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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Konditionierung von Ölsaaten.
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Die
Erfindung betrifft darüber
hinaus eine Vorrichtung zum Vorwärmen
von Ölsaaten
und zum Reinigen von Gasströmen.
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Ölsaaten
werden typischer Weise zu Futtermitteln für die Tierernährung, zu Öl für die menschliche
Ernährung
oder zu Produkten für
technische Anwendungen, wie zum Beispiel Waschmittel, Schmieröle oder
Kraftstoffe, verarbeitet. Die wesentlichen Verfahrensschritte dieser
Verarbeitung sind die Reinigung, die mechanische Aufbereitung und
die thermische Konditionierung (Trocknung und Erwärmung) der
Saat sowie die Separation der Flüssigphase
und die Kühlung
der Endprodukte vor der Lagerung.
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Diese
Verfahrensweise erfordert einen hohen Aufwand an elektrischer und
thermischer Energie in Form von hoch gespanntem Wasserdampf. Die Kühlung der
Endprodukte erfolgt mit Kühlwasser
für die
Flüssigphase
(Öl) oder
mit Kühlluft
für die
feste Phase (Presskuchen, Ölschrote).
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Die
thermische Konditionierung der Saat erfolgt mit hoch gespanntem
Dampf in indirekt beheizten Apparaten. Vor einem Eintritt in diese
Apparate wird die Saat in Brech- und Quetschwalzwerken zerkleinert,
um die thermische Konditionierung zu erleichtern. Da der Luftsauerstoff
das Öl
in der zerkleinerten Saat schädigt,
wird während
der Konditionierung die Luft nur in einem für die Saattrocknung erforderliche
Maß zugelassen.
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Um
die Heizflächen
der indirekten Beheizung möglichst
klein zu halten, wird der Heizdampf beispielsweise auf 183°C bei 10
bar gespannt. Die aus der Saat austretenden Wasserdampfbrüden sind mit
Geruchsstoffen beladen, vermischen sich mit der für die Trocknung
notwendigen Luft und werden nach einer mechanischen Reinigung von
Staub an die Umwelt abgegeben.
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Neuere
Anlagen mit größerer Durchsatzleistung
setzen für
eine zusätzliche
Geruchsbeseitigung Brüdenwäscher, Biobeete
oder Biofilter ein, um Klagen der Bevölkerung zu vermeiden.
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Die
warme Kühlluft
aus dem Feststoffkühler, das
Wasserdampf-Luftgemisch (Brüden)
aus der konditionierten Saat und das erwärmte Kühlwasser von der Flüssigkeitskühlung werden
ohne Nutzung des Energieinhaltes an die Umwelt abgegeben.
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Darüber hinaus
entsteht von dem, in der thermischen Konditionierung eingesetzten,
hoch gespannten Dampf ein Kondensat mit einer Temperatur entsprechend
dem Siededruck des Wasserdampfes. Wird der Druck des Kondensats
auf Umgebungsdruck entspannt, entsteht eine erhebliche Nachverdampfung.
Dieser Dampf wird in vielen Fällen
ohne Nutzung des Energieinhaltes an die Umwelt abgegeben.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der einleitend
genannten Art derart zu verbessern, daß ein verminderter Energieverbrauch für die Verarbeitung
der Ölsaaten
realisiert und damit ein Beitrag zum Klimaschutz durch verminderte
CO2 Abgabe geleistet wird.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß die
Abwärme
aus mindestens einem Verfahrensschritt der Ölgewinnung zur Vorkonditionierung
der dem Prozeß zugeführten Saat
genutzt wird.
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Weitere
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der
einleitend genannten Art derart zu konstruieren, daß verminderte
Betriebskosten unterstützt
werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß ein
Vorwärmer
für die Ölsaat über einen
Wärmeübertrager
mit einem Kühler
für warme Preßkuchen
verbunden ist.
