WO2014060440A1 - Verfahren und vorrichtung zur torrefizierung von biomasse - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur torrefizierung von biomasse Download PDF

Info

Publication number
WO2014060440A1
WO2014060440A1 PCT/EP2013/071560 EP2013071560W WO2014060440A1 WO 2014060440 A1 WO2014060440 A1 WO 2014060440A1 EP 2013071560 W EP2013071560 W EP 2013071560W WO 2014060440 A1 WO2014060440 A1 WO 2014060440A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
biomass
torrefaction
crushing
ztg
homogenizing
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/071560
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Frank Heymanns
Original Assignee
Dieffenbacher GmbH Maschinen- und Anlagenbau
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dieffenbacher GmbH Maschinen- und Anlagenbau filed Critical Dieffenbacher GmbH Maschinen- und Anlagenbau
Publication of WO2014060440A1 publication Critical patent/WO2014060440A1/de

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L9/00—Treating solid fuels to improve their combustion
    • C10L9/08—Treating solid fuels to improve their combustion by heat treatments, e.g. calcining
    • C10L9/083—Torrefaction
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/02—Combustion or pyrolysis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/06—Heat exchange, direct or indirect
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/10—Recycling of a stream within the process or apparatus to reuse elsewhere therein
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/24—Mixing, stirring of fuel components
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/28—Cutting, disintegrating, shredding or grinding
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/50—Screws or pistons for moving along solids
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Torrefizierung von Biomasse. Das Verfahren und die Vorrichtung umfassen dabei ein Vortorrefizieren von Biomasse in einer ersten Vorrichtung auf einen ersten Torrefizierungsgrad, und ein Zerkleinern, Fertigtorrefizieren und Homogenisieren auf einen zweiten Torrefizierungsgrad in einer zweiten Vorrichtung.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Torrefizierung von Biomasse
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Torrefizierung von Biomasse.
Die Erzeugung von Energie durch die Verbrennung von Biomasse wird als besonders umweltfreundlich betrachtet. Daher gibt es Bestrebungen, eine größere Menge an Biomasse mit fossilen Brennstoffen gemeinsam zu verwerten. Dazu wird Biomasse getrocknet und torrefiziert, sodass sie dem Brennstoff Kohle ähnlicher wird, d.h. der spezifische Brennwert steigt, die Neigung Feuchtigkeit aufzunehmen sinkt und eine Zermahlung für die
Staubfeuerung benötigt einen kleineren Energieeintrag. Neben diesen
Aspekten lassen sich torrefizierte Materialien, insbesondere Holz, in
Großkraftwerken deutlich besser verbrennen, da sich der Flammpunkt dem der Kohle annähert und somit die Steuerung einer Brennkammer im Zuge der großindustriellen Verbrennung erleichtert wird. Daneben weisen torrefizierte Materialien ein deutlich geringeres Gewicht auf und lassen sich nach der Torrefizierung kostengünstiger transportieren und manipulieren. Die
Verpressung torrefizierter Biomasse zu Pellets, insbesondere für einen vereinfachten Transport, ist ebenfalls mit geringerem Energieaufwand verbunden.
Diese Vorteile müssen durch einen erheblichen energetischen und
