EP4065764A1 - Verfahren und anlage zur gewinnung von zellulosefasern - Google Patents

Verfahren und anlage zur gewinnung von zellulosefasern

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EP4065764A1
EP4065764A1 EP20819615.4A EP20819615A EP4065764A1 EP 4065764 A1 EP4065764 A1 EP 4065764A1 EP 20819615 A EP20819615 A EP 20819615A EP 4065764 A1 EP4065764 A1 EP 4065764A1
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EP
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plant
separation
fiber
sludge
filtrate
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EP20819615.4A
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Hermann Dauser
Felix NUSSBAUMER
Helge LEINICH
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Leinich Beteiligungen GmbH
Original Assignee
Leinich Beteiligungen GmbH
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    • D21C1/02Pretreatment of the finely-divided materials before digesting with water or steam
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Zellulosefasern aus faserhaltiger Biomasse (10), wobei die Biomasse (10) in einer Thermodruck-Hydrolyse-Anlage (100) zunächst einer Thermodruck-Hydrolyse vorzugsweise mit Wasser-dampf-Explosion unterzogen werden, und nachfolgend in zumindest einer Separationsanlage (300, 300A, 300B, 300C, 300D) eine Separation des aus der Thermodruck-Hydrolyse-Anlage (100) erhaltenen Faserschlamms (20) erfolgt, wobei ein Presskuchen (30) aus Zellulosefasern, vorzugsweise mit einem Trockensubstanzgehalt von über 20%, vorzugsweise von über 25%, sowie ein Filtrat (40, 40A, 40B, 40C, 40D, 40E, 40F, 41, 41A) aus fließfähigem, feststoffreichem Dünnschlamm erhalten wird, und wobei der Dünnschlamm als Gärsubstrat einer Biogasanlage (2000) zur Gewinnung von Biogas zugeführt wird, sowie eine Anlage (1000) zur Durchführung dieses Verfahrens.

Description

Verfahren und Anlage zur Gewinnung von Zellulosefasern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Zellulosefasern aus faser haltiger Biomasse sowie eine Anlage hierfür.
Zur Herstellung von Zellstoff als wesentlichen Bestandteil von Papiererzeugnissen werden je nach Herkunft und Standort beispielsweise in tropischen Holzplantagen unter Verwendung von Düngern, Herbiziden, Pestiziden, Fungiziden und Formizi- den über mindestens 7 Jahre gewachsenes Holz (tropische Zellstoffherstellung) oder in natürlich gewachsenen Wäldern zwischen 60 bis 120 Jahren gewachsenes Holz (Zellstoffherstellung in gemäßigten Zonen) mit entsprechenden Ernte maschinen unter großem Energieeinsatz geerntet und von Ästen befreit.
Die auf Länge geschnittenen, teilweise bereits entrindeten Rundhölzer werden dann üblicherweise bis zu maximal 250 km entfernten Zellstofffabriken transpor tiert.
In modernen Zellstofffabriken werden üblicherweise ca. 2,5 Tonnen Holz für die Herstellung einer Tonne Zellstoff benötigt. Hierfür wird unter erheblichem Energie einsatz das üblicherweise als Rundholz vorliegende Material zu Hackschnitzel ge hackt. Die Hackschnitzel werden vom Holzplatz zu einem Behälter transportiert, in dem sie typischerweise mit Dampf und Alkali für die Weiterverarbeitung im prägniert werden.
Nach der Imprägnierung werden die Hackschnitzel üblicherweise in einen kontinu ierlichen Kocher überführt. In diesem Kocher erfolgt die Lösung des Lignins mittels Druck, Temperatur und Weißlauge (Natronlauge und Natriumsulfid) in einem chemisch/thermischen Aufschlussverfahren, um die Zellstofffasern freizulegen. Die gewonnene Rohfaser liegt nun als ungebleichter, noch nicht ausreichend fein zerkleinerter Zellstoff vor, der nun verschiedenen Reinigungs- und Waschschritten unterzogen wird, um ihn von Verunreinigungen zu befreien. Die dabei ent stehenden Waschlaugen (auch Schwarzlauge genannt) stellen eine erhebliche Um weltbelastung dar, die aufwändige technische Maßnahmen in der Abwasserreini gung bis hin zur Verbrennung eingedickter Laugen erfordern.
Diese zu entfernenden Verunreinigungen sind neben ungelösten und/oder minera lischen Bestandteilen wie Phosphate und Silikate insbesondere auch organische Substanzen wie Hemizellulose, die als gelöste Zucker vorliegt und Lignin. Im Zuge der konventionellen Abwasserbehandlung werden die organischen Substanzen mi- neralisiert, und mineralische Stoffe zu nicht-reaktiven, unschädlichen Stoffen um gewandelt. Die gereinigten Abwässer werden abschließend in Gewässer eingeleitet bzw. organische Reststoffe verbrannt.
Der ungebleichte Zellstoff kann in unterschiedlichen, heute überwiegend chlor freien Bleichverfahren gebleicht werden. Der fertige Zellstoff wird je nach Sorten anforderung direkt für die integrierte Papierproduktion in Papiermaschinen weiter transportiert oder in Bahn- oder Flockentrocknern getrocknet, um als Ballen oder Rollenware transportfähig gemacht zu werden.
Somit erfordert dieses etablierte Verfahren zur Herstellung von Zellstoff einen hohen Einsatz an teuren, langsam wachsenden Rohstoffen, Chemikalien und Ener gie.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein alternatives Verfahren zur Herstellung von Zellstoff zur Verfügung zu stellen, das umweltfreundlich, nachhaltig, energie sparend und gleichzeitig wirtschaftlich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, dass die Fasern der Biomasse zunächst einer Thermodruck- Hydrolyse vorzugsweise mit Wasserdampf-Explosion in einer Thermodruck-Hydro- lyse-Anlage unterzogen werden, und nachfolgend in zumindest einer Separations anlage eine Separation des aus der Thermodruck-Hydrolyse-Anlage erhaltenen Faserschlamms erfolgt, wobei ein Presskuchen aus Zellulosefasern, vorzugsweise mit einem Trockensubstanzgehalt von über 20%, sowie ein Filtrat aus fließ fähigem, feststoffrei ehern Dünnschlamm erhalten wird, und wobei der Dünn schlamm als Gärsubstrat einer Biogasanlage zur Gewinnung von Biogas zugeführt wird.
Erfindungsgemäß ist bevorzugterweise vorgesehen, dass die faserhaltige Bio masse zunächst mittels Thermodruck-Hydrolyse mit Wasserdampf-Explosion, in der Fachwelt auch als Steam Explosion bezeichnet, aufgeschlossen wird. Bei diesem Verfahrensschritt werden - analog zum Kochen der Hackschnitzel mit Weiß lauge und anschließend mit Schwarzlauge gemäß dem Stand der Technik - die Zellstofffasern freigelegt. Die Thermodruck-Hydrolyse mit anschließender Steam Explosion hat sich bereits in der Herstellung von Gärsubstraten aus Energie pflanzen bewährt, wobei diese Gärsubstrate anschließend in einer Biogasanlage durch anaerobe Gärung zu Biogas umgewandelt werden. Ein entsprechendes Ver fahren kann beispielsweise der EP 2 177 280 Bl entnommen werden.
Die Erzeugung von Biogas aus pflanzlicher Biomasse durch anaerobe Gärung ist eine etablierte Technologie. Dabei werden hauptsächlich so genannte Energie- pflanzen, meist in Form von Silage, als Rohstoff eingesetzt. Diese Rohstoffe ent halten unterschiedliche Anteile an in einer Biogasanlage schwer abbaubaren Faserstoffen, die aus Lignozellulose-Verbänden bestehen. Demzufolge enthalten die Reststoffe aus der Vergärung noch große Anteile an stabilen Faserstoffen, die nach dem Ausschleusen aus dem Gärprozess ohne energetische Nutzung entsorgt werden.