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Die
Nutzung des Energieinhaltes der Abwärmequellen wurde gemäß dem Stand
der Technik bisher nicht realisiert, da die Übertragung der Energie zu großen und
wegen geringer Temperaturdifferenzen zwischen dem Heizmedium und
dem zu erwärmenden
Produkt indirekten Heizflächen
führt und
zusätzliche
hohe Investitionen erfordert, die sich erst nach langer Be triebszeit
amortisieren. Das Temperaturniveau dieser Abwärme ist für indirekte Übertragung
zu gering und der Einsatz dieser Energie deshalb nicht wirtschaftlich.
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Der
Einsatz von großen
Luftmengen als Wärmeübertrager
bei zerkleinerter Saat ist wegen der Schädigung der Ölqualität und des möglichen Staubanteiles nicht
ratsam.
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Die
vorliegende Erfindung ermöglicht
es, die Energie aus den verschiedenen Abwärmequellen einer Ölgewinnungsanlage
für die Ölsaatenverarbeitung
zu nutzen und die Emissionen an die Umwelt sowie die Verarbeitungskosten
zu reduzieren. Die Übertragung
der Energie kann mittels einem für
die Saat unschädlichen
Wärmeträgermedium
erfolgen.
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Eine
Betrachtung des erforderlichen Energieaufwandes für eine Tonne
Rohsaat und die daraus resultierenden einzelnen Energieströme und deren Temperaturniveau
führt zu
der Überzeugung,
dass unter Verwendung eines Gases als direkt eingesetztes nicht
kondensierbares Wärmeträgermedium
eine bemerkenswerte Rückgewinnung
der eingesetzten Energie möglich
ist.
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Eine
einfache Verfahrensdurchführung
wird dadurch unterstützt,
daß das
Gas als Luft ausgebildet ist.
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Eine
ausreichend intensive Kühlung
der Preßkuchen
und Erwärmung
der Saat wird dadurch unterstützt,
daß zur
Vorgabe einer Gasströmung
eine Gasfördereinrichtung
verwendet ist.
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Zur
Minimierung von Wärmeverlusten
und Reduzierung von Umweltbelastungen durch Staub und Geruch wird
vorgeschlagen, daß das
Gas mindestens teilweise in einem geschlossenen Umlauf gefördert wird.
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Eine
weitere Verfahrensoptimierung erfolgt dadurch, daß ein Ausgang
des Vorwärmers
mit einem gasdurchströmten
Konditionierer verbunden ist.
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Zur
weiteren Optimierung der Energiebilanz wird vorgeschlagen, daß dem Konditionierer
entströmendes
Gas nach einer Abkühlung
und Kondensation des im Gas enthaltenen Wasserdampfanteiles mindestens
teilweise in den Bereich des Vorwärmers zurückgeführt wird.
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Zur
Vermeidung von Verunreinigungen der Wärmetauschflächen wird vorgeschlagen, daß das Gas
zwischen dem Konditionierer und dem Vorwärmer von Feststoffen und sonstigen
haftenden Begleitstoffen gereinigt wird.
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In
den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele
der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
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1 Ein
Diagramm zur Veranschaulichung des Energiebedarfes bei eine Fertigpressung
von Raps,
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2 ein
Diagramm ähnlich
zu 1 für den
Energiebedarf bei einer Vorpressung von Raps und
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3 ein
Funktionsdiagramm zur Veranschaulichung der wesentlichen Komponenten
zur Verfahrensdurchführung.
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Die
Realisierung der Erfindung wird nachfolgend am Beispiel der Verarbeitung
von Raps zu Presskuchen und rohem Pflanzenöl beschrieben.
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Der
Energiebedarf an elektrischer und thermischer Energie für die Herstellung
von Rapspresskuchen (mit ca. 7–8
Gew.-% Restöl)
und Rapsöl
beträgt
ca. 156 kWh je Tonne Saat mit ca. 8 Gew.-% Wasser. Beim Vorpressen
der Rapssaat auf ca. 18–20
Gew.-% Restfett im Presskuchen werden ca. 96 kWh/t an thermischer
und elektrischer Energie in der Vorpressanlage benötigt.
