WO2009103289A1 - Hochthermisches verfahren zum verwerten von organischem material - Google Patents

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WO2009103289A1
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coal
organic material
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Mari Jan Stankovic-Gansen
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Garwing, Michael
Eckhoff, Peter
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    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Definitions

  • the invention relates to a high-thermal method for recycling organic material.
  • cellulose material can be used, for example in the processed form of paper waste, but advantageously a renewable raw material in the form of plant fibers can be used directly by the plants or
  • Plant parts represent the cellulose material, which is proposed to be recycled.
  • stems, leaves and / or roots of plants may be used, with other parts of the same plants e.g. B. serve as food or feed.
  • cellulose e.g. B.
  • Mentions material without limiting the present proposal to cellulose material.
  • plant fibers for energy production is known per se, for example in the form of biogas production.
  • Processes for biogas production are known, for example, from DE 10 2005 059 880 A1, DE 102 21 505 A1, DE 44 40 750 C1 DE 10 2005 047 719 A1 or from DE 10 2005 048 1 16 A1.
  • the temperature level achieved in such methods is comparatively low.
  • the problem with these known methods, however, is that considerable amounts of residues are incurred.
  • the invention has for its object to provide a method for the utilization of cellulose material, which allows the fullest possible utilization and accordingly yields only small amounts of residues.
  • the invention proposes that the cellulose
  • Process material in a reactor under given temperature conditions and pressure conditions Due to the high temperature level, it is also possible to utilize other organic materials than the exemplified cellulosic materials, for example plastic waste.
  • the reactor is closed air-tight and pressure-tight after the supply of the material to be recycled.
  • recyclable material are, for example, plastic waste, slaughterhouse waste, woody plants, grasses, oils and fats, ultimately all organic material in question.
  • foreign material-containing organic material can be used, for example, aluminum-laminated plastic films, in which case the aluminum portion melts and at the end of the thermal treatment can be removed as granules of the remaining material.
  • the reactor is heated from the outside, wherein particularly advantageously waste heat of the proposed method for heating can be used. Conversion or transmission losses can be minimized and the process for recycling the organic material can be made as effective as possible, in that the heating takes place advantageously by the engine exhaust gas itself.
  • a heat transfer medium other than the engine exhaust may be used, for example, a liquid.
  • the reactor can be configured, for example, double-walled, so that a between the two walls Heating channel is created, in which the heat carrier can be performed, which heats the interior of the reactor.
  • One or more guide plates can be advantageously provided in the wall intermediate space designated as a heating channel, so that the heating medium is guided in a defined manner in favor of an effective heating effect.
  • a helically extending guide plate connected to the inner wall and the outer wall can be provided, so that a heating channel running helically around the interior of the reactor is created.
  • the heating channel can be easily created by passing a tubing around the interior of the reactor.
  • an external insulation may be provided, for example in the form of a simple wall or a cladding layer of a thermally well insulating material, so that the heating channel between the reactor and the outer insulation runs.
  • temperatures of several hundred degrees Celsius are reached and pressures up to several bar: For example, be achieved by the heating in the reactor interior temperatures of 500 to 600 ° C.
  • an outlet valve can be provided in the heating channel, so that upon reaching a predetermined maximum temperature even more intensive heating of the reactor can be avoided.
  • a pressure level of about 2 bar can be advantageously set, for the recycling of waste containing plastics a pressure level of about 4 bar, and for the utilization of oils and fats, the pressure level depending on the material can be adjusted to values of about 0.5 bar to 4 bar.
  • the adjustment of the prevailing in the interior of the reactor maximum pressure can be carried out advantageously similar to a gasometer, with a sealing disc, which can be easily adjusted by applied weights to desired values.
  • this gasometer valve opens by raising the sealing disk while overcoming the contact pressure of the applied weights and thus releases an outlet opening which serves for pressure relief.
  • the weights can be provided to adjust the bearing force of the sealing disc by means of a preloaded spring
  • the utilization of the cellulose material is optimized in that the recovered fuel gas is used to drive a motor, for example, a known internal combustion engine. In this way, the cellulose material used to obtain mechanical energy.
  • the waste heat of the engine is in turn used to heat the reactor, so that it can be kept at the desired temperature level, which is intended to implement the cellulose material. As waste heat of the
  • Motors are used in particular the exhaust gases of the engine.
  • condensate As a second reaction product small amounts of liquid are recovered in the form of a so-called condensate.
  • the condensate as liquid residue may be present preferably used industrially as a raw material, for example in medical technology, or in the cosmetic industry, or in the food industry, or for the production of dyes.
  • This third reaction product namely the solid residue in the form of the "coal" is processed into a product which can be further utilized, for example by reducing this solid residue so that it can be separated from the product produced in the reactor
  • Coal now a coal powder or coal granules is obtained by comminuting this reactor coal, for example, in a coal mill.
  • the further processing of the coal can be done in a form that the coal is processed into pressings, which are referred to as briquettes and, for example, also for Feuerungs sectionen, namely borrowed as fuel, can be used.
  • these compacts can also serve as filter material, so that they can be produced, for example, in plate form or in ring form, in order to be used as filter inserts in filter housings.
  • the coal has calcium, magnesium and potassium as ingredients and contains no toxic components or heavy metals, so it can be applied easily
  • the proposed method can be operated in particular advantageously oxygen-poor or oxygen-free. This is to be understood in the context of the present proposal that the gas contained inside the reactor is passed out of the reactor when the reactor is heated and meanwhile expands the first contained in the reactor, oxygen-containing gas gas and new gas is formed without from the outside new oxygen enters the reactor.
  • water present in the reactor is first evaporated, and at a presettable pressure, this water vapor is passed out of the reactor by means of an automatically opening pressure relief valve or by means of a valve which is automatically opened by an electronic system control.
  • this water vapor is passed out of the reactor by means of an automatically opening pressure relief valve or by means of a valve which is automatically opened by an electronic system control.
  • the gas is released from the organic material, which is used as fuel gas to operate the proposed proposed engine.
