WO2019001921A1 - Method and device for generating coal from biomass by means of hydrothermal carbonisation - Google Patents

Method and device for generating coal from biomass by means of hydrothermal carbonisation Download PDF

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WO2019001921A1
WO2019001921A1 PCT/EP2018/065015 EP2018065015W WO2019001921A1 WO 2019001921 A1 WO2019001921 A1 WO 2019001921A1 EP 2018065015 W EP2018065015 W EP 2018065015W WO 2019001921 A1 WO2019001921 A1 WO 2019001921A1
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autoclave
biomass
steam
carbonization
reaction space
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PCT/EP2018/065015
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Datcho Datchev
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Mitsubishi Hitachi Power Systems Europe Gmbh
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    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10LFUELS 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
    • C10L9/00Treating solid fuels to improve their combustion
    • C10L9/08Treating solid fuels to improve their combustion by heat treatments, e.g. calcining
    • C10L9/086Hydrothermal carbonization
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J3/00Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
    • B01J3/04Pressure vessels, e.g. autoclaves
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
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    • B01J2219/00051Controlling the temperature
    • B01J2219/00074Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids
    • B01J2219/00076Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids with heat exchange elements inside the reactor
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    • Y02E50/00Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Definitions

  • the invention is directed to a process for the production of coal from biomass by means of hydrothermal carbonization in an autoclave, the autoclave inside reaction space is filled at the beginning of each carbonation cycle comprising the conversion of the biomass in coal with biomass to be carbonized, wherein the carbonization reaction of the biomass in the Autoclave carried out in an at least predominantly steam atmosphere and the carbonization is effected by means of introduced into the biomass steam increased pressure.
  • the invention is directed to an autoclave for producing coal from biomass by hydrothermal carbonation in an at least predominantly steam-shaped medium, the autoclave inside reaction space for carrying out the hydrothermal carbonization is partially filled with reaction and / or process water and batchwise with biomass to be carbonized, and in which the carbonization reaction of the biomass can be carried out in an at least predominantly vaporous atmosphere and by means of increased pressure of steam introduced into the biomass, and the one comprising the biomass-receiving container and positioned in the autoclave during a carbonization cycle.
  • the invention is directed to a plant for the production of coal from biomass by means of hydrothermal carbonization under elevated pressure in an at least predominantly steam-shaped medium, in particular for carrying out the method defined above.
  • the HTC (hydrothermal carbonization) process is that the raw biomass (wood, parts of plants, eg straw, plant residues, etc.) in a pressure-resistant reaction vessel (autoclave) filled and here in an autoclave inside Reaction space is immersed in a water bath. The contents of the reaction space are brought to elevated temperature and pressure, so that the biomass carbonation process takes place. Subsequently, the reaction space is emptied and the generated biochar or biochar from the water or process water is filtered, mechanically dewatered and treated before it is then sent for further use.
  • autoclave pressure-resistant reaction vessel
  • the carbonation reaction or the carbonization process does not take place exclusively in a liquid, but predominantly or exclusively in a gaseous, in particular vaporous, medium.
  • heat is supplied to the reaction space by means of hot gas or heating steam (saturated steam or superheated steam).
  • the carbonization process is operated at a temperature of 180 ° C and an autoclave inside vapor pressure of 10 bar.
  • HTC hydrothermal carbonization
  • the volume of the autoclave interior reaction space not filled by the biomass is not completely filled with water during one carbonation cycle but filled with steam at the top and hot water at the bottom or none Liquid phase to a significant extent but only hot gas or water vapor in the reaction vessel.
  • VHTC vapohydrothermal carbonation
  • VTC vapothermal carbonation
  • the resulting wastewater is treated and purified, creating a "contaminated” condensate or wastewater, which is then at least partially recycled to the external heat exchanger by way of "contaminated" steam / condensate circuit for evaporation in the "contaminated” steam.
  • the respective steam generators required for the carbonization are therefore located outside the pressure vessel or autoclave.
  • a heat exchanger in line connection with a respective steam generator and generating steam for use in the autoclave or pressure vessel is located outside the autoclave or pressure vessel.
  • the steam required for carrying out the carbonation reaction is generated exclusively outside a respective autoclave or reaction vessel receiving and / or containing the biomass to be carbonized in the hydrothermal or vapothermal carbonization processes considered here.
  • This requires appropriately sized steam generators and / or heat exchangers, which produce a steam sufficiently high temperature and associated higher pressure, for example, greater than 180 ° C and greater than 10 bar, and can supply the pressure vessel or autoclave line.
  • Such units must therefore have corresponding pressure-resistant lines and pressure vessels, so that their production is technically relatively complex and therefore expensive.
  • the invention is therefore based on the object to provide a solution which provides improved steam generation for carrying out a hydrothermal
  • Carbonization of biomass to coal in an autoclave provides.
  • this object is achieved in that the carbonization of the biomass causing water pressure increased pressure during the respective carbonization at least temporarily in the filled with the biomass to be carbonized autoclave inside reaction space of the autoclave by means of at least one therein formed and arranged evaporator is produced.
  • the above object is achieved in an autoclave of the type described in more detail by the fact that the autoclave inside reaction chamber has an evaporator.
  • the object is achieved by a plant for the production of coal from biomass by means of hydrothermal carbonization under elevated pressure in an at least predominantly steam-shaped medium, in particular for carrying out a method according to one of claims 1-8, which several, with their respective autoclave inside reaction chambers in steam autoclave according to one or more of claims 9 - 22, one or more with at least the autoclave inside reaction space of one of the autoclave in steam-conducting line connection standing (n) heat accumulator and one or more with a steam generating unit, in particular a heat energy coupling part, an autoclave inside heat exchanger arranged Has at least one of the autoclave in vapor-conducting line connection standing (s) steam generator.
  • the Klarkondensat formed during the HTC process can be introduced directly into conventional, for example, municipal, sewage treatment plants, without the need for a previous additional process water or Klarkondensataufleung or treatment.
  • the evaporator or heat exchanger can be connected via lines with an external, for example in the context of industrial plants steam generator, which fed him in the circuit on the one hand steam and this is discharged after extraction of heat energy on the other side as condensate.
  • an external for example in the context of industrial plants steam generator, which fed him in the circuit on the one hand steam and this is discharged after extraction of heat energy on the other side as condensate.
  • the water vaporization of the biomass causing increased pressure during the respective carbonization cycle at least for a period of time at least 30% of the time of a carbonization cycle, during which water vapor of elevated pressure in the autoclave interior reaction space is required for the course of the carbonation reaction, is generated by means of the at least one evaporator arranged therein, which the invention also provides in the development of the process.
  • the condensate is divided into a cloudy condensate, the suspended solids and sludge or sewage sludge constituents, and this sludge or sewage sludge non-exhibiting Klarkondensat .
  • the process according to the invention therefore provides, in a further development, for liquid emerging from the biomass during the carbonization cycle to form a liquid formed in the autoclave interior reaction space
  • Convapor condensate collecting space is supplied and / or running on the inner wall regions of the autoclave inside the reaction chamber condensate formed in the autoclave inside reaction space
  • this steam generating unit can be used to collect and evaporate reaction water or turbidity condensate leaving the biomass. In this evaporation then remain the suspended matter or sludge or sewage sludge components in the water vapor generating unit and only the water-containing and / or liquid components (eg, resulting / resulting acetic acid can be evaporated) evaporated.
  • This vaporized original turbidity condensate then condenses partly on the inner walls surrounding the autoclave interior reaction space and is here - due to the no longer contained therein suspended solids or sludge and sewage sludge constituents - precipitated as Klarkondensat.
  • This Klarkondensat then runs along the walls and can in a Clark condensate collection space in the autoclave inside reaction space are collected.
  • biomass of various kinds can be converted into biochar or biochar in an autoclave according to the invention
  • biomass of different water content is used. This may result in more water being released from the biomass during a carbonation cycle than is actually necessary to produce the steam needed to carry out the hydrothermal carbonation reaction. That is, more steam is generated than actually necessary.
  • This can be compensated and used by connecting several autoclaves parallel to each other and each being in different time phases of the hydrothermal carbonization cycle. This can be used to ensure that excess steam arising or generated in an autoclave is supplied to a second autoclave of the parallel-connected autoclave which is still in the initial phase of a hydrothermal carbonization cycle, for example.
  • the invention therefore also provides in a development that a portion of the water vapor of the autoclave inside the reaction chamber carbonization cycle, in particular at the beginning of the carbonization cycle, the autoclave inside reaction space of one or more parallel autoclave of the same type is supplied and / or that a portion of the water vapor of the increased pressure resulting in the carbonization of the biomass is supplied to the autoclave-side reaction space of a parallel-connected autoclave of the same type during the respective carbonization cycle taking place in the autoclave interior reaction space.
  • the invention is also distinguished by the fact that part of the water vapor which causes the carbonization of the biomass has increased pressure during the respective reaction chamber in the autoclave inside expiring carbonation cycle, in particular at the beginning of the carbonization, the autoclave inside reaction chamber is supplied from a heat storage and / or that a portion of the carbonization of the biomass causing water vapor pressure is supplied during the respective running in the autoclave inside reaction space carbonation cycle from the autoclave inside reaction chamber a heat storage.
  • the autoclave inside reaction space at the beginning of each carbonization cycle comprising the conversion of the biomass into coal is not or only partially and partially filled with water of reaction to be evaporated.
  • the evaporator has a heat exchanger with associated, in particular integrated, and arranged in the autoclave inside reaction space
  • Steam generating unit comprises, in particular designed as such, whereby the autoclave is distinguished in development.
  • the autoclave is also characterized in an embodiment in that the heat exchanger decouples heat energy supplied to the water vapor generation unit.
  • the for the evaporation of water necessary heat energy can be provided in this way by means of a heat carrier fluid supplied externally, in particular as generated by an external steam generator steam.
  • a particularly compact and advantageous embodiment of a heat exchanger with integrated steam generating unit can be provided in that the heat exchanger comprises a thermal energy coupling part which can be flowed through by a heat carrier fluid, preferably heat pipes, and which couples thermal energy to the steam generating unit, in heat-conducting connection with the steam generator unit stands.
  • the water vapor generating unit is designed as a unit integrated in the heat exchanger and its heat energy coupling part and formed on the top side on the heat energy coupling part in the form of a, in particular hydrous, liquid-holding trough, which the invention furthermore provides.
  • the trough can be formed, in particular, as a sump pan formed below the container holding the biomass, into which reaction water and turbidity condensate emerging from the biomass is collected. This water of reaction exiting from the biomass during the hydrothermal carbonation process exits as a turbid condensate provided with particulate matter or sludge components or sewage sludge constituents.
  • This turbidity condensate is collected in the tub or sump and vaporized during the ongoing hydrothermal carbonation process due to heat energy input from the heat energy coupling part of the heat exchanger again.
  • the suspended solids and sludge or sewage sludge components in the tub or sump remain, while the other condensate constituents, in particular the hydrous constituents, evaporate.
  • These then strike, inter alia, at the walls of the reaction space surrounding the autoclave inside the reaction space, which at the same time can also be the walls of the autoclave, down and condense there, since they no longer contain any suspended matter or sludge or sewage sludge constituents, as clear condensate.
  • a wastewater treatment can be carried out simultaneously in the autoclave and in the autoclave inside reaction space with the running hydrothermal or vapothermal carbonization process, the turbidity condensate formed during the carbonation process at least partially, preferably predominantly and mostly, recycled to a clear concentrate.
  • the cloudy condensate collected or collected in the tub or sump pan can be freed from the turbulences by the evaporation taking place here and can be obtained as a condensate by condensation on the inner walls or inner walls of the reaction space or of the autoclave.
  • the water vapor generating unit of the heat exchanger preferably the heat energy coupling part and the water vapor generating unit of the heat exchanger, are arranged in the autoclave inside reaction space below the receiving the biomass to be carbonized container and at a distance from the autoclave inside bottom surface of the reaction chamber, whereby the invention also distinguished.
  • This makes it possible, on the one hand, to collect turbidity condensate leaving the biomass and, on the other hand, to collect undiluted clear condensate below the steam generating unit.
  • the autoclave is further characterized by the fact that the water steam generating unit is assigned means that its water of reaction emerging from the biomass during the carbonization cycle or add turbidity condensate.
  • baffles which form wall regions of the container and supply liquid to the liquid-receiving and / or holding region of the trough.
  • the liquid receiving or holding region of the trough or sump is a turbidity condensate collection so that the autoclave according to the invention is further characterized in that the water vapor generating unit, in particular the liquid receiving and / or holding portion of the tub, one from the biomass exiting liquid, in particular reaction water and / or turbidity condensate, forming Trübkondensatsammelraum forms.
  • the forming Klarkondensat is suitably collected in a preferably formed below the evaporator or heat exchanger in the autoclave inside reaction chamber Klarkondensathammelraum.
  • the autoclave is therefore also characterized in an embodiment in that in the wall region of the autoclave inside the reaction chamber, in particular below the evaporator, preferably below the steam generator unit of the heat exchanger, in particular below the
  • the invention further provides that the turbidity condensate collecting space carries a condensate removal line leading out of the autoclave and / or the clear condensate collecting space leading out of the autoclave
  • Clark condensate removal line comprises.
  • the amount of steam required for carrying out a carbonization cycle is at least substantially and preferably predominantly exclusively within the autoclave interior reaction space and thus to produce within the autoclave, it is helpful if the arranged in the autoclave or in the autoclave inside reaction chamber evaporator or arranged in the autoclave or in the autoclave inside reaction chamber steam generation unit is designed accordingly.
  • the invention therefore provides in a further embodiment of the autoclave, that the evaporator, in particular the heat energy coupling part and the water vapor generating unit of the heat exchanger, are designed so that the required for the batch execution of a carbonization cycle of the introduced with the container biomass in the autoclave inside reaction space water vapor amount at least Substantially, preferably predominantly, if desired completely, in the autoclave inside reaction space can be generated.
  • Substantially or predominantly in this context means that an amount of more than 50% by weight of the amount of steam required or consumed / consumed during a carbonation cycle can be produced on the inside of the autoclave by means of the evaporator and thus can be produced.
  • the autoclave can be filled and operated with a wide variety of biomass, it may be that such a water content is introduced into the autoclave interior reaction space with the biomass, that the amount of steam producible therefrom, at least in phases, during a carbonation cycle is greater than that currently for the carbonization required amount of steam.
  • a plurality of autoclaves are connected to one another via a steam-conducting line and, in particular, are arranged connected in parallel.
  • Such a steam line can preferably be a vapor-displacement line, so that the invention further provides, in an embodiment of the autoclave, that the autoclave is connected to a vapor-displacement line, via which its autoclave-interior reaction space with the autoclave inside
  • Reaction space of at least a second autoclave of the same type and / or a heat storage is connected. Since the biomass in the container, with which it is introduced into the autoclave inside reaction space, may be compressed, there is a possibility that the steam penetration depth and Vampstof Penetration possibility of the steam is impeded in the biomass due to the compacted bulk material. To counter this problem, the invention finally also provides in a further embodiment of the autoclave that a plurality of steam guide tubes extending therethrough and at least one end, preferably both ends, are provided for incoming steam and perforated in their tube wall.
  • FIG. 1 in a schematic representation of a flow chart of the method according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic representation of a cross section through an autoclave according to the invention
  • Fig. 3 is a schematic representation of a longitudinal section through the
  • FIG. 4 shows a schematic representation of an inventive system.
  • the inventive method illustrated in FIG. 1 in the form of a schematic flow diagram comprises as its core an autoclave 1 which has an evaporator 31 in its autoclave-side reaction space 2.
  • This makes it possible for the steam of increased pressure required for the carbonization of biomass 4 introduced into the autoclave interior reaction chamber 2 to be at least temporarily, preferably substantially and / or predominantly, in the autoclave inside reaction space 2 of the biomass 4 to be carbonized during a particular carbonization cycle Autoclave 1 to produce.
  • substantially and “predominantly” are intended to express that it is in principle possible to generate the entire required steam completely within the autoclave inside reaction space, but that it may be appropriate and useful under certain conditions, external steam of As is explained further below, “essentially” and “predominantly” means that in each carbonization cycle, either during the predominant time of an entire respective carbonization cycle, the steam in the inner side of the autoclave Reaction space 2 is generated and not supplied from the outside or discharged to the outside or that at least the largest part of the required during a carbonization cycle steam is generated in the autoclave inside reaction chamber 2.
  • essentially or predominantly means that steam is generated for more than 50% of the time of a carbonization cycle on the inside of the autoclave by means of the evaporator, and / or that a vapor quantity of more than 50% by weight is required or consumed during a carbonation cycle.
  • processed (water) steam autoclave inside by means of the evaporator is generated.
  • this water vapor increased pressure in the autoclave inside reaction space 2 by means of at least one evaporator 31, in particular a heat exchanger or heat exchanger 3 with a water vapor generating unit 11 generates.
  • the evaporator 31 comprises the heat exchanger 3, which via a steam / condensate circuit 9 with an external steam generator 8 is connected.
  • the external steam generator 8 supplies heat to the heat exchanger 3, which decouples heat energy in the autoclave-side reaction space 2, condenses here and then is recycled as condensate back to the steam generator 8.
  • a carbonization cycle includes the steps: a) loading of the autoclave inside reaction chamber 2 of the autoclave 1 with biomass 4;
  • step e) after completion of the actual carbonation reaction of the hydrothermal carbonation process, i. after the end of the holding time, the pressure in the autoclave 1 is reduced to atmospheric pressure, so that the autoclave 1 can be opened and the biochar 5 and the sewage sludge 6 removed.
  • a renewed carbonization cycle then begins with a recharging of the autoclave 1 with a container 16 filled with biomass 4.
  • An autoclave 1 suitable for carrying out the process according to the invention is shown schematically in cross-section in FIG.
  • autoclave 1 with a round cross section may be a pressure vessel, as it is known for example as a cylindrical autoclave from the lime sandstone production.
  • interior reaction chamber 2 of the heat exchanger 3 comprehensive evaporator 31 is arranged at a distance from the bottom region of the autoclave wall 10 in the lower part of the autoclave inside reaction chamber 2.
  • the heat exchanger or heat exchanger 3 comprises a water vapor generating unit 1 1 and a heat energy coupling part 12, wherein the water vapor generating unit 1 1 is formed on the upper side on the heat energy coupling part 12 in the form of an upper side open, water-containing liquid-holding pan 13.
  • the water vapor generating unit 1 1 and the heat energy coupling part 12 are formed as a heat exchanger 3 forming unit.
  • the one or more thermal energy coupling part 12 is constructed in the embodiment of several so-called omega-tubes 14, which directly form the bottom surface of the trough 13 on its side facing the water vapor generating unit 1 1 and are surrounded in the other areas outside of a thermal insulation 15. But it is also possible that the top of the omega tubes 14 does not directly form the bottom of the tub 13, but that rests on this top a tub bottom.
  • the flow cross-section of the omega tubes 14 is connected to the steam / condensate circuit 9 of the external steam generator 8, so that the omega tubes 14 are traversed or flooded by steam.
  • this steam of the steam / condensate circuit 9 emits heat energy, which is the
  • Thermal energy coupling part 12 to the steam generating unit 1 1 decouples or forwards.
  • the then in the flow cross section of the Omega tubes 14 condensing steam is then recycled as condensate to the external steam generator 8.
  • other tube shapes for the formation of the heat energy coupling part 12 and the supply of steam can be used instead of the omega tubes 14 described in the embodiment.
  • a container 16 filled with the biomass 4 to be carbonized is arranged to carry out a carbonization process.
  • the container 16 is even placed directly on the edge region of the trough-shaped trough 13.
  • the container 16 is in the form of a basket and comprises or contains the biomass 4.
  • the container 16 is for the most part perforated or lattice-shaped in its wall area, which is shown in FIG 2 by the biomass 4 surrounding dashed line is indicated.
  • the container 16 is provided with closed, liquid-conducting wall regions or baffles 17, which are indicated as a solid line. These baffles 17 taper the cross-section of the container 16 such that its bottom-side opening is positioned above the opening of the trough-shaped tray 13. The positioning of the container 16 shown in FIG.
  • the baffles 17 thereby represent means which supply the water vapor generating unit 11 or the tub 13 during a Carbontechnischszyklus from the biomass 4 emerging reaction water or turbidity condensate 18 or forward. Process or reaction water leaving the biomass 4 during a carbonization cycle is thus collected as so-called turbidity condensate 18 in the tub 13.
  • the tub 13 thus also forms a turbidity condensate collection chamber 19 or a sump tray.
  • the process or reaction water or turbidity condensate 18 collected in the trough 13 or possibly added at the beginning of a carbonation process is vaporized by the thermal energy provided by the steam supplied to the thermal energy coupling part 12 by the external steam generator 8, thereby making it necessary for the hydrothermal carbonation reaction to proceed Steam in the autoclave inside reaction space 2 - at least substantially and / or predominantly - ready. This vapor penetrates into the biomass 4 and reacts with the biomass 4 in the context of the carbonization reaction to the biochar 5. Resulting reaction water or condensate is recycled as turbidity condensate 18 in the tub 13.
  • the evaporation of the turbidity condensate 18 can be adjusted such that at the end of the carbonization cycle in the tub 13 the sewage sludge 6 is present, to which the turbid condensate 18 has been processed by evaporation and leaving behind suspended matter or sludge during the carbonization cycle.
  • This sewage sludge 6 can be removed after completion of each carbonization cycle, for example by means of a slide from the tub 13 and fed to a further treatment or disposal.
  • a Trübkondensatentddlingtechnisch 22 leading out of the autoclave 1 is connected, through which, if desired, turbidity condensate 18 during a carbonation cycle from the trough 13 and thus then also from the autoclave 1 can be derived.
  • this cloudy condensate removal line 22 can also be used as a feed line for introducing process water into the trough 13 at the beginning or before a carbonization cycle so that it can evaporate before the turbidity condensate 18 is obtained during the carbonation cycle.
  • the autoclave 1 a Klarkondensatentddlingtechnisch 23, by means of which the Klarkondensathsammelraum 21 contaminated Klarkondensat 7 can be removed, which can then be disposed of in a municipal sewage treatment plant.
  • the autoclave 1 In order to be able to discharge air from the autoclave-side reaction space 2, if desired, the autoclave 1 also has a vent 20.
  • an autoclave 1 can be part of a system 24 which comprises a plurality of autoclaves 1, 25, 26 or one or more heat accumulators 27.