wirtschaftlichen Aufwand für die Trocknung und die Torrefizierung erkauft werden.
Die Torrefizierung weist weiterhin die technischen Schwierigkeiten auf, dass sie langwierig ist (mehrere Minuten) und dass die Temperatur der Biomasse während der Torrefizierung einen gewissen Temperaturbereich (Start einer exothermen Reaktion unter Luftabschluss) nicht übersteigen darf. Auch ist in einem kontinuierlichen Prozess die Abgrenzung und Abdichtung zwischen der inerten Torrefizierung und nicht inerten Bereichen der Biomassenverarbeitung schwierig. Eine Torrefizierung in einem Ofen zeigt sich weiterhin sehr abhängig von der Partikelgröße und der Durchmischung der Biomasse im Ofen. Bei Versuchen mit einer kurzen Haltezeit für ein wirtschaftliches Torrefizieren bleibt daher ein Rest nicht ausreichend torrefizierter Biomasse im fertigen Produkt. Es ist jedoch aus wirtschaftlichen Gründen schwierig, eine
ausreichend lange Haltezeit zur vollständigen Torrefizierung zu realisieren (vgl. Fig.1 ). Weiterhin führt ein zu langer Verbleib der Biomasse in der Torrefizierung zwar zu einer vollständigen Torrefizierung auch größerer Partikel, allerdings wird bei der Torrefizierung lignozellulosehaltige Biomasse bei kleineren
Partikeln das Lignin angegriffen, welches zur Bindung der Partikel im Zuge einer Pelletierung benötigt wird. Daraus ergibt sich ein Zielkonflikt aus einer kurzen Haltezeit zur Reduzierung des Energieverbrauchs und des Zeitaufwands gegenüber einer langen
Haltezeit für eine ausreichende bzw. vollständige und gleichmäßige
Torrefizierung der Biomasse. Im Stand der Technik sollen diese Probleme gelöst werden durch eine
Zerkleinerung und Torrefizierung in einem Schritt und einer Vorrichtung.
WO 201 1/057822 A1 offenbart hierzu eine Vorrichtung zur Erzeugung eines feinkörnigen Brennstoffs aus festen oder pastösen Energierohstoffen durch Torrefizierung und Zerkleinerung. Die Vorrichtung umfasst einen Prallreaktor, eine Zuführungsvorrichtung für heißes Torrefizierungsgas im unteren Bereich des Prallreaktors, eine Zuführungsvorrichtung für feste oder pastöse
Energierohstoffe im Kopfbereich des Prallreaktors, eine Abzugsvorrichtung für einen zerkleinerten und torrefizierten Energierohstoffpartikel enthaltenden Gasstrom, sowie eine Abscheide- und Abzugsvorrichtung für zerkleinerte und torrefizierte Energierohstoffpartikel aus dem Gasstrom, der aus dem
Prallreaktor abgezogen wird. Gemäß WO 201 1/057822 A1 wird die Zerkleinerung und die Torrefizierung der Energierohstoffe in einem Schritt und einer Vorrichtung erledigt. Dieses
Verfahren und die Vorrichtung haben sich grundsätzlich bewährt, aber es treten jedoch Probleme bei der Steuerung und Regelung der sich gegenseitig beeinflussenden Torrefizierungs- und Zerkleinerungsabläufe auf. Weiterhin ist der Energieaufwand zur gleichzeitigen Torrefizierung und Zerkleinerung unnötig hoch, da bei der gleichzeitigen Torrefizierung und Zerkleinerung auch noch aufgrund der notwendigen Verweilzeit noch nicht torrefizierte Energierohstoffe zerkleinert werden.
Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die technische Aufgabe, ein
Verfahren und eine Vorrichtung zur Torrefizierung von Biomasse zu verbessern und dabei insbesondere den Energieverbrauch, den Zeitaufwand und die Kosten deutlich zu senken. Die Vorrichtung und das Verfahren zur
