DE69206137T2

DE69206137T2 - Verfahren zur behandlung von biologischem material.

Info

Publication number: DE69206137T2
Application number: DE69206137T
Authority: DE
Inventors: Anders Kullendorff
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-04-05
Filing date: 1992-04-03
Publication date: 1996-05-09
Anticipated expiration: 2012-04-04
Also published as: SE9100998L; DE69206137D1; EP0577701A1; SE500058C2; AU1533592A; SE9100998D0; EP0577701B1; WO1992017744A1; ATE130428T1

Description

Ausgangssituation der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Rösten von biologischem Material, z.B. Holzspänen, Nutzholz und dergleichen, in einer Anlage, die eine Bearbeitungskarnrner einschließt, die ein geschlossenes System mit einem äußeren Umluftkanal bildet, der durch einen Einlaß und einen Auslaß mit den einander gegenüberliegenden Enden der Kammer verbunden ist, wobei das biologische Material in die Bearbeitungskammer eingefüllt und nach der Bearbeitung aus ihr durch mindestens eine Öffnung mit einer Schleuse, die das Eindringen von Luft in das System verhindert, entnommen wird, und wobei das System während des Betriebes im wesentlichen bei annäherndem Luftdruck mit Dampf gefüllt ist, der durch den Umluftkanal und die Bearbeitungskammer zum Zirkulieren im System gebracht wird, und zusätzlich ein Teil des Dampf es, der der aus dem biologischen Material entzogenen Feuchtigkeit entspricht, abgeleitet und kondensiert wird.
Ein solches Verfahren zum Rösten von biologischem Material kann zu unterschiedlichen Zwecken benutzt werden. Ein geeignetes Anwendungsgebiet ist die Vorverarbeitung von biologischem Brennstoff, z.B. Holzspänen, Torf, Sägemehl usw..
In Anbetracht steigender Preise für herkömmliche Brennstoffe sind biologische Brennstoffe zu einer noch interessanteren Alternative geworden, insbesondere in Fernheizungszentralen und dergleichen. Damit der Brennstoffenergiegehalt bei der Verbrennung solcher biologischer Brennstoffe nicht durch die im Brennstoff enthaltene Feuchtigkeit, die verdampft werden muß, unvorteilhaft verwertet wird, kann ein Austrocken des biologischen Brennstoffs, also ein Trocken vor der weiteren Verarbeitung oder Nutzung, wirtschaftlich motiviert sein.
Es sind bereits Verfahren zum Rösten, d.h. zum Trocknen und zur teilweisen Pyrolyse, von biologischen Brennstoffen, in erster Linie Holzspänen, entwickelt worden. Ein Verfahren zum Trocknen und Rösten besteht in der Benutzung von Verbrennungsgasen, wobei sich hier jedoch die große Feuergefahr nachteilig auswirkt. Ein weiteres reines Trockenverfahren ist die Benutzung von Dampf als Trockenmedium, wobei das zu trocknende Material durch unter Überdruck stehenden Wasserdampf umgeben ist. Das bedeutet, daß die Anlage gegen die Umgebung abgedichtet werden muß, was preissteigernde Konstruktionslösungen mit sich bringt.
Fließbetttrockner sind in unterschiedlichen Ausführungen erhältlich. Dabei besteht das Grundprinzip darin, daß die Trocknung durch Luft, Verbrennungsgas oder Dampf erfolgt, die von unten direkt auf das zu trocknende Material geblasen werden. Bei einer ausreichend hohen Geschwindigkeit des Trockenmediums beginnt das Bett, d.h. das zu trocknende Material, in sich selbst zu schweben. Ein weiteres geeignetes Anwendungsgebiet für die Wärmebehandlung von biologischem Material ist die Fäulnisschutzbehandlung von Bauholz.
Ein Verfahren zum Trocknen von biologischem Brennstoff ist aus SE-A-450 971 bekannt, dadurch gekennzeichnet, daß ein senkrechter Trockenkanal, ein Drallabscheider und ein Umluftkanal mit einem Gebläse und Heizmitteln benutzt werden, wobei das Verfahren in der Benutzung von Dampf besteht, der durch die Heizmittel auf eine Temperatur von ca 160ºC erwärmt wird und als Fluidisierungsmittel dient.
Heute wird Bauholz zum Schutz gegen Schimmelpilz allgemein druckimprägniert. Dieses Verfahren ist jedoch aus Umweltgründen bedenklich und unterliegt vielen Zwängen. Der Verarbeitungsabfall von druckimprägniertem Holz wird als so umweltschädlich eingestuft, daß er heute durch Abfallverarbeitungsunternehmen gesichert und neutralisiert wird.
Aufgabe dieser Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zum Rösten durch überhitzten Darnpf, so daß das Material so umgewandelt wird, daß zumindest die obere Schicht hydrophobe Eigenschaften annimmt, wodurch der Schimmelpilzbefall verhindert wird. Die Eigenschaften des restlichen Teils des Materials werden denen von normalem druckimprägnierten Holz ähnlich. Verarbeitungsabfälle und das Holz selbst können direkt als Brennstoff benutzt werden. Selbst Fichtenholz, das unter Druck schwierig zu imprägnieren ist, kann mit diesem Verfahren problemlos behandelt werden.
Erfindungsgeinäß wird diese Aufgabe durch die Schaffung eines Verfahrens zum Rösten von biologischem Material, z.B. Holzspänen, Nutzholz und dergleichen, in einer Anlage gelöst, die eine Bearbeitungskammer einschließt, die ein geschlossenes System mit einem äußeren Umluftkanal bildet, der durch einen Einlaß und einen Auslaß mit den einander gegenüberliegenden Enden der Kammer verbunden ist, wodurch eine verbesserte Betriebswirtschaftlichkeit erzielt werden kann, während gleichzeitig die oben erwähnten Nachteile beseitigt werden, was dadurch erreicht wird, daß das biologische Material in die Bearbeitungskammer eingefüllt und nach der Bearbeitung aus ihr durch mindestens eine Öffnung mit einer Schleuse, die das Eindringen von Luft in das System verhindert, entnommen wird, und wobei das System während des Betriebes im wesentlichen bei annäherndem Luftdruck mit Dampf gefüllt ist, der durch den Umluftkanal und die Bearbeitungskammer zum Zirkulieren im System gebracht wird, und zusätzlich ein Teil des Dampfes, der der aus dem biologischen Material entzogenen Feuchtigkeit entspricht, abgeleitet und kondensiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf durch indirekten Wärmeübergang von einem Wärmeträger am Einlaß in die Bearbeitungskammer auf einer Temperatur von mindestens 260ºC, also etwas über der gewünschten Bearbeitungstemperatur, gehalten wird und aus dem Material austretende Gase gesammelt und zum Erwärmen des Wärmeträgers verbrannt werden.

