EP2280776A2 - Vorrichtung und verfahren sowie verwendung eines reaktors zur herstellung von roh-, brenn- und kraftstoffen aus organischen substanzen - Google Patents

Vorrichtung und verfahren sowie verwendung eines reaktors zur herstellung von roh-, brenn- und kraftstoffen aus organischen substanzen

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EP2280776A2
EP2280776A2 EP09734729A EP09734729A EP2280776A2 EP 2280776 A2 EP2280776 A2 EP 2280776A2 EP 09734729 A EP09734729 A EP 09734729A EP 09734729 A EP09734729 A EP 09734729A EP 2280776 A2 EP2280776 A2 EP 2280776A2
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EP
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reactor
solids
pressure
organic substances
supply
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EP09734729A
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English (en)
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Uwe Berger
Thomas Willner
Walter Vanselow
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Technische Werke Ludwigshafen AG
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Technische Werke Ludwigshafen AG
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    • 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
    • C10G2300/00—Aspects relating to hydrocarbon processing covered by groups C10G1/00 - C10G99/00
    • C10G2300/10—Feedstock materials
    • C10G2300/1011—Biomass
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P30/00—Technologies relating to oil refining and petrochemical industry
    • Y02P30/20—Technologies relating to oil refining and petrochemical industry using bio-feedstock

Definitions

  • the invention relates to an apparatus, a method and the use of a reactor for the production of raw materials, fuels and fuels from organic substances.
  • a device with the features of the preamble of claim 1 is known for example from DE 102 15 679 Al.
  • a process for the direct thermochemical conversion of high molecular weight organic substances into high-quality low-molecular-weight organic products, which are present as low-viscosity liquids at room temperature and are combustible is known.
  • organic substances in the form of preferably solid, renewable raw materials and / or residues are converted by direct liquefaction in highly refined liquid hydrocarbons, with the aim to use them chemically and energetically.
  • This known method is particularly suitable for the production of fuels for conventional vehicle engines, i. for the production of gasoline or diesel.
  • the direct liquefaction process disclosed in DE 102 15 679 A1 is a catalytically thermal conversion process in which high molecular weight organic substances are removed by cracking and upgrading reactions, supported by catalysts, in a direct manner, i. Without detouring through gasification, high quality liquid products are produced.
  • stirred reactors which provide good mixing and are suitable for reactive distillation and as stripping gas reactors.
  • stirred reactors have the disadvantage that the moving components arranged in the reactor, ie the stirring elements, lead to sealing problems when the reactor is operating at high temperatures in the printing operation.
  • flow reactors such as tubular reactors, offer the advantage of a simple design without moving components.
  • baffles for example in the form of static mixer or static mixing elements allows a good mixing of the components.
  • tubular reactors are not suitable for reactive distillation or as a stripping gas reactor and optimal residence time control of the molecules to be cracked is not possible.
  • the molecules to be cracked are sometimes too long, sometimes too short in the reaction zone, resulting in a low product oil yield or an excessively high product gas yield.
  • the invention has for its object to provide a device for the production of raw materials, fuels and fuels from organic substances, which allows for a comparatively simple design efficient implementation of organic substances in the highest possible raw materials, fuels and fuels.
  • the invention is also based on the object of specifying a method and the use of a reactor for the production of raw materials, fuels and fuels from organic substances, each in a simple manner an efficient implementation of organic substances in the highest possible raw, Brenn - and allow fuels.
  • this object is achieved with regard to the device by the subject-matter of claim 1, with regard to the method by the subject-matter of claim 26 and with regard to the use by the subject-matter of claim 31.
  • the invention is therefore based on the idea to provide an apparatus for the production of raw materials, fuels and fuels from organic substances comprising a reactor with an organic substance introduction means, a reaction product discharge means and a reaction energy supply means for the conversion of the organic substances in the reaction products.
  • the reactor comprises a device for forming a reactor internal flow circuit.
  • the reactor of the device according to the invention is therefore a flow reactor which is adapted so that a circulated flow is formed in the interior of the reactor without the need for mechanically moving elements.
  • the reactor-internal flow circuit ensures an optimized product-oriented mixing and reaction result without the need for moving components. This means that operation of the reactor at high temperatures and pressures is possible without resulting in sealing problems.
  • the reactor-internal flow circuit leads to an excellent ing mixing of the components, even if they are present in different phases. In particular, a good mixing of up to three phases with the physical states liquid, gaseous and solid is possible.
  • the device according to the invention also permits very rapid heating of the raw materials and auxiliaries added, so that the reactor is particularly suitable, in particular, for the shock heating disclosed in DE 102 15 679 A1.
  • the reactor-internal flow circuit allows both catalytic and non-catalytic as well as hydrogenating and non-hydrogenating conversion reactions. By means of a reactive distillation or stripping gas function, the reactor offers the prerequisites for product-oriented retention time optimization.
  • the device for forming the reactor-internal circuit comprises at least one propulsion jet nozzle, which opens into a housing of the reactor.
  • a drive medium for example a gas or a liquid
  • the propulsion jet nozzle can have at least two nozzle tubes, so that a separate entry of the organic substances and the injection of a drive medium are made possible.
  • the formation of the reactor-internal flow circuit is assisted by the fact that at least one guide tube is arranged in the housing in alignment with the propulsion jet nozzle. This arrangement enables the formation of a double-loop flow circulation, which leads to a particularly good mixing of the components.
  • the reactor comprises a device for forming a reactor-external circuit, wherein at least one circulation line connects two spaced-apart sections of the reactor.
  • the reactor will allow the formation of a reactor-internal and a reactor-external circulation, i. two circuits, allowed.
  • the connection of two spaced-apart sections of the reactor through the circulation line allows a return, for example of the sump oil for doping of the reactor.
  • the circulation line can be connected to the propulsion jet nozzle, in particular with one of the two nozzle tubes, whereby a particularly compact design of the device is achieved.
  • the reactor-external circuit can have a heating device and / or a filter device?).
  • a degassing device may be arranged upstream within the reactor of the discharge device.
  • the introduction device has a pneumatic and / or mechanical means for supplying solids, whereby a particularly efficient supply of the organic substances in both continuous and discontinuous operation is made possible.
  • the pneumatic and / or the mechanical means for solids supply may have a high temperature resistant non-stick coating.
  • the pneumatic means for supplying solid material is associated with the device for forming the reactor-internal circuit, so that the latter fulfills a dual function with regard to the supply of the organic substances as well as with regard to the formation of the reactor-internal circulation.
  • the pneumatic means for supplying solids can be connected to the propulsion jet nozzle, in particular to one of the two nozzle tubes.
  • One way to realize the pneumatic means for supplying solids is to provide at least one pressure-conveying container which is connectable to the reactor, in particular to the propulsion jet nozzle.
  • a continuous supply of solids can be achieved by providing two pressure-conveying containers, which can be operated alternately.
  • the pneumatic means for supplying solids may comprise a transport gas and / or fluidizing gas device, which is / are connectable to the pressure-conveying container or the pressure-conveying containers, whereby the pressure-conveying container can be pressurized, both with an inert gas and with a reaction gas ,
  • the discharge of a solid from the pressure-conveying container can take place with the aid of the transport gas device, or be supported.
  • the fluidizing function by means of the fluidizing gas device prevents bridging of the solid particles and adhesion of the particles to the container wall.
  • a gas-permeable lining of the pressure-conveying container can be arranged at least in the area of a feed opening of the pressure-conveying container for the fluidizing gas device.
  • a supply means of the transport gas device in the region of a discharge opening of the pressure-conveying container is arranged.
  • the supply means may comprise a lance, which projects into the pressure feed container into the region of the discharge opening, so that the transport gas can be blown in a targeted manner in the desired area.
  • the mechanical means for solids supply can be assigned to the device for forming the reactor-external circuit. Since the reactor-external circuit is, in particular, a circulation or recycling of the bottom phase of the reactor, the mechanical feed of the organic substances in this area is particularly advantageous.
  • the mechanical means for solids supply may be upstream or downstream of a pump of the device for forming the reactor external flow circuit in the conveying direction.
  • the mechanical means for supplying solids may be preceded by a mashing device, so that the organic solids can be suspended or dissolved by a suitable organic liquid or optionally also by water before being fed into the reactor.
  • the mechanical means for solids supply may comprise a lock device, by means of which the solids to be introduced into the reactor can be rendered inert. In addition, can be prevented by the lock device, the escape of gases, vapors and liquids from the reactor and optionally a seal against an increased reactor pressure can be achieved.
  • the mechanical means for solids supply may comprise a screw device with a pressure-locking section, which is arranged downstream of a compression section for forming a locking plug.
  • the mechanical means of solids supply comprises a piston device.
  • the piston device has the advantage that it is possible to convey or feed non-mashed solids, thereby promoting rapid heating in the reactor.
  • the piston device may comprise at least one pressure cylinder, in particular two pressure cylinders, whereby, in the latter case, a continuous delivery is achieved.
  • the process according to the invention is based on the idea of introducing the organic substances into a reactor, converting them into reaction products while supplying reaction energy, and discharging the reaction products from the reactor.
  • a flow circuit is formed in the reactor.
  • a drive medium can be introduced under pressure into the reactor. In this case, a single-phase, two-phase and three-phase operation of the reactor is possible.
  • the invention further encompasses the use of a reactor for the production of raw materials, fuels and fuels from organic substances with an introduction device for the organic substances, a discharge device for reaction products and a device for supplying reaction energy for the conversion of the organic substances into the reaction product.
  • ducts wherein the reactor has a device for forming a reactor-internal flow circuit.
  • the reactor used is preferably a loop reactor.
  • FIG. 1 shows a cross section through the reactor of an apparatus for the production of
  • Fig. 2 is a detail view of the propulsion jet nozzle of the reactor according to Rg. 1;
  • FIG 3 shows another embodiment of a reactor for a device for the production of raw materials, fuels and fuels from organic substances.
  • FIG. 4 shows a cross section through a pneumatic solids supply device in a schematic representation
  • 5 shows a combination of two solids supply devices according to FIG. 4;
  • FIG. 6 shows a cross section through a mashing device in schematic form
  • FIG. 7 shows a cross section through a lock device in schematic form
  • 9a, 9b a cross section through a piston device in two different piston positions
  • Fig. 10 shows a cross section through a piston device with two Druckzylindem
  • Fig. 11 is a schematic representation of the bypass flow filtration circuit.
  • Fig. 1 shows in cross section a reactor which is used according to the invention for the production of raw materials, fuels and fuels from organic substances by way of direct liquefaction.
  • a multi-phase mixing reactor namely a loop reactor, is used.
  • the reactor 10 comprises a housing 16 with a vertically arranged cylindrical jacket 16a.
  • an introduction device 11 is provided through which organic substances are conveyed into the reactor 10.
  • a discharge means 12 for reaction products for example volatile hydrocarbon compounds, is arranged, which is connected, for example, to a distillation column (not shown).
  • heating elements are integrated, which form the means 13 for the supply of reaction energy.
  • the heating elements can be designed for thermal or inductive heating or for heating by means of microwaves.
  • the device 13 may additionally comprise means for pressurizing the reactor, so that both a pressureless as well as a pressurized operation of the reactor 10 is possible.
  • the reactor 10 further comprises a device 14 for forming a reactor-internal, free flow circuit with at least one propulsion jet nozzle 15, which opens into the housing 16 in the upper region of the reactor 10.
  • the propulsion jet nozzle 15 is designed as a double-tube nozzle or as a three-substance nozzle and has two concentrically arranged nozzle tubes 17, 18.
  • Fig. 2 is a detail view of the exit region of the propulsion jet nozzle 15 with the two nozzle tubes 17, 18 is shown.
  • the inner tube 17 extends axially beyond the outer tube 18, wherein between the inner tube 17 and the outer tube 18, an annular gap is formed. This means that medium can be transported into the reactor 10 both through the inner tube and through the outer tube.
  • the inner nozzle tube 17 protrudes from the nozzle exit section by 0.4-6 times the nozzle diameter, i. the exit diameter of the outer nozzle tube 18 addition.
  • the ratio of the diameter of the inner nozzle tube 17 to the diameter of the outer nozzle tube 18 in the region of the outlet opening of the propulsion jet nozzle 15 is between 0.4 and 0.9.
  • the inner tube 17 is connected to a, not shown in FIG. 1 solids supply, in particular a pneumatic solids supply.
  • the outer tube 18 is connected to a recirculation line 21, generally to a device 20 for forming a reactor-external circuit.
  • the propulsion jet nozzle 15 is associated with a guide tube 19 and a Strömungsleitrohr, wherein the guide tube 19 and the propulsion jet nozzle 15 are arranged in alignment.
  • the outlet side of the propulsion jet nozzle 15 can protrude into the guide tube, so that in this area the guide tube 19 concentrically surrounds the propulsion jet nozzle 15. Between the lower edge of the guide tube 19 and a housing bottom 42 of the reactor 10, a gap is provided.
  • the guide tube 19 is open at both axial ends and, together with the propulsion jet nozzle 15, forms part of the device 14 for forming the reactor-internal flow circuit.
  • the ratio of the diameter of the outer shell 16a to that of the flow duct 19 is preferably 3: 1 to 5: 1.
  • the device 20 for forming the reactor-external circuit comprises the circulation line 21, which connects two spaced-apart sections 22, 23 of the reactor 10. Specifically, the circulation line 21 connects a portion located in the upper portion of the reactor 10 to the axial upper end of the reactor 10, thereby forming a reactor-external circuit. In this case, the circulation line 21 connects a region of the reaction 1, the circulation line 21 forms the outer nozzle tube 18 of the propulsion jet nozzle 15 Pump 29 is provided which is suitable for conveying solid matter. The feeding of the organic substances can also take place mechanically via the pneumatic solids supply, ie the pneumatic means 14, whereby a suitable mechanical means 15 for supplying solids to the pump 29 in the conveying direction is either upstream or downstream.