Je größer der Anteil dieser stabilen Fasern an der Biomasse ist, desto geringer sind der Erfolg und damit die Wirtschaftlichkeit der Vergärung. Dadurch kommen in den meisten Biogasanlagen nur Pflanzen mit relativ niedrigem Fasergehalt wie Mais zu Einsatz, deren Intensivkultur jedoch wirtschaftlich aufwändig und auch ökologisch nicht unumstritten ist. Generell stehen auf Energiepflanzen basierende Biogasan lagen unter steigendem Druck, insbesondere weil die Erzeugungskosten der be vorzugten Rohstoffe steigen und die Erlöse auf der Basis staatlich bezuschusster Tarife zeitlich begrenzt sind, bzw. in einigen Modellen auch degressiv verlaufen.
Unter diesen Umständen ist es für die Betreiber von Biogasanlagen schwierig, alternative, auch ökologisch verträglichere Biomassequellen zu nutzen, weil diese in der Regel geringere Hektarerträge bei gleichzeitig höheren Fasergehalten als die üblichen Energiepflanzen-Silagen aufweisen.
Der Einsatz von geeigneten Technologien, insbesondere der Thermodruck-Hydro- lyse mit Wasserdampf-Explosion, in der Fachwelt insbesondere unter "Steam Ex plosion" bekannt, bietet Biogasanlagen die Möglichkeit, alternativ zu Energie pflanzen stärker verholzte, also Lignozellulose-haltige Rohstoffe einzusetzen, weil diese nach der Behandlung in der Thermodruck-Hydrolyse mit hoher Effizienz ver goren und in Biogas umgewandelt werden können.
Diese höherwertige Technologie ist jedoch bisher nur in Einzelfällen in der Biogas- anlagen-Technik etabliert, weil sie hohe Investitionen und einen gesteigerten Be triebsaufwand mit sich bringt. Vor dem Hintergrund auslaufender subventionierter Einspeisetarife und fehlender weiterer Anreize ist ein Bedarf für optimierte Pro zesse mit höherer Wertschöpfung gegeben.
Untersuchungen der Anmelderin haben nun gezeigt, dass sich das an sich be kannte Verfahren der Thermodruck-Hydrolyse als erster Verfahrensschritt in der Herstellung von Zellstoff anbietet, wobei erfindungsgemäß der in diesem ersten Verfahrensschritt erhaltene Faserschlamm noch einer mechanischen Separation in Zellulosefasern und Filtrat in Form von Dünnschlamm unterzogen wird. Damit er laubt das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung eines Zellstoffs aus faser reicher Biomasse ohne den Einsatz von umweltschädlichen Chemikalien bei ge- ringerem Energiebedarf, wobei die Biomasse aus einer Vielzahl von unterschied lichen pflanzlichen Materialien gewählt werden kann. Im Rahmen dieser Offen barung wird unter dem Begriff "Zellstoff" ein aus Biomasse durch Thermodruck- Hydrolyse erhaltener und gereinigter Faserkuchen verstanden, wobei als Biomasse neben Holz jedwede geeigneten Pflanzen oder Pflanzenreste zum Einsatz kommen können.
Gleichzeitig wird ein Gärsubstrat erzeugt, das zur Energiegewinnung in einer Bio gasanlage geeignet ist. Die im erfindungsgemäßen Verfahren von den Fasern ab getrennten Verunreinigungen in Form von Dünnschlamm enthalten einen Großteil des in einer Biogasanlage energetisch nutzbaren Anteils der Biomasse. Unter suchungen ergaben hierbei einen Anteil von mehr als 60% des nutzbaren Energie potentials. Um lange Transportwege zu vermeiden, ist besonders bevorzugt vor gesehen, dass diese Biogasanlage in unmittelbarer Nachbarschaft zu der Anlage zur Herstellung von Zellstoff angesiedelt ist, wobei das in der Biogasanlage ge wonnene Biogas vorteilhafterweise als Energieträger für das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt wird.
Die vorzugsweise regional als Feldfrucht oder Nebenprodukt erzeugte Biomasse wird nach geeigneter Konditionierung (Zerkleinerung, Silierung, etc.) zuerst einer Vorbehandlung bei erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur (Thermodruck-Hyd- rolyse vorzugsweise mit Steam Explosion) unterzogen, und zwar am Standort bzw. im direkten Umfeld einer Biogasanlage. Direkt anschließend erfolgt eine Trennung des behandelten Produktes in eine aufbereitete Faserfraktion (Zellulose), die als Rohstoff zur Papierherstellung genutzt wird, und einen hochbelasteten Teilstrom, der in der Biogasanlage als Gärsubstrat verwertet wird.
Als Restprodukt der Biogaserzeugung fallen Gärreste an, die neben mineralischen und organischen Resten der vergorenen Substanzen die mineralischen Dünge- Komponenten (Stickstoff, Phosphor, Kalium, Spurenelemente) sowie das im Fer mentationsprozess inerte Lignin in hoher Konzentration enthalten. Diese nährstoff reichen Gärreste aus der Biogasanlage werden als Teil einer nachhaltigen Land wirtschaft als Düngemittel wieder zurück auf die Anbauflächen der pflanzlichen Rohstoffe ausgebracht, wodurch insbesondere auch eine Verbesserung der Humusbilanz erreicht wird.
Durch die Kombination der beschriebenen Faseraufbereitung mit einer Biogasan lage werden mehrere vorteilhafte Effekte erzielt: • Da der Faseraufschluss nicht in einer Papierfabrik durchgeführt wird, wo der bei der anschließenden Separation anfallende Dünnschlamm als Abwasser ent sorgt bzw. behandelt werden muss, verbessert sich die ökologische Bilanz der Papierproduktion wesentlich.
• Auch reduziert der regionale Ansatz der Rohstoffgewinnung, in der Rohstoff anbau und Zellstofferzeugung in örtlicher Nähe erfolgen, und der Transport des fertigen Produkts (verdichtete Zellstofffaser) anstatt des erheblich volumi nöseren Rohstoffes (Biomasse) z.B. zu einer möglichst nahe gelegenen Papier fabrik den Transportaufwand wesentlich.
• Der Einsatz von regional gewonnenem Zellstoff reduziert zudem den Einsatz von aus Übersee importiertem, aus z.B. in Plantagenwirtschaft gewachsenem Holz hergestelltem Zellstoff.
• Durch die gezielte Rückführung des Lignins auf die landwirtschaftlichen Anbau flächen wird die Bodenfruchtbarkeit durch dessen Wirkung auf den Humus er halten bzw. sogar verbessert, so dass eine intensive und dennoch nachhaltige landwirtschaftliche Rohstoffe rzeugung möglich ist.
• Durch die Rückführung der ebenfalls im erzeugten Gärsubstrat und damit auch im Gärrest enthaltenen, aus dem Pflanzengerüst gelösten Silikate auf die land wirtschaftlichen Nutzflächen wird dem Boden eine als Nährstoffspeicher wirk same Substanz zugeführt, die die Bodenqualität nachhaltig verbessert.
• Die Rückführung der im Gärsubstrat enthaltenen, ebenfalls aus dem pflanz lichen Rohstoff herausgelösten mineralischen Düngestoffe Stickstoff, Phos phat, Kalium sowie Spurenelemente, reduziert den Bedarf an Kunstdüngern in der Rohstofferzeugung.
