WO2017207104A1 - Vorrichtung und verfahren zur kontinuierlichen herstellung von pflanzenkohle sowie mit diesem verfahren hergestellte pflanzenkohle - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur kontinuierlichen herstellung von pflanzenkohle sowie mit diesem verfahren hergestellte pflanzenkohle Download PDF

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WO2017207104A1
WO2017207104A1 PCT/EP2017/000654 EP2017000654W WO2017207104A1 WO 2017207104 A1 WO2017207104 A1 WO 2017207104A1 EP 2017000654 W EP2017000654 W EP 2017000654W WO 2017207104 A1 WO2017207104 A1 WO 2017207104A1
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reactor
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pyrolysis gas
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Bernd Schottdorf
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Bernd Schottdorf
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    • Y02P20/141—Feedstock
    • Y02P20/145—Feedstock the feedstock being materials of biological origin

Definitions

  • the present patent application relates to an apparatus for the continuous production of biochar according to the preamble of patent claim 1 and a process for the continuous production of biochar according to the preamble of patent claim 8.
  • a generic device is known from DE 44 13 668 AI.
  • This reactor is part of a plant for power and heat supply, which serves for the production of synthesis gas, which is supplied to an internal combustion engine, which with a
  • Electric motor / generator unit for generating electrical energy interacts.
  • the hot exhaust gases of the internal combustion engine are guided to heat the reactor via a heating tube spiral running from the bottom upwards inside the reactor.
  • the resulting charcoal is taken from the reactor as a by-product and is not described in detail. With this arrangement, the temperature inside the reactor can not be reliably controlled and maintained at a predetermined constant level.
  • a conventional moving bed reactor is described, for example, in DE 2005 038 135 B3.
  • the reactor is heated by conventional combustion of part of the biomass over a grid.
  • charcoal with a carbon content of only up to 85 wt .-% can be generated.
  • biochar is in demand for soil improvement and animal nutrition, but also for use as a food colorant El 53 (with a carbon content of 95%).
  • El 53 with a carbon content of 97%.
  • Terra preta acts as a natural soil conditioner, ie this soil is more fertile than other forest and
  • the object of the present invention is thus to provide an apparatus and a method for the efficient and economical production of biochar.
  • the solution consists on the one hand in a further development of the generic device in that the heating device is designed as at least one heating element arranged vertically within the reactor.
  • the solution consists of a method with the following method steps: a) provision of at least one device according to the invention; b) filling the at least one reactor with biomass by means of
  • Biomass is required as a starting material than in conventional moving bed reactors and that the heating by at least one internal heating rod particularly is energy efficient. Also, only a fraction of the operating time of conventional moving bed reactors is needed to produce the same amount of biochar. All of these factors make the process of the invention particularly efficient and economical so that the biochar can be produced on an industrial scale and marketed at competitive prices.
  • the Terra preta is a fertile soil that binds plants and microorganisms such as bacteria and fungi without consuming the biochar
  • less fertile soil can be made more fertile by selective enrichment with biochar.
  • the biochar must first be enriched with nutrients and minerals, as it binds them strongly and gives off too small amounts to the soil to a sufficient To ensure plant growth. This can be done, for example, by mixing with compost or feeding the biochar to livestock and using the manure of these animals for enrichment and fertilization of the soil.
  • the beneficial effect of enrichment of forest and agricultural soils with biochar has already been successfully tested.
  • Biochar preferably from agricultural waste or in forest and arable soils; higher agricultural yields with less need for artificial fertilizer through the
  • the number of heating rods used depends essentially on the dimensions of the reactor. Preferably, at least four, more preferably at least eight heating rods are provided in order to effectively heat the biomass to the temperature required for pyrolysis.
  • the at least one heating element is arranged fixed to the upper cover of the reactor. In this way, at least the upper part of the reactor is heated.
  • a particularly efficient, energy-saving continuous operation of the reactor is possible because the resulting biochar the Is taken continuously from the top continuously filled biomass from above with gravity along the at least one heating rod down towards the lower sampling device, thereby pyrolyzed to biochar and after passing the at least one heating element on a safe removal of the
  • Biochar enabling temperature (eg., 150 ° C) cools.