Beschreibung der Zeichnungen

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf zwei in den beigefügten Zeichnungen gezeigte Anlagen, in denen das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann, genauer beschrieben.
Fig. 1 zeigt graphisch eine Grundansicht einer ersten Ausführungsform einer Trockenanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
Fig. 2 ist eine entsprechende Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen

In Fig. 1 soll die erfindungsgemäße Wärmebehandlungsanlage, die im senkrechten Schnitt gezeigt wird, im Prinzip zur Trocknung und anschließenden Röstung von pulverisiertem biologischen Material, z.B. bevorzugterweise von Holzspänen, benutzt werden. Sie schließt einen senkrechten Fließbetturm 1 mit einem Rost 2 am unteren Ende ein. Am oberen Ende des Turms befindet sich ein Zuführungsbehälter 4 für biologischen Brennstoff. Am unteren Ende des Turms ist ein Auslaßrohr 5 für das geröstete Produkt angeschlossen. Sowohl das Einlaßrohr 3 als auch das Auslaßrohr 5 sind mit dem Turminneren über Schleusen 6 verbunden, die das Eindringen von Luft in den Turm im wesentlichen verhindern. Zwischen dem oberen und dem unteren Ende des Turms ist ein äußeres Umluftrohr 7 mit einer Gebläseeinheit 8 zum Vorwärtsbewegen des Trockenmediums durch das Umluftrohr angeschlossen, so daß das Trockenmedium am unteren Ende des Fließbetturms 1 durch den Rost 2 und den darauf liegenden biologischen Brennstoff, der in der Fig. nur angedeutet ist, eingeleitet wird und am oberen Ende aus dem Turm ausströmt. Im Umluftrohr befindet sich weiterhin eine Überhitzungsbatterie 9 zum Überhitzen des Trockenmediums, das aus unter Luftdruck stehendem Wasserdampf besteht, so daß das Trockenmedium bei einem ersten Trockenschritt eine Temperatur von 150 bis 250ºC, bevorzugterweise maximal 200ºC, und bei einem Röstschritt eine Temperatur von mindestens 260ºC beim Eintritt in das untere Ende des Fließbetturms 1 hat. Der Überhitzer 9 ist mit einem Wärmeerzeuger, z.B. einem Kessel 10, verbunden. In der gezeigten Ausführungsform ist der Überhitzer 9 mit einer Kesselhaube 11 auf dem Kessel 10 verbunden, als Wärmemedium können aber auch Ofenwasser, Verbrennungsgase oder vielleicht heißes Öl dienen. Zwischen dem oberen Teil des Fließbetturms und dem Umluftrohr befindet sich ein Teilchenabscheider in Form eines Drallabscheiders 12, in dem kleine Bruchstücke des eingefüllten biologischen Brennstoffs und Teilchen, die den Dampf und den Pyrolysegasstrom begleiten, abgeschieden werden. Vom Drallabscheider 12 werden solche abgeschiedenen Teilchen über einen Staubkanal 13 zum Kessel 10 geleitet, wo der Staub verbrannt wird. Im Drallabscheider abgeschiedene Teilchen können auch, wie durch 26 in Fig. 1 angegeben, vollständig oder teilweise in die Bearbeitungskammer zurückgeleitet werden. Zwischen dem Drallabscheider 12 und dem Gebläse 8 ist ein Ableitungsrohr 14 für den Dampfüberschuß, der beim Rösten durch den Flüssigkeitsverlust des biologischen Brennstoffs entsteht, mit dem Umluftrohr verbunden. Dieses Rohr 14 führt zu einem Kondensator 15, aus dem Kondensat, möglicherweise