WO2013079062A1 - Device for the hydrothermal carbonization of biomass - Google Patents
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
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Definitions
- the invention relates to a device for hydrothermal carbonization of biomass according to the preamble of patent claim 1.
- biomass means all renewable raw materials, i. vegetable biomass and derived animal biomass and their metabolites understood, so for example, green waste, wood chips, plant and plant residues, straw, silage,
- Residues from agriculture, paper or sewage sludge etc . Residues from agriculture, paper or sewage sludge etc ..
- biomass is dehydrated and carbonated as starting material in a reactor under a pressure in the range between 10 bar and 35 bar and temperatures in the range between 180 ° C and 240 ° C, at the reactor outlet then a coal sludge can be removed.
- coal sludge coal particles are contained by a drying and / or
- Drainage process can be removed from the coal sludge. These obtained after the drying and / or dewatering process
- hydrothermal carbonization is an exothermic reaction, ie during the dehydration and carbonation process, reaction energy is released in the form of heat
- a disadvantage of the process is that biomass or during the process of hydrothermal carbonization resulting
- Patent claim 1 solved by the characterizing features.
- the essential aspect of the device according to the invention which has a reactor with a reactor wall in which the biomass is dehydrated and carbonized, is that the reactor at least in sections on the inside of the reactor wall a
- the coating has the effect that the reactor wall has improved sliding properties in comparison to the uncoated state, thereby preventing adhesion.
- the reactor wall may in this case be coated, in particular, on the areas in which biomass or process intermediates are located during the carbonization process due to gravity. This is especially the lower and middle region of the reactor. Preferably, however, the entire reactor wall is coated on the inside.
- the reactor contains in its interior a heat exchanger, which is designed for the passage of flue gases or steam This heat exchanger, the Temperature control of the reactor contents, also has a coating which prevents adhesion of the biomass. Especially at
- Heat exchangers are required to be installed at the points where heat exchange takes place, i.
- the heat exchanger tubes no incrustations, since thereby the heat exchange is deteriorated.
- the coating of the heat exchanger with a material with high sliding properties effectively prevents this adhesion.
- all elements contained in the reactor are provided with the coating.
- Such other elements can
- baffles, piping, etc. be.
- the adhesion of biomass and / or intermediate products to all elements provided in the interior of the reactor can be prevented.
- a further preferred exemplary embodiment is a
- Preheating provided for heating the biomass supplied to the reactor, which is bounded by a wall at least peripherally and underside.
- the preheating device is preferably a pressure-tight closable chamber.
- the wall of the preheating device is preferably likewise coated on the inside, so that adhesion of the biomass can also be effectively prevented there.
- the coating is formed by a material layer of polytetrafluoroethylene (PTFE) formed polytetrafluoroethylene
- polytetrafluoroethylene is permanently heat resistant up to 260 ° C, so that required for hydrothermal carbonization temperatures between 180 ° C and 240 ° C, the coating does not destroy or damage.
- the coating has a thickness of 15-20 .mu.m. In this layer thickness, a stable coating can be achieved in particular when using polytetrafluoroethylene (PTFE) as the coating material.
- PTFE polytetrafluoroethylene
- FIG. 1 shows by way of example a device according to the invention for
- HTC hydrothermal carbonation
- Biomass task 2 introduced into the Appendix 1 and by means of a
- the conveyor 3 may in this case be a screw conveyor, a conveyor belt, a push floor conveyor or biomass with a high water content and a pump.
- the preheater 4 which is preferably a pressure-resistant, apart from the supply and
- the biomass is heated, by directly introducing the dehydrated water into the biomass and by mixing the dehydrated water with the biomass, the dehydrated water is formed at least partially by dehydration in the reactor 5, 5 '.
- This water has a temperature in the range between 180 ° C and 240 ° C and can be used optimally for heat input into the previously to be heated biomass due to its high specific mass.
- Preheating device 4 preferably has a non-stick coating of polytetrafluoroethylene (PTFE).
- PTFE polytetrafluoroethylene
- 5 ' is preferably in between the upper and the lower reactor section 5a, 5a', 5c, 5c ' lying average reactor section 5b, 5b ', a removal device 5.1, 5.1' is provided, via which the Dehvdratwasser preferably can be withdrawn controlled via at least one valve and can be supplied via an immediate fluidic connection of the preheater 4.
- the pressure increase takes place by means of a pressure generator 9 or a pressure accumulator coupled to the pressure generator 9. After increasing the pressure in the
- Preheating 4 the preheated biomass or the mixture of biomass with the Dehvdratwasser via the inlet 5.2 to the reactor 5 is supplied to the case that prevails in the preheater 4, the same pressure as in the reactor 5, the biomass due to gravity introduced into the reactor 5 , Preference is given to an increase in the pressure in the preheating device 4 over the pressure in the reactor 5, so that clogging of the outlet of the preheating device 4 or of the inlet 5.2 of the reactor 5 is effectively avoided.
- this biomass After introduction of the biomass into the reactor 5, this biomass is subjected to the hydrothermal carbonization, wherein water molecules are split off from the biomass in the dehydration process and thereby carbon particles are formed, which deposit in the lower reactor section 5a.