  • the length l of the at least one heating element corresponds essentially to half the height H of the reactor.
  • the biomass is particularly reliably pyrolyzed to pure biochar.
  • the pyrolysis gas discharge device interacts with a device for generating energy.
  • a device for generating energy is particularly preferably a device for generating electrical energy, with which in turn the at least one heating element can be heated.
  • the pyrolysis gas discharge devices of which cooperate together with a device for generating energy.
  • their heating rods can be heated with the generated electrical energy, so that as a result an efficient and economical energy cycle is obtained.
  • a preferred embodiment of the method according to the invention is that for commissioning of the reactor of this in step b) is filled with coal and an overlying layer of biomass. This measure is expedient in order to avoid that, when the reactor is put into operation, waste is produced in the form of biomass which has not or only partially converted into biochar.
  • the reactor is filled in step b) to about 4/5 with coal and about 1/5 with biomass. In this way, when commissioning the reactor is the
  • Biomass especially reliably completely pyrolyzed to biochar are especially reliably completely pyrolyzed to biochar.
  • a heating of the at least one heating element to at least 900 ° C leads advantageously to the formation of biochar with a carbon content of 95 wt .-%.
  • Figure 1 a schematic overall view of an embodiment of a
  • FIG. 2 shows the device according to FIG. 1 in a representation in section
  • FIG. 3 is an enlarged fragmentary perspective view of the upper portion of the device according to Figures 1 and 2;
  • Figure 4 the device in a representation according to Figure 2 with a schematic
  • FIGS 1 to 4 show an exemplary embodiment of an apparatus 10 according to the invention for the production of biochar from biomass under oxygen exclusion.
  • the support struts 14 engage the outer surface of the reactor 11 and extend to the bottom plate thirteenth
  • the reactor 1 1 has an upper cover 15, which can be closed with a
  • Feed device 16 is connected to biomass.
  • the feeder 16 may, for example, in a conventional manner, a pipe 17 having an internal screw conveyor 18 for transporting the biomass, for example. From a reservoir.
  • the pipe 17 opens into a provided in the upper cover 15 opening 15a, which is closed with a closure member 19 to ensure the exclusion of oxygen in the reactor 1 1.
  • the reactor 1 1 has a height H of 5 meters and a diameter of 1 meter.
  • the heating rods 20 have within the reactor 11 a length 1 of 2.5 meters, so that they extend substantially in the upper half of the reactor 1 1.
  • a lower removal device 23 which can be closed against the ingress of atmospheric oxygen, is provided for removing the biochar resulting from the conversion of the biomass.
  • the biochar can, for example, by means of a
  • Conveying screw 24 is transported to a shutter slide 25 and over the
  • Figure 4 shows the exemplary embodiment of the device 10 according to the invention with a schematically indicated filling of the reactor 1 1 in order to put this into operation. It is it is expedient not to completely fill the reactor 11 with biomass before start-up, since the heating rods 20 in the exemplary embodiment extend only over the upper half of the reactor 11, so that the lower half of the reactor 11 is not or not sufficiently heated, so that in biomass could not be fully or fully converted into biochar.
  • the reactor 11 is therefore filled with coal, charcoal or biochar 27 at least up to the heating rods 20, in the exemplary embodiment 4/5, that is to say approximately 1 meter below the upper cover 15.
  • On this mass is layered about 1 meter thick layer of biomass 26 (wood chips, wood waste, agricultural waste, etc.).
  • the heating elements 20 are heated to an operating temperature which is sufficient to completely convert this layer of biomass under exclusion of oxygen into biochar.
  • this operating temperature is 900 ° C.
  • the coal or biochar 27 is drawn off continuously via the lower removal device 23.
  • the biochar 27 resulting from the biomass 26 moves downwards in the direction of the lower removal device 23 and new biomass 26 is replenished via the supply device 16 and the opening 15a in the upper cover 15 into the reactor 11.
  • a continuous process of producing biochar 27 from biomass in which a defined amount per unit of time is removed from biochar 27, and accordingly a defined amount per unit time of biomass 26 is replenished into the reactor 11.