in Form von Ofenwasser, entnommen wird. Nichtkondensierbare Gase werden am kältesten Ende des Kondensators abgeleitet und über einen Kanal 16 zum Kessel 10 geleitet, wo sie verbrannt werden. Das vom Wärmeaustauscher 17 des Kondensators abgehende Wärmeaustauschmedium passiert bevorzugterweise einen Wärmeaustauscher 18, der zwischen der Kesselhaube 11 des Kessels 10 und der Einlaßseite angeschlossen ist, wo das Medium weiter erwärmt wird, bevor es über einen Kanal 19 an ein nicht gezeigtes Heizsystem, z.B. eine Fernheizungszentrale, weitergeleitet wird. Der Kessel 10 hat einen abgehenden Kanal 20 für ein Wärmemedium, das ebenfalls an ein Heizsystem oder dergleichen weitergeleitet werden kann. Weiterhin ist ein Verbrennungsgasauslaß 21 vorhanden.
Von der Kesselhaube 11 verläuft ein Dampfkanal 22 mit einem verschließbaren Ventil zum Umluftrohr 7, in das der Dampf vor dem Überhitzer 9 einströmt.
Im Auslaßrohr 5 für das geröstete Produkt kann sich ein Wärmeaustauscher 23 befinden, der zum Vorwärmen des biologischen Brennstoffs im Zuführungsbehälter 4 benutzt werden kann (durch gestrichelte Linie 24 dargestellt) . Nach der Entnahme wird das geröstete Produkt bevorzugterweise durch Wässern bei Position 25 gekühlt, um eine spontane Entzündung zu verhindern.
Die Anlage funktioniert wie folgt:
Biologische Brennstoffe, bevorzugterweise in Form von Holzspänen, werden in den Fließbetturm 1 über den Zuführungsbehälter 4, die Schleuse 6 und den Kanal 3 eingeleitet, so daß sie schließlich auf den Rost 2 gelangen. Zu Beginn des Prozesses wird eine geringe Dampfmenge über den Kanal 22 zum Umluftrohr geleitet, wo sie im Überhitzer 9 überhitzt und durch die Wirkung des Gebläses 8 mit einer solchen Geschwindigkeit angetrieben wird, daß sie beim Eintritt in den Fließbetturm durch den Rost eine Temperatur von bevorzugterweise ca. 260ºC und eine solche Geschwindigkeit hat, daß die zugeführten Späne zu wirbeln beginnen, das heißt, daß sie in einem Dampfstrom mit annäherndem Luftdruck schweben. Hierbei entsteht nach einer relativ kurzen Verweilzeit durch eine geringfügige Pyrolyse geröstetes Holz, ein Mittelding zwischen unbehandeltemholz und Holzkohle.
Sobald der Prozeß ausgelöst worden ist, wird die Dampfzufuhr über den Kanal 22 unterbrochen. Am oberen Ende des Turms strömen der Dampf und die Pyrolysegase aus, wobei von ihnen mitgeführte Teilchen im Drallabscheider 12 abgeschieden werden. Der Dampf überschuß, der durch den Flüssigkeitsverlust des Holzes im Fließbetturm 1 entsteht, wird durch den Kanal 14 abgeleitet und im Kondensator 15 kondensiert. Nichtkondensierbare Gase werden über ein Rohr 16 zu einem Kessel 10 geleitet, wo sie zusammen mit aus dem Drallabscheider 12 stammendem Staub verbrannt werden. Die Wärme zum Überhitzen des Dampf es im Umlauf des Turms l und des Umluf trohrs 7 stammt aus diesem Kessel 10. Das vom Kondensator 15 abgehende Wärmemedium passiert bevorzugterweise einen weiteren Wärmeaustauscher 18, der mit dem Kessel verbunden ist, und wird anschließend bevorzugterweise mit heißem Wasser aus dem Kessel in einem äußeren Heizsystem benutzt.