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Von
der eingesetzten Energie werden bei der Fertigpressung von Raps
nahezu 59% (ca. 90 kWh/t) über
die Nachverdampfung, Pressölkühlung, Brüdenkondensation
und Kuchenkühlung
in Form von Abwärme
abgegeben. 1 zeigt beispielhaft die Aufteilung
der Energieströme.
Die abgegebene Energie hat ein Temperaturniveau von ca. 80 bis 110°C. Die angegebene
Abwärme
von ca. 90 kWh/t entspricht einer Dampfmenge von ca. 162 kg 10 bar Solldampf
je Tonne Saat. Bei Dampfkosten von 0,035 EUR/kg lassen sich die
Verarbeitungskosten, bei Einsatz einer Energierückgewinnung, um ca. 5,67 EUR pro
Tonne Saat reduzieren. Hierbei ist der Wirkungsgrad des Dampfkessels
noch nicht berücksichtigt.
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Bei
der Vorpressung von Raps werden von der eingesetzten Energie nahezu
46% (ca. 44 kWh/t) über
die Nachverdampfung, Pressölkühlung, Brüdenkondensation
und Kuchenkühlung
in Form von Abwärme
abgegeben. 2 zeigt beispielhaft die Aufteilung
der Energieströme.
Die abgegebene Energie hat ein Temperaturniveau von ca. 80 bis 110°C. Die angegebene
Energieeinsparung von ca. 44 kWh/t entspricht einer Dampfmenge von
ca. 79 kg 10 bar Solldampf je Tonne Saat. Bei Dampfkosten von 0,035
EUR/kg lassen sich die Verarbeitungskosten, bei Einsatz einer Energierückgewinnung,
um ca. 2,77 EUR pro Tonne Saat reduzieren. Hierbei ist der Wirkungsgrad
des Dampfkessels noch nicht berücksichtigt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird vorgeschlagen, die Energie aus den genannten Abwärmequellen
mit einem Tempera turniveau von 80–100°C zur Erwärmung der in die Anlage eintretenden
Saat mit einem Temperaturniveau von 10 bis 15°C zu nutzen. Hierzu wird Luft
mit der Energie aus den Abwärmequellen
erwärmt
und anschließend durch
eine Schüttung
von gereinigter, ungebrochener Saat geleitet. Die Luft wird in optimal
dimensionierten Wärmetauschern
durch das im Gegenstrom geleitete heiße Pressöl, den Dampf aus der Nachverdampfung oder
den Brüden
aus den Saat- bzw. Presskuchenkonditionierapparaten, erwärmt. Die
erwärmte
Luft aus dem Kuchenkühler
wird ohne weiteren Wärmetauscher
in die Saatschüttung
geleitet.
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Beispielsweise
hat die ganze ungebrochene Rapssaat eine spezifische Oberfläche von
ca. 3,2 m2/kg. Eine Schüttung von beispielsweise 2.000
kg hat eine natürliche
Wärmeaustauschfläche von
ca. 6.400 m2. Die Energie aus der erwärmten Luft
kann also mit einer sehr geringen Temperaturdifferenz an die Saat übergeben
und für
die anschließende
thermische Konditionierung vorgewärmt und getrocknet werden.
Da bei diesem Verfahrensschritt die Saat unzerkleinert vorliegt,
wird das Pflanzenöl
in der vorhandenen Zellstruktur vor Oxidation mit dem Luftsauerstoff
geschützt.
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Das
vorgeschlagene Verfahren wird anhand des folgenden und in 3 dargestellten
Schemas beschrieben.
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Die
kalte Saat gelangt über
eine Zellradschleuse in den Vorwärmer
(10) und wird im Gegenstrom von Warmluft durchströmt. Der
Vorwärmer
(10) ist z. B. so konzipiert, dass eine vorgewählte Saatmenge
vorgehalten wird, um eine maximale Wärmeübertragung von der Warmluft
auf die Saat zu gewährleisten. Über eine
gewichtsabhängige
Austragsvorrichtung wird der Vorwärmer (10) automatisch
teilweise entleert und anschließend
wieder befüllt.
Diese Art der Erwärmung
kann auch in anderen Gegenstromapparaten mit kontinuierlicher Austragung
realisiert werden.