  • This coordination can be done, for example, by appropriate control of the screw conveyors 18, 24.
  • the resulting in the production of biochar 27 from biomass 26 pyrolysis gas is withdrawn continuously via the discharge device 22 from the reactor 1 1 and used in a conventional manner for the production of energy.
  • electrical energy can be generated to heat the heating rods 20.
  • the resulting pyrolysis gas can be collected and used particularly efficiently for generating electrical energy, for example by means of a turbine.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Pflanzenkohle durch Pyrolyse von Biomasse unter Sauerstoffabschluss, mit mindestens einem vertikal aufgestellten Reaktor, der eine obere Abdeckung mit einer Zuführvorrichtung für Biomasse, eine untere Entnahmevorrichtung für Pflanzenkohle, eine Ausleiteinrichtung für Pyrolysegas sowie eine innenliegende Heizeinrichtung aufweist. Erfindungsgemäße ist vorgesehen, dass die Heizeinrichtung als mindestens ein innerhalb des Reaktors vertikal angeordneter Heizstab ausgebildet ist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Pflanzenkohle durch Pyrolyse von Biomasse unter Sauerstoffabschluss, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: a) Bereitstellen mindestens einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; b) Befüllen des mindestens einen Reaktors mit Biomasse mittels der Zufuhrvorrichtung; c) Erhitzen des mindestens einen Heizstabes auf mindestens 700°C unter Sauerstoffabschluss und pyrolytische Umsetzung der Biomasse zu Pflanzenkohle; d) kontinuierliche Entnahme der Pflanzenkohle in einer definierten Menge pro Zeiteinheit durch die Entnahmevorrichtung bei gleichzeitiger kontinuierlicher Zufuhr von Biomasse in einer definierten Menge pro Zeiteinheit durch die Zuführvorrichtung und gleichzeitiger kontinuierlicher Ausleitung des entstehenden Pyrolysegases durch die Ausleiteinrichtung.

Description

Patentanmeldung
Vorrichtung und Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Pflanzenkohle sowie mit diesem Verfahren hergestellte Pflanzenkohle
Beschreibung
Die vorliegende Patentanmeldung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Pflanzenkohle nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Pflanzenkohle nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.
Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der DE 44 13 668 AI bekannt. Dieser Reaktor ist Teil einer Anlage zur Strom- und Wärmeversorgung, die zur Herstellung von Synthesegas dient, welches einem Verbrennungsmotor zugeführt wird, der mit einer
Elektromotor/Generator-Einheit zur Erzeugung elektrischer Energie zusammenwirkt. Die heißen Abgase des Verbrennungsmotors werden zur Beheizung des Reaktors über ein im Inneren des Reaktors von unten nach oben verlaufende Heizrohrwendel geführt. Die anfallende Holzkohle wird dem Reaktor als Nebenprodukt entnommen und ist nicht näher beschrieben. Bei dieser Anordnung kann die Temperatur im Inneren des Reaktors nicht zuverlässig kontrolliert und auf einem vorbestimmten konstanten Niveau gehalten werden.
Ein herkömmlicher Wanderbettreaktor ist bspw. in der DE 2005 038 135 B3 beschrieben. Die Beheizung des Reaktors erfolgt durch herkömmliche Verbrennung eines Teils der Biomasse über einem Gitterrost. Mit dieser Vorrichtung bzw. diesem Verfahren kann Holzkohle mit einem Kohlenstoffgehalt von lediglich bis zu 85 Gew.-% erzeugt werden.
Zunehmend wird Pflanzenkohle zur Bodenverbesserung und Tierernährung, aber auch zur Verwendung als Lebensmittelfarbstoff El 53 (mit einem Kohlenstoffgehalt von 95%) nachgefragt. Als Vorbild dient die Erforschung der sog.„Terra preta" im Amazonasgebiet. Dabei handelt es sich um einen anthropogenen, also von Menschenhand geschaffenen Boden, der sich vor allem durch seinen hohen Gehalt an Pflanzenkohle sowie durch seine Fähigkeit zur Speicherung hoher Nährstoffmengen auszeichnet. Damit wirkt die Terra preta als natürlicher Bodenverbesserer, d.h. dieser Boden ist fruchtbarer als andere Wald- und
Ackerböden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur effizienten und wirtschaftlichen Herstellung von Pflanzenkohle bereitzustellen.
