EP2082007A1 - Anlage und verfahren zur erzeugung von treibstoffen aus biogenen rohstoffen - Google Patents

Anlage und verfahren zur erzeugung von treibstoffen aus biogenen rohstoffen

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Publication number
EP2082007A1
EP2082007A1 EP07818239A EP07818239A EP2082007A1 EP 2082007 A1 EP2082007 A1 EP 2082007A1 EP 07818239 A EP07818239 A EP 07818239A EP 07818239 A EP07818239 A EP 07818239A EP 2082007 A1 EP2082007 A1 EP 2082007A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
reaction
raw material
plant
biogenic raw
catalyst
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07818239A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Emil A.J. WIESER-LINHART
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lignosol & Co KG GmbH
Original Assignee
Lignosol & Co KG GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lignosol & Co KG GmbH filed Critical Lignosol & Co KG GmbH
Publication of EP2082007A1 publication Critical patent/EP2082007A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G1/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal
    • C10G1/08—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal with moving catalysts
    • C10G1/086—Characterised by the catalyst used

Definitions

  • the present invention relates to a process for the production of fuels from biogenic raw materials and to a plant for carrying out the process.
  • One of the proposed methods is the flash pyrolysis of biomass in a hot sand fluid bed with subsequent rapid condensation of the resulting pyrolysis oils.
  • Another proposed method is the so-called COREN method, which is a multi-step process.
  • a gasification by means of oxygen the so-called Carbo-V process for the production of synthesis gas (H2, CO, CO2).
  • a synthesis gas purification and CO 2 ⁇ scrubbing takes place.
  • the Fischer-Tropsch synthesis takes place, which ultimately leads to diesel by means of catalysis and condensation.
  • DE 100 49 377 C2 describes a process for lubricating plastics, fats, oils and other hydrocarbon-containing wastes. It can with the aid of a catalyst of sodium aluminum silicate in a circulation evaporator in the circulation with a base oil diesel be generated, which is subsequently separated by distillation and thus recovered.
  • DE 199 41497 describes an apparatus and a method for the catalytic leaching of wood by smoldering, burning the smoldered residues and burning the smoldering products in a container with honeycomb combustion catalysts at the top.
  • No. 4,648,965 describes a process for the preparation of liquid products from carbonaceous starting material which contains inorganic, catalytically active constituents.
  • US 4038172 describes a high pressure process for treating oxygenated starting materials, e.g. Wood, using a "red clay catalyst composition" in the presence of carbon monoxide.
  • WO2006131293 relates to methods for
  • reaction 150-250 ° C
  • Tire 250-300 ° C
  • the entrained flow gasification process generates a large amount of gas and coke due to the high temperatures required, the oil yield is only half that of liquid oiling and the oil quality is insufficient.
  • the catalytic recycle evaporator method according to DE 100 49 377 C2 is unsuitable for biomass (such as wood) because biomass contains only a few hydrocarbons and is composed predominantly of carbohydrates such as lignin and cellulose. Furthermore, biomass is not dissolved quickly enough in the circulation process and thus largely excreted again via the disclosed solids sluice. In addition, a fossil carrier oil, which has to be supplemented on an ongoing basis, is required. In addition, the catalyst used "sodium aluminum silicate" (molecular sieve powder) is very expensive and thus increases the operating costs. Another disadvantage of this method is that due to the process, the heating surfaces tend to heavy deposit formation in wood and thus economic operation is not possible. Finally, when wood is used as raw material, a relatively large amount of coal is also produced as residue, whose economic utilization or disposal in the circulation steam process is problematic.
  • An object of the present invention is to provide an alternative method and apparatus for producing fuels. Another object of the present invention is to provide a process for producing fuels from biogenic raw materials. A further object is to provide a system for carrying out this method which does not have the mentioned disadvantages. Of particular importance is to provide an economically operating plant that produces high quality products, works with good yield and meets applicable emission limits.
  • the above-outlined objects are achieved according to the independent claims.
  • the dependent claims represent advantageous embodiments.
  • the invention thus relates to a process for the production of fuels from biogenic raw materials.
  • the invention further relates to a plant for the production of fuels from biogenic raw materials.
  • Biogenic raw materials or “biomass” refers to the living organisms continuously biochemically synthesized organic substances and derived or extracted derived products.
  • the biogenic raw materials can, depending on the producing organism, in the areas of plant, microbial and animal Biomass be broken down.
  • Vegetable biomass includes, for example, wood, leaves, straw, bran, hay, cereals, press residues from fruit and viticulture, beet pulp, green waste, garden and agricultural waste, but also derived products such as residual wood products, starch,
  • Microbial biomass includes, for example, dried sewage sludge, as well as fermenter and digestate.
  • Animal biomass includes, for example, residues from animal husbandry, the
  • Biogenic raw materials can be liquid or solid.
  • plant biomass In the context of the present invention preferred in plant biomass. Solid biomass is furthermore preferred in the context of the present invention.
  • Biomass is particularly preferably obtained from woody plants or annuals. Examples include wood, such as tree trunks, especially non-industrially exploitable tree trunks,
  • Tree branches break wood, waste wood from wood processing plants; Garden waste and agricultural waste.
  • “Fuels” are known to those skilled in the art, and the term generally refers to hydrocarbon-containing compounds and mixtures as can be used in internal combustion engines. The term also includes those substances and mixtures which do not meet certain standards for fuels but are suitable as a precursor
  • the term "mixtures of substances” includes C6-C25 aclans, C6-C25 alkenes, C6-C25 alkynes, C3-C25 cycloalkanes, C3-C25 cycloalkenes and / or C6-C25 aromatics, these definitions also include alkyl-substituted compounds such as Toluene or methylcyclohexane and branched compounds such as 2-ethylhexane.
  • Carrier liquid or “carrier oil” refers to a largely inert or inert liquid under reaction conditions. A liquid is then “substantially inert” if it remains at least 90% unchanged in a reaction cycle.) This liquid is suitable for suspending the catalyst and the biogenic raw material
  • thermo oils suitable in particular when starting up a plant, are gas oil, diesel or a mixture thereof.
  • Further alternative carrier oils are synthetic paraffinic base oils having a boiling range above 400 ° C., or polyethylene glycols with appropriate thermal stability.
  • the carrier liquid is in direct contact with the biogenic raw material and the catalyst during the process.
  • "Thermal oil” refers to a liquid for indirect heat transfer in the process according to the invention Suitable thermo oils are known to the person skilled in the art and can be based on silicone oils or hydrocarbons In the context of the present invention, any thermo oils adapted to the reaction temperature can be used Catalyst not in direct contact during the process.
  • Standard Catalyst or “Catalyst” refers to a natural mineral clay which typically contains the active ingredients montmorriolite, illite and / or smectite.
  • the clay is first dried and finely ground.
  • the finely ground alumina is mixed with carrier liquid such that the catalyst is in the form of a slurry ("catalyst slurry").
  • Fig. 1 shows schematically an example of a system according to the invention.
  • the invention in particular the method and the system, will be explained in more detail below with reference to FIG. Shown in this scheme are the two main units for "Core Unit” and Energy Management ("Powerplant”), but not the raw material preparation and the utilization of the products coal, fuels, water.
  • Powerplant Energy Management
  • the invention relates to a process for the production of fuels from biogenic raw materials, characterized in that a mixture containing i) crushed, dried, biogenic raw material; ii) carrier liquid and iii) alumina mineral catalyst containing montmorriolite, illite and / or smectite contains, with heating to 300 - 400 ° C (especially: over 300 ° C to 400 ° C) is reacted and the resulting fuel is separated from the reaction mixture.
  • biogenic raw material is explained above.
  • the raw material "comminuted” is fed to the reactor, ie in the form of shavings, chips, chaff, shaped pieces or the like, so that a rapid and complete impregnation and / or reaction is possible.
  • Which size is suitable depends on the biogenic material used off and can be in simple
  • the biogenic raw material fed to the reactor is 0.01-10 cm 3, preferably 0.2-5 cm 3.
  • an edge length of approx. 0.5 * 1.0 * 1.0 cm has proven to be the upper limit.
  • Straw chaff can be used as it is produced in agriculture.
  • the raw material is dried, ie fed to the reactor with a residual moisture of less than 20%.
  • the reaction products of the process according to the invention can be divided into 4 groups: i) non-condensable gases; ii) product oil; iii) coal and iv) process water.
  • the resulting product oil either immediately fulfills the above-mentioned criteria of a "fuel” or has to be aftertreated (eg rectification, phase separation, degassing) in order to fulfill these criteria.
  • the optimum reaction temperature depends inter alia on the type of biogenic raw material used Wood is the preferred reaction temperature at 350-370 ° C, for other raw materials it may be lower (eg straw) or even higher.
  • the optimal temperature in each case can be determined by routine experimentation.
  • a wide range of biogenic raw materials can be used in the present process. Thus, only solid biogenic raw materials can be used, or only liquid biogenic raw materials or mixtures of the two types of biogenic raw materials.
  • biogenic raw materials If reference is made in the present invention to comminuted biogenic raw materials, this implies that at least part of the biogenic raw material used is solid. Accordingly, in an alternative embodiment of the process according to the invention, a liquid biogenic raw material is used instead of comminuted, dried, biogenic raw material.
  • a liquid biogenic raw material is used in addition to the comminuted, dried, biogenic raw material.
  • the invention relates to a method as described above, characterized in that initially comminuted, dried, biogenic raw material at 150 - 200 ° C is impregnated with carrier liquid.
  • carrier liquid typically both deposits on the surface of the raw material and draws into the pores, fine porous raw material binds more carrier oil as a raw material which is coarse and / or without pores.
  • the addition of the liquid biomass can take place both in the impregnator and in the reactor 1.
  • a range of 100-300% carrier oil Absorbance, related to atro (absolutely dry) raw material, is typical.
  • biogenic raw material can be externally impregnated and supplied with carrier liquid.
  • Impregnation is to be understood as the intimate mixing of carrier liquid with comminuted biogenic raw material, wherein the raw material is at least partially soaked in carrier liquid. Surprisingly, no significant decomposition of the biogenic material (in particular when using wood) is observed at the comparatively high temperatures of the impregnation. At the same time, a large part of the water present in the starting material is expelled at the start of the process, which results in an overall lower mass flow in the subsequent reaction steps.
  • liquid biomass without solid biomass e.g. Vegetable and animal fats and oils (which are typically present as triglycerides) can be dispensed with the impregnation, so that they can be added to the reactor 1, optionally together with the catalyst.
  • liquid biomass is introduced into the process depends i.a. from the design of the plant and the composition of the biomass (e.g., water content).
  • Composition of the biomass also influences the post-treatment steps for the production of fuels.
  • the invention relates to a method as described above, characterized in that the gases formed during the impregnation are condensed separately.
  • the gases formed in the impregnation contain predominantly water vapor, which arises from the evaporation of the capillary water (moisture) of the biogenic raw material, whereas the resulting in the reaction mixed steam contains only a water vapor content substantially corresponding to the resulting in the reaction itself chemical process water content. It has therefore proved to be advantageous to condense both gas streams separately and, if appropriate, to treat them separately.
  • the invention relates to a process as described above, characterized in that the reaction of i) crushed, dried, biogenic raw material; ii) carrier liquid and iii) mineral catalyst is carried out in two successive reaction steps, wherein the reaction temperature in the second reaction step 0 - 3O ° C higher than in the first reaction step.
  • This process variant leads to an improved product mix, which leads to less coal and more fuels.
  • the invention relates to a process as described above, characterized in that the gases formed during the reaction are condensed separately. As stated above, it may be advantageous to use the gases from the impregnator and the reactor (s) because of their different properties
  • the invention relates to a method as described above, characterized in that the gases formed during the reaction are condensed separately and the condensed gases are separated into their phases and further processed separately.
  • the mixed vapor leaving the reactors typically forms, after condensation, a noncondensable gaseous phase (ie a phase whose components are predominantly gaseous at normal conditions) and three liquid phases: a product oil phase, an aqueous phase and a heavy oil phase.
  • a noncondensable gaseous phase ie a phase whose components are predominantly gaseous at normal conditions
  • three liquid phases a product oil phase, an aqueous phase and a heavy oil phase.
  • the invention relates to a method as described above, characterized in that the non-condensable gases formed in the process are partially or completely supplied to a gas engine.
  • gases formed various uses are open; they can either be flared, burned in a gas engine or dissolved / adsorbed in a carrier.
  • the individual methods can also be combined with each other. Which use is made depends, inter alia. economic and (safety) technical considerations.
  • a major part or the total amount of gas produced is supplied to a gas engine, in order to enable optimal energy utilization (thermal / electrical) of the biogenic raw material used.
  • the invention relates to a method as described above characterized in that the fuels formed in the process are partially or completely supplied to a diesel engine.
  • the fuels formed in the process are partially or completely supplied to a diesel engine.
  • the fuels formed can either be commercialized (if necessary after further processing) or used further in the context of internal requirements.