  • the mechanical feed of the organic substances into the reactor-external circuit is indicated in FIG. 1 by a dashed arrow, which is arranged upstream of the pump 29 in the conveying direction.
  • the mechanical solids supply may be provided instead of the pneumatic solids supply or in addition to the pneumatic solids supply.
  • the sump oil outlet 43 is spaced from the axial upper end of the reactor 10 to a level above the sump oil vent 43 and a gas collection space 44 is formed between the liquid level 45 and the upper axial end 46 of the reactor.
  • the mouth of the propulsion jet nozzle 15 is arranged in the axial direction below the sump oil outlet 43, but at least arranged so that it is ensured during operation of the reactor 10 that the mouth of the propulsion jet nozzle 15 is below the liquid level 45.
  • the propulsion jet nozzle 15 is arranged so that a liquid level 45 is established, which lies approximately in a 0.4 to 1.5 times the diameter of the Strömungsleitrohrs 19 corresponding height above the upper axial end of the Strömungsleitrohrs 19.
  • the device 20 for forming the reactor-external circuit may be equipped with heating elements 20a and / or a filter device 20b.
  • the filter device 20b is designed as a bypass filtration, which is integrated into the reactor-external circuit.
  • a partial flow is branched off from the reactor-external circuit (main flow) and fed to the filter device.
  • the oil sludge filtered out of the partial flow is discharged from the filter device and disposed of or further processed.
  • the partial flow filtered in the filter device 20b is returned to the reactor-external circuit (main flow).
  • the supply of the filtered partial flow to the main flow takes place on the suction side of the pump 29 of the reactor-external circuit. This means that the filtered partial flow is the unfiltered Main stream is added.
  • the arranged in the reactor external circuit heating elements 20a are arranged in the embodiment of the branch of the unfiltered partial flow to the filter device 20b upstream, but may also be downstream due to the design.
  • the main flow of the reactor-external circuit after the branch of the partial flow is, as described above, fed back to the reactor 10 or the bottom phase of the reactor 10.
  • the bypass filtration is shown in FIG. 11.
  • the reactor 10 according to FIG. 1 ensures an unexpectedly optimal mixing behavior of the three phases gas, liquid and solid with one another.
  • the reactor cycle ensures a product-oriented residence time control with a deduction of the volatile target products and a selective solids discharge from the remaining volatile in the reactor cycle product fraction.
  • the entry of the solid raw materials and auxiliaries takes place via feed systems which are suitable for being fed in as continuously as possible into a reactor system under high overpressure.
  • the solids entry takes place pneumatically together with a reaction gas or an inert carrier gas directly into the optimum Mixing and reaction zone of the reactor.
  • the reactor 10 is preferably designed as a loop mixer with integrated phase separation without mechanically moving elements, which has a reactor-internal and a reactor-external circuit.
  • FIG. 3 Another embodiment of a reactor 10 is shown in FIG.
  • the reactor 10 in FIG. 3 has a similar construction to the reactor 10 according to FIG. 1 and additionally comprises a degassing device 37, specifically a degassing head 37a for improved gas-liquid separation.
  • the degassing head 37a is disposed between the reactor 10 and the volatile hydrocarbon discharge device 12.
  • the degassing head 37a engages over the reactor 10.
  • the discharge device 12 for the reaction products is provided on the degassing head 37a, as is the sump oil removal 43, which connects the degassing head 37a to the circulation line 21.
  • the circulation line 21 is not completely drawn.
  • the arrangement of the circulation line 21, in particular the connection with the propulsion jet nozzle 15, corresponds to the arrangement according to FIG. 1.
  • the degassing head 37a includes a mist eliminator 47 disposed below and upstream of the volatile hydrocarbon discharge manifold 12 and extending across the cross section of the degassing head 37a.
  • the mist eliminator 47 is provided for the retention of aerosols and adapted accordingly.
  • a drip ring 48 is provided which is molded on the outer edge of the upper axial end of the reactor 10.
  • a drain line 49 is provided according to FIG. 3 on the housing bottom 42 of the reactor 10. This emptying line 49 can also be provided in the reactor according to FIG. 1.
  • the reactor 10 according to FIG. 3 is operated in a similar manner as the reactor 10 according to FIG. 1.
  • the invention also includes embodiments in which more than one propulsion jet nozzle 15, for example two, three, four or even more propulsion jet nozzles 15 are provided.
  • eachmaschinemüse a Strömungsleitrohr 19 is associated.
  • a plurality of propulsion jet nozzles 15 may be associated with a flow guide 19, wherein the flow tube 19 is dimensioned correspondingly larger in this case.
  • the entry means 11 is formed as a pneumatic means 24 for solids supply.
  • the pneumatic means 24 according to Fig. 4 is associated with the device 14 for forming the reactor-internal circuit, i. the pneumatic means 24 is connected to the propulsion jet nozzle 15, in particular to the internally arranged nozzle tube 17 of the propulsion jet nozzle 15.
  • the pneumatic means 24 has a pressure-conveying container 26 which can be connected to the reactor 10 or the propulsion jet nozzle 15 via a valve arrangement, for example via an outlet ball valve 50. Instead of the outlet ball valve 50 other types of valves can be used.
  • the pressure-conveying container 26 comprises an upper cylindrical portion 51 and a lower conical portion 52.
  • a supply means 53 for example with a filling ball valve 53a, is provided.
  • the filling with organic substances is indicated by a corresponding arrow in FIG. 4.
  • the feed device 53 is followed by an exhaust pipe 54 through which displaced air can escape.
  • the pressure-conveying container 26 is connected to a compressed gas device, through which a fluidizing gas and a transport gas are supplied.
  • the gas supply device for transport gas 27a comprises a supply means 40, for example in the form of a lance 40a, which opens in the region of the discharge opening 41 of the storage container 26.
  • a further gas supply device 27b for the fluidizing gas (fluidizing gas device) is provided, which is connected to the compressed gas device and has a supply opening 28 which is arranged in the lower conical section 52 of the pressure conveying container 26.
  • the lower conical section 52 is provided with a gas-permeable lining 39, which is arranged at least in the region of the feed opening 28 of the fluidising gas device 27b.
  • the liner 39 thus forms a porous aeration cone that assists in homogeneous fluidization of the solids.
  • the liner 39 further prevents bridging of the shredded solids in the pressure-conveying container 26.
  • the upper cylindrical portion 51 is also coated with a high-temperature-resistant non-stick coating 38.
  • the lining 39 is open in the region of the discharge opening 41.
  • the pressure-conveying container 26 according to FIG. 4 is operated as follows:
  • the filling ball valve 53a With the filling ball valve 53a open and the exhaust ball valve 54a open, the comminuted solids are introduced via a suitable transport device through the filling line 53b into the pressure-conveying container 26. The air displaced thereby escapes via the exhaust pipe 54.
  • the filling ball valve 53a closes and inert gas first flows through the fluidizing gas device 27b into the pressure-conveying container 26.
  • the exhaust ball valve 54a is closed and the pressure-conveying container 26 is brought to operating pressure by the transport gas and / or fluidizing gas device 27a, 27b, optionally with inert gas or reaction gas.
  • the outlet ball valve 50 opens and transport gas is injected through the lance 40a of the transport gas device 27a in the region of the application opening 41.
  • the solid located in the pressure-conveying container 26, together with the reaction gas is transported through the discharge line 50a to the reactor 10 or the propulsion jet nozzle 15.
  • the solid metered out of the pressure conveying container 26 is discharged.
  • Continuous operation of the pneumatic means 24 may be accomplished by interconnecting at least two or more pressure vessels 26, as shown in FIG.
  • the two pressure-conveying container 26 have a common exhaust pipe 54 and a common discharge line 50a.
  • one of the two containers respectively acts as a storage container, while the solids are conveyed via the respective other container. As soon as this container is empty or is approximately empty, it is switched to the other, temporarily filled container.
  • the pressure-conveying container 26 functioning as a storage container thus serves as a temporary storage (buffer container) and at the same time as a pressure lock between the atmospheric pressure and the required delivery or system pressure.
  • the pressure-conveying container 26 or storage container are filled via a suitable external conveyor with the originating from an external storage solids and then acted upon closing the solids supply for inerting and to build up the required system pressure with gas. This is preferably done with process gas, which is branched off from the conveying gas flow. However, the construction of the required system pressure can also be carried out with externally supplied gas.
  • valve-controlled lock and pipe system is opened to the reactor 10 and the solids are introduced into the reactor together with conveying gas or transport gas, which may also contain the reaction gas.
  • conveying gas or transport gas which may also contain the reaction gas.
  • a storage tank for the solids and gas supply in the reactor works (pressure feed tank 26)
  • the other storage tank is refilled with the next solid charge Before refilling the respective storage tank is depressurized.
  • the pneumatic conveying by the technical adaptation made in the exemplary embodiment according to FIG. 5 to elevated pressures of up to 200 bar and temperatures of up to 300 ° C. represents an optimum device for introducing organic solids into swamp phases for the purpose of direct liquefaction the pressure reactor quickly and directly registered in the liquid sump phase, without being compacted.
  • the solids are free from Ballastyzen, such as mashing liquor, so that the solids in the sump phase can be heated very quickly and with the least possible expenditure of energy to reaction temperature in the order of about 300 to 600 0 C.
  • Ballastystoffen such as mashing liquor
  • FIG. 6 An example of a mechanical means 25 for the supply of solids is shown in FIG. 6 by means of a tempering device 30.
  • the mashing device 30 can be coupled directly to the reactor 10 via a pump 30a.
  • the Anmaisch driving 30 may be provided in addition to the mechanical means 25 for solids supply, for example, when the mechanical means 25 is formed as a screw device 32 or as a piston device 35
  • the mashing device 30 comprises a mashing tank 3Oj with a heating jacket 30b and a stirring / mixing unit 30c.
  • the heating jacket 30b has a first connecting piece 3Od for heating medium inlet and a second connecting piece 3Oe for heating medium outlet. About the controlled supply of heating medium, the mash is preheated in the container to the desired temperature.
  • the mash tank also has a third connection piece 3Of for the liquid feed, an opening 30g for the entry of biomass, a fourth connection piece 30h for the withdrawal of the mash, and a fifth connection piece 30i, which is optionally used for withdrawing the mash or for external recycling of the mash can be.
  • Crushed biomass is continuously discharged via a suitable device 30k into the mixing vessel above the opening 30g.
  • the biomass falls on the surface of an already existing mash, suspension or liquid reservoir.
  • the liquid supplied continuously via the third connection piece 3Of causes, with the aid of the stirring mixer 30c, such a movement of the surface that the biomass is suspended.
  • the mash produced can now be withdrawn via the fifth connecting piece 3Oi and pumped by means of the pump 30a to the reactor 10.
  • the apparatus is equipped with a wet comminution unit 301 in order to further homogenize the mash produced and to comminute any coarse pieces present in the biomass.
  • the wet grinding unit 301 automatically sucks through the fourth connecting piece 30h a partial flow of the mash, which is at least twice as large as the sum of the input streams 10 and 12 and homogenizes the mash.
  • a portion of the mash homogenized by the wet comminution aggregate 301 is sucked by the pump 30a and sent to the reactor, another part flows back into the mash tank via the fifth port 3Oi and generates additional turbulence for mixing the biomass through the opening 30g to the container is supplied.
  • the mashing device 30 has the advantage that the direct introduction of comminuted, moderately tempered solids as a slurry or in slurry form into a sump phase heated to the reaction temperature is made possible. There is no compaction of the crushed solids.
  • the mashing device 30 enables the dissolution or digestion of the solids, preferably in the reactor cycle liquid, i. in oil, water, salt or metal melts or any other organic liquid (e.g., a hydrogen carrier) and optionally a better preheat potential.
  • the mashing device 30 the promotion of the mash (as a slurry or dissolved in the liquid) is made possible by means of pumps which are suitable for suspended solids loads.
  • the solids are suspended or dissolved before being fed into the reactor (pressure reactor or else without pressure) by means of a suitable organic or inorganic liquid or optionally also water, preferably with liquid from the reactor circulation.
  • a suitable organic or inorganic liquid or optionally also water preferably with liquid from the reactor circulation.
  • the ratio of solid to liquid is chosen so that a flowable or pumpable medium is formed.
  • the preparation of this suspension or solution is preferably carried out in a pressureless or under slight overpressure container. As a rule, this container is equipped with a suitable stirring and / or mixing device. After preparation of the suspension or solution and optionally a warm-up, the medium is fed via a suitable pumping device into the bottom phase of the reactor (pressure reactor or pressureless).
  • the mashed solids entry fulfills the requirements of direct liquefaction in the raw materials and liquefied liquids mentioned and represents a particularly inexpensive solution because simple pump systems can be used.
  • FIG. 7 shows a lock device 31.
  • the lock device 31 is constructed as follows and operates according to the following functional sequence:
  • a biomass is conveyed by means of a suitable transport device 31b via a filling hopper 31c with open inlet ball valve 31d in a lock 31e. If the lock 31e is filled, the transport device 31b stops and the inlet ball valve 31d closes. Inertisiergas can via an open ball valve 31f in the lock
  • the exhaust ball valve 31g and the lock 31e may be pressurized to system pressure via a gas stratification gas.