Torrefizierung von Biomasse sollen einfacher zu handhaben und insbesondere einfacher zu überwachen und zu steuern sein. Weiterhin wird eine sehr gleichmäßige Torrefizierung der Biomasse angestrebt, welches im Folgenden Homogenisierung genannt wird. Die technische Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird vom Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen zu finden.
Das die oben genannten Aufgaben lösende Verfahren umfasst das
Vortorrefizieren von Biomasse in einer ersten Vorrichtung auf einen ersten Torrefizierungsgrad zu einer vortorrefizierten Biomasse und Zerkleinern, Fertigtorrefizieren und Homogenisieren der Biomasse auf einen zweiten
Torrefizierungsgrad in einer zweiten Vorrichtung zu einer fertigtorrefizierten Biomasse.
Unter Homogenisierung wird eine in Partikelgröße und Torrefizierungsgrad sehr gleichmäßige Torrefizierung verstanden. Eine Vorrichtung zur Lösung der Aufgabe umfasst eine erste Vorrichtung zum Vortorrefizieren von Biomasse zu einer Biomasse eines ersten
Torrefizierungsgrades und eine zweite Vorrichtung zum Zerkleinern,
Fertigtorrefizieren und Homogenisieren der vortorrefizierten Biomasse zu einer Biomasse eines zweiten Torrefizierungsgrades.
Bevorzugt wird die Lösung der Aufgabe verbessert durch eine Vortorrefizierung von Biomasse in einer ersten Vorrichtung auf einen Torrefizierungsgrad von 70 bis 98 %, bevorzugt zwischen 80 und 95 % und am meisten bevorzugt zwischen 88 und 92 % eines Zieltorrefizierungsgrades. Vorzugsweise gefolgt von einer Zerkleinerung, Fertigtorrefizierung und Homogenisierung in einer zweiten Vorrichtung auf einen Torrefizierungsgrad von 100 % des
Zieltorrefizierungsgrades. Vorzugsweise kann für das Vortorrefizieren,
Zerkleinern, Fertigtorrefizieren und Homogenisieren Rauchgas derselben Temperatur und Zusammensetzung verwendet werden. Der
Zieltorrefizierungsgrad ZTG wird im Übrigen in der Figurenbeschreibung genauer erläutert. Die erste Vorrichtung ist bevorzugt ein Ofen und
insbesondere ein Torrefizierturm. Die zweite Vorrichtung ist bevorzugt eine Mühle und insbesondere eine Vertikalmühle oder eine prallende
Zerkleinerungsvorrichtung.
Die Erfindung nutzt dabei aus, dass sich die vortorrefizierte Biomasse einfacher als untorrefizierte Biomasse zerkleinern lässt, und dass sich die kleineren Partikel der zerkleinerten Biomasse einfacher als große Partikel auf einen Torrefizierungsgrad von 100 % des Zieltorrefizierungsgrades torrefizieren lassen. Auf diese Weise werden der Energieverbrauch, der Zeitaufwand und die Kosten deutlich gesenkt, während eine sehr gleichmäßige Torrefizierung bzw. Homogenisierung der Biomasse erreicht wird. Insbesondere wird eine kürzere Verweilzeit im Torrefizierungsturm ermöglicht, da größere Partikel nicht vollständig torrefiziert werden müssen. Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung eine große Bandbreite von Partikelgrößen verwerten und macht so z.B. eine Vorsortierung unnötig.
Im Vergleich mit dem Stand der Technik sind die getrennten Abläufe der Vortorrefizierung und der Zerkleinerung, Fertigtorrefizierung und
Homogenisierung einfacher zu handhaben und insbesondere einfacher zu überwachen und zu steuern. Eine Gegenüberstellung der Verfahren ist in Fig. 2 gezeigt. Im Gegensatz zum Stand der Technik wird durch die Vortorrefizierung eine erhebliche Energieeinsparung bei der Zerkleinerungsarbeit und bei der Gesamtdauer des Verfahrens erreicht. Auch größere Partikel, die noch nicht einen bestimmten Torrefizierungsgrad erreicht haben, werden nach der Zerkleinerung in kurzer Zeit nachtorrefiziert. Die Partikel werden sowohl in Größe als auch im Torrefizierungsgrad homogenisiert. Weiterhin wird der apparative Aufwand verringert, da die torrefizierte Biomasse und das Gas getrennt abgegeben werden und so keine Abscheide- und Abzugsvorrichtung benötigt wird.
