DE102011113825A1

DE102011113825A1 - Hydrothermal carbonization of biomass, comprises carrying out quasi-continuous flow of biomass using many batch pressure reactors, which are connected in series, and transporting biomass or product by gravity and internal reactor pressure

Info

Publication number: DE102011113825A1
Application number: DE201110113825
Authority: DE
Inventors: Lothar Hofer
Original assignee: GRENOL IP GmbH
Current assignee: GRENOL IP GmbH
Priority date: 2011-09-21
Filing date: 2011-09-21
Publication date: 2013-03-21

Abstract

Hydrothermal carbonization comprises carrying out a quasi-continuous flow of biomass using many batch pressure reactors, which are connected in series. The arrangement of the individual batch pressure reactors is such that the biomass or product transport from a reactor in the subsequent reactor is carried out by gravity and internal reactor pressure. The system comprises at least two reactors (first reactor, sequence reactor), which are separated or connected by an adjusting device on the filling or discharge side.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse, wobei Biomasse mit Wasser und wenigstens einem Katalysator in einem Druckbehälter durch Temperatur- und/oder Druckerhöhung in Stoffe wie Kohle, Öl und/oder dergleichen artverwandte Stoffe umgewandelt wird.The present invention relates to a method and apparatus for the hydrothermal carbonization of biomass, wherein biomass is converted with water and at least one catalyst in a pressure vessel by increasing the temperature and / or pressure in substances such as coal, oil and / or the like related substances.

Der Begriff Biomasse erfasst im Sinne der vorliegenden Erfindung sämtliche lebenden, taten und/oder zersetzten Organismen. Dazu zählen neben Pflanzen insbesondere auch Abfall- und/oder Restholz, Stroh, Gras, Dung, Laub, Klärschlamm und/oder organischer Hausmüll. Die Biomasse kann dabei in unterschiedlichen Zusammensetzungen, Qualitäten, Größen und/oder dergleichen Verwendung finden, je nach Bedarf und gewünschtem Umwandlungsprodukt.The term biomass covers for the purposes of the present invention all living, act and / or decomposed organisms. In addition to plants, these include, in particular, waste and / or residual wood, straw, grass, manure, leaves, sewage sludge and / or organic household waste. The biomass can be used in different compositions, qualities, sizes and / or the like, as needed and desired conversion product.

Bisher wird bei der hydrothermalen Karbonisierung ein Druckbehälter mit im Wesentlichen aus pflanzlichen Produkten bestehender Biomasse, Wasser und einer geringen Menge eines Katalysators, insbesondere Zitronensäure gefüllt. Anschließend wird der Druckbehälter verschlossen und unter Temperatur- und Druckerhöhung die Umwandlung beziehungsweise Umsetzung der Biomasse durchgeführt. Die dabei ablaufende Reaktion ist exotherm, das heißt es wird Energie in Form von Wärme und/oder Licht abgegeben. Die zeitliche Dauer dieses Umwandlungsprozesses hängt von dem angestrebten Zustand des Umwandlungsprodukts ab und liegt bisher beispielsweise für die Umwandlung von Biomasse in Kohle in einem Zeitbereich von etwa 12 Stunden. Dabei wird der Druckbehälter auf einer Temperatur von etwa 180 Grad Celsius bis etwa 250 Grad Celsius gehalten. Anschließend wird der Druckbehälter geöffnet und das Umwandlungsprodukt dem Druckbehälter entnommen. Bei einer Umwandlung von Biomasse in Kohle werden beispielsweise kleine auf, in bzw. unter dem Wasser schwimmende Kohlepartikel als Umwandlungsprodukt dem Druckbehälter entnommen.So far, in the hydrothermal carbonization, a pressure vessel with biomass consisting essentially of plant products, water and a small amount of a catalyst, in particular citric acid filled. Subsequently, the pressure vessel is closed and performed under temperature and pressure increase the conversion or implementation of the biomass. The resulting reaction is exothermic, which means that energy is released in the form of heat and / or light. The duration of this conversion process depends on the desired state of the conversion product and has hitherto been, for example, for the conversion of biomass into coal in a time range of about 12 hours. The pressure vessel is maintained at a temperature of about 180 degrees Celsius to about 250 degrees Celsius. Subsequently, the pressure vessel is opened and the conversion product taken from the pressure vessel. In a conversion of biomass into coal, for example, small on, floating in or under the water coal particles are removed as a conversion product to the pressure vessel.

Nachteilig bei der bisher bekannten hydrothermalen Karbonisierung ist neben der relativ grollen zeitlichen Dauer des Umwandlungsprozesses insbesondere die diskontinuierliche Prozessführung, bei der ein Druckbehälter zunächst gefüllt wird, der gefüllte Druckbehälter dann druckdicht verschlossen wird, anschließend in dem Druckbehälter die Umwandlungsreaktionen ablaufen, der Druckbehälter danach geöffnet wird und schließlich der geöffnete Druckbehälter geleert wird beziehungsweise das Umwandlungsprodukt aus dem Druckbehälter entnommen wird. Darüber hinaus sind sowohl der maschinen- und/oder anlagentechnische Aufwand als auch der Bedien- und Personalaufwand bisher erheblich. Mit der bisherigen diskontinuierlichen Prozessführung ist daher ein effektiver und günstiger industrieller Einsatz der hydrothermalen Karbonisierung zur Stoffgewinnung nicht realisierbar.A disadvantage of the previously known hydrothermal carbonization is in addition to the relatively rumors temporal duration of the conversion process in particular the discontinuous process, in which a pressure vessel is first filled, the filled pressure vessel is then pressure-tight, then run in the pressure vessel, the conversion reactions, the pressure vessel is opened thereafter and finally the opened pressure vessel is emptied or the conversion product is removed from the pressure vessel. In addition, both the mechanical and / or plant technical effort as well as the operating and personnel costs are so far significant. With the previous discontinuous process management, therefore, an effective and cheaper industrial use of the hydrothermal carbonization for substance extraction is not feasible.

Der vorliegenden Erfindung liegt in Anbetracht des Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, die hydrothermale Karbonisierung von Biomasse zu verbessern, insbesondere hinsichtlich der zeitlichen Dauer des Umwandlungsprozesses als auch hinsichtlich der Art und Weise der Prozessführung.The object of the present invention, in view of the state of the art, is to improve the hydrothermal carbonization of biomass, in particular with regard to the duration of the conversion process and with regard to the manner in which the process is conducted.