  • the glass ball valve 31f and an outlet ball valve 31h close, whereby the solids contained in the lock 31e are discharged into the reactor 10.
  • the outlet ball valve 31h and the exhaust gas Ball valve 31g opens to drain any existing pressure in the lock 31e.
  • the exhaust ball valve 31g opens the intake ball valve 31d again and the filling process starts again.
  • the lock device 31 has the advantage that a direct entry of comminuted and moderately tempered solids in a heated to reaction temperature bottom phase is made possible without Ballastologisscher be included as Anmaischnetkeit, which delay the heating in the bottom phase reactor.
  • the sluice device 31 when introducing the solids into the reactor 10, allows the solids to be inertized (if this is not already possible in an upstream storage device), prevents the escape of gases, vapors and liquids from the reactor and optionally seals against increased or high reactor pressure.
  • the solids inlet and outlet are equipped with suitable shut-off valves, preferably with ball valves.
  • a rotary valve either as a gravity system or in combination with a pneumatic conveyor
  • a gravity-based lock system works in such a way that the outlet shut-off (if necessary pressure-tight) is closed to fill the lock and the inlet shut-off is opened.
  • the inlet fitting possibly pressure-tight
  • the outlet fitting is closed, while the outlet fitting initially remains closed.
  • the lock space is inertize by means of gas or liquid and possibly build up pressure according to the back pressure in the reactor.
  • the outlet fitting is opened and the contents can be entered by gravity or possibly also by a rinsing process in the reactor or possibly a precursor to the reactor.
  • at least two separate lock spaces are used, which are operated alternately to ensure a continuous solids feed.
  • a quasi-continuous feeding is also possible with a lock.
  • the lock system represents a possibility of removing dry comminuted solid particles at room temperature. temperatures up to 300 0 C enough to enter into a liquid sump phase to elevated pressures up to 200 bar or depressurized quickly.
  • the sluice promotion is surprisingly suitable for entry of said dry organic solids in swamp phases for the purpose of direct liquefaction.
  • the solid particles should be introduced into the reactor (pressurized reactor or pressureless) quickly and directly into its liquid sump phase and should be as free as possible of ballast additives such as mashing liquid, so that they are very fast in the sump phase and with the lowest possible energy input to reaction temperature in the order of up to 500 0 C to be heated. This is important for energy-efficient process control and for a high yield of desired liquid product. With slow heating occur increasingly solid charring and Verte mecanics occur.
  • the sluice promotion fulfills the requirements for the raw materials mentioned and, for these cases, represents a solution which is particularly favorable in terms of plant production costs compared to other entry systems in pressure chambers.
  • the dry solid is supplied via a suitable unit (not shown), and further digested by a corresponding construction of the screw flight 32a in the comminution zone 32b.
  • additives, gas for inerting and / or liquids for mashing and preheating of the solid may optionally be added via openings 32d.
  • the screw device 32 may be e.g. be heated by means of electrical heating strips, which are mounted around the tubular body 32f (housing).
  • the pitch of the screw flight 32a changes and the tube body 32f runs conically, so that here a compression of the solid is achieved and thus a plug against the internal pressure of the high pressure vessel or reactor 10 is built up.
  • the grafting zone 33 serves as a pressure barrier against liquids and gases in the reactor. In this zone 33, the solid is not further compressed, but only advanced.
  • a comminuting or deagglomerating device 32e Prior to entry of the compacted solid into the high pressure vessel or reactor 10, a comminuting or deagglomerating device 32e is present. In the present example, cutters 32a are cut on the extended worm shaft 32a, which chop the strand.
  • the screw device 32 carries crushed, moderately tempered solids directly and continuously into the heated to reaction temperature bottom phase.
  • the screw device 32 offers the possibility of heating the solids with or without mash oil, if appropriate or necessary.
  • a solids entry without Ballastosstoffe such as mashing liquid is possible to avoid a delayed heating in Sumpfphasenreak- gate.
  • it is also possible to introduce solids with mashing liquid it being possible to premix the mash fluid and the solids by means of mixing elements installed in the screw conveyor.
  • the screw device 32 draws the solids (with or without mashing liquid) from an upstream storage tank (usually a buffer tank) into the screw conveyor.
  • a suitable feed device eg feed screw
  • the exit of the screw machine can be provided with a comminution device (eg rotating cutting device), which disassembles the compacted material before the entry of the reactor.
  • the screw device 32 is a possibility of crushing solid particles without sealing problems at temperatures up to 300 ° C. in pressure chambers against elevated pressures of up to 200 bar entered.
  • the solids form a plug, which is impermeable even for pressurized hydrogen.
  • This is the screw conveyor surprisingly suitable for entry of said organic solids in sump phases for the purpose of direct liquefaction under hydrogen pressure or depressurized.
  • the solid particles can be introduced into the reactor 10 (pressure reactor or pressureless reactor) quickly and directly into its liquid bottom phase.
  • the solids should in this case be freely ty is ballast auxiliaries such Anmaischflüs- so that they are heated in the liquid phase very rapidly and with little energy as possible to the reaction temperature in the order of up to 500 0 C. This is important for energy-efficient process control and for a high yield of desired liquid product. With slow heating in the reactor occur increasingly solid Verkohlungs- and Verte mecanics employment.
  • the screw conveyor fulfills the necessary requirements for the mentioned raw materials, in particular when fed into pressure chambers, without the need for a complex system technology. In addition, there are no sealing problems associated with high pressure solids delivery and the need to add mash liquor.
  • the mechanical means 25 for solids supply can also be realized in the form of a piston device 35, as shown in Figures 9a, 9b and 10.
  • FIG. 9a illustrates the suction stroke of the piston device 35.
  • the delivery medium is supplied to the piston device 35 via a worm 35a during the backward movement of the working piston 35b and reaches the product space 35d of the pump or piston device 35 via an opened, hydraulically actuated suction valve 35c.
  • FIG. 9b illustrates the working or pressure stroke of the piston device.
  • the suction valve 35c closes and the pressure cylinder 36 pushes the working piston 35b into the product space 35d, whereby the pressure valve 35e opens and pushes the mash into the pipe 35f to the reactor 10.
  • the pressure-side valve rods 35g are not in the flow range. Through this valve arrangement, the full flow cross-section is available during the pressure stroke.
  • FIG. 10 shows by way of example a piston device 35 with 2 pressure cylinders 36 for continuous conveying:
  • the double-piston device for biomass introduction comprises two parallel pressure cylinders 36 and working pistons 35b, which use a common pressure-conveying line 35f to the reactor 10.
  • the piston device 35 allows the direct, discontinuous or continuous entry of comminuted, moderately tempered solids, which are vermänischt with liquid, in a heated to reaction temperature Sumpfhpase. In addition, there is also the possibility of promoting or feeding untoned solids, creating a fast
  • the piston device 35 offers a good possibility of inerting in the pump pressure chamber between the piston and the discharge shut-off. Furthermore, there is a good possibility of preheating the solids or their mash before it is fed into the reactor 10.
  • the filling area of the piston device 35 is filled with solids (with or without liquefied liquid) from an upstream storage tank (usually a buffer tank).
  • a suitable feed device eg feed screw
  • the discharge tube of the piston device is closed by a suitable lock (eg slider or valve) to the reactor.
  • the piston pushes the material into a tube closed on all sides.
  • the tube space closed by the piston and the lock serves to seal against a possibly present reactor pressure and to build up the required system pressure (sealing against atmosphere or lower pressure stage).
  • the solids or their mash can be preheated by means of suitable heating devices and, if appropriate, the supplied solids and their mash can be rendered inert by externally supplied gases (elimination of air and oxygen).
  • the lock opens to the reactor and the piston pushes the material into the bottom area of the reactor.
  • the reactor feed is discontinuous.
  • a continuous reactor feed is possible via a multi-piston system.
  • the drive of the piston device is usually hydraulically, but can also be performed electrically.
  • the piston device 35 represents a possibility for different raw materials (solid biogenic substances such as energy plants, wood, straw, biowaste, plastic waste and other solid organic substances), crushed solid particles with and without liquid components at temperatures up to 300 0 C in pressure chambers against elevated pressures up to 200 bar.
  • the piston promotion is suitable for entry of said dry organic solids in sump phases for the purpose of pressurized or pressureless direct liquefaction.
  • the solid particles are introduced into the reactor (under pressure or without pressure) quickly and directly into its liquid sump phase and are preferably free from ballast auxiliaries such as mash fluid, so that they are very fast in the sump phase and with as little energy as possible on the reaction temperature in the order of up to 600 0 C to be heated. This is important for energy-efficient process control and for a high yield of desired liquid product. With slow heating occur increasingly solid charring and Verte mecanics employment.
  • the above-described mechanical means 25 for solids supply in particular the Anmaisch worn 30, the lock device 31, the screw device 32 and the piston device 35 can be well used for entry of raw materials or residues in a pressure reactor, in connection with the direct liquefaction of high molecular weight organic Substances in low-viscosity fuels and fuels is used.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Herstellung von Roh-, Brenn- und Kraftstoffen aus organischen Substanzen mit einem Reaktor (10), der eine Eintragseinrichtung (11) für die organischen Substanzen, eine Austragseinrichtung (12) für Reaktionsprodukte und eine Einrichtung (13) zur Zufuhr von Reaktionsenergie für die Umwandlung der organischen Substanzen in die Reaktionsprodukte aufweist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Reaktor (10) eine Einrichtung (14) zur Ausbildung eines reaktorinternen Strömungskreislaufes umfasst.

Description

Vorrichtung und Verfahren sowie Verwendung eines
Reaktors zur Herstellung von Roh-, Brenn- und Kraftstoffen aus organischen Substanzen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, ein Verfahren sowie die Verwendung eines Reaktors zur Herstellung von Roh-, Brenn- und Kraftstoffen aus organischen Substanzen. Eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist beispielsweise aus der DE 102 15 679 Al bekannt.
Ein Verfahren zur direkten thermochemischen Umwandlung von hochmolekularen organischen Substanzen in hochwertige niedermolekulare organische Produkte, die bei Raumtemperatur als niedrigviskose Flüssigkeiten vorliegen und brennbar sind, ist bekannt. Dabei werden organische Substanzen in Form von vorzugsweise festen, nachwachsenden Rohstoffen und/oder Reststoffen durch Direktverflüssigung in hochveredelte flüssige Kohlenwasserstoffe umgewandelt, mit dem Ziel, diese chemisch und energetisch zu nutzen. Dieses bekannte Verfahren eignet sich schwerpunktmäßig zur Herstellung von Kraftstoffen für konventionelle Fahrzeugmotoren, d.h. für die Herstellung von Benzin oder Diesel.
Bei dem in der DE 102 15 679 Al offenbarten Verfahren zur Direktverflüssigung handelt es sich um einen katalytisch-thermischen Umwandlungsprozess, bei dem aus hochmolekularen organischen Substanzen durch Crack- und Veredelungsreaktionen, unterstützt durch Katalysatoren, auf direktem Wege, d.h. ohne Umweg über die Vergasung, hochwertige flüssige Produkte erzeugt werden.
Zur Durchführung dieser direkten thermochemischen Verfahren zur Verflüssigung organischer Substanzen werden beispielsweise Rührreaktoren eingesetzt, die eine gute Vermischung bieten und zur Reaktivdestillation und als Strippgasreaktoren geeignet sind. Rührreaktoren weisen allerdings den Nachteil auf, dass die im Reaktor angeordneten bewegten Bauteile, d.h. die Rührelemente, zu Dichtproblemen führen, wenn der Reaktor im Druckbetrieb bei hohen Temperaturen arbeitet. Demgegenüber bieten Strömungsreaktoren, beispielsweise Rohrreaktoren, den Vorteil einer einfachen Bauweise ohne bewegte Bauteile. Die Verwendung von Strombrechern, beispielsweise in Form statischer Mischer oder statischer Mischelemente, ermöglicht eine gute Vermischung der Komponenten. Allerdings sind derartige Rohrreaktoren nicht zur Reaktivdestillation oder als Strippgasreaktor geeignet und eine optimale Verweilzeitsteuerung der zu crackenden Moleküle ist nicht möglich. Die zu crackenden Moleküle sind teilweise zu lang, teilweise zu kurz in der Reaktionszone, wodurch sich eine geringe Produktölausbeute bzw. eine zu hohe Produktgasausbeute ergibt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Herstellung von Roh-, Brenn- und Kraftstoffen aus organischen Substanzen anzugeben, die bei vergleichsweise einfacher Bauweise eine effiziente Umsetzung der organischen Substanzen in möglichst hochwertige Roh-, Brenn- und Kraftstoffe ermöglicht.
Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie die Verwendung eines Reaktors zur Herstellung von Roh-, Brenn- und Kraftstoffen aus organischen Substanzen anzugeben, die jeweils auf einfache Weise eine effiziente Umsetzung der organischen Substan- zen in möglichst hochwertige Roh-, Brenn- und Kraftstoffe ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im Hinblick auf die Vorrichtung durch den Gegenstand des Anspruchs 1, im Hinblick auf das Verfahren durch den Gegenstand des Anspruchs 26 und im Hinblick auf die Verwendung durch den Gegenstand des Anspruchs 31 gelöst.