Weiterhin wird bevorzugt die Inertisierung während der Vortorrefizierung und der Fertigtorrefizierung aufrechterhalten und so ein wirksamer Schutz vor Staubexplosionen erreicht.
Das Vortorrefizieren und das Fertigtorrefizieren finden vorzugsweise
unabhängig voneinander statt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann weitere Unterschritte des Vortorrefizierens und des Zerkleinerns, Fertigtorrefizierens und Homogenisierens umfassen oder auch weitere Schritte zur Verarbeitung der Biomasse.
Bei der Fertigtorrefizierung in der zweiten Vorrichtung wird vorzugsweise eine vorbestimmte und geeignete Korngröße für variable Folgeprozesse eingestellt. Diese Folgeprozesse können z.B. Pelletieren, Flugstromvergasung oder Staubverbrennung sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die erste und die zweite Vorrichtung voneinander unabhängige Einlassöffnungen für das Rauchgas zum Vor- bzw. Fertigtorrefizieren aufweist. Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die in den begleitenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen beschrieben.
Es zeigen: Fig. 1 den Zusammenhang zwischen dem Torrefizierungsgrad, der
Temperatur und der Zeit,
Fig. 2 die oben besprochene Gegenüberstellung eines Verfahrens mit einem
Prallreaktor gemäß dem Stand der Technik und des
erfindungsgemäßen Verfahrens mit zwei getrennten Vorrichtungen, und Fig. 3 eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung und eines Verfahrens zur Torrefizierung von Biomasse.
Figur 1 zeigt den Zusammenhang zwischen Torrefizierungsgrad, Verlust der Masse m der Biomasse, der Temperatur T, der Zeit t und erklärt den Begriff Zieltorrefizierungsgrad ZTG. Hierbei ist auf der Ordinate der Bereich der
Temperatur T (250°C - 350°C) aufgetragen, in dem die Biomasse torrefiziert wird. Die Abszisse zeigt die Zeit t, in der die Torrefizierung abläuft. Dargestellt ist zum einen der Anstieg der Temperatur T und zum anderen die Verringerung der Masse m der Biomasse während der Torrefizierung. Die Verringerung der Masse m ist ein Maß für den Torrefizierungsgrad der Biomasse. Bis zu einer Temperatur T von ca. 250°C bleibt die Masse m nahezu konstant, da die Biomasse fast nur die Restfeuchte verliert. Mit steigender Temperatur T verliert die Biomasse dann schnell an Masse m, da die organischen Bestandteile, z.B. organische Säuren, in die Gasphase übergehen. Bei weiterem Anstieg der Temperatur T verringert sich der Verlust der Masse m und die Kurve flacht ab. Ab einer gewissen Zeit t und einer Temperatur T wird der Verbleib der Biomasse in der Torrefizierungsvorrichtung unwirtschaftlich: Linie U. Zu dieser Zeit t ist der größte Teil der Biomasse torrefiziert; bis auf einen Anteil größerer Partikel. Zudem wird jetzt bei der Torrefizierung lignozellulosehaltiger Biomasse bei den kleinen Partikeln das Lignin angegriffen, was für die spätere
Verwendung unerwünscht ist. Dieser Torrefizierungsgrad, den man jetzt erreicht hat, ist der Zieltorrefizierungsgrad ZTG, den man zu 100%, mithilfe der Regelung der Torrefizierungvorrichtung, reproduzierbar erreichen will. Der Zieltorrefizierungsgrad ZTG ist also ein Kompromiss aus nahezu vollständiger Torrefizierung der Biomasse und der Wirtschaftlichkeit (Energieverbrauch) des Prozesses.