  • the various units are interconnected in parallel and connected to each other via a steam shuttle 28, wherein in each case a steam line 29 branches off from the steam shuttle 28 and opens into the respective autoclave 1, 25, 26 or a respective heat storage 27.
  • steam guide tubes 30 are arranged in the container 16, in which the water vapor generated in the autoclave inside the reaction chamber 2 free from both ends of a each steam guide tube 30 flow into this and then can flow through the perforated wall of each steam guide tube 30 into which the respective steam guide tube 30 surrounding biomass 4.
  • the autoclaves 1, 25 and 26 interconnected or interacting in the plant 24 are autoclaves of at least substantially the same design, all of which have the same design as the autoclave 1 illustrated in connection with FIG. 2 and explained above.
  • the water vapor generating unit 11 with the trough 13 extends substantially along most of the longitudinal extent of the autoclave 1 and is formed in this longitudinal direction at least as long as the container 16 containing the biomass 4.
  • the heat energy coupling part 12 extends in the longitudinal direction of the autoclave 1, wherein the trough 13 only by a front, beveled inclined end
  • the heat exchanger 3 then also has a longitudinal extension which corresponds approximately to, preferably at least, the longitudinal extension of the container 16 in the longitudinal direction of the autoclave 1 and also covers the essential part of the longitudinal extension of the autoclave 1.
  • the inclined part 31 forms the front, the opening door or opening flap of the autoclave 1 associated side of the heat exchanger 3 and the trough 13 from.
  • the container 16 is shown in the embodiment as designed with predominantly perforated or lattice-structured side walls container 16.
  • baffles 17 wall portions are formed not only in the lower third, but over the entire side surfaces of the container 16, so that he only one perforated top, or even a completely open top, and a perforated underside that prevents biocleamage from falling through.
  • both a so-called cold start for initiating or initiating a hydrothermal carbonization cycle and a so-called warm start can be carried out.
  • a cold start no water vapor is supplied from the outside to the autoclave-side reaction space 2.
  • the autoclave 1 is, for example, part of a multiple autoclave 1, 25, 26 and / or a heat storage 27 comprehensive system 24, but may also be a warm start of the autoclave 1 by means of the outside via the steam shuttle 28 of a further autoclave 25, 26th or the heat storage 27 supplied steam are performed.
  • the door, not shown, of the autoclave 1 is closed and locked, so that the autoclave 1 is closed pressure-resistant.
  • the heat energy coupling part 12 of the heat exchanger or heat exchanger 3 is acted upon by steam of the steam / condensate circuit 9 of the external steam generator 8.
  • the supplied water vapor gives off most of its heat energy in the heat energy coupling part 12 and condenses into a clean condensate, which is returned to the external steam generator 8. Due to the heating of the heat energy coupling part 12 of the heat exchanger 3, heat energy is coupled into the heat exchanger 3, and indeed by the heat energy coupling part 12 in the Wasserdampfermaschineungseinhelt 1 1, and registered.
  • the vapor pressure in the autoclave inside reaction chamber 2 is controlled and adjusted.
  • the water-containing component contained in the water vapor flows through the biomass, here starts the hydrothermal carbonation reaction and condenses in the biomass 4, but also on the container 16 and on the inside of the container 10. From the container 16 and the biomass 4, this condensate occurs as water of reaction or turbidity condensate 18 and is then collected in the formed by the tub 13 Trübkondensatsraumel 19.
  • turbidity condensate 18 can either be withdrawn from the trough 13 via the turbidity condensate removal line 22 or process water can be supplied to the trough 13. This happens depending on which steam atmosphere is to be set in the autoclave inside reaction space 2 and whether the water required for this is present sufficiently or in excess. Is too much water, in particular
  • Turbidity condensate 18 is present, turbidity condensate 18 is removed. If too little water is contained in the biomass 4 and too little turbidity condensate 18 forms, then process water is supplied from the outside.
  • the collecting in the bottom region of the autoclave 1 Klarkondensat 7 is continuously from the autoclave inside reaction space 2 and thus derived and discharged to the autoclave 1.
  • the desired and necessary water vapor pressure, the desired and necessary steam temperature and the desired and necessary holding time are set in the autoclave 1 or in the autoclave inside reaction space 2.
  • the heating can then also be regulated so that, if desired, the entire turbidity condensate 18 is vaporized at the end of a carbonization cycle and in the tub 13 only the sewage sludge 6 is located. After then, finally, the heating of the evaporator 31 and the heat exchanger 3 is turned off and the pressure in
  • Autoclave 1 is reduced to atmospheric pressure, the autoclave 1 is opened and the cage or container 16 with the now hydrothermally biochar 5 carbonized biomass 4 taken from the autoclave 1. It can then be decided whether the sewage sludge 6 present in the tank 13 is removed or if necessary still remaining in the tank 13 for a next carbonization cycle.
  • a warm start is performed when at least one of the autoclaves 1, 25 and 26 is already in operation, i.e. in the plant shown in FIG. is in an ongoing carbonization cycle, and / or a loading
  • Heat storage 27 is available.
  • a warm start can then be placed in a carbonization cycle autoclave, here now the autoclave 1, both of the external steam generator 8 by means of the autoclave inside the reaction chamber 2 integrated evaporator 31 and Heat exchanger 3 are heated and are acted upon by one of the adjacent autoclave 25, 26 or the heat storage 27 via the steam shuttle line 28 and the steam line 29 directly and directly with steam.
  • the use of the various heat sources for the generation or supply of water vapor can be flexibly handled and used here. The use is determined by the type and amount of turbidity condensate 18 in the tub 13, the composition of the biomass 4 and the thermal state of the system 24, ie the steam potential available within installation 24.
  • Reaction space 2 by means of the still supplied from one of the autoclave 25, 26 or the heat storage 27 steam.
  • part of the water vapor condenses due to heat release to the biomass 4, the biomass container 6 or the inside of the autoclave wall 10 and is collected as cloudy condensate 18 or water of reaction in the tub 13 or as contaminated clear condensate 7 in the bottom region of the autoclave 1.
  • the contaminated clear condensate 7 obtained in the bottom region of the autoclave 1 is preferably removed from the autoclave 1 continuously via the clear condensate removal line 23.
  • the supply of water vapor from an adjacent autoclave 25, 26 and / or the heat storage 27 is set, since there is no corresponding water vapor more is available, and the necessary for the generation of steam heat input via the supply of steam from the external steam generator 8 in the heat exchanger 3.
  • the cold start is by the heating of the integrated heat exchanger
  • the water vapor pressure, the steam temperature and the holding time in the autoclave 1 are set and regulated.
  • the warm start now runs like the cold start.
  • steam can be delivered to the vapor displacement line 28 and adjacent autoclaves 25, 26 or the heat accumulator 27, and after the desired holding time has elapsed, the pressure is reduced in an analogous manner to the cold start in the autoclave inside reaction space 2.
  • the autoclave-side reaction space 2 is then at atmospheric pressure, the autoclave 1 can be opened and the biomass 4 carbonated to biochar 5 or green goal or biochar can be removed. It can be seen from the above that the cold start and the warm start differ only in how the required water vapor is provided at the beginning of a carbonization cycle.
  • this autoclave 1 is completely produced within the one carbonation cycle, whereas the steam is initially provided and supplied by a previously identical autoclave 25, 26 or a heat accumulator 27 in the case of a warm start initially, and thus partially over the entire carbonization cycle becomes.
  • the heat storage 27 and the steam return line 28 with connected steam lines 29 include
  • Appendix 24 such a warm start, for example, be carried out according to the following embodiment. It is here that the autoclave 1 is to be started, the autoclave 25 is in the middle of its carbonization cycle and the autoclave 26 at the end of his Carbonization cycle is located. The autoclave 1 is depressurized at the beginning of the warm start and thus at the beginning of the carbonization cycle, the autoclave 25 has in its autoclave inside reaction chamber 2 a steam atmosphere of 16 bar and 200 ° C, the autoclave 26 has in its autoclave inside reaction chamber 2 a water vapor atmosphere of 16 bar and 200 ° C and the heat storage 27 provides water vapor at a pressure of 4 bar and a temperature of 145 ° C available.
  • the autoclave 1 is then supplied with steam from the autoclave 26 at the end of its cycle, the water vapor pressure in the autoclave 26 being reduced from 16 bar to 8 bar.
  • the water vapor pressure in the autoclave 1 increases from 3 bar to 7 bar (duration about 10 min).
  • the autoclave 1 is then supplied with 16 bar of water vapor from the autoclave 25.
  • Reaction space 2 of the autoclave 1 is increased within 20 minutes from 7 bar to about 16 bar and then adjusted to 16 bar water vapor pressure (duration about 120 min). As already described above in connection with the cold and warm start, condenses a part of the water vapor by heat to the biomass 4, the biomass container 16 or the
  • Autoclave 10 and falls on the one hand as turbidity condensate 18 in the tub 13 or as a contaminated Clarkondensat 7 in Klarkondensathsammelraum 21 in the bottom region of the autoclave 1 at.
  • turbidity condensate 18 from the tub 13th be removed and discharged or fed or supplied to this process water.
  • the clear condensate 7 is continuously discharged from the autoclave 1.
  • the integrated water vapor generating unit 1 1 of the heat exchanger 3 in the autoclave 1 by supplying steam from the external steam generator 8 - as in connection with the cold and Warm start described - set in motion.
  • the liquid begins to evaporate in the tub 13 and the autoclave 1 can now during this period of the carbonization cycle of about 240 min steam with a pressure of 16 bar to the steam shuttle line 28.
  • the water vapor pressure ie the pressure in the autoclave 1 gradually over the stages 8 bar and 5 bar reduced to 1 bar (duration in each case about 10 min).
  • steam can be delivered to one of the adjacent autoclaves 25, 26 and / or the heat accumulator 27.
  • the heating of the internal evaporator 31 or heat exchanger 3 is then in turn adapted to the desired evaporation of the turbidity condensate 18 and carried out according to the specific requirements of its evaporation. Finally, the heating of the internal heat exchanger 3 is turned off and the pressure in the autoclave 1 is reduced to atmospheric pressure, so that the autoclave 1 is opened and the reaction product, the biomass 4 carbonated to green coal or biochar 5 or biochar biomass 4, together with the surrounding container 16, the Autoclave 1 can be removed.
  • an autoclave 1 with a length of 12 m and a
  • the hydrothermal carbonization cycle has a length of about 480 min and comprises the following steps:
  • coal 5 so-called biochar or biochar or green coal can thus be produced in the course of a batch-wise batch production from biomass 4 by means of hydrothermal carbonization.
  • the generated and used steam is predominantly and preferably saturated steam.
  • the turbid condensate 18 Due to the fact that the clear condensate 7 formed by condensation on the inside of the autoclave wall 10 is collected separately from the reaction water leaving the biomass 4 (steam condensate + split-off organic water), the turbid condensate 18, it is found in which, after adequate dilution of the Trübkondensats 18 in the tub 13 forming sewage sludge 6 salts and ash formers such as sodium and potassium chlorides, so that the sewage sludge 6 has a pH of 3-4.
  • the exemplary embodiment above merely comprises a container 16 for receiving the biomass 4, it is also possible for a plurality of containers 6 to be arranged adjacent to one another over the longitudinal extent of the autoclave 1 above the trough 13.
  • the carbonization process or the actual carbonization reaction is carried out with steam in the temperature range from 160 ° C to 370 ° C, preferably to 370 ° C, and 10 bar - 60 bar.
  • the sewage sludge 6 can be further processed for the recovery of the components therein, for example for the production of phosphorus.
  • the term "coal" 5 produced in the context of the carbonization process also means peat-like material, because depending on the conditions (pressure, temperature, holding time etc.) under which the carbonization process is carried out in each case, the obtained converted biomass of peat-like / peat-like to carbonaceous / coal-like.

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Abstract

In a method for generating coal (5) from biomass (4) by means of hydrothermal carbonisation in an autoclave (1), wherein the reaction chamber (2) inside the autoclave is filled with biomass (4) to be carbonised in batches at the beginning of every carbonisation cycle involving the conversion of the biomass (4) into coal (5), wherein the carbonisation reaction of the biomass (4) in the autoclave (1) is carried out in an atmosphere at least predominantly formed of water vapour, and the carbonisation is caused by increased-pressure water vapour introduced into the biomass (4), a solution is created which provides improved steam generation for carrying out a hydrothermal carbonisation of biomass to form coal in an autoclave. This is achieved in that the increased-pressure water vapour causing the carbonisation of the biomass (4) is generated during the respective carbonisation cycle, at least periodically in the reaction chamber (2) of the autoclave (1) arranged inside the autoclave and filled with biomass (4) to be carbonised, by means of at least one evaporator (31) arranged and designed therein.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Kohle aus Biomasse mittels hydrothermaler Carbonisierung  Method and apparatus for producing coal from biomass by hydrothermal carbonation
Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Erzeugung von Kohle aus Biomasse mittels hydrothermaler Carbonisierung in einem Autoklav, dessen autoklaveninnenseitiger Reaktionsraum zu Beginn eines jeden die Umwandlung der Biomasse in Kohle umfassenden Carbonisierungszyklus chargenweisen mit zu karbonisierender Biomasse befüllt wird, wobei die Carbonisierungsreaktion der Biomasse in dem Autoklav in einer zumindest überwiegend wasserdampfförmigen Atmosphäre durchgeführt und die Carbonisierung mittels in die Biomasse eingeleitetem Wasserdampf erhöhten Drucks bewirkt wird. The invention is directed to a process for the production of coal from biomass by means of hydrothermal carbonization in an autoclave, the autoclave inside reaction space is filled at the beginning of each carbonation cycle comprising the conversion of the biomass in coal with biomass to be carbonized, wherein the carbonization reaction of the biomass in the Autoclave carried out in an at least predominantly steam atmosphere and the carbonization is effected by means of introduced into the biomass steam increased pressure.
Weiterhin richtet sich die Erfindung auf einen Autoklav zur Erzeugung von Kohle aus Biomasse mittels hydrothermaler Carbonisierung in einem zumindest überwiegend wasserdampfförmigen Medium, dessen autoklaveninnenseitiger Reaktionsraum zur Durchführung der hydrothermalen Carbonisierung teilweise mit Reaktions- und/oder Prozeßwasser und chargenweise mit zu karbonisierender Biomasse befüllbar ist, und in welchem die Carbonisierungsreaktion der Biomasse in einer zumindest überwiegend wasserdampfförmigen Atmosphäre und mittels in die Biomasse eingeleitetem Wasserdampf erhöhten Drucks durchführbar ist, und der einen, die zu karbonisierende Biomasse aufnehmenden und während eines Carbonisierungszyklus im Autoklav positionierten Behälter umfasst.  Furthermore, the invention is directed to an autoclave for producing coal from biomass by hydrothermal carbonation in an at least predominantly steam-shaped medium, the autoclave inside reaction space for carrying out the hydrothermal carbonization is partially filled with reaction and / or process water and batchwise with biomass to be carbonized, and in which the carbonization reaction of the biomass can be carried out in an at least predominantly vaporous atmosphere and by means of increased pressure of steam introduced into the biomass, and the one comprising the biomass-receiving container and positioned in the autoclave during a carbonization cycle.
Schließlich richtet sich die Erfindung auf eine Anlage zur Erzeugung von Kohle aus Biomasse mittels hydrothermaler Carbonisierung unter erhöhtem Druck in einem zumindest überwiegend wasserdampfförmigen Medium, insbesondere zur Durchführung des vorstehend definierten Verfahrens. Finally, the invention is directed to a plant for the production of coal from biomass by means of hydrothermal carbonization under elevated pressure in an at least predominantly steam-shaped medium, in particular for carrying out the method defined above.
Seit einigen Jahren werden Verfahren und Vorrichtungen entwickelt, um aus prinzipiell jedweder verfügbarer, naturbelassener Biomasse mittels des Prozesses der „hydrothermalen Carbonisierung" (HTC) Kohle, sog. Pflanzenkohle oderFor some years, methods and devices have been developed to, in principle, any available, natural biomass by the process of "hydrothermal carbonization" (HTC) coal, so-called biochar or
Biokohle oder„Green Coal" herzustellen. In seinem Ursprung besteht das HTC (hydrothermale Carbonisierung)-Verfahren darin, dass Rohbiomasse (Holz, Pflanzenteile, z.B. Stroh, Pflanzenresle etc.) in einen druckfesten Reaktionsbehälter (Autoklav) gefüllt und hier in einem autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum in ein Wasserbad getaucht wird. Der Inhalt des Reaktionsraums wird auf erhöhte Temperatur und erhöhten Druck gebracht, so dass der Carbonisierungsprozess der Biomasse abläuft. Anschließend wird der Reaktionsraum entleert und wird die erzeugte Pflanzenkohle oder Biokohle aus dem Wasserbad oder Prozesswasser gefiltert, mechanisch entwässert und aufbereitet, bevor sie dann der weiteren Verwendung zugeführt wird. In its origin, the HTC (hydrothermal carbonization) process is that the raw biomass (wood, parts of plants, eg straw, plant residues, etc.) in a pressure-resistant reaction vessel (autoclave) filled and here in an autoclave inside Reaction space is immersed in a water bath. The contents of the reaction space are brought to elevated temperature and pressure, so that the biomass carbonation process takes place. Subsequently, the reaction space is emptied and the generated biochar or biochar from the water or process water is filtered, mechanically dewatered and treated before it is then sent for further use.
Weiterentwicklungen dieses Verfahrens bestehen darin, dass die Carbonisierungsreaktion bzw. der Carbonisierungsprozess nicht ausschließlich in einem flüssigen, sondern überwiegend oder ausschließlich in einem gasförmigen, insbesondere dampfförmigen, Medium stattfindet. Hierbei wird dem Reaktionsraum Wärme mittels Heißgas oder Heizdampf (Sattdampf oder überhitzter Dampf) zugeführt. Beispielsweise wird der Carbonisierungsprozess bei einer Temperatur von 180 °C und einem autoklaveninnenseitigen Dampfdruck von 10 bar betrieben. Im Gegensatz zu der ursprünglichen hydrothermalen Carbonisierung (HTC) ist bei diesem Verfahren das von der Biomasse nicht ausgefüllte Volumen des autoklaveninnenseitigen Reaktionsraumes während eines Carbonisierungszyklus nicht vollständig mit Wasser, sondern im oberen Bereich mit Dampf und im unteren Bereich mit Heißwasser ausgefüllt oder es befindet sich keine Flüssigphase in nennenswertem Umfang sondern ausschließlich Heißgas oder Wasserdampf im Reaktionsbehälter. Diese Verfahren werden als vapohydrothermale Carbonisierung (VHTC) oder bei Vorliegen einer alleinigen Dampfphase als vapothermale Carbonisierung (VTC) bezeichnet. Diese Verfahren stellen aber weiterhin Ausführungsformen dar, die unter dem Oberbegriff„Hydrothermale Carbonisierung" (HTC) zu subsumieren sind, weshalb in der hier vorliegenden Anmeldung ausschließlich von einem Verfahren zur hydrothermalen Carbonisierung die Rede ist, obwohl die Carbonisierungsreaktion und der Carbonisierungsprozess in einem überwiegend oder ausschließlich dampfförmigen Medium stattfinden. Zur Beschleunigung des Carbonisierungsprozesses kann dem Dampf oder sonstigem beteiligtenFurther developments of this process are that the carbonation reaction or the carbonization process does not take place exclusively in a liquid, but predominantly or exclusively in a gaseous, in particular vaporous, medium. In this case, heat is supplied to the reaction space by means of hot gas or heating steam (saturated steam or superheated steam). For example, the carbonization process is operated at a temperature of 180 ° C and an autoclave inside vapor pressure of 10 bar. In contrast to the original hydrothermal carbonization (HTC), in this process the volume of the autoclave interior reaction space not filled by the biomass is not completely filled with water during one carbonation cycle but filled with steam at the top and hot water at the bottom or none Liquid phase to a significant extent but only hot gas or water vapor in the reaction vessel. These methods are referred to as vapohydrothermal carbonation (VHTC) or, in the presence of a single vapor phase, as vapothermal carbonation (VTC). However, these methods continue to represent embodiments that are subsumed under the generic term "hydrothermal carbonization" (HTC), which is why in the present application, only a method for hydrothermal carbonization is mentioned, although the carbonation reaction and the carbonation process in a predominantly or To accelerate the carbonation process, the steam or other involved
Reaktionswasser ein Katalysator, beispielsweise Zitronensäure, zugesetzt werden. Ein derartiges Verfahren ist aus der DE 10 2009 010 233 A1 bekannt. Bei diesem Verfahren wird der Dampf außerhalb des druckfesten Behälters (Autoklav) mittels eines Dampferzeugers erzeugt. Der heiße Wasserdampf wird in den autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum und die dort befindliche Biomasse eingeleitet und unter Ausbildung eines Wasserdampf/Kondensat-Kreislaufs aus dem Autoklav herausgeführt und nach Aufbereitung in einer Abwasserreinigung oder Abwasseraufbereitung dann teilweise dem Dampferzeuger wieder zugeführt und von diesem wiederum als Dampf in den Autoklav und den autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum eingeleitet. Hierbei wird zunächst sauberer Dampf erzeugt, der dann nach Durchströmen der Biomasse und Austritt als Dampf/Kondensat aus dem Autoklav verunreinigt ist. Dieser durch die Biomasse „verunreinigte" Dampf bzw. dieses Kondensat, das zudem durch Wasseraufnahme aus der Biomasse sich mengenmäßig vermehrt hat, muss dann aufwendig gereinigt werden, bevor dann ein gereinigter Dampf/Kondensat-Anteil wiederum dem Dampferzeuger zur Erzeugung von neuem Frischdampf zugeführt werden kann. Water of reaction, a catalyst, such as citric acid, are added. Such a method is known from DE 10 2009 010 233 A1. In this method, the steam outside of the pressure-tight container (autoclave) is generated by means of a steam generator. The hot steam is introduced into the autoclave inside reaction space and the biomass located there and led out to form a steam / condensate cycle from the autoclave and after treatment in a wastewater treatment or wastewater treatment then partially fed back to the steam generator and this in turn as steam in the autoclave and introduced the autoclave inside reaction space. Here, first clean steam is generated, which is then contaminated after flowing through the biomass and exit as steam / condensate from the autoclave. This "contaminated" by the biomass steam or condensate, which has also increased in volume by water absorption from the biomass, then has to be cleaned consuming, before then a purified steam / condensate fraction in turn fed to the steam generator to produce new live steam can.