  • the gas formed at the higher temperatures of more than 300 ° C can be advantageously conveyed into a gas storage, so that even with a discontinuous, batch operation of the reactor, the operation of the engine can be made uniform.
  • the waste heat of the engine can be used elsewhere, eg. B. for heating of human or animal receiving buildings, or she can - for example B. in a latent heat storage - are stored.
  • the operation of the motor for generating electric power may also be used when the reactor is not operated.
  • the water vapor accumulating in the reactor at the beginning of the process can be collected in the same or in a separate gas storage, for example if other, combustible components in the water vapor gas are added to the water vapor are included or if the water vapor as heat transfer or -. B. in a stretched state - to be used as an energy source.
  • the material At the end of treatment of a batch in the reactor, just before emptying the reactor, the material is at a temperature so high that it could ignite if it came in contact with the ambient air and the oxygen contained therein.
  • the proposed method does not provide combustion of the organic material used, but its thermal treatment, in which case the reaction products can be burned, on and in selectable locations or devices away from the reactor.
  • the material can first be cooled before it reaches the outside of the reactor.
  • the organic material compacts during treatment in the reactor. It is therefore preferably fanned before it is discharged from the reactor. Instead of ending mechanical instruments, the loosening can advantageously take place by means of an injected gas.
  • oxygen-free gas such as B. nitrogen can be used simultaneously with the
  • the proposed proposed engine not only emits heat via its exhaust gas, but also due to the
  • the motor can advantageously be cooled in a manner known per se with a coolant, that is to say operated with a so-called water cooling.
  • a water heat exchanger can advantageously be provided, so that the cooling liquid can deliver the heat energy to service water, so that the amount of energy otherwise required to provide hot water can be provided at least to a large extent by the engine heat and accordingly less external energy must be provided.
  • the heat contained in the engine exhaust may be advantageously provided, the corresponding heat transfer medium, such as. As the exhaust, to lead in a heat-insulated line.
  • the material to be recycled may be be warmed before it enters the reactor.
  • a separate container can be used, or a heatable conveyor that promotes the material to the reactor, for.
  • a heatable conveyor that promotes the material to the reactor, for.
  • This tube can be heated by means of the residual heat, for example by it is designed double-walled and the hot gas is introduced into the heating jacket, ie between the walls. In this way, the engine exhaust gas, the heat energy can be removed so much that it leaves the heatable conveyor with approximately ambient temperature, ie at about 20 ° C.
  • the engine exhaust gas can be brought into contact with the organic material to be used in order to filter out or chemically convert unwanted gas components such as carbon dioxide CO 2 or nitrogen oxides NO x .
  • the engine exhaust may be introduced directly into the organic material, for example, into a reservoir in which the material is located and from gets into the conveyor, which promotes it to the reactor.
  • Fig. 1 is a first sketch to explain the process flow
  • Fig. 2 is a second sketch, which schematically shows the structure of a
  • Annex explains how to carry out the method.
  • Fig. 1, 1 denotes a field on which the raw material is grown, namely plants, which then provide the organic material to be utilized in the form of cellulose material.
  • the plants are placed in a raw material depot 2, from where the cellulose material is automatically conveyed to reactors 3.
  • the reactors 3 prevail predetermined pressure and temperature conditions of, for example, about 2 bar and more than 300 ° C, z. B. about 500 to 600 ° C to the cellulose material oxygen poor or oxygen-free thermally processed without burning it.
  • Fuel gas thus obtained passes through a fuel gas line 4 into a motor 5, which is embodied purely by way of example as an internal combustion engine and is locked to an electric generator 6, this generator 6 supplying electrical energy which is fed, for example, into a public or an in-house power grid ,
  • the motor is liquid-cooled in a manner known per se, a water heat exchanger being indicated by 7.
  • a water heat exchanger being indicated by 7.
  • the waste heat of the cooling liquid of the engine 5 is transferred to service water, so that this hot water can either be heated to a desired temperature or use at least can be preheated, so that less energy required for final heating to the desired hot water temperature is.
  • Exhaust gases separated by the engine 5 are supplied to the reactors 3 through an exhaust gas line 8 in the form that the reactors 3 are heated from the outside by this exhaust gas. For this reason, the individual reactors 3 are shown in an outer shell 9 surrounding the reactors 3, this shell being heated by means of the exhaust gas from the engine 5 by guiding the exhaust duct 8 into the shell 9. The exhaust gas, which then has given its heat to the reactors 3, is withdrawn from the casings 9 via a chimney 10.
  • coal Apart from the fuel gas produced in the reactors 3 is another good recyclable residue in the recovery obtained from the cellulose material, namely a solid residue, which is referred to as coal and which is collected in a coal depot 1 1.
  • the solids residue is withdrawn and optionally processed in a coal mill 12 to a bulk material 14, which is present depending on the design of the coal mill 12 or depending on the residence time of the coal in the coal mill 12 as granules or in powder form.
  • the coal from the coal depot 1 1 can be promoted to a coal press 15, in which the coal is processed into general cargo, namely in the form of briquettes 16th
  • the briquettes 16 from the coal press 15 and also the granular or powdered bulk material 14 from the coal mill 12 can serve as a fuel or as a filter material depending on the shape and design.
  • the third reaction product produced in the reactor 3 is present as a liquid residue and is collected in a condensate collector 17. It can be used as a raw material in the chemical, medical, paints, food or cosmetics industry.
  • FIG. 2 shows the plant shown in FIG. 1 in a still schematic, but somewhat more concrete structural design:
  • the raw material depot 2 can be recognized as a material bunker, which adjoins a heatable conveyor 18, so that by means of the conveyor 18 the material to be recycled
  • the reactor 3 can be promoted by entering it from above.
  • Both the conveyor 18 and the Reactor 3 are each designed as a tube and both tubes are each surrounded by an outer cladding tube, which is designated for the reactor 3 of FIG. 1 as a shell 9.
  • the reactor 3 has above and below its actual reaction chamber an upper first slide 19 and below the
  • Reaction chamber to a lower second slide 20, so that the reaction chamber can be charged in batches and can be completed against the environment.
