WO2019068717A1 - Verfahren zur herstellung einer geruchsfreien htc-kohle und geruchsfreie htc-kohle - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a process for the production of odorless HTC coal and odorless HTC coal.
- the HTC coal is a product of a hydrothermal carbonization of biomass, z. B. of sewage sludge.
- hydrothermal carbonisation biomass is converted into coal sludge at temperatures between 170 ° C and 250 ° C [degrees Celsius] within a few hours.
- the prior art is described, for example, by DE 10 2007 062 808, DE 10 2007 062 809, DE 10 2007 062 810, DE 10 2007 062 811, DE 10 2007 056 170, DE 10 2008 058 444.
- the hydrothermal carbonization of various types of biomass is explained under different reaction conditions and in various methods.
- Sewage sludge is a waste material from wastewater treatment that must be disposed of by the treatment plants at a charge.
- the high degree of dehydration of up to 70% dry matter content which can be achieved in sewage sludge following treatment by HTC, advantageous because it significantly reduces the amount to be disposed of waste and disposal costs are saved.
- HTC coal is also suitable as a fertilizer and can be applied to fields.
- HTC coal is very odor intensive due to the content of volatile hydrocarbon compounds.
- the subsequent drying of the HTC carbon to improve the shelf life, etc. is known. It is constantly looking for new uses for the re-use of HTC coal.
- an odorless HTC coal to be proposed.
- a process for producing a (substantially odorless) HTC coal, comprising at least the following steps:
- the coal sludge is a HTC coal and an HTC
- Process water includes;
- the steps a) to c) are known from the prior art.
- Next is a drying of the HTC carbon, so a removal of water from the HTC coal, z. B. to improve the shelf life, known.
- temperatures of just over 100 degrees Celsius (at most 110 degrees Celsius) have been regularly used. In particular, it has been avoided that other organic compounds are expelled from the HTC coal by elevated temperatures.
- the HTC coal at higher temperatures for a predeterminable period of time.
- the higher temperatures of more than 150 degrees Celsius, especially at least 175 degrees Celsius, preferably at least 200 degrees Celsius cause that in addition to the water and volatile hydrocarbon compounds from the HTC coal can be largely removed. These volatile hydrocarbon compounds are responsible for the perceptible strong odor of HTC carbon.
- the HTC coal (completely or at least 95 wt .-%, preferably at least 99 wt .-%) to a temperature of more than 150 degrees Celsius, especially more than 180 degrees Celsius, preferably more than 200 degrees Celsius, to be heated.
- HTC coal odorless fertilizer or as Bodenbedecker.
- This fertilizer or this Bodenbedecker could especially in more populated land area, z. B. also be used in urban areas.
- the use of HTC coal as Bodenbedecker, so z. B. as a so-called mulch allows the replacement of previously used materials such as bark mulch, sawdust, green waste, etc. This is achieved by the known mulching baren advantages such as the protection of the soil, or present under the mulch humus layer or the potting soil, the nutrient input by successive composting of HTC coal, and weed control by the reduced incidence of light on the ground on.
- the HTC carbon can be used in predeterminable form, for. As a result of pelleting, and size can be provided, so that the application of the mulch (the Bodenbedeckers or also of the fertilizer) can be improved by people or machines. Furthermore, the HTC carbon can be dyed, so that also with regard to these properties possibly present requirements (eg, aesthetically or in terms of the absorption of heat) can be met.
- the mulching of soils prevents, inter alia, that wind dries out the soil or the water evaporates. Rain, in turn, is taken up by the earth and does not wash away because of the mulch cover.
- the mulch protection layer also acts as a warming blanket and can thus accelerate the growth of the plants.
- the covering of soils with mulch can thus simplify the creation and maintenance of green areas.
- the use of odor-free HTC coal now also makes it possible to use it in inner-city areas.
- the heating in step d) is carried out in particular such that more than 3% by weight, in particular at least 5% by weight, of the dry substance is volatilized.
- the dry matter (the dry residue) is determined in a known manner according to DIN EN 12880. For this purpose, a material is placed on a balance and heated at 105 degrees Celsius until no more weight loss is detected. The now present (dry) material (the dry substance) has no more water.
- the HTC coal it is proposed to treat the HTC coal at elevated temperatures until at least 3% by weight of the dry substance has evaporated. were taken.
- the required heat treatment (temperature and time) can be predetermined on samples.