Die Gase, die durch die erwähnte Pyrolyse entstehen, können als Antriebsmittel für den Prozeß und/oder eineii Gasmotor, der sich an einem anderen Ort befindet, genutzt werden.
Im Auslaßrohr 5 für das geröstete Produkt befindet sich ein Wärmeaustauscher 23, dessen abgehendes Wärmemedium zum Vorwärmen des biologischen Materials im Zuführungsbetlälter 4 benutzt wurde.
Das geröstete Produkt aus Holzspänen wird als Ersatzmaterial für Holzkohle benutzt. Hierbei ist die drei- bis viermal höhere Wirtschaftlichkeit ein zusätzlicher positiver Faktor.
Der Zweck der in Fig. 2 gezeigten Anlage besteht in der Behandlung von Bauholz, z.B. gesägten Bohlen und Rippen, um ihm hydrophobe Eigenschaften zu geben, wodurch der Schimmelpilzbefall verhindert wird. Der grundlegende Aufbau dieser Anlage entspricht dem der Anlage in Fig. 1, außer daß hier statt eines Fließbetturms eine waagerechte Ofenkammer (Batch- oder Tunnelofen) vorhanden ist, in oder durch die das zu behandelnde Material auf einem Wagen oder einem anderen geeigneten Transportmittel befördert wird. Da die Anlage bei Luftdruck arbeitet, entstehen keine lästigen Zufuhrprobleme, und es wird nur eine Schleuse mit einer angemessenen Gasabdichtung benötigt. Im Gegensatz zum bisher bekannten sogenannten pneumatischen Gegendrucktrockner wird in diesem Fall mit einer hohen relativen Geschwindigkeit zwischen dem Wärmemedium und dem Material gearbeitet, wodurch man den Druck nicht erhöhen muß, um den äußeren Wärmedurchgangswiderstand zu überbrücken, wie das im Gegendrucktrockner, der mit einer niedrigen relativen Geschwindigkeit arbeitet, notwendig ist. Die Anlage gemäß dieser Ausführungsform entspricht ansonsten der Ausführungsform gemäß Fig. 1, außer daß der in der Ausführungsform gemäß Fig. l vorhandene Teilchenoder Drallabscheider hier nicht notwendig ist, auch wenn er vorhanden sein kann.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß man mit einem integrierten System arbeiten kann, wobei man zuerst das Material bei einer Temperatur von 160 bis 220ºC trocknen und danach, möglicherweise in einer in Reihe verbundenen Anlage, bei einer Temperatur von ca. 260ºC rösten kann. Hier kann man die Energie bevorzugterweise nacheinander nutzen, wobei man z.B. in einer Heizanlage Energie bei 180ºC entnehmen und sie bei fast 100ºC zurückleiten kann, was für den Nachlauf in einer Fernheizungsanlage, einem kombinierten Kraft- und Heizwerk oder als Vorprozeß für die Vergasung ausreicht. Auf entsprechende Art und Weise kann man in Sägewerken, in denen ein sehr großer Bedarf an Wärmeenergie bei 60ºC für die Holztrockner besteht, die Holzprodukte zuerst bei einer hohen Temperatur wärmebehandeln und anschließend die Restwärme im herkömmlichen Holztrockner nutzen. Dabei sollte man zuerst auf herkömmliche Art und Weise bei 60ºC trocknen und dann das Material mit Dampf trocknen und rösten.
Bei einer Anlage, die unterschiedliche Bearbeitungsteile einschließt, ist es vorteilhaft, wenn diese in Reihe angeordnet sind oder zwei parallele Teile zur Verfügung stehen, in denen die Bearbeitung schubweise erf olgt und die Wärme wechselweise abgezogen wird.