Zur technischen Lösung dieser Aufgabe wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse, wobei Biomasse mit Wasser und wenigstens einem Katalysator in mehreren in Reihe oder parallel geschalteten Druckbehältern durch Temperatur und/oder Druckerhöhung in Stoffe wie Kohle, Öl und/oder dergleichen artverwandte Stoffe umgewandelt wird, vorgeschlagen, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass das bisher bekannte und oben beschriebene Verfahren der hydrothermalen Karbonisierung in mehrere Prozessabschnitte zeitlich aufgeteilt wird. Jeder einzelne dieser Prozessabschnitte besteht dabei im Wesentlichen aus einem Druckbehälter mit wenigstens einer steuerbaren Einlassöffnung und wenigstens einer steuerbaren Auslassöffnung. Über die wenigstens eine steuerbare Einlassöffnung wird Biomasse, Wasser und/oder wenigstens ein Katalysator zugeführt, die Temperatur- und/oder Druckverhältnisse in dem Druckbehälter werden derart gesteuert, dass das dem Druckbehälter zugeführte Füllgut aus Biomasse, Wasser und Katalysator bzw. Katalysatoren in dem bzw. durch den Druckbehälter transportiert wird, wobei Biomasse, Wasser und Katalysator bzw. Katalysatoren miteinander reagieren und über die wenigstens eine steuerbare Auslassöffnung wenigstens ein Reaktionsprodukt als Füllgut entnommen wird.For technical solution of this object is achieved with the present invention, a method and apparatus for the hydrothermal carbonization of biomass, wherein biomass with water and at least one catalyst in several series or parallel pressure vessels by temperature and / or pressure increase in substances such as coal, oil and / or the like related substances is proposed proposed, which is characterized in that the previously known and described above method of hydrothermal carbonization is divided into several process sections in time. Each of these process sections essentially consists of a pressure vessel with at least one controllable inlet opening and at least one controllable outlet opening. Biomass, water and / or at least one catalyst are fed via the at least one controllable inlet opening; the temperature and / or pressure conditions in the pressure vessel are controlled in such a way that the contents of biomass, water and catalyst or catalysts supplied to the pressure vessel are in the or is transported through the pressure vessel, wherein biomass, water and catalyst or catalysts react with each other and at least one reaction product is removed as a filling material via the at least one controllable outlet opening.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird vorteilhafterweise eine quasi kontinuierliche Prozessführung realisiert. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Druckbehälter als Prozesskette werden mehrere hintereinander kaskadiert angeordnete und miteinander verbundene Druckbehälter realisiert. Insgesamt wird so vorteilhafterweise eine quasi kontinuierliche Prozessführung ermöglicht, was insbesondere vor dem Hintergrund eines effektiven und günstigen industriellen Einsatzes der hydrothermalen Stoffgewinnung vorteilhaft ist. Die erste Stufe der Prozesskette besteht dabei vorteilhafterweise aus einem Vorwärmbehälter, der nicht zwangsweise als Druckbehälter ausgeführt ist. Die Biomasse wird kontinuierlich in den Vorwärmbehälter transportiert. Vorteilhafterweise erfolgt die Erwärmung der Biomasse auf eine Vorwärmtemperatur von circa 50 bis 100 Grad Celsius in der kontinuierlichen Befüllvorrichtung. Die kontinuierliche Zuführung der Biomasse erfolgt in einen vorteilhafterweise beheizten Vorwärmbehälter. Mit Erreichen der Füllhöhe wird die kontinuierliche Zuführung kurzzeitig unterbrochen und der Vorwärmbehälter wird in den ersten Druckbehälter der Prozesskette entleert.The inventive design advantageously a quasi-continuous process management is realized. The inventive design of the pressure vessel as a process chain several consecutively cascaded arranged and interconnected pressure vessel can be realized. Overall, a quasi-continuous process management is thus advantageously made possible, which is particularly advantageous against the background of an effective and inexpensive industrial use of the hydrothermal material recovery. The first stage of the process chain advantageously consists of a preheating container, which is not necessarily designed as a pressure vessel. The biomass is continuously transported to the preheating tank. Advantageously, the heating of the biomass is carried out to a preheating temperature of about 50 to 100 degrees Celsius in the continuous filling device. The continuous supply of biomass takes place in an advantageously heated Vorwärmbehälter. When the filling level is reached, the continuous feed is briefly interrupted and the preheating container is emptied into the first pressure vessel of the process chain.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt vorteilhafterweise eine kontinuierliche Zuführung von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator. Alternativ und/oder ergänzend kann die Befüllung des Vorwärmbehälters auch in einem beziehungsweise als Chargenprozess erfolgen. Die Zuführung von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator zur Füllung des Druckbehälters kann dabei parallel erfolgen, so dass Biomasse, Wasser und/oder Katalysator einzeln zugeführt werden. Dementsprechend sind eine separate Zuführung von Biomasse, eine separate Zuführung von Wasser und/oder eine separate Zuführung von Katalysator vorgesehen. Vorteilhafterweise wird das Mischungsverhältnis der Komponenten Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator über ein entsprechendes Steuerungssystem durchgeführt.The process according to the invention advantageously permits a continuous supply of biomass, water and / or at least one catalyst. Alternatively and / or additionally, the filling of the preheating container can also take place in one or as a batch process. The supply of biomass, water and / or at least one catalyst for filling the pressure vessel can be carried out in parallel, so that biomass, water and / or catalyst are fed individually. Accordingly, a separate supply of biomass, a separate supply of water and / or a separate supply of catalyst are provided. Advantageously, the mixing ratio of the components biomass, water and / or at least one catalyst is carried out via a corresponding control system.

Vorteilhafterweise befindet sich in dem ersten Druckbehälter der Prozesskette ein Rühr- bzw. Knetwerk, das den Wärmeübergang von der vorteilhafterweise beheizten Behälterwand zum Befüllgut (Biomasse) beschleunigt.Advantageously, located in the first pressure vessel of the process chain, a stirring or kneading, which accelerates the heat transfer from the advantageously heated container wall to Befüllgut (biomass).

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Temperatur- und/oder Druckverhältnisse in dem Druckbehälter über die wenigstens eine steuerbare Einlassöffnung und/oder die wenigstens eine steuerbare Auslassöffnung gesteuert werden, vorzugsweise über wenigstens eine Regeleinrichtung.A further advantageous embodiment of the invention provides that the temperature and / or pressure conditions in the pressure vessel are controlled via the at least one controllable inlet opening and / or the at least one controllable outlet opening, preferably via at least one control device.

Vorteilhafterweise werden die Druckbehälter beheizt. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Druckbehälter zumindest teilweise in einem mit wenigstens einem Wärmeübertragungsmedium, vorzugsweise Öl, füllbaren Behältnis angeordnet oder wird von diesem umströmt und wird die Beheizung des Druckbehälters über die Temperatur des wenigstens einen Wärmeübertragungsmediums in dem Behältnis gesteuert. Durch eine entsprechende erfindungsgemäße Anordnung ist auf einfache Art und Weise sicherstellbar, dass der gesamte Prozessablauf bei einer einheitlichen beziehungsweise vereinheitlichten Temperatur erfolgt. Ferner wird so im Rahmen des Prozessablaufs an den jeweiligen Stellen in der Rohrleitung entstehende Wärmeenergie (Reaktorwärme) unmittelbar abgeführt und so Bereichen zugeführt, an denen der Umwandlungsprozess bereits stattgefunden hat beziehungsweise weiter vorangeschritten ist. Vorteilhafterweise wird so insbesondere eine Überhitzung verhindert.Advantageously, the pressure vessels are heated. In a preferred embodiment of the invention, the pressure vessel is at least partially arranged in a container which can be filled with at least one heat transfer medium, preferably oil, or is flowed around by it and the heating of the pressure vessel is controlled via the temperature of the at least one heat transfer medium in the container. By a corresponding arrangement according to the invention can be ensured in a simple manner that the entire process takes place at a uniform or unified temperature. Furthermore, as part of the process flow at the respective points in the pipeline resulting heat energy (reactor heat) is dissipated directly and thus supplied to areas where the conversion process has already taken place or has progressed further. Advantageously, in particular an overheating is prevented.

Nachdem die Biomasse in dem ersten Druckbehälter auf die erforderliche Reaktionstemperatur erhitzt wurde und gegebenenfalls eine erste Reaktion erfolgt ist, wird die Biomasse in den nächsten Druckbehälter der Prozesskette umgefüllt. Vorteilhafterweise ist hierzu der nächste Druckbehälter senkrecht unterhalb des ersten bzw. vorhergehenden Druckbehälters der Prozessabschnitte angeordnet und mittels einer Absperrvorrichtung gekoppelt. Nach einer einzustellenden Zeit, vorzugsweise 1 bis 4 Stunden, wird das Absperrorgan zwischen dem ersten und dem nachfolgenden Druckbehälter geöffnet. Der nachfolgende Druckbehälter befindet sich hierbei vorzugsweise auf dem gleichen Betriebsdruck wie der erste bzw. vorhergehende Druckbehälter. Die Biomasse wird vom ersten Behälter in den zweiten Behälter gefördert, zur Unterstützung kann eine Pumpe eingesetzt werden, vorzugsweise erfolgt dies jedoch durch die Schwerkraft.After the biomass has been heated in the first pressure vessel to the required reaction temperature and optionally a first reaction has taken place, the biomass is transferred to the next pressure vessel of the process chain. Advantageously, for this purpose, the next pressure vessel is arranged vertically below the first or previous pressure vessel of the process sections and coupled by means of a shut-off device. After a time to be set, preferably 1 to 4 hours, the obturator between the first and the subsequent pressure vessel is opened. The following pressure vessel is in this case preferably at the same operating pressure as the first or previous pressure vessel. The biomass is conveyed from the first container into the second container, a pump can be used to assist, but preferably this is done by gravity.

Zur weiteren Unterstützung des Umfüllvorganges kann das Rühr- bzw. Knetwerk des ersten Druckbehälters eingeschaltet werden. Wenn der Umfüllvorgang beendet ist wird das Absperrorgan zwischen dem ersten und dem Folgebehälter geschlossen.To further assist the Umfüllvorganges the stirring or kneading of the first pressure vessel can be turned on. When the transfer operation is completed, the obturator between the first and the next container is closed.

Der erste und gegebenenfalls weitere Folgebehälter ist bzw. sind beheizt, vorzugsweise in der Art und Weise wie der erste Druckbehälter.The first and possibly further follow-up container is or are heated, preferably in the manner of the first pressure vessel.

Eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der erste Folgebehälter über eine besonders ausgestaltete Pumpe das Wasser-Biomassegemisch dem ersten Folgebehälter entnimmt und durch einen Wärmetauscher führt. Das in dem Wärmetauscher aufgeheizte Wasser-Biomassegemisch wird dann dem ersten Folgebehälter bzw. Folgereaktor wieder zugeführt. Besonders vorteilhaft ist die Ausgestaltung der Pumpe inklusive einer Zerkleinerungsvorrichtung der mitunter noch groben Biomasse. Die Beheizung des Wärmetauschers des ersten Folgebehälters erfolgt dabei mit Thermoöl, besonders zu bevorzugen ist vorhandenes heißes Reaktionswasser vom Ende der Prozesskette. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des ersten Folgebehälters sieht eine Trennung von Sand, Steinen sowie anderen mineralischen Bestandteilen in der Biomasse vor. Hierzu wird die durch die Pumpe erzeugte Strömung im ersten Folgebehälter zweckmäßigerweise derart gelenkt, dass eine Trennung der schweren Bestandteile der Biomasse im ersten Folgebehälter erfolgt. Vorteilhafterweise erfolgt diese Trennung mittels eines integrierten Zyklons oder einer Strömungsdüse mit nachgeschaltetem Absetzbecken.A further particularly advantageous embodiment of the invention provides that the first subsequent container takes the water-biomass mixture from the first subsequent container via a specially designed pump and leads through a heat exchanger. The water-biomass mixture heated in the heat exchanger is then returned to the first subsequent tank or subsequent reactor. Particularly advantageous is the design of the pump including a crushing device of the still coarse biomass. The heating of the heat exchanger of the first follow-up container is carried out with thermal oil, particularly preferable is existing hot water of reaction from the end of the process chain. A further advantageous embodiment of the first follow-up container provides for a separation of sand, stones and other mineral components in the biomass. For this purpose, the flow generated by the pump in the first follow-up container is suitably directed so that a separation of the heavy components of the biomass takes place in the first follow-up container. Advantageously, this separation takes place by means of an integrated cyclone or a flow nozzle with a downstream sedimentation tank.

Die vorteilhafte Ausgestaltung des Zyklons oder Absetzbecken sieht eine Ausschleusung der Fremdbestandteile der Biomasse aus dem ersten Folgebehälter vor.The advantageous embodiment of the cyclone or settling tank provides a discharge of the Foreign components of the biomass from the first follow-up container.

Eine weitere Ausgestaltung des ersten Folgebehälters sieht vor, dass auch dieser Behälter mit einer Misch- bzw. Knetvorrichtung ausgerüstet ist.A further embodiment of the first follow-up container provides that this container is also equipped with a mixing or kneading device.

Nach Beendigung der Reaktion bzw. Teilreaktion im ersten Folgebehälter wird die Biomasse in den nächsten Folgebehälter weitertransportiert. Dieser Transport erfolgt in der gleichen Art und Weise wie vom ersten Druckbehälter in den ersten Folgebehälter.After completion of the reaction or partial reaction in the first follow-up container, the biomass is transported on to the next following container. This transport takes place in the same way as from the first pressure vessel in the first follow-up container.

Die Anzahl der Folgebehälter hängt von der gewünschten und eingestellten Teilung der Prozesskette bzw. -abschnitte ab. Die Ausgestaltung der weiteren Folgebehälter entspricht der des ersten Folgebehälters.The number of subsequent containers depends on the desired and set division of the process chain or sections. The design of the further follow-up container corresponds to that of the first follow-up container.

Nach Reaktion der Biomasse im letzten Folgebehälter wird die Biomasse in den Absetzbehälter umgefüllt. Die Umfüllung erfolgt in der gleichen Art und Weise wie vom ersten Druckbehälter in den ersten Folgebehälter.After reaction of the biomass in the last follow-up container, the biomass is transferred to the settling tank. The transfer takes place in the same way as from the first pressure vessel in the first follow-up container.

Nach der Umfüllung ruht das Wasser-Biomassegemisch eine einstellbare Zeit im Absetzbehälter. Der Absetzbehälter ist vorteilhafterweise mit einer Filtriervorrichtung ausgerüstet, die die Trennung der Kohle aus dem Wasser-Kohlegemisch ermöglicht. Dies gilt gleichermaßen für Vorprodukte oder artverwandte Produkte.After refilling, the water-biomass mixture rests an adjustable time in the settling tank. The settling tank is advantageously equipped with a filtration device which allows the separation of the coal from the water-coal mixture. This applies equally to primary products or related products.

Als besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Filtriereinrichtung wird die Absetzung der Kohle oder artverwandten Produkte in einen Halbzylinder vorgesehen. Von diesem Halbzylinder wird das Produkt zyklisch in einen Zylinder gepresst. Die Wandung des Zylinders besteht vorteilhafterweise aus einem Spaltsieb oder aus einem Metallgeflecht mit einer Maschenweite von circa 5 bis 50 μm. Der ausgepresste Filterkuchen des Produktes wird nach dem Pressvorgang vorteilhafterweise über den Boden des Presszylinder ausgeschleust. Vorteilhafterweise wird die Ausschleusung über den Zylinderboden über eine Schleusenvorrichtung vorgesehen.As a particularly advantageous embodiment of the filtering the deposition of coal or related products is provided in a half-cylinder. From this half-cylinder, the product is cyclically pressed into a cylinder. The wall of the cylinder is advantageously made of a slotted screen or a metal mesh with a mesh size of about 5 to 50 microns. The squeezed filter cake of the product is advantageously discharged after the pressing operation on the bottom of the press cylinder. Advantageously, the discharge is provided via the cylinder bottom via a lock device.

Das abgepresste Reaktionswasser verbleibt bis zur weiteren Verwendung im Absetzbehälter. Vorteilhafterweise kann dies über Rohrleitungen auch in einem getrennten Behälter erfolgen.The pressed-off water of reaction remains in the settling tank until further use. Advantageously, this can be done via pipelines in a separate container.

Der Absetzbehälter und gegebenenfalls der Behälter mit dem Reaktionswasser sind wie die oben genannten Reaktionsbehälter gegen Wärmeverluste isoliert.The settling tank and optionally the container with the water of reaction are isolated as the above-mentioned reaction vessel against heat loss.

Das unter Druck stehende und auf Betriebstemperatur befindliche Reaktionswasser wird über Rohrleitungen dem oder den Wärmetauschern der Folgebehälter zur Aufheizung der Biomasse zugeführt. Nachfolgend wird das Reaktionswasser der Vorwärmvorrichtung beziehungsweise dem Vorwärmbehälter zugeführt, um diesen auf Betriebstemperatur zu halten. Nach der Vorwärmeinrichtung gelangt das unter Druck stehende Reaktionswasser in die kontinuierliche Zuführung der Biomasse in den Vorwärmbehälter.The pressurized and at operating temperature reaction water is fed via pipes to the one or more heat exchangers of the subsequent container for heating the biomass. Subsequently, the reaction water of the preheater or the preheating is supplied to keep it at operating temperature. After the preheating the pressurized water of reaction enters the continuous supply of biomass in the Vorwärmbehälter.

Vorteilhafterweise erfolgt in der kontinuierlichen Biomassenzuführung eine Abkühlung des Reaktionswassers auf vorzugsweise Umgebungstemperatur. Die Ausgestaltung der kontinuierlichen Biomassezufuhr sowie der Zeitverlauf der Zuführung wird vorteilhafterweise mit der Menge und der Temperatur des aus dem Vorwärmbehälter kommenden Reaktionswassers in Bezug gesetzt und entsprechend ausgeregelt.Advantageously, the reaction water is cooled to preferably ambient temperature in the continuous biomass feed. The design of the continuous supply of biomass and the time course of the feed is advantageously set in relation to the amount and the temperature of the reaction water coming from the preheating tank and adjusted accordingly.

Nach Verlassen der kontinuierlichen Biomassezuführung wird das Reaktionswasser über ein Expansionsventil entspannt.After leaving the continuous feed of biomass, the water of reaction is released via an expansion valve.

Eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das noch unter Druck stehende auf Betriebstemperatur befindliche Reaktionswasser einzelnen Stufen der Prozesskette zugeführt wird. Vorteilhafterweise kann durch die Rückführung des Reaktionswassers der Prozess beschleunigt werden und die Qualität des Reaktionsproduktes variiert werden.A further particularly advantageous embodiment of the invention provides that the reaction water, which is still under pressure and at operating temperature, is supplied to individual stages of the process chain. Advantageously, by recycling the water of reaction, the process can be accelerated and the quality of the reaction product varied.

Eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Zuführung von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator, die Temperatur- und/oder Druckverhaltnisse in dem Druckbehälter, der Transport des Füllguts innerhalb der Druckbehälter und/oder die Entnahme des wenigstens einen Reaktionsprodukts des Füllguts aus dem Druckbehälter über eine Regelung erfolgt. Erfindungsgemäß ist so insbesondere der Bedien- und Personalaufwand im Rahmen der Prozessführung weiter reduzierbar. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vorteilhafterweise eine vollautomatische Prozessführung vor.Another particularly advantageous embodiment of the invention provides that the supply of biomass, water and / or at least one catalyst, the temperature and / or pressure conditions in the pressure vessel, the transport of the contents within the pressure vessel and / or the removal of the at least one Reaction product of the filling material from the pressure vessel via a control. According to the invention, in particular the operating and personnel expenses in the course of the process control can be further reduced. A further embodiment of the invention advantageously provides for fully automatic process control.

Vorteilhafterweise wird die Temperatur der Druckbehälter zumindest über die zeitliche Dauer des Verbleibens des Füllguts im Druckbehälter konstant gehalten.Advantageously, the temperature of the pressure vessel is kept constant at least over the time duration of the whereabouts of the contents in the pressure vessel.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Temperatur in den Druckbehältern zumindest über die zeitliche Dauer des Verbleibens des Füllguts in den Druckbehältern in einem Bereich zwischen etwa 140 Grad Celsius bis etwa 240 Grad Celsius, vorzugsweise zwischen etwa 180 Grad Celsius bis etwa 200 Grad Celsius gehalten wird.A further advantageous embodiment of the invention provides that the temperature in the pressure vessels at least over the time duration of the whereabouts of the contents in the pressure vessels in a range between about 140 degrees Celsius to about 240 degrees Celsius, preferably between about 180 degrees Celsius to about 200 Degrees Celsius is maintained.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung dargestellten und im Zusammenhang mit diesen erläuterten vorteilhaften Ausführungsbeispielen der Erfindung näher erläutert:
Das erfindungsgemäße Verfahren zur hydrothermalen Karbonisierung basiert auf einer Reaktoranordnung von Batch-Reaktoren, die einen quasi kontinuierlichen Durchfluss sicherstellen. Hierzu werden übereinander angeordnete Druckbehälter bzw. Reaktoren mit oder ohne Rührwerk so angeordnet, dass die zu karbonisierende Biomasse mit geringstmöglichem mechanischem Aufwand die Anlage durchläuft. Further details, features and advantages of the invention will be explained in more detail below with reference to the illustrated in the figures of the drawing and explained in connection with these advantageous embodiments of the invention:
The inventive method for hydrothermal carbonization is based on a reactor arrangement of batch reactors, which ensure a quasi-continuous flow. For this purpose, superimposed pressure vessels or reactors are arranged with or without stirrer so that the biomass to be carbonized through the system with the least possible mechanical effort.

In der Literatur und verschiedenen Patentanmeldungen wird der HTC-Prozess (hydrothermal Carbonisation) als Batch-Prozess oder als kontinuierlicher Prozess beschrieben. Bei den so bekannten Batch-Prozessen wird ein Reaktor mit der Biomasse befüllt und verschlossen. Im Anschluss daran wird der Inhalt erwärmt, teilweise mittels eines Rührwerkes gerührt und mindestens ein erforderlicher Katalysator zugesetzt. Nach Beendigung des Prozesses wird das karbonisierte Material entnommen, teilweise wird mittels eines Wärmerückgewinnungssystems die enthaltene Energie im karbonisierten Material einem zweiten Batch-Reaktor zugeführt. Diese Batch-Reaktoren werden dann wechselweise betrieben.In the literature and various patent applications, the HTC process (hydrothermal carbonization) is described as a batch process or as a continuous process. In the so-called batch processes, a reactor is filled with the biomass and sealed. Subsequently, the contents are heated, partially stirred by means of a stirrer and added at least one required catalyst. After completion of the process, the carbonized material is removed, in part, the energy contained in the carbonized material is fed to a second batch reactor by means of a heat recovery system. These batch reactors are then operated alternately.

Bei kontinuierlichen Reaktoren wird Reaktionsraum meist mit einer Schleusenkammer oder Pumpe befüllt. Die Biomasse wird in einem definierten Raum auf Betriebstemperatur gebracht und dem Reaktionsraum zugeführt. Die Biomasse durchläuft einen definierten Weg. Dieser Weg ist gleichzustellen mit der Reaktionszeitdauer. Nach durchlaufen des Reaktionsraumes wird die Biomasse mittels einer Ausbringvorrichtung aus dem druckbelasteten Teil des Reaktors ausgeschleust. Ein Wärmemanagementsystem sorgt für die Abkühlung bzw. die Aufheizung der Biomasse.In continuous reactors reaction space is usually filled with a lock chamber or pump. The biomass is brought to operating temperature in a defined space and fed to the reaction space. The biomass goes through a defined path. This way is equal to the reaction time. After passing through the reaction space, the biomass is discharged by means of a dispensing device from the pressure-loaded part of the reactor. A thermal management system ensures the cooling or heating of the biomass.

Beide Verfahren sind in diversen Dokumentationen hinreichend beschrieben und verfügen jeweils über anlagentypische Vor- bzw. Nachteile.Both methods are adequately described in various documentations and each have their own advantages and disadvantages.

Das HTC-Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Mischform zwischen Batch-Verfahren und kontinuierlichem Verfahren und reduziert die anlagenspezifischen Nachteile.The HTC process according to the present invention is a hybrid between batch process and continuous process and reduces the plant specific drawbacks.

Der erfindungsgemäße Reaktortyp wurde so konzipiert, dass mehrere Druckbehälter in Reihe angeordnet sind und der Prozess der Karbonisierung jeweils in den voneinander durch Armaturen getrennten Druckreaktoren fortschreiten kann.The type of reactor according to the invention has been designed so that a plurality of pressure vessels are arranged in series and the process of carbonization can proceed in each case in the separate from each other by valves pressure reactors.

Das hat den Vorteil, dass Wärmeenergie einspart wird, da immer nur der erste Reaktor bzw. Druckbehälter auf Reaktionstemperatur gebracht werden muss und danach der Prozess durch den exothermen Prozessverlauf weiterlaufen kann. Die überschüssige Wärme aus den nachfolgenden Reaktoren wird für das Erwärmen der Biomasse vor und im ersten Reaktor, für das Trocknen des Produktes nach Verlassen der Reaktoren oder einer anderweitigen Nutzung zugeführt.This has the advantage that heat energy is saved, since only the first reactor or pressure vessel must always be brought to reaction temperature and then the process can continue through the exothermic process. The excess heat from the subsequent reactors is supplied for heating the biomass before and in the first reactor, for drying the product after leaving the reactors or for other use.

Die Entleerung und Befüllung der Einzelreaktoren erfolgt in Chargen, angefangen mit der Entleerung des letzten Reaktors, dann der Entleerung des vorangegangenen Reaktors einhergehend mit der Befüllung des letzten Reaktors bis zur Befüllung des ersten Reaktors, der hierfür vorher in den zweiten Reaktor entleert sein muss. Die Trennarmaturen zwischen den Reaktoren dienen dazu, zu verhindern, dass nicht karbonisiertes Biomaterial vorzeitig in den nächsten Reaktor gelangt. Die Reaktoren befinden sich übereinander angeordnet, damit bei Öffnen der Trennarmaturen, das zu karbonisierende Material auf natürliche Weise, vorzugsweise durch Schwerkraft in den nächsten Reaktor gelangt. In den Reaktoren befindet sich teilweise ein Rührwerk, welches zur Homogenisierung dient, den Wärmeübergang beschleunigt und andererseits den Übergabeprozess in den nächsten Reaktor fördert.The emptying and filling of the individual reactors is carried out in batches, starting with the emptying of the last reactor, then the emptying of the previous reactor along with the filling of the last reactor to the filling of the first reactor, which must be previously emptied into the second reactor for this purpose. The separators between the reactors serve to prevent non-carbonated biomaterial from prematurely entering the next reactor. The reactors are arranged one above the other, so that when opening the separating valves, the material to be carbonized in a natural way, preferably passes by gravity into the next reactor. In the reactors is partially a stirrer, which is used for homogenization, accelerates the heat transfer and on the other hand promotes the transfer process in the next reactor.