In der Praxis ist dieses Verfahren daher bereits dahingehend weiterentwickelt worden, dass ein ausschließlich„sauberen" Dampf und Kondensat verarbeitender Dampferzeuger mit seinem Wasser/Dampf-Kreislauf an einen außerhalb eines Autoklavs angeordneten Wärmeübertrager angeschlossen ist. In diesem Wärmeübertrager zirkuliert ein„verunreinigter" Wasserdampf/Kondensat-Kreislauf, wobei in dem Wärmeübertrager mit Hilfe des vom Dampferzeuger zugeführten Dampfes„verunreinigter" Dampf erzeugt wird. Dieser Dampf wird dann im Wege des „verunreinigten" Wasserdampf/Kondensat-Kreislaufs von außen in einen autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum des Autoklavs und in die Biomasse zur Auslösung der Carbonisierungsreaktion und Durchführung der Carbonisierung eingeleitet. Das dabei entstehende Abwasser wird aufbereitet und gereinigt, wobei ein„verunreinigtes" Kondensat oder Abwasser entsteht, das dann dem externen Wärmeübertrager im Wege des „verunreinigten" Wasserdampf/Kondensat- Kreislaufs zumindest teilweise zur Verdampfung in den„verunreinigten" Dampf wieder zugeführt wird. Bei all den diese Verfahrensvarianten ermöglichenden Anlagen befinden sich also die jeweiligen, den für die Carbonisierung benötigten Dampf erzeugenden Dampferzeuger außerhalb des Druckbehälters oder Autoklavs. Ebenso befindet sich ein mit einem jeweiligen Dampferzeuger in Leitungsverbindung stehender und Dampf für die Verwendung im Autoklav oder Druckbehälter erzeugender Wärmeübertrager außerhalb des Autoklavs oder Druckbehälters. D. h., der für die Durchführung der Carbonisierungsreaktion benötigte Dampf wird bei den hier betrachteten hydrothermalen oder vapothermalen Carbonisierungsverfahren ausschließlich außerhalb eines jeweiligen, die zu carbonisierende Biomasse aufnehmenden und/oder enthaltenden Autoklavs oder Reaktionsbehälters erzeugt. Dies erfordert entsprechend dimensionierte Dampferzeuger und/oder Wärmeübertrager, die einen Dampf ausreichend hoher Temperatur und damit verbunden höheren Druckes, beispielsweise größer 180 °C und größer 10 bar, erzeugen und leitungsmäßig dem Druckbehälter oder Autoklav zuführen können. Derartige Aggregate müssen daher entsprechend druckfeste Leitungen und Druckgefäße aufweisen, so dass ihre Herstellung technisch relativ aufwendig und damit kostenintensiv ist. In practice, therefore, this method has already been further developed in that a steam generator which processes exclusively "clean" steam and condensate is connected with its water / steam circuit to a heat exchanger arranged outside of an autoclave. Condensate cycle, where in the heat exchanger with the aid of the steam supplied by the steam generator "contaminated" steam is generated.This steam is then in the way of the "contaminated" steam / condensate circuit from the outside in an autoclave inside reaction chamber of the autoclave and in the biomass Initiation of the carbonation reaction and carbonization initiated. The resulting wastewater is treated and purified, creating a "contaminated" condensate or wastewater, which is then at least partially recycled to the external heat exchanger by way of "contaminated" steam / condensate circuit for evaporation in the "contaminated" steam. In the case of all the systems enabling these process variants, the respective steam generators required for the carbonization are therefore located outside the pressure vessel or autoclave. Likewise, a heat exchanger in line connection with a respective steam generator and generating steam for use in the autoclave or pressure vessel is located outside the autoclave or pressure vessel. In other words, the steam required for carrying out the carbonation reaction is generated exclusively outside a respective autoclave or reaction vessel receiving and / or containing the biomass to be carbonized in the hydrothermal or vapothermal carbonization processes considered here. This requires appropriately sized steam generators and / or heat exchangers, which produce a steam sufficiently high temperature and associated higher pressure, for example, greater than 180 ° C and greater than 10 bar, and can supply the pressure vessel or autoclave line. Such units must therefore have corresponding pressure-resistant lines and pressure vessels, so that their production is technically relatively complex and therefore expensive.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu schaffen, die eine verbesserte Dampferzeugung zur Durchführung einer hydrothermalenThe invention is therefore based on the object to provide a solution which provides improved steam generation for carrying out a hydrothermal
Carbonisierung von Biomasse zu Kohle in einem Autoklav bereitstellt. Carbonization of biomass to coal in an autoclave provides.
Bei einem Verfahren der eingangs näher bezeichneten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der die Carbonisierung der Biomasse bewirkende Wasserdampf erhöhten Drucks während des jeweiligen Carbonisierungszyklus zumindest zeitweise in dem mit der zu karbonisierenden Biomasse befüllten autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum des Autoklavs mittels mindestens eines darin ausgebildeten und angeordneten Verdampfers erzeugt wird. Ebenso wird die vorstehende Aufgabe bei einem Autoklav der eingangs näher bezeichneten Art dadurch gelöst, dass der autoklaveninnenseitige Reaktionsraum einen Verdampfer aufweist. Schließlich wird die Aufgabe durch eine Anlage zur Erzeugung von Kohle aus Biomasse mittels hydrothermaler Carbonisierung unter erhöhtem Druck in einem zumindest überwiegend wasserdampfförmigen Medium, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 8, gelöst, die mehrere, mit ihren jeweiligen autoklaveninnenseitigen Reaktionsräumen in wasserdampfleitender Leitungsverbindung miteinander stehende Autoklaven nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 - 22, einen oder mehrere mit mindestens dem autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum eines der Autoklaven in dampfleitender Leitungsverbindung stehende(n) Wärmespeicher und einen oder mehrere mit einer Wasserdampferzeugungseinheit, insbesondere einem Wärmeenergiekopplungsteil, eines autoklaveninnenseitig angeordneten Wärmeübertragers mindestens eines der Autoklaven in dampfleitender Leitungsverbindung stehende(n) Dampferzeuger aufweist. Aufgrund der erfindungsgemäßen Vorgehensweise, den die Carbonisierung der Biomasse bewirkenden Wasserdampf erhöhten Drucks im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum des Autoklavs mittels eines im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum ausgebildeten und angeordneten Verdampfers zu erzeugen, wird eine verbesserte Dampferzeugung zur Durchführung einer hydrothermalen Carbonisierung von Biomasse zu Kohle in einem Autoklav bereitgestellt. In a method of the type described in more detail, this object is achieved in that the carbonization of the biomass causing water pressure increased pressure during the respective carbonization at least temporarily in the filled with the biomass to be carbonized autoclave inside reaction space of the autoclave by means of at least one therein formed and arranged evaporator is produced. Likewise, the above object is achieved in an autoclave of the type described in more detail by the fact that the autoclave inside reaction chamber has an evaporator. Finally, the object is achieved by a plant for the production of coal from biomass by means of hydrothermal carbonization under elevated pressure in an at least predominantly steam-shaped medium, in particular for carrying out a method according to one of claims 1-8, which several, with their respective autoclave inside reaction chambers in steam autoclave according to one or more of claims 9 - 22, one or more with at least the autoclave inside reaction space of one of the autoclave in steam-conducting line connection standing (n) heat accumulator and one or more with a steam generating unit, in particular a heat energy coupling part, an autoclave inside heat exchanger arranged Has at least one of the autoclave in vapor-conducting line connection standing (s) steam generator. Owing to the procedure according to the invention of generating the water vaporization of the autoclave in the autoclave interior reaction space of the autoclave by means of an evaporator formed and arranged in the autoclave interior reaction space, improved steam generation is provided for carrying out a hydrothermal carbonization of biomass to coal in an autoclave.
Es können nunmehr Verdampfer bzw. Wärmeübertrager mit integrierter Wasserdampferzeugungseinheit verwendet werden, die selbst kein eigenes Druckgefäß oder druckführende Leitungen benötigen, da der sie umgebende autoklaveninnenseitige Reaktionsraum oder der sie umgebende Druckbehälter oder Autoklav das benötigte Druckgefäß bereitstellt. Der in den Autoklav integrierte Verdampfer oder Wärmeübertrager kann daher konstruktiv einfacher aufgebaut und ausgebildet sein und somit kostengünstiger als bisher benötigte externe Wärmeübertrager hergestellt werden. Weiterhin sind sowohl der Wärmeübertrager als auch eine Wasserdampferzeugungseinheit im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum angeordnet, so dass keine langen Verbindungsleitungen zwischen Dampferzeuger oder It is now possible to use evaporators or heat exchangers with integrated steam generation unit which themselves do not require their own pressure vessels or pressurized lines, since the autoclave inside the reaction chamber surrounding them or the surrounding pressure vessel or autoclave provides the required pressure vessel. The built-in autoclave evaporator or heat exchanger can therefore be designed and constructed structurally simpler and thus cheaper to produce than previously required external heat exchanger. Furthermore, both the heat exchanger and a water vapor generating unit are arranged in the autoclave inside reaction space, so that no long connecting lines between steam generator or
Wasserdampferzeugereinheit und Wärmeübertrager mehr notwendig sind, was ebenfalls zu einer technisch weniger aufwendigen und damit kostengünstigeren Realisation der Dampfbereitstellung für die Durchführung einer hydrothermalen oder vapothermalen Carbonisierung mit sich bringt. Aufgrund der nicht mehr vorhandenen langen oder zumindest längeren Dampfleitungen sind auch die Energieverluste zwischen Dampferzeuger bzw. Wasserdampferzeugungseinheit und Wärmeübertrager im Vergleich zu den Ausführungsformen nach dem Stand der Technik verbessert, so dass die erfindungsgemäße Lösung energetisch günstiger ist. Steam generator unit and heat exchanger are more necessary, which also to a technically less expensive and therefore cheaper Implementation of the steam supply for carrying out a hydrothermal or vapothermal carbonization brings with it. Due to the no longer present long or at least longer steam lines, the energy losses between steam generator or steam generating unit and heat exchanger are improved compared to the embodiments of the prior art, so that the inventive solution is energetically favorable.
Weiterhin ergibt sich durch die erfindungsgemäße Anordnung des Verdampfers, insbesondere des Wärmeübertragers mit Wasserdampferzeugungseinheit im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum, in welchem die hydrothermale Carbonisierungsreaktion abläuft, die Möglichkeit, die im Stand der Technik vor Einleitung von entstehendem Kondensat in städtische Kläranlagen notwendige Abwasserreinigung oder Abwasserbehandlung in den Autoklav zu verlegen und in den ablaufenden Prozess der hydrothermalen Carbonisierung zu integrieren, wie dies nachstehend noch näher erläutert wird. Die durch den in den autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum integrierten Verdampfer oder Wärmeübertrager eingebrachte Wärmeenergie kann dazu genutzt werden, einerseits den für den Ablauf der hydrothermalen Carbonisierungsreaktion notwendigen Dampf zu erzeugen, aber andererseits auch das während des hydrothermalen Carbonisierungsprozesses im autoklaveninnenseitigen Furthermore, results from the inventive arrangement of the evaporator, in particular the heat exchanger with steam generating unit in the autoclave inside reaction space in which runs the hydrothermal carbonation reaction, the possibility of the prior art before the initiation of emerging condensate in municipal sewage treatment plants necessary wastewater treatment or wastewater treatment in the autoclave embarrassed and integrated in the ongoing process of hydrothermal carbonization, as will be explained in more detail below. The thermal energy introduced by the evaporator or heat exchanger integrated into the autoclave interior reaction space can be used to generate the steam necessary for the course of the hydrothermal carbonization reaction, but also during the hydrothermal carbonization process in the autoclave inside
Reaktionsbehälter anfallende Abwasser in Klärschlamm und verunreinigtes Klarkondensat aufzuteilen. Das während des HTC-Prozesses entstehende Klarkondensat kann direkt in übliche, beispielsweise kommunale, Kläranlagen eingeleitet werden, ohne dass eine vorhergehende zusätzliche Prozesswasser- bzw. Klarkondensataufbereitung oder -behandlung erforderlich wird. Reaction vessel wastewater into sewage sludge and contaminated clear condensate to divide. The Klarkondensat formed during the HTC process can be introduced directly into conventional, for example, municipal, sewage treatment plants, without the need for a previous additional process water or Klarkondensataufbereitung or treatment.
Insgesamt ergibt sich durch den Fortfall eines oder mehrerer externer Wärmeübertrager(s) und die kürzeren Verbindungsleitungen eine kompakte und kostengünstige Bauweise eines für die Durchführung einer hydrothermalen Carbonisierung geeigneten Autoklavs. Hinzu kommt, dass eine Prozesswasser oder Kondensataufbereitungsanlage nicht mehr notwendig ist. Außerdem wird dadurch, dass das im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum während eines Carbonisierungszyklus aus der Biomasse austretende Reaktionswasser unmittelbar im Reaktionsraum zur Bildung von Dampf für die hydrothermale Carbonisierung genutzt wird, die anfallende Wassermenge reduziert, da auf eine zusätzliche Dampfeinleitung bzw. Dampfeindüsung in den Autoklav verzichtet wird. Overall, the elimination of one or more external heat exchanger (s) and the shorter connecting lines results in a compact and cost-effective design of an autoclave suitable for carrying out a hydrothermal carbonization. In addition, a process water or condensate treatment plant is no longer necessary. In addition, the fact that the reaction water emerging from the biomass in the autoclave interior reaction chamber during a carbonation cycle is used directly in the reaction space to form steam for the hydrothermal carbonization, the amount of water produced is reduced because of a additional steam injection or steam injection is dispensed into the autoclave.
Der Verdampfer oder Wärmeübertrager kann über Leitungen mit einem externen, beispielsweise im Rahmen von industriellen Anlagen vorhandenen Dampferzeuger verbunden sein, über welche ihm im Kreislauf auf der einen Seite Dampf zugeführt und dieser nach Auskopplung von Wärmeenergie auf der anderen Seite als Kondensat abgeführt wird. Insbesondere dann, wenn der Autoklav mit mehreren bauartgleichen Autoklaven zu einer einheitlich zusammenwirkenden Gesamtanlage verschaltet ist, ist es für die Durchführung des Verfahrens zweckmäßig und von Vorteil, wenn der die Carbonisierung der Biomasse bewirkende Wasserdampf erhöhten Drucks während des jeweiligen Carbonisierungszyklus zumindest für einen Zeitraum, der mindestens 30 % der Zeit eines Carbonisierungszyklus beträgt, während welchem Wasserdampf erhöhten Druckes im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum für den Ablauf der Carbonisierungsreaktion benötigt wird, mittels des mindestens einen darin angeordneten Verdampfers erzeugt wird, was die Erfindung in Weiterbildung des Verfahrens auch vorsieht. The evaporator or heat exchanger can be connected via lines with an external, for example in the context of industrial plants steam generator, which fed him in the circuit on the one hand steam and this is discharged after extraction of heat energy on the other side as condensate. In particular, when the autoclave is interconnected with a plurality of autoclaves of the same type to a uniformly cooperating overall plant, it is expedient and advantageous for the implementation of the method if the water vaporization of the biomass causing increased pressure during the respective carbonization cycle at least for a period of time at least 30% of the time of a carbonization cycle, during which water vapor of elevated pressure in the autoclave interior reaction space is required for the course of the carbonation reaction, is generated by means of the at least one evaporator arranged therein, which the invention also provides in the development of the process.
Insgesamt, d.h. auf einen jeweiligen Carbonisierungszyklus bezogen, ist es aber gemäß Weiterbildung der Erfindung vorteilhaft und zweckmäßig, wenn der die Carbonisierung der Biomasse bewirkende Wasserdampf erhöhten Drucks während des jeweiligen Carbonisierungszyklus im Wesentlichen und/oder überwiegend in dem mit der zu karbonisierenden Biomasse befüllten autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum des Autoklavs mittels des mindestens einen darin ausgebildeten und angeordneten Verdampfers erzeugt wird Im Wesentlichen oder überwiegend bedeutet in diesem Zusammenhang, dass während mehr als 50 % der Zeit eines Carbonisierungszyklus autoklaveninnenseitig mittels des Verdampfers Dampf erzeugt wird, und/oder dass eine Menge von mehr als 50 Gew.-% des während eines Carbonisierungszyklus benötigten oder verbrauchten/verarbeiteten Dampfes autoklaveninnenseitig mittels des Verdampfers erzeugt wird. Um den die Carbonisierung der Biomasse bewirkenden Wasserdampf in vorteilhafter Weise im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum des Autoklavs erzeugen zu können, ist es gemäß Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens von Vorteil, wenn der in dem autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum des Autoklavs erzeugte Wasserdampf mittels eines im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum des Autoklavs angeordneten Wärmeübertragers mit zugeordneter, insbesondere integrierter, und im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum des Autoklavs angeordneter Wasserdampferzeugungseinheit erzeugt wird. Für die Wirtschaftlichkeit der Anlage und insbesondere die weitere gegebenenfalls notwendige Aufbereitung des sich während des Verfahrens bildenden Kondensats ist es zweckmäßig, wenn das Kondensat in ein Trübkondensat, das Schwebstoffe und Schlamm- bzw. Klärschlammbestandteile aufweist, und ein diese Schlammoder Klärschlammanteile nicht aufweisendes Klarkondensat aufgeteilt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht daher in Weiterbildung vor, dass während des Carbonisierungszyklus aus der Biomasse austretende Flüssigkeit einem im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum ausgebildetenOverall, ie related to a particular carbonization cycle, it is advantageous and expedient according to the invention, when the carbonization of the biomass causing water pressure increased pressure during the respective carbonization cycle substantially and / or predominantly in the filled with the biomass to be carbonized autoclave inside reaction space In this context, essentially or predominantly means that steam is generated on the inside of the autoclave by means of the evaporator for more than 50% of the time of a carbonization cycle, and / or that an amount of more than 50% is produced % By weight of the steam needed or consumed during a carbonation cycle is produced on the inside of the autoclave by means of the evaporator. In order to be able to produce the carbonization of the biomass causing water vapor advantageously in the autoclave inside reaction chamber of the autoclave, it is advantageous according to the embodiment of the method, if the steam generated in the autoclave inside the reaction chamber of the autoclave by means of a arranged in the autoclave inside the reaction chamber of the autoclave heat exchanger assigned, in particular integrated, and arranged in the autoclave inside the reaction chamber of the autoclave water vapor generating unit is generated. For the economy of the system and in particular the further optionally necessary treatment of the forming during the process condensate, it is useful if the condensate is divided into a cloudy condensate, the suspended solids and sludge or sewage sludge constituents, and this sludge or sewage sludge non-exhibiting Klarkondensat , The process according to the invention therefore provides, in a further development, for liquid emerging from the biomass during the carbonization cycle to form a liquid formed in the autoclave interior reaction space
Trübkondensatsammelraum zugeführt wird und/oder an den Innenwandbereichen des autoklaveninnenseitigen Reaktionsraums ablaufendes Kondensat einem im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum ausgebildetenConvapor condensate collecting space is supplied and / or running on the inner wall regions of the autoclave inside the reaction chamber condensate formed in the autoclave inside reaction space
Klarkondensatsammelraum zugeführt wird. Clear condensate collecting space is supplied.
Dadurch, dass der Verdampfer oder der Wärmeübertrager mit seiner Wasserdampferzeugungseinheit autoklaveninnenseitig angeordnet ist, kann diese Wasserdampferzeugungseinheit dazu genutzt werden, aus der Biomasse austretendes Reaktionswasser oder Trübkondensat aufzufangen und zu verdampfen. Bei dieser Verdampfung bleiben dann die Schwebstoffe oder Schlamm- oder Klärschlammbestandteile in der Wasserdampferzeugungseinheit zurück und werden lediglich die wasserhaltigen und/oder flüssigen Bestandteile (z.B. kann entstandene/entstehende Essigsäure verdampft werden) verdampft. Dieses verdampfte ursprüngliche Trübkondensat kondensiert dann zum Teil an den den autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum umgebenden Innenwänden und wird hier - aufgrund der nun nicht mehr darin enthaltenen Schwebstoffe oder Schlamm- und Klärschlammbestandteile - als Klarkondensat niedergeschlagen. Dieses Klarkondensat läuft dann an den Wandungen entlang und kann in einem Klarkondensatsammelraum im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum aufgefangen werden. Due to the fact that the evaporator or the heat exchanger with its steam generation unit is arranged on the inside of the autoclave, this steam generating unit can be used to collect and evaporate reaction water or turbidity condensate leaving the biomass. In this evaporation then remain the suspended matter or sludge or sewage sludge components in the water vapor generating unit and only the water-containing and / or liquid components (eg, resulting / resulting acetic acid can be evaporated) evaporated. This vaporized original turbidity condensate then condenses partly on the inner walls surrounding the autoclave interior reaction space and is here - due to the no longer contained therein suspended solids or sludge and sewage sludge constituents - precipitated as Klarkondensat. This Klarkondensat then runs along the walls and can in a Clark condensate collection space in the autoclave inside reaction space are collected.