  • the own energy requirements of the system can be partially or completely covered. Which use is made depends, among other things, on economic considerations and product quality.
  • the invention relates to a method as described above, characterized in that the exhaust gases of the engines are supplied to a heat recovery. This measure improves the energy balance of the plant.
  • the invention relates to a method as described above, characterized in that the motors serve to generate electrical energy. In one embodiment, all of the resulting gases are used to generate energy. In a further embodiment, however, the diesel engine is used only to the extent that it is necessary for the energy consumption of the plant according to the invention.
  • the invention relates to a process as described above, characterized in that catalyst is added together with the biogenic raw material at the beginning of the process and / or after the impregnation and before the reaction.
  • the catalyst can be fed into the reactor 1 as a solid or as a suspension / slurry.
  • catalyst can be added again in reactor 2.
  • the catalyst composition used in the process according to the invention is explained in more detail below:
  • the catalyst composition contains i) alumina which contains montmorriolite, illite and / or smectite and ii) carrier liquid.
  • Alumina to carrier liquid can be varied within a wide range. On the one hand, a high catalyst concentration is desirable, on the other hand, simple and safe handling in the plant must be ensured.
  • the catalyst composition contains 10-90% by weight of clay, preferably 20-75% by weight, for example 50% by weight.
  • a suitable carrier liquid high-boiling heavy oil is called.
  • the carrier liquid used is preferably high-boiling heavy oil, which continuously forms during the implementation of the process.
  • the clay preferably contains 20-75% by mass of montmorriolite, illite and / or smectite and particularly preferably 50% by mass of montmorriolite, illite and / or smectite.
  • an alumina is used as a catalyst containing other than the above-mentioned layered silicates.
  • the catalyst is added to the same as described above in an amount of 0.3-6.0% of the comminuted raw material.
  • the catalyst is added slurried in carrier oil.
  • the invention relates to a process as described above, characterized in that the coal formed as a reaction product is separated continuously. This separation can be done by means of a decanter.
  • the separation of the coal formed takes place in the flow-calmed lower part of the reactor 2.
  • the separation takes place the coal from the reactor 2 together with adhering carrier oil; the coal / carrier oil mixture can be separated from one another in one or more subsequent treatment steps.
  • This separation may be due to gravitational / centrifugal force and / or thermal (ie, evaporation of the heavy oil, possibly at reduced pressure); Both principles can also be used. Typically, both principles, first stage decanter, second stage evaporation, are applied one after the other.
  • the invention relates to a process as described above, characterized in that the carbon formed as a reaction product is separated continuously and the separated coal is mixed with emerging product water to exclude air.
  • the mixture under exclusion of air is advantageous because the separated coal is initially very hot and would burn off automatically if air enters immediately.
  • the formed coal sludge is a common form for the transport and the use of finely divided coal / coal dust. This process variant also allows the disposal of possibly contaminated product water without further purification of the same.
  • An advantage of the process control according to the invention is the favorable energy and mass balance.
  • Another advantage of the process control according to the invention is the robustness of the process both in terms of fluctuations in the quality of the biogenic raw material as well as in relation to the necessary plant components.
  • a further advantage of the process control according to the invention is that all volatile components are evaporated in the reactor 1 and 2, and thus a separate evaporation tank can be dispensed with.
  • a further advantage of the process control according to the invention is that the comminution of the biogenic raw material must take place only at the beginning of the overall process and a comminution between the individual process steps can be dispensed with.
  • the plant according to the invention comprises:
  • the plant according to the invention comprises a comminution device (for comminution of the supplied biogenic raw material (in the case of wood to chips)) which precedes the impregnator.
  • the system according to the invention comprises a thermal deoiler / entraining screw (for further separation of carrier oil and formed coal), which is connected downstream of the decanter or connected in parallel thereto.
  • the system according to the invention comprises a heat exchanger (for separating the free and capillary water generated from the gas phase in the impragnator) which is assigned to the impragnator.
  • the system according to the invention comprises a condenser (for separating the mixed steam produced in the reactors 1 and 2) which is assigned to the reactors 1 and 2.
  • the system according to the invention comprises a three-phase separator (for separating the condensate generated in the converter) which is assigned to the condenser.
  • the system according to the invention comprises a gas engine which burns some or all of the gases accumulating in the system (from impragnator, condenser, rectification, venting of the coal slurry tank) and thus serves to generate electricity and / or heat.
  • the system according to the invention comprises a diesel engine which burns some or all of the product oils produced in the system and thus serves to generate electricity and / or heat.
  • the system according to the invention comprises a tank which is connected downstream of the de-oiler (for receiving a part or all of the coal produced and part or all of the aqueous phases produced in the system) and the generated
  • this tank is equipped with a stirring device.
  • this tank is designed airtight. These measures allow the simple production of a coal / water suspension.
  • the plant according to the invention comprises screws for transporting the reaction mixture from the three container impregnator, reactor 1, reactor 2 into the respective downstream part of the installation.
  • the inventive system can be stationary or mobile.
  • the throughput of mobile systems for example, for land- economy
  • 5 tons of biogenic raw material with stationary plants up to several thousand tons biogenic raw material per day amount, obviously dependent on the dimensioning of the entire plant regarding their employment.
  • the dimensioning of the system can be done by an enlargement / reduction of the individual plant parts or by parallel connection of system parts.
  • the inventive system can be operated with only one crushing device; In particular, a dispersion between impregnator and reactor 1 is not necessary. This can The amount of necessary carrier oil can be reduced and overall the heat balance can be improved.
  • the inventive system can be driven with a simple temperature profile.
  • Each container (impregnator, reactor 1 and 2) is operated at a specific temperature; a stepped temperature control is not necessary. This increases plant safety and is also an advantage when scaling up.
  • Waste heat is recirculated via heat exchangers of the plant and thermal insulation is provided at all relevant locations.
  • Crusher / pre-dryer If the biogenic raw material used is not crushed to a sufficient extent, this is introduced into a first crushing device. This may for example be a hoe, a shredder or a mill, in which a reduction of the supplied raw material up to a particle size of 1 - 5 mm or smaller, takes place. In the case of wood chips are produced with dimensions in this area.
  • the shredded raw material is fed to a drying plant. In this, the raw material is pre-dried by means of warm air of usually a dry content of 50-60% to a dry matter content of over 80%. As If the raw material is pre-dried, it is not very critical and depends essentially on the design of the subsequent impregnator.
  • the shredded and pre-dried raw material is entered from the drying plant via appropriate transport facilities with, for example, conveyor belts or screw conveyors in a lock. This lock serves to seal the air of the subsequent impregnator and can be designed as a rotary valve.
  • Impregnator This is done in the impregnator
  • the impregnator essentially the remaining free and capillary water of the biogenic raw material is vaporized.
  • the impregnator is advantageously heated indirectly by the generated waste heat of the exhaust gases of the gas engine / diesel engine via a thermal oil circuit to 150-200 ° C. It was found that up to 200 ° C no serious chemical change of the wood structure takes place and the highest possible temperature in the
  • the steam is preferably condensed separately from the other condensation plants by means of a cooled with cooling water heat exchanger.
  • the condensate can be diverted into a collecting tank together with the later developing process water.
  • the non-condensing gas portion of the vapor can be passed (eg by means of a blower) to a gas engine.
  • the discharge of carrier oil is preferably carried out only by adhering to the solid biogenic raw material.
  • the amount of carrier oil discharged may be 100-300% of the amount of raw material raw material.
  • the ultimately completely impregnated with carrier oil biogenic raw material decreases due to its higher density in the impregnation tank.
  • the determination of the throughput of biogenic raw material via a metering and weighing device in the still dry feed to the impregnator is equipped with a stirrer in order to improve the heat transfer.
  • the impregnator is provided in the gas space with bubble trays to minimize the formation of aerosol in the evaporation of water. Preferably, two bubble trays are provided.
  • the carrier oil supply is level-regulated both from the bottom product of the rectification plant described below, as well as from the purified, re-heated centrate of the decanter described below.
  • Reactor 1 In reactor 1, after the catalyst has been added, essentially the decomposition of the catalyst is carried out
  • the temperature in the reactor 1 is set by heating (eg electrically) to 300-400 ° C, preferably 350-370 ° C. It is advantageous to rapidly heat the raw material soaked in carrier oil (200 ° C. in the feed) to above 300 ° C., preferably to 350 ° -370 ° C., since this positively influences the product yield and minimizes coal production. In general, 90% of the reaction conversion (to product oil, water, coal and gas) is achieved within 2 min and within 10 min 100% of the
  • the reactor 1 is equipped with a stirrer, so as to increase the turbulence in the container and to prevent the formation of deposits on the heating surfaces. It is advantageous to use a stirrer with attached wipers, so that thorough mixing is ensured and at the same time the cleanliness of the walls is ensured.
  • the reactor 1 is designed so that there is a flow-calmed zone in the lower region, in which the possibly formed granular coal settles together with not yet dissolved raw material.
  • the reactor 1 is equipped with one or more (preferably two) bubble trays, which minimize the aerosol formation and thus the carryover of carrier oil into the vapor phase.
  • the mixed steam of the reactor 1 (which substantially Water vapor, product oil vapor and entrained Shinöl- aerosol (up to 50%) contains) the following condenser (possibly after combination with mixed steam of the reactor 2) supplied.
  • the carrier oil excess together with finely suspended coal is fed to reactor 2.
  • this resulting reaction mixture is conveyed via a screw conveyor into the reactor 2.
  • Coal separated from adhering carrier oil Coal separated from adhering carrier oil.
  • a screw decanter is used in which the coal is separated from the carrier oil by centrifugal force (e.g., at 3000-400 Og). Typically, a residual oil content of 10-20% by mass is achieved and free-flowing coal is obtained. This coal can be fed to a subsequent Entöler.
  • the hot carbon-containing carrier oil (temperature at the end of the reactor 2: typically 37O ° C) is cooled to less than 100 ° C.
  • a regenerative heat exchange carrier oil / centrate can be fed in the feed of the decanter by means of two Heat exchangers take place.
  • a third cooling water-cooled heat exchanger is installed, which allows improved regulation of the inlet temperature of the decanter (for example, a maximum of 100 ° C.).
  • reheater In an advantageous embodiment, after the regenerative heat exchangers in Zentrat Weglauf for the impregnator and the reactor 1/2 reheater are provided. Such reheater can be electrically heated for the impregnator with thermal oil and for the reactors 1/2.
  • De-oiler In a preferred embodiment, the reactor 2 and / or the decanter are followed by a de-oiler (for example a de-oiling screw).
  • a de-oiler for example a de-oiling screw
  • the coal is strongly heated with the adhering carrier oil, e.g. to 500 - 600 ° C (preferably electrically heated) and thus completely evaporated the carrier oil.
  • the adhering carrier oil e.g. to 500 - 600 ° C (preferably electrically heated) and thus completely evaporated the carrier oil.
  • the adhering carrier oil e.g. to 500 - 600 ° C (preferably electrically heated)
  • the oil content of the incoming mixture is low, resulting in a low amount to be evaporated and therefore has a favorable effect on the energy balance.
  • rotary valves can be arranged at the entrance and at the exit of the deoiler.
  • the resulting carrier oil vapor is preferably condensed; the resulting condensate can
  • Coal Mud Container In a preferred embodiment, the glowing coal originating from the deoiler is fed to a coal slurry container and blended with (or quenched) part or all of the water condensate of the process to exclude air. Preferably, the entire water condensate is supplied. Any resulting gases are fed to the gas engine. The resulting coal sludge can be utilized as fuel.
  • the container is advantageously equipped with a stirrer.
  • Condensers In a preferred embodiment, the resulting mixed steam from the reactor 1/2 is fed to a condensation plant.
  • the condensation plant initially comprises a pipe heat exchanger cooled with product oil (for heating the product oil of the rectification plant and thus recovery of heat recovery), followed by a cooling water-cooled heat exchanger ("condenser") in which it is cooled to about 35 ° C.
  • a mixture falls - Condensate of three phases
  • the non-condensing gas component can be fed to the gas engine at the lower end of the condenser, eg via a mist eliminator and a downstream fan.
  • Phase Separator In a preferred embodiment
  • the mixed condensate obtained in the condenser is fed to a phase separator.
  • the mixed condensate typically consists of an oily phase with a density of about 0.835 g / cm 3, an aqueous phase with a density of about 1. 03 g / cm 3 and a tarry heavy phase with a density of about 1.3 g / cm 3 and can be separated statically under the influence of gravity into three immiscible liquid phases. This can be done via dipping weirs and appropriately arranged overflows in a communicating separator due to the immiscibility and the density difference.
  • the liquids obtained are fed to three intermediate containers in order then to be supplied to a further treatment.
  • the three products, the oily phase, the aqueous phase and the tarry heavy phase are treated differently or disposed of.
  • the three phases are further treated.
  • the oily phase (consisting of the fuel components and up to 50% carrier oil) is advantageously first fed to a centrifugal separator in order to separate off heavy oil components and turbid substances, which can be supplied, for example, to the tarry heavy phase.