Anhand der nachfolgenden Beschreibung wird die quasi kontinuierliche Prozess- bzw. Betriebsführung der erfindungsgemäßen Lösung weiter verständlich.On the basis of the following description, the quasi-continuous process or operational management of the solution according to the invention will be further understood.

Da der Prozess bei hoher Temperatur (140 bis 250°C) und hohem Druck (10 bis 35 bar) stattfindet, werden zwei unterschiedliche Befüllvarianten beschrieben:Since the process takes place at high temperature (140 to 250 ° C) and high pressure (10 to 35 bar), two different filling variants are described:

1 zeigt in einer schematischen Ansicht anhand eines Fließschemas ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur zumindest quasi kontinuierlichen hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse, bei der die Befüllung drucklos erfolgt. 2 zeigt in einer schematischen Ansicht anhand eines Fließschemas ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur zumindest quasi kontinuierlichen hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse, bei der die Befüllung druckbelastet erfolgt. 1 shows a schematic view of a flow chart an embodiment of a device according to the invention for at least quasi-continuous hydrothermal carbonization of biomass, in which the filling takes place without pressure. 2 shows a schematic view of a flow chart an embodiment of a device according to the invention for at least quasi-continuous hydrothermal carbonization of biomass, in which the filling is pressure loaded.

1. Befüllung drucklos (Fig. 1)1. filling without pressure (Fig. 1)

Zuerst muss der Reaktorinhalt in den zweiten Reaktor umgefüllt werden, bei Beibehaltung des Betriebsdruckes. Anschließend wird der zweite Reaktor mit Hilfe der Trennarmatur geschlossen und der erste Reaktor auf Raumdruck entspannt. Erst dann kann dieser Reaktor mit einfacher Technik drucklos mit neuem Biomaterial befüllt werden, dann verschlossen werden und durch Erhitzen der HTC Prozess angefahren werden. Dabei entsteht durch das Erhitzen der erforderliche Betriebsdruck. Nachteilig ist dabei die schwellende Belastung des Druckreaktors, sowohl thermisch als auch mechanisch, was die Lebensdauer des Druckbehälters negativ beeinflussen kann.First, the reactor contents must be transferred to the second reactor while maintaining the operating pressure. Subsequently, the second reactor is closed by means of the separation fitting and the first reactor is expanded to room pressure. Only then can this reactor be filled without pressure with new biomaterial using a simple technique, then closed and heated up by the HTC process. It is created by the Heating the required operating pressure. The disadvantage here is the swelling load of the pressure reactor, both thermally and mechanically, which can adversely affect the life of the pressure vessel.

2. Befüllung druckbelastet (also unter Beibehaltung des Druckes) (Fig. 2)2. filling pressure loaded (ie while maintaining the pressure) (Fig. 2)

Sobald der Reaktor entleert ist, wird er unter Druck befüllt. Hierzu dient eine Feststoff Hochdruckpumpe vorzugsweise eine Excenterschneckenpumpe mit deren Hilfe das möglichst vorgewärmte Biomaterial in den Reaktor gepumpt wird.As soon as the reactor is emptied, it is filled under pressure. For this purpose, a solid high-pressure pump is preferably an eccentric screw pump with the help of the most preheated biomaterial is pumped into the reactor.

Die jeweilige Vorrichtung bzw. Anlage wird quasi kontinuierlich betrieben. Dabei wird das umzuwandelnde Biomaterial jeweils in Chargen umgeschichtet. Die Umschichtung erfolgt zeitlich von unten nach oben, da jeder Reaktor erst entleert und dann erst neu befüllt werden kann.The respective device or system is operated virtually continuously. In this case, the biomaterial to be converted is in each case rearranged in batches. The shift takes place temporally from bottom to top, since each reactor can first be emptied and then refilled.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht im Wesentlichen aus den nachfolgend im Zusammenhang mit den bzw. anhand der einzelnen Verfahrensablaufstufen beschriebenen apparativen Einrichtungen:

a) Reaktoren (Fließschema 1, 2: F1, F2, F3), Ausrüstung jeweils: – Form: Druckbehälter, vorteilhafterweise als Kugel oder als kurzer Zylinder (z. B. Durchmesser 2 m Länge 1 m) – Rührwerk mit Antrieb und Dichtung – Doppelmantel bzw. Templates zur Wärme-Ein- und Ausbringung – Sicherheitsventil bzw. Berstscheibe – diverse Stellorgane zur Steuerung des Prozesses – zwei Flansche zur Material Ein- und Ausbringung – diverse Sensoren (Temperatur und Druck) – Stellorgane zur Befüllung bzw. Entleerung der Reaktoren
b) Vorrats-, Misch-, Vorwärm- und Zerkleinerungsapparat
c) Mechanische Fördereinrichtung
d) Wärmetauscher zur Abkühlung der Wasser Prozesswärme.

The device according to the invention essentially consists of the apparatuses described below in connection with or based on the individual process steps:

a) reactors (flow chart 1 . 2 : F1, F2, F3), equipment in each case: - Form: pressure vessel, advantageously as a ball or as a short cylinder (eg diameter 2 m length 1 m) - agitator with drive and seal - double jacket or templates for heat-in - and application - safety valve or rupture disc - various actuators to control the process - two flanges for material input and output - various sensors (temperature and pressure) - Actuators for filling or emptying the reactors
b) storage, mixing, preheating and crushing apparatus
c) Mechanical conveyor
d) heat exchanger for cooling the water process heat.

Verfahrensablauf:Procedure:

1. Anlieferung des Materials (Fließschema Fig. 1, Fig. 2: A)1. Delivery of the material (flow chart Fig. 1, Fig. 2: A)

Biomasse wird gelagert (Fließschema 1, 2: B). Von dort wird die Masse mit Hilfe wenigstens einer Transporteinrichtung in einen Zerkleinerungsapparat, vorzugsweise mit integrierter Homogensierungseinrichtung eingebracht.Biomass is stored (flow chart 1 . 2 : B). From there, the mass is introduced by means of at least one transport device into a comminution apparatus, preferably with integrated homogenizing device.

2. Homogenisierung und Zerkleinerung (Fließschema Fig. 1, Fig. 2: C)2. Homogenization and comminution (flow chart Fig. 1, Fig. 2: C)

Hier wird das Material zerkleinert, gemischt und vorzugsweise homogenisiert. Das erfolgt vorzugsweise mit einer messerbestückten Mischschnecke. Vorteilhafterweise können so verschiedene Biostoffe zusammen in den Prozess eingebracht und gemischt werden. Vorzugsweise wird an dieser Stelle wenigstens ein Katalysator zugesetzt um eine gute Durchmischung zu erreichen.Here, the material is crushed, mixed and preferably homogenized. This is preferably done with a knife-shaped mixing screw. Advantageously, various biofins can be introduced and mixed together in the process. Preferably, at least one catalyst is added at this point in order to achieve a thorough mixing.

Der Ein- bzw. Austrag (Fließschema 1, 2: D) erfolgt mit einer mechanischen Vorrichtung, vorzugsweise mit einer Pumpe oder besonders vorteilhaft mit einer Förder-Schnecke. Als besonders vorteilhaft erweist sich die Vorschaltung einer Stopf-Schnecke.The inlet and outlet (flow chart 1 . 2 : D) takes place with a mechanical device, preferably with a pump or particularly advantageously with a conveyor screw. Particularly advantageous is the upstream connection of a stuffing screw.

Ebenso vorteilhaft stellt sich die Erwärmung (Fließschema 1, 2: E) der Biomasse in der Homogenisierung und/oder der Zerkleinerungsstufe dar. Je nach zur Verfügung stehendem Temperaturniveau der Wärmeträger werden Temperaturen bis zu 95°C erreicht.Equally advantageous is the heating (flow chart 1 . 2 : E) of the biomass in the homogenization and / or the crushing stage. Depending on the available temperature level of the heat transfer medium, temperatures of up to 95 ° C are reached.