Da in einem erfindungsgemäßen Autoklav Biomasse unterschiedlicher Art in Pflanzenkohle oder Biokohle umgewandelt werden kann, findet Biomasse unterschiedlichen Wassergehaltes Verwendung. Dies kann dazu führen, dass während eines Carbonisierungszyklus mehr Wasser aus der Biomasse austritt als zur Erzeugung des für die Durchführung der hydrothermalen Carbonisierungsreaktion benötigten Dampfes eigentlich notwendig ist. D.h., es wird mehr Dampf erzeugt, als eigentlich notwendig. Dies lässt sich dadurch ausgleichen und nutzen, dass mehrere Autoklaven parallel zueinander verschaltet sind und sich jeweils in unterschiedlichen Zeitphasen des hydrothermalen Carbonisierungszyklus befinden. Dies kann dazu genutzt werden, dass in einem Autoklav entstehender oder entstandener überschüssiger Dampf einem sich beispielsweise noch in der Anfangsphase eines hydrothermalen Carbonisierungszyklus befindlichen zweiten Autoklav der parallel geschalteten Autoklaven zugeführt wird. Die Erfindung sieht daher in Weiterbildung auch vor, dass ein Teil des die Carbonisierung der Biomasse bewirkenden Wasserdampfes erhöhten Drucks während des jeweiligen im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum ablaufenden Carbonisierungszyklus, insbesondere zu Beginn des Carbonisierungszyklus, dem autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum aus einem oder mehreren parallel geschalteten Autoklaven gleicher Bauart zugeführt wird und/oder dass ein Teil des die Carbonisierung der Biomasse bewirkenden Wasserdampfes erhöhten Drucks während des jeweiligen im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum ablaufenden Carbonisierungszyklus dem autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum eines parallel geschalteten Autoklavs gleicher Bauart zugeführt wird. Since biomass of various kinds can be converted into biochar or biochar in an autoclave according to the invention, biomass of different water content is used. This may result in more water being released from the biomass during a carbonation cycle than is actually necessary to produce the steam needed to carry out the hydrothermal carbonation reaction. That is, more steam is generated than actually necessary. This can be compensated and used by connecting several autoclaves parallel to each other and each being in different time phases of the hydrothermal carbonization cycle. This can be used to ensure that excess steam arising or generated in an autoclave is supplied to a second autoclave of the parallel-connected autoclave which is still in the initial phase of a hydrothermal carbonization cycle, for example. The invention therefore also provides in a development that a portion of the water vapor of the autoclave inside the reaction chamber carbonization cycle, in particular at the beginning of the carbonization cycle, the autoclave inside reaction space of one or more parallel autoclave of the same type is supplied and / or that a portion of the water vapor of the increased pressure resulting in the carbonization of the biomass is supplied to the autoclave-side reaction space of a parallel-connected autoclave of the same type during the respective carbonization cycle taking place in the autoclave interior reaction space.
Es ist aber auch möglich, entstehenden Überschussdampf in einem mit dem jeweiligen Autoklav oder der parallel geschalteten Gruppe an Autoklaven verbundenen Wärmespeicher zu nutzen. Die Erfindung zeichnet sich daher in Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch dadurch aus, dass ein Teil des die Carbonisierung der Biomasse bewirkenden Wasserdampfes erhöhten Drucks während des jeweiligen im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum ablaufenden Carbonisierungszyklus, insbesondere zu Beginn des Carbonisierungszyklus, dem autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum aus einem Wärmespeicher zugeführt wird und/oder dass ein Teil des die Carbonisierung der Biomasse bewirkenden Wasserdampfes erhöhten Drucks während des jeweiligen im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum ablaufenden Carbonisierungszyklus aus dem autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum einem Wärmespeicher zugeführt wird. But it is also possible to use resulting excess steam in a connected to the respective autoclave or the parallel group of autoclaves heat storage. Therefore, in an embodiment of the method according to the invention, the invention is also distinguished by the fact that part of the water vapor which causes the carbonization of the biomass has increased pressure during the respective reaction chamber in the autoclave inside expiring carbonation cycle, in particular at the beginning of the carbonization, the autoclave inside reaction chamber is supplied from a heat storage and / or that a portion of the carbonization of the biomass causing water vapor pressure is supplied during the respective running in the autoclave inside reaction space carbonation cycle from the autoclave inside reaction chamber a heat storage.
Um in dem autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum für den hydrothermalen Carbonisierungsprozess nicht benötigten Dampf nicht produzieren zu müssen und um insbesondere die Dampfproduktion gezielt auf den mit der jeweils einem Carbonisierungszyklus zu unterwerfenden Biomasse eingetragenen Wassergehalt abstimmen zu können, ist es gemäß weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens von Vorteil, dass der autoklaveninnenseitige Reaktionsraum zu Beginn eines jeden die Umwandlung der Biomasse in Kohle umfassenden Carbonisierungszyklus nicht oder nur bereichs- und teilweise mit zu verdampfendem Reaktionswasser befüllt wird. In order not to be able to produce steam which is not required in the autoclave interior reaction space for the hydrothermal carbonization process, and in particular to be able to tailor steam production specifically to the water content introduced with the biomass to be subjected to a carbonization cycle, it is advantageous according to a further embodiment of the process according to the invention the autoclave inside reaction space at the beginning of each carbonization cycle comprising the conversion of the biomass into coal is not or only partially and partially filled with water of reaction to be evaporated.
Es wird also nur so viel Wasser in den autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum eingebracht, dass einerseits die Biomasse nicht in ein Wasserbad eingetaucht wird und andererseits der benötigte Dampf vorzugsweise ausschließlich aus der mit der Biomasse eingetragenen Wassermenge erzeugt und/oder ggf. als von einem parallel geschalteten Autoklav oder aus einem Wärmespeicher zugeführter Dampf bereitgestellt wird. Für die Durchführung des vorstehend erläuterten Verfahrens und die damit erzielbaren Vorteile ist es besonders vorteilhaft, dass der Verdampfer einen Wärmeübertrager mit zugeordneter, insbesondere integrierter, sowie im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum angeordneter Thus, only so much water is introduced into the autoclave interior reaction space that on the one hand the biomass is not immersed in a water bath and on the other hand preferably generates the steam required exclusively from the registered with the biomass amount of water and / or possibly as a parallel-connected autoclave or provided steam is supplied from a heat accumulator. For carrying out the method explained above and the advantages that can be achieved therewith, it is particularly advantageous that the evaporator has a heat exchanger with associated, in particular integrated, and arranged in the autoclave inside reaction space
Wasserdampferzeugungseinheit umfasst, insbesondere als solcher ausgebildet ist, wodurch sich der Autoklav in Weiterbildung auszeichnet. Steam generating unit comprises, in particular designed as such, whereby the autoclave is distinguished in development.
Der Autoklav zeichnet sich in Ausgestaltung weiterhin dadurch aus, dass der Wärmeübertrager ihm zugeführte Wärmeenergie an die Wasserdampferzeugungseinheit auskoppelt. Die für die Verdampfung von Wasser notwendige Wärmeenergie lässt sich auf diese Weise mittels eines von extern zugeführten Wärmeträgerfluids, insbesondere als von einem externen Dampferzeuger erzeugter Dampf, bereitstellen. Eine besonders kompakte und vorteilhafte Ausführungsform eines Wärmeübertragers mit integrierter Wasserdampferzeugungseinheit lässt sich gemäß Weiterbildung der Erfindung dadurch bereitstellen, dass der Wärmeübertrager einen von einem Wärmeträgerfluid durchströmbare, vorzugsweise wasserdampfdurchströmbare, Rohre umfassenden und Wärmeenergie an die Wasserdampferzeugungseinheit auskoppelnden Wärmeenergiekopplungsteil umfasst, der in wärmeleitender Verbindung mit der Wasserdampferzeugereinheit steht. The autoclave is also characterized in an embodiment in that the heat exchanger decouples heat energy supplied to the water vapor generation unit. The for the evaporation of water necessary heat energy can be provided in this way by means of a heat carrier fluid supplied externally, in particular as generated by an external steam generator steam. According to a development of the invention, a particularly compact and advantageous embodiment of a heat exchanger with integrated steam generating unit can be provided in that the heat exchanger comprises a thermal energy coupling part which can be flowed through by a heat carrier fluid, preferably heat pipes, and which couples thermal energy to the steam generating unit, in heat-conducting connection with the steam generator unit stands.
Hierbei ist es dann weiterhin zweckmäßig, wenn die Wasserdampferzeugungseinheit als in den Wärmeübertrager und dessen Wärmeenergiekopplungsteil integrierte und oberseitig auf den Wärmeenergiekopplungsteil in Form einer, insbesondere wasserhaltige, Flüssigkeit haltenden Wanne ausgebildete Einheit ausgebildet ist, was die Erfindung weiterhin vorsieht. Bei dieser Ausgestaltung lässt sich die Wanne insbesondere als unterhalb des die Biomasse haltenden Behälters ausgebildete Sumpfwanne ausbilden, in welche aus der Biomasse austretendes Reaktionswasser und Trübkondensat aufgefangen wird. Dieses aus der Biomasse während des hydrothermalen Carbonisierungsprozesses austretende Reaktionswasser tritt als mit Schwebstoffen oder Schlammbestandteilen oder Klärschlammbestandteilen versehenes Trübkondensat aus. Dieses Trübkondensat wird in der Wanne oder Sumpfwanne aufgefangen und während des laufenden hydrothermalen Carbonisierungsprozesses aufgrund von Wärmeenergieeintrag aus dem Wärmeenergiekopplungsteil des Wärmeübertragers wieder verdampft. Dabei bleiben die Schwebstoffe und Schlamm- oder Klärschlammbestandteile in der Wanne oder Sumpfwanne zurück, während die anderen Kondensatbestandteile, insbesondere die wasserhaltigen Bestandteile, verdampfen. Diese schlagen sich dann u.a. an den autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum umgebenden Wandungen des Reaktionsraumes, welche gleichzeitig auch die Wandungen des Autoklavs sein können, nieder und kondensieren dort, da sie nun keine Schwebstoffe oder Schlamm- oder Klärschlammbestandteile mehr enthalten, als Klarkondensat. Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung und insbesondere der Ausgestaltung des Wärmeübertragers mit zugeordneter oder integrierter Wanne oder Sumpfwanne lässt sich somit im Autoklav und im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum gleichzeitig mit dem ablaufenden hydrothermalen oder vapothermalen Carbonisierungsprozeß eine Abwasserbehandlung durchführen, die während des Carbonisierungsprozesses entstehendes Trübkondensat zumindest teilweise, vorzugsweise überwiegend und größtenteils, zu einem Klarkonzentrat aufbereitet. Das in der Wanne oder Sumpfwanne aufgefangene oder gesammelte Trübkondensat kann durch die hier erfolgende Verdampfung von den Trübstoffen befreit und durch Kondensation an den Innenwänden oder Innenwandungen des Reaktionsraums oder des Autoklavs als Klarkondensat gewonnen werden. Hierfür ist es von besonderem Vorteil, wenn die Wasserdampferzeugungseinheit des Wärmeübertragers, vorzugsweise der Wärmeenergiekopplungsteil und die Wasserdampferzeugungseinheit des Wärmeübertragers, in dem autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum unterhalb des die zu karbonisierende Biomasse aufnehmenden Behälters und mit Abstand zur autoklaveninnenseitigen Bodenfläche des Reaktionsraums angeordnet sind, wodurch sich die Erfindung ebenfalls auszeichnet. Hierdurch ist es möglich, einerseits aus der Biomasse austretendes Trübkondensat aufzufangen und andererseits unterhalb der Wasserdampferzeugungseinheit sich bildendes Klarkondensat zu sammeln. Um das aus der Biomasse austretende Reaktionswasser oder Trübkondensat gezielt der Wasserdampferzeugungseinheit, insbesondere der Flüssigkeit haltenden Wanne, zuführen zu können, zeichnet sich der Autoklav in Weiterbildung zudem dadurch aus, dass der Wasserdampferzeugungseinheit Mittel zugeordnet sind, die ihr während des Carbonisierungszyklus aus der Biomasse austretendes Reaktionswasser oder Trübkondensat zuführen oder zuleiten. In this case, it is furthermore expedient if the water vapor generating unit is designed as a unit integrated in the heat exchanger and its heat energy coupling part and formed on the top side on the heat energy coupling part in the form of a, in particular hydrous, liquid-holding trough, which the invention furthermore provides. In this embodiment, the trough can be formed, in particular, as a sump pan formed below the container holding the biomass, into which reaction water and turbidity condensate emerging from the biomass is collected. This water of reaction exiting from the biomass during the hydrothermal carbonation process exits as a turbid condensate provided with particulate matter or sludge components or sewage sludge constituents. This turbidity condensate is collected in the tub or sump and vaporized during the ongoing hydrothermal carbonation process due to heat energy input from the heat energy coupling part of the heat exchanger again. The suspended solids and sludge or sewage sludge components in the tub or sump remain, while the other condensate constituents, in particular the hydrous constituents, evaporate. These then strike, inter alia, at the walls of the reaction space surrounding the autoclave inside the reaction space, which at the same time can also be the walls of the autoclave, down and condense there, since they no longer contain any suspended matter or sludge or sewage sludge constituents, as clear condensate. With the embodiment according to the invention and in particular the configuration of the heat exchanger with associated or integrated trough or sump well, a wastewater treatment can be carried out simultaneously in the autoclave and in the autoclave inside reaction space with the running hydrothermal or vapothermal carbonization process, the turbidity condensate formed during the carbonation process at least partially, preferably predominantly and mostly, recycled to a clear concentrate. The cloudy condensate collected or collected in the tub or sump pan can be freed from the turbulences by the evaporation taking place here and can be obtained as a condensate by condensation on the inner walls or inner walls of the reaction space or of the autoclave. For this purpose, it is of particular advantage if the water vapor generating unit of the heat exchanger, preferably the heat energy coupling part and the water vapor generating unit of the heat exchanger, are arranged in the autoclave inside reaction space below the receiving the biomass to be carbonized container and at a distance from the autoclave inside bottom surface of the reaction chamber, whereby the invention also distinguished. This makes it possible, on the one hand, to collect turbidity condensate leaving the biomass and, on the other hand, to collect undiluted clear condensate below the steam generating unit. In order to be able to supply the reaction water or turbid condensate leaving the biomass to the steam generating unit, in particular the tank holding the liquid, the autoclave is further characterized by the fact that the water steam generating unit is assigned means that its water of reaction emerging from the biomass during the carbonization cycle or add turbidity condensate.
Besonders zweckmäßige Mittel stellen dabei an dem die Biomasse haltenden und aufnehmenden Behälter angeordnete, flüssigkeitsführende Leitbleche dar, so dass die Erfindung weiterhin vorsieht, dass die der Wasserdampferzeugungseinheit zugeordneten Mittel als Wandungsbereiche des Behälters ausbildende und Flüssigkeit auf den Flüssigkeit aufnehmenden und/oder haltenden Bereich der Wanne zuführende Leitbleche ausgebildet sind. Particularly expedient means present at the biomass holding and receiving container arranged, liquid-conducting baffles, so that the invention further provides that the means associated with the water vapor generating unit are designed as baffles which form wall regions of the container and supply liquid to the liquid-receiving and / or holding region of the trough.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Flüssigkeit aufnehmenden oder haltenden Bereich der Wanne oder Sumpfwanne um einen Trübkondensatsammelraum, so dass sich der erfindungsgemäße Autoklav weiterhin dadurch auszeichnet, dass die Wasserdampferzeugungseinheit, insbesondere der die Flüssigkeit aufnehmende und/oder haltende Bereich der Wanne, einen aus der Biomasse austretende Flüssigkeit, insbesondere Reaktionswasser und/oder Trübkondensat, aufnehmenden Trübkondensatsammelraum ausbildet. Preferably, the liquid receiving or holding region of the trough or sump is a turbidity condensate collection so that the autoclave according to the invention is further characterized in that the water vapor generating unit, in particular the liquid receiving and / or holding portion of the tub, one from the biomass exiting liquid, in particular reaction water and / or turbidity condensate, forming Trübkondensatsammelraum forms.
Das sich bildende Klarkondensat wird zweckmäßigerweise in einem vorzugsweise unterhalb des Verdampfers oder Wärmeübertragers im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum ausgebildeten Klarkondensatsammelraum aufgefangen. Der Autoklav zeichnet sich daher in Ausgestaltung auch dadurch aus, dass im Wandungsbereich des autoklaveninnenseitigen Reaktionsraums, insbesondere unterhalb des Verdampfers, vorzugsweise unterhalb der Wasserdampferzeugereinheit des Wärmeübertragers, insbesondere unterhalb derThe forming Klarkondensat is suitably collected in a preferably formed below the evaporator or heat exchanger in the autoclave inside reaction chamber Klarkondensathammelraum. The autoclave is therefore also characterized in an embodiment in that in the wall region of the autoclave inside the reaction chamber, in particular below the evaporator, preferably below the steam generator unit of the heat exchanger, in particular below the
Wanne, besonders bevorzugt unterhalb des Wärmeenergiekopplungsteils, ein an den Innenwandbereichen des autoklaveninnenseitigen Reaktionsraums kondensierendes und ablaufendes Kondensat aufnehmender Klarkondensatsammelraum ausgebildet ist. Tray, particularly preferably below the heat energy coupling part, a condensate condensing on the inner wall regions of the autoclave inside the reaction space and draining condensate receiving Klarkondensathsammelraum is formed.
Um aus dem Trübkondensatsammelraum und dem Klarkondensatsammelraum die dort jeweils aufgefangene Flüssigkeit ggf. auch aus dem Autoklav herausleiten zu können, sieht die Erfindung weiterhin vor, dass der Trübkondensatsammelraum eine aus dem Autoklav herausführende Trübkondensatentnahmeleitung und/oder der Klarkondensatsammelraum eine aus dem Autoklav herausführendeIn order to be able to conduct the liquid respectively collected from the turbidity condensate collecting chamber and the clear condensate collecting space out of the autoclave, the invention further provides that the turbidity condensate collecting space carries a condensate removal line leading out of the autoclave and / or the clear condensate collecting space leading out of the autoclave
Klarkondensatentnahmeleitung umfasst. Clark condensate removal line comprises.
Da erfindungsgemäß vorgesehen ist, die für die Durchführung eines Carbonisierungszyklus benötigte Dampfmenge zumindest im Wesentlichen und vorzugsweise überwiegend ausschließlich innerhalb des autoklaveninnenseitigen Reaktionsraums und damit innerhalb des Autoklavs zu erzeugen, ist es hilfreich, wenn der im Autoklav bzw. im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum angeordnete Verdampfer bzw. die im Autoklav bzw. im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum angeordnete Wasserdampferzeugungseinheit entsprechend ausgelegt ist. Die Erfindung sieht daher in weiterer Ausgestaltung des Autoklav vor, dass der Verdampfer, insbesondere der Wärmeenergiekopplungsteil und die Wasserdampferzeugungseinheit des Wärmeübertragers, derart ausgelegt sind, dass damit die für die chargenweise Durchführung eines Carbonisierungszyklus der mit dem Behälter eingebrachten Biomasse im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum benötigte Wasserdampfmenge zumindest im Wesentlichen, vorzugsweise überwiegend, gewünschtenfalls vollständig, im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum erzeugbar ist. Im Wesentlichen oder überwiegend bedeutet in diesem Zusammenhang, dass eine Menge von mehr als 50 Gew.-% der während eines Carbonisierungszyklus benötigten oder verbrauchten/verarbeiteten Wasserdampfmenge autoklaveninnenseitig mittels des Verdampfers erzeugt werden kann und damit erzeugbar ist. Since, according to the invention, the amount of steam required for carrying out a carbonization cycle is at least substantially and preferably predominantly exclusively within the autoclave interior reaction space and thus to produce within the autoclave, it is helpful if the arranged in the autoclave or in the autoclave inside reaction chamber evaporator or arranged in the autoclave or in the autoclave inside reaction chamber steam generation unit is designed accordingly. The invention therefore provides in a further embodiment of the autoclave, that the evaporator, in particular the heat energy coupling part and the water vapor generating unit of the heat exchanger, are designed so that the required for the batch execution of a carbonization cycle of the introduced with the container biomass in the autoclave inside reaction space water vapor amount at least Substantially, preferably predominantly, if desired completely, in the autoclave inside reaction space can be generated. Substantially or predominantly in this context means that an amount of more than 50% by weight of the amount of steam required or consumed / consumed during a carbonation cycle can be produced on the inside of the autoclave by means of the evaporator and thus can be produced.