  • the second conveyor 22 is designed as a tube, which is also sheathed, similar to the first conveyor 18th
  • the exhaust gas originating from the engine 5 is on the one hand between the envelopes. 9 and the wall of the reactor 3 introduced.
  • This space can be configured by a schematically indicated helix 23 to a heating channel, through which the exhaust gas originating from the engine is passed.
  • the exhaust gas is led out of this heating channel and either passed into a second reactor, so that according to the diagram of Fig. 1, several reactors 3 are heated with the exhaust gas and either alternately or simultaneously operated.
  • the exhaust gas then passes into a heating channel, which around the tubular first conveyor 18 around is provided.
  • the exhaust gas can be guided helically around the tube, and by means of an outlet valve 24, which is indicated purely schematically as a screw, can be metered whether and to what extent the exhaust gas can escape from the heating channel, the inner delivery pipe of the Conveyor 18 surrounds.
  • an opening to the pipe of the conveyor 18 is released by means of the outlet valve 24, so that hot exhaust gas can pass directly into this inner pipe, for example to effect a particularly intensive heating of the material present there or by one allow chemical reaction between the exhaust gas and the organic material, which leads to a reduction of the pollutants contained in the exhaust gas.
  • the outlet valve 24 can make it possible for one to also point outward from the heating channel
  • the exhaust gas exits from the heating channel of the conveyor 18 and passes, already noticeably cooled, for example, about 20 ° Celsius, in the Rohstoffde- pot 2, where it is due to contact with the organic Material is cleaned and freed of pollutants and on the other hand, with its residual heat, the material in the raw material depot 2 can preheat.
  • To the reactor 3 includes a gas reservoir shown in Fig. 2
  • this pressure prevailing in the reactor 3 is controlled by a pressure relief valve.
  • oxygen-poor gas is available in the gas reservoir 25, so that at the end of the reaction process, when the organic material to be used has been adequately reacted in the reactor 3 and has compressed, this compacted material can be loosened by removing the gas reservoir 25 from the gas reservoir 25 There pressurized gas can be passed into the interior of the reactor 3 there.
  • This pressurized gas serves to loosen the compacted, referred to as coal material in the reactor 3, so that this can easily pass from the reactor 3 through the downcomer 21 into the second conveyor 22.
  • the downpipe 21 opens a Einblasdüse 26, so that the coal when it passes with undesirably high temperature from the reactor 3, during its passage through the downpipe 21 can be cooled.
  • an oxygen-deficient or oxygen-free, as far as possible, gas can be introduced into the downpipe 21, for example nitrogen.
  • the second conveyor 22 is provided with a water jacket 27, so that the temperature which the coal still resides in the second conveyor 22 can be delivered to the water in the water tank 27, so that here too, similar to the water heat exchanger 7 of Motors 5 hot water heating or at least preheating can take place in order to fully exploit and utilize the process heat inherent in the material as possible.
  • the amount of residues to be recycled which is obtained in the usual low-thermal recovery of organic material, such.
  • the amount of non-recyclable residues is considerably reduced by the proposed high-thermal procedure and thus allows a much better exploitation of the organic raw material used.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verwerten von organischem Material, mit den folgenden Verfahrensschritten: das organische Material wird in einem Reaktor vorgegebenen Temperatur- und Druckbedingungen ausgesetzt, als erstes Reaktionsprodukt wird ein Brenngas gewonnen, das Brenngas wird zum Betrieb eines Motors verwendet, der Motor treibt einen elektrischen Generator an, das Abgas des Motors wird zum Beheizen des Reaktors verwendet, als zweites Reaktionsprodukt wird ein als Kondensat bezeichneter Flüssig-Rückstand gewonnen, das Kondensat wird gesammelt, und als drittes Reaktionsprodukt wird ein als Kohle bezeichneter, kohlenstoffhaltiger Feststoff-Rückstand gewonnen, die Kohle wird zu einem weiter verwertbaren Produkt verarbeitet.

Description

"Hochthermisches Verfahren zum Verwerten von organi- schem Material"
Die Erfindung betrifft ein hochthermisches Verfahren zum Verwerten von organischem Material.
Grundsätzlich können die verschiedensten organischen Materialien verwendet werden, beispielsweise Schlachtabfälle. Insbesondere kann Zellulose-Material verwendet werden, beispielsweise in verarbeiteter Form von Papierabfällen, wobei jedoch vorteilhaft ein nachwachsender Rohstoff in Form von Pflanzen- fasern direkt Verwendung finden kann, indem die Pflanzen bzw.
Pflanzenteile das Zellulose-Material darstellen, welches vorschlagsgemäß verwertet wird. Beispielsweise können Stängel, Blätter und / oder Wurzeln von Pflanzen verwendet werden, wobei andere Teile derselben Pflanzen z. B. als Nahrungs- oder Futtermittel dienen. Nachfolgend wird daher vielfach Zellulose-
Material erwähnt, ohne dass der vorliegende Vorschlag auf Zellulose-Material eingeschränkt ist.
Die Verwendung von Pflanzenfasern zur Energiegewinnung ist an sich bekannt, beispielsweise in Form der Biogaserzeugung.
Verfahren zur Biogaserzeugung sind beispielsweise aus der DE 10 2005 059 880 A1 , DE 102 21 505 A1 , DE 44 40 750 C1 DE 10 2005 047 719 A1 oder aus der DE 10 2005 048 1 16 A1 bekannt. Das bei derartigen Verfahren erreichte Temperaturni- veau liegt vergleichsweise niedrig. Problematisch bei diesen bekannten Verfahren ist allerdings, dass erhebliche Mengen an Reststoffen anfallen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verwertung von Zellulose-Material anzugeben, welches eine möglichst vollständige Verwertung ermöglicht und dementspre- chend nur geringe Mengen an Rückständen ergibt.
Diese Aufgabe wird durch ein hochthermisches Verfahren mit den Verfahrensschritten gemäß Anspruch 1 gelöst.