3. Förderung in ersten Reaktor (Fließschema Fig. 1, Fig. 2: F1)3. Promotion in first reactor (flow diagram Fig. 1, Fig. 2: F1)

Das Bio-Material wird aus dem Homogenisier- und Zerkleinerungsapparat (Fließschema 1, 2: C) mittels der mechanischen Fördereinrichtung (Fließschema 1, 2: D) in den ersten Reaktor (Fließschema 1, 2: F1) gefördert. Je nach Art der Befüllung, drucklos (1) oder druckbelastet (2), wird die Fördereinrichtung als Förderschnecke oder Hochdruckpumpe vorgesehen. Vorteilhafterweise wird diese Fördereinrichtung beheizt (Fließschema 1, 2: E). Beim Beginn der Förderung wird das Material dabei durch einen Wärmeträger, vorzugsweise Heißwasser, besonders vorteilhaft Heißdampf, aus einem Folgereaktor oder dem Verweil- und Absetzreaktor aufgeheizt. Die Wärmeenergie aus dem abschließenden Wärmetauscher wird mittels Wärmeträger ebenfalls zur Aufheizung verwendet.The bio-material is extracted from the homogenizing and comminution apparatus (flow chart 1 . 2 : C) by means of the mechanical conveyor (flow chart 1 . 2 : D) in the first reactor (flow chart 1 . 2 : F1). Depending on the type of filling, depressurised ( 1 ) or pressure loaded ( 2 ), the conveyor is provided as a screw conveyor or high-pressure pump. Advantageously, this conveyor is heated (flow chart 1 . 2 : E). At the beginning of the promotion, the material is heated by a heat transfer medium, preferably hot water, particularly advantageously superheated steam, from a subsequent reactor or the residence and settling reactor. The heat energy from the final heat exchanger is also used for heating by means of heat transfer.

4. Fördereinrichtung4. conveyor

Die mechanische Fördereinrichtung (Fließschema 1, 2: D, E) bis zum ersten Reaktor (Fließschema 1, 2: F1) ist vorteilhafterweise immer mit Biomasse gefüllt, und der Inhalt bzw. die Biomasse wird vorzugsweise auf Befülltemperatur gehalten.The mechanical conveyor (flow chart 1 . 2 : D, E) to the first reactor (flow chart 1 . 2 : F1) is advantageously always filled with biomass, and the content or biomass is preferably maintained at filling temperature.

Sobald der erste Reaktor (Fließschema 1, 2: F1) entleert ist, kann dieser bei der drucklosen Befüllung (1) entspannt werden. Dies erfolgt vorzugsweise über ein Stellorgan, das den Dampf langsam aus diesem Reaktor (Fließschema 1, 2: F1) durch die vorgelagerte Biomasse in den verschiedenen Anlagenstufen leitet. Sobald der Druckausgleich vollzogen ist, wird die Stell-Befüll-Einrichtung zum ersten Reaktor (Fließschema 1, 2: F1), vorzugsweise ein Kugelhahn oder besonders vorteilhafterweise ein Stoffschieber, geöffnet und der Befüllprozess in den ersten Reaktor (Fließschema 1, 2: F1) beginnt.As soon as the first reactor (flow chart 1 . 2 : F1) is emptied, this can be used for pressureless filling ( 1 ) be relaxed. This is preferably done via an actuator that the Steam slowly out of this reactor (flow chart 1 . 2 : F1) through the upstream biomass in the different plant stages. Once the pressure equalization is completed, the set-filling device to the first reactor (flow chart 1 . 2 : F1), preferably a ball valve or particularly advantageously a feed dog, and the filling process in the first reactor (flow chart 1 . 2 : F1) starts.

Bei der druckbetasteten Befülleinrichtung (2) entfällt der vorgenannte Entspannungsvorgang und die Stell-Befüll-Einrichtung zum ersten Reaktor, (Fließschema 1, 2: F1) vorzugsweise ein Kugelhahn oder besonders vorteilhafterweise ein Stoffschieber, wird unmittelbar nach Entleerung des ersten Reaktors (Fließschema 1, 2: F1) geöffnet und der Befüllprozess in den ersten Reaktor (Fließschema 1, 2: F1) beginnt.In the pressure-actuated filling device ( 2 ) eliminates the aforementioned relaxation process and the setting-filling device to the first reactor, (flow chart 1 . 2 : F1) preferably a ball valve or particularly advantageously a feed gate, is immediately after emptying of the first reactor (flow chart 1 . 2 : F1) and the filling process in the first reactor (flow chart 1 . 2 : F1) starts.

Die mechanische Fördereinrichtung (Fließschema 1, 2: D, E) nach dem Homogenisier- oder Zerkleinerungsapparat läuft an und fördert Biomasse in geschlossenen Rohrleitungen (druckbelastet (2)) oder vorteilhafterweise mittels Förder-Schnecken (drucklos (1)) in den ersten Reaktor (Fließschema 1, 2: F1). Gleichzeitig wird Wärme aus wenigstens einem der Folgereaktoren (Fließschema 1, 2: F2, F3), dem Verweil- und Absetzreaktor (Fließschema 1, 2: F3) oder der Wärmerückgewinnung über Wärmeträger, vorteilhafterweise Heißwasser besonders vorteilhaft Heißdampf, dem geförderten Material zugegeben. Damit wird das Material aufgeheizt und durch beginnende Umsetzungsprozesse förderfähiger gemacht.The mechanical conveyor (flow chart 1 . 2 : D, E) after the homogenizing or comminution apparatus starts up and conveys biomass in closed pipelines (pressure-loaded ( 2 )) or advantageously by means of conveying screws (pressure-less ( 1 )) in the first reactor (flow chart 1 . 2 : F1). At the same time, heat from at least one of the secondary reactors (flow chart 1 . 2 : F2, F3), the residence and settling reactor (flow chart 1 . 2 : F3) or the heat recovery via heat transfer, advantageously hot water particularly advantageous superheated steam, added to the conveyed material. This heats up the material and makes it more supportive through the beginning of implementation processes.

Die Fördermenge wird mit einer Füllstandermittlung am Homogenisier und Zerkleinerungsapparat (Fließschema 1, 2: C) überwacht. Die Stell-Befüll-Einrichtung wird vorteilhafterweise mit Wasser gespült und geschlossen. Der Befüllprozess ist abgeschlossen und die Fördereinrichtung (Fließschema 1, 2: D, E) wird abgeschaltet.The flow rate is determined by means of a fill level determination on the homogenizer and comminution apparatus (flow chart 1 . 2 : C) monitored. The setting-filling device is advantageously rinsed with water and closed. The filling process is completed and the conveyor (flow chart 1 . 2 : D, E) is switched off.

5. Prozessanfahrung5. Process experience

Um den Prozess optimal anfahren zu können, wird Prozesswasser aus den nachgelagerten Reaktoren (Fließschema 1, 2: F2, F3), vorzugsweise aus dem Verweil und Absetzreaktor (Fließschema 1, 2: F3) in den ersten Reaktor (Fließschema 1, 2: F1) geleitet. Vorteilhafterweise ist dieses Prozesswasser bereits mit wenigstens einem Katalysator bzw. vergleichbarem Stoff belastet, so dass die Beimischung eines Katalysators in den vorgelagerten Einrichtungen reduziert werden kann. Niveau Sensoren überwachen vorteilhafterweise den Füllungsgrad.Process water from the downstream reactors (flow chart 1 . 2 : F2, F3), preferably from the residence and settling reactor (flow chart 1 . 2 : F3) in the first reactor (flow chart 1 . 2 : F1). Advantageously, this process water is already loaded with at least one catalyst or comparable substance, so that the admixture of a catalyst in the upstream facilities can be reduced. Level sensors advantageously monitor the degree of filling.

Das Material wird daraufhin im ersten Reaktor (Fließschema 1, 2: F1) durch äußere Wärmezufuhr auf Reaktionstemperatur (140 bis 250°C) gebracht, und reagiert soweit und mittels einstellbarer Parameter über eine Steuer- und Messeinrichtung, dass es gut mit dem enthaltenen Rührwerk umgewälzt und in den nächsten Reaktor (Fließschema 1, 2: F2) befördert werden kann. Die Aufheizung wird gesteuert und geregelt und der Prozess über Temperatur und Druckverlauf überwacht. Je nach exothermer Reaktion, wird vorteilhafterweise zur Aufrechterhaltung der Temperatur ein Wärmeträger bereitgehalten, um weitere Wärme dem Prozess zur Verfügung zu stellen. Dieser Wärmeträger führt die Energie vorteilhafterweise über einen Doppelmantel des Reaktors zu bzw. ab.The material is then in the first reactor (flow chart 1 . 2 : F1) brought by external heat to reaction temperature (140 to 250 ° C), and reacts so far and by means of adjustable parameters via a control and measuring device, that it well with the included agitator circulated and in the next reactor (flow chart 1 . 2 : F2) can be carried. The heating is controlled and regulated and the process is monitored by temperature and pressure. Depending on the exothermic reaction, a heat transfer medium is advantageously kept ready for maintaining the temperature, in order to provide further heat to the process. This heat carrier leads the energy advantageously via a double jacket of the reactor or from.