Da der Autoklav mit den verschiedensten Biomassen befüllt und betrieben werden kann, kann es sein, dass mit der Biomasse ein solcher Wassergehalt in den autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum eingebracht wird, dass die daraus produzierbare Dampfmenge zumindest phasenweise während eines Carbonisierungszyklus größer ist, als die für die Carbonisierung aktuell benötigte Dampfmenge. Um eine solche„Überschuss'-Dampfmenge dennoch nutzen zu können, ist es zweckmäßig, wenn mehrere Autoklaven über eine dampfführende Leitung miteinander verbunden und insbesondere parallel geschaltet angeordnet sind. Eine solche Dampfleitung kann vorzugsweise eine Dampfpendelleitung sein, so dass die Erfindung in Ausgestaltung des Autoklavs weiterhin vorsieht, dass der Autoklav an eine Dampfpendelleitung angeschlossen ist, über welche sein autoklaveninnenseitiger Reaktionsraum mit dem autoklaveninnenseitigenSince the autoclave can be filled and operated with a wide variety of biomass, it may be that such a water content is introduced into the autoclave interior reaction space with the biomass, that the amount of steam producible therefrom, at least in phases, during a carbonation cycle is greater than that currently for the carbonization required amount of steam. In order to still be able to use such an "excess" vapor quantity, it is expedient if a plurality of autoclaves are connected to one another via a steam-conducting line and, in particular, are arranged connected in parallel. Such a steam line can preferably be a vapor-displacement line, so that the invention further provides, in an embodiment of the autoclave, that the autoclave is connected to a vapor-displacement line, via which its autoclave-interior reaction space with the autoclave inside
Reaktionsraum mindestens eines zweiten Autoklavs gleicher Bauart und/oder einem Wärmespeicher verbunden ist. Da die Biomasse in dem Behälter, mit welchem sie in den autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum eingebracht wird, verdichtet sein kann, besteht die Möglichkeit, dass die Dampfeindringtiefe und Dampfeindringmöglichkeit des Dampfes in die Biomasse aufgrund des verdichteten Schüttgutes behindert ist. Um diesem Problem zu begegnen sieht die Erfindung in weiterer Ausgestaltung des Autoklavs schließlich auch vor, dass in dem Behälter mehrere sich durch diesen hindurcherstreckende und zumindest einendseitig, vorzugsweise beidendseitig, für einströmenden Wasserdampf zugängliche und in ihrer Rohrwandung perforierte Dampfführungsrohre ausgebildet sind. Hierdurch ist es möglich, dass sich im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum bildender Wasserdampf von einem oder beiden offenen Enden eines Dampfführungsrohres in dieses einströmt und dann durch dessen perforierte Rohrwandung hindurch in die die Rohre umgebende Biomasse einströmt. Hierdurch lässt sich die vom Dampf zu bewältigende Eindringtiefe verbessern, indem der Dampf nun nicht mehr von der Außenseite des Behälters bis in das Zentrum des Behälters strömen muss, sondern dieser Weg durch die entsprechende Anordnung der Dampfführungsrohre optimiert wird. Gleichzeitig dienen diese Dampfführungsrohre auch als Drainagerohre für sich in der Biomasse bildendes Reaktionswasser und Trübkondensat. Die Erfindung ist nachstehend anhand einer Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Diese zeigt in: Reaction space of at least a second autoclave of the same type and / or a heat storage is connected. Since the biomass in the container, with which it is introduced into the autoclave inside reaction space, may be compressed, there is a possibility that the steam penetration depth and Vampstof Penetration possibility of the steam is impeded in the biomass due to the compacted bulk material. To counter this problem, the invention finally also provides in a further embodiment of the autoclave that a plurality of steam guide tubes extending therethrough and at least one end, preferably both ends, are provided for incoming steam and perforated in their tube wall. This makes it possible for water vapor forming in the autoclave inside the reaction chamber to flow into it from one or both open ends of a steam guide tube and then to flow through the perforated tube wall into the biomass surrounding the tubes. In this way, the penetrating depth to be managed by the steam can be improved by virtue of the fact that the steam no longer has to flow from the outside of the container into the center of the container, but this path is optimized by the corresponding arrangement of the steam guide tubes. At the same time, these steam guide tubes also serve as drainage pipes for reaction water and turbidity condensate forming in the biomass. The invention is explained in more detail below by way of example with reference to a drawing. This shows in:
Fig. 1 in schematischer Darstellung ein Fließschema des erfindungsgemäßen Verfahrens Fig. 1 in a schematic representation of a flow chart of the method according to the invention
Fig. 2 in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Autoklav, 2 is a schematic representation of a cross section through an autoclave according to the invention,
Fig. 3 in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch den Fig. 3 is a schematic representation of a longitudinal section through the
Verdampfer des Autoklavs gemäß Fig. 2 und in  Evaporator of the autoclave shown in FIG. 2 and in
Fig. 4 in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Anlage. Das in der Fig. 1 in Form eines schematischen Fließbildes dargestellte erfindungsgemäße Verfahren umfasst als Kernstück einen Autoklav 1 , der in seinem autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum 2 einen Verdampfer 31 aufweist. Hierdurch ist es möglich, den für die Carbonisierung von in den autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum 2 eingebrachter Biomasse 4 benötigten Wasserdampf erhöhten Drucks während eines jeweiligen Carbonisierungszyklus zumindest zeitweise, vorzugsweise im Wesentlichen und/oder überwiegend, in dem mit der zu carbonisierenden Biomasse 4 befüllten autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum 2 des Autoklavs 1 zu erzeugen. Die Begriffe„im Wesentlichen" und „überwiegend" sollen jeweils zum Ausdruck bringen, dass es zwar grundsätzlich möglich ist, den gesamten benötigten Dampf vollständig innerhalb des autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum zu erzeugen, dass es aber unter gewissen Randbedingungen zweckmäßig und sinnvoll sein kann, externen Dampf von außen zuzuführen oder auch Dampf nach außen abzuführen, wie weiter unten noch erläutert wird.„Im Wesentlichen" und„überwiegend" meint hierbei, dass es bei einem jeden Carbonisierungszyklus so ist, dass entweder während der überwiegenden Zeit eines gesamten jeweiligen Carbonisierungszyklus der Dampf im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum 2 erzeugt und nicht von außen zugeführt oder nach außen abgeführt wird oder dass zumindest der größte Teil der während eines Carbonisierungszyklus benötigten Dampfmenge im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum 2 erzeugt wird. Im Wesentlichen oder überwiegend bedeutet in diesem Zusammenhang demnach, dass während mehr als 50 % der Zeit eines Carbonisierungszyklus autoklaveninnenseitig mittels des Verdampfers Dampf erzeugt wird, und/oder dass eine Dampfmenge von mehr als 50 Gew.-% des während eines Carbonisierungszyklus benötigten oder verbrauchten/verarbeiteten (Wasser) Dampfes autoklaveninnenseitig mittels des Verdampfers erzeugt wird. Zumindest aber wird zeitweise, d.h. für einen Zeitraum, der mindestens 30 % der Zeit eines Carbonisierungszyklus beträgt, während welchem Wasserdampf erhöhten Druckes im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum 2 benötigt wird, dieser Wasserdampf erhöhten Druckes im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum 2 mittels des mindestens einen darin angeordneten Verdampfers 31 , insbesondere eines Wärmeübertragers oder Wärmetauschers 3 mit einer Wasserdampferzeugungseinheit 11 , erzeugt. In den autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum 2 des Autoklavs 1 wird chargenweise Biomasse 4 eingebracht und dann im Rahmen eines Carbonisierungszyklus zu Pflanzenkohle oder zu Biokohle oder„Green Coal" 5 umgewandelt. Im Autoklav 1 bzw. im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum 2 entstehen neben der Biokohle 5 als Endprodukte ein Klärschlamm 6 sowie ein verunreinigtes Klarkondensat 7. Während die Biomasse 4 chargenweise zugegeben und die Biokohle 5 und der Klärschlamm 6 vorzugsweise chargenweise nach Beendigung eines Carbonisierungszyklus dem Autoklav 1 entnommen werden, kann das verunreinigte Klarkondensat 7 kontinuierlich während eines Carbonisierungszyklus abgeleitet und unmittelbar einer kommunalen Kläranlage zugeführt werden. Um die für die Verdampfung von Wasser innerhalb des autoklaveninnenseitigen Reaktionsraums notwendige Wärmeenergie bereitzustellen, umfasst der Verdampfer 31 den Wärmeübertrager 3, der über einen Dampf/Kondensat-Kreislauf 9 mit einem externen Dampferzeuger 8 verbunden ist. Der externe Dampferzeuger 8 führt dem Wärmeübertrager 3 Dampf zu, der im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum 2 Wärmeenergie auskoppelt, hier kondensiert und dann als Kondensat wieder in den Dampferzeuger 8 rückgeführt wird. Mit dem erfindungsgemäßen Autoklav 1 ist aufgrund des im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum 2 angeordneten Verdampfers 31 eine Dampfproduktion mit Durchführung eines Carbonisierungszyklus und mit integrierter Prozesswasser- oder Reaktionswasseraufbereitung durchführbar. Mit Hilfe des den Wärmeübertrager 3 umfassenden Verdampfers 31 wird Wasserdampf mit der erforderlichen Temperatur und dem erforderlichen Druck im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum 2 erzeugt und dabei auch eine Behandlung des während eines Carbonisierungszyklus als Trübkondensat 18 anfallenden Reaktionswassers durchgeführt. Dies wird dadurch erreicht, dass das während des Carbonisierungszyklus anfallende Reaktionswasser oder Prozeßwasser mittels des den Wärmeübertrager 3 umfassenden Verdampfers 31 zu dem jeweils benötigten Wasserdampf verdampft wird. Fig. 4 shows a schematic representation of an inventive system. The inventive method illustrated in FIG. 1 in the form of a schematic flow diagram comprises as its core an autoclave 1 which has an evaporator 31 in its autoclave-side reaction space 2. This makes it possible for the steam of increased pressure required for the carbonization of biomass 4 introduced into the autoclave interior reaction chamber 2 to be at least temporarily, preferably substantially and / or predominantly, in the autoclave inside reaction space 2 of the biomass 4 to be carbonized during a particular carbonization cycle Autoclave 1 to produce. The terms "substantially" and "predominantly" are intended to express that it is in principle possible to generate the entire required steam completely within the autoclave inside reaction space, but that it may be appropriate and useful under certain conditions, external steam of As is explained further below, "essentially" and "predominantly" means that in each carbonization cycle, either during the predominant time of an entire respective carbonization cycle, the steam in the inner side of the autoclave Reaction space 2 is generated and not supplied from the outside or discharged to the outside or that at least the largest part of the required during a carbonization cycle steam is generated in the autoclave inside reaction chamber 2. In this context, essentially or predominantly means that steam is generated for more than 50% of the time of a carbonization cycle on the inside of the autoclave by means of the evaporator, and / or that a vapor quantity of more than 50% by weight is required or consumed during a carbonation cycle. processed (water) steam autoclave inside by means of the evaporator is generated. At least, however, temporarily, ie for a period of time which is at least 30% of the time of a carbonization cycle during which increased steam pressure in the autoclave interior reaction space 2 is required, this water vapor increased pressure in the autoclave inside reaction space 2 by means of at least one evaporator 31, in particular a heat exchanger or heat exchanger 3 with a water vapor generating unit 11 generates. In the autoclave inside reaction chamber 2 of the autoclave 1 biomass 4 is introduced batchwise and then converted in a carbonization cycle to biochar or biochar or "Green Coal" 5. In the autoclave 1 and in the autoclave interior reaction chamber 2 formed in addition to the biochar 5 as end products a sewage sludge 6 and a contaminated Klarkondensat 7. While the biomass 4 is added batchwise and the biochar 5 and the sewage sludge 6 preferably batchwise after completion of a carbonization cycle the autoclave 1, the contaminated Klarkondensat 7 can be continuously derived during a carbonation cycle and fed directly to a municipal sewage treatment plant In order to provide the heat energy necessary for the evaporation of water within the autoclave interior reaction space, the evaporator 31 comprises the heat exchanger 3, which via a steam / condensate circuit 9 with an external steam generator 8 is connected. The external steam generator 8 supplies heat to the heat exchanger 3, which decouples heat energy in the autoclave-side reaction space 2, condenses here and then is recycled as condensate back to the steam generator 8. With the autoclave 1 according to the invention, vapor production with carrying out a carbonization cycle and with integrated process water or reaction water treatment can be carried out on account of the evaporator 31 arranged in the autoclave interior reaction chamber 2. With the aid of the heat exchanger 3 comprehensive evaporator 31 steam is produced with the required temperature and the required pressure in the autoclave inside reaction chamber 2 and thereby carried out a treatment of the resulting during a carbonization cycle as turbidity condensate 18 reaction water. This is achieved in that the reaction water or process water occurring during the carbonization cycle is vaporized by means of the evaporator 31 comprising the heat exchanger 3 to the respectively required steam.
Ein Carbonisierungszyklus umfasst die Schritte: a) Beladung des autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum 2 des Autoklavs 1 mit Biomasse 4; A carbonization cycle includes the steps: a) loading of the autoclave inside reaction chamber 2 of the autoclave 1 with biomass 4;
b) Erzeugung von Wasserdampf im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum 2 und/oder Zuführung von Wasserdampf in den autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum 2; b) Generation of water vapor in the autoclave interior reaction space 2 and / or supply of water vapor in the autoclave inside reaction space 2;
c) Durchführen des Carbonisierungsprozesses und dabei Auffangen und Verdampfen des während des Carbonisierungszyklus aus der Biomasse 4 austretenden Trübkondensats 18; c) carrying out the carbonization process and thereby collecting and vaporizing the turbidity condensate 18 leaving the biomass 4 during the carbonization cycle;
d) Auffangen von während des Carbonisierungsprozesses an Wandungsbereichen des autoklaveninnenseitigen Reaktionsraums 2 kondensierendem Kondensat als verunreinigtes Klarkondensat 7, vorzugsweise im Bodenbereich des autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum 2 des Autoklavs 1 , und d) collecting condensate condensing on wall regions of the autoclave-side reaction space 2 during the carbonization process as contaminated clear condensate 7, preferably in the bottom region of the autoclave-side reaction space 2 of the autoclave 1, and
e) nach ausreichender Haltezeit und Umwandlung der Biomasse 4 in Biokohle 5 Entnahme der Biokohle 5 und des Klärschlamms 6 sowie gegebenenfalls des verunreinigten Klarkondensats 7, falls letzteres nicht bereits kontinuierlich während des Carbonisierungszyklus bereits abgeführt wurde. e) after sufficient holding time and conversion of the biomass 4 into biochar 5 removal of the biochar 5 and the sewage sludge 6 and optionally the contaminated clear condensate 7, if the latter has not already been continuously discharged during the carbonation cycle.
Hierbei wird zur Durchführung des Schrittes e) nach Beendigung der eigentlichen Carbonisierungsreaktion des hydrothermalen Carbonisierungsprozesses, d.h. nach dem Ablauf der Haltezeit, der Druck im Autoklav 1 auf Atmosphärendruck reduziert, so dass der Autoklave 1 geöffnet und die Biokohle 5 sowie der Klärschlamm 6 entnommen werden können. Ein erneuter Carbonisierungszyklus beginnt dann mit einer erneuten Beladung des Autoklavs 1 mit einem mit Biomasse 4 befüllten Behälter 16. Hereby, in order to carry out step e) after completion of the actual carbonation reaction of the hydrothermal carbonation process, i. after the end of the holding time, the pressure in the autoclave 1 is reduced to atmospheric pressure, so that the autoclave 1 can be opened and the biochar 5 and the sewage sludge 6 removed. A renewed carbonization cycle then begins with a recharging of the autoclave 1 with a container 16 filled with biomass 4.
Ein für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneter Autoklav 1 ist in Fig. 2 schematisch im Querschnitt dargestellt. Bei dem hier dargestellten Autoklav 1 mit rundem Querschnitt kann es sich um einen Druckbehälter handeln, wie er beispielsweise als zylinderförmiger Autoklav aus der Kalksandsteinproduktion bekannt ist. Im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum 2 ist der den Wärmeübertrager 3 umfassende Verdampfer 31 mit Abstand zum bodenseitigen Bereich der Autoklavenwandung 10 im unteren Teil des autoklaveninnenseitigen Reaktionsraums 2 angeordnet. Der Wärmeübertrager oder Wärmetauscher 3 umfasst eine Wasserdampferzeugungseinheit 1 1 und einen Wärmeenergiekopplungsteil 12, wobei die Wasserdampferzeugungseinheit 1 1 oberseitig auf dem Wärmeenergiekopplungsteil 12 in Form einer oberseitig offenen, wasserhaltige Flüssigkeit haltenden Wanne 13 ausgebildet ist. Die Wasserdampferzeugungseinheit 1 1 und das Wärmeenergiekopplungsteil 12 sind als eine den Wärmeübertrager 3 ausbildende Einheit ausgebildet. An autoclave 1 suitable for carrying out the process according to the invention is shown schematically in cross-section in FIG. In the illustrated here autoclave 1 with a round cross section may be a pressure vessel, as it is known for example as a cylindrical autoclave from the lime sandstone production. In the autoclave interior reaction chamber 2 of the heat exchanger 3 comprehensive evaporator 31 is arranged at a distance from the bottom region of the autoclave wall 10 in the lower part of the autoclave inside reaction chamber 2. The heat exchanger or heat exchanger 3 comprises a water vapor generating unit 1 1 and a heat energy coupling part 12, wherein the water vapor generating unit 1 1 is formed on the upper side on the heat energy coupling part 12 in the form of an upper side open, water-containing liquid-holding pan 13. The water vapor generating unit 1 1 and the heat energy coupling part 12 are formed as a heat exchanger 3 forming unit.
Das oder der Wärmeenergiekopplungsteil 12 ist im Ausführungsbeispiel aus mehreren sogenannten Omega-Rohren 14 aufgebaut, die auf ihrer der Wasserdampferzeugungseinheit 1 1 zugewandten Seite unmittelbar die Bodenfläche der Wanne 13 ausbilden und in ihren übrigen Bereichen außen von einer Wärmedämmung 15 umgeben sind. Es ist aber auch möglich, dass die Oberseite der Omega-Rohre 14 nicht unmittelbar den Boden der Wanne 13 ausbildet, sondern dass auf dieser Oberseite ein Wannenboden aufliegt. The one or more thermal energy coupling part 12 is constructed in the embodiment of several so-called omega-tubes 14, which directly form the bottom surface of the trough 13 on its side facing the water vapor generating unit 1 1 and are surrounded in the other areas outside of a thermal insulation 15. But it is also possible that the top of the omega tubes 14 does not directly form the bottom of the tub 13, but that rests on this top a tub bottom.
Der Strömungsquerschnitt der Omega-Rohre 14 ist an den Dampf/Kondensat- Kreislauf 9 des externen Dampferzeugers 8 angeschlossen, so dass die Omega- Rohre 14 von Dampf durchströmt oder durchflutet werden. Während des Durchströmens des Wärmeenergiekopplungsteils 12 gibt dieser Dampf des Dampf/Kondensat-Kreislaufs 9 Wärmeenergie ab, die dasThe flow cross-section of the omega tubes 14 is connected to the steam / condensate circuit 9 of the external steam generator 8, so that the omega tubes 14 are traversed or flooded by steam. During the passage of the heat energy coupling part 12, this steam of the steam / condensate circuit 9 emits heat energy, which is the
Wärmeenergiekopplungsteil 12 an die Wasserdampferzeugungseinheit 1 1 auskoppelt oder weiterleitet. Der danach im Strömungsquerschnitt der Omega- Rohre 14 kondensierende Dampf wird dann als Kondensat zum externen Dampferzeuger 8 rückgeführt. Anstelle der im Ausführungsbeispiel beschriebenen Omega-Rohre 14 sind natürlich auch andere Rohrformen für die Ausbildung des Wärmeenergiekopplungsteils 12 und die Zuführung von Dampf verwendbar. Thermal energy coupling part 12 to the steam generating unit 1 1 decouples or forwards. The then in the flow cross section of the Omega tubes 14 condensing steam is then recycled as condensate to the external steam generator 8. Of course, other tube shapes for the formation of the heat energy coupling part 12 and the supply of steam can be used instead of the omega tubes 14 described in the embodiment.
Oberhalb der oberseitigen Öffnung der trogförmig ausgebildeten Wanne 13 wird zur Durchführung eines Carbonisierungsprozesses ein mit der zu carbonisierenden Biomasse 4 befüllter Behälter 16 angeordnet. ImAbove the upper-side opening of the trough-shaped trough 13, a container 16 filled with the biomass 4 to be carbonized is arranged to carry out a carbonization process. in the
Ausführungsbeispiel ist der Behälter 16 sogar unmittelbar auf den Randbereich der trogförmigen Wanne 13 aufgesetzt. Der Behälter 16 ist korbartig ausgebildet und umfasst bzw. enthält die Biomasse 4. Der Behälter 16 ist größtenteils in seinem Wandungsbereich perforiert oder gitterförmig ausgebildet, was in der Figur 2 durch die die Biomasse 4 umgebende gestrichelte Linie angedeutet ist. Im unteren Drittel seines Wandungsbereiches ist der Behälter 16 jedoch mit geschlossenen, flüssigkeitsleitenden Wandungsbereichen oder Leitblechen 17 ausgestattet, die als durchgezogene Linie angedeutet sind. Diese Leitbleche 17 verjüngen den Querschnitt des Behälters 16 derart, dass seine bodenseitige Öffnung oberhalb der Öffnung der trogförmigen Wanne 13 positioniert ist. Die in der Figur 2 dargestellte Positionierung des Behälters 16 ist diejenige, in welche er zur Durchführung eines hydrothermalen Carbonisierungsprozesses in den Autoklav 1 eingebracht und dort für einen Carbonisierungszyklus positioniert wird. Die Leitbleche 17 stellen dadurch Mittel dar, die der Wasserdampferzeugungseinheit 11 oder der Wanne 13 während eines Carbonisierungszyklus aus der Biomasse 4 austretendes Reaktionswasser oder Trübkondensat 18 zuführen oder zuleiten. Während eines Carbonisierungszyklus aus der Biomasse 4 austretendes Prozess- oder Reaktionswasser wird somit als sog. Trübkondensat 18 in der Wanne 13 aufgefangen. Die Wanne 13 bildet somit zudem einen Trübkondensatsammelraum 19 oder eine Sumpfwanne aus. Das in der Wanne 13 aufgefangene oder ggf. zu Beginn eines Carbonisierungsprozesses zugegebene Prozeß- oder Reaktionswasser oder Trübkondensat 18 wird mit der mittels des von der externen Dampferzeugung 8 dem Wärmeenergiekopplungsteil 12 zugeleiteten Dampfes bereitgestellten Wärmeenergie verdampft und stellt dadurch den für den Ablauf der hydrothermalen Carbonisierungsreaktion benötigten Dampf im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum 2 - zumindest im Wesentlichen und/oder überwiegend - bereit. Dieser Dampf dringt in die Biomasse 4 ein und reagiert mit der Biomasse 4 im Rahmen der Carbonisierungsreaktion zur Biokohle 5. Dabei entstehendes Reaktionswasser oder Kondensat wird als Trübkondensat 18 in die Wanne 13 zurückgeführt. Embodiment, the container 16 is even placed directly on the edge region of the trough-shaped trough 13. The container 16 is in the form of a basket and comprises or contains the biomass 4. The container 16 is for the most part perforated or lattice-shaped in its wall area, which is shown in FIG 2 by the biomass 4 surrounding dashed line is indicated. In the lower third of its wall region, however, the container 16 is provided with closed, liquid-conducting wall regions or baffles 17, which are indicated as a solid line. These baffles 17 taper the cross-section of the container 16 such that its bottom-side opening is positioned above the opening of the trough-shaped tray 13. The positioning of the container 16 shown in FIG. 2 is that in which it is introduced into the autoclave 1 for carrying out a hydrothermal carbonization process and positioned there for a carbonization cycle. The baffles 17 thereby represent means which supply the water vapor generating unit 11 or the tub 13 during a Carbonisierungszyklus from the biomass 4 emerging reaction water or turbidity condensate 18 or forward. Process or reaction water leaving the biomass 4 during a carbonization cycle is thus collected as so-called turbidity condensate 18 in the tub 13. The tub 13 thus also forms a turbidity condensate collection chamber 19 or a sump tray. The process or reaction water or turbidity condensate 18 collected in the trough 13 or possibly added at the beginning of a carbonation process is vaporized by the thermal energy provided by the steam supplied to the thermal energy coupling part 12 by the external steam generator 8, thereby making it necessary for the hydrothermal carbonation reaction to proceed Steam in the autoclave inside reaction space 2 - at least substantially and / or predominantly - ready. This vapor penetrates into the biomass 4 and reacts with the biomass 4 in the context of the carbonization reaction to the biochar 5. Resulting reaction water or condensate is recycled as turbidity condensate 18 in the tub 13.