Die Erfindung schlägt mit anderen Worten vor, das Zellulose-
Material in einem Reaktor unter vorgegebenen Temperaturbedingungen und Druckbedingungen zu verarbeiten. Durch das hohe Temperaturniveau können auch andere organische Materialien verwertet werden als die beispielhaft erwähnten zelluslo- sehaltigen Materialien, beispielsweise Kunststoffabfälle. Der Reaktor wird nach der Zufuhr des zu verwertenden Matereials luft- und druckdicht verschlossen. Als verwertbares Material kommen beispielsweise Kunststoff-Abfälle, Schlachtabfälle, Gehölze, Gräser, Öle und Fette, letztlich sämtliches organisches Material in Frage. Auch mit Fremdmaterial behaftetes organisches Material kann verwendet werden, beispielsweise aluminiumkaschierte Kunststofffolien, wobei dann der Aluminiumanteil aufschmilzt und am Ende der thermischen Behandlung als Granulat aus dem verbleibenden Materialrest abgezogen werden kann.
Der Reaktor wird von außen beheizt, wobei besonders vorteilhaft Abwärme des vorschlagsgemäßen Verfahrens zur Beheizung genutzt werden kann. Umwandlungs- oder Übertragungsverluste können minimiert werden und das Verfahren zum Verwerten des organischen Materials kann möglichst effektiv ausgestaltet werden, indem die Beheizung vorteilhaft durch das Motorabgas selbst erfolgen. Alternativ kann ein anderer Wärmeträger als das Motorabgas verwendet werden, beispielsweise eine Flüssigkeit.
Zur Beheizung kann der Reaktor beispielsweise doppelwandig ausgestaltet sein, so dass zwischen den beiden Wänden ein Heizkanal geschaffen wird, in welchem der Wärmeträger geführt werden kann, welcher den Innenraum des Reaktors erwärmt. Dabei können insbesondere vorteilhaft ein oder mehrere Führungsbleche in dem als Heizkanal bezeichneten Wandzwischen- räum vorgesehen sein, so dass das Heizmedium zugunsten einer möglichst effektiven Beheizungswirkung definiert geführt wird. Beispielsweise kann ein mit der innen- und der Außenwand verbundenes, wendeiförmig verlaufendes Führungsblech vorgesehen sein, so dass ein wendeiförmig um den Innenraum des Reaktors herum verlaufender Heizkanal geschaffen wird. Alternativ dazu kann der Heizkanal auf einfache Weise dadurch geschaffen werden, dass eine Rohrleitung um den Innenraum des Reaktors herum geführt ist.
Um Wärmeverluste des Heizkanals nach außen zu minimieren, also vom Reaktorinnenraum weg, kann eine äußere Isolierung vorgesehen sein, beispielsweise in Form einer einfachen Wand oder einer Hüllschicht aus einem thermisch gut isolierenden Material, so dass der Heizkanal zwischen dem Reaktor und der äu- ßeren Isolierung verläuft.
Im Innenraum des Reaktors werden Temperaturen von mehreren hundert Grad Celsius erreicht sowie Drücke bis zu mehreren bar: Beispielsweise werden durch die Beheizung im Reaktorin- neren Temperaturen von 500 bis 600 °C erreicht. Zur Temperaturregelung kann ein Auslassventil im Heizkanal vorgesehen sein, so dass bei Erreichen einer vorgegebenen Maximaltempe- ratureine noch intensivere Beheizung des Reaktors vermieden werden kann.
Der Druck im Inneren des luft- und druckdicht verschlossenen Reaktors steigt automatisch aufgrund der Beheizung. Wenn vorgesehen ist, dass vorteilhaft ein bestimmtes Druckniveau nicht überschritten werden soll, so wird ein entsprechend eingestelltes Druckbegrenzungsventil verwendet, welches bei Überschreiten des vorbestimmten Drucks abbläst. Zur Verwertung zellulosehal- - A -
tiger Abfälle beispielsweise kann vorteilhaft ein Druckniveau von etwa 2 bar eingestellt werden, zur Verwertung kunststoffhaltiger Abfälle ein Druckniveau von etwa 4 bar, und zur Verwertung von Ölen und Fetten kann das Druckniveau materialbhängig auf Werte von etwa 0,5 bar bis 4 bar eingestellt werden.
Die Einstellung des im Innenraum des Reaktors herrschenden Maximaldrucks kann vorteilhaft gasometerähnlich erfolgen, mit einer Dichtscheibe, die ganz einfach durch aufgelegte Gewichte auf gewünschte Werte eingestellt werden kann. Bei Überschreitung des eingestellten Druckwertes öffnet dieses Gasometerventil, indem die Dichtscheibe unter Überwindung des Auflagedrucks der aufgelegten Gewichte angehoben wird und so eine Auslassöffnung freigit, die zur Druckentlastung dient. Statt der Gewichte kann vorgesehen sein, die Auflagekraft der Dichtscheibe mittels einer vorgespannten Feder einzustellen
Dabei entstehen drei Reaktionsprodukte:
1. Erstens wird, ähnlich wie bei der Biogaserzeugung, ein
Brenngas gewonnen. Die Verwertung des Zellulose- Materials wird dadurch optimiert, dass das gewonnene Brenngas genutzt wird, um einen Motor anzutreiben, beispielsweise eine an sich bekannte Brennkraftmaschine. Auf diese Weise dient das eingesetzte Zellulose-Material zur Gewinnung mechanischer Energie. Die Abwärme des Motors wird wiederum zum Beheizen des Reaktors genutzt, so dass dieser auf dem gewünschten Temperaturniveau gehalten werden kann, welches zur Umsetzung des Zellulose-Materials vorgesehen ist. Als Abwärme des
Motors werden dabei insbesondere die Abgase des Motors genutzt.
2. Als zweites Reaktionsprodukt werden geringe Mengen an Flüssigkeit in Form eines so genannten Kondensats gewonnen. Das Kondensat als Flüssigrückstand kann vor- zugsweise industriell als Rohstoff verwertet werden, beispielsweise in der Medizintechnik, oder in der kosmetischen Industrie, oder in der Lebensmittelindustrie, oder zur Herstellung von Farbstoffen.