Die Erfindung beruht demnach auf dem Gedanken, eine Vorrichtung zur Herstellung von Roh-, Brenn- und Kraftstoffen aus organischen Substanzen anzugeben, die einen Reaktor mit einer Eintragseinrichtung für die organischen Substanzen, einer Austragseinrichtung für Reaktionsprodukte und einer Einrichtung zur Zufuhr von Reaktionsenergie für die Umwandlung der or- ganischen Substanzen in die Reaktionsprodukte aufweist. Erfϊndungsgemäß umfasst der Reaktor eine Einrichtung zur Ausbildung eines reaktorinternen Strömungskreislaufes. Bei dem Reaktor der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich demnach um einen Strömungsreaktor, der so angepasst ist, dass im Inneren des Reaktors eine im Kreislauf geführte Strömung ausbildet wird, ohne dass dazu mechanisch bewegte Elemente erforderlich sind. Der reaktorin- terne Strömungskreislauf gewährleistet ein optimiertes produktorientiertes Misch- und Reaktionsergebnis, ohne dass dafür bewegte Bauteile erforderlich sind. Dies bedeutet, dass ein Betrieb des Reaktors bei hohen Temperaturen und Drücken möglich ist, ohne dass es dabei zu Dichtproblemen kommt. Der reaktorinterne Strömungskreislauf führt dabei zu einer hervorra- genden Vermischung der Komponenten, auch wenn diese in verschiedenen Phasen vorliegen. Insbesondere ist eine gute Vermischung von bis zu drei Phasen mit den Aggregatzuständen flüssig, gasförmig und fest möglich. Die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt ferner eine sehr schnelle Erwärmung der eingetragenen Roh- und Hilfsstoffe zu, so dass der Reaktor insbeson- dere für die in der DE 102 15 679 Al offenbarte Schockerwärmung besonders geeignet ist. Der reaktorinterne Strömungskreislauf ermöglicht sowohl katalytische als auch nicht katalyti- sche sowie hydrierende als auch nicht hydrierende Umwandlungsreaktionen. Durch eine Reaktivdestillation- oder Strippgasfunktion bietet der Reaktor die Voraussetzungen für eine produktorientierte Verweilzeitoptimierung.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Einrichtung zur Ausbildung des reaktorinternen Kreislaufes wenigstens eine Treibstrahldüse, die in ein Gehäuse des Reaktors mündet. Durch die Treibstrahldüse kann ein Antriebsmedium, beispielsweise ein Gas oder eine Flüssigkeit, in den Reaktor injiziert werden, derart, dass sich im Reaktor ein Strömungs- kreislauf ausbildet. Die Treibstrahldüse kann wenigstens zwei Düsenrohre aufweisen, so dass eine separate Eintragung der organischen Substanzen und die Eindüsung eines Antriebsmediums ermöglicht sind. Die Ausbildung des reaktorinternen Strömungskreislaufes wird dadurch unterstützt, dass wenigstens ein Leitrohr im Gehäuse fluchtend mit der Treibstrahldüse angeordnet ist. Diese Anordnung ermöglicht die Ausbildung eines doppelschlaufenförmigen Strö- mungskreislaufes, der zu einer besonders guten Vermischung der Komponenten führt.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Reaktor eine Einrichtung zur Ausbildung eines reaktorexternen Kreislaufes, wobei wenigstens eine Zirkulationsleitung zwei beabstandet angeordnete Abschnitte des Reaktors verbindet. Das bedeutet, dass der Reaktor die Ausbildung eines reaktorinternen und eines reaktorexternen Kreislaufes, d.h. zweier Kreisläufe, gestattet. Die Verbindung zweier beabstandet angeordneter Abschnitte des Reaktors durch die Zirkulationsleitung ermöglicht eine Rückführung, beispielsweise des Sumpföls zum Dotieren des Reaktors.
Dabei kann die Zirkulationsleitung mit der Treibstrahldüse, insbesondere mit einem der beiden Düsenrohre verbunden sein, wodurch eine besonders kompakte Ausführung der Vorrichtung erreicht wird. Der reaktorexterne Kreislauf kann eine Heizeinrichtung und/oder eine Filtereinrichtung aufweise?). Zu einer Verbesserung der Gas-Flüssig-Trennung kann eine Entgasungseinrichtung innerhalb des Reaktors der Austragseinrichtung vorgeordnet sein.
Bei einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Eintragseinrichtung ein pneumatisches und/oder mechanisches Mittel zur Feststoffzufuhr auf, wodurch eine besonders effiziente Zufuhr der organischen Substanzen sowohl im kontinuierlichen als auch im diskontinuierlichen Betrieb ermöglicht wird. Zur Vermeidung von Brückenbildungen kann das pneumatische und/oder das mechanische Mittel zur Feststoffzufuhr eine hochtemperaturbeständige Antihaftbeschichtung aufweisen.
Vorzugsweise ist das pneumatische Mittel zur Feststoffzufuhr der Einrichtung zur Ausbildung des reaktorinternen Kreislaufes zugeordnet, so dass letztere eine Doppelfunktion im Hinblick auf die Zufuhr der organischen Substanzen als auch im Hinblick auf die Ausbildung des reak- torinternen Kreislaufs erfüllt. Dabei kann das pneumatische Mittel zur Feststoffzufuhr mit der Treibstrahldüse, insbesondere mit einem der beiden Düsenrohre verbunden sein. Eine Möglichkeit, das pneumatische Mittel zur Feststoffzufuhr zu realisieren, besteht darin, wenigstens einen Druckförderbehälter vorzusehen, der mit dem Reaktor, insbesondere mit der Treibstrahldüse, verbindbar ist. Eine kontinuierliche Feststoffzufuhr kann dadurch erreicht werden, dass zwei Druckförderbehälter vorgesehen sind, die wechselweise betreibbar sind.
Das pneumatische Mittel zur Feststoffzufuhr kann eine Transportgas- und/oder Fluidisierga- seinrichtung aufweisen, die mit dem Druckförderbehälter bzw. den Druckförderbehältern verbindbar ist/sind, wodurch der Druckförderbehälter mit Druck beaufschlagt werden kann, und zwar sowohl mit einem Inertgas als auch mit einem Reaktionsgas. Die Austragung eines Feststoffs aus dem Druckförderbehälter kann mit Hilfe der Transportgaseinrichtung erfolgen, bzw. unterstützt werden. Durch die Fluidisierfunktion mittels der Fluidisiergaseinrichtung wird eine Brückenbildung der Feststoffpartikel sowie ein Anhaften der Partikel an der Behälterwandung vermieden.
Dabei kann wenigstens im Bereich einer Zufuhröffnung des Druckförderbehälters für die Fluidisiergaseinrichtung eine gasdurchlässige Auskleidung des Druckförderbehälters angeordnet sein. Dadurch wird zum einen eine homogene Fluidisierung des im Druckförderbehälter befind- liehen Materials erreicht, zum anderen wird eine unerwünschte Anhaftung des Materials an der Behälterwandung sowie eine Verstopfung der Zufuhröffnung des Druckförderbehälters vermieden. Vorzugsweise ist ein Zufuhrmittel der Transportgaseinrichtung im Bereich einer Aus- tragsöffnung des Druckförderbehälters angeordnet. Dadurch wird eine besonders effiziente Feststoffaustragung aus dem Druckförderbehälter erreicht. Das Zufuhrmittel kann eine Lanze umfassen, die in den Druckförderbehälter bis in den Bereich der Austragsöffnung ragt, so dass das Transportgas gezielt in dem gewünschten Bereich eingeblasen werden kann.
Das mechanische Mittel zur Feststoffzufuhr kann der Einrichtung zur Ausbildung des reaktor- externen Kreislaufs zugeordnet sein. Da es sich bei dem reaktorexternen Kreislauf insbesondere um eine Umwälzung bzw. Rückführung der Sumpfphase des Reaktors handelt, ist die mechanische Einspeisung der organischen Substanzen in diesem Bereich besonders vorteilhaft. Das mechanische Mittel zur Feststoffzufuhr kann einer Pumpe der Einrichtung zur Ausbildung des reaktorexternen Strömungskreislaufes in Förderrichtung vorgeordnet oder nachgeordnet sein. Dem mechanischen Mittel zur Feststoffzufuhr kann ein Anmaischeinrichtung vorgeordnet sein, so dass die organischen Feststoffe vor der Einspeisung in den Reaktor durch eine geeignete organische Flüssigkeit oder gegebenenfalls auch durch Wasser suspendiert oder aufgelöst werden kann. Das mechanische Mittel zur Feststoffzufuhr kann eine Schleuseneinrichtung umfassen, durch die die in den Reaktor einzutragenden Feststoffe inertisiert werden können. Außerdem kann durch die Schleusenvorrichtung der Austritt von Gasen, Dämpfen und Flüssigkeiten aus dem Reaktor verhindert und gegebenenfalls eine Abdichtung gegen einen erhöhten Reaktordruck erreicht werden.
Für einen kontinuierlichen Betrieb, insbesondere eine kontinuierliche Feststoffzufuhr, kann das mechanische Mittel zur Feststoffzufuhr eine Schneckeneinrichtung mit einem Drucksperrabschnitt umfassen, der zur Ausbildung eines Sperrpfropfens einem Verdichtungsabschnitt nachgeordnet ist. Dadurch werden Druckverluste des Reaktors bei der Feststoffzufuhr verhindert bzw. verringert. Eine weitere Möglichkeit für die Einspeisung der organischen Substanzen besteht darin, dass das mechanische Mittel der Feststoffzufuhr eine Kolbeneinrichtung umfasst. Die Kolbeneinrichtung bietet den Vorteil, dass die Förderung bzw. Einspeisung von nicht angemaischten Feststoffen möglich ist, wodurch eine schnelle Aufheizung im Reaktor unterstützt wird. Die Kolbeneinrichtung kann wenigstens einen Druckzylinder, insbesondere zwei Druckzylinder, umfassen, wodurch, im letzteren Fall, eine kontinuierliche Förderung erreicht wird. Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf dem Gedanken, die organischen Substanzen in einen Reaktor einzutragen, diese unter Zufuhr von Reaktionsenergie in Reaktionsprodukte umzuwandeln und die Reaktionsprodukte aus dem Reaktor auszutragen. Erfindungsgemäß wird im Reaktor ein Strömungskreislauf ausgebildet. Dadurch wird eine besonders gute Vermischung der Komponenten, selbst wenn diese in bis zu drei verschiedenen Phasen vorliegen, erreicht, ohne dass dazu mechanisch bewegte Bauteile erforderlich sind. Zur Ausbildung des Strömungskreislaufes kann ein Antriebsmedium unter Druck in den Reaktor eingebracht werden. Dabei ist ein einphasiger, zweiphasiger und dreiphasiger Betrieb des Reaktors möglich.
Die Erfindung umfasst ferner die Verwendung eines Reaktors zur Herstellung von Roh-, Brenn- und Kraftstoffen aus organischen Substanzen mit einer Eintragseinrichtung für die organischen Substanzen, einer Austragseinrichtung für Reaktionsprodukte und einer Einrichtung zur Zufuhr von Reaktionsenergie für die Umwandlung der organischen Substanzen in die Reaktionspro- dukte, wobei der Reaktor eine Einrichtung zur Ausbildung eines reaktorinternen Strömungskreislaufes aufweist. Bei dem verwendeten Reaktor handelt es sich vorzugsweise um einen Schlaufenreaktor.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die bei- gefügten schematischen Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. In diesen zeigen
Hg. 1 einen Querschnitt durch den Reaktor einer Vorrichtung zur Herstellung von
Roh-, Brenn- und Kraftstoffen aus organischen Substanzen nach einem erfin- dungsgemäßen Ausführungsbeispiel in schematisierter Form;
Fig. 2 eine Detailansicht der Treibstrahldüse des Reaktors gemäß Rg. 1;
Fig. 3 ein anderes Ausführungsbeispiel eines Reaktors für eine Vorrichtung zur Her- Stellung von Roh-, Brenn- und Kraftstoffen aus organischen Substanzen;
Fig. 4 einen Querschnitt durch eine pneumatische Feststoffzufuhreinrichtung in schematisierter Darstellung; Fig. 5 eine Kombination zweier Feststoffzufuhreinrichtungen gemäß Fig. 4;
Fig. 6 einen Querschnitt durch eine Anmaischvorrichtung in schematisierter Form;
Fig. 7 einen Querschnitt durch eine Schleuseneinrichtung in schematisierter Form;
Fig. 8 einen Querschnitt durch eine Schneckeneinrichtung;
Fig. 9a, 9b einen Querschnitt durch eine Kolbeneinrichtung in zwei verschiedenen Kolbenstellungen;
Fig. 10 einen Querschnitt durch eine Kolbeneinrichtung mit zwei Druckzylindem und
Fig. 11 eine schematische Darstellung des Nebenstromfiltrationskreislaufs.
Fig. 1 zeigt im Querschnitt einen Reaktor, der erfindungsgemäß zur Herstellung von Roh-, Brenn- und Kraftstoffen aus organischen Substanzen im Wege der Direktverflüssigung eingesetzt wird. Dabei wird konkret ein Mehrphasenmischreaktor, und zwar ein Schlaufenreaktor, verwendet.