Wird zu viel Wärmeenergie frei und die Betriebstemperaturen und Betriebsdrücke liegen über den Sollwerten (exotherme Reaktion) kann auf diese Art gekühlt werden, vorteilhafterweise durch die Wärmerückgewinnung über einen Wärmespeicher.If too much heat energy is released and the operating temperatures and operating pressures are above the setpoints (exothermic reaction) can be cooled in this way, advantageously by the heat recovery via a heat storage.

Stark erhöhten exothermen Reaktionen wird vorzugsweise durch Kühlung mittels Kaltwasserzufuhr oder direktem Druckablass entgegen gewirkt. Eine Steuer- und Messeinrichtung steuert und regelt in einer einstellbaren Sequenz die entsprechenden Heiz- und Kühlvorgange und schaltet das Rührwerk mittels vorgegebener Parameter und unter Berücksichtigung der Temperaturen und Drücke.Heavily increased exothermic reactions are preferably counteracted by cooling by means of cold water supply or direct depressurization. A control and measuring device controls and regulates in an adjustable sequence the corresponding heating and cooling processes and switches the agitator by means of predetermined parameters and taking into account the temperatures and pressures.

Vorteilhafterweise wird das Anbacken von karbonisiertem Material im Inneren des Reaktors (Fließschema 1, 2: F1) dadurch verhindert, dass der Reaktor (Fließschema 1, 2: F1) mit einem Rührwerk ausgestattet ist, welches die Reaktorwand entlang streicht und Feststoff an der Reaktorwand entfernt.Advantageously, the baking of carbonized material inside the reactor (flow chart 1 . 2 : F1) by preventing the reactor (flow chart 1 . 2 : F1) is equipped with a stirrer which sweeps along the reactor wall and removes solid on the reactor wall.

Nach Erreichen der einstellbaren Aufheizzeit bzw. Temperatur wird das Biomaterial in den Folge-Reaktor (Fließschema 1, 2: F2) übergeben. Da beide Reaktoren (Fließschema 1, 2: F1, F2) zu diesem Zeitpunkt vergleichbare Bedingungen (Temperatur und Druck) besitzen, kann der Stellapparat, vorzugsweise ein Kugelhahn, besonders vorzugsweise ein Stoffschieber der beide trennt, geöffnet werden. Zur Entleerung wird vorteilhafterweise das Rührwerk eingeschaltet.After reaching the adjustable heating time or temperature, the biomaterial is introduced into the subsequent reactor (flow chart 1 . 2 : F2) passed. Since both reactors (flow chart 1 . 2 : F1, F2) at this time have comparable conditions (temperature and pressure), the adjusting device, preferably a ball valve, particularly preferably a feed dog which separates both, can be opened. For emptying the agitator is advantageously switched on.

Sobald der obere, vorgelagerte Reaktor (Fließschema 1, 2: F1) entleert ist, wird der Stellapparat zu dem Folgereaktor (Fließschema 1, 2: F2) geschlossen. Vorteilhafterweise wird er zuvor mit Wasser gespült und dann geschlossen.As soon as the upper, upstream reactor (flow chart 1 . 2 : F1) is discharged, the actuator is to the subsequent reactor (flow chart 1 . 2 : F2) closed. Advantageously, it is previously rinsed with water and then closed.

Ausgleichsleitungen und Stellorgane sichern den Druckausgleich und werden über eine Steuer- und Messeinrichtung betätigt. Compensation lines and actuators ensure pressure equalization and are actuated via a control and measuring device.

6. erster Folgereaktor (Fließschema Fig. 1, Fig. 2: F2)6. first subsequent reactor (flow chart Fig. 1, Fig. 2: F2)

Der erste Folgereaktor (Fließschema 1, 2: F2) wandelt das Biomaterial innerhalb der einstellbaren Verweilzeit und Temperatur in das Produkt oder Teilprodukt um.The first secondary reactor (flow chart 1 . 2 F2) converts the biomaterial into the product or partial product within the adjustable residence time and temperature.

Je nach exothermer Reaktion wird vorteilhafterweise zur Aufrechterhaltung der Temperatur ein Wärmeträger bereitgehalten, um weitere Wärme dem Prozess zur Verfügung zu stellen. Dieser Wärmeträger führt die Energie vorteilhafterweise über einen Doppelmantel des Reaktor zu bzw. ab.Depending on the exothermic reaction, a heat transfer medium is advantageously kept ready for maintaining the temperature, in order to provide further heat to the process. This heat transfer medium advantageously leads the energy to and from via a double jacket of the reactor.

Stark erhöhten exothermen Reaktionen wird vorzugsweise durch Kühlung mittels Kaltwasserzufuhr oder direktem Druckablass entgegen gewirkt. Eine Steuer- und Messeinrichtung steuert und regelt in einer einstellbaren Sequenz die entsprechenden Heiz- und Kühlvorgangs und schaltet das Rührwerk mittels vorgegebener Parameter und unter Berücksichtigung der Temperaturen und Drücke.Heavily increased exothermic reactions are preferably counteracted by cooling by means of cold water supply or direct depressurization. A control and measuring device controls and regulates in an adjustable sequence the corresponding heating and cooling process and switches the agitator by means of predetermined parameters and taking into account the temperatures and pressures.

Nach Erreichen der einstellbaren Reaktionszeit bzw. Temperatur wird das Biomaterial in den nächsten Folgereaktor (Fließschema 1, 2: F3) oder vorzugsweise bei dreistufigen Anlagen – wie vorliegend – in den Verweil- und Absetzreaktor (Fließschema 1, 2: F3) übergeben. Da beide Reaktoren zu diesem Zeitpunkt vergleichbare Bedingungen (Temperatur und Druck) besitzen, kann der Stellapparat, vorzugsweise ein Kugelhahn, besonders vorzugsweise ein Stoffschieber der beide trennt, geöffnet werden. Zur Entleerung wird vorteilhafterweise das Rührwerk eingeschaltet.After reaching the adjustable reaction time or temperature, the biomaterial is transferred to the next subsequent reactor (flow chart 1 . 2 : F3) or preferably in three-stage systems - as in this case - in the residence and settling reactor (flow chart 1 . 2 : F3) pass. Since both reactors at this time have comparable conditions (temperature and pressure), the actuating device, preferably a ball valve, particularly preferably a feed dog which separates both, can be opened. For emptying the agitator is advantageously switched on.

Sobald der obere, vorgelagerte Reaktor (Fließschema 1, 2: F2) entleert ist, wird der Stellapparat zum Folgereaktor (Fließschema 1, 2: F3) geschlossen. Vorteilhafterweise wird er zuvor mit Wasser gespült und dann geschlossen.As soon as the upper, upstream reactor (flow chart 1 . 2 : F2) is emptied, the actuator is to follower reactor (flow chart 1 . 2 : F3) closed. Advantageously, it is previously rinsed with water and then closed.

Ausgleichsleitungen und Stellorgane sichern den Druckausgleich und werden über eine Steuer- und Messeinrichtung betätigt.Compensation lines and actuators ensure pressure equalization and are actuated via a control and measuring device.

Besonders vorteilhaft ist bei mehrstufigen Anlagen die Möglichkeit, Zwischenprodukte direkt dem Prozess entnehmen zu können. Hierzu werden entsprechende Ablass-Leitungen an den Folgereaktoren (Fließschema 1, 2: F1, F2, F3) vorgesehen, die über eine Steuer- und Messeinrichtung geführt, Zwischenprodukte über Stellorgane austragen.In the case of multistage systems, it is particularly advantageous to be able to remove intermediates directly from the process. For this purpose, appropriate discharge lines to the secondary reactors (flow chart 1 . 2 : F1, F2, F3), which are guided via a control and measuring device, discharge intermediates via actuators.

7. Verweil und Absetzreaktor (Fließschema Fig. 1, Fig. 2: F3)7. Residence and settling reactor (flow diagram Fig. 1, Fig. 2: F3)

Im Verweil und Absetzreaktor (Fließschema 1, 2: F3) als letzte Reaktionsstufe befindet sich das Produkt-Wasser-Gemisch. Darunter bzw. dahinter befindet sich der Entleer- und Abkühlwärmetauscher (Fließschema 1, 2: J).In the residence and settling reactor (flow chart 1 . 2 : F3) as the last reaction stage is the product-water mixture. Underneath or behind is the emptying and cooling heat exchanger (flow chart 1 . 2 : J).