Ein Teil des Dampfes kondensiert an den Innenwandbereichen der Autoklavenwandung 10 und läuft dann an dieser entlang zum tiefsten Punkt des autoklaveninnenseitigen Reaktionsraumes 2 und sammelt sich dort als verunreinigtes Klarkondensat 7. Dieser tiefste Bereich des autoklaveninnenseitigen Reaktionsraumes 2 bildet somit einen Klarkondensatsammelraum 21 aus. Die Verdampfung des Trübkondensates 18 kann derart eingestellt werden, dass am Ende des Carbonisierungszyklus in der Wanne 13 der Klärschlamm 6 vorliegt, zu welchem das Trübkondensat 18 durch Verdampfung und Zurücklassen von Schwebstoffen oder Schlammstoffen während des Carbonisierungszyklus aufbereitet worden ist. Dieser Klärschlamm 6 kann nach Beendigung eines jeweiligen Carbonisierungszyklus beispielsweise mittels eines Schiebers aus der Wanne 13 entnommen und einer weiteren Behandlung oder einer Entsorgung zugeführt werden. An die Wanne 13 ist eine aus dem Autoklav 1 herausführende Trübkondensatentnahmeleitung 22 angeschlossen, durch welche hindurch gewünschtenfalls Trübkondensat 18 auch während eines Carbonisierungszyklus aus der Wanne 13 und damit dann auch aus dem Autoklav 1 abgeleitet werden kann. Diese Trübkondensatentnahmeleitung 22 kann aber andererseits auch als Zuleitung verwendet werden, um zu Beginn oder vor einem Carbonisierungszyklus Prozeßwasser in die Wanne 13 einzulassen, um dieses dann verdampfen zu können bevor während des Carbonisierungszyklus das Trübkondensat 18 anfällt. A portion of the vapor condenses on the inner wall regions of the autoclave wall 10 and then runs along this to the lowest point of the autoclave interior reaction chamber 2 and collects there as contaminated Clarkondensat 7. This deepest portion of the autoclave inside reaction chamber 2 thus forms a Klarkondensathsammelraum 21 from. The evaporation of the turbidity condensate 18 can be adjusted such that at the end of the carbonization cycle in the tub 13 the sewage sludge 6 is present, to which the turbid condensate 18 has been processed by evaporation and leaving behind suspended matter or sludge during the carbonization cycle. This sewage sludge 6 can be removed after completion of each carbonization cycle, for example by means of a slide from the tub 13 and fed to a further treatment or disposal. To the trough 13, a Trübkondensatentnahmeleitung 22 leading out of the autoclave 1 is connected, through which, if desired, turbidity condensate 18 during a carbonation cycle from the trough 13 and thus then also from the autoclave 1 can be derived. On the other hand, however, this cloudy condensate removal line 22 can also be used as a feed line for introducing process water into the trough 13 at the beginning or before a carbonization cycle so that it can evaporate before the turbidity condensate 18 is obtained during the carbonation cycle.
Weiterhin weist der Autoklav 1 eine Klarkondensatentnahmeleitung 23 auf, mittels welcher dem Klarkondensatsammelraum 21 verunreinigtes Klarkondensat 7 entnommen werden kann, welches dann in einer kommunalen Kläranlage entsorgt werden kann. Furthermore, the autoclave 1 a Klarkondensatentnahmeleitung 23, by means of which the Klarkondensathsammelraum 21 contaminated Klarkondensat 7 can be removed, which can then be disposed of in a municipal sewage treatment plant.
Um gewünschtenfalls Luft aus dem autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum 2 ablassen zu können weist der Autoklav 1 weiterhin eine Entlüftung 20 auf. In order to be able to discharge air from the autoclave-side reaction space 2, if desired, the autoclave 1 also has a vent 20.
Wie aus der Figur 4 ersichtlich ist, kann ein Autoklav 1 Bestandteil einer Anlage 24 sein, die mehrere Autoklaven 1 , 25, 26 oder einen oder mehrere Wärmespeicher 27 umfasst. Hierbei sind die verschiedenen Aggregate zueinander parallel verschaltet und über eine Dampfpendelleitung 28 miteinander verbunden, wobei jeweils eine Dampfleitung 29 von der Dampfpendelleitung 28 abzweigt und in den jeweiligen Autoklav 1 , 25, 26 oder einen jeweiligen Wärmespeicher 27 einmündet. Um die für das vollständige Erreichen der Biomasse 4 zur Durchführung der hydrothermalen Carbonisierungsreaktion notwendige Dampfeindringtiefe in die Biomasse 4 nicht zu groß werden zu lassen, sind in dem Behälter 16 Dampfführungsrohre 30 angeordnet, in welche der im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum 2 erzeugte Wasserdampf frei von beiden Enden eines jeweiligen Dampfführungsrohres 30 in dieses einströmen und dann durch die perforierte Wandung eines jeden Dampfführungsrohres 30 in die das jeweilige Dampfführungsrohr 30 umgebende Biomasse 4 einströmen kann. Bei den in der Anlage 24 zusammengeschalteten oder zusammenwirkenden Autoklaven 1 , 25 und 26 handelt es sich um zumindest im Wesentlichen bauartgleiche Autoklaven, die alle bauartgleich wie der im Zusammenhang mit der Fig. 2 dargestellte und vorstehend erläuterte Autoklav 1 ausgebildet sind. Die Wasserdampferzeugungseinheit 11 mit der Wanne 13 erstreckt sich im Wesentlichen längs des größten Teils der Längserstreckung des Autoklavs 1 und ist in dieser Längsrichtung mindestens so lang wie der die Biomasse 4 enthaltende Behälter 16 ausgebildet. In gleicher Weise erstreckt sich auch das Wärmeenergiekopplungsteil 12 in Längsrichtung des Autoklavs 1 , wobei die Wanne 13 lediglich durch ein vorderseitiges, geschrägt geneigt verlaufendes EndeAs can be seen from FIG. 4, an autoclave 1 can be part of a system 24 which comprises a plurality of autoclaves 1, 25, 26 or one or more heat accumulators 27. Here, the various units are interconnected in parallel and connected to each other via a steam shuttle 28, wherein in each case a steam line 29 branches off from the steam shuttle 28 and opens into the respective autoclave 1, 25, 26 or a respective heat storage 27. In order to make the necessary for the complete achievement of the biomass 4 for carrying out the hydrothermal carbonization reaction steam penetration into the biomass 4, steam guide tubes 30 are arranged in the container 16, in which the water vapor generated in the autoclave inside the reaction chamber 2 free from both ends of a each steam guide tube 30 flow into this and then can flow through the perforated wall of each steam guide tube 30 into which the respective steam guide tube 30 surrounding biomass 4. The autoclaves 1, 25 and 26 interconnected or interacting in the plant 24 are autoclaves of at least substantially the same design, all of which have the same design as the autoclave 1 illustrated in connection with FIG. 2 and explained above. The water vapor generating unit 11 with the trough 13 extends substantially along most of the longitudinal extent of the autoclave 1 and is formed in this longitudinal direction at least as long as the container 16 containing the biomass 4. In the same way, the heat energy coupling part 12 extends in the longitudinal direction of the autoclave 1, wherein the trough 13 only by a front, beveled inclined end
31 über das Wärmeenergiekopplungsteil 12 übersteht, wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist. Mit dieser Ausgestaltung weist damit dann auch der Wärmeübertrager 3 eine Längserstreckung auf, die annährend der, vorzugsweise mindestens der, Längserstreckung des Behälters 16 in Längsrichtung des Autoklavs 1 entspricht und zudem auch den wesentlichen Teil der Längserstreckung des Autoklavs 1 abdeckt. Der schräg verlaufende Teil 31 bildet die vordere, der Öffnungstüre oder Öffnungsklappe des Autoklavs 1 zugeordnete Seite des Wärmeübertragers 3 bzw. der Wanne 13 aus. Der Behälter 16 ist im Ausführungsbeispiel als mit überwiegend perforierten oder gitterstrukturförmigen Seitenwandungen ausgebildeter Behälter 16 dargestellt. Es ist aber durchaus möglich, dass die als Leitbleche 17 ausgebildeten Wandungsbereiche nicht nur im unteren Drittel, sondern über die gesamten Seitenflächen des Behälters 16 ausgebildet sind, so dass er lediglich eine perforierte Oberseite oder sogar eine komplett offene Oberseite und eine perforierte, das Durchfallen von Biokohleteilen verhindernde Unterseite aufweist. 31 over the heat energy coupling part 12 projects, as shown in FIG. 3 can be seen. With this embodiment, the heat exchanger 3 then also has a longitudinal extension which corresponds approximately to, preferably at least, the longitudinal extension of the container 16 in the longitudinal direction of the autoclave 1 and also covers the essential part of the longitudinal extension of the autoclave 1. The inclined part 31 forms the front, the opening door or opening flap of the autoclave 1 associated side of the heat exchanger 3 and the trough 13 from. The container 16 is shown in the embodiment as designed with predominantly perforated or lattice-structured side walls container 16. But it is quite possible that formed as baffles 17 wall portions are formed not only in the lower third, but over the entire side surfaces of the container 16, so that he only one perforated top, or even a completely open top, and a perforated underside that prevents biocleamage from falling through.
Mit dem erfindungsgemäßen Autoklav 1 oder der erfindungsgemäßen Anlage 24 kann sowohl ein sogenannter Kaltstart zur Ingangsetzung oder Initiierung eines hydrothermalen Carbonisierungszyklus als auch ein sogenannter Warmstart durchgeführt werden. Bei einem Kaltstart wird dem autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum 2 kein Wasserdampf von außen zugeführt. Falls der Autoklav 1 jedoch beispielsweise Bestandteil einer mehrere Autoklaven 1 , 25, 26 und/oder einen Wärmespeicher 27 umfassenden Anlage 24 ist, kann jedoch ggf. auch ein Warmstart des Autoklavs 1 mittels von außen über die Dampfpendelleitung 28 von einem weiteren Autoklav 25, 26 oder dem Wärmespeicher 27 zugeführten Dampfs durchgeführt werden. Bei einem Kaltstart sind bei einer Anlage 24 alle Autoklaven 1 , 25 und 26 zunächst außer Betrieb und ist der zumindest eine Wärmespeicher 27 nicht geladen. Es muss also zunächst erstmalig Dampf innerhalb eines der Autoklaven 1 , 25, 26 mit Hilfe des externen Dampferzeugers 8 und des Dampf/Kondensat-Kreislaufs 9 erzeugt werden. Dies soll der Autoklave 1 sein. Bei einem solchen Kaltstart wird die Wanne 13 der Wasserdampferzeugungseinhelt 1 1 des Autoklavs 1 mit Flüssigkeit, insbesondere Wasser, gefüllt. Dann wird der Autoklave 1 mit der Biomasse 4 beladen, indem der die Biomasse 4 enthaltende Behälter 16 in die in Fig. 2 dargestellte Position im Autoklav 1 und im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum 2 positioniert wird. Danach wird die nicht dargestellte Tür des Autoklavs 1 verschlossen und verriegelt, so dass der Autoklav 1 druckfest verschlossen ist. Im nächsten Schritt wird der Wärmeenergiekopplungsteil 12 des Wärmeübertragers oder Wärmetauschers 3 mit Dampf des Dampf/Kondensat- Kreislaufes 9 des externen Dampferzeugers 8 beaufschlagt. Der zugeführte Wasserdampf gibt im Wärmeenergiekopplungsteil 12 den Großteil seiner Wärmeenergie ab und kondensiert zu einem sauberen Kondensat, das dem externen Dampferzeuger 8 zurückgeführt wird. Aufgrund der Beheizung des Wärmeenergiekopplungsteils 12 des Wärmeübertragers 3 wird Wärmeenergie in den Wärmeübertrager 3, und zwar vom Wärmeenergiekopplungsteil 12 in die Wasserdampferzeugungseinhelt 1 1 , ausgekoppelt und eingetragen. Dadurch beginnt die in der Wanne 13 vorhandene Flüssigkeit, beim Kaltstart insbesondere zugeführtes Wasser (Prozeßwasser) oder vorhandenes Reaktionswasser oder Trübkondensat 18, auszudampfen bzw. zu verdampfen. Der Autoklav 1 wird dann mittels der Entlüftung 20 entlüftet. Nachdem die Entlüftung 20 wieder geschlossen ist, beginnt dann bei weiterem Energieeintrag durch den Dampf/Kondensat- Kreislauf 9 die weitere Verdampfung des in der Wanne 13 befindlichen Reaktionswassers oder Trübkondensats 18 und damit einhergehend eine Temperierung des autoklaveninnenseitigen Reaktionsraums 2 und ein Druckaufbau im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum 2 durch den entstehenden Wasserdampf. Durch Regelung der Beheizung des Wärmeenergiekopplungsteils 12 des Wärmeübertragers 3, d.h. die Regelung der Zuführung des Dampfes im Dampf/Kondensatkreislauf 9, wird der Dampfdruck im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum 2 geregelt und eingestellt. Die in dem gebildeten Wasserdampf enthaltene wasserhaltige Komponente durchströmt die Biomasse, startet hier die hydrothermale Carbonisierungsreaktion und kondensiert in der Biomasse 4, aber auch am Behälter 16 und an der Innenseite der Behälterwandung 10. Aus dem Behälter 16 und der Biomasse 4 tritt dieses Kondensat als Reaktionswasser oder Trübkondensat 18 aus und wird dann in dem von der Wanne 13 ausgebildeten Trübkondensatsammelraum 19 aufgefangen. Ein anderer, außerhalb des Behälters 16, insbesondere an der Innenseite derWith the autoclave 1 or the system 24 according to the invention, both a so-called cold start for initiating or initiating a hydrothermal carbonization cycle and a so-called warm start can be carried out. In the case of a cold start, no water vapor is supplied from the outside to the autoclave-side reaction space 2. However, if the autoclave 1 is, for example, part of a multiple autoclave 1, 25, 26 and / or a heat storage 27 comprehensive system 24, but may also be a warm start of the autoclave 1 by means of the outside via the steam shuttle 28 of a further autoclave 25, 26th or the heat storage 27 supplied steam are performed. In the case of a cold start, all autoclaves 1, 25 and 26 are initially out of operation in a system 24 and the at least one heat accumulator 27 is not charged. Thus, steam must first be generated within one of the autoclaves 1, 25, 26 with the aid of the external steam generator 8 and the steam / condensate circuit 9 for the first time. This should be the autoclave 1. In such a cold start, the trough 13 of the Wasserdampferzeugungseinhelt 1 1 of the autoclave 1 with liquid, especially water, filled. The autoclave 1 is then loaded with the biomass 4 by positioning the container 16 containing the biomass 4 in the position shown in FIG. 2 in the autoclave 1 and in the autoclave-side reaction space 2. Thereafter, the door, not shown, of the autoclave 1 is closed and locked, so that the autoclave 1 is closed pressure-resistant. In the next step, the heat energy coupling part 12 of the heat exchanger or heat exchanger 3 is acted upon by steam of the steam / condensate circuit 9 of the external steam generator 8. The supplied water vapor gives off most of its heat energy in the heat energy coupling part 12 and condenses into a clean condensate, which is returned to the external steam generator 8. Due to the heating of the heat energy coupling part 12 of the heat exchanger 3, heat energy is coupled into the heat exchanger 3, and indeed by the heat energy coupling part 12 in the Wasserdampferzeugungseinhelt 1 1, and registered. Thereby begins the existing in the tub 13 liquid at cold start in particular supplied water (process water) or existing reaction water or turbidity condensate 18, evaporate or vaporize. The autoclave 1 is then vented by means of the vent 20. After the vent 20 is closed again, then with further energy input through the steam / condensate circuit 9, the further evaporation of the reaction water located in the tub 13 or Trübkondensats 18 and, consequently, a temperature of the autoclave inside reaction chamber 2 and a pressure buildup in the autoclave inside reaction chamber. 2 by the resulting water vapor. By regulating the heating of the heat energy coupling part 12 of the heat exchanger 3, ie the regulation of the supply of steam in the steam / condensate circuit 9, the vapor pressure in the autoclave inside reaction chamber 2 is controlled and adjusted. The water-containing component contained in the water vapor flows through the biomass, here starts the hydrothermal carbonation reaction and condenses in the biomass 4, but also on the container 16 and on the inside of the container 10. From the container 16 and the biomass 4, this condensate occurs as water of reaction or turbidity condensate 18 and is then collected in the formed by the tub 13 Trübkondensatsraumel 19. Another, outside of the container 16, in particular on the inside of the container
Autoklavenwandung 10 kondensierender Teil des Wasserdampfes kondensiert hier als verunreinigtes Klarkondensat 7, das sich im tiefsten Bereich des Autoklavs 1 im dort ausgebildeten Klarkondensatsammelraum 21 sammelt. In Abhängigkeit von der Zusammensetzung der dem hydrothermalen Carbonisierungsprozeß jeweils ausgesetzten Biomasse 4 kann entweder aus der Wanne 13 Trübkondensat 18 über die Trübkondensatentnahmeleitung 22 entnommen oder aber Prozeßwasser der Wanne 13 zugeführt werden. Dies geschieht in Abhängigkeit davon, welche Dampfatmosphäre im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum 2 eingestellt werden soll und ob das dafür benötigte Wasser ausreichend oder im Überschuss vorhanden ist. Ist zu viel Wasser, insbesondereAutoclave wall 10 condensing part of the water vapor condenses here as a contaminated Clarkondensat 7, which collects in the deepest region of the autoclave 1 in the formed there Klarkondensathsammelraum 21. Depending on the composition of the biomass 4 exposed to the hydrothermal carbonization process, turbidity condensate 18 can either be withdrawn from the trough 13 via the turbidity condensate removal line 22 or process water can be supplied to the trough 13. This happens depending on which steam atmosphere is to be set in the autoclave inside reaction space 2 and whether the water required for this is present sufficiently or in excess. Is too much water, in particular
Trübkondensat 18, vorhanden, wird Trübkondensat 18 abgeführt. Ist in der Biomasse 4 zu wenig Wasser enthalten und bildet sich zu wenig Trübkondensat 18, dann wird von außen Prozeßwasser zugeführt. Das sich im Bodenbereich des Autoklavs 1 sammelnde Klarkondensat 7 wird kontinuierlich aus dem autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum 2 und damit dem Autoklav 1 abgeleitet und abgeführt. In Abhängigkeit von der zu carbonisierenden Biomasse 4 werden in dem Autoklav 1 , bzw. im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum 2, der gewünschte und notwendige Wasserdampfdruck, die gewünschte und notwendige Wasserdampftemperatur und die gewünschte und notwendige Haltezeit eingestellt. Sobald der Wasserdampfdruck seinen Sollwert im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum 2 erreicht hat, kann weiterer entstehender Wasserdampf über die Dampfleitung 29 an die angeschlossene Dampfpendelleitung 28 abgegeben werden. Über die Dampfpendelleitung 28 kann dieser Dampf dann einem oder beiden der benachbarten Autoklaven 25 und 26 und/oder dem Wärmespeicher 27 zugeleitet werden. Nach Ablauf der Haltezeit wird dann der Wasserdampfdruck im Autoklav 1 abgebaut. Dies kann dadurch erfolgen oder unterstützt werden, dass wiederum Wasserdampf an die Dampfpendelleitung 28 abgegeben wird. Im Übrigen wird der Wasserdampfdruck durch entsprechende Reduzierung der Beheizung des Wärmeenergiekopplungsteils 12 geregelt. Hierbei kann die Beheizung dann auch so geregelt werden, dass gewünschtenfalls das gesamte Trübkondensat 18 am Ende eines Carbonisierungszyklus verdampft ist und sich in der Wanne 13 nur noch der Klärschlamm 6 befindet. Nachdem dann abschließend die Beheizung des Verdampfers 31 bzw. des Wärmeübertragers 3 abgestellt ist und der Druck imTurbidity condensate 18, is present, turbidity condensate 18 is removed. If too little water is contained in the biomass 4 and too little turbidity condensate 18 forms, then process water is supplied from the outside. The collecting in the bottom region of the autoclave 1 Klarkondensat 7 is continuously from the autoclave inside reaction space 2 and thus derived and discharged to the autoclave 1. Depending on the biomass 4 to be carbonized, the desired and necessary water vapor pressure, the desired and necessary steam temperature and the desired and necessary holding time are set in the autoclave 1 or in the autoclave inside reaction space 2. As soon as the steam pressure has reached its setpoint value in the autoclave-side reaction space 2, further water vapor which has formed can be released via the steam line 29 to the connected steam displacement line 28. Via the vapor displacement line 28, this vapor can then be fed to one or both of the adjacent autoclaves 25 and 26 and / or the heat accumulator 27. After the holding time, the water vapor pressure in the autoclave 1 is then reduced. This can be done or supported, that in turn steam is delivered to the steam shuttle line 28. Incidentally, the water vapor pressure is controlled by corresponding reduction of the heating of the heat energy coupling part 12. In this case, the heating can then also be regulated so that, if desired, the entire turbidity condensate 18 is vaporized at the end of a carbonization cycle and in the tub 13 only the sewage sludge 6 is located. After then, finally, the heating of the evaporator 31 and the heat exchanger 3 is turned off and the pressure in
Autoklav 1 auf Atmosphärendruck reduziert ist, wird der Autoklav 1 geöffnet und der Käfig oder Behälter 16 mit der nun hydrothermal zu Biokohle 5 carbonisierten Biomasse 4 dem Autoklav 1 entnommen. Anschließend kann entschieden werden, ob der in der Wanne 13 befindliche Klärschlamm 6 entnommen oder gegebenenfalls für einen nächsten Carbonisierungszyklus noch in der Wanne 13 verbleibt. Autoclave 1 is reduced to atmospheric pressure, the autoclave 1 is opened and the cage or container 16 with the now hydrothermally biochar 5 carbonized biomass 4 taken from the autoclave 1. It can then be decided whether the sewage sludge 6 present in the tank 13 is removed or if necessary still remaining in the tank 13 for a next carbonization cycle.
Ein Warmstart wird durchgeführt, wenn sich bei der in Fig. 4 dargestellten Anlage mindestens einer der Autoklaven 1 , 25 und 26 bereits in Betrieb, d.h. in einem laufenden Carbonisierungszyklus befindet, oder und/oder ein beladenderA warm start is performed when at least one of the autoclaves 1, 25 and 26 is already in operation, i.e. in the plant shown in FIG. is in an ongoing carbonization cycle, and / or a loading
Wärmespeicher 27 zur Verfügung steht. Bei einem solchen Warmstart kann dann der in einen Carbonisierungszyklus zu versetzende Autoklav, hier jetzt der Autoklav 1 , sowohl von dem externen Dampferzeuger 8 mittels des autoklaveninnenseitig im Reaktionsraum 2 integrierten Verdampfers 31 bzw. Wärmeübertragers 3 beheizt werden als auch von einem der benachbarten Autoklaven 25, 26 oder dem Wärmespeicher 27 über die Dampfpendelleitung 28 und die Dampfleitung 29 unmittelbar und direkt mit Wasserdampf beaufschlagt werden. Der Einsatz der diversen Wärmequellen zur Erzeugung oder Bereitstellung von Wasserdampf kann hierbei flexibel gehandhabt und genutzt werden. Der Einsatz wird bestimmt von der Art und der Menge an Trübkondensat 18 in der Wanne 13, der Zusammensetzung der Biomasse 4 und dem thermischen Zustand der Anlage 24, d.h. dem innerhalb Anlage 24 zur Verfügung stellbaren Dampfpotential. Heat storage 27 is available. In such a warm start can then be placed in a carbonization cycle autoclave, here now the autoclave 1, both of the external steam generator 8 by means of the autoclave inside the reaction chamber 2 integrated evaporator 31 and Heat exchanger 3 are heated and are acted upon by one of the adjacent autoclave 25, 26 or the heat storage 27 via the steam shuttle line 28 and the steam line 29 directly and directly with steam. The use of the various heat sources for the generation or supply of water vapor can be flexibly handled and used here. The use is determined by the type and amount of turbidity condensate 18 in the tub 13, the composition of the biomass 4 and the thermal state of the system 24, ie the steam potential available within installation 24.