Der Reaktor 10 umfasst ein Gehäuse 16 mit einem senkrecht angeordneten zylindrischen Mantel 16a. Am oberen axialen Ende des Reaktors ist eine Eintragseinrichtung 11 vorgesehen, durch die organische Substanzen in den Reaktor 10 gefördert werden. Ferner ist am oberen axialen Ende des Reaktors 10 eine Austragseinrichtung 12 für Reaktionsprodukte, beispielsweise leichtflüchtige Kohlenwasserstoffverbindungen, angeordnet, die beispielsweise mit einer (nicht dargestellten) Destillationskolonne verbunden ist. Im Mantel 16a des Gehäuses 16 sind Heizelemente integriert, die die Einrichtung 13 zur Zufuhr von Reaktionsenergie bilden. Die Heizelemente können zur thermischen oder induktiven Beheizung oder zur Beheizung mittels Mikrowellen ausbildet sein. Die Einrichtung 13 kann zusätzlich Mittel zur Druckbeaufschlagung des Reaktors umfassen, so dass sowohl ein druckloser als auch ein druckbeaufschlagter Betrieb des Reaktors 10 möglich ist. Der Reaktor 10 umfasst ferner eine Einrichtung 14 zur Ausbildung eines reaktorinternen, freien Strömungskreislaufs mit wenigstens einer Treibstrahldüse 15, die im oberen Bereich des Reaktors 10 in das Gehäuse 16 mündet. Die Treibstrahldüse 15 ist als Doppelrohrdüse bzw. als Dreistoffdüse ausgebildet und weist zwei konzentrisch angeordnete Düsenrohre 17, 18 auf.
In Hg. 2 ist eine Detailansicht des Austrittsbereichs der Treibstrahldüse 15 mit den beiden Düsenrohren 17, 18 dargestellt. Dort ist zu erkennen, dass das innere Rohr 17 axial über das äußere Rohr 18 hinausragt, wobei zwischen dem inneren Rohr 17 und dem äußeren Rohr 18 ein Ringspalt gebildet ist. Das bedeutet, dass sowohl durch das innere Rohr als auch durch das äußere Rohr Medium in den Reaktor 10 transportiert werden kann. Vorzugsweise ragt das innere Düsenrohr 17 aus dem Düsenaustrittsquerschnitt um das 0,4-6-fache des Düsendurchmessers, d.h. des Austrittsdurchmessers des äußeren Düsenrohres 18 hinaus. Das Verhältnis des Durchmessers des inneren Düsenrohres 17 zum Durchmesser des äußeren Düsenrohres 18 im Bereich der Austrittsöffnung der Treibstrahldüse 15 beträgt zwischen 0,4 und 0,9.
Das innere Rohr 17 ist mit einer, in Fig. 1 nicht dargestellten Feststoffzufuhr, insbesondere einer pneumatischen Feststoffzufuhr, verbunden. Das äußere Rohr 18 ist mit einer Rückführleitung bzw. einer Zirkulationsleitung 21, allgemein mit einer Einrichtung 20 zur Ausbildung eines reaktorexternen Kreislaufs, verbunden. Der Treibstrahldüse 15 ist ein Leitrohr 19 bzw. ein Strömungsleitrohr zugeordnet, wobei das Leitrohr 19 und die Treibstrahldüse 15 fluchtend angeordnet sind. Wie in Fig. 1 zu erkennen, kann die Austrittsseite der Treibstrahldüse 15 in das Leitrohr hineinragen, so dass in diesem Bereich das Leitrohr 19 die Treibstrahldüse 15 konzentrisch umgibt. Zwischen der Unterkante des Leitrohrs 19 und einem Gehäuseboden 42 des Reaktors 10 ist ein Zwischenraum vorgesehen. Das Leitrohr 19 ist an beiden axialen En- den geöffnet und bildet zusammen mit der Treibstrahldüse 15 Teil der Einrichtung 14 zur Ausbildung des reaktorinternen Strömungskreislaufes. Das Verhältnis des Durchmessers des äußeren Mantels 16a zu dem des Strömungsleitrohrs 19 beträgt vorzugsweise 3:1 bis 5:1.
Die Einrichtung 20 zur Ausbildung des reaktorexternen Kreislaufs umfasst die Zirkulationslei- tung 21, die zwei beabstandet abgeordnete Abschnitte 22, 23 des Reaktors 10 verbindet. Konkret verbindet die Zirkulationsleitung 21 einen im oberen Bereich des Reaktors 10 angeordneten Abschnitt mit dem axialen oberen Ende des Reaktors 10, wodurch ein reaktorexterner Kreislauf gebildet wird. Dabei verbindet die Zirkulationsleitung 21 einen Bereich des Reak- tors 10, in dem sich ein Sumpföl-Biomasse-Strippgas-Gemisch befindet, mit der Treibstrahldüse 15. Wie in Fig. 1 erkennbar, bildet dabei die Zirkulationsleitung 21 das äußere Düsenrohr 18 der Treibstrahldüse 15. Zum Umwälzen des Sumpföls im reaktorexternen Kreislauf ist eine Pumpe 29 vorgesehen, die zur Förderung von Feststofffracht geeignet ist. Die Einspeisung der organischen Substanzen kann an Stelle über die pneumatische Feststoffzufuhr, d.h. das pneumatische Mittel 14, auch mechanisch erfolgen, wobei ein dafür geeignetes mechanisches Mittel 15 zur Feststoffzufuhr der Pumpe 29 in Förderrichtung entweder vor- oder nachgeordnet ist. Die mechanische Einspeisung der organischen Substanzen in den reaktorexternen Kreislauf ist in Fig. 1 durch einen gestrichelten Pfeil bezeichnet, der der Pumpe 29 in Förder- richtung vorgeordnet ist. Die mechanische Feststoffzufuhr kann an Stelle der pneumatischen Feststoffzufuhr oder auch zusätzlich zur pneumatischen Feststoffzufuhr vorgesehen sein.
Die Zirkulationsleitung 21 bildet an der Stelle, wo die Zirkulationsleitung 21 in den Reaktor 10 mündet, einen Sumpfölabzug 43. Dieser Sumpfölabzug 43 ist von dem axialen oberen Ende des Reaktors 10 so weit beabstandet, dass sich ein Flüssigkeitsniveau über dem Sumpfölabzug 43 einstellt und ein Gassammeiraum 44 zwischen dem Flüssigkeitsniveau 45 und dem oberen axialen Ende 46 des Reaktors gebildet wird. Die Mündung der Treibstrahldüse 15 ist in axialer Richtung unterhalb des Sumpfölabzugs 43 angeordnet, zumindest aber so angeordnet, dass im Betrieb des Reaktors 10 gewährleistet ist, dass die Mündung der Treibstrahldüse 15 unter- halb des Flüssigkeitsniveaus 45 liegt. Konkret ist die Treibstrahldüse 15 so angeordnet, dass sich ein Flüssigkeitsniveau 45 einstellt, das etwa in einer dem 0,4 bis 1,5-fachen Durchmesser des Strömungsleitrohrs 19 entsprechenden Höhe über dem oberen axialen Ende des Strömungsleitrohrs 19 liegt.
Die Einrichtung 20 zur Ausbildung des reaktorexternen Kreislaufs kann mit Heizelementen 20a und/oder einer Filtereinrichtung 20b ausgestattet sein. Die Filtereinrichtung 20b ist dabei als Nebenstromfiltration ausgeführt, die in den reaktorexternen Kreislauf eingebunden ist. Dazu wird aus dem reaktorexternen Kreislauf (Hauptstrom) ein Teilstrom abgezweigt und der Filtereinrichtung zugeführt. Der aus dem Teilstrom herausgefilterte Ölschlamm wird aus der Filter- einrichtung ausgeschleust und entsorgt bzw. weiterverarbeitet. Der in der Filtereinrichtung 20b gefilterte Teilstrom wird dem reaktorexternen Kreislauf (Hauptstrom) wieder zugeführt. Die Zufuhr des gefilterten Teilstroms zum Hauptstrom erfolgt auf der Saugseite der Pumpe 29 des reaktorexternen Kreislaufs. Das bedeutet, dass der gefilterte Teilstrom dem ungefilterten Hauptstrom zugemischt wird. Die im reaktorexternen Kreislauf angeordneten Heizelemente 20a sind in dem Ausführungsbeispiel der Abzweigung des ungefilterten Teilstroms zur Filtereinrichtung 20b vorgeordnet, können aber konstruktionsbedingt auch nachgeordnet sein.
Der Hauptstrom des reaktorexternen Kreislaufs nach der Abzweigung des Teilstromes wird, wie vorstehend beschrieben, dem Reaktor 10 bzw. der Sumpfphase des Reaktors 10 wieder zugeführt.
Die Nebenstromfiltration ist in Fig. 11 dargestellt.
Die Funktionsweise des Reaktors 10 gemäß Fig. 1 wird wie folgt erläutert.
Durch das innere Düsenrohr 17 wird Biomasse mit Hilfe von Reaktions-/Strippgas pneumatisch der Treibstrahldüse 15 zugeführt. Zugleich wird durch die Zirkulationsleitung 21 Sumpföl dem äußeren Düsenrohr 18 der Treibstrahldüse 15 zugeführt. Der aus der Treibstrahldüse 15 austretende Sumpfölstrahl saugt über das mittig angeordnete und den Düsenaustrittsquerschnitt radial freilassende innere Düsenrohr 17 das im Unterdruckbereich der Treibstrahldüse 15 geführte Reaktions-/Strippgas an, wodurch eine äußerst feine Zerteilung der Gasblasen erzielt wird. Die Gasblasen werden mit der Biomasse und dem Sumpföl intensiv vermischt. Der Reak- tor 10 wird also sowohl mit einem internen freien Strömungskreislauf, d.h. ohne die Hilfe mechanisch bewegter Bauteile, betrieben, der durch die Injizierung eines Antriebsmediums, beispielsweise des Sumpföls aus dem Reaktor 10 durch die Treibstrahldüse 15 in Gang gesetzt wird, als auch mit einem durch die Zirkulationsleitung 21 geführten reaktorextemen Kreislauf, der durch die Pumpe 29 angetrieben wird.
Der Reaktor 10 gemäß Fig. 1 gewährleistet ein unerwartet optimales Mischverhalten der drei Phasen Gas, Flüssigkeit und Feststoff miteinander. Gleichzeitig gewährleistet der Reaktorkreislauf eine produktorientierte Verweilzeitsteuerung mit einem Abzug der leicht flüchtigen Zielprodukte und einer selektiven Feststoffausschleusung aus der im Reaktorkreislauf verbleiben- den schwer flüchtigen Produktfraktion. Der Eintrag der festen Roh- und Hilfsstoffe erfolgt über Eintragssysteme, die geeignet sind, in ein unter hohem Überdruck stehendes Reaktorsystem möglichst kontinuierlich eingespeist zu werden. Dabei erfolgt der Feststoffeintrag pneumatisch zusammen mit einem Reaktionsgas oder auch einem inerten Trägergas direkt in die optimale Misch- und Reaktionszone des Reaktors. Der Reaktor 10 ist dabei vorzugsweise als Schlaufenmischer mit integrierter Phasentrennung ohne mechanisch bewegte Elemente ausgeführt, der einen reaktorinternen und einen reaktorexternen Kreislauf aufweist. Dadurch wird ein überraschend ideales produktorientiertes Misch- und Reaktionsergebnis erzielt. Der hydrauli- sehe Antrieb des externen Reaktorkreislaufs erfolgt über die für Feststofffracht und Gaslast geeignete Umwälzpumpe 29, die über die Treibstrahldüse 15 auch den internen Reaktorkreislauf antreibt. Weiterhin können bei Bedarf Suspensionen mit Katalysator oder Hilfsstoffe mittels einer Pumpe in den Reaktorkreislauf eingespeist werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Reaktors 10 ist in Fig. 3 dargestellt. Der Reaktor 10 in Fig. 3 ist ähnlich aufgebaut, wie der Reaktor 10 gemäß Fig. 1 und umfasst zusätzlich eine Entgasungseinrichtung 37, speziell einen Entgasungskopf 37a für eine verbesserte Gas-Flüssig- Trennung. Der Entgasungskopf 37a ist zwischen dem Reaktor 10 und der Austragseinrichtung 12 für die leicht flüchtigen Kohlenwasserstoffverbindungen angeordnet. Wie in Fig. 3 erkenn- bar, übergreift der Entgasungskopf 37a den Reaktor 10. Die Austragseinrichtung 12 für die Reaktioηsprodukte ist am Entgasungskopf 37a vorgesehen, ebenso wie der Sumpfölabzug 43, der den Entgasungskopf 37a mit der Zirkulationsleitung 21 verbindet. In Fig. 3 ist die Zirkulationsleitung 21 nicht vollständig eingezeichnet. Die Anordnung der Zirkulationsleitung 21, insbesondere die Verbindung mit der Treibstrahldüse 15 entspricht der Anordnung gemäß Fig. 1.
Der Entgasungskopf 37a umfasst einen Tropfenabscheider 47, der unterhalb bzw. vor der Austragseinrichtung 12 für die leicht flüchtigen Kohlenwasserstoffverbindungen angeordnet ist und sich über den Querschnitt des Entgasungskopfs 37a erstreckt. Der Tropfenabscheider 47 ist für den Rückhalt von Aerosolen vorgesehen und entsprechend angepasst. Zusätzlich zu dem Tropfenabscheider 47 ist ein Tropfring 48 vorgesehen, der an der Außenkante des oberen axialen Endes des Reaktors 10 montiert bzw. angeformt ist.
Ferner ist gemäß Fig. 3 am Gehäuseboden 42 des Reaktors 10 eine Entleerungsleitung 49 vorgesehen. Diese Entleerungsleitung 49 kann auch bei dem Reaktor gemäß Fig. 1 vorgese- hen sein.