3. Drittens verbleibt ein erheblicher Teil des Zellulose- Materials in fester Form, mit einem hohen Anteil an Kohlenstoff, so dass dieses dritte Reaktionsprodukt im Rahmen dieses Vorschlags als Kohle bezeichnet wird.
Dieses dritte Reaktionsprodukt nämlich der Feststoff- Rückstand in Form der „Kohle" wird zu einem weiter verwertbaren Produkt verarbeitet. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass dieser Feststoff- Rückstand zer- kleinert wird, so dass aus der im Reaktor hergestellten
Kohle nun ein Kohlenpulver oder Kohlengranulat gewonnen wird, indem diese Reaktor-Kohle beispielsweise in einer Kohlenmühle zerkleinert wird.
Auf diese Weise wird ein Schüttgut geschaffen, welches beispielsweise industriell gefördert werden kann, beispielsweise mit Schneckenförderern oder dergleichen, so dass dieses Produkt als Energieträger beispielsweise zur Beschickung von Feuerungsanlagen oder dergleichen genutzt werden kann, oder dieses Granulat bzw. Pulver kann als Filtermaterial bzw. Entkeimungsmaterial genutzt werden, ähnlich wie die aus der Praxis bekannten Aktivkohlefilter.
Alternativ zur Herstellung eines derartigen Schüttgutes aus der Kohle kann die Weiterverarbeitung der Kohle in einer Form geschehen, dass die Kohle zu Pressungen verarbeitet wird, die als Briketts bezeichnet werden und die beispielsweise ebenfalls zu Feuerungszwecken, näm- lieh als Brennstoff, genutzt werden können. Alternativ können auch diese Presslinge als Filtermaterial dienen, so dass sie beispielsweise in Plattenform oder in Ringform hergestellt werden können, um als Filtereinsätze in Filtergehäuse eingesetzt werden zu können.
Die Kohle weist Calcium, Magnesium und Kalium als Inhaltsstoffe auf und enthält keine toxischen Bestandteile oder Schwermetalle, so dass sie problemlos ausgebracht werden kann
Das vorschlagsgemäße Verfahren kann insbesondere vorteilhaft sauerstoffarm bzw. sauerstofffrei betrieben werden. Hierunter ist im Rahmen des vorliegenden Vorschlags zu verstehen, dass das im Reaktorinneren enthaltene Gas aus dem Reaktor geleitet wird, wenn der Reaktor beheizt wird und sich währenddessen das zunächst im Reaktor befindliche, Luftsauerstoff enthaltende Gas ausdehnt sowie neues Gas gebildet wird, ohne dass von außen neuer Sauerstoff in den Reaktor gelangt.
Während der Beheizung des Reaktors wird zunächst im Reaktor vorliegendes Wasser verdampft, und bei einem voreinstellbaren Druck wird dieser Wasserdampf mittels eines automatisch öffnenden Überdruckventils oder mittels eines von einer elektronischen Anlagensteuerung automatisch geöffneten Ventils aus dem Reaktor geleitet. Wenn im Reaktor etwa 300 °C erreicht sind, wird aus dem organischen Material das Gas freigesetzt, welches als Brenngas zum Betrieb des vorschlagsgemäß vorgesehenen Motors genutzt wird.
Das bei den höheren Temperaturen von mehr als 300 °C gebildete Gas kann vorteilhaft in einen Gasspeicher gefördert werden, so dass auch bei einem diskontinierlichen, chargenweisen Betrieb des Reaktors der Betrieb des Motors vergleichmäßigt werden kann. Wenn der Reaktor nicht betrieben wird, kann die Abwärme des Motors anderweitig genutzt werden, z. B. zur Beheizung von Mensch oder Tier aufnehmenden Gebäuden, oder sie kann - z. B. in einem Latentwärmespeicher - gespeichert werden. Insbesondere kann der Betrieb des Motors zur Erzeugung elektrischen Stroms auch dann dienen, wenn der Reaktor nicht betrieben wird. Aber nicht nur das bei höheren Temperatu- ren erzeugte Gas, sondern auch der zu Beginn des Verfahrens im Reaktor anfallende Wasserdampf kann in demselben oder in einem eigenen Gasspeicher gesammelt werden, beispielsweise wenn zu dem Wasserdampf auch noch andere, brennbare Anteile in dem Wasserdampf-Gas enthalten sind oder wenn der Wasserdampf als Wärmeträger oder - z. B. in gespanntem Zustand - als Energieträger genutzt werden soll.
Zum Ende der Behandlung einer Charge im Reaktor, kurz vor der Entleerung des Reaktors, weist das Material eine so hohe Temperatur auf, dass es sich entzünden könnte, wenn es mit der Umgebungsluft und dem darin enthaltenen Sauerstoff in Kontakt käme. Das vorgeschlagene Verfahren sieht allerdings keine Verbrennung des eingesetzten organischen Materials vor, sondern dessen thermische Behandlung, wobei dann die Reak- tionsprodukte verbrannt werden können, und zwar an und in vom Reaktor entfernten, wählbaren Orten bzw. Einrichtungen. Vorteilhaft kann daher das Material zunächst abgekühlt werden, bevor es aus dem Reaktor ins Freie gelangt.
Zudem kompaktiert das organische Material während der Behandlung im Reaktor. Es wird daher vorzugsweise aufgelockert, bevor es aus dem Reaktor ausgetragen wird. Statt mechanische Instrumente zu verenden, kann das Auflockern vorteilhaft mittels eines eingeblasenen Gases erfolgen. Wir dein sauerstofffreies Gas wie z. B. Stickstoff verwendet, kann gleichzeitig mit dem
Auflockern auch die oben erwähnte Abkühlung des Material erreicht werden. Bei ausreichend niedrigem Temperaturniveau hingegen kann besonders wirtschaftlich Druckluft verwendet werden. Insbesondere kann Gas aus einem Gasspeicher ver- wendet werden, welches zuvor aus dem Reaktor abgezogen und in den Gasspeicher geleitet wurde, wie weiter oben beschrieben ist.