- the dry weight loss proposed herein is the measurable quantity to determine that the volatile hydrocarbons have been removed from the HTC coal. Experiments have shown that thereafter a (largely) odorless HTC carbon is present.
- step d) at most 18% by weight, preferably at most 12% by weight, preferably at most 7% by weight, of the dry substance are to be volatilized.
- step d) takes place at a temperature of at most 350 degrees Celsius, preferably of at most 300 degrees Celsius, particularly preferably of at most 250 degrees Celsius.
- the step d) is carried out in particular at an ambient pressure (that is to say of approximately 1 bar) and without protective gas (that is to say just no air seal but ambient air).
- the volatile hydrocarbons removed from the HTC coal in step d) can be collected and reused.
- the step b) (ie the hydrothermal carbonization) can be carried out in a known manner at a temperature between 170 to 250 degrees Celsius, with exclusion of air and at a pressure of 5 to 40 megapascals.
- a recoloring of the HTC carbon can be carried out after step d).
- the recoloring takes place in view of the later use of HTC coal.
- the property for absorbing heat energy can thus be influenced.
- Re-coloring causes a change in the color of HTC carbon.
- reshaping of the HTC coal take place.
- the HTC coal can thus be provided in predeterminable shape and size.
- HTC coal wherein the HTC coal at an ambient pressure (ie of about 1 bar) and 20 degrees Celsius (largely or substantially) odorless with respect to volatile carbon compounds ,
- the comments on the method described above apply equally to HTC coal and vice versa.
- the HTC coal due to a color change
- step a a biomass 2 is provided.
- step b a hydrothermal carbonization 3 for producing a coal slurry 4 is performed.
- the coal slurry 4 comprises HTC coal 1 and HTC process water 5.
- step c) HTC coal 1 and HTC process water 5 are separated from each other by mechanical dehydration.
- step d) the HTC coal 1 is heated to a temperature of at least 150 degrees Celsius to remove volatile carbon compounds 6. In this case, more than 3% by weight of the dry matter HTC coal 1 is volatilized.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer geruchsfreien HTC-Kohle (1), zumindest umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen einer Biomasse (2); b) Durchführen einer hydrothermalen Karbonisierung (3) zur Erzeugung eines Kohleschlamms (4); wobei der Kohleschlamm (4) HTC-Kohle (1) und HTC-Prozesswasser (5) umfasst; c) Trennen von HTC-Kohle (1) und HTC-Prozesswasser (5) durch eine mechanische Entwässerung; d) Erhitzen der HTC-Kohle (1) zur Entfernung von leicht flüchtigen Kohlenstoffverbindungen (6) auf eine Temperatur von mindestens 150 Grad Celsius.
Description
Verfahren zur Herstellung einer geruchsfreien HTC-Kohle und geruchsfreie HTC- Kohle Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer geruchsfreien HTC-Kohle und geruchsfreie HTC-Kohle. Die HTC-Kohle ist ein Produkt einer hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse, z. B. von Klärschlamm.
Bei der hydrothermalen Karbonisierung (HTC) wird Biomasse unter Luftab- schluss bei Temperaturen zwischen 170 °C und 250 °C [Grad Celsius] innerhalb weniger Stunden in einen Kohleschlamm umgewandelt. Der Stand der Technik wird bspw. durch DE 10 2007 062 808, DE 10 2007 062 809, DE 10 2007 062 810, DE 10 2007 062 811, DE 10 2007 056 170, DE 10 2008 058 444 beschrieben. In diesen Schriften wird die hydrothermale Karbonisierung verschiedener Arten von Biomasse unter unterschiedlichen Reaktionsbedingungen und in verschiedenen Verfahren erläutert.
In den letzten Jahren hat sich die Anwendung der hydrothermalen Karbonisierung auf die Verarbeitung von Klärschlamm konzentriert. Klärschlamm ist ein Abfall- Stoff aus der Abwasserreinigung, der durch die Kläranlagen kostenpflichtig entsorgt werden muss. Hierbei ist vor allem der hohe Entwässerungsgrad von bis zu 70 % Trockensubstanzanteil, der sich beim Klärschlamm im Anschluss an die Behandlung durch HTC erreichen lässt, vorteilhaft, da dadurch die zu entsorgende Restmenge deutlich verringert wird und Entsorgungskosten eingespart werden.