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Die
Warmluft wird mit einem Ventilator (6) aus dem Kühler (11)
für Feststoff
und dem Wärmetauscher
(5) für
die Erhitzung des Gasstromes abgesaugt und in den Vorwärmer (10)
geleitet. Hier durchströmt
die Warmluft die kalte Saatschüttung
im Gegenstrom und gibt die Energie an das Produkt ab. Da die Saatschüttung aus
gereinigter, ganzer ungebrochener Saat besteht, werden mitgeführte Bestandteile
aus dem Kuchenkühler
(11) oder anderen Quellen von der Schüttung aufgenommen und reduzieren mögliche Staubemissionen
in die Umwelt.
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Das
Kondensat aus dem Konditionierer (12) und dem Wärmetauscher
(4) werden in einem Kondensattank (hier nicht dargestellt)
gesammelt und dem Kesselhaus zur Wiederverwendung bereitgestellt.
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Der
Wärmetauscher
(4) dient der Brüdenüberhitzung
vor dem Filter (13) zur Abtrennung von Staubpartikeln aus
dem Brüdenstrom.
Wenn sicher gestellt ist, dass der Taupunkt der Brüden nicht
unterschritten wird, kann auf diesen Wärmetauscher (4) verzichtet
werden. Das Brüdenfilter
(13) ist ebenso durch einen Zyklon für die Abscheidung von Staubteilchen
ersetzbar
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Nach
der Reinigung der Brüden
wird im Wärmetauscher
(2) die in den Brüden
enthaltene Energie an die Kaltluft abgegeben. Im Wärmetauscher
(2) wird die Temperatur der Brüden soweit abgesenkt, dass
die gekühlten
Brüden
(< 40°C) in eine
biologische Reinigungsstufe übergeben
werden können, um
die Geruchsstoffe weitergehend abzubauen. Der Wassergehalt und die
Geruchsbeladung des Brüdenstromes
wird bei Kühlung
unter 40°C
erheblich reduziert.
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Zur
weiteren Minimierung der nicht gesundheitsschädlichen Geruchsstoffe und Ausnutzung
des Energieinhaltes ist auch eine Vermischung des Brüdenstromes
durch den für
die Wärmeübertragung
erforderlichen Luftstrom vor dem Saatvorwärmer denkbar.
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Im
Wärmetauscher
(3) wird die Energie des warmen Pflanzenöles zur
Erwärmung
eines Teilstromes der Luft genutzt. Die Luftströme aus dem Wärmetauscher
(3) und dem Wärmetauscher
(2) werden zusammengeführt
und dem Wärmetauscher
(5) zugeleitet.
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Der
bei der Druckabsenkung des Kondensats entstehende Dampf hat das
höchste
Temperaturniveau und wird für
die Beheizung der im Wärmetauscher
(2, 3) vorgewärmten
Luftteilströme
im Wärmetauscher
(5) eingesetzt.
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Hinter
dem Wärmetauscher
(5) wird der Luftstrom mit der erwärmten Kühlluft aus dem Kuchenkühler (11)
zusammengeführt
und mit dem Ventilator (6) in den Vorwärmer (10) geleitet.
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Mit
dem Ventilator (1) werden die Druckverluste der Ausrüstungen
ausgeglichen und die nichtkondensierbaren Anteile aus der Brüdenkondensation
an die Umwelt abgegeben.
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An
der Einspeisung (7) werden die Energieströme aus der
Aspiration weiterer Ausrüstungen, wie
z. B. Kuchenkonditionierer oder Schneckenpressen, und der Förderelemente
(hier nicht dargestellt), eingeleitet.
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Am
Ausgang (8) wird überschüssige Luft
aus dem Prozess ausgeschleust. Die am Ausgang (8) ausgeschleuste
Luft ist aufgrund des Kontaktes mit der Saat zu 100% mit Feuchtigkeit
gesättigt.
Um ein Ausschleusen der Luft mit möglichen Begleitstoffen zu vermeiden
und den gleichen Gasstrom wieder zu verwenden, kann durch weitere
Unterkühlung
die Luft getrocknet werden.