Bei einem Warmstart kann sich in der Wanne 13 wie beim Kaltstart Trübkondensat 8 befinden, kann dort Prozeßwasser eingegeben werden oder kann aber auch im Unterschied dazu die Wanne 13 zunächst vollständig trocken sein. Auch beim Warmstart wird der Autoklav 1 dann zunächst mit Biomasse 4 beladen und wird die Tür des Autoklavs geschlossen und verriegelt. Der hier betrachtete, zu startende Autoklav 1 wird dann über die Dampfpendelleitung 28 von einem sich bei diesem Ausführungsbeispiel bereits in Betrieb, d.h. in einem Carbonisierungszyklus, befindenden Autoklav 25, 26 oder dem Wärmespeicher 27 mit Wasserdampf versorgt. Der Autoklave 1 wird entlüftet und nach Schließung der Entlüftung 20 beginnt dann der Druckaufbau im autoklaveninnenseitigenWhen a warm start can be in the tub 13 as in the cold start cloudy condensate 8, there process water can be entered or may be in contrast to the tub 13 initially completely dry. Even during the warm start of the autoclave 1 is then initially loaded with biomass 4 and the door of the autoclave is closed and locked. The autoclave 1 to be started, which is considered here, is then operated via the vapor displacement line 28, which is already in operation in this embodiment, i. in a carbonization cycle, located autoclave 25, 26 or the heat storage 27 supplied with water vapor. The autoclave 1 is vented and after closing the vent 20 then begins the pressure build-up in the autoclave inside
Reaktionsraum 2 Mittels des weiterhin von einem der Autoklaven 25, 26 oder dem Wärmespeicher 27 zugeführten Dampfes. Wie auch beim Kaltstart kondensiert ein Teil des Wasserdampfes aufgrund von Wärmeabgabe an die Biomasse 4, den Biomassebehälter 6 oder die Innenseite der Autoklavenwandung 10 und wird als Trübkondensat 18 oder Reaktionswasser in der Wanne 13 oder als verunreinigtes Klarkondensat 7 im Bodenbereich des Autoklavs 1 gesammelt. Wie beim Kaltstart kann nun im Anhängigkeit von der Zusammensetzung der Biomasse 4 Trübkondensat aus der Wanne 13 über die Trübkondensatentnahmeleitung 22 entnommen oder Flüssigkeit in die Wanne 13 eingeleitet werden. Das im Bodenbereich des Autoklavs 1 anfallende verunreinigte Klarkondensat 7 wird vorzugsweise kontinuierlich über die Klarkondensatentnahmeleitung 23 aus dem Autoklav 1 abgeführt. Nach einer gewissen Zeit wird dann die Zuführung von Wasserdampf aus einem benachbarten Autoklav 25, 26 und/oder dem Wärmespeicher 27 eingestellt, da dort kein entsprechender Wasserdampf mehr zur Verfügung steht, und erfolgt der für die Erzeugung von Wasserdampf notwendige Wärmeeintrag über die Zuleitung von Dampf aus dem externen Dampferzeuger 8 in den Wärmeübertrager 3. Auch hier läuft dann der Dampf/Kondensat-Kreislauf 9 durch das Wärmeenergiekopplungsteil 12 und bewirkt hier den Energieeintrag in die Wasserdampferzeugungseinheit 11. Wie auch beim Kaltstart wird durch die Beheizung des integrierten WärmeübertragersReaction space 2 by means of the still supplied from one of the autoclave 25, 26 or the heat storage 27 steam. As with the cold start, part of the water vapor condenses due to heat release to the biomass 4, the biomass container 6 or the inside of the autoclave wall 10 and is collected as cloudy condensate 18 or water of reaction in the tub 13 or as contaminated clear condensate 7 in the bottom region of the autoclave 1. As with the cold start, it is now possible, depending on the composition of the biomass 4, to remove turbid condensate from the trough 13 via the turbidity condensate removal line 22 or to introduce liquid into the trough 13. The contaminated clear condensate 7 obtained in the bottom region of the autoclave 1 is preferably removed from the autoclave 1 continuously via the clear condensate removal line 23. After a certain time, then the supply of water vapor from an adjacent autoclave 25, 26 and / or the heat storage 27 is set, since there is no corresponding water vapor more is available, and the necessary for the generation of steam heat input via the supply of steam from the external steam generator 8 in the heat exchanger 3. Again, then runs the steam / condensate circuit 9 through the heat energy coupling part 12 and causes the energy input in the steam generating unit 11. As with the cold start is by the heating of the integrated heat exchanger
3 nun die in der Wanne 13 enthaltene Flüssigkeit, d.h. das Trübkondensat 18, verdampft und werden in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Biomasse3 now the liquid contained in the tub 13, i. the turbidity condensate 18, evaporates and become dependent on the composition of the biomass
4 der Wasserdampfdruck, die Wasserdampftemperatur und die Haltezeit im Autoklav 1 eingestellt und geregelt. Der Warmstart läuft nun wie der Kaltstart ab.4, the water vapor pressure, the steam temperature and the holding time in the autoclave 1 are set and regulated. The warm start now runs like the cold start.
Nach Erreichen des gewünschten Solldruckwertes kann Wasserdampf an die Dampfpendelleitung 28 und benachbarte Autoklaven 25, 26 oder den Wärmespeicher 27 abgegeben werden, und wird nach Ablauf der gewünschten Haltezeit der Druck in analoger Weise zum Kaltstart im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum 2 abgebaut. Wenn sich dann der autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum 2 auf Atmosphärendruck befindet, kann der Autoklave 1 geöffnet und die zu Biokohle 5 oder Green Goal oder Pflanzenkohle carbonisierte Biomasse 4 entnommen werden. Aus dem Vorstehenden ergibt sich, dass sich der Kaltstart und der Warmstart nur darin unterscheiden, wie zu Beginn eines Carbonisierungszyklus der benötigte Wasserdampf bereitgestellt wird. Beim Kaltstart wird dieser vollständig innerhalb des einen Carbonisierungszyklus startenden Autoklavs 1 erzeugt, wohingegen der Dampf bei einem Warmstart zu anfangs, und damit bezogen auf den gesamten Carbonisierungszyklus teilweise, von einem bereits in Betrieb befindlichen bauartgleichen Autoklav 25, 26 oder einem Wärmespeicher 27 bereitgestellt und zugeführt wird. After reaching the desired setpoint pressure, steam can be delivered to the vapor displacement line 28 and adjacent autoclaves 25, 26 or the heat accumulator 27, and after the desired holding time has elapsed, the pressure is reduced in an analogous manner to the cold start in the autoclave inside reaction space 2. When the autoclave-side reaction space 2 is then at atmospheric pressure, the autoclave 1 can be opened and the biomass 4 carbonated to biochar 5 or green goal or biochar can be removed. It can be seen from the above that the cold start and the warm start differ only in how the required water vapor is provided at the beginning of a carbonization cycle. During the cold start, this autoclave 1 is completely produced within the one carbonation cycle, whereas the steam is initially provided and supplied by a previously identical autoclave 25, 26 or a heat accumulator 27 in the case of a warm start initially, and thus partially over the entire carbonization cycle becomes.
Bei einer die drei Autoklaven 1 , 25, 26, den Wärmespeicher 27 und die Dampfpendelleitung 28 mit angeschlossenen Dampfleitungen 29 umfassendenIn one of the three autoclaves 1, 25, 26, the heat storage 27 and the steam return line 28 with connected steam lines 29 include
Anlage 24 kann ein solcher Warmstart beispielsweise gemäß nachfolgendem Ausführungsbeispiel durchgeführt werden. Hierbei ist es so, dass der Autoklav 1 gestartet werden soll, sich der Autoklav 25 in der Mitte seines Carbonisierungszyklus befindet und der Autoklav 26 sich am Ende seines Carbonisierungszyklus befindet. Der Autoklav 1 ist bei Beginn des Warmstarts und damit bei Beginn des Carbonisierungszyklus drucklos, der Autoklav 25 weist in seinem autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum 2 eine Wasserdampfatmosphäre von 16 bar und 200 °C auf, der Autoklav 26 weist in seinem autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum 2 eine Wasserdampfatmosphäre von 16 bar und 200 °C auf und der Wärmespeicher 27 stellt Wasserdampf mit einem Druck von 4 bar und einer Temperatur von 145 °C zur Verfügung. Appendix 24, such a warm start, for example, be carried out according to the following embodiment. It is here that the autoclave 1 is to be started, the autoclave 25 is in the middle of its carbonization cycle and the autoclave 26 at the end of his Carbonization cycle is located. The autoclave 1 is depressurized at the beginning of the warm start and thus at the beginning of the carbonization cycle, the autoclave 25 has in its autoclave inside reaction chamber 2 a steam atmosphere of 16 bar and 200 ° C, the autoclave 26 has in its autoclave inside reaction chamber 2 a water vapor atmosphere of 16 bar and 200 ° C and the heat storage 27 provides water vapor at a pressure of 4 bar and a temperature of 145 ° C available.
Bei einem solchen Ausführungsbeispiei wird dann in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Biomasse 4 die Wanne 13 des Autoklavs 1 trocken gelassen oder mit Flüssigkeit gefüllt und wird der Autoklav 1 mit der Biomasse 4 beladen. Danach wird die Tür des Autoklavs 1 geschlossen und verriegelt. Der nun mit dem die Dampfbeaufschlagung der Biomasse 4 umfassenden Teil des Carbonisierungszyklus beginnende Carbonisierungszyklusabschnitt startet, indem dem Autoklav 1 vom Wärmespeicher 27 Wasserdampf mit 4 bar und 145 °C zugeleitet wird. Der Autoklav 1 wird dann nochmals entlüftet (Dauer ca. 10 min). Nach Schließung der Entlüftung 20 beginnt der Druckaufbau im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum 2 auf 3 bar (Dauer ca. 10 min) indem weiterhin Wasserdampf mit 4 bar und 145 °C aus dem Wärmespeicher 27 zugeführt wird. Anschließend wird der Autoklav 1 dann von dem sich am Ende seines Zyklus befindenden Autoklav 26 mit Dampf versorgt, wobei der Wasserdampfdruck im Autoklav 26 von 16 bar auf 8 bar abgebaut wird. Der Wasserdampfdruck im Autoklav 1 erhöht sich von 3 bar auf 7 bar (Dauer ca. 10 min). Danach wird der Autoklav 1 dann mit 16 bar Wasserdampf aus dem Autoklav 25 versorgt. Der Wasserdampfdruck im autoklaveninnenseitigenIn such a Ausführungsbeispiei then the tub 13 of the autoclave 1 is left dry or filled with liquid depending on the composition of the biomass 4 and the autoclave 1 is loaded with the biomass 4. Thereafter, the door of the autoclave 1 is closed and locked. The now beginning with the steaming of the biomass 4 comprehensive part of the carbonization cycle beginning Kohleisierungszyklusabschnitt by the autoclave 1 from the heat storage 27 steam at 4 bar and 145 ° C is fed. The autoclave 1 is then vented again (duration about 10 min). After closing the vent 20, the pressure build-up in the autoclave inside reaction chamber 2 to 3 bar (duration about 10 min) by further water vapor at 4 bar and 145 ° C from the heat storage 27 is supplied. Subsequently, the autoclave 1 is then supplied with steam from the autoclave 26 at the end of its cycle, the water vapor pressure in the autoclave 26 being reduced from 16 bar to 8 bar. The water vapor pressure in the autoclave 1 increases from 3 bar to 7 bar (duration about 10 min). Thereafter, the autoclave 1 is then supplied with 16 bar of water vapor from the autoclave 25. The water vapor pressure in the autoclave inside
Reaktionsraum 2 des Autoklavs 1 wird dabei innerhalb von 20 min von 7 bar auf ca. 16 bar erhöht und danach auf 16 bar Wasserdampfdruck eingeregelt (Dauer ca. 120 min). Wie bereits vorstehend im Zusammenhang mit dem Kalt- und Warmstart beschrieben, kondensiert ein Teil des Wasserdampfes durch Wärmeabgabe an die Biomasse 4, den Biomassebehälter 16 oder dieReaction space 2 of the autoclave 1 is increased within 20 minutes from 7 bar to about 16 bar and then adjusted to 16 bar water vapor pressure (duration about 120 min). As already described above in connection with the cold and warm start, condenses a part of the water vapor by heat to the biomass 4, the biomass container 16 or the
Autoklavenwandung 10 und fällt einerseits als Trübkondensat 18 in der Wanne 13 oder als verunreinigtes Klarkondensat 7 im Klarkondensatsammelraum 21 im Bodenbereich des Autoklavs 1 an. In Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Biomasse 4 kann Reaktionswasser oder Trübkondensat 18 aus der Wanne 13 abgeführt und abgeleitet oder dieser Prozeßwasser zugeführt oder zugeleitet werden. Das Klarkondensat 7 wird kontinuierlich aus dem Autoklav 1 abgeleitet. Nachdem der Autoklav 1 für ca. 120 min mit Dampf aus dem Autoklav 26 versorgt worden ist, wird dann die integrierte Wasserdampferzeugungseinheit 1 1 des Wärmeübertragers 3 im Autoklav 1 durch Zuleitung von Dampf aus dem externen Dampferzeuger 8 - wie im Zusammenhang mit dem Kalt- und Warmstart beschrieben - in Gang gesetzt. Durch die Beheizung des integrierten Wärmeübertragers 3 beginnt die Flüssigkeit in der Wanne 13 auszudampfen und der Autoklav 1 kann nun während dieser Zeitspanne des Carbonisierungszyklus von ca. 240 min Dampf mit einem Druck von 16 bar an die Dampfpendelleitung 28 abgeben. Nach Ablauf der Haltezeit im Autoklav 1 von ca. 360 min wird der Wasserdampfdruck, d.h. der Druck, im Autoklav 1 schrittweise über die Stufen 8 bar und 5 bar auf 1 bar abgebaut (Dauer jeweils ca. 10 min). Dabei kann Wasserdampf an einen der benachbarten Autoklaven 25, 26 und/oder den Wärmespeicher 27 abgegeben werden. Die Beheizung des internen Verdampfers 31 bzw. Wärmeübertragers 3 wird dann wiederum an die gewünschte Verdampfung des Trübkondensats 18 angepasst und entsprechend der durch dessen Verdampfung bestimmten Anforderungen durchgeführt. Abschließend wird die Beheizung des internen Wärmeübertragers 3 abgestellt und der Druck im Autoklav 1 auf Atmosphärendruck reduziert, so dass der Autoklav 1 geöffnet und das Reaktionsprodukt, die zu Green Coal oder Biokohle 5 oder Pflanzenkohle carbonisierte Biomasse 4, mitsamt dem diese umgebenden Behälter 16, dem Autoklav 1 entnommen werden kann. Im Ausführungsbeispiel findet ein Autoklav 1 mit einer Länge von 12 m und einemAutoclave 10 and falls on the one hand as turbidity condensate 18 in the tub 13 or as a contaminated Clarkondensat 7 in Klarkondensathsammelraum 21 in the bottom region of the autoclave 1 at. Depending on the composition of the biomass 4 reaction water or turbidity condensate 18 from the tub 13th be removed and discharged or fed or supplied to this process water. The clear condensate 7 is continuously discharged from the autoclave 1. After the autoclave 1 has been supplied for about 120 minutes with steam from the autoclave 26, then the integrated water vapor generating unit 1 1 of the heat exchanger 3 in the autoclave 1 by supplying steam from the external steam generator 8 - as in connection with the cold and Warm start described - set in motion. By heating the integrated heat exchanger 3, the liquid begins to evaporate in the tub 13 and the autoclave 1 can now during this period of the carbonization cycle of about 240 min steam with a pressure of 16 bar to the steam shuttle line 28. After expiration of the holding time in autoclave 1 of about 360 min, the water vapor pressure, ie the pressure in the autoclave 1 gradually over the stages 8 bar and 5 bar reduced to 1 bar (duration in each case about 10 min). In this case, steam can be delivered to one of the adjacent autoclaves 25, 26 and / or the heat accumulator 27. The heating of the internal evaporator 31 or heat exchanger 3 is then in turn adapted to the desired evaporation of the turbidity condensate 18 and carried out according to the specific requirements of its evaporation. Finally, the heating of the internal heat exchanger 3 is turned off and the pressure in the autoclave 1 is reduced to atmospheric pressure, so that the autoclave 1 is opened and the reaction product, the biomass 4 carbonated to green coal or biochar 5 or biochar biomass 4, together with the surrounding container 16, the Autoclave 1 can be removed. In the embodiment finds an autoclave 1 with a length of 12 m and a
Innendurchmesser von 1 ,8 m Verwendung. In diesen werden 7,5 t Biomasse 4 in einem hydrothermalen Carbonisierungszyklus im Rahmen einer Carbonisierungsreaktion zu Biokohle 5 umgewandelt. Für diesen Zyklus werden ca. 4 t Wasserdampf benötigt. Der hydrothermale Carbonisierungszyklus weist dabei eine Länge von ca. 480 min auf und umfasst die folgenden Schritte: Inner diameter of 1, 8 m use. In these plants, 7.5 t of biomass 4 are converted to biochar 5 in a hydrothermal carbonation cycle as part of a carbonation reaction. For this cycle, about 4 tons of steam are needed. The hydrothermal carbonization cycle has a length of about 480 min and comprises the following steps:
Beladen des Autoklavs 1 mit Biomasse: ca. 20 min Loading the autoclave 1 with biomass: approx. 20 min
Druckaufbau im Autoklav auf 16 bar: ca. 50 min  Pressure build-up in the autoclave to 16 bar: approx. 50 min
Haltezeit im Autoklav 1 bei 16 bar: ca. 360 min Druckabbau im Autoklav auf 1 bar: ca. 30 min Holding time in autoclave 1 at 16 bar: approx. 360 min Pressure reduction in an autoclave to 1 bar: approx. 30 min
Entladen der erzeugten Biokohle: ca. 20 min  Discharging the generated biochar: approx. 20 min
Mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren und dem vorstehend beschriebenen Autoklav 1 kann somit im Rahmen einer chargenweisen semikontinuierlichen Batchproduktion aus Biomasse 4 mittels hydrothermaler Carbonisierung Kohle 5, sogenannte Biokohle oder Pflanzenkohle oder Green Coal erzeugt werden. Bei dem erzeugten und verwendeten Wasserdampf handelt es sich vorwiegend und vorzugsweise um Sattdampf. With the method described above and the autoclave 1 described above, coal 5, so-called biochar or biochar or green coal can thus be produced in the course of a batch-wise batch production from biomass 4 by means of hydrothermal carbonization. The generated and used steam is predominantly and preferably saturated steam.
Dadurch, dass das durch Kondensierung an der Innenseite der Autoklavenwandung 10 entstehende Klarkondensat 7 getrennt von dem aus der Biomasse 4 austretenden Reaktionswasser (Dampfkondensat + abgespaltenes Bio-Wasser), dem Trübkondensat 18, getrennt aufgefangen wird, finden sich in dem sich nach ausreichender Verdünnung des Trübkondensats 18 in der Wanne 13 bildenden Klärschlamm 6 Salze und Aschenbildner wie Natrium und Kaliumchloride, so dass der Klärschlamm 6 einen pH-Wert von 3 - 4 aufweist. Due to the fact that the clear condensate 7 formed by condensation on the inside of the autoclave wall 10 is collected separately from the reaction water leaving the biomass 4 (steam condensate + split-off organic water), the turbid condensate 18, it is found in which, after adequate dilution of the Trübkondensats 18 in the tub 13 forming sewage sludge 6 salts and ash formers such as sodium and potassium chlorides, so that the sewage sludge 6 has a pH of 3-4.
Auch wenn das Ausführungsbeispiel vorstehend lediglich einen Behälter 16 zur Aufnahme der Biomasse 4 umfasst, so ist es doch auch möglich, dass über die Längserstreckung des Autoklavs 1 oberhalb der Wanne 13 auch mehrere Behälter 6 benachbart zueinander angeordnet sind. Although the exemplary embodiment above merely comprises a container 16 for receiving the biomass 4, it is also possible for a plurality of containers 6 to be arranged adjacent to one another over the longitudinal extent of the autoclave 1 above the trough 13.
Der Carbonisierungsprozeß bzw. die eigentliche Carbonisierungsreaktion wird mit Wasserdampf im Temperaturbereich von 160 °C bis 370 °C, vorzugsweise bis 370 °C, und 10 bar - 60 bar durchgeführt. The carbonization process or the actual carbonization reaction is carried out with steam in the temperature range from 160 ° C to 370 ° C, preferably to 370 ° C, and 10 bar - 60 bar.
Der Klärschlamm 6 kann zur Wiedergewinnung der darin befindlichen Komponenten, beispielsweise zur Phosphorgewinnung, weiterverarbeitet werden. The sewage sludge 6 can be further processed for the recovery of the components therein, for example for the production of phosphorus.