- this has at least partially on the inside a coating of polytetrafluoroethylene (PTFE).
- PTFE polytetrafluoroethylene
- the process stages that lead to the carbonization of biomass in several, cascaded reactors 5, 5 'to complete (Fig. 2).
- the outlet 5.3 of the first reactor 5 is connected to the inlet 5.2 'of the at least one further reactor 5', so that a first
- Removal device 5.1 ' provided for dehydrated water, which is also supplied to the preheater 4 for heat input into the biomass.
- the biomass introduced into the reactor are likewise added to catalysts which bring about acidification or alkalization of the biomass, the degree of addition of such
- Catalysts the structure of the resulting coal particles is determined. Furthermore, by suitable addition of catalysts of
- Carbonation process can be accelerated.
- an aqueous coal sludge is removed, which is passed through a heat exchanger 10 for residual heat utilization.
- the heat exchanger 10 Through the heat exchanger 10, the coal sludge is at least partially deprived of the heat energy contained therein. This heat energy is supplied to a heat storage 1 1, so that acts as an intermediate buffer for the extracted heat energy.
- Oer coal sludge is also passed through a filter device 8, which is preferably provided downstream of the heat exchanger 10, so that the already at least largely cooled coal sludge the
- Filter device 8 flows through and thereby containing the coal sludge Foreign substances are deposited. Such foreign substances may be contained in the biomass plastics, metals, etc. Preferably, a further foreign substance sorting is provided in the area of the biomass feed 2 or the conveying device 3, by means of which coarse foreign substances are sorted out of the biomass to be processed.
- the filtered through the filter device 8 coal sludge is a drying and
- Dewatering device 12 is supplied, in which the coal slurry is converted into dust-like carbon particles or coal dust.
- This coal dust can either be blown directly into a storage facility or fed to a pelletizer, in which the coal particles through
- starch in particular corn and or potato starch cross-linked and pressed into pellets.
- the liquid produced during the dewatering process can either be used directly as a fertilizer or precipitated and used when using phosphate-containing or heavy metal-containing biomass, so that these phosphates and heavy metals are at least largely removed from the liquid.
- Part of the liquid withdrawn from the coal sludge by means of the drying and dewatering device 12 may be in-process
- the plant 1 can be used and supplied to the pressure generator 9, so that the fluid can be used to increase the pressure in the preheater 4.
- the plant 1 is connected to a heating device 13, which may be, for example, a biomass furnace, a combined heat and power plant or a fossil fuel using heater.
- Heating device 13 resulting gases, in particular flue gases are the reactor 5 and the reactors 5, 5 'fed via flue gas ducts 13.1 inside the reactors 5, 5' is in each case at least one
- Heat exchanger 6 is provided, which is in particular a tube heat exchanger and a plurality of preferably vertically arranged pipe elements 6.1, which are connected to the flue gas ducts 13.1 and are flowed through by the flue gas. After passing through the heat exchanger 6, the flue gases from the reactors 5, 5 'out and preferably a heat exchanger 7, by means of which the flue gas residual heat energy is withdrawn and the heat storage 11 is supplied , To remove deposits of biomass or
- this also has a non-stick coating, which also made
- Polytetrafluoroethylene may be formed.
- a mixing device is provided in the flue gas lines 13.1 between the heater 13 and the reactors 5, 5 ', which allows a mixing of the flue gas with a controlled amount of cold air or fresh air.
- the flue gas temperature or the heat input into the reactors 5, 5 ' is controlled via the heat exchanger 6.
- the required heat input into the reactors 5, 5 ' dependss largely on the biomass used or the dry fraction of this biomass, wherein biomass with a higher dry content has a lower
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Abstract
The invention relates to a device for the hydrothermal carbonization of biomass, comprising a reactor (5, 5') having a reactor wall, in which the biomass is dehydrated and carbonized, and wherein the reactor comprises on the inner side of the reactor wall at least in sections a coating that prevents the biomass from adhering.
Description
Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse Device for the hydrothermal carbonization of biomass
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to a device for hydrothermal carbonization of biomass according to the preamble of patent claim 1.
Unter Biomasse werden im Sinne der Erfindung sämtliche nachwachsenden Rohstoffe, d.h. pflanzliche Biomasse sowie davon abgeleitete tierische Biomasse und deren Stoffwechselprodukte verstanden, also beispielsweise Grüngut, Hackschnitzel, Pflanzen- und Pflanzenreste, Stroh, Silage, For the purposes of the invention, biomass means all renewable raw materials, i. vegetable biomass and derived animal biomass and their metabolites understood, so for example, green waste, wood chips, plant and plant residues, straw, silage,
Reststoffe aus der Landwirtschaft, Papier- bzw. Klärschlämme etc.. Residues from agriculture, paper or sewage sludge etc ..