• Der Einsatz der Thermo-Druckbehandlungs-Anlage als Vorbehandlung der Biomasse auf der Biogasanlage ermöglicht dieser den Einsatz alternativer, faserreicherer Rohstoffe, deren Erzeugung oder Gewinnung ggf. ökologisch nachhaltiger als die der gängiger Energiepflanzen ist, sowie auch den Einsatz von Nebenprodukten wie ungenutztem Stroh bzw. abgeernteten Restpflanzen verschiedener Feldfrüchte (sogenannte Koppelprodukte).
Zudem ist festzuhalten, dass die Erzeugung von Zellstoff aus Gräsern und anderen schnellwachsenden Pflanzen in Feldkultur erheblich größere Mengen an Kohlen dioxid binden kann als die Biomasseerzeugung durch Holz, z.B. in Plantagenwirt schaft, und so einen erheblichen positiven Beitrag zum Klimaschutz leisten kann.
Für die Wertschöpfungskette einer Biogasanlage öffnet die wirtschaftlich getrennte Verwertung der Zellstofffasern die Möglichkeit, neben der Energieerzeugung zu sätzliche Erträge zu generieren, z.B. durch den Verkauf der Zell Stoff- Fasern an die Papierindustrie. Bisher wurden diese Schwer in Biogas umwandelbaren Fasern wei testgehend als Reststoff (fester Gärrest) abgegeben. Um eine zusätzliche Reinigung und damit eine Qualitätsverbesserung des Zellstoffs zu erhalten, ist in einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung vorge sehen, dass der nach der Thermodruck-Hydrolyse erhaltene Faserschlamm in einem ersten Anmaischbehälter auf einen Trockensubstanzgehalt von vorzugs weise 3% bis 20% eingestellt wird, und anschließend die Separation des Faser schlamms in zumindest einer Separationsanlage erfolgt. Durch den Zwischen schritt des Anmaischens des aus der Thermodruck-Hydrolyse erhaltenen Faser schlamms in einem Anmaischbehälter wird ein für die nachfolgende Separation optimaler Wert für den Trockensubstanzgehalt erhalten.
Um feineren Zellstoff zu erhalten, ist in einer weiteren Ausführung des erfindungs gemäßen Verfahrens vorgesehen, dass vor der Separation des angemaischten Faserschlamms aus dem Anmaischbehälter eine Fasertrennung bzw. Vereinzelung von Faserbündeln in zumindest einer Desintegrationsmaschine und anschließend die Separation in der ersten Separationsanlage erfolgt. Hierzu wird bevorzugter weise der Trockensubstanzgehalts des Faserschlamms auf 3% bis 10% eingestellt, bevor er der Desintegrationsmaschine zugeführt wird.
In einer alternativen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass nach der Separation des Faserschlamms in einer ersten Separationsanlage der erhaltene Presskuchen einem Anmaischbehälter zugeführt wird, um einen Trockensubstanz gehalt von vorzugsweise 3% bis 20%, besonders bevorzugt 3% bis 10% einzu stellen, und anschließend der Faserschlamm zumindest einer Desintegrations maschine zugeführt wird, um eine Fasertrennung der in dem Faserschlamm ent haltenen Faserbündeln zu erhalten, und nachfolgend eine Separation des Faser schlamms in zumindest einer weiteren Separationsanlage erfolgt.
In dem aus der Thermodruck-Hydrolyse-Anlage abgezogenen Faserschlamm liegt der gewünschte Zellstoff in Form von Faserbündeln vor, die miteinander durch natürliche Polymere, insbesondere Lignin und dergleichen verklebt sind. Durch Anmaischen des Faserschlamms in dem Anmaischbehälter erfolgen bereits ein erstes Herauslösen von unerwünschten Bestandteilen sowie die physikalische Ab trennung von allfälligen unlösbaren Bestandteilen durch Sedimentation. Gleich zeitig erlaubt die Einstellung des Trockensubstanzgehalts auf 3% bis 10% eine verbesserte Fasertrennung in der zumindest einen Desintegrationsmaschine.
Je nach Art der eingesetzten Biomasse kann ein mehrfacher Durchlauf des Faser schlamms durch die zumindest eine Desintegrationsmaschine erforderlich sein. Be vorzugterweise erfolgt hierbei ein erneutes Anmaischen des Faserschlamms in dem Anmaischbehälter, und die Fasertrennung wird in der Desintegrations maschine zumindest einmal, vorzugsweise mehrfach in einem Kreisprozess zwi schen Anmaischbehälter und Desintegrationsmaschine wiederholt. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass zusätzlicher, noch nicht in der Desintegra tionsmaschine behandelter Faserschlamm dem im Anmaischbehälter befindlichen Material beigefügt wird.
Je nach gewünschter Qualität und Eigenschaften des Endprodukts kann zusätzlich oder alternativ zur Fasertrennung eine Faserzerkleinerung vorgesehen sein.
Neben einer hohen Zellstoffqualität erlaubt die zuvor beschriebene Verfahrensfüh rung mit zumindest einer, vorzugsweise zwei oder mehr Separationsanlagen die Gewinnung von Dünnschlamm als Abfallprodukt der Zellstoffproduktion, wobei das Filtrat zumindest teilweise als Gärsubstrat einer Biogasanlage zugeführt wird.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das als Dünnschlamm vorliegende Filt rat aus den Separationsanlagen zumindest teilweise wieder in den Prozess zurück geführt wird. Hierbei wird es besonders bevorzugt dem Anmaischbehälter zur Ein stellung des Trockensubstanzgehalts des Faserschlamms zugeführt. Alternativ oder zusätzlich kann das Filtrat auch direkt dem Faserschlamm vor dessen Beför derung in eine Separationsanlage zugegeben werden.
Der als Gärsubstrat der Biogasanlage zugeführte Dünnschlamm kann zur Ver ringerung des Volumenstroms vorzugsweise durch Filtration (zum Beispiel Fein-, Mikro- oder Ultrafiltration) eingedickt werden. Das dabei gewonnene Filtrat, ein Teilstrom mit geringerer Feststoffbelastung, wird dabei vorteilhafterweise als An maischwasser für die Thermodruck-Hydrolyse-Anlage und/oder an anderen Stellen in das erfindungsgemäßen Verfahren eingespeist, wodurch der Wasserbedarf in dem erfindungsgemäßen Verfahren weiter reduziert wird.
In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung ist hierbei vorgesehen, dass der Dünnschlamm in zwei Teilfraktionen gesammelt wird, wobei eine erste Teilfraktion mit einem geringerem Feststoffgehalt in den Prozess rückgeführt wird, während eine feststoffrei che re Fraktion der Biogasanlage als Gärsubstrat zugeführt wird. Diese unterschiedlichen Fraktionen werden beispielsweise aus unterschied lichen Bereichen der zumindest einen Separationsanlage entnommen und bevor zugterweise in getrennten Sammelbehältern aufgefangen.
Um den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Zellstoff besser lagern und transportieren zu können, kann vorgesehen sein, dass der aus der zu mindest einen Separationsanlage erhaltene Presskuchen vor der Lagerung als End produkt einem Stabilisierungsschritt, insbesondere durch Zugabe von konser vierenden Chemikalien und/oder einer thermischen Behandlung unterzogen wird.