Figur 2 zeigt schematisch die Gegenüberstellung eines Verfahrens mit gleichzeitiger Torrefizierung und Zerkleinerung gemäß dem Stand der Technik und des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Vortorrefizierung und anschließender Homogenisierung. Im oberen Diagramm für eine gleichzeitige Torrefizierung und Zerkleinerung ist der Zieltorrefizierungsgrad ZTG, die
Zerkleinerungsarbeit ZW und die mittlere Zerkleinerungsarbeit mZW über die Verweilzeit tP im Prallreaktor zur Zerkleinerung und Torrefizierung der
Biomasse dargestellt. Wie weiter vorne beschrieben, ist die notwendige
Verweilzeit im Prallreaktor tP nach dem Stand der Technik unnötig hoch, da der Zieltorrefizierungsgrad von 100% gleichzeitig mit einer gleichmäßigen
Zerkleinerung der Biomasse erreicht werden soll. Dies ist regelungstechnisch schwer zu erreichen und wird oft ein Kompromiss zwischen Torrefizierungsgrad und gleichmäßiger Zerkleinerung sein.
In dem unteren Diagramm der Fig. 2 ist der erfindungsgemäße Ablauf einer Vortorrefizierung und anschließender Homogenisierung dargestellt. Die
Biomasse befindet sich zunächst solange, Verweilzeit tT, in der ersten
Vorrichtung 10 zur Vortorrefizierung, bis 70% - 98%, hier 85%, des
Zieltorrefizierungsgrades ZTG erreicht sind. Nun folgt in einer zweiten
Vorrichtung 20 die Zerkleinerung, Fertigtorrefizierung und somit die
Homogenisierung auf den Zieltorrefizierungsgrad ZTG von 100%. Hier wird nun ausgenutzt, dass sich die vortorrefizierte Biomasse mit einem geringeren Energieaufwand als untorrefizierte Biomasse zerkleinern lässt. Dies zeigen im Diagramm die Kurven der Zerkleinerungsarbeit ZW und der mittleren
Zerkleinerungsarbeit mZW. Die notwendige Zerkleinerungsarbeit, ZW und damit auch mZW, ist deutlich geringer als die im oberen Diagramm. Auch ist die Verweilzeit tM in der zweiten Vorrichtung 20 kleiner, da sich kleine Partikel der zerkleinerten Biomasse einfacher als große Partikel auf einen
Zieltorrefizierungsgrad ZTG von 100% torrefizieren lassen. Im Gegensatz zum Stand der Technik wird durch die Vortorrefizierung eine erhebliche
Energieeinsparung bei der mittleren Zerkleinerungsarbeit mZW und bei der Gesamtdauer des Verfahrens (tT+tM gegenüber tP) erreicht.
Figur 3 zeigt eine erste Vorrichtung 10 in Form einer Torrefiziervorrichtung zur Vortorrefizierung von Biomasse B. Die Biomasse B wird beispielsweise in der Form heißer Späne mit ca. 200°C aus dem Austrag eines Konditionierturms (nicht gezeigt) in die erste Vorrichtung 10, hier ein Torrefizierturm 2, inert eingebracht. Das heißt die Biomasse B wird aus dem Konditionierturm ausgetragen und mit einer horizontal angeordneten Schnecke 1 in den
Torrefizierturm 2 gefördert. Der Transport der Biomasse B im Inneren des Torrefizierturms 2 findet innerhalb einer zentralen, die einzelnen Etagen 7 des Torrefizierturms 2 tragenden Hohlwelle 3 statt. Im Unterteil des Torrefizierturms 2 übernimmt ein Becherwerk 5 die Späne und hebt sie durch die Hohlwelle 3 in die Spitze des Torrefizierungsturms. Über eine Kippvorrichtung werden die Becher geleert. Mit Hilfe der Gravitation und geeigneter Einbauten gelangt die Biomasse nun außerhalb der Hohlwelle 3 wieder in den Bodenbereich des Torrefizierturms 2. Dabei werden sie mit Hilfe der durch die Etagen 7 des Torrefizierturms 2 aufsteigenden Rauchgase R1 aus einer Rohrleitung 1 1 auf einen ersten Torrefizierungsgrad TG von 70 bis 98 %, bevorzugt zwischen 80 und 95 %, und am meisten bevorzugt zwischen 88 und 92 % des