Vorrichtungen zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt Die hydrothermale Karbonisierung bildet den natürlichen Entstehungsprozess von Braunkohle nach. Dabei wird Biomasse als Ausgangsstoff in einem Reaktor unter einem Druck im Bereich zwischen 10 bar und 35 bar und Temperaturen im Bereich zwischen 180°C und 240°C dehydratisiert und karbonisiert, wobei am Reaktorausgang dann ein Kohleschlamm entnommen werden kann. In diesem Kohleschlamm sind Kohlepartikel enthalten, die durch einen Trocknungs- und/oder Devices for the hydrothermal carbonization of biomass are already known from the prior art. The hydrothermal carbonization simulates the natural production process of lignite. In this case, biomass is dehydrated and carbonated as starting material in a reactor under a pressure in the range between 10 bar and 35 bar and temperatures in the range between 180 ° C and 240 ° C, at the reactor outlet then a coal sludge can be removed. In this coal sludge coal particles are contained by a drying and / or
Entwässerungsprozess dem Kohleschlamm entzogen werden können. Diese nach dem Trocknungs- und/oder Entwässerungsprozess erhaltenen Drainage process can be removed from the coal sludge. These obtained after the drying and / or dewatering process
Kohlepartikel ergeben einen Kohlestaub, der nahezu den gesamten Coal particles give off a coal dust, almost the entire
Kohlenstoff der verarbeiteten Biomasse enthält und einen Brennwert im Wesentlichen gleich dem Brennwert von fossiler Braunkohle aufweist. Die hydrothermale Karbonisierung ist eine exotherme Reaktion, d.h. beim Dehydratations- und Karbonisierungsprozess wird Reaktionsenergie in Form von Wärme freigesetzt
Nachteilig bei dem Prozess ist, dass sich Biomasse oder während des Prozesses der hydrothermalen Karbonisierung entstehende Contains carbon of the processed biomass and has a calorific value substantially equal to the calorific value of fossil brown coal. The hydrothermal carbonization is an exothermic reaction, ie during the dehydration and carbonation process, reaction energy is released in the form of heat A disadvantage of the process is that biomass or during the process of hydrothermal carbonization resulting
Zwischenprodukte an der Wandung des Reaktors anlagern und dadurch sich mit der Zeit eine unerwünschte Verkrustung der Reaktorwandung einstellt. Diese Verkrustung muss nach einer gewissen Zeit händisch entfernt werden, was eine vollkommene Stilllegung der gesamten Anlage und eine Incorporation of intermediates on the wall of the reactor and thereby adjusts itself over time, an undesirable encrustation of the reactor wall. This encrustation must be removed by hand after a certain time, resulting in a complete decommissioning of the entire plant and a
vollständige Entleerung des Reaktors bedingt complete emptying of the reactor conditionally
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse aufzuzeigen, die eine Based on this, it is an object of the invention to provide a device for the hydrothermal carbonization of biomass, the one
Anhaftung der Biomasse oder der Zwischenprodukte wirksam verhindert. Die Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des unabhängigen Incorporation of biomass or intermediates effectively prevented. The task is based on the generic term of the independent
Patentanspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Der wesentliche Aspekt der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die einen Reaktor mit einer Reaktorwandung aufweist, in dem die Biomasse dehydratisiert und karbonisiert wird, besteht darin, dass der Reaktor innenseitig an der Reaktorwandung zumindest abschnittsweise eine Patent claim 1 solved by the characterizing features. The essential aspect of the device according to the invention, which has a reactor with a reactor wall in which the biomass is dehydrated and carbonized, is that the reactor at least in sections on the inside of the reactor wall a
Beschichtung aufweist, die ein Anhaften der Biomasse oder der Coating, the adhesion of the biomass or the
Prozesszwischenprodukte verhindert. Die Beschichtung bewirkt dabei, dass die Reaktorwandung im Vergleich zum unbeschichteten Zustand verbesserte Gleiteigenschaften aufweist und dadurch eine Anhaftung verhindert wird. Die Reaktorwandung kann hierbei insbesondere an den Bereichen beschichtet sein, in denen sich während des Karbonisierungsprozesses schwerkraftbedingt Biomasse bzw. Prozesszwischenprodukte befinden. Dies ist insbesondere der untere und mittlere Bereich des Reaktors. Bevorzugt ist jedoch die gesamte Reaktorwandung innenseitig beschichtet. Process intermediates prevented. In this case, the coating has the effect that the reactor wall has improved sliding properties in comparison to the uncoated state, thereby preventing adhesion. The reactor wall may in this case be coated, in particular, on the areas in which biomass or process intermediates are located during the carbonization process due to gravity. This is especially the lower and middle region of the reactor. Preferably, however, the entire reactor wall is coated on the inside.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält der Reaktor in seinem Innenraum einen Wärmetauscher, der zur Durchleitung von Rauchgasen oder Wasserdampf ausgebildet ist Dieser Wärmetauscher, der zur
Temperierung des Reaktorinhalts dient, weist ebenfalls eine Beschichtung auf, die ein Anhaften der Biomasse verhindert. Insbesondere bei In a preferred embodiment, the reactor contains in its interior a heat exchanger, which is designed for the passage of flue gases or steam This heat exchanger, the Temperature control of the reactor contents, also has a coating which prevents adhesion of the biomass. Especially at
Wärmetauschern ist es nötig, dass diese an den Stellen, an denen der Wärmeaustausch stattfindet, d.h. beispielsweise den Wärmetauscherrohren, keine Verkrustungen aufweisen, da dadurch der Wärmeaustausch verschlechtert wird. Die Beschichtung des Wärmetauschers mit einem Material mit hohen Gleiteigenschaften verhindert diese Anhaftung wirksam. Heat exchangers are required to be installed at the points where heat exchange takes place, i. For example, the heat exchanger tubes, no incrustations, since thereby the heat exchange is deteriorated. The coating of the heat exchanger with a material with high sliding properties effectively prevents this adhesion.