  • the resulting concentrate can be fed to a preheater in the form of the tubular heat exchanger installed in the mixed steam flow and heated again and finally heated to 250-280 ° C. via a carrier oil-heated secondary heat exchanger. Thereafter, the heated oil relaxes into the rectification column where the fuel component evaporates.
  • the aqueous phase is preferably fed to the coal slurry tank.
  • the tarry heavy phase can be either pumped back into the reactors, or mixed with the coal sludge (external) disposed of.
  • Rectification The purpose of rectification is to carry out the final separation of the fuel components from the carrier oil.
  • the rectification of such product mixtures is known per se, the choice of apparatus and operating points is essentially determined by the desired product composition.
  • the desired product composition For example, in a vacuum distillation column at a pressure of about 50 mbar absolute pressure due to the different Siedebetreiche of carrier oil and product oil separation by simple distillation is possible.
  • the carrier oil component having a boiling range of 300-400 ° C remains in the bottom product and is partially or completely (preferably completely) recycled to the impregnator.
  • the further fractional condensation in the upward flow carried out by means of an air-cooled, built into the column pipe heat exchanger to a separation temperature of 100-120 ° C, wherein the resulting middle distillate (diesel), for example, via a bubble tray and aftercooler is discharged into a tank.
  • another air-cooled tube heat exchanger may be arranged, which cools the product vapor to eg 60 - 70 ° C and the light distillate (gasoline) is withdrawn through a further bubble tray in a tank.
  • a head condenser cooled with cooling water can be arranged, with the product vapor being finally cooled to about 35 ° C.
  • This liquid top product in a proportion of 2-3%, is often odor-laden, since it contains many aromatics and aldehydes, and can also be disposed of via a tank ultimately either in the gas engine, or in a torch, or in the coal sludge.
  • Plant parts for energy generation can be assigned to the plant according to the invention.
  • the products of the plant gas, product oil, coal or coal sludge
  • energy can be generated via a gas engine into which all combustible residual gases (eg from the imprammer, the condenser, top gas of the rectification and the venting of the coal sludge tank) are carried.
  • a gas engine into which all combustible residual gases (eg from the imprammer, the condenser, top gas of the rectification and the venting of the coal sludge tank) are carried.
  • As a buffer for example, a balloon-shaped gasometer can act, on the degree of filling of the gas engine is controlled. If the gasometer becomes full despite the 100% power of the gas engine, the excess gas can be discharged into the emergency flare, which also supplies the spring-loaded overpressure safeguards of all overpressure-hazarded plant components.
  • a diesel engine operated with the product oil can function.
  • a thermal oil heater can be arranged, with which a flow temperature of about 350 ° C, with an exhaust gas temperature of the engine of about 400 ° C, is made possible.
  • This thermal oil can be in a closed circuit and can be used to heat the indirectly heated impregnator, the reboiler of the product oil before the rectification and the reheater for the return Zertrat - decanter to the impregnator.
  • the diesel combined heat and power plant can be designed either to meet the own energy needs of the oiling plant (electricity and heat) at maximum fuel production, or also to supply green electricity to a public grid for 100% on - site electricity generation. In any case, optimal heat recovery and possibly also a decoupling of low-temperature heat for external heating purposes are advantageous.
  • Cooling tower can be provided for the cooling water supply to the condenser of the impregnator steam, the condenser of the reactor mixed steam and the top condenser of the rectification column. Further cooling points are possible product coolers in the course of the rectification column. Such cooling towers are well known; In connection with the plant according to the invention, a cooling water inlet temperature of about 30 ° C. at a return temperature of about 50 ° C. is advantageous. The evaporation evaporation loss is compensated by fresh water addition, to avoid salification about 10% of the additional water can be drained into a channel.
  • Expansion tank On the one hand, an expansion tank can be used for initial filling with carrier oil, on the other hand for emptying the system (eg for maintenance purposes) are provided.
  • the individual parts of the system can be heated directly or indirectly. Furthermore, the heating can be done electrically or by means of heat ⁇ carrier. These heating methods and their combinations are familiar to the person skilled in the art and are included in the present application.
  • the reactors 1 and 2 are preferably electrically heated.
  • reactor 1 and reactor 2 A ⁇ directions for reducing the formation of aerosol are in the gas space of impregnator, see superiors.
  • Such devices are familiar to the expert;
  • bubble-cap trays, preferably 2 bubble-cap trays per apparatus, are mentioned.
  • the Imrägnator and also the second reactor can be omitted.
  • the present invention therefore also relates, in an alternative embodiment, to a plant which does not contain these elements.
  • Decanter and Entöler connected in parallel, so that the decanter fine-grained coal, the coaleser coarse-grained coal is supplied.
  • the process according to the example comprises the subsections of material conversion, energy supply, waste material utilization, raw material supply.
  • the material conversion takes place catalytically with the addition of a mineral catalyst in an oily carrier liquid in several steps:
  • Impregnator wood chips are indirectly heated to 200 ° C in about twice the amount of carrier oil, the free and capillary water is evaporated and the chips are completely saturated with oil. The derived vapor is condensed and the condensate is passed into a water tank after phase separation. The uncondensed gas component is fed to the gas engine. Because of the high density, the chips sink and are detected at the lower end of the impregnator by a conveyor and fed to the reactor 1.
  • Reactor 1 In the reactor 1, with a volume of 1500 1, the oil-impregnated wood is introduced into the electrically heated carrier oil at 370 ° C and distributed by means of a stirrer. Here, the main reaction takes place, the wood is divided into four phases: coal, product water, oil and gas. The oily and aqueous phase vaporizes and leaves the reactor via the steam line. The carbon phase remains in the carrier liquid and is conveyed into the reactor 2.
  • Reactor 2 Raw material which has not yet reacted is aftertreated in reactor 2 (volume: 1500 l). Furthermore, here is the separation of coarse and fine coal, the fine coal is required in a decanter, the coarse coal dropped on a Forderer in the Entöler. Decanter: In the decanter, after cooling to 100 ° C via the centrifugal force, the carbon phase is separated from the carrier oil.
  • Entöler In an electrically heated screw, the residual sol adhering to the coal is evaporated at 500-600 ° C, the dust is dedusted and then condensed. The condensate is returned to the carrier oil circuit.
  • Condensers The mixed steam from reactor 1 and reactor 2 is first pre-cooled in a product refrigerator and then cooled in the condenser to about 35 ° C.
  • Phase Separator The resulting 3 phases (product oil, water and heavy oil) are separated by density and extracted into three tanks.
  • Rectification The productol phase is first freed of heavier parts via a seperator and then reheated via the heat exchanger in the mixed steam.
  • a re-heater with carrier oil and an electric heater allow a temperature of about 250 ° C with the product oil is relaxed in the rectification.
  • the operating pressure here is about 50 mbar.
  • In the column fall the phases Schwerol / Tragerol as the bottom phase, the middle distillate phase (diesel), the light distillate phase (gasoline) and the head phase as separate fractions.
  • the individual fractions are derived or returned to the respective tanks, the uncondensed gas fraction is sucked into the gas engine.
  • a cooling tower with automatic blowdown serves to recool the cooling water circuit.
  • the fresh water requirement is about 600 l / h, Abschlammenge about 50 l / h.
  • the plant is supplied with electricity and heat via the two integrated gas / diesel combined heat and power plants, which supply the plant with the necessary electricity and heat energy.
  • a grid connection with approx. 500 kW is planned.
  • Heat demand average 100 kWth
  • Electricity consumption average 100 kWel
  • the design is based on 50/450 kWel and the heat consumption on 200 kWth
  • the de-oiled coal is mixed with the resulting process water and, stored in a container and fed as sludge for further use.
  • the supply of biogenic raw material (hops) takes place continuously in the impregnator.
  • the supply of catalyst is carried out continuously at the ejection of the feed screw into the reactor. 1
  • the charcoal mixed with the product water is fed to a cogeneration plant.
  • the lean gas (about 700 Nm3 per day) is used in a gas engine with about 50 kWel; the waste heat of the exhaust gases is recovered as process heat.
  • the product oil (P ⁇ L 2450 kg / day equivalent to 2934 l / day) is stored intermediately and used directly in a low-speed (1500 rpm) diesel engine to generate approximately 470 kWel of electricity.
  • the engine waste heat of the exhaust gases is returned to the thermal oil heating and consequently as process heat in the system. With deduction of about 100 kWel of own electricity consumption, this results in a surplus of 300 - 420 kWel, which is to be fed as green electricity from biomass into the grid of the energy supply company.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Treibstoffen aus biogenen Rohstoffen sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Anlage und Verfahren zur Erzeugung von Treibstoffen aus biogenen Rohstoffen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Treibstoffen aus biogenen Rohstoffen sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens .
Zur Erzeugung von Treibstoffen aus biogenen Rohstoffen sind gemäss dem Stand der Technik verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden.
Eines der vorgeschlagenen Verfahren ist die Flash-Pyrolyse von Biomasse in einem heissen Sand- Fliessbett mit anschliessender rascher Kondensation der entstandenen Pyrolyseöle. Ein weiteres vorgeschlagenes Verfahren ist das sogenannte COREN-Verfahren, das ein mehrstufiger Prozess ist. In der ersten Stufe erfolgt eine Vergasung mittels Sauerstoff, das sogenannte Carbo-V Verfahren zur Herstellung von Synthesegas (H2, CO, CO2) . In der zweiten Stufe erfolgt eine Synthesegasreinigung und Cθ2~Wäsche. In der dritten Stufe erfolgt die Fischer-Tropsch Synthese, welche mittels Katalyse und Kondensation schlussendlich zu Diesel führt.
Weiterhin vorgeschlagen ist ein Flugstrom- vergasungsverfahren, gemäss welchem in einem Inertgasstrom indirekt beheizt, ohne Katalyse, in mehreren Verfahrensstufen mit anschliessender Kondensation Koks, Pyrolysegas und Pyrolyseöl erzeugt wird.
DE 100 49 377 C2 beschreibt ein Verfahren zum Verölen von Kunststoffen, Fetten, Ölen und anderen kohlenwasserstoffhaltigen Abfällen. Dabei kann mit Hilfe eines Katalysators aus Natriumaluminiumsilikat in einem Umlaufverdampfer im Kreislauf mit einem Grundöl Diesel erzeugt werden, der im Anschluss durch Destillation abgetrennt und damit gewonnen wird.
DE 199 41497 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur katalytischen Verölung von Holz durch schwelen, verbrennen der geschwelten Rückstände und Verbrennen der Schwelprodukte in einen Behälter mit Wabenverbrennungskatalysatoren am oberen Ende.
US 4648965 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von flüssigen Produkten aus kohlenstoff- haltigen Ausgansmaterial, welches anorganische, kata- lytisch aktive Bestandteile enthält.
US 4038172 beschreibt ein Hochdruckverfahren zur Behandlung sauerstoffhaltiger Ausgansmaterialien, z.B. Holz, unter Verwendung einer „red clay catalyst composition" in Gegenwart von Kohlenmonoxid.
WO2006131293 betrifft Verfahren zur
Erzeugung von Treibstoffen aus biogenen Rohstoffen sowie eine Anlage und Katalysatorzusammensetzung zur Durchführung des Verfahrens. Das dort offenbarte Verfahren umfasst eine zweistufige Reaktionsfolge bei 150 - 250°C(„Reaktion") und 250-300°C ( „Reifen" ) .
Diese verschiedenen vorgeschlagenen Verfahren weisen jedoch verschiedene Nachteile auf.
Der Nachteil der Flash-Pyrolyse mit anschliessender Kondensation liegt in den hohen
Reaktionstemperaturen und der schlechten Qualität der erhaltenen Pyrolyseöle. Diese enthalten einen zu hohen Teer-, Sauerstoff- und Wasseranteil und sind als Treibstoffe ungeeignet. Das CHOREN-Verfahren bedingt eine sehr aufwendige und damit teure Anlagetechnik und ergibt eine sehr geringe energetische Ausbeute von ca. 40%. Daraus resultieren hohe Betriebskosten, die das Verfahren unwirtschaftlich limitieren.
Das Flugstromvergasungsverfahren erzeugt wegen der nötigen hohen Temperaturen eine grosse Menge Gas und Koks, die Ölausbeute ist nur halb so gross wie bei der Flüssigverölung und die Ölqualität ist unzureichend.
Das katalytische Umlaufverdampferverfahren nach der DE 100 49 377 C2 ist für Biomasse (wie z.B. Holz) ungeeignet, da Biomasse nur wenige Kohlenwasserstoffe enthält und vorwiegend aus Kohlehydraten wie Lignin und Zellulose aufgebaut ist. Weiterhin wird Biomasse im Umlaufverfahren nicht rasch genug aufgelöst und damit zu einem grossen Teil über die offenbarte Feststoffschleuse gleich wieder ausgeschieden. Ausserdem ist ein fossiles Trägeröl, das laufend ergänzt werden muss, erforderlich. Zudem ist der eingesetzte Katalysator "Natriumaluminiumsilikat" (Molekularsiebpulver) sehr teuer und erhöht damit die Betriebskosten. Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens ist, dass verfahrensbedingt die Heizflächen zu starker Belagsbildung bei Holzeinsatz neigen und damit ein wirtschaftlicher Betrieb nicht möglich ist. Schlussendlich entsteht bei Einsatz von Holz als Rohstoff auch zusätzlich relativ viel Kohle als Reststoff, dessen wirtschaftliche Verwertung oder Entsorgung beim Umlaufdampfverfahren problematisch ist.