Claims

1. Verfahren zum Rösten von biologischem Material, z.B. Holzspänen, Nutzholz und dergleichen, in einer Anlage, die eine Bearbeitungskammer (1, 101) einschließt, die ein geschlossenes System mit einem äußeren Umluftkanal (7) bildet, der durch einen Einlaß und einen Auslaß mil den einander gegenüberliegenden Enden der Kammer verbunden ist, wobei das biologische Material in die Bearbeitungskammer eingefüllt und nach der Bearbeitung aus ihr durch mindestens eine Öffnung mit einer Schleuse (6, 103), die das Eindringen von Luft in das System verhindert, entnommen wird, und wobei das System während des Betriebes im wesentlichen bei annäherndern Luftdruck mit Dampf gefüllt ist, der durch den Umluftkanal und die Bearbeitungskammer zum Zirkulieren im System gebracht wird, und zusätzlich ein Teil des Dampfes, der der aus dem biologischen Material entzogenen Feuchtigkeit entspricht, abgeleitet und kondensiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf durch indirekten Wärmeübergang von einem Wärmeträger (9) am Einlaß (2, 102) in die Bearbeitungskammer auf einer Temperatur von mindestens 260ºC, also etwas über der gewünschten Bearbeitungstemperatur, gehalten wird und aus dem Material austretende Gase gesammelt und zum Erwärmen des Wärmeträgers verbrannt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß vom biologischen Material abgeschiedene Teilchen in einem Teilchenabscheider (12) gesammelt werden, der sich im Umluftkanal (7) befindet, der an die Vorrichtung (10) zum Verbrennen abgeschiedenen Materials zum Erwärmen des Wärmeträgers (9) anschließbar ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungskammer durch einen Fließbetturm (1) gebildet wird, wobei sich der Einlaß und der Auslaß des mit dem Fließbetturm verbundenen Umluftkanals am unteren bzw. oberen Ende des Turms befinden, dadurch gekennzeichnet, daß das biologische Material durch eine erste Öffnung (3) mit einer Schleuse (6) am oberen Ende des Fließbetturms (1), in dem der zirkulierende Dampf das biologische Material zum Wirbeln bringt, eingefüllt und das geröstete Material durch eine zweite Öffnung (5) mit einer Schleuse (6) am unteren Ende des Turms entnommen und der Dampf auf einer Temperatur von mindestens 260ºC am Einlaß des Fließbetturms (1) gehalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß das zu röstende Material zuerst in derselben oder einer anderen Vorrichtung bei einer Temperatur von ca. 200ºC getrocknet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das biologische Material vor der weiteren Behandlung unter Benutzung von Wärme, die bei der Kühlung des entnommenen gerösteten Materials entsteht, vorgetrocknet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungskammer (1, 101) der Anlage durch mehrere verbundene Behälter systemintegriert ist, wobei das Material in einem ersten Behälter getrocknet und in einem zweiten Behälter bei höherer Temperatur mit Dampf geröstet wird, wobei das Wärmemedium nach dem Absenken der Temperatur im zweiten Behälter am Einlaß (2, 102) des ersten Behälters, der eine niedrigere Temperatur hat, eingeleitet wird.