Zieltorrefizierungsgrades ZTG vortorrefiziert. Das Abgas R2 wird im Gegenzug durch die Hohlwelle 3 nach unten zu einer weiteren Rohrleitung 13 geleitet und darin abgeführt.
Figur 3 zeigt weiterhin eine an die erste Vorrichtung 10 angeschlossene zweite Vorrichtung 20 in der Form einer Vertikalmühle. Die Vertikalmühle umfasst mindestens eine Einlassöffnung 21 für die vortorrefizierte Biomasse B1 , einen Rotor 22 an einer senkrechten Welle, Außensiebe 23 und mindestens eine Auslassöffnung 24. Die nachtorrefizierte Biomasse B2 wird durch die
Auslassöffnung 24 abgegeben, das Abgas R2 wird abgetrennt und unabhängig dazu durch die Rohrleitung 13 abgeführt.
Die vortorrefizierte Biomasse B1 wird unter Aufrechterhaltung der Inertisierung aus dem Torrefizierturm 2 in die Vertikalmühle gefördert. Die Vertikalmühle weist dazu bevorzugt eine Einlassöffnung 25 für die Rauchgase R1 aus der Rohrleitung 1 1 auf. Die Vertikalmühle kann allerdings auch mit einem
Rauchgas aus einer anderen Zuleitung betrieben werden, welches z.B. eine andere Temperatur und/oder Zusammensetzung aufweist. In der Vertikalmühle erfolgen die Zerkleinerung, Fertigtorrefizierung und Homogenisierung der Biomassespäne auf einen zweiten Torrefizierungsgrad TG von 100% des Zieltorrefizierungsgrades ZTG verbunden mit einer Vergleichmäßigung der Partikelgröße. Der zweite Torrefizierungsgrad TG kann auch zwischen 85 und 100 %, bevorzugt zwischen 95 und 100 %, und am meisten bevorzugt zwischen 99 und 100 % des Zieltorrefizierungsgrades ZTG liegen.
Die Erfindung nutzt dabei aus, dass sich die vortorrefizierte Biomasse B1 einfacher als untorrefizierte Biomasse B zerkleinern lässt und dass sich die kleineren Partikel der zerkleinerten Biomasse B1 einfacher als große Partikel auf einen Torrefizierungsgrad TG von 100% des Zieltorrefizierungsgrades ZTG torrefizieren lassen. Dies liegt u.a. daran, dass bei einem kleineren Partikel die Erwärmung durch die Prozessgase den Kern des Partikels schneller erreicht wird und auch die Entgasung der Torrgase durch den verringerten
Partikeldurchmesser erleichtert wird. In der zweiten Vorrichtung kann weiterhin eine vorbestimmte und geeignete Korngröße für variable Folgeprozesse eingestellt werden, wie z.B. Pelletieren, Flugstromvergasung oder Staubverbrennung. Die Abgase R2 aus dem Torrefizierturm 2 können durch die Rauchgasleitung 13 zu einer Brennkammer eines Kraftwerks gefördert werden, um die
Restwärme und/oder die brennbaren Torrgase in Abgas R2 des
Torrefizierungsvorgangs in dem Kraftwerk auszunutzen.
Die Rohrleitung vom Torrefizierturm zur Brennkammer kann doppelwandig ausgeführt sein. Die heißen Rauchgase werden z.B. in einer äußeren Kammer 1 1 dieser Rohrleitung zum Torrefizierturm geleitet, während die kühleren Abgase zusammen mit den beim Torrefizieren frei werdenden Torgase in einer inneren Kammer 13 dieser Rohrleitung zurück zur Brennkammer geführt werden. (1440)
Bezugszeichenliste: P1440
T Temperatur 1 Schnecke
t Zeit 2 Torrefizierturm m Masse (der Biomasse) 3 Hohlwelle
ZTG Zieltorrefizierungsgrad 25 5 Becherwerk
U Linie 7 Etagen
10 erste Vorrichtung
TG Torrefizierungsgrad 1 1 Rauchgaszuführleitung
ZW Zerkleinerungsarbeit 13 Abgasabführleitung mZW mittlere Zerkleinerungsarbeit 30 20 zweite Vorrichtung tP Verweilzeit (Prallreaktor) 21 Einlassöffnung (B1 ) tT Verweilzeit (Torrefizierungsturm) 22 Rotor
tM Verweilzeit (Vertikalmühle) 23 Außensiebe
24 Auslassöffnung
B (vorgetrocknete) Biomasse 35 25 Einlassöffnung (R1 )
B1 (vortorrefizierte) Biomasse
B2 (fertigtorrefizierte) Biomasse
R1 Rauchgas
R2 Abgas