Der vorschlagsgemäß vorgesehene Motor gibt nicht nur über sein Abgas Wärme ab, sondern vielmehr auch aufgrund der
Reibung sowie aufgrund von im Motorinneren ablaufender Verbrennungsvorgänge. Aus diesem Grunde kann der Motor vorteilhaft in an sich bekannter Weise mit einer Kühlflüssigkeit gekühlt werden, also mit einer so genannten Wasserkühlung be- trieben werden. Um diese Kühlflüssigkeit ihrerseits zu kühlen, kann vorteilhaft ein Wasser-Wärmetauscher vorgesehen sein, so dass die Kühlflüssigkeit die Wärmeenergie an Brauchwasser abgeben kann, so dass die ansonsten zur Bereitstellung von Warmwasser erforderliche Energiemenge zumindest zu einem großen Teil durch die Motorwärme bereitgestellt werden kann und dementsprechend weniger Fremdenergie bereitgestellt werden muss.
Um die bei dem vorgeschlagenen Verfahren anfallende Pro- zesswärme, wie z. B. die im Motor-Abgas enthaltene Wärme, möglichst vollständig zu nutzen, kann vorteilhaft vorgesehen sein, den entsprechenden Wärmeträger, wie z. B. das Abgas, in einer wärmeisolierten Leitung zu führen.
Zur möglichst effektiven Wärmenutzung kann auch vorgesehen sein, mehrere Reaktoren in Reihe zu schalten. Das Heizemdi- um, welches zur Beheizung der Reaktor-Innenräume dient, wird dabei nacheinander zwei oder mehr Reaktoren zugeführt, bis das schließlich aus dem letzten Reaktor austretende Heizmedi- um eine Temperatur von etwa 200 °C aufweist.
Mit der Restwärme, die entweder aufgrund einer geringen Anzahl angeschlossener Reaktoren und / oder aufgrund eines für das vorschlagsgemäße, hochthermische Verfahren vergleichs- weise niedrigen Temperaturniveaus nicht zur Beheizung eines
Reaktors vorgesehen ist, kann das zu verwertende Material vor- gewärmt werden, bevor es in den Reaktor gelangt. Beispielsweise kann zur Vorwärmung ein eigener Behälter verwendet werden, oder eine beheizbare Fördereinrichtung, die das Material zum Reaktor fördert, z. B. mittels einer Förderschnecke oder ei- ner anderen Fördereinrichtung, die innerhalb eines Rohrs angeordnet ist. Dieses Rohr kann mittels der Restwärme beheizt werden, beispielsweise indem es doppelwandig ausgestaltet ist und das heiße Gas in den Heizmantel eingebracht wird, also zwischen die Wände. Auf diese Weise kann dem Motorabgas die Wärmeenergie so weitgehend entnommen werden, dass es die beheizbare Fördereinrichtung mit etwa Umgebungstemperatur verlässt, also mit etwa 20 °C.
Das Motorabgas kann in Kontakt mit dem zu verwertenden or- ganischen Material gebracht werden, um unerwünschte Gasanteile wie Kohlendioxyd CO2 oder Stickoxyde NOx auszufiltern oder chemisch umzusetzen. So kann beispielsweise das Motorabgas, wenn es ein ausreichend niedriges Temperaturniveau erreicht hat, so dass es das Material beim direkten Kontakt nicht schädigt, direkt in das organische Material eingeleitet werden, beispielsweise in einen Vorratsbehälter, in dem sich das Material befindet und von dem aus es in die Fördereinrichtung gelangt, die es zum Reaktor fördert.
Das vorschlagsgemäße Verfahren wird anhand der rein schematischen Darstellungen nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 eine erste Skizze zur Erläuterung des Verfahrensablaufs, und Fig. 2 eine zweite Skizze, die schematisch den Aufbau einer
Anlage zur Durchführung des Verfahrens erläutert.
In Fig. 1 ist mit 1 ein Feld bezeichnet, auf dem der Rohstoff angebaut wird, nämlich Pflanzen, die dann das zu verwertende or- ganische Material in Form von Zellulose-Material bereitstellen. Nach der Ernte werden die Pflanzen in ein Rohstoff-Depot 2 verbracht, von wo aus das Zellulose-Material automatisiert in Reaktoren 3 gefördert wird. In den Reaktoren 3 herrschen vorbestimmte Druck- und Temperaturbedingungen von beispielsweise etwa 2 bar und mehr als 300 °C, z. B. etwa 500 bis 600 °C, um das Zellulose-Material sauerstoffarm oder sauerstofffrei thermisch zu verarbeiten, ohne es zu verbrennen. Dabei gewonnenes Brenngas gelangt durch eine Brenngasleitung 4 in einen Motor 5, der rein beispielhaft als Brennkraftmaschine ausgestal- tet ist und mit einem elektrischen Generator 6 verblockt ist, wobei dieser Generator 6 elektrische Energie liefert, die beispielsweise in ein öffentliches oder ein betriebsinternes Stromnetz eingespeist wird.
Der Motor ist in an sich bekannter Weise flüssigkeitsgekühlt, wobei ein Wasser-Wärmetauscher mit 7 angedeutet ist. Über diesen Wasser-Wärmetauscher 7 wird die Abwärme der Kühlflüssigkeit des Motors 5 an Brauchwasser übertragen, so dass dieses Brauchwasser entweder auf eine gewünschte Nutzungs- temperatur erwärmt werden kann oder zumindest vorgewärmt werden kann, so dass zur endgültigen Erwärmung auf die gewünschte Brauchwassertemperatur weniger Fremdenergie erforderlich ist.
Vom Motor 5 ausgeschiedene Abgase werden durch eine Ab- gasleitung 8 den Reaktoren 3 zugeführt in der Form, dass die Reaktoren 3 von außen durch dieses Abgas beheizt werden. Aus diesem Grund sind die einzelnen Reaktoren 3 in einer äußeren, die Reaktoren 3 umgebenden Hülle 9 dargestellt, wobei diese Hülle mittels des Abgases aus dem Motor 5 beheizt ist, indem die Abgasleitung 8 in die Hülle 9 geführt ist. Das Abgas, welches dann seine Wärme an die Reaktoren 3 abgegeben hat, wird aus den Hüllen 9 über einen Schornstein 10 abgezogen.