Zur weiteren Qualitätsverbesserung des Endprodukts ist in einer weiteren Variante der Erfindung vorgesehen, dass der aus der zumindest einen Separationsanlage erhaltene Presskuchen einem weiteren Reinigungsschritt in einem Mischreaktor unterworfen wird, wobei das Waschwasser in einer weiteren Separationsanlage vom gereinigten Faserkuchen separiert wird. Damit werden die mechanisch be handelten und entwässerten Fasern einem weiteren, zusätzlichen Waschschritt un terzogen, wobei das hierbei eingesetzte Waschwasser vorteilhafterweise sauber und von Schmutzstoffen unbelastetes Wasser ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Waschwasser dem aus dem vorherigen Separationsschritt erhaltenen Presskuchen z.B. in einem Verhältnis von Faserschlamm zu Waschwasser von 1:1 bis 1:2 zugesetzt wird. Nach ausreichendem Kontakt mit dem Waschwasser wird die gereinigte Faser einem letzten Entwässerungsschritt unterzogen, um erneut den gewünschten Feststoffgehalt im Endprodukt zu erzielen.
Das nach diesem Reinigungsschritt erhaltene gering belastete Waschwasser wird vorzugsweise in den erfindungsgemäßen Prozess rückgeführt, wobei besonders bevorzugt vorgesehen ist, dass es trockener Biomasse, für die die Zugabe von Wasser erforderlich ist, um sie anschließend in der Thermodruck-Hydrolyse-Anlage verarbeiten zu können, zugesetzt wird. Damit wird ein verfahrenstechnisch und auch ökologisch besonders vorteilhafter Wasserkreislauf erhalten.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt insbesondere da rin, dass eine Vielzahl von faserhaltigen Materialien in Form von pflanzlicher Bio masse zum Einsatz kommen kann. Hierbei haben sich insbesondere Energie pflanzen wie Mais, durchwachsene Silphie, und/oder Erntereste mit ausreichendem Zellulose- oder Lignozellulosegehalt, Nebenprodukte wie Stroh und/oder Grün schnitt als tauglich erwiesen. Damit kann auf regionale Rohstoffe und/oder Rest stoffe wie Erntenebenprodukte oder Grünschnitt zur Gewinnung von Zellstoff bei gleichzeitiger Energiegewinnung in Form von Biogas zurückgegriffen werden. Hier bei ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass das in der Biogasanlage gewonnene Biogas in dem erfindungsgemäßen Verfahren als Energieträger insbesondere für die Thermodruck-Hydrolyse-Anlage eingesetzt wird.
Gleichzeitig ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass die in der Biogasanlage an fallenden nicht-verwertbaren Reststoffe als Düngemittel in der Landwirtschaft ein gesetzt werden. Das beim erfindungsgemäßen Verfahren anfallende Gärsubstrat enthält neben den verwertbaren organischen Bestandteilen insbesondere Lignin und Silikate, die in der Biogasanlage nicht umgesetzt werden können. Diese Rest stoffe aus der Biogasanlage können jedoch die Bodenbeschaffenheit signifikant verbessern. So bildet Lignin einen wichtigen Grundbaustein für den Aufbau von Humus, während Silikate als mineralischer Adsorptionskörper fungieren, der den Nährstoffhaushalt des Bodens wesentlich beeinflusst. Die oben angeführte Aufgabe wird des Weiteren durch eine Anlage erfindungsge mäß dadurch gelöst, dass eine Thermodruck-Hydrolyse-Anlage vorgesehen ist, um die Fasern der Biomasse zunächst einer Thermodruck-Hydrolyse mit Wasser dampf-Explosion zu unterziehen, wobei die Thermodruck-Hydrolyse-Anlage mit einer ersten Separationsanlage, vorzugsweise mit einer Pressschnecke, über zu mindest eine Zufuhrleitung in Verbindung steht, in der der aus der Thermodruck- Hydrolyse-Anlage abgezogene Faserschlamm mittels zumindest einer Förderein richtung, vorzugsweise einer Förderschnecke und/oder einer Dickstoff pumpe zu- führbar ist, wobei das aus der ersten Separationsanlage erhaltene Filtrat in Form eines fließfähigen, feststoffreichen Dünnschlamms über zumindest eine weitere Zufuhrleitung einer Biogasanlage zuführbar ist.
Eine verbesserte Separation des Faserschlamms in Zellstofffasern und Filtrat in Form von Dünnschlamm wird erhalten, wenn zusätzlich ein Anmaischbehälter vor gesehen ist, der zwischen der Thermodruck-Hydrolyse-Anlage und der ersten Se parationsanlage angeordnet ist.
Insbesondere bei dem Vorliegen von Biomasse mit einem hohen Ligningehalt liegen die Zellstofffasern nach der Thermodruck-Hydrolyse mit Steam Explosion als verklebte Zellstoffbündel vor, was die Effizienz des nachfolgenden Separations schritts und daraus folgend die Qualität des Zellstoffs beeinträchtigt. Daher ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Anmaischbehälter mit zumindest einer Desintegrationsmaschine in Verbindung steht, wobei die zumindest eine Desinteg rationsmaschine vorzugsweise über Lagerbehälter, in dem die vereinzelten Zellu losefasern zwischengelagert werden können, mit der ersten Separationsanlage in Verbindung steht.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Anmaischbehälter der zumindest einen ersten Separationsanlage nachgeschaltet ist, wobei vorzugsweise der Anmaisch behälter mit der zumindest einen Desintegrationsmaschine in Verbindung steht, und wobei die zumindest eine Desintegrationsmaschine vorzugsweise über zumin dest einen Lagerbehälter mit zumindest einer weiteren Separationsanlage in Ver bindung steht.
Das aus der ersten Separationsanlage und/oder zweiten Separationsanlage erhal tene Filtrat wird zur einfacheren Verarbeitung und Weiterverwendung in zumindest einem Sammelbehälter gesammelt, wobei bevorzugterweise der zumindest eine Sammelbehälter über zumindest eine Rezirkulationsleitung mit dem Anmaischbe hälter in Verbindung steht. Des Weiteren steht der zumindest eine Sammelbehälter über zumindest eine weitere Zufuhrleitung mit der Biogasanlage in Verbindung. Im Folgenden wird anhand von nicht-einschränkenden Ausführungsbeispielen mit zugehörigen Figuren die Erfindung näher erläutert. Darin zeigen
Fig. 1A eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Anlage,
Fig. 1B eine Variante der Anlage aus Fig. 1A,
Fig. IC eine weitere Variante der Anlage aus Fig. 1A,
Fig. 2A eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Anlage,
Fig. 2B eine Variante der Anlage aus Fig. 2A,
Fig. 3A eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Anlage,
Fig. 3B eine Variante der Anlage aus Fig. 3A,
Fig. 4 eine schematische Detailansicht einer besonderen Ausführung der zweiten Separationsanlage aus der Fig. 2,
Fig. 5 eine schematische Detailansicht einer Nachbehandlungsstufe,
Fig. 6 eine schematische Ansicht einer weiteren Nachbehandlungsstufe, und
Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Verpackungsanlage.
In der Fig. 1A ist eine erste Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Anlage 1000 schematisch dargestellt. Erfindungsgemäß wird die zu behandelnde Bio masse 10, die aus nachwachsenden Rohstoffen oder aus organischen Reststoffen mit hohem Zellulosefasergehalt besteht, in einer Thermodruck-Hydrolyse-Anlage 100 eingebracht und einer Druck/Temperatur-Vorbehandlung, nämlich einer Ther- modruck-Hydrolyse, vorzugsweise mit Steam Explosion, unterzogen. Hierbei wird die Biomasse aufgeschlossen, wobei ein Faserschlamm 20 mit einem Trockensub stanzgehalt von 10% bis 35% erhalten wird, der in einem Speicherbehälter 110 gesammelt wird.