Auf Grund der limitierten Vorräte an den fossilen Brennstoffen Erdöl und Erdgas besteht das Bedürfnis, Treibstoffe aus erneuerbaren Quellen zu erzeugen. Insbesondere besteht ein Bedürfnis, Treibstoffe wie Gasöl, Dieselkraftstoff und Benzin aus Biomasse, insbesondere aus Holz, zu erzeugen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines alternativen Verfahrens und einer entsprechenden Anlage zur Herstellung von Treibstoffen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Verfahren zur Erzeugung von Treibstoffen aus biogenen Rohstoffen zur Verfügung zu stellen. Eine wie- tere Aufgabe ist es eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, dass die erwähnten Nachteile nicht aufweist. Von besonderer Bedeutung ist, eine wirtschaftlich operierende Anlage zur Verfügung zu stellen, die qualitativ hochwertige Produkte erzeugt, mit guter Ausbeute arbeitet und geltende Emissionsgrenzen erfüllt.
Die vorstehend umrissenen Aufgaben werden gemäss den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Die abhängigen Ansprüche stellen vorteilhafte Ausführungsformen dar. Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Erzeugung von Treibstoffen aus biogenen Rohstoffen. Die Erfindung betrifft weiter eine Anlage zur Erzeugung von Treibstoffen aus biogenen Rohstoffen.
Sofern sich aus dem direkten Zusammenhang keine andere Bedeutung ergibt, haben die folgenden Begriffe die hier angegebene Bedeutung
„Biogene Rohstoffe" bzw. „Biomasse" bezeichnet die durch Lebewesen laufend biochemisch synthetisierten organischen Substanzen und daraus hergestellte oder extrahierte Folgeprodukte. Die biogenen Rohstoffe können, je nach produzierendem Organismus, in die Bereiche pflanzliche, mikrobielle und tierische Biomasse gegliedert werden. Pflanzliche Biomasse umfasst beispielsweise Holz, Laub, Stroh, Kleie, Heu, Getreide, Pressrückstände aus dem Obst und Weinbau, Rübenschnitzel, Grünschnitt, Garten- und landwirtschaftliche Abfälle, aber auch Folgeprodukte wie Restholzprodukte, Stärke,
Zucker, Zellulose, Altpapier, sowie Pflanzenfette und Öle und deren Pressrückstände. Mikrobielle Biomasse umfasst beispielsweise getrockneter Klärschlamm, sowie Fermenterund Gärrückstände. Tierische Biomasse umfasst beispielsweise Reste aus der Tierhaltung, der
Fischindustrie und Fleischindustrie, Restprodukte aus der Milch- und Käseindustrie aber auch Tiermehl, Tierfette und Tieröle. Biogene Rohstoffe können flüssig oder fest vorliegen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung in pflanzliche Biomasse bevorzugt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist weiterhin feste Biomasse bevorzugt. Besonders bevorzugt wird Biomasse aus Holzpflanzen oder einjährigen Pflanzen gewonnen. Als Beispiele seien angeführt Holz, wie Baumstämme, insbesondere nicht industriell verwertbare Baumstämme,
Äste, Bruchholz, Abfallholz von Holzverarbeitungsanlagen; Gartenabfälle und landwirtschaftliche Abfälle.
„Treibstoffe" sind dem Fachmann bekannt; der Begriff bezeichnet allgemein Kohlenwasserstoff-haltige Verbindungen und Gemische wie sie in Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt werden können. Der Begriff schliesst auch solche Stoffe und Stoffgemische ein, die bestimmte Normen für Treibstoffe nicht erfüllen aber als Vorprodukt geeignet sind. Insbesondere bezeichnet der Begriff Stoffgemische enthaltend C6-C25 Aklane, C6-C25 Alkene, C6-C25 Alkine, C3-C25 Cycloalkane, C3-C25 Cylclo- alkene und/oder C6-C25 Aromaten; diese Definitionen schliesst auch alkylsubstituierte Verbindungen wie z.B. Toluol oder Methylcyclohexan sowie verzweigte Verbindungen wie z.B. 2-Ethylhexan ein.
„Trägerflüssigkeit" bzw. „Trägeröl" bezeichnet eine unter Reaktionsbedingungen weitgehend inerte oder inerte Flüssigkeit. Eine Flüssigkeit ist dann „weitgehend inert" wenn sie bei einem Reaktionszyklus zu mindestens 90% unverändert bleibt. Diese Flüssigkeit ist geeignet, den Katalysator und den biogenen Rohstoff zu suspendieren. Besonders geeignete Trägerflüssigkeit ist Schweröl, welches bei der
Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens laufend entsteht. Alternative Trägeröle, geeignet insbesondere beim Anfahren einer Anlage, sind Gasöl, Diesel oder deren Mischung. Weitere alternative Trägeröle sind synthetische paraffinische Grundöle mit einem Siedebereich über 400°C, oder Polyethylenglykole mit entsprechender thermischer Stabilität. Die Trägerflüssigkeit ist mit dem biogenen Rohstoff und dem Katalysator während des Verfahrens in direktem Kontakt. „Thermoöl" bezeichnet eine Flüssigkeit zur indirekten Wärmeübertragung im erfindungsgemässen Verfahren. Geeignete Thermoöle sind dem Fachmann bekannt, und können auf Silikonölen oder Kohlenwasserstoffen basieren. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können beliebige, der Reaktionstemperatur angepasste Thermoöle verwendet werden. Das Thermoöl ist mit biogenen Rohstoff und Katalysator während des Verfahrens nicht in direktem Kontakt.
„Mineralischer Katalysator" bzw. „Kata- lysator" bezeichnet eine natürliche, mineralischen Tonerde, die typischerweise die aktiven Bestandteile Montmorriolit, Illit und/oder Smectit enthält. Bevorzugt wird die Tonerde zuerst getrocknet und feingemahlen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die feingemahlene Tonerde mit Trägerflüssigkeit vermischt, so dass der Katalysator in Form einer Aufschlämmung in vorliegt ( „Katalysatoraufschlämmung" ). Bevorzugt werden Tonerden verwendet, die mindestens 50% Massen-% eines Schichtsilikates, besonders bevorzugt Montmorriolit , Illit und/oder Smectit, enthalten.
Die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung gegebenen allgemeinen, bevorzugten und besonders bevorzugten Ausführungsformen, Bereiche usw. können beliebig miteinander kombiniert werden. Ebenso können einzelne Definitionen, Ausführungsformen usw. entfallen bzw. nicht relevant sein.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Beispiel für eine erfindungsgemässe Anlage. Nachfolgend wird die Erfindung, insbesondere das Verfahren und die Anlage, unter Bezugnahme auf die Fig. 1 näher erläutert. Gezeigt werden in diesem Schema die beiden Haupteinheiten für StoffUmwandlung („Core Unit") und Energiemanagement („Powerplant"), nicht jedoch die RohstoffVorbereitung und die Verwertung der Produkte Kohle, Treibstoffe, Wasser.
Ein erster Aspekt der Erfindung, ein
Verfahren zur Erzeugung von Treibstoffen aus biogenen Rohstoffen, wird nachstehend näher erläutert.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Treibstoffen aus biogenen Rohstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gemisch enthaltend i) zerkleinerten, getrockneten, biogenen Rohstoff; ii) Trägerflüssigkeit und iii) mineralischem Katalysator aus Tonerde, welcher Montmorriolit, Illit und/oder Smectit enthält, unter Erwärmung auf 300 - 400°C (insbesondere: über 300°C bis 400°C), zur Reaktion gebracht wird und der entstehende Treibstoff vom Reaktionsgemisch abgetrennt wird. Der Begriff biogener Rohstoff ist vorstehend erläutert. Typischerweise wird der Rohstoff „zerkleinert" dem Reaktor zugeführt, d.h. in Form von Spänen, Schnipseln, Häcksel, Formstücken oder dergleichen so dass eine schnelle und vollständige Imprägnation und/oder Reaktion möglich ist. Welche Grosse geeignet ist, hängt vom ver- wendeten biogenen Material ab und kann in einfachen
Versuchen bestimmt werden. Typischerweise sind 90% des dem Reaktor zugeführten biogenen Rohstoffs 0.01- 10cm3, bevorzugt 0.2 - 5cm3 gross. Bei der Verwendung von Holz hat sich eine Kantenlänge von ca. 0.5*1.0*1.0 cm als Obergrenze bewährt. Strohhäcksel kann so verwendet werden, wie es in der Landwirtschaft anfällt. Typischerweise wird der Rohstoff getrocknet, d.h. mit einer Restfeuchte von unter 20% dem Reaktor zugeführt. Die Reaktionsprodukte des erfindungsgemässen Verfahrens lassen sich in 4 Gruppen aufteilen: i) nicht kondensierbare Gase; ii) Produktöl; iii) Kohle und iv) Prozesswasser. Das anfallende Produktöl erfüllt entweder sofort die vorstehend genannten Kriterien eines „Treibstoffes" oder muss noch nachbehandelt werden (z.B. Rektifikation, Phasentrennung, Entgasen) , um diese Kriterien zu erfüllen. Die optimale Reaktionstemperatur hängt unter anderem von der Art des eingesetzten biogenen Rohstoffs ab. Für Holz liegt die bevorzugt Reaktionstemperatur bei 350-370°C, für andere Rohstoffe kann sie tiefer liegen (z.B. bei Stroh) oder auch höher liegen. Die im Einzelfall optimale Temperatur kann anhand von Routineversuchen bestimmt werden. Eine grosse Bandbreite an biogenen Rohstoffen kann im vorliegenden Verfahren verwendet werden. So können lediglich feste biogene Rohstoffe zum Einsatz kommen, oder lediglich flüssige biogene Rohstoffe oder Mischungen der beiden Typen von biogenen Rohstoffen. Sofern in der vorliegenden Erfindung auf zerkleinerte biogene Rohstoffe Bezug genommen wird, impliziert dies, dass zumindest ein Teil des eingesetzten biogenen Rohstoffes fest ist. In einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird demnach anstelle von zerkleinertem, getrocknetem, biogenen Rohstoff ein flüssiger biogener Rohstoff eingesetzt.
In einer weiteren alternativen Ausführungs- form wird demnach zusätzlich zum zerkleinerten, getrockneten, biogenen Rohstoff ein flüssiger biogener Rohstoff eingesetzt.
In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren, wie vorstehend beschrieben dadurch gekennzeichnet, dass zunächst zerkleinerter, getrockneter, biogenen Rohstoff bei 150 - 200°C mit Trägerflüssigkeit imprägniert wird. Die Menge an nötiger Trägerflüssigkeit für das Imprägnieren hängt unter anderem von der Körnung und der Struktur des jeweiligen biogenen Rohstoffes ab. Da das Trägeröl typischerweise sowohl auf die Oberfläche des Rohmaterials aufzieht als auch in die Poren einzieht, bindet feines poröses Rohmaterial mehr Trägeröl als Rohmaterial, welches grob und / oder ohne Poren ist. Bei gemischter Zugabe von fester und flüssiger Biomasse kann die Zugabe der flüssigen Biomasse sowohl in den Imprägnator als auch in den Reaktor 1 erfolgen. Ein Bereich von 100-300 % Trägeröl- aufnähme, bezogen auf atro (absolut trockenes) Rohmaterial, ist typisch. Da das getränkte Rohmaterial in der Folge in den Reaktor 1 gefördert wird, und somit Trägeröl aus dem Imprägnator mitnimmt, muss dieser Verlust durch Rückführung von Trägeröl ausgeglichen werden. Bei dieser Verfahrensvariante werden Imprägnierung und Reaktion in einer Anlage durchgeführt, was eine verbesserte Wärmekopplung und einfachere Reaktionsführung bewirkt. Alternativ kann biogenes Rohmaterial extern mit Trägerflüssigkeit imprägniert und angeliefert werden.
Unter Imprägnieren ist die innige Vermischung von Trägerflüssigkeit mit zerkleinertem biogenem Rohstoff zu verstehen, wobei der Rohstoff zumindest Teilweise von Trägerflüssigkeit getränkt wird. Überraschender Weise wird bei den vergleichsweise hohen Temperaturen der Imprägnierung noch keine wesentliche Zersetzung des biogenen Materials (insbesondere bei der Verwendung von Holz) beobachtet. Gleichzeitig wird ein Grossteil des im Ausgangsmaterial vorhandenen Wassers zu Verfahrensbeginn ausgetrieben, was einen insgesamt geringeren Massenstrom in den nachfolgenden Reaktionsschritten bewirkt.