Der Reaktor 10 gemäß Fig. 3 wird auf ähnliche Weise betrieben, wie der Reaktor 10 gemäß Fig. 1. Insofern wird auf die diesbezüglichen Ausführungen Bezug genommen. Die Erfindung umfasst auch Ausführungsformen, bei denen mehr als eine Treibstrahldüse 15, beispielsweise zwei, drei, vier oder noch mehr Treibstrahldüsen 15 vorgesehen sind. Dabei ist jeder Treibstrahldüse ein Strömungsleitrohr 19 zugeordnet. Alternativ können auch mehrere Treibstrahldüsen 15 einem Strömungsleitrohr 19 zugeordnet sein, wobei das Strömungsleitrohr 19 in diesem Fall entsprechend größer dimensioniert ist. Durch den Einsatz mehrerer Treibstrahldüsen 15 ist die Einstellung eines entsprechend mehrschlaufigen Strömungsprofils im Reaktor 10 möglich.
Im Folgenden werden die verschiedenen Eintragssysteme erläutert, mit deren Hilfe Biomasse bzw. allgemein organische Substanzen in den Reaktor 10 eingetragen werden können. In Fig. 4 ist die Eintragseinrichtung 11 als pneumatisches Mittel 24 zur Feststoffzufuhr ausgebildet. Das pneumatische Mittel 24 gemäß Fig. 4 ist der Einrichtung 14 zur Ausbildung des reaktorinternen Kreislaufs zugeordnet, d.h. das pneumatische Mittel 24 ist mit der Treibstrahldüse 15, insbesondere mit dem innen angeordneten Düsenrohr 17 der Treibstrahldüse 15 verbunden.
Das pneumatische Mittel 24 weist einen Druckförderbehälter 26 auf, der über eine Ventilanordnung, beispielsweise über einen Auslasskugelhahn 50, mit dem Reaktor 10 bzw. der Treibstrahldüse 15 verbindbar ist. An Stelle des Auslasskugelhahns 50 können andere Ventilarten eingesetzt werden. Der Druckförderbehälter 26 umfasst einen oberen zylindrischen Abschnitt 51 und einen unteren konischen Abschnitt 52. Für die Zufuhr der Feststoffe ist eine Zufuhreinrichtung 53, beispielsweise mit einem Einfüllkugelhahn 53a, vorgesehen. Die Befüllung mit organischen Substanzen ist durch einen entsprechenden Pfeil in Fig. 4 angedeutet. Der Zufuhreinrichtung 53 ist eine Abgasleitung 54 nachgeordnet, durch die verdrängte Luft entwei- chen kann.
Der Druckförderbehälter 26 ist mit einer Druckgaseinrichtung verbunden, durch die ein Fluidi- siergas und ein Transportgas zugeführt wird. Die Gaszufuhreinrichtung für Transportgas 27a umfasst ein Zufuhrmittel 40, beispielsweise in Form einer Lanze 40a, die im Bereich der Aus- tragsöffnung 41 des Speicherbehälters 26 mündet. Dadurch wird die Einspeisung des Transportgases gezielt an der Stelle erreicht, wo der Feststoff aus dem Druckförderbehälter 26 ausgetragen wird. Ferner ist eine weitere Gaszufuhreinrichtung 27b für das Fluidisiergas (Fluidisiergaseinrich- tung) vorgesehen, die mit der Druckgaseinrichtung verbunden ist und eine Zufuhröffnung 28 aufweist, die im unteren konischen Abschnitt 52 des Druckförderbehälters 26 angeordnet ist. Dadurch wird eine besonders effiziente Fluidisierung der im Druckförderbehälter 26 befindli- chen Feststoffe erreicht. Der untere konische Abschnitt 52 ist mit einer gasdurchlässigen Auskleidung 39 versehen, die wenigstens im Bereich der Zuführöffnung 28 der Fluidisiergasein- richtung 27b angeordnet ist. Bei dem Druckförderbehälter 26 gemäß Fig. 1 ist der gesamte untere konische Abschnitt 52 ausgekleidet. Die Auskleidung 39 bildet somit einen porösen Belüftungskegel, der eine homogene Fluidisierung der Feststoffe unterstützt. Die Auskleidung 39 verhindert ferner eine Brückenbildung der zerkleinerten Feststoffe im Druckförderbehälter 26. Zu diesem Zweck ist auch der obere zylindrische Abschnitt 51 mit einer hochtemperatur- beständigen Antihaftbeschichtung 38 beschichtet. Die Auskleidung 39 ist im Bereich der Aus- tragsöffnung 41 geöffnet.
Der Druckförderbehälter 26 gemäß Fig. 4 wird wie folgt betrieben:
Die zerkleinerten Feststoffe werden bei geöffnetem Einfüllkugelhahn 53a und geöffnetem Abgaskugelhahn 54a über eine geeignete Transportvorrichtung durch die Befüllleitung 53b in den Druckförderbehälter 26 gegeben. Die dabei verdrängte Luft entweicht über die Abgaslei- tung 54. Wenn der Druckförderbehälter 26 gefüllt ist, schließt der Einfüllkugelhahn 53a und Inertgas strömt zunächst durch die Fluidisiergaseinrichtung 27b in den Druckförderbehälter 26 ein. Nach erfolgter Inertisierung des Druckförderbehälters 26 wird der Abgaskugelhahn 54a geschlossen und der Druckförderbehälter 26 durch die Transportgas- und/oder Fluidisiergaseinrichtung 27a, 27b wahlweise mit Inert- oder Reaktionsgas auf Betriebsdruck gebracht. Nach Erreichen des Betriebsdrucks öffnet der Auslasskugelhahn 50 und Transportgas wird durch die Lanze 40a der Transportgaseinrichtung 27a im Bereich der Auftragsöffnung 41 eingeblasen. Dadurch wird der im Druckförderbehälter 26 befindliche Feststoff zusammen mit dem Reaktionsgas durch die Entleerungsleitung 50a zum Reaktor 10 bzw. der Treibstrahldüse 15 transportiert.
Durch eine gezielte Einstellung des Verhältnisses von Fluidisiergas zu Transportgas wird der Feststoff dosiert aus dem Druckförderbehälter 26 ausgetragen. Ein kontinuierlicher Betrieb des pneumatischen Mittels 24 kann durch Verschaltung von mindestens zwei oder mehr Druckförderbehältern 26 erreicht werden, wie in Fig. 5 dargestellt. Die beiden Druckförderbehälter 26 verfügen über eine gemeinsame Abgasleitung 54 sowie über eine gemeinsame Entleerungsleitung 50a. Durch wahlweisen Betrieb der beiden Druckförder- behälter 26 fungiert jeweils einer der beiden Behälter als Speicherbehälter, während die Förderung des Feststoffes über den jeweils anderen Behälter erfolgt. Sobald dieser Behälter leer ist bzw. annähernd leer ist, wird auf den anderen, zwischenzeitlich gefüllten Behälter umgeschaltet. Der als Speicherbehälter fungierende Druckförderbehälter 26 dient also als Zwischenspeicher (Pufferbehälter) und gleichzeitig als Druckschleuse zwischen dem Atmosphärendruck und dem erforderlichen Förder- bzw. Systemdruck. Die Druckförderbehälter 26 bzw. Speicherbehälter werden über eine geeignete externe Fördereinrichtung mit den aus einem externen Speicher stammenden Feststoffen gefüllt und dann nach Schließen der Feststoffzuführung zur Inertisierung und zum Aufbau des erforderlichen Systemdrucks mit Gas beaufschlagt. Dieses erfolgt vorzugsweise mit Prozessgas, das aus dem Fördergasstrom abgezweigt wird. Der Auf- bau des erforderlichen Systemdrucks kann aber auch mit von extern zugeführtem Gas erfolgen. Nach abgeschlossenem Druckaufbau und der Inertisierung wird das ventilgesteuerte Schleusen- und Leitungssystem zum Reaktor 10 geöffnet und die Feststoffe zusammen mit Fördergas bzw. Transportgas, das auch das Reaktionsgas enthalten kann, in den Reaktor eingeleitet. Während ein Speicherbehälter für die Feststoff- und Gaszuführung in den Reaktor arbeitet (Druckförderbehälter 26), wird der andere Speicherbehälter mit der nächsten Feststoffcharge nachgefüllt Vor der Wiederbefüllung wird der jeweilige Speicherbehälter druckentlastet.
Insgesamt stellt die pneumatische Förderung durch die in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 erfolgte technische Anpassung an erhöhte Drücke bis 200 bar und Temperaturen bis 3000C eine optimale Vorrichtung zum Eintrag von organischen Feststoffen in Sumpfphasen zum Zwecke der Direktverflüssigung dar. Die Feststoffpartikel werden dabei in den Druckreaktor schnell und direkt in dessen flüssige Sumpfphase eingetragen, ohne dabei kompaktiert zu werden. Außerdem sind die Feststoffe frei von Ballasthilfsstoffen, wie Anmaischflüssigkeit, so dass die Feststoffe in der Sumpfphase sehr schnell und unter möglichst geringem Energieaufwand auf Reaktionstemperatur in der Größenordnung von etwa 300 bis 6000C aufgeheizt werden können. Dadurch kann eine besonders energieeffiziente Prozessführung und eine hohe Ausbeute an erwünschtem Flüssigprodukt erzielt werden. Die bei langsamer Aufheizung ver- mehrt auftretenden festen Verkohlungs- und Verteerungsprodukte werden weitgehend vermieden.
Ein Beispiel für ein mechanisches Mittel 25 zur Feststoffzufuhr ist in Hg. 6 anhand einer An- maischeinrichtung 30 dargestellt. Die Anmaischeinrichtung 30 kann direkt über eine Pumpe 30a mit dem Reaktor 10 gekoppelt sein. Alternativ kann die Anmaischeinrichtung 30 zusätzlich zu dem mechanischen Mittel 25 zur Feststoffzufuhr vorgesehen sein, beispielsweise, wenn das mechanische Mittel 25 als Schneckeneinrichtung 32 oder als Kolbeneinrichtung 35 ausgebildet ist
Die Anmaischeinrichtung 30 umfasst einen Anmaischbehälter 3Oj mit einem Heizmantel 30b sowie einem Rühr-/Mischwerk 30c.
Der Heizmantel 30b verfügt über einen ersten Anschlussstutzen 3Od für Heizmediumseintritt und einen zweiten Anschlussstutzen 3Oe für Heizmediumsaustritt. Über die kontrollierte Zuführung von Heizmedium wird die Maische im Behälter auf die gewünschte Temperatur vorgeheizt.
Der Anmaischbehälter verfügt ferner über einen dritten Anschlussstutzen 3Of für die Flüssig- keitszufuhr, eine Öffnung 30g für den Biomasseeintritt, einen vierten Anschlussstutzen 30h für den Abzug der Maische sowie einen fünften Anschlussstutzen 30i, welcher wahlweise zum Abzug der Maische oder zur externen Rückführung der Maische genutzt werden kann.
Zerkleinerte Biomasse wird kontinuierlich über eine geeignete Vorrichtung 30k in den An- maischbehälter über der Öffnung 30g abgeworfen. Die Biomasse fällt auf die Oberfläche einer bereits vorhandenen Maische, Suspension oder Flüssigkeitsvorlage. Die über den dritten Anschlussstutzen 3Of kontinuierlich zugeführte Flüssigkeit verursacht unter Mithilfe des Rührmischwerks 30c eine derartige Bewegung der Oberfläche, dass die Biomasse suspendiert wird.
Die erzeugte Maische kann nun über den fünften Anschlussstutzen 3Oi abgezogen werden und mit Hilfe der Pumpe 30a zum Reaktor 10 gepumpt werden. Optional ist die Vorrichtung mit einem Nasszerkleinerungsaggregat 301 ausgerüstet, um die erzeugte Maische weiter zu homogenisieren und evtl. in der Biomasse vorhandenen Grobstücke zu zerkleinern. Dazu saugt das Nasszerkleinerungsaggregat 301 selbsttätig durch den vierten Anschlussstutzen 30h einen Teilstrom der Maische an, welcher mind. doppelt so groß ist, wie die Summe aus den Inputströmen 10 und 12 und homogenisiert die Maische. Ein Teil der durch das Nasszerkleinerungsaggregat 301 homogenisierten Maische wird durch die Pumpe 30a angesaugt und zum Reaktor befördert, ein anderer Teil strömt über den fünften Anschlussstutzen 3Oi zurück in den Anmaischbehälter und erzeugt dort zusätzliche Turbulenzen zur Einmischung der Biomasse, die über die Öffnung 30g dem Behälter zugeführt wird.
Die Anmaischeinrichtung 30 gemäß Fig. 6 hat den Vorteil, dass der direkte Eintrag zerkleinerter, mäßig temperierter Feststoffe als Slurry oder in Breiform in eine auf Reaktionstemperatur aufgeheizte Sumpfphase ermöglicht wird. Dabei findet keine Kompaktierung der zerkleinerten Feststoffe statt. Die Anmaischeinrichtung 30 ermöglicht die Auflösung bzw. den Aufschluss der Feststoffe, vorzugsweise in der Reaktorkreislaufflüssigkeit, d.h. in Öl, Wasser, Salz- oder Metallschmelzen oder auch einer anderen organischen Flüssigkeit (z.B. einem Wasserstoffträger) und gegebenenfalls einer dabei gegebenen besseren Vorwärmmöglichkeit. Durch den Einsatz der Anmaischeinrichtung 30 wird die Förderung der Maische (als Slurry oder in der Flüssigkeit gelöst) über Pumpen ermöglicht, die für suspendierte Feststofffrachten geeignet sind.