Es ist bekannt, dass sich HTC-Kohle auch als Düngemittel eignet und auf Felder ausgebracht werden kann. Aufgrund des Gehalts an leicht flüchtigen Kohlenwasserstoffverbindungen ist HTC-Kohle jedoch sehr geruchsintensiv. Weiter ist bekannt, die nach einem HTC- Verfahren erhaltenen Produkte HTC- Kohle und HTC-Prozesswasser, die zusammen als Kohleschlamm vorliegen, durch eine mechanische Entwässerung, z. B. mit einer Bandpresse, einer Kam-
merfüterpresse oder einer Zentrifuge, voneinander zu trennen. Auch die nachfolgende Trocknung der HTC-Kohle zur Verbesserung der Lagerfähigkeit etc. ist bekannt. Es wird ständig nach neuen Einsatzmöglichkeiten zur Weiterverwendung von HTC-Kohle gesucht.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung einer im Wesentlichen geruchsfreien HTC-Kohle bereitzustellen. Weiter soll eine geruchsfreie HTC-Kohle vorgeschlagen werden.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 und 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentan- spräche. Die (auch) in den (unabhängigen) Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer (im Wesentlichen geruchsfreien) HTC-Kohle vorgeschlagen, zumindest umfassend die folgenden Schritte:
a) Bereitstellen einer Biomasse, insbesondere Klärschlamm;
b) Durchführen einer hydrothermalen Karbonisierung zur Erzeugung eines Kohleschlamms; wobei der Kohleschlamm eine HTC-Kohle und ein HTC-
Prozesswasser umfasst;
c) Trennen von HTC-Kohle und HTC-Prozesswasser durch eine mechanische Entwässerung;
d) Erhitzen der HTC-Kohle zur Entfernung von leicht flüchtigen Kohlenstoff- Verbindungen auf eine Temperatur von mindestens 150 Grad Celsius.
Die Schritte a) bis c) sind aus dem Stand der Technik bekannt. Weiter ist ein Trocknen der HTC-Kohle, also eine Entfernung von Wasser aus der HTC-Kohle, z. B. zur Verbesserung der Lagerfähigkeit, bekannt. Dabei wurden bisher jedoch regelmäßig Temperaturen von knapp über 100 Grad Celsius (höchstens 110 Grad Celsius) eingesetzt. Insbesondere wurde so vermieden, dass andere organische Verbindungen durch erhöhte Temperaturen aus der HTC-Kohle ausgetrieben werden.
Vorliegend wird nun vorgeschlagen, die HTC-Kohle bei höheren Temperaturen für einen vorbestimmbaren Zeitraum zu behandeln. Die höheren Temperaturen von mehr als 150 Grad Celsius, insbesondere mindestens 175 Grad Celsius, bevorzugt mindestens 200 Grad Celsius bewirken, dass neben dem Wasser auch leicht flüchtige Kohlenwasserstoffverbindungen aus der HTC-Kohle weitestgehend entfernt werden können. Diese leicht flüchtigen Kohlenwasserstoffverbin- düngen sind für den wahrnehmbaren starken Geruch der HTC-Kohle verantwortlich.
Insbesondere soll die HTC-Kohle (vollständig bzw. zumindest zu 95 Gew.-% bevorzugt zu zumindest 99 Gew.-%) auf eine Temperatur von mehr als 150 Grad Celsius, insbesondere mehr als 180 Grad Celsius, bevorzugt mehr als 200 Grad Celsius, erhitzt werden.
Eine Entfernung dieser leicht flüchtigen Kohlenwasserstoffverbindungen ermöglicht die Bereitstellung einer (weitgehend) geruchsfreien HTC-Kohle, die damit für andere Einsatzzwecke geeignet ist. Insbesondere ist es so möglich, die HTC- Kohle als geruchfreies Düngemittel bzw. als Bodenbedecker einzusetzen. Dieses Düngemittel bzw. dieser Bodenbedecker könnte insbesondere in stärker besiedelter Landfläche, z. B. auch im innerstädtischen Bereich eingesetzt werden. Der Einsatz der HTC-Kohle als Bodenbedecker, also z. B. als sogenannter Mulch, ermöglicht den Ersatz von bisher eingesetzten Materialien wie Rindenmulch, Sägespäne, Grünschnitt, etc. Dabei werden die durch das bekannte Mulchen erreich-
baren Vorteile wie der Schutz des Bodens, bzw. der unter dem Mulch vorliegenden Humusschicht bzw. der Blumenerde, der Nährstoffeintrag durch sukzessive Kompostierung der HTC-Kohle, und der Unkrauthemmung durch den verringerten Lichteinfall auf den Boden weiter erreicht. Zusätzlich kann die HTC-Kohle aber in vorbestimmbarer Form, z. B. infolge von Pelletierung, und Größe bereitgestellt werden, wobei so die Ausbringung des Mulchs (des Bodenbedeckers bzw. auch des Düngemittels) durch Menschen oder Maschinen verbessert werden kann. Weiter kann die HTC-Kohle eingefärbt werden, so dass auch in Bezug auf diese Eigenschaften ggf. vorliegende Anforderungen (z. B. in ästhetischer Hinsicht oder in Bezug auf die Aufnahme von Wärme) erfüllbar sind.