Besonders bevorzugt sind sämtliche im Reaktor enthaltenen Elemente mit der Beschichtung versehen. Derartige weitere Elemente können Particularly preferably, all elements contained in the reactor are provided with the coating. Such other elements can
beispielsweise Leitbleche, Rohrleitungen etc. sein. Dadurch kann die Anhaftung von Biomasse und/oder Zwischenprodukten an sämtlichen, im Reaktorinnenraum vorgesehenen Elementen verhindert werden. In einem weiteren bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel ist eine For example, baffles, piping, etc. be. As a result, the adhesion of biomass and / or intermediate products to all elements provided in the interior of the reactor can be prevented. In a further preferred exemplary embodiment is a
Vorwärmeinrichtung zur Erwärmung der dem Reaktor zugeführten Biomasse vorgesehen, die durch eine Wandung zumindest umfangsseitig und unterseitig begrenzt wird. Bevorzugt ist die Vorwärmeinrichtung eine druckfest verschlieSbare Kammer. Vorzugsweise ist die Wandung der Vorwärmeinrichtung innenseitig ebenfalls beschichtet ausgebildet, so dass auch dort eine Anhaftung der Biomasse wirksam verhindert werden kann. Preheating provided for heating the biomass supplied to the reactor, which is bounded by a wall at least peripherally and underside. The preheating device is preferably a pressure-tight closable chamber. The wall of the preheating device is preferably likewise coated on the inside, so that adhesion of the biomass can also be effectively prevented there.
Besonders bevorzugt wird die Beschichtung durch eine Materialschicht aus Polytetrafluorethylen (PTFE) gebildet Polytetrafluorethylen weist Particularly preferably, the coating is formed by a material layer of polytetrafluoroethylene (PTFE) formed polytetrafluoroethylene
hervorragende Gleiteigenschaften auf und ist resistent gegen aggressive Chemikalien oder Lösungsmittel. Ferner ist Polytetrafluorethylen dauerhaft hitzebeständig bis 260°C, so dass die zur hydrothermalen Karbonisierung benötigten Temperaturen zwischen 180°C und 240°C die Beschichtung nicht zerstören oder schädigen.
Besonders bevorzugt weist die Beschichtung eine Dicke von 15-20//m auf. Bei dieser Schichtdicke kann eine beständige Beschichtung insbesondere bei Verwendung von Polytetrafluorethylen (PTFE) als Beschichtungsmaterial erreicht werden. Besonders bevorzugt wird ein kondens wasserbeständiges und ein gegen hohe Temperaturunterschiede an den Rohrelementen des Wärmetauschers beständiges Polytetrafluorethylen verwendet. excellent sliding properties and is resistant to aggressive chemicals or solvents. Furthermore, polytetrafluoroethylene is permanently heat resistant up to 260 ° C, so that required for hydrothermal carbonization temperatures between 180 ° C and 240 ° C, the coating does not destroy or damage. Particularly preferably, the coating has a thickness of 15-20 .mu.m. In this layer thickness, a stable coating can be achieved in particular when using polytetrafluoroethylene (PTFE) as the coating material. Particular preference is given to using a condensate-resistant polytetrafluoroethylene and a resistant to high temperature differences on the tubular elements of the heat exchanger polytetrafluoroethylene.
Der Ausdruck »im Wesentlichen" bedeutet im Sinne der Erfindung The term " substantially" means within the meaning of the invention
Abweichungen vom jeweils exakten Wert um +/- 10%, bevorzugt um +/- 5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen. Deviations from the respective exact value by +/- 10%, preferably by +/- 5% and / or deviations in the form of changes insignificant for the function.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung des Further developments, advantages and applications of the invention will become apparent from the following description of the
Ausführungsbeispiels und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Embodiment and from the figures. All described and / or illustrated features are alone or in any
Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht Combination in principle subject of the invention, regardless of their summary in the claims or their dependency. Also, the content of the claims is made an integral part of the description
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 beispielhaft eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment in conjunction with the figures. FIG. 1 shows by way of example a device according to the invention for
hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse mit einem einzelnen Reaktor in einer schematischen Darstellung; Fig. 2 beispielhaft eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur hydrothermal carbonization of biomass with a single reactor in a schematic representation; 2 shows by way of example a device according to the invention for
hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse mit mehreren kaskadierten Reaktoren in einer schematischen Darstellung.