Die Feststoffe werden vor einer Einspeisung in den Reaktor (Druckreaktor oder auch drucklos) durch eine geeignete organische oder anorganische Flüssigkeit oder ggf. auch Wasser, vorzugsweise mit Flüssigkeit aus dem Reaktorkreislauf, suspendiert oder aufgelöst. Das Verhältnis Feststoff zu Flüssigkeit wird so gewählt, dass ein fließ- bzw. pumpfähiges Medium entsteht. Die Herstellung dieser Suspension oder Lösung erfolgt vorzugsweise in einem drucklosen oder unter geringem Überdruck stehenden Behälter. In der Regel ist dieser Behälter mit einer geeigneten Rühr- und/oder Mischvorrichtung ausgestattet. Nach Herstellung der Suspension oder Lösung und ggf. einer Aufwärmung wird das Medium über eine geeignete Pumpvorrichtung in die Sumpfphase des Reaktors (Druckreaktor oder drucklos) eingespeist.
Sollen zerkleinerte Feststoffe insbesondere in Druckräume gefördert werden, so kann die An- maischung der Feststoffpartikel mit Flüssigkeit dazu dienen, diese fließ- und pumpfähig zu machen, um deren Eintrag in den Druckraum zu vereinfachen. Problematisch ist eine Anmai- schung aber, wenn die Feststoffe durch Krackreaktionen bei erhöhten Temperaturen bis zu 5000C verflüssigt werden sollen, da es hierbei auf eine besonders schnelle Aufheizung der Feststoffe ankommt und die Anmaischflüssigkeit als zusätzlicher Ballaststoff die Aufheizgeschwindigkeit mindert. Es ist im Hinblick auf Krackreaktionen der Direktverflüssigung bei ver- gleichsweise niedrigen Temperaturen bis zu 5000C bekannt, dass üblicherweise schnelle Aufheizung die Ausbeute an erwünschtem Flüssigprodukt erhöht, während bei langsamer Aufheizung vermehrt Verkohlungs- und Verteerungsprodukte auftreten. Überraschenderweise sind diese Zusammenhänge nicht gültig bei den unterschiedlichen Rohstoffen (feste biogene Stoffe wie Energiepflanzen, Holz, Stroh, Bioabfall u. a.; Kunststoffabfälle und andere feste organische Stoffe), wenn als Anmaischflüssigkeit Produktöl, welches bei der Direktverflüssigung erzeugt wird, zur Anwendung kommt. Hierdurch und auch durch eine Vorwärmung verbunden mit dem aus dem Kreislauf entnommenen warmen Produktöl kann mit der Anmaischung vorteilhaft auch bei Direktverflüssigung gearbeitet werden.
Der angemaischte Feststoffeintrag erfüllt bei den genannten Rohstoffen und Anmaischflüssig- keiten die Anforderungen der Direktverflüssigung und stellt eine besonders preisgünstige Lösung dar, weil einfache Pumpensysteme eingesetzt werden können.
Ein weiteres Beispiel für ein mechanisches Mittel 25 zur Feststoffzufuhr ist in Figur 7 darge- stellt, die eine Schleuseneinrichtung 31 zeigt. Die Schleuseneinrichtung 31 ist wie folgt aufgebaut und arbeitet nach folgendem Funktionsablauf:
Aus einem Vorlagebehälter 31a wird Biomasse mittels einer geeigneten Transportvorrichtung 31b über einen Befülltrichter 31c bei geöffnetem Einlasskugelhahn 31d in eine Schleuse 31e gefördert. Ist die Schleuse 31e gefüllt, stoppt die Transportvorrichtung 31b und der Einlassku- gelhahn 31d schließt. Inertisiergas kann über einen geöffneten Kugelhahn 31f in die Schleuse
31e einströmen und verdrängt bei geöffnetem Abgaskugelhahn 31g in der Schleuse 31e nach der Befüllung enthaltenen Sauerstoff bzw. Luft. Ist die Luft vollständig verdrängt, schließt der
Abgaskugelhahn 31g und die Schleuse 31e kann ggf. über ein Bespannungsgas auf System- druck bespannt werden. Bei erfolgtem Druckausgleich zwischen der Schleuse 31e und dem anschließenden Reaktor 10, schließt der Glaskugelhahn 31f und ein Auslasskugelhahn 31h öffnet, wodurch die der Schleuse 31e enthaltenen Feststoffe in den Reaktor 10 ausgetragenen werden. Nach erfolgtem Austrag schließt zunächst der Auslasskugelhahn 31h und der Abgas- kugelhahn 31g öffnet, um einen ggf. vorhandenen Überdruck in der Schleuse 31e abzulassen. Nach erfolgter Entspannung durch den Abgaskugelhahn 31g öffnet der Einlasskugelhahn 31d erneut und der Befüllvorgang startet wieder.
Die Schleuseneinrichtung 31 hat den Vorteil, dass ein direkter Eintrag zerkleinerter und mäßig temperierter Feststoffe in eine auf Reaktionstemperatur aufgeheizte Sumpfphase ermögicht wird, ohne dass dabei Ballasthilfsstoffe, wie Anmaischflüssigkeit mit eingetragen werden, die die Aufheizung im Sumpfphasenreaktor verzögern.
Die Schleuseneinrichtung 31 gestattet bei der Einleitung der Feststoffe in den Reaktor 10, die Feststoffe zu inertisieren (falls dieses nicht bereits in einer vorgelagerten Speichereinrichtung möglich ist), verhindert den Austritt von Gasen, Dämpfen und Flüssigkeiten aus dem Reaktor und dichtet ggf. gegen einen erhöhten bzw. hohen Reaktordruck ab. Im Falle einer Behälterschleuse (Schwerkraftsystem) ist der Feststoffeintritt und -austritt mit geeigneten Absperrar- maturen, vorzugsweise mit Kugelventilen, ausgestattet. Bei einer Zellenradschleuse (entweder als Schwerkraftsystem oder in Kombination mit einem pneumatischen Fördereinrichtung) kann je nach Ausführung und Druckdichtheit auf eine oder auch auf beide Absperrarmaturen verzichtet werden. Im Regelfall funktioniert ein Schleusensystem auf Schwerkraftbasis derart, dass zum Befüllen der Schleuse die Austrittsabsperrung (ggf. druckdicht) geschlossen und die Eintrittsabsperrung geöffnet wird. Nach dem Befüllen des Schleusenraumes wird die Eintrittsarmatur (ggf. druckdicht) geschlossen, während auch die Austrittsarmatur zunächst geschlossen bleibt. Es besteht nun die Möglichkeit den Schleusenraum, mittels Gas oder Flüssigkeit zu inertisieren und ggf. Druck gemäß dem Gegendruck im Reaktor aufzubauen. Danach wird die Austrittsarmatur geöffnet und der Inhalt kann per Schwerkraft oder ggf. auch durch einen Spülvorgang in den Reaktor oder ggf. einer Vorstufe zum Reaktor eingetragen werden. Vorzugsweise werden mindestens zwei separate Schleusenräume angewendet, die wechselweise betrieben werden, um eine kontinuierliche Feststoffeinspeisung zu gewährleisten. Bei Einsatz einer Zellenradschleuse ist eine quasi kontinuierliche Bespeisung auch mit einer Schleuse möglich.
Überraschenderweise stellt das Schleusensystem bei unterschiedlichen Rohstoffen (feste bio- gene Stoffe wie Energiepflanzen, Holz, Stroh, Bioabfall u. a.; Kunststoffabfälle und andere feste organische Stoffe) eine Möglichkeit dar, trockene zerkleinerte Feststoffpartikel bei Tem- peraturen bis zu 3000C schnell genug in eine flüssige Sumpfphase gegen erhöhte Drücke bis 200 bar oder auch drucklos einzutragen. Damit ist die Schleusenförderung überraschenderweise geeignet zum Eintrag von den genannten trockenen organischen Feststoffen in Sumpfphasen zum Zwecke der Direktverflüssigung. Die Feststoff partikel sollen in den Reaktor (Druckreaktor oder drucklos) schnell und direkt in dessen flüssige Sumpfphase eingetragen werden und möglichst frei sein von Ballasthilfsstoffen wie Anmaischflüssigkeit, damit sie in der Sumpfphase sehr schnell und unter möglichst geringem Energieaufwand auf Reaktionstemperatur in der Größenordnung bis zu 5000C aufgeheizt werden. Dies ist wichtig für eine energieeffiziente Prozessführung und für eine hohe Ausbeute an erwünschtem Flüssigprodukt. Bei langsamer Aufheizung treten vermehrt feste Verkohlungs- und Verteerungsprodukte auf.
Die Schleusenförderung erfüllt bei den genannten Rohstoffen die Anforderungen und stellt für diese Fälle eine hinsichtlich der Anlagenherstellungskosten besonders günstige Lösung verglichen mit anderen Eintragssysteme in Druckräume dar.
Ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel für ein mechanisches Mittel 25 zum Feststoffeintrag wird anhand der Schneckeneinrichtung 32 gemäß Figur 8 erläutert.
Bei der Schneckeneinrichtung 32 wird der trockene Feststoff über ein geeignetes Aggregat (nicht dargestellt) zugeführt, und durch eine entsprechende Konstruktion der Schneckenwendel 32a in der Zerkleinerungszone 32b weiter aufgeschlossen.
In der anschließenden Misch- und Anmaischzone 32c können über Öffnungen 32d gegebenenfalls Additive, Gas zur Inertisierung und/oder Flüssigkeiten zum Anmaischen und Vorwärmen des Feststoffs zugegeben werden. Darüber hinaus kann die Schneckeneinrichtung 32 z.B. mit- tels elektrischer Heizbänder, die um den Rohrkörper 32f (Gehäuse) montiert sind, beheizt werden.
In der Verdichtungszone 34 ändert sich die Steigung der Schneckenwendel 32a und der Rohrkörper 32f läuft konisch zusammen, so dass hier eine Verdichtung des Feststoffs erreicht wird und somit ein Pfropfen gegen den Innendruck des Hochdruckbehälters bzw. Reaktors 10 auf- gebaut wird.
Die Pfropfenzone 33 dient als Drucksperre gegen Flüssigkeiten und Gase in dem Reaktor. In dieser Zone 33 wird der Feststoff nicht weiter verdichtet, sondern nur noch vorgeschoben. Vor Eintritt des kompaktierten Feststoffs in den Hochdruckbehälter bzw. Reaktor 10 ist eine Zerkleinerungs- bzw. Deagglomeriervorrichtung 32e vorhanden. Im vorliegenden Beispiel sind auf der verlängerten Schneckenwelle 32a Schneiden angebracht, die den Strang zerkleinern.
Die Schneckeneinrichtung 32 trägt zerkleinerte, mäßig temperierte Feststoffe direkt und kontinuierlich in die auf Reaktionstemperatur aufgeheizte Sumpfphase ein. Darüber hinaus bietet die Schneckeneinrichtung 32 die Möglichkeit, die Feststoffe mit oder ohne Anmaischöl aufzuheizen, falls dies sinnvoll bzw. erforderlich ist. Dabei ist ein Feststoffeintrag ohne Ballasthilfsstoffe wie Anmaischflüssigkeit möglich, um eine verzögerte Aufheizung im Sumpfphasenreak- tor zu vermeiden. Daneben ist auch ein Feststoffeintrag mit Anmaischflüssigkeit möglich, wobei eine Vorvermischung der Anmaischflüssigkeit und der Feststoffe mittels in der Förderschnecke eingebaute Mischelemente stattfinden kann.
Die Schneckeneinrichtung 32 zieht die Feststoffe (mit oder ohne Anmaischflüssigkeit) aus ei- nem vorgelagerten Speicherbehälter (in der Regel ein Pufferspeicher) in die Förderschnecke ein. Zur Verhinderung von Brückenbildungen kann hierzu eine geeignete Zuführungseinrichtung (z. B. Zuführungsschnecke) eingesetzt werden. Parallel zur primären Aufgabe der Förderung der Feststoffe in den Reaktor, kann die Schecke weitere Aufgaben übernehmen. Sie kann durch Verdichtung einen Stopfen gegen einen ggf. vorhandenen Reaktordruck aufbauen (Ab- dichtung gegenüber Atmosphäre oder niedrigerer Druckstufe); durch geeignete, eingebaute Mischelemente eine Mischung aus Feststoff und Anmaischflüssigkeit herstellen; durch geeignete Heizeinrichtungen die Feststoffe oder deren Mischungen vorwärmen sowie die zugeführten Feststoffe und deren Mischungen entgasen (also Luft und Sauerstoff entziehen). Der Austritt der Schneckenmaschine kann mit einer Zerkleinerungseinrichtung (z. B. rotierende Schneid- einrichtung) versehen werden, die das kompaktierte Material vor dem Reaktoreintritt wieder zerlegt.
Die Schneckeneinrichtung 32 stellt bei unterschiedlichen Rohstoffen (feste biogene Stoffe wie Energiepflanzen, Holz, Stroh, Bioabfall u. a.; Kunststoffabfälle und andere feste organische Stoffe) eine Möglichkeit dar, zerkleinerte Feststoffpartikel ohne Dichtungsprobleme bei Temperaturen bis 300 0C in Druckräume gegen erhöhte Drücke bis 200 bar einzutragen. Die Feststoffe bilden dabei einen Pfropfen, der sogar für Druckwasserstoff undurchlässig ist. Damit ist die Schneckenförderung überraschenderweise zum Eintrag von den genannten organischen Feststoffen in Sumpfphasen zum Zwecke der Direktverflüssigung unter Wasserstoffdruck oder auch drucklos geeignet. Die Feststoffpartikel können in den Reaktor 10 (Druckreaktor oder druckloser Reaktor) schnell und direkt in dessen flüssige Sumpfphase eingetragen werden. Vorzugsweise sollten die Feststoffe hierbei frei sein von Ballasthilfsstoffen wie Anmaischflüs- sigkeit, damit sie in der Sumpfphase sehr schnell und unter möglichst geringem Energieaufwand auf Reaktionstemperatur in der Größenordnung bis zu 5000C aufgeheizt werden. Dies ist wichtig für eine energieeffiziente Prozessführung und für eine hohe Ausbeute an erwünschtem Flüssigprodukt. Bei langsamer Aufheizung im Reaktor treten vermehrt feste Verkohlungs- und Verteerungsprodukte auf.