Mittels einer Fördereinrichtung 200A, beispielsweise eine Förderschnecke oder Dickstoff pumpe, wird der Faserschlamm 20 in eine Separationsanlage 300, typischerweise eine Pressschnecke, eingebracht, und der Faserschlamm 20 ent wässert, wodurch ein Faser-Presskuchen 30 erhalten wird, der mehr als 20% Trockensubstanzgehalt aufweist und in einen Sammelbehälter 120 ausgeworfen wird. Dieser Faserfeststoff 30 kann entweder gleich zur weiteren Verarbeitung bei spielsweise an eine Papierfabrik abgegeben oder aber einer weiteren Aufbereitung (wie nachfolgend beschrieben) unterworfen werden.
Das Filtrat 40 aus der Separationsanlage 300 ist ein fließfähiger, feststoffrei eher Dünnschlamm, der in einem Zwischenbehälter 130 gesammelt und in der Folge als Gärsubstrat über eine Pumpeinrichtung 200B in eine Biogasanlage 2000 überführt wird.
Um den Separationseffekt in der Separationsanlage 300 zu verbessern, ist bevor zugterweise vorgesehen, dass dem Faserschlamm 20 aus dem Speicherbehälter 110 über eine Rezirkulationsleitung mit Pumpeinrichtung 200C Filtrat 40 in Form von Dünnschlamm aus dem Zwischenbehälter 130 zugeführt wird. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann dem Faserschlamm 20 über eine weitere Zufuhrleitung Frischwasser 50 oder aber ein über einen separaten Separationsprozess erhaltenes Filtrat des Dünnschlamms (nicht dargestellt) zugeführt werden. Durch die Zufuhr an Flüssigkeit wird die Ausschwemmung von Feinstoffen während der Separation begünstigt. Gleichzeitig erfolgt bei Verwendung von rückgeführtem Filtrat 40 eine Aufkonzentrierung des Dünnschlamms, der letztendlich der Biogasanlage 2000 als Gärsubstrat zur Verfügung gestellt wird.
In der Fig. 1B ist eine Variante der Anlage aus der Fig. 1A gezeigt, bei der das Filtrat 40 aus der Separationsanlage 300 zusätzlich aufkonzentriert wird. Hierin verweisen die in der Fig. 1B sowie in den nachfolgenden Figuren verwendeten Be zugszeichen auf die gleichen Anlagenelemente, wie sie bereits in der Fig. 1A ver wendet wurden.
In dieser Anlage 1000 wird der Dünnschlamm 40 aus dem Zwischenlagerbehälter 130 in eine Filtrationseinheit 800 geschleust, wobei diese Filtrationseinheit 800 als einstufige oder mehrstufige Fein-, Mikro- oder Ultrafiltrationsanlage oder Kombi nationen daraus ausgeführt ist. Die aus der Filtrationseinheit 800 erhaltene einge dickte Flüssigphase 40B wird als Gärsubstrat der Biogasanlage 2000 zugeführt, während das feststoffärmere Filtrat 40A wieder in den Zwischenlagerbehälter 130 rückgeführt wird. Dieses Filtrat kann dann bei dieser Ausführung der Anlage 1000 wieder in den Prozess als Anmaischwasser, insbesondere dem aus der Thermo- druck-Hydrolyse-Anlage 100 erhaltenen Faserschlamm 20 bei Bedarf zur Verfü gung gestellt werden.
Bei der in der Fig. IC dargestellten Variante der erfindungsgemäßen Anlage 1000 erfolgt vor dem Separationsschritt in der Separationsanlage 300 eine Dispergie rung des Faserschlamms 20 in einer Dispergiereinheit 900. Dieser Dispergierschritt erfolgt bei Temperaturen > 60°C mit hohem Energieeintrag durch eine in der Dis pergiereinheit 900 angeordneten Mischeinrichtung, um eine gleichmäßigere Ver teilung der Fasern in dem Faserschlamm 20 zu erhalten. Hierbei kann auch vorge sehen sein, dass zur besseren Dispergierung Flüssigkeit, vorzugsweise Rezirkulat zugesetzt wird. Durch diese Dispergierung wird die in der Separationsanlage 300 nachfolgende Separation des Faserschlamms 20 in Faserkuchen 30 und Filtrat 40 weiter verbessert.
In der Fig. 2A ist eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Anlage 1000 dargestellt, wobei die Biomasse 10 in einem ersten Schritt wie bereits in Figs. 1A und 1B beschrieben in der Thermodruck-Hydrolyse-Anlage 100 aufge schlossen wird. Der aus der Separationsanlage 300A erhaltene und bereits teil weise von Feinstoffen gereinigte Faserkuchen 30 wird über eine Zuleitung, ge gebenenfalls mittels einer Fördereinrichtung, wie beispielsweise Förderschnecke, Förderband oder Pumpe, einem Anmaischbehälter 400 (auch "Pulper" genannt) zugeführt. Dieser Faserkuchen 30 wird hierin mit rezirkuliertem Filtrat 41 oder alternativ mit zugeführtem Frischwasser 50, oder Anmaischwasser 60 versetzt, um einen für die weitere Behandlung des Faserkuchens 30 günstigen Trockensub stanzgehalt von üblicherweise zwischen 3% und 15% zu erhalten. Ebenso kann ein über einen separaten Separationsprozess erhaltenes Filtrat des Dünnschlamms (nicht dargestellt) als Anmaischwasser zugeführt werden. Dabei sinken allfällige im Rohmaterial enthaltene Störstoffe (zum Beispiel Steine) auf den Boden des An maischbehälters 400 und können auf einfache Weise durch den Bodenablass 401 ausgeschleust werden.
Über eine weitere, bevorzugterweise speziell für faserige Medien geeignete Krei selpumpe 200D wird der Anmaischbehälter 400 entleert und der verwässerte Faserkuchen 31 auf eine Faser-Desintegrationsmaschine 500 (beispielsweise ein "Refiner", "De-Flaker" oder "Entstipper") geleitet. In diesem Gerät 500 wird der Filterkuchen durch Geräteeinbauten in Form von rotierenden und statischen Ele menten hohen Scherkräften ausgesetzt.
Mit einem De-Flaker oder Entstipper werden die noch als Bündel vorliegenden Fasern getrennt, ohne hierbei die Fasern selbst signifikant zu verkürzen. Auch dieser Vorgang der Faseraufbereitung in Form von Faservereinzelung ist ein in der Papierherstellung notwendiger Verfahrensschritt, der üblicherweise in der Papier fabrik selbst durchgeführt wird.
Alternativ oder zusätzlich hierzu kann je nach verwendeter Biomasse 10 und ge wünschtem Endprodukt auch der Einsatz eines Geräts zum Ziel der Faserkürzung, insbesondere ein Refiner vorgesehen sein. Je nach eingesetztem Rohmaterial kann es erforderlich sein, die Faservereinzelung und/oder Faserverkürzung mehrstufig durchzuführen. Hierzu ist in der Anlage 1000 gemäß Fig. 2A eine Rückführung des in der Desintegrationsmaschine 500 erhaltenen Fasermaterials 32 in den Anmaischbehälter 400 vorgesehen, die einen mehrfachen Durchlauf des Fasermaterials 32 zu ermöglicht. Ebenso kann noch nicht bearbeiteter Faserschlamm 31 dem Anmaischbehälter 400, sowie bei Bedarf Frischwasser 50, Anmaischwasser 60 und/oder rezirkuliertes Filtrat 41 zugeführt und den bereits in der Desintegrationsmaschine 500 bearbeiteten Fasern 32 zuge setzt werden. Gegebenenfalls wird somit das vereinzelte Fasermaterial in einem Kreisprozess mehrfach dem Pulper 400 und anschließend der Desintegrations maschine 500 zugeführt. Auf diese Weise werden besser verwertbare Fasern er halten und zudem zusätzlich störende Feinsubstanzen von den Fasern abgetrennt. Dies erhöht somit auch die Faserreinheit im Endprodukt. Sobald die Fasern die in diesem Schritt zu erzielende Qualität aufweisen, werden sie einem Lagerbehälter 140 zugeführt. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Fasern ohne Zwischenlagerung im Lagerbehälter 140 direkt einem zweiten Separationsschritt zugeführt werden.