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Torrefizierung von Biomasse, umfassend die folgenden Schritte:
Vortorrefizieren von Biomasse (B) in einer ersten Vorrichtung (10) auf einen ersten Torrefizierungsgrad (TG) zu einer vortorrefizierten
Biomasse (B1 ) und Zerkleinern, Fertigtorrefizieren und Homogenisieren der Biomasse (B1 ) auf einen zweiten Torrefizierungsgrad (TG) in einer zweiten Vorrichtung (20) zu einer fertigtorrefizierten Biomasse (B2).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der erste Torrefizierungsgrad (TG) zwischen 70 und 98 %, bevorzugt zwischen 80 und 95 %, und am meisten bevorzugt zwischen 88 und 92 % eines
Zieltorrefizierungsgrades (ZTG) liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite Torrefizierungsgrad (TG) zwischen 85 und 100 %, bevorzugt zwischen 95 und 100 %, und am meisten bevorzugt zwischen 99 und 100 % des
Zieltorrefizierungsgrades (ZTG) liegt.
+
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei für das
Vortorrefizieren, Zerkleinern, Fertigtorrefizieren und Homogenisieren Rauchgas derselben Temperatur und Zusammensetzung verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei in der ersten Vorrichtung (10), zwischen der ersten und der zweiten Vorrichtung (10, 20), und in der zweiten Vorrichtung (20) die Umgebungsbedingungen für die Torrefizierung aufrechterhalten werden.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend den weiteren Schritt des Einstellens der zu erreichenden Partikelgröße der fertigtorrefizierten Biomasse (B2) in der zweiten Vorrichtung (20).
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das
Vortorrefizieren unabhängig vom Zerkleinern, Fertigtorrefizieren und Homogenisieren stattfindet.
8. Vorrichtung zur Torrefizierung von Biomasse, umfassend:
eine erste Vorrichtung (10) zum Vortorrefizieren von Biomasse (B) zu einer Biomasse (B1 ) eines ersten Torrefizierungsgrades (TG) und eine zweite Vorrichtung (20) zum Zerkleinern, Fertigtorrefizieren und
Homogenisieren der vortorrefizierten Biomasse (B1 ) zu einer Biomasse (B2) eines zweiten Torrefizierungsgrades (TG).
9. Vorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei die erste Vorrichtung (10) ein Ofen und insbesondere ein Torrefizierungsturm (2) ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die zweite Vorrichtung (20) eine Mühle und insbesondere eine Vertikalmühle ist.
1 1 . Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die erste und die zweite Vorrichtung (10, 20) voneinander unabhängige Einlassöffnungen für das Rauchgas zum Vor- bzw. Fertigtorrefizieren aufweist.
PCT/EP2013/071560 2012-10-17 2013-10-15 Verfahren und vorrichtung zur torrefizierung von biomasse WO2014060440A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012109920.0A DE102012109920A1 (de) 2012-10-17 2012-10-17 Verfahren und Vorrichtung zur Torrefizierung von Biomasse
DE102012109920.0 2012-10-17