Die Schneckenförderung erfüllt bei den genannten Rohstoffen die notwendigen Anforderungen, insbesondere bei der Einspeisung in Druckräume, ohne dass dafür eine aufwendige Systemtechnik erforderlich ist. Außerdem entfallen Dichtungsprobleme bei der Feststoffförderung gegen hohe Drücke sowie das Erfordernis der Zugabe von Anmaischflüssigkeit. Das mechanische Mittel 25 zur Feststoffzufuhr kann auch in Form einer Kolbeneinrichtung 35 realisiert sein, wie in den Figuren 9a, 9b und 10 dargestellt.
Figur 9a veranschaulicht den Saughub der Kolbeneinrichtung 35. Das Fördermedium wird der Kolbeneinrichtung 35 über eine Schnecke 35a während der Rückwärtsbewegung des Arbeits- kolbens 35b zugeführt und gelangt über ein geöffnetes, hydraulisch betätigtes Saugventil 35c in den Produktraum 35d der Pumpe bzw. Kolbeneinrichtung 35.
Figur 9b veranschaulicht den Arbeits- bzw. Druckhub der Kolbeneinrichtung. Das Saugventil 35c schließt und der Druckzylinder 36 drückt den Arbeitskolben 35b in den Produktraum 35d, wodurch sich das Druckventil 35e öffnet und die Maische in die Rohrleitung 35f zum Reaktor 10 schiebt.
Die druckseitigen Ventilstangen 35g befinden sich nicht im Förderstrombereich. Durch diese Ventilanordnung steht beim Druckhub der volle Strömungsquerschnitt zur Verfügung.
Figur 10 zeigt beispielhaft eine Kolbeneinrichtung 35 mit 2 Druckzylindern 36 zur kontinuierli- chen Förderung: Die Doppelkolbenvorrichtung zum Biomasseeintrag umfasst zwei parallele Druckzylinder 36 und Arbeitskolben 35b, die eine gemeinsame Druckförderleitung 35f zum Reaktor 10 nutzen.
Die Kolbeneinrichtung 35 ermöglicht den direkten, diskontinuierlichen oder kontinuierlichen Eintrag zerkleinerter, mäßig temperierte Feststoffe, die mit Flüssigkeit angemaischt sind, in eine auf Reaktionstemperatur aufgeheizte Sumpfhpase. Daneben besteht auch die Möglichkeit der Förderung bzw. Einspeisung von nicht angemaischten Feststoffen, wodurch eine schnelle
Aufheizung im Reaktor unterstützt wird. Die Kolbeneinrichtung 35 bietet eine gute Inertisie- rungsmöglichkeit im Pumpendruckraum zwischen Kolben und Austragsabsperrung. Ferner be- steht eine gute Möglichkeit der Feststoffvorwärmung oder deren Maische vor Einspeisung in den Reaktor 10.
Der Einfüllbereich der Kolbeneinrichtung 35 wird mit Feststoffen (mit oder ohne Anmaischflüs- sigkeit) aus einem vorgelagerten Speicherbehälter (in der Regel ein Pufferspeicher) befüllt. Zur Verhinderung von Brückenbildungen kann hierzu eine geeignete Zuführungseinrichtung (z. B. Zuführungsschnecke) eingesetzt werden. Während der Befüllung ist das Austragsrohr der Kolbenvorrichtung durch eine geeignete Schleuse (z. B. Schieber oder Ventil) zum Reaktor hin geschlossen.
Nach Befüllung des Einfüllbereiches schiebt der Kolben das Material in ein allseitig geschlosse- nes Rohr. Parallel zur primären Aufgabe der Förderung der Feststoffe in den Reaktor, dient der durch den Kolben und die Schleuse geschlossene Rohrraum dazu, gegen einen ggf. vorhandenen Reaktordruck abzudichten sowie den erforderlichen Systemdruck aufzubauen (Abdichtung gegenüber Atmosphäre oder niedrigerer Druckstufe). Ggf. können durch geeignete Heizeinrichtungen die Feststoffe oder deren Maische vorgewärmt sowie ggf. die zugeführten Feststoffe und deren Maische durch von außen zugeführte Gase zu inertisiert werden (Beseitigen von Luft und Sauerstoff). Sind die genannten Aufgaben im geschlossenen Rohrraum vollzogen, öffnet die Schleuse zum Reaktor und der Kolben schiebt das Material in den Sumpfbereich des Reaktors. Bei Anwendung einer Vorrichtung mit einem Kolben erfolgt die Reaktorbe- speisung diskontinuierlich. Eine kontinuierliche Reaktorbespeisung ist über ein Mehrkolbensy- stem möglich. Der Antrieb der Kolbenvorrichtung erfolgt in der Regel hydraulisch, kann aber auch elektrisch ausgeführt werden. Die Kolbeneinrichtung 35 stellt bei unterschiedlichen Rohstoffen (feste biogene Stoffe wie Energiepflanzen, Holz, Stroh, Bioabfall u. a.; Kunststoffabfälle und andere feste organische Stoffe) eine Möglichkeit dar, zerkleinerte Feststoffpartikel mit und ohne Flüssiganteile bei Temperaturen bis 300 0C auch in Druckräume gegen erhöhte Drücke bis 200 bar einzutragen. Damit ist die Kolbenförderung geeignet zum Eintrag von den genannten trockenen organischen Feststoffen in Sumpfphasen zum Zwecke der druckbeaufschlagten oder drucklosen Direktverflüssigung. Die Feststoffpartikel werden in den Reaktor (unter Druck oder drucklos) schnell und direkt in dessen flüssige Sumpfphase eingetragen und sind vorzugsweise frei von Ballasthilfsstoffen wie Anmaischflüssigkeit, damit sie in der Sumpfphase sehr schnell und unter möglichst geringem Energieaufwand auf Reaktionstemperatur in der Größenordnung von bis zu 600 0C aufgeheizt werden. Dies ist wichtig für eine energieeffiziente Prozessführung und für eine hohe Ausbeute an erwünschtem Flüssigprodukt. Bei langsamer Aufheizung treten vermehrt feste Verkohlungs- und Verteerungsprodukte auf.
Insgesamt können die vorstehend erläuterten mechanischen Mittel 25 zur Feststoffzufuhr, insbesondere die Anmaischeinrichtung 30, die Schleuseneinrichtung 31, die Schneckeneinrichtung 32 sowie die Kolbeneinrichtung 35 gut zur Eintragung von Rohstoffen- bzw. Reststoffen in einen Druckreaktor verwendet werden, der im Zusammenhang mit der Direktverflüssigung hochmolekularer organischer Substanzen in niedrigviskosige Brenn- und Kraftstoffe eingesetzt wird.
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Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Herstellung von Roh-, Brenn- und Kraftstoffen aus organischen Substanzen mit einem Reaktor (10), der eine Eintragseinrichtung (11) für die organischen Substanzen, eine Austragseinrichtung (12) für Reaktionsprodukte und eine Einrichtung (13) zur Zufuhr von Reaktionsenergie für die Umwandlung der organischen Substanzen in die
Reaktionsprodukte aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (10) eine Einrichtung (14) zur Ausbildung eines reaktorinternen Strömungskreislaufes umfasst.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (14) zur Ausbildung des reaktorinternen Kreislaufes wenigstens eine Treibstrahldüse (15) umfasst, die in ein Gehäuse (16) des Reaktors (10) mündet.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Treibstrahldüse (15) wenigstens zwei Düsenrohre (17, 18) aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Leitrohr (19) im Gehäuse (16) fluchtend mit der Treibstrahldüse (15) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (10) eine Einrichtung (20) zur Ausbildung eines reaktorexternen Kreislaufes umfasst, wobei wenigstens eine Zirkulationsleitung (21) zwei beabstandet angeordnete Abschnitte (22, 23) des Reaktors (10) verbindet.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zirkulationsleitung (21) mit der Treibstrahldüse (15), insbesondere mit einem der beiden Düsenrohre (17, 18) verbunden ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der reaktorexterne Kreislauf eine Heizeinrichtung aufweist.
8. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass der reaktorexterne Kreislauf eine Filtereinrichtung umfasst.
9. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Entgasungseinrichtung (37) innerhalb des Reaktors (10) der Austragseinrichtung (12) vorgeordnet ist.
10. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Tropfenabscheider (47) der Austragseinrichtung (12) vorgeordnet ist.
11. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintragseinrichtung (11) ein pneumatisches und/oder mechanisches Mittel (24, 25) zur Feststoffzufuhr aufweist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das pneumatische und/oder das mechanische Mittel (24, 25) zur Feststoffzufuhr eine hochtemperaturbeständige Anti- haftbeschichtung (38) aufweist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das pneumatische Mittel (24) zur Feststoffzufuhr der Einrichtung (14) zur Ausbildung des reaktorinternen Kreislaufs zugeordnet ist.
14. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das pneumatische Mittel (24) zur Feststoffzufuhr mit der Treibstrahldüse (15), insbesondere mit einem der beiden Düsenrohre (17, 18) verbunden ist.
15. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das pneumatische Mittel (24) zur Feststoffzufuhr wenigstens einen Druckförderbehäl- ter (26) aufweist, der mit dem Reaktor (10), insbesondere mit der Treibstrahldüse (15) verbindbar ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Druckför- derbehälter (26) vorgesehen sind, die wechselweise betreibbar sind.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das pneumatische Mittel (24) zur Feststoffzufuhr eine Transportgaseinrichtung (27a) und/oder eine Fluidi- siergaseinrichtung (27b) aufweist, die mit dem Druckförderbehälter (26) bzw. den Druck- förderbehältern (26) verbindbar ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens im Bereich einer Zufuhröffnung (28) des Druckförderbehälters (26) für die Fluidisiergaseinrichtung (27b) eine gasdurchlässige Auskleidung (39) des Druckförderbehälters (26) angeordnet ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zufuhrmittel (40) der Transportgaseinrichtung (27a) im Bereich einer Austragsöffnung (41) des Druckförderbehälters (26) angeordnet ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Zufuhrmittel (40) eine Lanze umfasst, die in den Druckförderbehälter (26) bis in den Bereich der Austragsöffnung (41) ragt.
21. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanische Mitte! (25) zur Feststoffzufuhr der Einrichtung (20) zur Ausbildung des reaktorexternen Kreislaufs zugeordnet ist.
22. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanische Mittel (25) zur Feststoffzufuhr einer Pumpe (29) der Einrichtung
(14) zur Ausbildung des reaktorexternen Strömungskreislaufes in Förderrichtung vorgeordnet oder nachgeordnet ist.
23. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass dem mechanischen Mittel (25) zur Feststoffzufuhr eine Anmaischeinrichtung (30) vorgeordnet ist.
24. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanische Mittel (25) zur Feststoffzufuhr eine Schleuseneinrichtung (31) um- fasst.
25. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanische Mittel (25) zur Feststoffzufuhr eine Schneckeneinrichtung (32) mit einem Drucksperrabschnitt (33) umfasst, der zur Ausbildung eines Sperrpfropfens einem Verdichtungsabschnitt (34) nachgeordnet ist.
26. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanische Mittel (25) zur Feststoffzufuhr eine Kolbeneinrichtung (35) umfasst.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbeneinrichtung (35) wenigstens einen Druckzylinder (36) umfasst.
28. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Reaktor (10) ausschließlich statische Einbauten angeordnet sind.
29. Verfahren zum Herstellen von Roh-, Brenn- und Kraftstoffen aus organischen Substanzen, bei dem die organischen Substanzen in einen Reaktor (10) eingetragen, unter Zufuhr von Reaktionsenergie in Reaktionsprodukte umgewandelt und die Reaktionsprodukte aus dem
Reaktor ausgetragen werden, dadurch gekennzeichnet, dass im Reaktor (10) ein Strömungskreislauf ausgebildet wird.
30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass ein Antriebsmedium unter Druck in den Reaktor (10) zum Ausbilden des Strömungskreislaufs eingebracht wird.
31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmedium und die organischen Substanzen einphasig, insbesondere in flüssigem Zustand in den Reaktor (10) eingebracht werden.
32. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmedium und die organischen Substanzen zweiphasig in den Reaktor (10) eingebracht werden, wobei die organischen Substanzen flüssig oder gasförmig, das Antriebsmedium flüssig oder gasförmig und/oder ein Reaktions- oder Strippmedium gasförmig eingebracht werden.
33. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmedium und die organischen Substanzen dreiphasig in den Reaktor (10) eingebracht werden, wobei die organischen Substanzen in festem Zustand in das flüssige Antriebsmedium und ein gasförmiges Reaktions-/Strippmedium in den Reaktor (10) eingebracht werden.
34. Verwendung eines Reaktors (10) zur Herstellung von Roh-, Brenn- und Kraftstoffen aus organischen Substanzen mit einer Eintragseinrichtung (11) für die organischen Substanzen, einer Austragseinrichtung (12) für Reaktionsprodukte und einer Einrichtung (13) zur Zufuhr von Reaktionsenergie für die Umwandlung der organischen Substanzen in die Reaktionsprodukte, wobei der Reaktor (10) eine Einrichtung (14) zur Ausbildung eines reak- toriπternen Strömungskreislaufes umfasst.
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