In den Figuren 1 und 2 sind mit dem Bezugszeichen 1 Anlagen zur hydrothermalen Karbonisierung (HTC) gezeigt. Die Anlage 1 ist hierbei zum Durchführen eines HTC-Verfahrens als Durchlaufverfahren ausgebildet, d.h., dass die Anlage 1 einen kontinuierlichen oder quasikontinuierlichen Betrieb beim Einbringen der Biomasse in den Reaktor bzw. bei der Entnahme der Kohle aus dem Reaktor 5, 5' ermöglicht, ohne dass der hydrothermal carbonization of biomass with several cascaded reactors in a schematic representation. In the figures 1 and 2 by the reference numeral 1 plants for hydrothermal carbonation (HTC) are shown. The plant 1 is in this case designed to carry out an HTC process as a continuous process, ie, that the plant 1 a continuous or quasi-continuous operation when introducing the biomass into the reactor or when removing the coal from the reactor 5, 5 'allows without that the
Karbonisierungsprozess im Reaktorinnenraum vollständig unterbrochen werden würde. Die in der Anlage 1 verarbeitete Biomasse, die insbesondere trockene Biomasse mit einem Trockengehalt 2s 30% sein kann, wird an einer Carbonation process in the reactor interior would be completely interrupted. The biomass processed in Appendix 1, which in particular can be dry biomass with a solids content of 2s 30%, is added to a
Biomasseaufgabe 2 in die Anlage 1 eingebracht und mittels einer Biomass task 2 introduced into the Appendix 1 and by means of a
Fördereinrichtung 3 gesteuert bzw. zeitlich intermittierend der Controlled conveyor 3 or temporally intermittent the
Vorwärmeinrichtung 4 zugeführt. Die Fördereinrichtung 3 kann hierbei eine Förderschnecke, ein Förderband, ein Schubbodenförderer oder bei Biomasse mit hohem Wasseranteil auch eine Pumpe sein. In der Vorwärmeinrichtung 4, die vorzugsweise ein druckfester, abgesehen von den Zu- und Preheating 4 supplied. The conveyor 3 may in this case be a screw conveyor, a conveyor belt, a push floor conveyor or biomass with a high water content and a pump. In the preheater 4, which is preferably a pressure-resistant, apart from the supply and
Ableitungen geschlossener Behälter ist, wird die Biomasse erwärmt, und zwar durch unmittelbares Einbringen des Dehydratwassers in die Biomasse und durch Vermischen des Dehydratwassers mit der Biomasse, wobei das Dehydratwasser zumindest teilweise durch Dehydratation im Reaktor 5, 5' entsteht. Dieses Wasser weist eine Temperatur im Bereich zwischen 180°C und 240°C auf und kann aufgrund seiner hohen spezifischen Masse optimal für einen Wärmeeintrag in die zuvor zu erwärmende Biomasse verwendet werden. Beim Zuführen des Dehydratwassers ist vorzugsweise die Derived from closed containers, the biomass is heated, by directly introducing the dehydrated water into the biomass and by mixing the dehydrated water with the biomass, the dehydrated water is formed at least partially by dehydration in the reactor 5, 5 '. This water has a temperature in the range between 180 ° C and 240 ° C and can be used optimally for heat input into the previously to be heated biomass due to its high specific mass. When feeding the Dehydratwassers is preferably the
Vorwärmeinrichtung 4 druckdicht verschlossen. Die Wartdung der Preheater 4 pressure sealed. The maintenance of the
Vorwärmeinrichtung 4 weist vorzugsweise eine Antihaft-Beschichtung aus Polytetrafluorethylen (PTFE) auf. Zur Entnahme des Dehydratwassers aus dem Reaktor 5, 5' ist vorzugsweise in zwischen dem oberen und dem unteren Reaktorabschnitt 5a, 5a', 5c, 5c'
liegenden mittleren Reaktorabschnitt 5b, 5b' eine Entnahmeeinrichtung 5.1 , 5.1 ' vorgesehen, über die das Dehvdratwasser vorzugsweise über zumindest ein Ventil gesteuert entzogen werden kann und über eine unmittelbare fluidische Verbindung der Vorwärmeinrichtung 4 zugeführt werden kann. Preheating device 4 preferably has a non-stick coating of polytetrafluoroethylene (PTFE). For removal of the dehydrated water from the reactor 5, 5 'is preferably in between the upper and the lower reactor section 5a, 5a', 5c, 5c ' lying average reactor section 5b, 5b ', a removal device 5.1, 5.1' is provided, via which the Dehvdratwasser preferably can be withdrawn controlled via at least one valve and can be supplied via an immediate fluidic connection of the preheater 4.