Das Mulchen von Böden verhindert unter anderem, dass Wind den Boden austrocknet oder das Wasser verdunstet. Regen wiederum wird von der Erde aufgenommen und schwemmt diese aufgrund der Bedeckung mit Mulch nicht weg. Die Mulch-Schutzschicht wirkt zudem wie eine wärmende Decke und kann so das Wachstum der Pflanzen beschleunigen.
Die Bedeckung von Böden mit Mulch kann also das Anlegen und Pflegen von Grünanlagen vereinfachen. Die Verwendung von geruchsfreier HTC-Kohle er- möglicht nun auch den Einsatz in innerstädtischen Bereichen.
Das Erhitzen in Schritt d) erfolgt insbesondere so, dass mehr als 3 Gewichts-%, insbesondere mindestens 5 Gewichts-% der Trockensubstanz verflüchtigt werden. Die Trockensubstanz (der Trockenrückstand) wird in bekannter Weise gemäß DIN EN 12880 ermittelt. Dazu wird ein Material auf einer Waage angeordnet und bei 105 Grad Celsius so lange erwärmt, bis kein Gewichtsverlust mehr feststellbar ist. Das nun vorliegende (trockene) Material (die Trockensubstanz) weist kein Wasser mehr auf.
Vorliegend wird vorgeschlagen, die HTC-Kohle bei höheren Temperaturen so lange zu behandeln, bis mindestens 3 Gewichts-% der Trockensubstanz verflüch-
tigt wurden. Die erforderliche Wärmebehandlung (Temperatur und Zeit) kann an Proben vorbestimmt werden.
Der hier vorgeschlagene Gewichtsverlust der Trockensubstanz ist die messbare Größe zur Feststellung, dass die leicht flüchtigen Kohlenwasserstoffe aus der HTC-Kohle entfernt wurden. Versuche haben gezeigt, dass danach eine (weitgehend) geruchsneutrale HTC-Kohle vorliegt.
Insbesondere sollen in Schritt d) höchstens 18 Gewichts-%, bevorzugt höchstens 12 Gewichts-%, bevorzugt höchstens 7 Gewichts-% der Trockensubstanz verflüchtigt werden.
Insbesondere erfolgt Schritt d) bei einer Temperatur von höchstens 350 Grad Celsius, bevorzugt von höchstens 300 Grad Celsius, besonders bevorzugt von höchs- tens 250 Grad Celsius.
Der Schritt d) wird insbesondere bei einem Umgebungsdruck (also von ungefähr 1 bar) und ohne Schutzgas (also gerade kein Luftabschluss sondern an Umgebungsluft) durchgeführt.
Selbstverständlich können die aus der HTC-Kohle in Schritt d) entfernten leicht flüchtigen Kohlenwasserstoffe aufgefangen und weiterverwertet werden.
Der Schritt b) (also die hydrothermale Karbonisierung) kann in bekannter Weise bei einer Temperatur zwischen 170 bis 250 Grad Celsius, unter Luftabschluss und bei einem Druck von 5 bis 40 Megapascal durchgeführt werden.
Insbesondere kann nach Schritt d) ein Umfärben der HTC-Kohle durchgeführt werden. Das Umfärben erfolgt im Hinblick auf den späteren Einsatz der HTC- Kohle. Insbesondere kann so die Eigenschaft zur Aufnahme von Wärmeenergie beeinflusst werden. Das Umfärben bewirkt eine Änderung der Farbe der HTC- Kohle.
