesenheit von Wasser und Schwefeldioxid, während man es mischt, saturiert, und zwar durch eine Behandlung mit einer Säure mit einem dreiwertigen Metallion, wobei das saturierte Zellulose- Material unter Bedingungen der Verwendung von trockener Luft bei einer Temperatur unter 100ºC getrocknet wird, wodurch die Lignin-Zellulose-Bindung angegriffen wird und die Zellulose zum Schleifen degradiert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man das pulverisierte Material und das Katalysatorpulver durch einen fluidisierten Strom in eine Reaktionskammer transportiert.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionszone ein das Katalysatorpulver tragendes Fließbett ist und daß man das pulverisierte Material durch einen fluidisierten Strom in diese Zone bläst.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der fluidisierte Strom aus überhitztem Dampf besteht.

8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der fluidisierte Strom aus einem inerten Gas mit einer Temperatur, die unter der für die Pyrolyse der Biomasse erforderlichen Temperatur liegt, besteht.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Lignin-Material und das Zellulose-Material für die Verarbeitung getrennt werden und schließlich vor dem Schritt des Krackens wieder kombiniert werden.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zum Brennen in einem Heizkessel (96) ein brennbarer Brennstoff zum Erzeugen von wenigstens einem Teil der erforderlichen Wärme aus dem aufgelösten Lignin hergestellt wird und daß Abfallwärme aus der Krack-Reaktionskammer zur Erzeugung von Heißdampf gesammelt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man die aus dem Verbrennen resultierende Asche dazu verwendet, eine Alkali-Lösung zu schaffen, um modifiziertes Lignin aufzulösen.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Separierung durchführt, indem man den Ausgangsstrom der chemischen Produkte eine Separier-Kolonne einspeist.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur in der Reaktionszone 250ºC bis 600ºC beträgt.