In der in der Fig. 2A dargestellten Anlage 1000 ist diese zweite Separationsstufe mit einer weiteren mechanischen Separationsanlage 300B, typischerweise eine Schneckenpresse, vorgesehen. In diese zweite Separationsanlage 300B wird in dieser Variante der Erfindung das aus der Desintegrationsmaschine 500 erhaltene Fasermaterial 32 über eine Fördereinrichtung 200E aus dem Lagerbehälter 140 eingebracht, und die Fasern 32 auf einen Trockensubstanzgehalt von mindestens 25%, vorzugsweise über 40% entwässert. Hierbei kann gegebenenfalls über eine Zuleitung gezielt Wasser 50 in den Pressvorgang eingeschleust werden. Dabei er folgt gegebenenfalls zusätzlich eine Waschung des Presskuchens 30 insbesondere auch in Form eines zonierten Entwässerungsvorgangs. Auf diese Weise werden erneut größere Mengen an Filtrat 41 in Form von Dünnschlamm gewonnen, die in einem Speicherbehälter 130B gesammelt werden.
Aus dem Speicherbehälter 130B kann erforderlichenfalls das Filtrat 41 über die Rezirkulationsleitung erneut in den Anmaischbehälter 400 eingebracht werden. Ebenso ist eine Zuleitung zur Zufuhr des Filtrats 41 in die Biogasanlage 2000 vor gesehen.
Die in der Fig. 2B dargestellte Anlage 1000 weist sämtliche Anlagenelemente der Anlage 1000 aus der Fig. 2A auf, wobei zusätzlich zwei Filtrationseinheiten 800A, 800B vorgesehen sind, die jeweils die Dünnschlammfraktionen 40, 41 aus den beiden Separationsanlagen 300A, 300B aufbereiten. Die hierbei erhaltenen fest stoffarmen Filtrate 40A, 41A werden hierbei in den Prozess rückgeführt, bevorzug- terweise dem Faserschlamm 20 aus der Thermodruck-Hydrolyse-Anlage 100 zu gesetzt und/oder dem Anmaischbehälter 400 als Anmaischwasser zugesetzt. Die feststoffrei chen Fraktionen 40B, 41B aus den Filtrationseinheiten 800 werden er neut der Biogasanlage 2000 als Gärsubstrat zur Verfügung gestellt.
In einer weiteren platzsparenden Variante der erfindungsgemäßen Anlage 1000 wie in der Fig. 3A dargestellt ist erneut lediglich ein einstufiger Separationsprozess mittels Separationsanlage 300 vorgesehen, die jedoch im Gegensatz zu der Anlage 1000 wie in den Figs. 2A und 2B beschrieben der Desintegrationsmaschine 500 nachgeschaltet ist, während auf eine Separationsstufe vor dem Pulper 400 ver zichtet wurde. Damit erfolgt nach der Thermodruckhydrolyse der Biomasse 10 in der Thermodruck-Hydrolyse-Anlage 100 bei dieser Ausführung der erfindungsge mäßen Anlage 1000 unmittelbar die Vereinzelung der Faserbündel in der Desin tegrationsmaschine 300 nach Einstellung des erforderlichen (geringeren) Trocken substanzgehalts im Pulper 400 ohne weitere Vorbehandlungsschritte.
Hierfür kann in einer weiteren Ausführungsform dieser Anlage gemäß Fig. 3B er neut zumindest eine Filtrationseinheit 800 vorgesehen sein, in der der Dünn schlamm 40 aus der Separationseinheit 300 eingedickt wird, bevor er als Gärsub strat 40B der Biogasanlage 2000 zugeführt wird, während das Filtrat 40A in den Zwischenlagerbehälter 130 rückgeführt wird.
In der Fig. 4A ist in einer Detailansicht einer weiteren Ausführung der erfindungs gemäßen Anlage 1000 eine Variante der Separationsstufe mit der Separationsan lage 300 dargestellt, bei der das Filtrat 40 nicht in einem einzelnen Speicherbe hälter 130, sondern in Teilströmen 40C, 40D gesammelt wird. Hierbei wird ein erster Teilstrom 40C mit einem höheren Feststoffgehalt aus zumindest einem ers ten Bereich der Separationsmaschine 300 über eine Ableitung in einen ersten Speicherbehälter 130C geleitet wird, während ein zweiter Teilstrom 40D aus zu mindest einer zweiten Entwässerungszone der Separationsmaschine 300, der einen hohen Anteil an Presswasserstrom und damit einen geringeren Feststoffan teil aufweist, über eine zweite Ableitung einem zweiten Speicherbehälter 130D zu geführt.
Hierbei wird bevorzugterweise das in dem ersten Speicherbehälter 130C ge sammelte feststoffreiche Filtrat 40C der Biogasanlage 2000 zugeführt, während das feststoffarme Filtrat 40D aus dem zweiten Speicherbehälter 130D über die Rezirkulationsleitung erneut dem Pulper 400 für den Anmaischprozess zugeführt wird. Es versteht sich, dass diese Variante bei jeder Separationseinheit in der er findungsgemäßen Anlage 1000 zum Einsatz kommen kann. In diesem Zusammenhang wird zudem darauf hingewiesen, dass die zumindest eine Separationsanlage 300 je nach Bauweise und Auslegung über mehr als nur zwei unterschiedliche Entwässerungszonen verfügen kann. Wesentlich an dieser Variante der erfindungsgemäßen Anlage 1000 ist, dass zumindest zwei Teilströme an Filtrat 40C, 40D mit unterschiedlichem Feststoffgehalt aus der zumindest einen Separationsanlage 300 getrennt voneinander gesammelt und weiterverwendet werden.
Wie in der Fig. 4B gezeigt kann in einer Variante dieser Anlage 1000 eine Filtra tionseinheit 800 vorgesehen sein, die die feststoffrei che re Fraktion 40C aus der Separationsanlage 300 noch weiter aufkonzentriert. Die feststoffreiche Fraktion 40E aus der Filtrationsanlage 800 wird hierbei der Biogasanlage 2000 zugeführt, während das feststoffärmere Filtrat 40F aus der Filtrationseinheit 800 in den Zwischenlagerbehälter 130D und bei Bedarf gemeinsam mit der Teilfraktion 40C aus der Separationsanlage 300 in den Prozess als Prozesswasser, zum Beispiel zum Anmaischen geleitet wird.
Bei der in der Fig. 5 gezeigten weiteren Variante der erfindungsgemäßen Anlage 1000 in einer Detailansicht ist nach einer Separationsanlage 300C eine weitere Behandlungsstufe mit einem Mischreaktor 600 vorgesehen. In diesem Misch reaktor 600 wird das aus der Separationsanlage 300C erhaltene Fasermaterial 30 mit über eine Zuleitung zugeführtes Waschwasser 50 versetzt. In einer weiteren Separationsanlage 300D wird das kontaminierte Waschwasser 50A aus dem Misch reaktor 600 von dem gereinigten Fasermaterial 33 abgetrennt und das Endprodukt 30 dem Sammelbehälter 120 zugeführt.
Hierbei ist in einer alternativen Ausführung vorgesehen, dass der Mischreaktor 600 und die Separationsanlage 300D als konstruktive Einheit ausgebildet sind, bei spielsweise in Form einer Waschtrommel mit Verdichtungszone, oder integriert in einer Förderschnecke mit Press- und Entwässerungszone.