Nach der zumindest teilweisen Vorwärmung der Biomasse wird After the at least partial preheating of the biomass is
vorzugsweise der Druck innerhalb der Vorwärmeinrichtung 4, der bereits durch die Zuführung des Dehydratwassers angestiegen ist, auf einen Druck zumindest gleich dem Druck im Inneren des Reaktors 5 erhöht, wobei Drücke von 10 bar bis 33 bar bevorzugt sind. Die Druckerhöhung erfolgt mittels eines Druckerzeugers 9 oder einem mit dem Druckerzeuger 9 gekoppelten Druckspeicher. Nach der Erhöhung des Drucks in der Preferably, the pressure within the preheater 4, which has already risen by the supply of dehydrated water, increased to a pressure at least equal to the pressure inside the reactor 5, with pressures of 10 bar to 33 bar are preferred. The pressure increase takes place by means of a pressure generator 9 or a pressure accumulator coupled to the pressure generator 9. After increasing the pressure in the
Vorwärmeinrichtung 4 wird die vorgewärmte Biomasse bzw. das Gemisch der Biomasse mit dem Dehvdratwasser über den Einlass 5.2 dem Reaktor 5 zugeführt Für den Fall, dass in der Vorwärmeinrichtung 4 der gleiche Druck wie im Reaktor 5 vorherrscht, wird die Biomasse schwerkraftbedingt in den Reaktor 5 eingebracht. Bevorzugt ist eine Erhöhung des Drucks in der Vorwärmeinrichtung 4 über den Druck im Reaktor 5, sodass ein Verstopfen des Auslasses der Vorwärmeinrichtung 4 bzw. des Einlasses 5.2 des Reaktors 5 wirksam vermieden wird. Preheating 4, the preheated biomass or the mixture of biomass with the Dehvdratwasser via the inlet 5.2 to the reactor 5 is supplied to the case that prevails in the preheater 4, the same pressure as in the reactor 5, the biomass due to gravity introduced into the reactor 5 , Preference is given to an increase in the pressure in the preheating device 4 over the pressure in the reactor 5, so that clogging of the outlet of the preheating device 4 or of the inlet 5.2 of the reactor 5 is effectively avoided.
Nach dem Einbringen der Biomasse in den Reaktor 5 wird diese Biomasse der hydrothermalen Karbonisierung unterzogen, wobei aus der Biomasse in dem Dehydratationsprozess Wassermoleküle abgespalten werden und dabei Kohlepartikel entstehen, die sich im unteren Reaktorabschnitt 5a ablagern. Zur Verhinderung von Ablagerungen an der Wandung des Reaktors 5, 5' weist dieser innenseitig zumindest abschnittsweise eine Beschichtung aus Polytetrafluorethylen (PTFE) auf. Zur Erhöhung der Durchsatzrate der verarbeitbaren Biomasse ist es möglich, die Prozessstufen, die zur Karbonisierung der Biomasse führen, in mehreren,
kaskadiert angeordneten Reaktoren 5, 5' zu vollziehen (Fig. 2). Hierbei ist der Auslass 5.3 des ersten Reaktors 5 mit dem Einlass 5.2' des zumindest einen weiteren Reaktors 5' verbunden, sodass ein ersterAfter introduction of the biomass into the reactor 5, this biomass is subjected to the hydrothermal carbonization, wherein water molecules are split off from the biomass in the dehydration process and thereby carbon particles are formed, which deposit in the lower reactor section 5a. To prevent deposits on the wall of the reactor 5, 5 ', this has at least partially on the inside a coating of polytetrafluoroethylene (PTFE). To increase the throughput rate of the processable biomass, it is possible, the process stages that lead to the carbonization of biomass, in several, cascaded reactors 5, 5 'to complete (Fig. 2). In this case, the outlet 5.3 of the first reactor 5 is connected to the inlet 5.2 'of the at least one further reactor 5', so that a first
arbonisierungsteilprozess in dem ersten Reaktor 5 und ein weiterer Arbonisierungsteilprozess in the first reactor 5 and another
Karbonisierungsteilprozess in dem zumindest einen weiteren Reaktor 5' vollzogen wird. Bei einer derart kaskadierten Anordnung der Reaktoren 5, 5' erfolgt die ausschließliche Entnahme des Kohleschlamms an dem Auslass 5.3' des weiteren Reaktors 5'. Ferner ist an dem zumindest einen weiteren Reaktor 5' ebenfalls eineKarbonisierungsteilprozess in which at least one other reactor 5 'is completed. With such a cascaded arrangement of the reactors 5, 5 ', the exclusive removal of the coal sludge takes place at the outlet 5.3' of the further reactor 5 '. Furthermore, at the at least one further reactor 5 'is also a
Entnahmeeinrichtung 5.1 ' für Dehydratwasser vorgesehen, das ebenfalls der Vorwärmeinrichtung 4 zum Wärmeeintrag in die Biomasse zugeführt wird. Removal device 5.1 'provided for dehydrated water, which is also supplied to the preheater 4 for heat input into the biomass.
Bevorzugt werden der in den Reaktor eingebrachten Biomasse ebenfalls Katalysatoren beigefügt, die eine Versäuerung bzw. Alkalisierung der Biomasse bewirken, wobei durch den Grad der Zugabe derartiger Preferably, the biomass introduced into the reactor are likewise added to catalysts which bring about acidification or alkalization of the biomass, the degree of addition of such
Katalysatoren die Struktur der entstehenden Kohlepartikel bestimmt wird. Ferner kann durch geeignete Zugabe von Katalysatoren der Catalysts, the structure of the resulting coal particles is determined. Furthermore, by suitable addition of catalysts of
Karbonisierungsprozess beschleunigt werden. Aus dem Auslass 5.3 des Reaktors 5, bzw. dem Auslass 5.3' des weiteren Reaktors 5' bei kaskadierten Reaktoren 5, 5' wird ein wässriger Kohleschlamm entnommen, der zur Restwärmeausnutzung über einen Wärmetauscher 10 geführt wird. Über den Wärmetauscher 10 wird dabei dem Kohleschlamm zumindest teilweise die darin enthaltende Wärmeenergie entzogen. Diese Wärmeenergie wird einem Wärmespeicher 1 1 zugeführt, sodass der als Zwischenpuffer für die entzogene Wärmeenergie fungiert. Carbonation process can be accelerated. From the outlet 5.3 of the reactor 5, or the outlet 5.3 'of the further reactor 5' in cascaded reactors 5, 5 ', an aqueous coal sludge is removed, which is passed through a heat exchanger 10 for residual heat utilization. Through the heat exchanger 10, the coal sludge is at least partially deprived of the heat energy contained therein. This heat energy is supplied to a heat storage 1 1, so that acts as an intermediate buffer for the extracted heat energy.