Die Lösung besteht zum Einen in einer Weiterentwicklung der gattungsgemäßen Vorrichtung dahingehend, dass die Heizeinrichtung als mindestens ein innerhalb des Reaktors vertikal angeordneter Heizstab ausgebildet ist. Die Lösung besteht zum Anderen in einem Verfahren mit den folgenden Verfahrensschritten: a) Bereitstellen mindestens einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; b) Befüllen des mindestens einen Reaktors mit Biomasse mittels der
Zuführvorrichtung; c) Erhitzen des mindestens einen Heizstabes auf mindestens 700°C unter Sauerstoffabschluss und pyrolytische Umsetzung der Biomasse zu Pflanzenkohle; d) kontinuierliche Entnahme der Pflanzenkohle in einer definierten Menge pro Zeiteinheit durch die Entnahmevorrichtung bei gleichzeitiger kontinuierlicher Zufuhr von Biomasse in einer definierten Menge pro Zeiteinheit durch die Zuführvorrichtung und gleichzeitiger
kontinuierlicher Ausleitung des entstehenden Pyrolysegases durch die Ausleiteinrichtung.
Überraschenderweise hat es sich herausgestellt, dass mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. dem erfindungsgemäßen Verfahren gegenüber herkömmlichen Wanderbettreaktoren zuverlässig, effizient und wirtschaftlich Pflanzenkohle hoher Qualität (je nach
Verfahrensfuhrung mit einem Kohlenstoffgehalt von bis zu 95 Gew.-%) erzeugt werden kann.
Es wurde herausgefunden, dass pro Tonne erzeugter Pflanzenkohle etwa 1/3 weniger
Biomasse als Ausgangsstoff benötigt wird als bei herkömmlichen Wanderbettreaktoren und dass die Beheizung durch mindestens einen innenliegenden Heizstab besonders energiesparend ist. Auch wird zur Erzeugung derselben Menge Pflanzenkohle nur ein Bruchteil der Betriebszeit von herkömmlichen Wanderbettreaktoren benötigt. Alle diese Faktoren machen das erfindungsgemäße Verfahren besonders effizient und wirtschaftlich, so dass die Pflanzenkohle in industriellem Maßstab erzeugt und zu konkurrenzfähigen Preisen vermarktet werden kann.
Schlussendlich fallen schädliche Nebenprodukte wie bspw. polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe in geringeren Konzentrationen an als bei herkömmlichen
Wanderbettreaktoren.
Die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. dem erfindungsgemäßen Verfahren nunmehr mögliche wirtschaftliche Herstellung großer Mengen von Pflanzenkohle in industriellem Maßstab eröffnete vielfältige neue Möglichkeiten insbesondere im Bereich Umwelt- und Naturschutz.
Seit der Nutzung fossiler Energieträger wie Erdgas, Erdöl, Braun- und Steinkohle steigt die Konzentration von Kohlendioxid in der Atmosphäre stetig an. Die Folge ist einerseits eine Erhöhung der globalen Temperaturen, andererseits eine spontan erfolgende Begrünung von Wald- und Ackerflächen, da der Pflanzenwelt mehr Kohlendioxid für ihr Wachstum und ihre Entwicklung zur Verfügung steht. Grundsätzlich ist es denkbar, die Konzentration von Kohlendioxid in der Atmosphäre durch zusätzliche anthropogene intensive Begrünung von Wald- und Ackerboden wirksam zu reduzieren. Diesen Begrünungsmaßnahmen ist allerdings dadurch eine Grenze gesetzt, dass viele Wald- und Ackerböden dafür nicht in ausreichendem Maße fruchtbar, d.h. mineral- und nährstoffreich, sind. Aufgrund der Beobachtung, dass die Terra preta ein fruchtbarer Boden ist, die Pflanzen und Mikroorganismen wie Bakterien und Pilzen an sich bindet, ohne dass die Pflanzenkohle aufgebraucht wird, kann wenig fruchtbarer Boden durch gezielte Anreicherung mit Pflanzenkohle fruchtbarer gemacht werden. Hierzu muss die Pflanzenkohle zunächst mit Nähr- und Mineralstoffen angereichert werden, da sie diese stark bindet und zu geringe Mengen an die Böden abgibt, um ein ausreichendes Pflanzenwachstum zu gewährleisten. Dies kann bspw. durch Mischen mit Kompost oder Verfütterung der Pflanzenkohle an Nutztiere und Verwendung des Mists dieser Tiere zur Anreicherung und Düngung der Böden geschehen. In Versuchsprojekten in Westafrika wurde die vorteilhafte Wirkung der Anreicherung von Wald- und Ackerböden mit Pflanzenkohle bereits erfolgreich erprobt.