Weiter kann vor, während oder bevorzugt nach Schritt d) ein Umformen der HTC-Kohle erfolgen. Die HTC-Kohle kann damit in vorbestimmbarer Form und Größe bereitgestellt werden.
Es wird weiter eine, insbesondere durch das vorstehend beschriebene Verfahren hergestellte, HTC-Kohle vorgeschlagen, wobei die HTC-Kohle bei einem Umgebungsdruck (also von ungefähr 1 bar) und 20 Grad Celsius (weitgehend bzw. im Wesentlichen) geruchsfrei hinsichtlich leicht flüchtiger Kohlenstoffverbindungen ist.
Die Ausführungen zu dem vorstehend beschriebenen Verfahren gelten gleichermaßen für die HTC-Kohle und umgekehrt. Insbesondere weist die HTC-Kohle (aufgrund einer Umfärbung) eine nicht HTC- kohletypische Farbe auf.
Es wird weiter eine Verwendung einer vorstehend beschriebenen HTC-Kohle als Bodenbedecker oder Düngemittel vorgeschlagen.
Die Ausführungen zu dem vorstehend beschriebenen Verfahren gelten gleichermaßen für die Verwendung der HTC-Kohle und umgekehrt.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Fi- gur näher erläutert. Die Figur zeigt ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figur und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände.
Fig. 1 zeigt den Ablauf eines Verfahrens zur Herstellung einer geruchsfreien HTC-Kohle 1.
In Schritt a) wird eine Biomasse 2 bereitgestellt. In Schritt b) wird eine hydrothermale Karbonisierung 3 zur Erzeugung eines Kohleschlamms 4 durchgeführt. Der Kohleschlamm 4 umfasst eine HTC-Kohle 1 und ein HTC-Prozesswasser 5. Im darauffolgenden Schritt c) werden HTC-Kohle 1 und HTC-Prozesswasser 5 durch eine mechanische Entwässerung voneinander getrennt. In Schritt d) wird die HTC-Kohle 1 zur Entfernung von leicht flüchtigen Kohlenstoffverbindungen 6 auf eine Temperatur von mindestens 150 Grad Celsius erhitzt. Dabei wird mehr als 3 Gewichts-% der Trockensubstanz HTC-Kohle 1 verflüchtigt.
Bezugszeichenliste HTC-Kohle
Biomasse
hydrothermale Karbonisierung
Kohleschlamm
HTC-Prozesswasser
leicht flüchtige KohlenstoffVerbindungen
Claims
Patentansprüche
Verfahren zur Herstellung einer HTC-Kohle (1), zumindest umfassend die folgenden Schritte:
a) Bereitstellen einer Biomasse (2);
b) Durchführen einer hydrothermalen Karbonisierung (3) zur Erzeugung eines Kohleschlamms (4); wobei der Kohleschlamm (4) HTC-Kohle (1) und HTC-Prozesswasser (5) umfasst;
c) Trennen von HTC-Kohle (1) und HTC-Prozesswasser (5) durch eine mechanische Entwässerung;
d) Erhitzen der HTC-Kohle (1) zur Entfernung von leicht flüchtigen Kohlenstoffverbindungen (6) auf eine Temperatur von mindestens 150 Grad Celsius.
Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei in Schritt d) mehr als 3 Gewichts- % der Trockensubstanz verflüchtigt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei in Schritt d) höchstens 18 Gewichts-% der Trockensubstanz verflüchtigt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei Schritt d) bei einer Temperatur von höchstens 350 Grad Celsius erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei Schritt d) bei einem Umgebungsdruck und ohne Schutzgas durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei Schritt b) bei einer Temperatur zwischen 170 bis 250 Grad Celsius, unter Luftab- schluss und bei einem Druck von 5 bis 40 MegaPascal durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei nach Schritt d) ein Umfärben der HTC-Kohle (1) durchgeführt wird.
HTC-Kohle (1), wobei die HTC-Kohle (1) bei einem Umgebungsdruck und 20 Grad Celsius geruchsfrei hinsichtlich leicht flüchtiger Kohlenstoffverbindungen (6) ist.
HTC-Kohle (1) nach Patentanspruch 8, wobei die HTC-Kohle (1) eine nicht HTC-kohletypische Farbe aufweist.
Verwendung einer HTC-Kohle (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 8 und 9 als Bodenbedecker oder Düngemittel.
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