Abgesehen von dem in den Reaktoren 3 erzeugten Brenngas wird ein weiterer gut verwertbarer Rückstand bei der Verwertung des Zellulose-Materials gewonnen, nämlich ein Feststoff- Rückstand, der als Kohle bezeichnet wird und der in einem Kohle- Depot 1 1 gesammelt wird.
Aus diesem Kohle-Depot 1 1 wird der Feststoff- Rückstand abgezogen und wahlweise in einer Kohlenmühle 12 zu einem Schüttgut 14 verarbeitet, welches je nach Ausgestaltung der Kohlenmühle 12 bzw. je nach Verweildauer der Kohle in der Kohlenmühle 12 als Granulat oder in Pulverform vorliegt. Alternativ kann die Kohle aus dem Kohlen-Depot 1 1 zu einer Kohlenpresse 15 gefördert werden, in welcher die Kohle zu Stückgut verarbeitet wird, nämlich in Form von Briketts 16.
Die Briketts 16 aus der Kohlenpresse 15 und auch das granulat- oder pulverförmige Schüttgut 14 aus der Kohlenmühle 12 können je nach Formgebung und Ausgestaltung als Brennstoff oder als Filtermaterial dienen.
Dient die Anlage, in welcher das Zellulose-Material verwertet wird, in erster Linie zur Erzeugung des Brenngases, so kann der
Feststoff- Rückstand innerhalb dieser Anlage als Brennstoff dienen und zur Beheizung des Reaktors 3 verwendet werden.
Das dritte im Reaktor 3 erzeugte Reaktionsprodukt liegt als Flüssig-Rückstand vor und wird in einem Kondensatsammler 17 gesammelt. Es kann als Rohstoff in der chemischen, medizinischen, Farben-, Lebensmittel- oder Kosmetikindustrie Verwendung finden.
Fig. 2 zeigt die den Fig. 1 dargestellte Anlage in einer immer noch schematischen, aber etwas konkreteren baulichen Ausgestaltung: Das Rohstoffdepot 2 ist als Materialbunker erkennbar, der an eine beheizbare Fördereinrichtung 18 anschließt, so dass mittels der Fördereinrichtung 18 das zu verwertende Material zu dem Reaktor 3 gefördert werden kann, indem es von oben eingegeben wird. Sowohl die Fördereinrichtung 18 als auch der Reaktor 3 sind jeweils als Rohr ausgestaltet und beide Rohre sind jeweils von einem äußeren Hüllrohr umgeben, welches für den Reaktor 3 gemäß Fig. 1 als Hülle 9 bezeichnet ist. Der Reaktor 3 weist oberhalb und unterhalb seiner eigentlichen Reakti- onskammer einen oberen ersten Schieber 19 und unterhalb der
Reaktionskammer einen unteren zweiten Schieber 20 auf, so dass die Reaktionskammer chargenweise beschickt werden kann und gegenüber der Umgebung abgeschlossen werden kann.
An dem unteren Schieber 20 schließt sich ein Fallrohr 21 an, so dass die aus dem Reaktor 3 gelangende so genannte Kohle mittels dieser zweiten Fördereinrichtung 22 nun das Kohledepot 1 1 gefördert werden kann. Auch die zweite Fördereinrichtung 22 ist als Rohr ausgestaltet, welches zudem ummantelt ist, ähnlich wie die erste Fördereinrichtung 18.
Während der Materialstrom also vom Rohstoffdepot 2 durch die erste Fördereinrichtung 18, den Reaktor 3, das Fallrohr 21 und die zweite Fördereinrichtung 22 zum Kohledepot 1 1 verläuft, was den Feststoffanteil des Materials angeht, wird das vom Motor 5 stammende Abgas einerseits zwischen die Hüllen 9 und die Wand des Reaktors 3 eingeleitet. Dieser Zwischenraum kann durch eine schematisch angedeutete Wendel 23 zu einem Heiz- kanal ausgestaltet sein, durch welchen das vom Motor stammende Abgas geleitet wird. Im oberen Bereich des Reaktors 3 wird das Abgas aus diesem Heizkanal herausgeleitet und entweder in einen zweiten Reaktor geleitet, so dass entsprechend dem Schaubild von Fig. 1 mehrere Reaktoren 3 mit dem Abgas beheizt und entweder abwechselnd oder auch gleichzeitig betrieben werden können.
Bei entsprechend niedrigem Temperaturniveau, welches das Abgas durch seine Wärmeabgabe an den oder die Reaktoren 3 erreicht hat, gelangt das Abgas anschließend in einen Heizkanal, der um die rohrförmige erste Fördereinrichtung 18 herum vorgesehen ist. Auch hier kann das Abgas wendeiförmig um das Rohr geführt werden, und mittels eines Auslassventils 24, welches rein schematisch als Schraube angedeutet ist, kann dosiert werden, ob und in welchem Umfang das Abgas aus dem Heiz- kanal entweichen kann, der das innere Förderrohr der Fördereinrichtung 18 umgibt. Dabei kann einerseits vorgesehen sein, dass mittels des Auslassventils 24 eine Öffnung zum Rohr der Fördereinrichtung 18 freigegeben wird, so dass heißes Abgas unmittelbar in dieses innere Rohr gelangen kann, beispiels- weise um eine besonders intensive Beheizung des dort vorhandenen Materials zu bewirken oder um eine chemische Reaktion zwischen dem Abgas und dem organischen Material zu ermöglichen, die zu einer Reduzierung der im Abgas enthaltenen Schadstoffe führt. Alternativ kann das Auslassventil 24 ermögli- chen, dass auch eine vom Heizkanal nach außen weisende
Bohrung freigegeben wird, so dass hierdurch die Temperaturbeaufschlagung des Materials in der Fördereinrichtung 18 beein- flusst werden kann und beispielsweise eine unerwünschte Überhitzung des organischen Materials vermieden werden kann.