Da für ein derartiges weltweites Projekt sehr viel Pflanzenkohle benötigt wird, können mehrere nützliche Wirkungen gleichzeitig erzielt werden: Reduzierung des
Kohlendioxidgehalts der Atmosphäre durch dauerhafte Bindung des Kohlenstoffs in
Pflanzenkohle (vorzugsweise aus Agrarabfällen) bzw. in Wald- und Ackerböden; höhere landwirtschaftliche Erträge bei geringerem Bedarf an Kunstdünger durch die
Fruchtbarmachung von Ackerböden; Refinanzierung der Pflanzenkohleherstellung durch damit einhergehende höhere Gewinne aus der Landwirtschaft.
Die Verwirklichung eines solchen globalen Projekts rückt nun durch die erstmals mögliche industrielle Herstellung von Pflanzenkohle in großen Mengen gemäß der vorliegenden Erfindung in den Bereich des Möglichen.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Anzahl der verwendeten Heizstäbe hängt im Wesentlichen von den Abmessungen des Reaktors ab. Vorzugsweise sind mindestens vier, besonders bevorzugt mindestens acht Heizstäbe vorgesehen, um die Biomasse effektiv auf die zur Pyrolyse notwendige Temperatur aufzuheizen.
Eine bevorzugte Weiterbildung besteht darin, dass der mindestens eine Heizstab an der oberen Abdeckung des Reaktors befestigt angeordnet ist. Auf diese Weise wird zumindest der obere Teil des Reaktors beheizt. Im Ergebnis ist ein besonders effizienter, energiesparender kontinuierlicher Betrieb des Reaktors möglich, weil die entstandene Pflanzenkohle dem Reaktor kontinuierlich entnommen wird, die von oben kontinuierlich eingefüllte Biomasse mit der Schwerkraft entlang des mindestens einen Heizstabs nach unten in Richtung der unteren Entnahmevorrichtung wandert, dabei zu Pflanzenkohle pyrolysiert wird und nach Passieren des mindestens einen Heizstabs auf eine die gefahrlose Entnahme der
Pflanzenkohle ermöglichende Temperatur (bspw. 150°C) abkühlt.
Besonders bevorzugt entspricht die Länge 1 des mindestens einen Heizstabes im Wesentlichen der halben Höhe H des Reaktors. Unter diesen Bedingungen wird die Biomasse besonders zuverlässig zu reiner Pflanzenkohle pyrolysiert.
Zur effizienten Nutzung der bei der Pyrolyse der Biomasse freiwerdenden Energie wirkt die Ausleiteinrichtung für Pyrolysegas mit einer Vorrichtung zur Erzeugung von Energie zusammen. Besonders bevorzugt ist dies eine Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie, mit der wiederum der mindestens eine Heizstab beheizt werden kann.
Selbstverständlich können auch zwei oder mehr erfindungsgemäße Reaktoren vorgesehen sein, deren Ausleiteinrichtungen für Pyrolysegas gemeinsam mit einer Vorrichtung zur Erzeugung von Energie zusammenwirken. Besonders bevorzugt können deren Heizstäbe mit der erzeugten elektrischen Energie beheizt werden, so dass im Ergebnis wird ein effizienter und sparsamer Energiekreislauf erhalten.
Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass zur Inbetriebnahme des Reaktors dieser in Schritt b) mit Kohle und einer darüber liegenden Lage aus Biomasse befüllt wird. Diese Maßnahme ist zweckmäßig, um zu vermeiden, dass bei der Inbetriebnahme des Reaktors Abfälle in Form von nicht oder nur teilweise in Pflanzenkohle umgewandelter Biomasse erzeugt werden.
Besonders bevorzugt wird der Reaktor in Schritt b) zu etwa 4/5 mit Kohle und zu etwa 1/5 mit Biomasse befüllt. Auf diese Weise wird bei der Inbetriebnahme des Reaktors die
Biomasse besonders zuverlässig vollständig zu Pflanzenkohle pyrolysiert. Eine Beheizung des mindestens einen Heizstabs auf mindestens 900°C führt in vorteilhafter Weise zur Entstehung von Pflanzenkohle mit einem Kohlenstoffgehalt von 95 Gew.-%.
Ein Ausfuhrungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand der
Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen, in einer schematischen, nicht maßstabsgetreuen Darstellung:
Figur 1 : eine schematische Gesamtdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Figur 2: die Vorrichtung gemäß Figur 1 in einer Darstellung im Schnitt;
Figur 3 : eine vergrößerte perspektivische Teildarstellung des oberen Bereichs der Vorrichtung gemäß der Figuren 1 und 2;
Figur 4: die Vorrichtung in einer Darstellung gemäß Figur 2 mit einer schematischen
Darstellung der Befüllung zu ihrer Inbetriebnahme gemäß dem erfindungsgemäßen
Verfahren.
Die Figuren 1 bis 4 zeigen ein Ausfuhrungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zur Herstellung von Pflanzenkohle aus Biomasse unter Sauerstoffausschluss. Ein im wesentlichen rohrförmiger Reaktor 11, in dem im Betrieb die Umsetzung von Biomasse zu Pflanzenkohle erfolgt, ist vertikal aufgestellt, stützt sich mittels einer Bodensäule 12 auf einer Bodenplatte 13 ab und ist mittels Stützstreben 14 in der Vertikalen gehalten. Die Stützstreben 14 greifen an der äußeren Mantelfläche des Reaktors 11 an und erstrecken sich bis zur Bodenplatte 13. Der Reaktor 1 1 weist eine obere Abdeckung 15 auf, die mit einer verschließbaren
Zuführvorrichtung 16 für Biomasse verbunden ist. Die Zuführvorrichtung 16 kann bspw. in an sich bekannter Weise eine Rohrleitung 17 mit einer innenliegenden Förderschnecke 18 zum Transport der Biomasse bspw. aus einem Vorratsbehälter aufweisen. Die Rohrleitung 17 mündet in eine in der oberen Abdeckung 15 vorgesehene Öffnung 15a, die mit einem Verschlusselement 19 verschlossen ist, um den Sauerstoffausschluss im Reaktor 1 1 zu gewährleisten.
In der oberen Abdeckung 15 des Reaktors 1 1 sind im Ausführungsbeispiel acht Heizstäbe 20 mittels außerhalb des Reaktors 1 1 vorgesehenen Montageköpfen 21 befestigt, die vertikal in den Reaktor hineinragen und mittels elektrischer Energie beheizt werden. Die Montageköpfe 21 dienen auch zur Aufnahme der elektrischen Anschlüsse (nicht dargestellt) zur Beheizung der Heizstäbe 20. Im Ausführungsbeispiel weist der Reaktor 1 1 eine Höhe H von 5 Metern und einem Durchmesser von 1 Meter auf. Die Heizstäbe 20 weisen innerhalb des Reaktors 11 eine Länge 1 von 2,5 Metern auf, so dass sie sich im Wesentlichen in der oberen Hälfte des Reaktors 1 1 erstrecken.
Unterhalb der oberen Abdeckung 15 ist in der Mantelfläche des Reaktors 1 1 in an sich bekannter Weise eine nur schematisch angedeutete Ausleiteinrichtung 22 für das bei der Umsetzung der Biomasse zu Pflanzenkohle entstehende Pyrolysegas angebracht.