Oer Kohleschlamm wird ferner über eine Filtereinrichtung 8 geführt, die vorzugsweise dem Wärmetauscher 10 nachgeschaltet vorgesehen ist, sodass der bereits zumindest größtenteils abgekühlte Kohleschlamm die Oer coal sludge is also passed through a filter device 8, which is preferably provided downstream of the heat exchanger 10, so that the already at least largely cooled coal sludge the
Filtereinrichtung 8 durchfließt und dabei die im Kohleschlamm enthaltenden
Fremdstoffe abgeschieden werden. Derartige Fremdstoffe können in der Biomasse enthaltene Kunststoffe, Metalle etc. sein. Vorzugsweise ist eine weitere Fremdstoffsortierung im Bereich der Biomasseaufgabe 2 oder der Fördereinrichtung 3 vorgesehen, mittels der grobe Fremdstoffe aus der zu verarbeitenden Biomasse aussortiert werden. Der durch die Filtereinrichtung 8 gefilterte Kohleschlamm wird einer Trocknungs- und Filter device 8 flows through and thereby containing the coal sludge Foreign substances are deposited. Such foreign substances may be contained in the biomass plastics, metals, etc. Preferably, a further foreign substance sorting is provided in the area of the biomass feed 2 or the conveying device 3, by means of which coarse foreign substances are sorted out of the biomass to be processed. The filtered through the filter device 8 coal sludge is a drying and
Entwässerungseinrichtung 12 zugeführt, in der der Kohleschlamm in staubförmige Kohlepartikel bzw. in Kohlestaub umgewandelt wird. Dieser Kohlestaub kann entweder direkt in ein Vorratslager eingeblasen oder einer Pelletiereinrichtung zugeführt werden, in der die Kohlepartikel durchDewatering device 12 is supplied, in which the coal slurry is converted into dust-like carbon particles or coal dust. This coal dust can either be blown directly into a storage facility or fed to a pelletizer, in which the coal particles through
Zugabe von Stärke, insbesondere von Mais und oder Kartoffelstärke vernetzt und in Pellets verpresst wird. Addition of starch, in particular corn and or potato starch cross-linked and pressed into pellets.
Die beim Entwässerungsvorgang entstehende Flüssigkeit kann abhängig von der verwendeten Biomasse entweder direkt als Dünger verwendet werden oder bei Verwendung von phosphathaltiger bzw. schwermetallhaltiger Biomasse ausgefällt und abfiltriert werden, sodass diese Phosphate und Schwermetalle zumindest größtenteils aus der Flüssigkeit entfernt werden. Ein Teil der mittels der Trocknungs- und Entwässerungseinrichtung 12 aus dem Kohlenschlamm entzogenen Flüssigkeit kann prozessintern Depending on the biomass used, the liquid produced during the dewatering process can either be used directly as a fertilizer or precipitated and used when using phosphate-containing or heavy metal-containing biomass, so that these phosphates and heavy metals are at least largely removed from the liquid. Part of the liquid withdrawn from the coal sludge by means of the drying and dewatering device 12 may be in-process
weiterverwendet und dem Druckerzeuger 9 zugeführt werden, sodass die Flüssigkeit zur Druckerhöhung in der Vorwärmeinrichtung 4 verwendet werden kann. Bevorzugt ist die die Anlage 1 mit einer Heizeinrichtung 13 verbunden, die beispielsweise ein Biomasseofen, ein Blockheizkraftwerk oder eine fossilen Brennstoff benutzende Heizeinrichtung sein kann. Die aus der can be used and supplied to the pressure generator 9, so that the fluid can be used to increase the pressure in the preheater 4. Preferably, the plant 1 is connected to a heating device 13, which may be, for example, a biomass furnace, a combined heat and power plant or a fossil fuel using heater. The from the
Heizeinrichtung 13 entstehenden Gase, insbesondere Rauchgase werden dem Reaktor 5 bzw. den Reaktoren 5, 5' über Rauchgasleitungen 13.1 zugeführt Im Inneren der Reaktoren 5, 5' ist jeweils zumindest ein Heating device 13 resulting gases, in particular flue gases are the reactor 5 and the reactors 5, 5 'fed via flue gas ducts 13.1 inside the reactors 5, 5' is in each case at least one
Wärmetauscher 6 vorgesehen, der insbesondere ein Rohrwärmetauscher ist
und mehrere vorzugsweise vertikal angeordnete Rohrelemente 6.1 aufweist, die mit den Rauchgasleitungen 13.1 verbunden sind und vom Rauchgas durchströmt werden. Dadurch wird eine Erwärmung der im Reaktorinneren enthaltenen Biomasse bzw. Flüssigkeit bewirkt Nach dem Durchströmen des Wärmetauschers 6 werden die Rauchgase aus den Reaktoren 5, 5' geführt und vorzugsweise einem Wärmetauscher 7 zugeführt, mittels dem dem Rauchgas Restwärmeenergie entzogen wird und dem Wärmespeicher 11 zugeführt wird. Um Ablagerungen von Biomasse oder Heat exchanger 6 is provided, which is in particular a tube heat exchanger and a plurality of preferably vertically arranged pipe elements 6.1, which are connected to the flue gas ducts 13.1 and are flowed through by the flue gas. After passing through the heat exchanger 6, the flue gases from the reactors 5, 5 'out and preferably a heat exchanger 7, by means of which the flue gas residual heat energy is withdrawn and the heat storage 11 is supplied , To remove deposits of biomass or
Prozesszwischenprodukten an dem Wärmetauscher zu verhindern, weist dieser ebenfalls eine Antihaft-Beschichtung auf, die ebenfalls aus To prevent process intermediates on the heat exchanger, this also has a non-stick coating, which also made
Polytetrafluorethylen (PTFE) gebildet sein kann. Polytetrafluoroethylene (PTFE) may be formed.