Bei alleiniger Zugabe von flüssiger Biomasse ohne fester Biomasse, wie z.B. pflanzliche und tierische Fette und Öle (welchen typischerweise als Triglyceride vorliegen) kann auf die Imprägnierung verzichtet werden, so dass diese dem Reaktor 1, ggf. zusammen mit dem Katalysator, zugegeben werden können. An welcher Stelle flüssige Biomasse in das Verfahren eingebracht wird hängt u.a. von der Konzeption der Anlage und der Zusammen- Setzung der Biomasse (z.B. Wassergehalt) ab. Die
Zusammensetzung der Biomasse (z.b. Schwefel- und Stickstoffgehalt) beinflusst ebenfalls die Nachbehandlungsschritte zur Erzeugung von Treibstoffen. In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren wie vorstehend beschrieben, dadurch gekennzeichnet, dass die während der Imprägnation gebildeten Gase separat kondensiert werden. Die bei der Imprägnation entstehenden Gase enthalten überwiegend Wasserdampf, der aus der Verdampfung des kapillaren Wassers (Feuchtigkeit) des biogenen Rohstoffs entsteht, wohingegen der bei der Reaktion entstehende Mischdampf nur einen Wasserdampfgehalt im wesentlichen entsprechend dem in der Reaktion selbst entstehenden chemischen Prozesswasseranteil enthält. Es hat sich daher als vorteilhaft erwiesen, beide Gasströme separat zu kondensieren und ggf. separat weiterzubehandeln.
In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren wie vorstehend beschrieben dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktion von i) zerkleinerten, getrockneten, biogenen Rohstoff; ii) Trägerflüssigkeit und iii) mineralischem Katalysator in zwei aufeinander folgenden Reaktionsschritten durchge- führt wird, wobei die Reaktionstemperatur im zweiten Reaktionsschritt 0 - 3O°C höher liegt als im ersten Reaktionsschritt. Diese Verfahrensvariante führt zu einer verbessertem Produktmix, welches zu weniger Kohle und mehr Treibstoffen führt. In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren wie vorstehend beschrieben dadurch gekennzeichnet, dass die während der Reaktion gebildeten Gase separat kondensiert werden. Wie oben ausgeführt ist es ggf. vorteilhaft, die Gase aus Impräg- nator und Reaktor (en) wegen ihres unterschiedlichen
Wassergehaltes separat zu kondensieren und dann einer ggf nötigen Weiterbehandlung zu unterziehen. In einer weiteren Ausfϋhrungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren wie vorstehend beschrieben dadurch gekennzeichnet, dass die während der Reaktion gebildeten Gase separat kondensiert werden und die kondensierten Gase in Ihre Phasen aufgetrennt und separat weiterverarbeitet werden. Der aus den Reaktoren austretende Mischdampf bildet nach der Kondensation typischerweise eine nicht kondensierbare gasförmige Phase (d.h. eine Phase, deren Komponenten bei Normalbedingungen im überwiegend gasförmig sind) und drei flüssige Phasen: eine Produktölphase, eine wässrige Phase und eine Schwerölphase. Zur optimalen Stoff- und Energienutzung im Verfahren bietet es sich an, diese drei flüssigen Phasen über die unterschiedliche Dichte zu trennen und separat weiter zu verarbeiten.
In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren wie vorstehend beschrieben dadurch gekennzeichnet, dass die im Verfahren gebildeten, nicht kondensierbaren Gase teilweise oder vollständig einem Gasmotor zugeführt werden. Für die gebildeten Gase stehen verschiedene Verwendungen offen; sie können entweder abgefackelt werden, in einem Gasmotor verbrannt werden oder in einem Träger gelöst / adsorbiert werden. Die einzelnen Verfahren können auch miteinander kombiniert werden. Welche Verwendung getroffen wird, hängt u.a. von wirtschaftlichen und (sicherheits-) technischen Überlegungen ab. Bevorzugt wird ein Grossteil oder die gesamte anfallende Gasmenge einem Gasmotor zugeführt, um eine optimale Energieausnutzung (thermisch / elektrisch) des eingesetzten biogenen Rohstoffs zu ermöglichen.
In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren wie vorstehend beschrieben dadurch gekennzeichnet, dass die im Verfahren gebildeten Treibstoffe teilweise oder vollständig einem Dieselmotor zugeführt werden. Für die gebildeten Treibstoffe stehen verschiedene Verwendungen offen: Sie können entweder (ggf- nach weiterer Veredlung) kommerzialisiert werden, oder im Rahmen betriebsinternen Bedarfs weiter verwendet werden. Bei Zufuhr zu einem Dieselmotor kann so den Eigenenergiebedarf der Anlage teilweise oder vollständig gedeckt werden. Welche Verwendung getroffen wird, hängt u.a. von wirtschaftlichen Überlegungen und der Produktqualität ab.
In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren wie vorstehend beschrieben dadurch gekennzeichnet, dass die Abgase der Motoren einer Wärmerückgewinnung zugeführt werden. Diese Massnahme verbessert die Energiebilanz der Anlage.
In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren wie vorstehend beschrieben dadurch gekennzeichnet, dass die Motoren der Erzeugung elektrischer Energie dienen. In einer Ausführungsform werden alle entstehenden Gase zur Energieerzeugung verwendet. In einer weiteren Ausführungsform wird der Dieselmotor jedoch nur insoweit zur Energieerzeugung verwendet, wie es zum Eigenbedarf der erfindungsgemässen Anlage notwendig ist.
In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren wie vorstehend beschrieben dadurch gekennzeichnet, dass Katalysator zusammen mit dem biogenen Rohstoff zu Beginn des Verfahrens und/oder nach der Imprägnation und vor der Reaktion zugefügt wird. Der Katalysator kann als Feststoff oder als Suspension / Auf- schlämmung in den Reaktor 1 zugeführt werden. Optional kann in Reaktor 2 nochmals Katalysator zugegeben werden. Die im erfindungsgemässen Verfahren verwendete Katalysatorzusammensetzung wird nachstehend näher erläutert: Die Katalysatorzusammensetzung, enthält i) Tonerde, welche Montmorriolit , Illit und/oder Smectit enthält und ii) Trägerflüssigkeit. Das Verhältnis von
Tonerde zu Trägerflüssigkeit kann in einem weiten Bereich variiert werden. Einerseits ist eine hohe Katalysatorkonzentration wünschenswert, andererseits muss eine einfache und sichere Handhabung in der Anlage gewähr- leistet sein. Typischerweise enthält die Katalysatorzusammensetzung 10 - 90 Massen-% Tonerde, bevorzugt 20 - 75 Massen-%, beispielsweise 50 Masssen-%. Als geeignete Trägerflüssigkeit sei hochsiedendes Schweröl genannt. Bevorzugt wird als Trägerflüssigkeit hochsiedendes Schweröl verwendet, welches während der Durchführung des Verfahrens laufend entsteht. Die Tonerde enthält bevorzugt 20 - 75 Massen-% Montmorriolit, Illit und/oder Smectit und besonders bevorzugt 50 % Massen-% Montmorriolit, Illit und/oder Smectit. In einer alternativen Ausführungsform wird eine Tonerde als Katalysator verwendet die andere als die oben genannten Schichtsilikate enthält. Bevorzugt wird der Katalysator wie vorstehend beschrieben in einer Menge von 0,3 - 6,0 % des zerkleinerten Rohstoffes demselben zugegeben. Bevorzugt wird der Katalysator in Trägeröl aufgeschlämmt zugegeben.
In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren wie vorstehend beschrieben dadurch gekennzeichnet, dass die als Reaktionsprodukt gebildete Kohle kontinuierlich abgetrennt wird. Diese Abtrennung kann mittels eines Dekanters erfolgen.
Vorteilhaft erfolgt die Abtrennung der gebildeten Kohle im strömungsberuhigten unteren Teil des Reaktors 2. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Abtrennung der Kohle aus dem Reaktor 2 zusammen mit anhaftendem Trägeröl; das Gemisch Kohle / Trägeröl kann in einem oder mehreren nachfolgenden Behandlungsschritten voneinander getrennt werden. Diese Trennung kann aufgrund der Schwer- kraft / Zentrifugalkraft und/oder thermisch (d.h. Abdampfen des Schweröls, ggf. bei reduziertem Druck) erfolgen; es können auch beide Prinzipien angewendet werden. Typischerweise werden beide Prinzipien, erste Stufe Dekanter, zweite Stufe Abdampfen, hintereinander angewendet.
In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren wie vorstehend beschrieben dadurch gekennzeichnet, dass die als Reaktionsprodukt gebildete Kohle kontinuierlich abgetrennt wird und die abgetrennte Kohle mit entstehendem Produktwasser unter Luftabschluss gemischt wird. Die Mischung unter Luft- abschluss ist vorteilhaft, da die abgetrennte Kohle zunächst sehr heiss ist und bei Luftzutritt sofort selbsttätig abbrennen würde. Der gebildete Kohleschlamm ist eine gängige Form für den Transport und die Verwendung von feinteiliger Kohle / Kohlestaub. Diese Verfahrensvariante erlaubt gleichzeitig die Entsorgung von ggf. verunreinigtem Produktwasser ohne weitere Aufreinigung desselben.
Die einzelnen Schritte des erfindungsgemässen Verfahrens lassen sich für festes biogenes Material wie folgt zusammenfassen: l.ggf. Zerkleinerung und Vortrocknung des biogenen Materials auf unter 20 % Restfeuchte
2. ggf. Imprägnation des erhaltenen biogenen Materials mit Trägeröl bei ca. 200°C und optional Abtrennung der entstehenden Gase 3. Reaktion des imprägnierten biogenen Materials in Gegenwart des Katalysators bei 300-400°C in einem ersten Reaktor und Abtrennung des entstehenden Mischdampfes 4. Weiterreaktion des erhaltenen Reaktionsgemisches in einem zweiten Reaktor bei einer um 0-30°C gegenüber dem ersten Reaktor erhöhten Temperatur und Abtrennung des entstehenden Mischdampfes
5. ggf. Abtrennung der gebildeten Kohle und des Trägeröls vom Reaktionsgemisch
6. ggf. Auftrennung von Kohle/Trägeröl und Recyclierung des Trägeröls.
Die einzelnen Schritte des erfindungsgemässen Verfahrens für den Zusatz von ausschliesslich flüssigem biogenen Material lassen sich wie folgt zusammenfassen: 1. Reaktion des biogenen Materials in Gegenwart des
Katalysators bei 300-400°C in einem ersten Reaktor und Abtrennung des entstehenden Mischdampfes 2. ggf. Weiterreaktion des erhaltenen Reaktionsgemisches in einem zweiten Reaktor bei einer um 0-30°C gegenüber dem ersten Reaktor erhöhten Temperatur und Abtrennung des entstehenden Mischdampfes
3. ggf. Abtrennung der gebildeten Kohle und des Trägeröls vom Reaktionsgemisch
4. ggf. Auftrennung von Kohle/Trägeröl und Recyclierung des Trägeröls .
Ein Vorteil der erfindungsgemässen Verfahrensführung ist die günstige Energie- und Massenbilanz .
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Verfahrensführung ist die Robustheit des Prozesses sowohl in Bezug auf Qulitätsschwankungen beim biogenen Rohstoff als auch in Bezug auf die notwendigen Anlagenteile.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Verfahrensführung ist, dass im Reaktor 1 und 2 alle flüchtigen Komponenten verdampft werden, und somit ein getrennter Verdampfungsbehälter entfallen kann.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Verfahrensführung ist, dass das die Zerkleinerung des biogenen Rohstoffs nur am Anfang des Gesamtprozesses erfolgten muss und eine Zerkleinerung zwischen den einzelnen Prozessschritten entfallen kann.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung, eine Anlage geeignet zur Durchführung des vorstehenden Verfahrens, wird nachstehend näher erläutert.
In einer Ausführungsform umfasst die erfindungsgemässe Anlage:
■ ggf. einen beheizbaren Imprägnator (in dem die Trägerflüssigkeit mit dem zerkleinerten biogenen Rohstoff gemischt wird) welcher von
■ einem beheizbaren ersten Reaktor (in dem nach Zugabe des Katalysators im wesentlichen die Polymerstruktur und das Lignin der Zellulose des biogenen Rohstoffes zerlegt werden, der Mischdampf (enthaltend H2O, CO, CO2 und Carbonsäuren) abgeschieden wird und gleichzeitig die Polymerisation der entstandenen Monomere stattfindet) gefolgt ist, welcher von
■ einem beheizbaren zweiten Reaktor (in dem noch nicht vollständig reagiertes Material abreagiert) gefolgt ist, welcher ggf. von
■ einer Vorrichtung zum Trennen von Kohle/ÖL Mischungen (in dem das Trägeröl teilweise oder vollständig von der gebildeten Kohle abgetrennt wird) gefolgt ist. In einer vorteilhaften Ausfuhrungsform um-- fasst die erfindungsgemasse Anlage eine Zerkleinerungsvorrichtung (zur Zerkleinerung des zugefuhrten biogenen Rohstoffes (im Fall von Holz zu Spanen) ) , welche dem Impragnator vorgeschaltet ist.