Am unteren Ende des Reaktors 1 1 ist eine untere, gegen den Zutritt von Luftsauerstoff verschließbare, Entnahmevorrichtung 23 zur Entnahme der bei der Umsetzung der Biomasse entstehenden Pflanzenkohle vorgesehen. Die Pflanzenkohle kann bspw. mittels einer
Förderschnecke 24 zu einem Verschlussschieber 25 transportiert und über den
Verschlussschieber 25 entnommen werden.
Figur 4 zeigt das Ausfuhrungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 mit einer schematisch angedeuteten Befüllung des Reaktors 1 1, um diesen in Betrieb zu nehmen. Es ist zweckmäßig, den Reaktor 11 vor Inbetriebnahme nicht vollständig mit Biomasse zu befüllen, da die Heizstäbe 20 sich im Ausführungsbeispiel nur über die obere Hälfte des Reaktors 1 1 erstrecken, so dass die untere Hälfte des Reaktors 11 nicht oder nicht ausreichend beheizt wird, so dass in diesem Bereich die Biomasse nicht oder nicht vollständig in Pflanzenkohle umgesetzt werden könnte.
Der Reaktor 1 1 wird daher zumindest bis zu den Heizstäben 20, im Ausführungsbeispiel zu 4/5, also bis etwa 1 Meter unter der oberen Abdeckung 15, mit Kohle, Holzkohle oder Pflanzenkohle 27 befüllt. Auf diese Masse wird eine etwa 1 Meter dicke Lage aus Biomasse 26 (Holzschnitzel, Holzabfälle, Agrarabfalle etc.) geschichtet. Dann werden die Heizstäbe 20 auf eine Betriebstemperatur geheizt, die ausreichend ist, um diese Lage aus Biomasse unter Sauerstoffausschluss vollständig in Pflanzenkohle umzuwandeln. Im Ausfuhrungsbeispiel beträgt diese Betriebstemperatur 900°C.
Im weiteren Verlauf des Verfahrens wird die Kohle bzw. Pflanzenkohle 27 kontinuierlich über die untere Entnahmevorrichtung 23 abgezogen. Gleichzeitig rückt die aus der Biomasse 26 entstandene Pflanzenkohle 27 nach unten in Richtung der unteren Entnahmevorrichtung 23 und neue Biomasse 26 wird über die Zuführvorrichtung 16 und die Öffnung 15a in der oberen Abdeckung 15 in den Reaktor 1 1 nachgefüllt. Dadurch entwickelt sich im laufenden Betrieb der Vorrichtung 10 ein kontinuierlicher Prozess der Herstellung von Pflanzenkohle 27 aus Biomasse, bei dem stetig eine definierte Menge pro Zeiteinheit an Pflanzenkohle 27 entnommen und dementsprechend eine definierte Menge pro Zeiteinheit an Biomasse 26 in den Reaktor 1 1 nachgefüllt wird. Diese Koordinierung kann bspw. durch entsprechende Steuerung der Förderschnecken 18, 24 vorgenommen werden.
Das bei der Herstellung von Pflanzenkohle 27 aus Biomasse 26 entstehende Pyrolysegas wird kontinuierlich über die Ausleiteinrichtung 22 aus dem Reaktor 1 1 abgezogen und in an sich bekannter Weise zur Erzeugung von Energie verwendet. Vorzugsweise kann elektrische Energie zur Beheizung der Heizstäbe 20 erzeugt werden. Im Ergebnis konnte bei einem kontinuierlichen Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 über mehrere Tage Pflanzenkohle mit einem Kohlenstoffgehalt von 95 Gew.-% gewonnen werden.
Selbstverständlich ist es möglich, zwei oder mehr erfindungsgemäße Vorrichtungen 10 zu einer Reaktorbatterie zusammenzuschalten. In diesem Fall kann das anfallende Pyrolysegas gesammelt und besonders effizient zur Erzeugung elektrischer Energie, bspw. mittels einer Turbine, verwendet werden.