Bevorzugt ist in den Rauchgasleitungen 13.1 zwischen der Heizeinrichtung 13 und den Reaktoren 5, 5' eine Mischeinrichtung vorgesehen, die eine Vermischung des Rauchgases mit einer gesteuerten Menge Kaltluft bzw. Frischluft ermöglicht. Dadurch wird die Rauchgastemperatur bzw. der Wärmeeintrag in die Reaktoren 5, 5' über den Wärmetauscher 6 gesteuert. Der benötigte Wärmeeintrag in die Reaktoren 5, 5' hängt maßgeblich von der verwendeten Biomasse bzw. dem Trockenanteil dieser Biomasse ab, wobei Biomasse mit einem höheren Trockenanteil einen geringeren Preferably, a mixing device is provided in the flue gas lines 13.1 between the heater 13 and the reactors 5, 5 ', which allows a mixing of the flue gas with a controlled amount of cold air or fresh air. As a result, the flue gas temperature or the heat input into the reactors 5, 5 'is controlled via the heat exchanger 6. The required heat input into the reactors 5, 5 'depends largely on the biomass used or the dry fraction of this biomass, wherein biomass with a higher dry content has a lower
Wärmeeintrag benötigt als Biomasse mit einem erhöhten Trockenanteil. Durch die gesteuerte Zuführung von Rauchgas kann dem jeweiligen benötigten Wärmebedarf abhängig von der bearbeiteten Biomasse Rechnung getragen werden. Heat input required as biomass with an increased dry content. Due to the controlled supply of flue gas the respective required heat demand can be taken into account depending on the processed biomass.
Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Modifikationen und The invention has been described above by means of an embodiment. It is understood that numerous modifications and
Claims
Patentansprüche Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse, mit einem eine Reaktorwandung aufweisenden Reaktor (5, 5 , in dem die Biomasse dehydratisiert und karbonisiert wird, wobei der Reaktor innenseitig an der Reaktorwandung zumindest abschnittsweise eine Beschichtung aufweist, die ein Anhaften der Biomasse verhindert, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor einen Wärmetauscher (6) enthält, der zur Durchleitung von Rauchgasen oder Wasserdampf ausgebildet ist, wobei dieser Wärmetauscher (6) eine Beschichtung aufweist, die ein Anhaften der Biomasse verhindert und dass die Beschichtung der Reaktorwandung und des Wärmetauschers (6) eine Schicht aus Polytetrafluorethylen (PTFE) ist. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Reaktorwandung innenseitig beschichtet ist. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche im Reaktor enthaltene Elemente die Beschichtung aufweisen. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine eine Wandung aufweisende Device for the hydrothermal carbonization of biomass, with a reactor wall having a reactor (5, 5, in which the biomass is dehydrated and carbonated, wherein the reactor on the inside of the reactor wall at least partially has a coating that prevents adhesion of the biomass, characterized in that the reactor contains a heat exchanger (6) designed for the passage of flue gases or steam, this heat exchanger (6) having a coating which prevents adhesion of the biomass and that the coating of the reactor wall and the heat exchanger (6) has a coating Device according to claim 1, characterized in that the entire reactor wall is coated on the inside. Device according to one of the preceding claims, characterized in that all elements contained in the reactor have the coating nem of the preceding claims, characterized in that having a wall
Vorwärmeinrichtung zur Erwärmung der dem Reaktor zugeführten Biomasse vorgesehen ist und dass diese Wandung der Preheating is provided for heating the biomass supplied to the reactor and that this wall of the
Vorwärmeinrichtung zumindest abschnittsweise eine Beschichtung aufweist, die ein Anhaften der Biomasse an der Wandung verhindert
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine Schichtdicke von 15- 20μm aufweist.
Preheating at least partially has a coating that prevents adhesion of the biomass to the wall Device according to one of the preceding claims, characterized in that the coating has a layer thickness of 15- 20μm.
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