In einer vorteilhaften Ausfuhrungsform um- fasst die erfindungsgemasse Anlage ein thermischen Entöler / Entolungsschnecke (zur weiteren Abtrennung von Tragerol und gebildeter Kohle) , welcher dem Dekanter nachgeschaltet ist oder parallel zu diesem geschaltet ist .
In einer vorteilhaften Ausfuhrungsform um- fasst die erfindungsgemasse Anlage einen Wärmetauscher (zur Abtrennung des im Impragnator erzeugten freien und kapillaren Wassers aus der Gasphase) welcher dem Impragnator zugeordnet ist.
In einer vorteilhaften Ausfuhrungsform um- fasst die erfindungsgemasse Anlage einen Kondenser (zur Abtrennung des in den Reaktoren 1 und 2 entstehenden Mischdampfes) welche den Reaktoren 1 und 2 zugeordnet ist .
In einer vorteilhaften Ausfuhrungsform um- fasst die erfindungsgemasse Anlage einen Dreiphasen- trenner (zur Auftrennung des im Konderser erzeugten Kondensates) welcher dem Kondenser zugeordnet ist.
In einer vorteilhaften Ausfuhrungsform um- fasst die erfindungsgemasse Anlage einen Gasmotor welcher einen Teil oder alle in der Anlage anfallenden Gase (aus Impragnator, Kondenser, Rektifikation, Entlüftung des Kohleschlammtanks) verbrennt und so zur Strom- und/oder Warmeerzeugung dient. In einer vorteilhaften Ausführungsform ura- fasst die erfindungsgemässe Anlage einen Dieselmotor, welcher einen Teil oder alle in der Anlage erzeugten Produktöle verbrennt und so zur Strom- und/oder Wärmeerzeugung dient.
In einer vorteilhaften Ausführungsform um- fasst die erfindungsgemässe Anlage einen Tank welcher dem Entöler nachgeschaltet ist (zur Aufnahme eines Teils oder aller erzeugte Kohle sowie eines Teils oder aller in der Anlage erzeugten wässrigen Phasen) und die erzeugte
Suspension zur Weiterverarbeitung zur Verfügung stellt. Bevorzugt ist dieser Tank mit einer Rührvorrichtung ausgestattet. Bevorzugt ist dieser Tank luftdicht ausgeführt. Diese Massnahmen ermöglichen die einfache Herstellung einer Kohle/Wasser-Suspension.
In einer vorteilhaften Ausführungsform um- fasst die erfindungsgemässe Anlage Schnecken zum Transport der Reaktionsmischung aus den drei Behälter Impräg- nator, Reaktor 1, Reaktor 2 in den jeweils nachfolgenden Anlagenteil. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass beim Feststofftransport durch die Anlage auch nicht- auflösende Grobstoffe wie z.B. Sand, Metall-teile etc. sicher durch die Anlage geführt werden. Somit dient diese Maßnahme der Verbesserung von Betriebs- und Anlagensicherheit. In einer bevorzugten Ausführungsform werden diese Grobstoffe über die Entölungsschnecke von Öl befreit, gelangen als Feststoff in den durch Zugabe des Wasserkondensats erzeugten Kohleschlamm und können somit sicher entsorgt werden.
Die erfindungsgemässe Anlage kann stationär oder mobil sein. Je nach Anlagengrösse, kann der Durchsatz bei mobilen Anlagen (beispielsweise für die Land- Wirtschaft) 5 Tonnen biogener Rohstoff, bei stationären Anlagen bis zu mehreren tausend Tonnen biogener Rohstoff pro Tag betragen, offensichtlich abhängig von der Dimensionierung der gesamten Anlage hinsichtlich deren Einsatz. Die Dimensionierung der Anlage kann über eine Vergrösserung/ Verkleinerung der einzelnen Anlagenteile erfolgen oder durch Parallelschaltung von Anlagenteilen.
Die einzelnen Anlagenteile der erfindungs- gemässen Anlage wie hier beschrieben (Impräg-nator, Reaktor 1 und 2, Dekanter, Entöler, Kondenser, Phasen- trenner, ...) sind an sich bekannt und ganz oder teilweise kommerziell erhältlich. Die Auswahl geeigneter Dimensionen, Materialien, Einbauten usw. liegt im Rahmen des technischen Fachwissens. Wie aus den vorstehenden Ausführungen deutlich wird, sind die Anlagenteile Imprägnator, Reaktor 1 Reaktor 2, Dekanter in Reihe hintereinander geschaltet. Aus verschiedenen Gründen (z.B. Betriebssicherheit, Flexibilität) kann es wünschenswert oder notwendig sein, einzelne Anlagenteile um parallel geschaltete weitere Anlagenteile zu ergänzen. So können z.B. zwei parallel betriebene Imprägnatoren von einem Reaktor 1 gefolgt sein oder mehrere Reaktoren 2 auf von einem Dekanter 1 gefolgt sein. Dies trifft auch auf die nebengeordneten Anlagenteile wie Kolonnen, Verbindungsleitungen, Pumpen usw. zu. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind solche Alternativen mit umfasst und werden nicht jeweils separat benannt.
Die erfindungsgemässe Anlage kann mit lediglich einer Zerkleinerungsvorrichtung betrieben werden; insbesondere ist eine Dispergierung zwischen Imprägnator und Reaktor 1 nicht notwendig. Dadurch kann die Menge an notwendigem Trägeröl reduziert werden und insgesamt die Wärmebilanz verbessert werden.
Die erfindungsgemässe Anlage kann mit einem einfachen Temperaturprofil gefahren werden. Jeder Behälter ( Imprägnator, Reaktor 1 und 2) wird bei einer spezifischen Temperatur betrieben; eine gestufte Temperaturführung ist nicht notwendig. Dies erhöht die Anlagensicherheit und ist auch beim Scale-up von Vorteil.
Nachfolgend werden die einzelnen Anlagenteile im Detail beschrieben sowie vorteilhafte / bevorzugte Ausführungsformen dargelegt. Die Ausführung von Rohren, Ventilen, Stellgliedern, Messeinrichtungen wird nicht im Detail beschrieben, da dies im Bereich des allgemeinen Fachwissens liegt. Generell wird eine optimale
Wäremausnutzung angestrebt, indem z.B. Abwärme über Wärmetauscher der Anlage zurückgeführt wird und thermische Isolierung an allen relevanten Stellen vorgesehen ist.
Zerkleinerer/ Vortrockner: Sofern der verwendete biogene Rohstoff nicht im ausreichenden Mass zerkleinert ist, wird dieser in eine erste Zerkleinerungsvorrichtung eingebracht. Diese kann beispielsweise eine Hacke, ein Schredder oder eine Mühle sein, in welcher eine Zerkleinerung des zugeführten Rohstoffes bis zu einer Korngrösse von 1 - 5 mm oder kleiner, stattfindet. Im Fall von Holz werden Späne mit Abmessungen in diesem Bereich erzeugt. Der zerkleinerte Rohstoff wird darauf ggf. einer Trockenanlage zugeführt. In dieser wird der Rohstoff mittels warmer Luft von üblicherweise einem Trockengehalt von 50 - 60% auf einen Trockensubstanz-Gehalt von über 80% vorgetrocknet. Wie stark der Rohstoff vorgetrocknet wird ist wenig kritisch und hängt im Wesentlichen von der Auslegung des Nachfolgenden Imprägnators ab. Der zerkleinerte und vorgetrocknete Rohstoff wird von der Trockenanlage über entsprechende Transporteinrichtungen mit beispielsweise Förderbändern oder Förderschnecken in eine Schleuse eingetragen. Diese Schleuse dient zum Luftabschluss des nachfolgenden Imprägnators und kann als Zellenradschleuse ausgebildet sein.
Imprägnator: Im Imprägnator erfolgt das
Einweichen, Tränken und Imprägnieren des zerkleinerten biogenen Rohstoffs. Im Imprägnator wird im Wesentlichen das verbliebene freie und kapillare Wasser des biogenen Rohstoffs verdampft. Der Imprägnator wird vorteilhaft durch die erzeugte Abwärme der Auspuffgase des Gasmotors / Dieselmotors über einen Thermoölkreislauf auf 150-200°C indirekt erhitzt. Es wurde gefunden, dass bis 200°C noch keine gravierende chemische Veränderung der Holzstruktur erfolgt und eine möglichst hohe Temperatur im
Imprägnierbehälter insgesamt Energie in den folgenden Reaktoren spart. Der Dampf wird bevorzugt getrennt von den anderen Kondensationsanlagen mittels eines mit Kühlwasser gekühlten Wärmetauschers kondensiert. Das Kondensat kann in einen Sammeltank zusammen mit dem später entstehenden Prozesswasser abgeleitet werden. Der nicht kondensierende Gasanteil des Dampfes kann (z.B. mittels eines Gebläses) zu einem Gasmotor geleitet werden. Der Austrag von Trägeröl erfolgt bevorzugt nur mehr durch das Anhaften am festen biogenen Rohmaterial. Die Menge an ausgetragenem Trägeröl kann 100-300 % der atro Rohmaterialmenge betragen. Der schlussendlich vollständig mit Trägeröl durchtränkte biogene Rohstoff sinkt wegen seiner höheren Dichte im Imprägnierbehälter ab. In einer vorteilhaften Ausführung erfolgt die Festlegung des Durchsatzes an biogenen Rohstoff über eine Dosier- und Wägeinrichtung in der noch trockenen Zuführeinrichtung zum Imprägnator. In einer vorteilhaften Ausführung ist der Imprägnator mit einem Rührwerk ausgestattet, um den Wärmeübergang zu verbessern. In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist der Imprägnator im Gasraum mit Glockenböden versehen, um die Aerosolbildung bei der Wasserverdampfung zu minimieren. Bevorzugt sind zwei Glockenböden vorgesehen. In einer vorteilhaften Ausführung erfolgt der Austrag des imprägnierten Rohmaterials in den Reaktor 1 über einen Schneckenförderer, wobei abtropfendes Trägeröl geodätisch über einen Siebboden zurück in den Imprägnierbehälter geleitet werden kann und der imprägnierte biogene Rohstoff in den folgenden Reaktor 1 von oben abgeworfen wird. In einer vorteilhaften Ausführung erfolgt die Trägerölzufuhr niveaugeregelt sowohl aus dem Sumpfprodukt der im Folgenden beschriebenen Rektifikationsanlage, als auch aus dem gereinigten, wieder erhitzten Zentrats des im Folgenden beschriebenen Dekanters.
Reaktor 1: Im Reaktor 1 erfolgt nach Zugabe des Katalysators im Wesentlichen die Zerlegung der
Polymerstruktur des biogenen Rohstoffes (insbesondere Zellulose und Lignin) zu Monomeren. Gleichzeitig beginnen auch die Auftrennung der Ringstrukturen am Sauerstoffatom und die katalytische Umlagerung der Sauerstoffatome (Dehydratisierung und Decarboxylierung) im wesentlichen zu H2O, CO, CO2 und Carbonsäuren die den Reaktor über die Gasphase verlassen. Des weiteren findet die Umwandlung („Polymerisation") der entstandenen Monomere zu C6 bis C25 Alkanen statt. Die Zugabe der Katalysatorauf- schlämmung erfolgt bevorzugt am Auswurf der Zuführschnecke. Die Trägerölzufuhr zum Reaktor 1 erfolgt vorteilhaft aus dem gereinigten wiederaufgeheizten Rücklauf des Zentrates des Dekanters ggf. über die im Gasraum eingebauten Glockenböden. Die Temperatur im Reaktor 1 wird durch Beheizung (z.B. elektrisch) auf 300- 400°C, bevorzugt auf 350 -370°C eingestellt. Vorteilhaft ist eine rasche Erhitzung des mit Trägeröl getränkten Rohmaterials (200°C im Eintrag) auf über 300°C, bevorzugt auf 350-370°C, da dadurch die Produktausbeute positiv beeinflusst und die Kohleproduktion minimiert wird. Im Allgemeinen wird innerhalb von 2 min 90% des Reaktionsumsatzes (zu Produktöl, Wasser, Kohle und Gas) erzielt und innerhalb von 10 min 100% des
Reaktionsumsatzes erzielt. In einer vorteilhaften Ausführung ist der Reaktor 1 mit einem Rührorgan ausgestattet, um so die Turbulenz im Behälter zu erhöhen und die Bildung von Belägen an den Heizflächen zu verhindern. Vorteilhaft ist die Verwendung eines Rührorgans mit angebauten Wischern, so dass eine Durchmischung sichergestellt ist und gleichzeitig die Reinhaltung der Wandungen sichergestellt ist. In einer vorteilhaften Ausführung ist der Reaktor 1 so gestaltet, dass sich im unteren Bereich eine strömungsberuhigte Zone befindet, in welcher sich die ggf. entstandene körnige Kohle zusammen mit noch nicht aufgelöstem Rohmaterial absetzt. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Reaktor 1 mit einem oder mehreren (bevorzugt zwei) Glockenböden ausgerüstet, welche die Aerosolbildung und damit die Verschleppung von Trägeröl in die Dampfphase zu minimieren. In einer vorteilhaften Ausführungsform wird der Mischdampf des Reaktors 1 (welcher im wesentlichen Wasserdampf, Produktöldampf und mitgeschlepptes Trägeröl- aerosol (bis 50%) enthält) dem folgenden Kondensator (ggf. nach Vereinigung mit Mischdampf des Reaktors 2) zugeführt. Der Trägerölüberschuss zusammen mit fein suspendierter Kohle wird Reaktor 2 zugeführt. In einer vorteilhaften Ausführungsform wird dieses entstehende Reaktionsgemisch über einen Schneckenförderer in den Reaktor 2 befördert.