Abgesehen von dieser Beeinflussung des Abgassstroms durch das Auslassventils 24 tritt das Abgas aus dem Heizkanal der Fördereinrichtung 18 aus und gelangt, nun schon merklich abgekühlt, auf beispielsweise etwa 20° Celsius, in das Rohstoffde- pot 2, wo es durch den Kontakt mit dem organischen Material gereinigt und von Schadstoffen befreit wird und andererseits mit seiner Restwärme das Material im Rohstoffdepot 2 vorwärmen kann.
An den Reaktor 3 schließt ein in Fig. 2 dargestellter Gasspeicher
25 an. Wenn beim Aufheizen des Reaktors 3 das im Reaktor 3 befindliche Luftvolumen einerseits und später die aus den organischen Materialien austretenden Gase zu einem Druckanstieg innerhalb des Reaktors 3 führen, so wird dieser im Reaktor 3 herrschende Druck durch ein Druckbegrenzungsventil kontrolliert. Bei Überschreitung eines gewünschten, voreingestellten Druckes gelangt Gas aus dem Reaktor 3 in den Gasspeicher 25. Aus diesem Gasspeicher 25 heraus kann beispielsweise der Motor 5 mit Gas beschickt werden, es kann jedoch auch vorgesehen sein, den Gasspeicher 25 zusätzlich zu und unabhängig von der in Fig. 1 dargestellten Brenngasleitung 4 vorzusehen, die vom Reaktor 3 zum Motor 5 verläuft.
Jedenfalls steht im Gasspeicher 25 sauerstoffarmes Gas bereit, so dass zum Ende des Reaktionsvorgangs, wenn das zu verwer- tende organische Material im Reaktor 3 ausreichend umgesetzt worden ist und sich dabei verdichtet hat, dieses kompaktierte Material aufgelockert werden kann, indem aus dem Gasspeicher 25 das dort unter Druck stehende Gas in das Innere des Reaktors 3 geleitet werden kann. Dieses unter Druck stehende Gas dient dazu, das kompaktierte, als Kohle bezeichnete Material noch im Reaktor 3 aufzulockern, so dass dieses problemlos aus dem Reaktor 3 durch das Fallrohr 21 in die zweite Fördereinrichtung 22 gelangen kann.
In das Fallrohr 21 mündet eine Einblasdüse 26, so dass die Kohle, wenn sie mit unerwünscht hoher Temperatur aus dem Reaktor 3 gelangt, während ihrer Passage durch das Fallrohr 21 gekühlt werden kann. Hierzu kann ein möglichst sauerstoffarmes oder sauerstofffreies, in ärtes Gas in das Fallrohr 21 eingebla- sen werden, beispielsweise Stickstoff.
Die zweite Fördereinrichtung 22 ist mit einem Wassermantel 27 versehen, so dass die Temperatur, die der Kohle noch in der zweiten Fördereinrichtung 22 innewohnt, an das im Wasserman- tel 27 befindliche Wasser abgegeben werden kann, so dass auch hier ähnlich wie beim Wasserwärmetauscher 7 des Motors 5 eine Brauchwassererwärmung oder zumindest Vorerwärmung stattfinden kann, um die Prozesswärme, die dem Material innewohnt, möglichst vollständig auszunutzen und zu verwerten. Im Vergleich zu der zu verwertenden Menge an Rückständen, die bei der üblichen niedrigthermischen Verwertung organischen Materials anfällt, wie z. B. im Rahmen der Biogaserzeugung, wird durch die vorschlagsgemäße hochthermische Verfahrensweise die Menge an nicht verwertbaren Rückständen erheblich reduziert und somit eine deutlich bessere Ausbeutung des eingesetzten organischen Rohstoffes ermöglicht.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zum hochthermischen Verwerten von organischem Material, mit den folgenden Verfahrensschritten: das organische Material wird in einem Reaktor (3) einem vorgegebenen Druck und einer Temperatur von mehr als 300 °C ausgesetzt, - als erstes Reaktionsprodukt wird ein Brenngas gewonnen, das Brenngas wird zum Betrieb eines Motors (5) verwendet, der Motor (5) treibt einen elektrischen Generator (6) an, das Abgas des Motors (5) wird zum Beheizen des Reaktors (3) verwendet,
■ als zweites Reaktionsprodukt wird ein als Kondensat bezeichneter Flüssig-Rückstand gewonnen, das Kondensat wird gesammelt, ■ und als drittes Reaktionsprodukt wird ein als Kohle bezeichneter, kohlenstoffhaltiger Feststoff-Rückstand gewonnen, die Kohle wird zu einem weiter verwertbaren Produkt verarbeitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Teilmenge der Kohle in einer Kohlenmühle (12) zu einem als Granulat oder Pulver bezeichneten Schüttgut verarbeitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Teilmenge der Kohle in einer Kohlen- presse (15) zu als Briketts bezeichnetem Stückgut verarbeitet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (5) mittels einer Kühlflüssigkeit gekühlt wird, wobei die vom Motor (5) erwärmte Kühlflüssigkeit dazu ge- nutzt wird, Brauchwasser zu erwärmen.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Brauchwasser mittels eines Wasser-Wärme- tauschers (7) erwärmt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Anteil der Kohle zu einem Brennstoff- Produkt verarbeitet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohle als Brennstoff zum Beheizen des Reaktors verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Anteil der Kohle zu einem Filter- Produkt verarbeitet wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als organisches Material Zellulose-Material verwendet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Pflanzenfasern als Zellulose-Material verwendet wer- den.
1 1. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als organisches Material kunststoffhaltige Abfälle verwendet werden.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material im Reaktor (3) bei Temperaturen bis zu 600 °C behandelt wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (3) gegen von außen eintretenden Sauerstoff abgedichtet wird, bevor das Material thermisch be- handelt wird.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von dem organischen Material freigesetztes, aus dem Reaktor (3) austretendes Gas unter Druck gespeichert und später zum Auflockern des thermisch behandelten Materials verwendet wird.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch behandelte Material gekühlt wird, bevor es mit Sauerstoff - wie dem in der Umgebungsluft enthaltenen Sauerstoff - in Kontakt gebracht wird.
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