Das so erzeugte Filtrat 50A wird in einem Speicherbehälter 130E gesammelt und bei Bedarf über eine Pumpeinrichtung 200F beispielsweise als Anmaischwasser der Thermodruck-Hydrolyse-Anlage 100 und/oder dem Anmaischbehälter 400 zuge führt, um den darin befindlichen Rohstoff auf einen geeigneten Wassergehalt ein zustellen.
Selbstverständlich kann diese zusätzliche Behandlungsstufe in jeder der vorge nannten Anlagenvarianten gemäß den Figuren 1A bis 4B zusätzlich oder alternativ in Kombination mit den jeweiligen Separationsanlagen 300, 300A, 300B zum Ein satz kommen. In der Fig. 6 ist eine optionale Nachbehandlung des in dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Zellstoffs dargestellt. Hierzu wird der aus der Separations anlage 300 erhaltene Zellstoff 30 in einem Nachbehandlungsreaktor 700 mittels Konditionierungschemikalien 70 und Prozesswärme 80 stabilisiert. Selbstver ständlich kann auch vorgesehen sein, dass die Nachbehandlung nur mit Kondi tionierungschemikalien oder ausschließlich eine Wärmebehandlung erfolgt. Zu sätzlich oder alternativ kann der Zellstoff in einer geeigneten Vorrichtung, insbe sondere in dem Nachbehandlungsreaktor 700 zusätzlich getrocknet werden, wobei besonders bevorzugt vorgesehen ist, dass diese thermische Behandlung mit Pro zesswärme 80 aus der Biogasanlage 2000 und/oder der Thermodruck-Hydrolyse- Anlage 100 erfolgt. Durch diese Nutzung von Abwärme wird die Energiebilanz des erfindungsgemäßen Verfahrens zusätzlich positiv beeinflusst.
Die in der Nachbehandlung anfallenden Kondensate und/oder Abwässer können hierbei erneut in die Nachbehandlung rückgeführt und/oder auch als Prozess wasser verwendet werden.
In der Fig. 7 ist eine optionale Kompaktierung und Verpackung des in dem erfin dungsgemäßen Verfahren hergestellten Zellstoffs 30 schematisch dargestellt. Hierzu wird der aus der zumindest einen Separationsanlage 300 erhaltene Zellstoff 30 (mit oder ohne Nachbehandlung) in einer Hochdruckpresse 910 zu quaderför migen oder zylindrischen Ballen kompaktiert, und die so erzeugten Ballen in einer Verpackungsanlage 920 mit einer Folie oder einem anderen geeigneten Gewebe umwickelt, um auf diese Weise lagerfähige, gut manipulierbare Ballen zu erhalten, die anschließend in Form von Ballenstapeln 930 sicher gelagert und transportiert werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den zugehörigen Anlagen kann grundsätzlich als kontinuierliches oder als zyklisches System betrieben werden. Ebenso ist ein Mischbetrieb denkbar, bei dem beispielsweise ein kontinuierlicher Betrieb der Se parationsanlagen vorgesehen ist, während die Anmaisch- und/oder Desin tegrationsschritte diskontinuierlich erfolgt.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Verfahren zur Gewinnung von Zellulosefasern aus faserhaltiger Biomasse (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Biomasse (10) in einer Thermo- druck-Hydrolyse-Anlage (100) zunächst einer Thermodruck-Hydrolyse vor zugsweise mit Wasserdampf-Explosion unterzogen wird, und nachfolgend in zumindest einer Separationsanlage (300, 300A, 300B, 300C, 300D) eine Se paration des aus der Thermodruck-Hydrolyse-Anlage (100) erhaltenen Faser schlamms (20) erfolgt, wobei ein Presskuchen (30) aus Zellulosefasern, vor zugsweise mit einem Trockensubstanzgehalt von über 20%, vorzugsweise von über 25%, sowie ein Filtrat (40, 40A, 40B, 40C, 40D, 40E, 40F, 41, 41A) aus fließfähigem, feststoffreichem Dünnschlamm erhalten wird, und wobei der Dünnschlamm als Gärsubstrat einer Biogasanlage (2000) zur Gewinnung von Biogas zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der nach der Thermodruck-Hydrolyse erhaltene Faserschlamm (20) in einer Dispergier einheit (900) vorzugsweise bei einer Temperatur T > 60 C dispergiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der nach der Thermodruck-Hydrolyse erhaltene Faserschlamm (20) in einem nachfol genden Schritt auf einen Trockensubstanzgehalt von vorzugsweise 3% bis 20%, besonders bevorzugt 3% bis 10%, eingestellt wird, wobei diese Einstel lung vorzugsweise in einem Anmaischbehälter (400) erfolgt, und an schließend die Separation des angemaischten Faserschlamms (31) in zumin dest einer Separationsanlage (300, 300A, 300B, 300C, 300D) erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Sepa ration in der zumindest einen Separationsanlage (300, 300A, 300B, 300C, 300D) zunächst in zumindest einer Desintegrationsmaschine (500) eine Fa sertrennung und/oder Faserzerkleinerung von Faserbündeln in dem ange maischten Faserschlamm (31) aus dem Anmaischbehälter (400) erfolgt, und anschließend eine Separation des Faserschlamms in der zumindest einen Se parationsanlage (300, 300A, 300B, 300C, 300D) erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Separation des Faserschlamms (20) aus der Thermodruck-Hydrolyse-An lage (100) in zumindest einer ersten Separationsanlage (300, 300A) der er haltene Presskuchen (30) einem Anmaischbehälter (400) zugeführt wird, um einen Trockensubstanzgehalt von vorzugsweise 3% bis 20%, besonders be vorzugt 3% bis 10%, einzustellen, und anschließend der angemaischte Faserschlamm (31) zumindest einer Desintegrationsmaschine (500) zuge führt wird, um eine Fasertrennung und/oder Faserzerkleinerung der in dem angemaischten Faserschlamm (31) enthaltenen Faserbündeln zu erhalten, und nachfolgend eine Separation des Faserschlamms (31) in zumindest einer zweiten Separationsanlage (300B, 300C, 300D) erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasertrennung und/oder Faserzerkleinerung in der zumindest einen Desin tegrationsmaschine (500) zumindest einmal, vorzugsweise mehrfach wieder holt werden, wobei der Faserschlamm (31, 32) vorzugsweise in einem Kreis prozess zwischen Anmaischbehälter (400) und Desintegrationsmaschine (500) geführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das als Dünnschlamm anfallende Filtrat (40, 40A, 40B, 40C, 40D, 40E, 40F, 41, 41A) aus der zumindest einen Separationsanlage (300, 300A, 300B, 300C, 300D) zumindest teilweise als Gärsubstrat der Biogasanlage (2000) zugeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das als Dünn schlamm anfallende Filtrat (40, 40A, 40B, 40C, 40D, 40E, 40F, 41, 41A) aus der zumindest einen Separationsanlage (300, 300A, 300B, 300C, 300D) ge sammelt und zumindest teilweise in den Prozess rückgeführt, insbesondere dem Anmaischbehälter (400) zugeführt und/oder dem Faserschlamm (20) vor der zumindest einen Separationsanlage (300, 300A, 300B, 300C, 300D) zugesetzt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Dünnschlamm in zwei Teilfraktionen (41C, 41D) gesammelt wird, wobei eine erste Teilfraktion (41C) mit einem geringerem Feststoffgehalt in den Prozess rückgeführt wird, während eine feststoffreichere Fraktion (41 D) der Biogas anlage (2000) als Gärsubstrat zugeführt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der aus der zumindest einen Separationsanlage (300, 300A, 300B, 300C, 300D) erhaltene Presskuchen (30) einem Stabilisierungsschritt, insbe sondere durch Zugabe von konservierenden Chemikalien (70) und/oder einer thermischen Behandlung, bevorzugterweise durch Zufuhr von Prozess- wärme(80) unterzogen wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der aus der zumindest einen Separationsanlage (300, 300A, 300B, 300C, 300D) erhaltene Presskuchen (30) einem weiteren Reinigungsschritt in einem Mischreaktor (600) unterworfen wird, wobei das Waschwasser (50A) in einer weiteren Separationsanlage (300D) vom gereinigten Faserkuchen (30) separiert wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasch wasser (50A) gesammelt und vorzugsweise der Biomasse (10) zum Einstellen des Wassergehalts vor oder in der Thermodruck-Hydrolyse-Anlage (100) zu geführt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der aus der zumindest einen Separationsanlage (300, 300A, 300B, 300C, 300D) erhaltene Presskuchen (30) einer Kompaktierung und an schließender Verpackung unterzogen wird, um lagerfähige und gut manipu lierbare Ballen zu erhalten.