Dekanter: Im Dekanter wird die gebildete
Kohle von anhaftendem Trägeröl getrennt. In einer vorteilhaften Ausführungsform wird ein Schneckendekanter verwendet, bei dem die Kohle durch Zentrifugalkraft (z.B. bei 3000-400Og) vom Trägeröl getrennt wird. Typischer- weise wird ein Restölgehalt von 10-20 m-% erzielt und rieselfähige Kohle erhalten. Diese Kohle kann einem nachfolgenden Entöler zugeführt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das heiße kohlehaltige Trägeröl (Temperatur am Ende des Reaktors 2: typischer- weise 37O°C) auf kleiner 100°C abgekühlt. Da gleichzeitig das gereinigte Zentrat des Dekanters bei höheren Temperaturen sowohl dem Imprägnator (bspw. 200°C) und dem Reaktor 1/2 (bspw. 37O°C) zugeführt werden muss, kann im Zulauf des Dekanters ein regenerativer Wärmetausch Trägeröl / Zentrat mittels zwei Wärmetauschern erfolgen. Vorteilhaft wird ein dritter kühlwassergekühlter Wärmetauscher installiert, welcher eine verbesserte Regelung der Zulauftemperatur des Dekanters (z.B. max. 100°C) ermöglicht.
Nacherhitzer: In einer vorteilhaften Ausführungsform sind nach den regenerativen Wärmetauschern im Zentratrücklauf für den Imprägnator und den Reaktor 1/2 sind Nacherhitzer vorgesehen. Solche Nacherhitzer können für den Imprägnator mit Thermoöl und für die Reaktoren 1/2 elektrisch beheizt sein.
Entöler: In einer bevorzugten Ausführungsform wird dem Reaktor 2 und / oder dem Dekanter ein Entöler (z.B. eine Entölungsschnecke) nachgeschaltet. In dieser Entölungsschnecke wird die Kohle mit dem anhaftenden Trägeröl stark erhitzt, z.B. auf 500 - 600°C (bevorzugt elektrisch erhitzt) und somit das Trägeröl vollständig verdampft. Bei vorgeschaltetem Dekanter ist der Ölgehalt des eingehenden Gemisches niedrig, was zu einer niedrigen zu verdampfenden Menge führt und sich daher günstig auf die Energiebilanz auswirkt. Um den Dampfräum abzu- schließen, können Zellenradschleusen am Eingang und am Ausgang des Entölers angeordnet werden. Der entstandene Trägeröldampf wird vorzugsweise kondensiert; das entstehende Kondensat kann z.B. in den Reaktors 2 rückgeführt werden, der nicht kondensierende Gasanteil in dem Gasmotor zugeführt (z.B. abgesaugt) werden. Ebenso ist es möglich, den Entöler bei reduziertem Druck zu betreiben.
Kohleschlammbehälter: In einer bevorzugten Ausführungsform wird die glühende Kohle welche aus dem Entöler stammt einem Kohleschlammbehälter zugeführt und unter Luftabschluss mit einem Teil oder dem gesamten Wasserkondensat des Prozesses vermischt (und dabei abgelöscht) . Bevorzugt wird das gesamte Wasserkondensat zugeführt. Allfällig entstehende Gase werden dem Gasmotor zugeleitet. Der entstandene Kohleschlamm kann als Heizmaterial verwertet werden. Der Behälter ist vorteilhaft mit einem Rührwerk ausgestattet. Kondenser: In einer bevorzugten Ausfuhrungsform wird der entstandene Mischdampf aus dem Reaktor 1/2 einer Kondensationsanlage zugeleitet. Vorteilhaft umfasst die Kondensationsanlage zunächst einen mit Produktol gekühlten Rohrenwarmetauscher (zur Aufheizung des Produktoles der Rektifikationsanlage und damit der Warmeruckgewinnung) , gefolgt von einem kuhlwasser- gekuhlten Wärmetauscher („Kondenser") in welchem auf ca. 35°C abgekühlt wird. Typischerweise fallt ein Misch- kondensat aus drei Phasen an. Der nicht kondensierende Gasanteil kann am unteren Ende des Kondensers z.B. über einen Tropfenabscheider und nachgeschaltetem Ventilator) dem Gasmotor zugeführt werden.
Phasentrenner : In einer bevorzugten
Ausfuhrungsform wird das im Kondenser erhaltene Mischkondensat einem Phasentrenner zugeführt. Das Mischkondensat besteht typischerweise aus einer öligen Phase mit einer Dichte von ca. 0,835g/cm3, einer wasserigen Phase mit einer Dichte von ca. l,03g/cm3 und einer teerigen schweren Phase mit einer Dichte von ca. I,3g/cm3 und kann statisch unter Einfluss der Gravitation in drei nicht mischbare Flussigphasen getrennt werden. Dies kann über Tauchwehre und ent- sprechend angeordneten Überläufen in einem kommunizierenden Abscheider aufgrund der Unmischbarkeit und des Dichteunterschiedes, erfolgen. Vorteilhaft werden die erhaltenen Flüssigkeiten drei Zwischenbehaltern zugeführt um dann einer weitern Behandlung zugeführt zu werden.
Zwischenbehalter : Die drei Produkte, die ölige Phase, die wässerige Phase und die teerige Schwerphase werden unterschiedlich weiterbehandelt oder entsorgt. Bevorzugt werden die drei Phasen weiterbehandelt. Dabei wird die ölige Phase (bestehend aus den Treibstoffkomponenten und bis 50% Trägeröl) vorteilhaft zuerst einem Zentrifugal - Separator zugeführt um Schwerölkomponenten und Trübstoffe abzutrennen, welche bspw. der teerigen Schwerphase zugeführt werden können. Das erhaltenenZentrat kann einem Vorerhitzer in Form des im Mischdampfström eingebauten Röhrenwärmetauschers zugeleitet und wiederum erwärmt und über einen trägeröl- erhitzten Nachwärmetauscher auf schlussendlich 250-280°C erhitzt werden. Danach entspannt das erhitzte Öl in die Rektifikationskolonne wo die Treibstoffkomponente verdampft. Die wässrige Phase wird bevorzugt dem Kohleschlammtank zugeführt. Die teerige Schwerphase kann entweder in die Reaktoren rückgepumpt, oder auch mit dem Kohleschlamm vermischt (extern) entsorgt werden.
Rektifikation: Die Rektifikation hat die Aufgabe, die endgültige Trennung der Treibstoff- komponenten vom Trägeröl durchzuführen. Die Rektifikation solcher Produktgemische ist an sich bekannt, die Wahl der Apparate und Betriebspunkte wird im wesentlichen durch die gewünschte Produktzusammensetzung bestimmt. So ist bspw. in einer Vakuumdestillationskolonne bei einem Druck von ca. 50 mbar Absolutdruck aufgrund der unterschiedlichen Siedebetreiche von Trägeröl und Produktöl eine Trennung durch einfache Destillation möglich. Bei einer geregelten Temperatur von ca. 250°C verdampft nur die Treibstoffkomponente, die Trägerölkomponente mit einem Siedebereich von 300 - 400°C verbleibt im Sumpfprodukt und wird teilweise oder vollständig (bevorzugt vollständig) in den Imprägnator rückgeführt. Danach kann die weitere fraktionierte Kondensation im Aufwärtsstrom mittels eines luftgekühlten, in die Kolonne eingebauten Rohrenwarmetauschers auf eine Trenntemperatur von 100- 120°C erfolgen, wobei das anfallende Mitteldestillat (Diesel) bspw. über einen Glockenboden und Nachkuhler in einen Tank abgeführt wird. Danach kann ein weiterer luftgekühlter Rohrenwarmetauscher angeordnet sein, wobei der den Produktoldampf auf z.B. 60 - 70°C kühlt und über einen weiteren Glockenboden das Leichtdestillat (Benzin) in einen Tank abgezogen wird. Danach kann ein mit Kuhl- wasser gekühlter Kopfkondensator angeordnet werden, wobei der Produktdampf auf ca. 35°C endgekuhlt wird. Dieses flussige Kopfprodukt in einen Mengenanteil von 2 - 3%, ist häufig geruchsbelastet, da es viele Aromaten und Aldehyde enthalt, und kann ebenfalls über einen Tank schlussendlich entweder in den Gasmotor, oder in eine Fackel, oder auch in den Kohleschlamm entsorgt werden.
Energieerzeugung: Der erfindungsgemassen Anlage können Anlagenteile zur Energieerzeugung zuge- ordnet werden. Die Produkte der Anlage (Gas, Produktol, Kohle bzw. Kohleschlamm) sind zur Energieerzeugung geeignet. So kann Energieerzeugung über einen Gasmotor, in den samtliche brennbare Restgase (z.B. aus dem Imprag- nator, dem Kondenser, Kopfgas der Rektifikation und die Entlüftung des Kohleschlammtanks) gefuhrt werden, erfolgen. Als Puffer kann z.B. ein ballonformiger Gasometer fungieren, über dessen Fullungsgrad der Gasmotor geregelt wird. Wird der Gasometer trotz 100% Leistung des Gasmotors voll, so kann das Uberschussgas in die Notfackel abgeleitet werden, m die auch die federbelasteten Uberdrucksicherungen aller uberdruckgefahrdeten Anlagenteile munden. Als weiterer Energieerzeuger kann ein mit dem Produktol betriebener Dieselmotor fungieren. In der Abgasleitung der beiden Motoren kann ein Thermoöl- erhitzer angeordnet werden, mit dem eine Vorlauftemperatur von ca. 350°C, bei einer Abgastemperatur der Motoren von ca.400°C, ermöglicht wird. Dieses Thermoöl kann sich in einem geschlossenen Kreislauf befinden und zur Wärmeversorgung des indirekt beheizten Imprägnators, des Nacherhitzer des Produktöls vor der Rektifikation und des Nacherhitzer für den Rücklauf Zertrat - Dekanter zum Imprägnator verwendet werden. Je nach Anforderung an die Anlage kann das Diesel - BHKW entweder nur zur Deckung des eigenen Energiebedarfs der Verölungsanlage, (Strom und Wärme) bei maximaler Treibstoffproduktion, oder auch bei Ökostromlieferung in ein öffentliches Netz zur 100% Verstromung des Treibstoffes vor Ort, ausgelegt werden. In jeden Fall sind eine optimale Wärmerückgewinnung und ggf. auch eine Auskoppelung von Niedertemperaturwärme für externe Heizzwecke vorteilhaft.
Kühlturm: Zur Kühlwasserversorgung des Kondensators des Imprägnatordampfes, des Kondensers des Reaktormischdampfes und des Kopfkondensators der Rektifikationskolonne kann ein Kühlturm vorgesehen werden. Weitere Kühlstellen sind allfällige Produktkühler im Ablauf der Rektifikationskolonne. Solche Kühltürme sind allgemein bekannt; im Zusammenhang mit der erfindungs- gemässen Anlage ist eine Kühlwasservorlauftemperatur von ca. 30°C bei einer Rücklauftemperatur von ca. 50°C vorteilhaft. Der Verdunstungs-Verdampfungsverlust wird durch Frischwasserzusatz ausgeglichen, zur Vermeidung von Aufsalzung können etwa 10% der Zusatzwassermenge in einen Kanal abgeschlämmt werden.
Ausgleichsbehälter: Ein Ausgleichsbehälter kann einerseits für die Erstbefüllung mit Trägeröl, andererseits für eine Entleerung der Anlage (z.B. zu Wartungszwecken), vorgesehen werden.
Je nach Anforderung können die einzelnen Anlagenteile direkt oder indirekt beheizt werden. Weiterhin kann die Beheizung elektrisch oder mittels Wärme¬ träger erfolgen. Diese Beheizungsverfahren und deren Kombinationen sind dem Fachmann geläufig und in der vorliegenden Anmeldung mit umfasst. Die Reaktoren 1 und 2 werden bevorzugt elektrisch beheizt.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind im Gasraum von Imprägnator, Reaktor 1 und Reaktor 2 Ein¬ richtungen zur Verminderung der Aerosolbildung vorge- sehen. Solche Einrichtungen sind dem Fachmann geläufig; als Beispiel seien Glockenböden, bevorzugt 2 Glockenböden pro Apparat genannt .