Liste der Bezugszeichen
10 Vorrichtung
1 1 Reaktor
12 Bodensäule
13 Bodenplatte
14 Stützstrebe
15 obere Abdeckung
15a Öffnung in 15
16 Zuführvorrichtung
17 Rohrleitung
18 Förderschnecke
19 Verschlusselement
20 Heizstäbe
21 Montageköpfe
22 Ausleiteinrichtung
23 untere Entnahmevorrichtung
24 Förderschnecke
25 Verschlussschieber
26 Biomasse
27 Kohle
H Höhe des Reaktors 1 1 1 Länge der Heizstäbe 20

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Pflanzenkohle durch Pyrolyse von Biomasse unter Sauerstoffabschluss, mit mindestens einem vertikal aufgestellten Reaktor, der eine obere Abdeckung mit einer Zuführvorrichtung für Biomasse, eine untere
Entnahmevorrichtung für Pflanzenkohle, eine Ausleiteinrichtung für Pyrolysegas sowie eine innenliegende Heizeinrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung als mindestens ein innerhalb des Reaktors vertikal angeordneter Heizstab ausgebildet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens vier, bevorzugt mindestens acht Heizstäbe vorgesehen sind.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Heizstab an der oberen Abdeckung des Reaktors befestigt angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge 1 des mindestens einen Heizstabes im Wesentlichen der halben Höhe H des Reaktors entspricht.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausleiteinrichtung für Pyrolysegas mit einer Vorrichtung zur Erzeugung von Energie, bevorzugt einer Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie zusammenwirkt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Heizstab mittels der erzeugten elektrischen Energie beheizbar ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Reaktoren vorgesehen sind, deren Ausleiteinrichtungen für Pyrolysegas gemeinsam mit einer Vorrichtung zur Erzeugung von Energie zusammenwirken.
8. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Pflanzenkohle durch Pyrolyse von
Biomasse unter Sauerstoffabschluss, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: a) Bereitstellen mindestens einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von
Pflanzenkohle durch Pyrolyse von Biomasse unter Sauerstoffabschluss, mit mindestens einem vertikal aufgestellten Reaktor, der eine obere Abdeckung mit einer Zuführvorrichtung für Biomasse, eine untere Entnahmevorrichtung für Pflanzenkohle, eine Ausleiteinrichtung für Pyrolysegas sowie eine innenliegende Heizeinrichtung aufweist, die als mindestens ein innerhalb des Reaktors vertikal angeordneter Heizstab ausgebildet ist, nach einem der Patentansprüche 1 bis 7;
b) Befüllen des mindestens einen Reaktors mit Biomasse mittels der Zuführvorrichtung; c) Erhitzen des mindestens einen Heizstabes auf mindestens 700°C unter Sauerstoffabschluss und pyrolytische Umsetzung der Biomasse zu Pflanzenkohle;
d) kontinuierliche Entnahme der Pflanzenkohle in einer definierten Menge pro Zeiteinheit durch die Entnahmevorrichtung bei gleichzeitiger kontinuierlicher Zufuhr von Biomasse in einer definierten Menge pro Zeiteinheit durch die Zuführvorrichtung und gleichzeitiger kontinuierlicher Ausleitung des entstehenden Pyrolysegases durch die Ausleiteinrichtung.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Inbetriebnahme des
Reaktors dieser in Schritt b) mit Kohle und einer darüber liegenden Lage aus Biomasse befüllt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dass der Reaktor in Schritt b) zu etwa 4/5 mit Kohle und zu etwa 1/5 mit Biomasse befüllt wird.
1 1. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) der mindestens eine Heizstab auf mindestens 900°C erhitzt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das in Schritt d) entnommene Pyrolysegas zur Erzeugung von Energie verwendet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das in Schritt d) entnommene Pyrolysegas zur Erzeugung von elektrischer Energie, vorzugsweise zur Beheizung des mindestens einen Heizstabs, verwendet wird.
14. Pflanzenkohle erhalten durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13.
15. Pflanzenkohle nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch einen Kohlenstoff gehalt von 95 Gew.-%.
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