Um an der Innenseite der Autoklavenwandung 10 Klarkondensat 7 gezielt kondensieren zu können, kann es auch vorgesehen sein, die Autoklavenwandung 10 zu kühlen, beispielsweise mittels in der Autoklavenwandung 10 angeordneten, wasserdurchflossenen Kühlrohren. Beim Ausführungsbeispiel ist ein externer Dampferzeuger 8 mit angeschlossenem Dampf/Kondensat-Kreislauf 9 vorgesehen, der den Rohren 14 und damit dem Wärmeenergiekopplungsteil 12 Dampf zuführt. Es sind aber auch alternative Ausgestaltungen denkbar, bei welchen anstelle von Dampf den Rohren 14 ein anderes Wärmeträgerfluid, beispielsweise ein in einer solarthermischen Anlage zirkulierendes Wärmeträgeröl, zugeführt wird. In order to specifically condense on the inside of the autoclave wall 10 Klarkondensat 7, it may also be provided to cool the autoclave wall 10, for example by means disposed in the autoclave wall 10, water-carrying cooling tubes. In the embodiment, an external steam generator 8 is provided with connected steam / condensate circuit 9, which supplies the tubes 14 and thus the heat energy coupling part 12 steam. However, alternative embodiments are also conceivable in which, instead of steam, the tubes 14 are supplied with another heat transfer fluid, for example a heat transfer oil circulating in a solar thermal system.
Weiterhin ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter dem Begriff der im Rahmen des Carbonisierungsprozesses erzeugten„Kohle" 5 auch torfähnliches Material zu verstehen. Denn je nach den Bedingungen (Druck, Temperatur, Haltezeit etc.) unter welchen das Carbonisierungsverfahren jeweils durchgeführt wird, kann die erhaltene umgewandelte Biomasse von torfartig/torfähnlich bis kohleartig/kohleähnlich ausgebildet sein. Furthermore, in the context of the present invention, the term "coal" 5 produced in the context of the carbonization process also means peat-like material, because depending on the conditions (pressure, temperature, holding time etc.) under which the carbonization process is carried out in each case, the obtained converted biomass of peat-like / peat-like to carbonaceous / coal-like.
Auch wenn beim Ausführungsbeispiel die für die Verdampfung von in der Wanne 13 befindlicher Flüssigkeit, wie Wasser, Prozeßwasser, Reaktionswasser oder Trübkondensat 18, benötigte Wärmeenergie und damit die für die Dampferzeugung im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum 2 benötigte Wärmeenergie zumindest teilweise mittels in den Rohren 14 des Verdampfers 3 zugeführten externen Wasserdampfes oder eines Wärmeträgerfluids bereitgestellt wird, liegt es auch im Rahmen der Erfindung, den Wärmetauscher 3 und/oder die Wasserdampferzeugungseinheit 11 und/oder das Wärmeenergiekopplungsteil 12 und/oder den Verdampfer 31 als elektrisch beheizte Vorrichtung, beispielsweise mittels eingebauter Heizdrähte, auszubilden. Even if the embodiment for the befindlicher for the evaporation of liquid in the tub 13, such as water, process water, water of reaction or turbid condensate 18, required heat energy and thus required for the steam generation in the autoclave inside reaction chamber 2 heat energy at least partially by means of the tubes 14 of the evaporator. 3 supplied external water vapor or a heat transfer fluid, it is also within the scope of the invention, the heat exchanger 3 and / or the water vapor generating unit 11 and / or the heat energy coupling part 12 and / or the evaporator 31 as an electrically heated device, for example by means of built-in heating wires form.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Erzeugung von Kohle (5) aus Biomasse (4) mittels hydrothermaler Carbonisierung in einem Autoklav (1), dessen autoklaveninnenseitiger Reaktionsraum zu Beginn eines jeden die Umwandlung der Biomasse (4) in Kohle (5) umfassenden Carbonisierungszyklus chargenweisen mit zu karbonisierender Biomasse (4) befüllt wird, wobei die Carbonisierungsreaktion der Biomasse (4) in dem Autoklav (1) in einer zumindest überwiegend wasserdampfförmigen Atmosphäre durchgeführt und die Carbonisierung mittels in die Biomasse (4) eingeleitetem Wasserdampf erhöhten Drucks bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, 1. A process for the production of coal (5) from biomass (4) by means of hydrothermal carbonation in an autoclave (1), the autoclave inside reaction space at the beginning of each of the conversion of the biomass (4) in coal (5) comprehensive carbonization cycle to be carbonated with carbonated Biomass (4) is filled, wherein the carbonization reaction of the biomass (4) in the autoclave (1) carried out in an at least predominantly steam atmosphere and the carbonization is effected by means of in the biomass (4) initiated water vapor pressure, characterized
dass der die Carbonisierung der Biomasse (4) bewirkende Wasserdampf erhöhten Drucks während des jeweiligen Carbonisierungszyklus zumindest zeitweise in dem mit der zu karbonisierenden Biomasse (4) befüllten autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum (2) des Autoklavs (1) mittels mindestens eines darin ausgebildeten und angeordneten Verdampfers (31) erzeugt wird.  in that the steam of the biomass (4) causing water pressure of increased pressure during the respective carbonization cycle at least temporarily in the autoclave inside reaction space (2) of the autoclave (1) filled with the biomass (4) to be carbonized by means of at least one evaporator (31 ) is produced.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der die Carbonisierung der Biomasse (4) bewirkende Wasserdampf erhöhten Drucks während des jeweiligen Carbonisierungszyklus zumindest für einen Zeitraum, der mindestens 30 % der Zeit eines Carbonisierungszyklus beträgt, während welchem Wasserdampf erhöhten Druckes im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum (2) für den Ablauf der Carbonisierungsreaktion benötigt wird, mittels des mindestens einen darin angeordneten Verdampfers (31) erzeugt wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the carbonization of the biomass (4) causing water pressure increased pressure during the respective carbonization cycle at least for a period of at least 30% of the time of a carbonization cycle, during which steam increased pressure in the autoclave inside reaction space (2) is required for the course of the carbonation reaction is generated by means of at least one evaporator (31) arranged therein.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der die Carbonisierung der Biomasse (4) bewirkende Wasserdampf erhöhten Drucks während des jeweiligen Carbonisierungszyklus im Wesentlichen und/oder überwiegend in dem mit der zu karbonisierenden Biomasse (4) befüllten autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum (2) des Autoklavs (1) mittels des mindestens einen darin ausgebildeten und angeordneten Verdampfers (31) erzeugt wird. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the carbonization of the biomass (4) causing water vapor increased pressure during the respective carbonization cycle substantially and / or predominantly in the with the biomass to be carbonized (4) filled autoclave inside reaction space (2 ) of the autoclave (1) is produced by means of the at least one evaporator (31) formed and arranged therein.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der in dem autoklaveninnenseitiger Reaktionsraum (2) des Autoklavs (1) erzeugte Wasserdampf mittels eines im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum (2) des Autoklavs (1) angeordneten Wärmeübertragers (3) mit zugeordneter, insbesondere integrierter, und im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum (2) des Autoklavs (1) angeordneter Wasserdampferzeugungseinheit (11) erzeugt wird. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in the autoclave inside reaction space (2) of the autoclave (1) generated by means of a steam in the autoclave inside the reaction chamber (2) of the autoclave (1) arranged heat exchanger (3) with associated, in particular integrated, and in the autoclave inside the reaction chamber (2) of the autoclave (1) arranged water vapor generating unit (11) is generated.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Carbonisierungszyklus aus der Biomasse (4) austretende Flüssigkeit einem im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum (2) ausgebildeten Trübkondensatsammelraum (19) zugeführt wird und/oder an den Innenwandbereichen des autoklaveninnenseitigen Reaktionsraums (2) ablaufendes Kondensat einem im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum (2) ausgebildeten Klarkondensatsammelraum (21) zugeführt wird. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that during the carbonization cycle from the biomass (4) leaking liquid is fed to a in the autoclave inside reaction space (2) formed Trübkondensatsammelraum (19) and / or on the inner wall regions of the autoclave inside reaction space (2) Convective condensate is fed to a in the autoclave inside the reaction chamber (2) formed Klarkondensathammelraum (21).
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des die Carbonisierung der Biomasse (4) bewirkenden Wasserdampfes erhöhten Drucks während des jeweiligen im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum (2) ablaufenden Carbonisierungszyklus, insbesondere zu Beginn des Carbonisierungszyklus, dem autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum (2) aus einem oder mehreren parallel geschalteten Autoklaven (25, 26) gleicher Bauart zugeführt wird und/oder dass ein Teil des die Carbonisierung der Biomasse (4) bewirkenden Wasserdampfes erhöhten Drucks während des jeweiligen im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum (2) ablaufenden Carbonisierungszyklus dem autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum (2) eines parallel geschalteten Autoklavs (25, 26) gleicher Bauart zugeführt wird. 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a part of the carbonization of the biomass (4) causing water pressure increased pressure during each in the autoclave inside reaction space (2) running carbonization cycle, in particular at the beginning of the carbonization cycle, the autoclave inside reaction space (2 ) is supplied from one or more autoclaves (25, 26) of the same type connected in parallel and / or that a part of the water vapor of the increased carbonization of the biomass (4) causes the autoclave interior reaction space (see FIG. 2) of a parallel-connected autoclave (25, 26) of the same type is supplied.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des die Carbonisierung der Biomasse (4) bewirkenden Wasserdampfes erhöhten Drucks während des jeweiligen im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum (2) ablaufenden Carbonisierungszyklus, insbesondere zu Beginn des Carbonisierungszyklus, dem autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum (2) aus einem Wärmespeicher (27) zugeführt wird und/oder dass ein Teil des die Carbonisierung der Biomasse (4) bewirkenden Wasserdampfes erhöhten Drucks während des jeweiligen im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum (2) ablaufenden Carbonisierungszyklus aus dem autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum (2) einem Wärmespeicher (27) zugeführt wird. 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a part of the carbonization of the biomass (4) causing water pressure increased pressure during the respective in the autoclave inside reaction space (2) running carbonization cycle, in particular at the beginning of the carbonization cycle, the autoclave inside reaction space (2 ) is supplied from a heat storage (27) and / or that a part of the carbonization of the biomass (4) causing water pressure increased during the respective in the autoclave inside reaction space (2) running carbonization cycle from the autoclave inside reaction space (2) a heat storage (27) is supplied.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der autoklaveninnenseitige Reaktionsraum (2) zu Beginn eines jeden die Umwandlung der Biomasse (4) in Kohle (5) umfassenden Carbonisierungszyklus nicht oder nur bereichs- und teilweise mit zu verdampfendem Reaktionswasser befüllt wird. 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the autoclave inside reaction space (2) at the beginning of each conversion of the biomass (4) in coal (5) comprehensive carbonization cycle is not or only partially and partially filled with water of reaction to be evaporated ,
9. Autoklav (1) zur Erzeugung von Kohle (5) aus Biomasse (4) mittels hydrothermaler Carbonisierung in einem zumindest überwiegend wasserdampfförmigen Medium, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 8, dessen autoklaveninnenseitiger Reaktionsraum (2) zur Durchführung der hydrothermalen Carbonisierung teilweise mit Reaktions- und/oder Prozeßwasser und chargenweise mit zu karbonisierender Biomasse (4) befüllbar ist, und in welchem die Carbonisierungsreaktion der Biomasse (4) in einer zumindest überwiegend wasserdampfförmigen Atmosphäre und mittels in die Biomasse (4) eingeleitetem Wasserdampf erhöhten Drucks durchführbar ist, und der einen, die zu karbonisierende Biomasse (4) aufnehmenden und während eines Carbonisierungszyklus im Autoklav (1) positionierten Behälter (16) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der autoklaveninnenseitige Reaktionsraum (2) einen Verdampfer (31) aufweist. 9. autoclave (1) for generating coal (5) from biomass (4) by means of hydrothermal carbonation in an at least predominantly steam-shaped medium, in particular for carrying out a method according to any one of claims 1-8, the autoclave inside reaction space (2) for carrying out the hydrothermal carbonization partly with reaction and / or process water and batchwise with biomass to be carbonated (4) can be filled, and in which the carbonization reaction of the biomass (4) in an at least predominantly steam atmosphere and by means of the biomass (4) initiated steam increased pressure is feasible, and the one, the biomass to be carbonated (4) and during a carbonization cycle in the autoclave (1) positioned container (16), characterized in that the autoclave inside reaction space (2) has an evaporator (31).
10. Autoklav (1 ) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (31) einen Wärmeübertrager (3) mit zugeordneter, insbesondere integrierter, sowie im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum10. autoclave (1) according to claim 9, characterized in that the evaporator (31) has a heat exchanger (3) with associated, in particular integrated, and in the autoclave inside reaction space
(2) angeordneter Wasserdampferzeugungseinheit (1 1 ) umfasst, insbesondere als solcher ausgebildet ist. (2) arranged water vapor generating unit (1 1) comprises, in particular designed as such.
1 1. Autoklav (1 ) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (3) ihm zugeführte Wärmeenergie an die Wasserdampferzeugungseinheit (1 1 ) auskoppelt. 1 autoclave (1) according to claim 9 or 10, characterized in that the heat exchanger (3) decouples heat energy supplied to the water vapor generating unit (1 1).
12. Autoklav (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (3) einen von einem Wärmeträgerfluid durchströmbare, vorzugsweise wasserdampfdurchströmbare, Rohre (14) umfassenden und Wärmeenergie an die Wasserdampferzeugungseinheit (1 1 ) auskoppelnden Wärmeenergiekopplungsteil (12) umfasst, der in wärmeleitender Verbindung mit der Wasserdampferzeugereinheit (1 1 ) steht. 12. autoclave (1) according to any one of claims 9 to 1 1, characterized in that the heat exchanger (3) through which a heat transfer fluid can flow, preferably wasserdampfdurchströmbare, tubes (14) and heat energy to the water vapor generating unit (1 1) auskoppelnden heat energy coupling part ( 12) which is in heat-conducting connection with the steam generator unit (1 1).
13. Autoklav (1 ) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserdampferzeugungseinheit (1 1 ) als in den Wärmeübertrager13. autoclave (1) according to one of claims 9 to 12, characterized in that the water vapor generating unit (1 1) as in the heat exchanger
(3) und dessen Wärmeenergiekopplungsteil (12) integrierte und oberseitig auf dem Wärmeenergiekopplungsteil (12) in Form einer, insbesondere vvao ci i iaiuyc,
Figure imgf000037_0001
i iailcnuci i wanne ' auaycunucic i_ I I II ICI L ausgebildet ist.
(3) and its heat energy coupling part (12) integrated and upper side on the heat energy coupling part (12) in the form of, in particular vvao ci i iaiuyc,
Figure imgf000037_0001
i iailcnuci i tub 'auaycunucic i_ II II ICI L is formed.
14. Autoklav (1 ) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserdampferzeugungseinheit (1 1 ) des Wärmeübertragers (3), vorzugsweise der Wärmeenergiekopplungsteil (12) und die Wasserdampferzeugungseinheit (1 1 ) des Wärmeübertrager s (3), in dem autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum (2) unterhalb des die zu karbonisierende Biomasse (4) aufnehmenden Behälters (16) und mit Abstand zur autoklaveninnenseitigen Bodenfläche des Reaktionsraums (2) angeordnet sind. 14. autoclave (1) according to one of claims 9 to 13, characterized in that the water vapor generating unit (1 1) of the heat exchanger (3), preferably the heat energy coupling part (12) and the water vapor generating unit (1 1) of the heat exchanger s (3), in the autoclave inside reaction space (2) below the container to be carbonized (4) receiving container (16) and with Distance to the autoclave inside bottom surface of the reaction chamber (2) are arranged.
15. Autoklav (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserdampferzeugungseinheit (11) Mittel (17) zugeordnet sind, die ihr während des Carbonisierungszyklus aus der Biomasse (4) austretendes Reaktionswasser oder Trübkondensat (18) zuführen oder zuleiten. 15. autoclave (1) according to any one of claims 9 to 14, characterized in that the water vapor generating unit (11) are associated with means (17), which supply her during the carbonization cycle from the biomass (4) exiting reaction water or turbidity condensate (18) or forward.
16. Autoklav (1) nach Anspruch 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass die der Wasserdampferzeugungseinheit ( ) zugeordneten Mittel als Wandungsbereiche des Behälters (16) ausbildende und Flüssigkeit auf den Flüssigkeit aufnehmenden und/oder haltenden Bereich der Wanne (13) zuführende Leitbleche (17) ausgebildet sind. 16. autoclave (1) according to claim 14 and 15, characterized in that the water vapor generating unit () associated with means as wall portions of the container (16) forming and liquid on the liquid receiving and / or holding portion of the trough (13) supplying baffles ( 17) are formed.
17. Autoklav (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserdampferzeugungseinheit (11), insbesondere der die Flüssigkeit aufnehmende und/oder haltende Bereich der Wanne (13), einen aus der Biomasse (4) austretende Flüssigkeit, insbesondere Reaktionswasser und/oder Trübkondensat (18), aufnehmenden Trübkondensatsammelraum (19) ausbildet. 17. autoclave (1) according to one of claims 9 to 16, characterized in that the water vapor generating unit (11), in particular of the liquid receiving and / or holding portion of the trough (13), from the biomass (4) leaking fluid, in particular reaction water and / or turbidity condensate (18), receiving turbidity condensate collecting space (19) is formed.
18. Autoklav (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass im Wandungsbereich des autoklaveninnenseitigen Reaktionsraums (2), insbesondere unterhalb des Verdampfers (31), vorzugsweise unterhalb der Wasserdampferzeugereinheit (11) des Wärmeübertragers (3), insbesondere unterhalb der Wanne (13), besonders bevorzugt unterhalb des Wärmeenergiekopplungsteils (12), ein an den Innenwandbereichen des autoklaveninnenseitigen Reaktionsraums (2) kondensierendes und ablaufendes Kondensat aufnehmender Klarkondensatsammelraum (21) ausgebildet ist. Autoklav (1) nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Trübkondensatsammelraum (19) eine aus dem Autoklav (1) herausführende Trübkondensatentnahmeleitung (22) und/oder der Klarkondensatsammelraum (21) eine aus dem Autoklav(1) herausführende Klarkondensatentnahmeleitung (23) umfasst. 18. autoclave (1) according to one of claims 9 to 17, characterized in that in the wall region of the autoclave inside reaction space (2), in particular below the evaporator (31), preferably below the steam generator unit (11) of the heat exchanger (3), in particular below the trough (13), particularly preferably below the heat energy coupling part (12), a condensate collecting condensate (21) condensing and draining off on the inner wall regions of the autoclave inside reaction chamber (2) is formed. Autoclave (1) according to claim 17 or 18, characterized in that the turbidity condensate collecting space (19) leading out of the autoclave (1) Trübkondensatentnahmeleitung (22) and / or the Klarkondensathammelraum (21) from the autoclave (1) leading out Klarkondensatentnahmeleitung (23 ).
Autoklav (1 ) nach einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (31 ), insbesondere der Wärmeenergiekopplungsteil (12) und die Wasserdampferzeugungseinheit (1 1) des Wärmeübertragers (3), derart ausgelegt sind, dass damit die für die chargenweise Durchführung eines Carbonisierungszyklus der mit dem Behälter (16) eingebrachten Biomasse (4) im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum (2) benötigte Wasserdampfmenge zumindest im Wesentlichen, vorzugsweise überwiegend, gewünschtenfalls vollständig, im autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum (2) erzeugbar ist. Autoclave (1) according to any one of claims 9 to 19, characterized in that the evaporator (31), in particular the heat energy coupling part (12) and the water vapor generating unit (1 1) of the heat exchanger (3), are designed such that so that for the batchwise carrying out a carbonization cycle of the introduced with the container (16) biomass (4) in the autoclave interior reaction chamber (2) required amount of steam at least substantially, preferably predominantly, if desired completely, in the autoclave inside reaction space (2) can be generated.
Autoklav (1 ) nach einem der Ansprüche 9 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass er an eine Dampfpendelleitung (28) angeschlossen ist, über welche sein autoklaveninnenseitiger Reaktionsraum (2) mit dem autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum (2) mindestens eines zweiten Autoklavs (25, 26) gleicher Bauart und/oder einem Wärmespeicher (27) verbunden ist. Autoclave (1) according to one of claims 9 to 20, characterized in that it is connected to a vapor recovery line (28) via which its autoclave inside reaction space (2) with the autoclave inside reaction space (2) at least one second autoclave (25, 26) of the same type and / or a heat storage (27) is connected.
Autoklav (1 ) nach einem der Ansprüche 9 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass in dem Behälter (16) mehrere sich durch diesen hindurcherstreckende und zumindest einendseitig, vorzugsweise beidendseitig, für einströmenden Wasserdampf zugängliche und in ihrer Rohrwandung perforierte Dampfführungsrohre (30) ausgebildet sind. Autoclave (1) according to any one of claims 9 to 21, characterized in that in the container (16) a plurality of extending therethrough and at least one end, preferably both ends, accessible for incoming water vapor and perforated in its tube wall steam guide tubes (30) are formed.
Anlage (1 ) zur Erzeugung von Kohle (5) aus Biomasse (4) mittels hydrothermaler Carbonisierung in einem zumindest überwiegend wasserdampfförmigen Medium, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere, mit ihren jeweiligen autoklaveninnenseitigen Reaktionsräumen (2) in wasserdampfleitender Leitungsverbindung (28, 29) miteinander stehende Autoklaven (1 , 25, 26) nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 - 22, einen oder mehrere mit mindestens dem autoklaveninnenseitigen Reaktionsraum (2) eines der Autoklaven (1 , 25,Plant (1) for producing coal (5) from biomass (4) by means of hydrothermal carbonization in an at least predominantly steam-shaped medium, in particular for carrying out a method according to one of claims 1 to 8, characterized in that they have a plurality of autoclaves (1, 25, 26) with their respective autoclave-side reaction spaces (2) in steam-conducting line connection (28, 29) according to one or more of claims 9-22, one or more with at least the autoclave-side reaction space (2 ) one of the autoclaves (1, 25,
26) in dampfleitender Leitungsverbindung (28, 29) stehende(n) Wärmespeicher (27) und einen oder mehrere mit einer Wasserdampferzeugungseinheit (11), insbesondere dem Wärmeenergiekopplungsteil (12), eines autoklaveninnenseitig angeordneten Wärmeübertrager s (3) mindestens eines der Autoklaven (1 ,26) in steam-conducting line connection (28, 29) standing (n) heat storage (27) and one or more with a steam generating unit (11), in particular the heat energy coupling part (12), a autoclave inside heat exchanger s (3) at least one of the autoclave (1 .
25, 26) in dampfleitender Leitungsverbindung stehende(n) Dampferzeuger (8) aufweist. 25, 26) in steam-conducting line connection standing (s) steam generator (8).
PCT/EP2018/065015 2017-06-29 2018-06-07 Method and device for generating coal from biomass by means of hydrothermal carbonisation WO2019001921A1 (en)

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