Im Falle des Einsatzes von nur flüssigen biogenen Rohstoffen kann der Imrägnator und auch der zweite Reaktor entfallen. Die vorliegende Erfindung betrifft daher in einer alternativen Ausführungsform auch eine Anlage, die diese Elemente nicht enthält.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind
Dekanter und Entöler parallel geschaltet, derart das dem Dekanter feinkörnige Kohle, dem Entöler grobkörnige Kohle zugeführt wird.
Falls der Schwefelgehalt der erzeugten Treibstoffe rohstoffbedingt zu hoch ist, kann in den Treibstoffkondensaten eine eigene getrennte Entschwefelungsstufe vorgesehen werden. Diese sind aus dem Stand der Technik bekannt. Das nachstehend genannte Beispiel dient der weiteren Erläuterung der Erfindung; es soll die Erfindung in keiner Weise limitieren.
1. Verfahren:
Das Verfahren gemäss Beispiel umfasst die Teilbereiche Stoffumwandlung, Energieversorgung, Reststoffverwertung, Rohstoffzufuhr .
1.1. StoffUmwandlung (Core Unit):
Die StoffUmwandlung erfolgt katalytisch unter Zugabe eines mineralischen Katalysators in einer öligen Trägerflüssigkeit in mehreren Schritten:
Imprägnator: Hobelspäne aus Holz werden indirekt auf 200°C in ca, der doppelten Menge an Trägeröl erhitzt, dabei wird das freie und kapillare Wasser verdampft und die Späne vollständig mit Öl durchtränkt. Der abgeleitete Dampf wird kondensiert und das Kondensat nach Phasentrennung in einen Wassertank geleitet. Der nicht kondensierte Gasanteil wird dem Gasmotor zugeleitet. Wegen der hohen Dichte sinken die Späne ab und werden am unteren Ende den Imprägnators von einem Förderer erfasst und dem Reaktor 1 zugeführt.
Reaktor 1: Im Reaktor 1, mit einem Volumen von 1500 1, wird das ölgetränkte Holz in das elektrisch aufgeheizte Trägeröl bei 370°C eingetragen und mittels eines Rührwerkes verteilt. Hier erfolgt die Hauptreaktion, das Holz wird in vier Phasen: Kohle, Produktwasser, Öl und Gas zerlegt. Die ölige und wässrige Phase verdampft und verlässt den Reaktor über die Dampfleitung. Die Kohlephase verbleibt in der Trägerflüssigkeit und wird in den Reaktor 2 gefördert. Reaktor 2: Noch nicht reagierter Rohstoff erhält im Reaktor 2 (Volumen: 1500 1) eine Nachbehandlung. Weiterhin erfolgt hier die Trennung der groben und feinen Kohle, die feine Kohle wird in einen Dekanter gefordert, die grobe Kohle über einen Forderer in den Entöler abgeworfen. Dekanter: Im Dekanter wird nach Abkühlung auf 100°C über die Zentrifugalkraft die Kohlephase vom Tragerol getrennt .
Entöler: In einer elektrisch beheizten Schnecke wird das an der Kohle haftende Restol bei 500 - 600°C verdampft, der Dampf entstaubt und anschließend kondensiert. Das Kondensat wird in den Trägeroikreis ruckgefuhrt .
Kondenser: Der Mischdampf aus Reaktor 1 und Reaktor 2 wird zuerst in einem Produktolerhitzer vorgekuhlt und dann in dem Kondenser auf ca. 35°C abgekühlt. Die
Mischphase des Kondensats gelangt in den Phasentrenner, die Gasphase wird zum Gasmotor abgesaugt.
Phasentrenner: Die entstandenen 3 Phasen (Produktol, Wasser und Schweröl) werden über die Dichte getrennt gewonnen und in drei Tanks abgeleitet.
Rektifikation: Die Produktolphase wird zuerst über einen Seperator von schwereren Teilen befreit und danach über den Wärmetauscher im Mischdampf wieder erhitzt. Ein Nacherhitzer mit Tragerol und ein elektrischer Erhitzer ermöglichen eine Temperatur von ca. 250°C mit der das Produktol in die Rektifizierkolonne entspannt wird. Der Betriebsdruck betragt hier ca. 50 mbar. In der Kolonne fallen die Phasen Schwerol/Tragerol als Sumpfphase, die Mitteldestillatphase (Diesel) , die Leichtdestillatphase (Benzin) und die Kopfphase als getrennte Fraktionen an. Die Einzelfraktionen werden in die jeweiligen Tanks abgeleitet bzw. rückgefuhrt, der nicht kondensierte Gasanteil in den Gasmotor abgesaugt. Ein Kühlturm mit Abschlammautomatik dient zur Rückkühlung des Kühlwasserkreislufes . Der Frischwasserbedarf beträgt ca. 600 l/h, die Abschlammenge ca. 50 l/h.
1.2. Energieversorgung (Power Plant):
Die Energieversorgung der Anlage mit Strom und Wärme erfolgt über die zwei in die Anlage integrierte Gas/Diesel Blockheizkraftwerke, die die Anlage mit dem nötigem Strom und Wärmeenergie versorgen. Zusätzlich ist ein Netzanschluss mit ca. 500 kW vorgesehen. Wärmebedarf durchschnittlich: 100 kWth Strombedarf durchschnittlich: 100 kWel Die Auslegung erfolgt auf 50/450 kWel und die Wärmeabnahme auf 200 kWth
1.3 ReststoffVerwertung
Die entölte Kohle wird mit dem anfallenden Prozesswasser gemischt und, in einem Behälter zwischengelagert und als Schlamm einer weiteren Verwertung zugeführt.
1.4 Rohstoffzufuhr
Die Zufuhr von biogenem Rohstoff (Hozspänen) erfolgt kontinuierlich in den Imprägnator. Die Zufuhr von Katalysator erfolgt kontinuierlich am Auswurf der Zuführschnecke in den Reaktor 1.
2. Mengenbilanz Nach den durchgeführten Versuchen ergab sich die folgende
Mengenbilanz :
100m% Holz = 43m%Öl + 22m%Wasser + 20m%Gas + 15m%Kohle.
Bei 300 kg pro Stunde Holzeintrag (20 Stunden pro Tag,
300 Tage pro Jahr) betragen damit die Produktmengen: 2.1 Eintrag Holz: 300,0 kg/h 6,00 t/d = 1800 t/a 2.2 Austrag
POL: 122, 6 kg/h 2,45 t/d = 735, 6 t/a
Wasser: 77,7 kg/h 1,55 t/d = 466,2 t/a Kohle: 42,7 kg/h 0, 85 t/d = 256,2 t/a
Gas: 57,0 kg/h 1,15 t/d = 342,0 t/a
3. Energiebilanz:
Nach den durchgeführten Versuchen ergab sich folgende Energiebilanz: 100 e%Holz = 70 e% Öl + 7 e%Gas + 20 e%Kohle + 3 e%V (V= thermische Isolationsverluste) .
4. Verwertung der Produkte:
Es entstehen bei der Verarbeitung von 6 t Holzspänen pro
Tag 4 Produkte:
Holzkohle pulverförmig 850 kg/Tag
Produktwasser (Kondensat) 1550 kg/Tag
Schwachgas in Gasmotor 1150 kg/Tag
Produktöl in Dieselmotor: 2450 kg/Tag
Die Holzkohle gemischt mit dem Produktwasser wird einem Heizkraftwerk zugeführt.
Das Schwachgas (ca. 700 Nm3 pro Tag) wird in einem Gasmotor mit ca. 50 kWel genützt; die Abwärme der Auspuffgase wird als Prozesswärme zurückgewonnen.
Das Produktöl (PÖL; 2450 kg/Tag entsprechend 2934 l/Tag) wird zwischengelagert und unmittelbar in einem langsamlaufenden (1500 UPM) Dieselmotor zu Erzeugung von ca. 470 kWel Strom genützt. Die Motorabwärme der Auspuffgase wird zur Thermoöl Erhitzung und in Folge als Prozesswärme in die Anlage rückgeführt. Unter Abzug von ca. 100 kWel Eigenstromverbrauch ergibt sich somit ein Überschuss von 300 - 420 kWel, der als Ökostrom aus Biomasse in das Netz des Energieversorgungsunternehmens eingespeist werden soll.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erzeugung von Treibstoffen aus festen und/oder flussigen biogenen Rohstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gemisch enthaltend i) zerkleinerten, getrockneten, biogenen Rohstoff; ii) Tragerflussigkeit und ni) mineralischem Katalysator aus Tonerde, welcher Montmomolit , Illit und/oder Smectit enthalt, unter Erwärmung auf 300 - 400°C zur Reaktion gebracht wird und der entstehende Treibstoff vom Reaktionsgemisch abgetrennt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst zerkleinerter, getrockneter, fester biogener Rohstoff bei 150 - 200°C mit Tragerflussigkeit imprägniert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wahrend der Imprägnation gebildeten Gase separat kondensiert werden.
4. Verfahren nach einem der vorgangigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktion von i) zerkleinerten, getrockneten, biogenen Rohstoff; ii) Tragerflussigkeit und iii) mineralischem Katalysator in zwei aufeinander folgenden Reaktionsschritten durchgeführt wird, wobei die Reaktionstemperatur im zweiten Reaktionsschritt 0 - 30°C hoher liegt als im ersten Reaktionsschritt.
5. Verfahren nach einem der vorgangigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wahrend der Reaktion gebildeten Gase separat kondensiert werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die kondensierten Gase in Ihre Phasen aufgetrennt und separat weiterverarbeitet werden.
7. Verfahren nach einem der vorgangigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im Verfahren gebildeten, nicht kondensierbaren Gase teilweise oder vollständig einem Gasmotor zugeführt werden.
8. Verfahren nach einem der vorgangigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im Verfahren gebildeten Treibstoffe teilweise oder vollständig einem Dieselmotor zugeführt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Abgase der Motoren einer Warmeruckgewmnung zugeführt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 7, 8 oder 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Motoren der Erzeugung elektrischer Energie dienen.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass Katalysator sowohl vor als auch nach der Imprägnation und vor der Reaktion zugefugt wird.
12. Verfahren nach einem der vorgangigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die als Reaktionsprodukt gebildete Kohle kontinuierlich abgetrennt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass die abgetrennte Kohle mit entstehendem Produktwasser unter Luftabschluss gemischt wird.
14. Anlage geeignet zur Herstellung von Treibstoffen aus biogenen Rohstoffen umfassend die nachstehend genannten, aufeinander folgenden Anlagenteile : beheizbarer erster Reaktionsbehalter mit Vorrichtung zum zudosieren von Katalysator; beheizbarer zweiter Reaktionsbehalter .
15. Anlage gemäss Anspruch 14 umfassend die nachstehend genannten, aufeinander folgenden Anlagenteile: beheizbarer Imprägnator, beheizbarer erster Reaktionsbehälter mit Vorrichtung zum zudosieren von Katalysator; beheizbarer zweiter Reaktionsbehälter; eine oder mehrere Vorrichtung (en) zum Trennen von Kohle/Öl Gemischen.
16. Anlage gemäss Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass den Reaktionsbehältern eine Kondensationsanlage zugeordnet ist.
17. Anlage gemäss Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass dem Imprägnator eine Kondensationsanlage zugeordnet ist.
18. Anlage gemäss Anspruch einem der Ansprüche 15 - 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Trennen von Öl einen Dekanter und/oder einen Entöler umfasst.
19. Anlage gemäss Anspruch einem der Ansprüche 14 - 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlage ein Gasmotor zugeordnet ist in dem ein Teil oder alle der anfallenden nicht kondensierbaren Gase verwertet werden .
20. Anlage gemäss Anspruch einem der Ansprüche 14 - 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlage ein Diesel- motor zugeordnet ist dem einen Teil oder alle der anfallenden Treibstoffe verwertet werden.
21. Verfahren nach Anspruch 1, 4-10, 12, 13 dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsgemisch i) flüssigen biogenen Rohstoff und gegebenenfalls zerkleinerten getrockneten biogenen Rohstoff enthält.
22. Verfahren nach Anspruch 21 dadurch gekennzeichnet, dass Katalysator und flussiger biogener Rohstoff gleichzeitig der Reaktion zugeführt werden.
23. Verfahren nach Anspruch 1 -13 dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsgemisch i) festen, zerkleinerten, getrockneten biogenen Rohstoff enthalt.
24. Anlage geeignet zur Herstellung von Treibstoffen aus flussigen biogenen Rohstoffen umfassend die nachstehend genannten, aufeinander folgenden Anlagenteile: beheizbarer erster Reaktionsbehalter mit Vorrichtung zum zudosieren von Katalysator und von flussigem biogenen Rohstoff; ggf. beheizbarer zweiter Reaktionsbehalter.
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