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das als Dünnschlamm anfallende Filtrat (40, 40A, 40B, 40C, 40D, 40E, 40F, 41, 41A) aus der zumindest einen Separationsanlage (300, 300A, 300B, 300C, 300D) in einem weiteren Aufbereitungsschritt, insbesondere in einer Filtrationseinrichtung in eine feststoffreiche, eingedickte Dickphase (40B, 41B, 40E) und in ein feststoffarmes Filtrat (40A, 41A, 40F) aufgetrennt wird, wobei die Dickphase (40B, 41B, 40E) als Gärsubtrat der Biogasanlage (2000) zur Verfügung gestellt wird, während das Filtrat (40A, 41A, 40F) insbeson dere als Verdünnungswasser oder Anmaischwasser in den Prozess rückge führt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass als faserhaltige Biomasse pflanzliche Biomasse, insbesondere Energie pflanzen wie Mais, durchwachsene Silphie, und/oder Erntereste mit aus reichendem Zellulose- oder Lignozellulosegehalt, wie Stroh und/oder Grün schnitt eingesetzt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch die Verwendung des in der Biogasanlage (2000) gewonnenen Biogases als Ener gieträger und/oder der Abwärme (80) aus der Biogasanlage (2000), insbe sondere für die Thermodruck-Hydrolyse-Anlage (100).
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch die Verwendung der in der Biogasanlage (2000) anfallenden nicht-verwertbaren Reststoffe, insbesondere enthaltend Lignin und/oder Silikate, als Mittel zur Düngung und Bodenverbesserung in der Landwirtschaft.
18. Anlage (1000) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 17, nämlich einem Verfahren zur Gewinnung von Zellulosefasern aus faserhaltiger Biomasse (10), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Thermodruck-Hydrolyse-Anlage (100) vorgesehen ist, um die Fasern der Biomasse (10) zunächst einer Thermodruck-Hydrolyse vorzugsweise mit Wasserdampf-Explosion zu unterziehen, wobei die Thermodruck-Hydrolyse- Anlage (100) mit zumindest einer Separationsanlage (300, 300A, 300B, 300C, 300D), vorzugsweise eine Pressschnecke, über zumindest eine Zufuhr leitung in Verbindung steht, in der der aus der Thermodruck-Hydrolyse-An lage (100) abgezogene Faserschlamm (20) mittels zumindest einer Förder einrichtung (200), vorzugsweise einer Förderschnecke und/oder einer Dick stoffpumpe zuführbar ist, wobei das aus der zumindest einen Separationsan lage (300, 300A, 300B, 300C, 300D) erhaltene Filtrat (40, 40A, 40B, 40C, 40D, 40E, 40F, 41, 41A) in Form eines fließfähigen, feststoffreichen Dünn schlamms über zumindest eine weitere Zufuhrleitung einer Biogasanlage (2000) zuführbar ist.
19. Anlage (1000) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zumindest eine Dispergiereinheit (900) vorgesehen ist, die zwischen der Thermodruck-Hydrolyse-Anlage (100) und der zumindest einen Separations anlage (300, 300A, 300B, 300C, 300D) angeordnet ist.
20. Anlage (1000) nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Anmaischbehälter (400) vorgesehen ist, der zwischen der Ther modruck-Hydrolyse-Anlage (100) und der zumindest einen Separationsan lage (300, 300A, 300B, 300C, 300D) angeordnet ist.
21. Anlage (1000) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der zu mindest eine Anmaischbehälter (400) mit zumindest einer Desintegrations maschine (500) in Verbindung steht, wobei die zumindest eine Desinteg rationsmaschine (500) vorzugsweise über zumindest einen Lagerbehälter (140) mit der zumindest einen Separationsanlage (300, 300A, 300B, 300C, 300D) in Verbindung steht.
22. Anlage (1000) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der zu mindest eine Anmaischbehälter (400) der zumindest einen Separationsanlage (300, 300A, 300B, 300C, 300D) nachgeschaltet ist, wobei der Anmaischbe hälter (400) mit der zumindest einen Desintegrationsmaschine (500) in Ver bindung steht, und wobei die zumindest eine Desintegrationsmaschine (500) vorzugsweise über zumindest einen Lagerbehälter (140) mit zumindest einer weiteren Separationsanlage (300B, 300C, 300D) in Verbindung steht.
23. Anlage (1000) nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtrat (40, 40A, 40B, 40C, 40D, 40E, 40F, 41, 41A) aus der zumindest einen Separationsanlage (300, 300A, 300B, 300C, 300D) in zu mindest einem Sammelbehälter (130A, 130B, 130C, 130D, 130E) sammelbar ist.
24. Anlage (1000) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der zu mindest eine Sammelbehälter (130A, 130B, 130C, 130D, 130E) über zumin dest eine Rezirkulationsleitung mit dem Anmaischbehälter (400) und/oder über zumindest eine weitere Zufuhrleitung mit der Biogasanlage (2000) in Verbindung steht.
25. Anlage (1000) nach einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Separationsanlage (300, 300A, 300B, 300C) mit zumindest einer weiteren Reinigungseinrichtung zur Durchführung eines zusätzlichen Reinigungsschritt zur Reinigung des aus der zumindest einen Separationsanlage (300, 300A, 300B, 300C) erhaltene Presskuchen (30) in Verbindung steht, wobei die Reinigungseinrichtung vorzugsweise als Mischreaktor (600) mit zumindest einer weiteren Separationsanlage (300D) ausgeführt ist.
26. Anlage (1000) nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischreaktor (600) mit der zumindest einen weiteren Separationsanlage (300D) als konstruktive Einheit, bevorzugterweise als Waschtrommel mit Verdichterzone oder als Förderschnecke mit einer Press- und Entwässerungs zone ausgebildet ist.
27. Anlage (1000) nach einem der Ansprüche 18 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zumindest eine Filtrationseinheit (800, 800A, 800B) vorgesehen ist, in der zumindest ein Filtrat (40, 40A, 40B, 40C, 40D, 40E, 40F, 41, 41A) aus der zumindest einen Separationsanlage (300, 300A, 300B, 300C, 300D) in eine feststoffrei che, eingedickte Dickphase (40B, 40E, 41B) und in ein feststoffarmes Filtrat (40A, 40F, 41A) auftrennbar ist, wobei die Dickphase (40B, 41B, 40E) als Gärsubtrat der Biogasanlage (2000) zur Verfügung gestellt ist, während das Filtrat (40A, 41A, 40F) insbesondere als Verdünnungswasser oder Anmaischwasser über zumindest eine Rezirkula tionsleitung in den Prozess rückführbar ist.
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