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014060440A1 true WO2014060440A1 (de) 2014-04-24

Family

ID=49486458

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2013/071560 WO2014060440A1 (de) 2012-10-17 2013-10-15 Verfahren und vorrichtung zur torrefizierung von biomasse

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102012109920A1 (de)
WO (1) WO2014060440A1 (de)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011057822A1 (de) 2009-11-16 2011-05-19 Uhde Gmbh Vorrichtung und verfahren zur erzeugung eines feinkörnigen brennstoffs aus festen oder pastösen energierohstoffen durch torrefizierung und zerkleinerung
US20110173888A1 (en) * 2010-01-15 2011-07-21 Jacqueline Hitchingham Pretreatment of biomass feed for gasification
WO2012102617A1 (en) * 2011-01-27 2012-08-02 Topell Energy B.V. Method and device for treating biomass

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011057822A1 (de) 2009-11-16 2011-05-19 Uhde Gmbh Vorrichtung und verfahren zur erzeugung eines feinkörnigen brennstoffs aus festen oder pastösen energierohstoffen durch torrefizierung und zerkleinerung
US20110173888A1 (en) * 2010-01-15 2011-07-21 Jacqueline Hitchingham Pretreatment of biomass feed for gasification
WO2012102617A1 (en) * 2011-01-27 2012-08-02 Topell Energy B.V. Method and device for treating biomass

Also Published As

Publication number Publication date
DE102012109920A1 (de) 2014-04-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2424955B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur trocknung und torrefizierung von wenigstens einem kohlenstoffhaltigen stoffstrom in einem etagenofen
DE102005037917A1 (de) Verfahren zur Schnellpyrolyse von Lignocellulose
DE202014004445U1 (de) Vorrichtung zur Pflanzenkohleherstellung
EP2836613A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur brikettherstellung
DE3347056A1 (de) Verfahren zur aufbereitung von haus- und/oder hausmuellaehnlichem gewerbemuell zur herstellung eines brennstoffs, sowie verbrennungsofen
EP2524729A1 (de) Anlage und Verfahren zur Mahltrocknung und Einlagerung von Braunkohle
WO2014060440A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur torrefizierung von biomasse
EP3516011B1 (de) Verfahren zur herstellung von biokohle und anlage hierfür
EP1837390A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung von Rohholz o. dgl. Brenngut
DE202012103995U1 (de) Anlage zur Torrefizierung von Biomasse
DE102011014029B4 (de) Verfahren und Reaktor zur Erzeugung eines Energieträgers aus halm- oder stückgutartiger Biomasse
DE1571534C3 (de) Verfahren zum Brennen von brennbare Bestandteile enthaltenden keramischen Formungen
DE102011113825A1 (de) Zumindest quasi kontinuierliche hydrothermale Karbonisierung von Biomasse
DE102014001785B4 (de) Kleinstfeuerungsanlage für biogene Festbrennstoffe
DE102013018040A1 (de) Verfahren zur energetischen Verwertung von Trebern aus der Bierherstellung
EP0186766B1 (de) Anlage zur Verwertung von Müll
DE2845763A1 (de) Verfahren und einrichtung zum aufbereiten von muell
EP3609987A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum kompaktieren von kohlehaltigem einsatzstoff sowie verwendung
DE102010051385A1 (de) Brennstoffkörper, dessen Verwendung und Herstellung
EP3026337B1 (de) Verfahren zum aufbereiten von ersatzbrennstoff
DE102010007094B4 (de) Verfahren zur Reaktivitätssteigerung von feuchtem Brennstoff
EP2952558A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Pflanzenkohleherstellung
DD141681A1 (de) Verfahren zur gewinnung von aktivkoks und anlage zur durchfuehrung des verfahrens
DE102012109917A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Trocknung und Torrefizierung von Biomasse
DE102010001330B4 (de) Verfahren und Anlage zur thermischen Verwertung von Biomasse

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13783005

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13783005

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1