Eine Fördereinrichtung, vorteilhafterweise mit integriertem Zerkleinerer fördert das Wasser-Produkt-Gemisch um und sorgt dafür, dass das Produkt homogenisiert wird. Vorzugsweise wird nach einer einstellbaren Zeit die Fördereinrichtung abgeschaltet damit sich das Produkt vornehmlich im unteren Bereich absetzten kann.A conveyor, advantageously with integrated shredder promotes the water-product mixture and ensures that the product is homogenized. Preferably, the conveyor is switched off after an adjustable time so that the product can settle primarily in the lower region.

Nach einstellbarer Verweilzeit wird vorteilhafterweise ein Teil des Prozesswassers und Prozessdampfes mittels Leitung und über Stellorgane, vorzugsweise Ventile, besonders vorteilhaft über Kugelhähne in einen vorgeschalteten Reaktor (Fließschema 1, 2: F1, F2) geleitet, nachdem dieser befüllt und geschlossen wurde.After adjustable residence advantageously a part of the process water and process steam by means of line and via actuators, preferably valves, particularly advantageous via ball valves in an upstream reactor (flow chart 1 . 2 : F1, F2) after it has been filled and closed.

Weiterhin wird der Vorratsbehälter vorteilhafterweise mit Heißdampf aus dem Verweil- und Absetzreaktor (Fließschema 1, 2: F3) beheizt.Furthermore, the reservoir is advantageously with superheated steam from the residence and settling reactor (Flowsheet 1 . 2 : F3) heated.

8. Entleer- und Abkühlwärmetauscher (Fließschema Fig. 1, Fig. 2: J)8. Emptying and cooling heat exchanger (flow chart Fig. 1, Fig. 2: J)

Nachdem vorteilhafterweise durchgeführten Absetzvorgang und der Medienentnahme wird die Fördereinrichtung des Verweil- und Absetzreaktors (Fließschema 1, 2: F3) eingeschaltet und die Verbindung zum Entleer- und Abkühlwärmetauscher (Fließschema 1, 2: J) geöffnet. Der Wärmetauscher füllt sich mit dem Gemisch aus Prozesswasser und Produkt. Eine Austragsschleuse, vorzugsweise eine Excenter-Schneckenpumpe oder vorteilhafterweise ein Ventil dient als Austragsschleuse. Damit wird gezielt aus dem Verweil- und Absetzbehälter (Fließschema 1, 2: F3) über den Wärmetauscher (Fließschema 1, 2: J) Wasser und Produkt in den drucklos betriebenen Lagerbehälter (Fließschema 1, 2: L) abgelassen. Der Wärmetauscher (Fließschema 1, 2: J) funktioniert vorteilhafterweise im Gegenstromprinzip und entlässt das Gemisch bei einer Temperatur unter 100°C. Die Fördereinrichtung des Verweil- und Absetzreaktors (Fließschema 1, 2: F3) unterstützt vorzugsweise die Entleerung. Während der Entleerung wird vorteilhafterweise der Reaktor (Fließschema 1, 2: F3) nachgeheizt um einen Druckabfall zu verhindern.After advantageously carried out settling and media removal, the conveyor of the residence and settling reactor (flow chart 1 . 2 : F3) is switched on and the connection to the emptying and cooling heat exchanger (flow chart 1 . 2 : J) open. The heat exchanger fills with the mixture of process water and product. A discharge lock, preferably an eccentric screw pump or advantageously a valve serves as a discharge lock. This is targeted from the residence and settling tank (flow chart 1 . 2 : F3) via the heat exchanger (flow chart 1 . 2 : J) Water and product in the unpressurised storage tank (flow chart 1 . 2 : L) drained. The heat exchanger (flow chart 1 . 2 : J) works advantageously in countercurrent principle and releases the mixture at a temperature below 100 ° C. The conveyor of the residence and settling reactor (flow chart 1 . 2 : F3) preferably supports emptying. During the emptying is advantageously the reactor (flow chart 1 . 2 : F3) reheated to prevent a pressure drop.

9. Entnahme (drucklos)9. removal (without pressure)

Nachdem vorteilhafterweise durchgeführten Absetzvorgang und der Medienentnahme wird in einer anderen Ausprägung der Erfindung die Entnahme drucklos durchgeführt. Hierzu wird die Wärmeenergie in Form von Dampf dem Verweil und Absetzreaktor (Fließschema 1, 2: F3) entnommen und vorgeschalteten Anlagenstufen zugeführt. Bei Erreichen des Umgebungsdruckes wird die Entleerungseinrichtung geöffnet und das Wasser-Produktgemisch abgelassen und der weiteren Verwendung zugeführt. Vorteilhafterweise wird bei dem Entleerungsvorgang kaltes Prozesswasser in den Verweil- und Absetzreaktor (Fließschema 1, 2: F3) gefördert um die Entleerung zu unterstützen. Besonders vorteilhaft unterstützt die enthaltene Fördereinrichtung die Entleerung.After advantageously carried out settling and media removal, the removal is carried out without pressure in another form of the invention. For this purpose, the heat energy in the form of steam the residence and settling reactor (flow chart 1 . 2 : F3) taken and supplied upstream plant stages. When the ambient pressure is reached, the emptying device is opened and the water-product mixture is discharged and supplied for further use. Advantageously, in the emptying process cold process water in the residence and settling reactor (flow chart 1 . 2 : F3) promoted to aid emptying. Particularly advantageous supports the included conveyor emptying.

Nach der Entleerung wird der Verweil- und Absetzreaktor (Fließschema 1, 2: F3) über Ausgleichsleitungen und Stellorgane mit dem Dampf von vorgeschalteten Anlagenstufen auf Betriebsdruck gefahren und vorteilhafterweise beheizt.After emptying the residence and settling reactor (flow chart 1 . 2 : F3) via balancing lines and actuators with the steam of upstream system stages driven to operating pressure and advantageously heated.

10. Stoffschieber10. feed gate

Die zwischen den Reaktoren (Fließschema 1, 2: F1, F2, F3) installierten Stellorgane sind vorzugsweise Stoffschieber. Diese werden im Normalbetrieb bei annähernd gleichem Druck, vor und nach dem Schieber, betätigt. Um das zu erreichen, sind Druckausgleichsleitungen vorgesehen, die die Dampfräume der Reaktoren (Fließschema 1, 2: F1, F2, F3) verbinden und mit Hilfe von weiteren Stellorganen diesen Druckausgleich herbeiführen. Dann kann der Stoffschieber geöffnet werden und der Inhalt des darüber liegenden Reaktors in den darunter liegenden Reaktor mittels Schwerkraft und Restdruckdifferenz umgefüllt werden. Das in den Reaktoren (Fließschema 1, 2: F1, F2, F3) jeweils eingebaute Rührwerk unterstützt diesen Austrag. Nach erfolgtem Übergang kann der Schieber wieder geschlossen werden und in dem darüber stehenden Reaktor ist nur noch Dampf bei annähernder Reaktionstemperatur enthalten.The between the reactors (flow chart 1 . 2 : F1, F2, F3) installed actuators are preferably feeders. These are operated in normal operation at approximately the same pressure, before and after the slide. To achieve this, pressure equalization lines are provided, the steam chambers of the reactors (flow chart 1 . 2 : F1, F2, F3) and bring about this pressure equalization with the help of other actuators. Then the feed dog can be opened and the contents of the overlying reactor in the underlying reactor by gravity and residual pressure difference can be transferred. That in the reactors (flow chart 1 . 2 : F1, F2, F3) each built-in agitator supports this discharge. After the transition, the slide can be closed again and in the reactor above it is only contained steam at approximate reaction temperature.

11. Produkt und Wasser Lagerung (Fließschema Fig. 1, Fig. 2: L)11. Product and water storage (flow chart Fig. 1, Fig. 2: L)

Das Wasser wird in drucklosen Behältern (Fließschema 1, 2: L) gelagert von wo es mit Tankwagen abtransportiert wird. Mit Hilfe eines Filters kann das Produkt grob von Wasser getrennt werden. Das Restwasser wird vorzugsweise durch Trocknung entzogen.The water is in pressureless containers (flow chart 1 . 2 : L) stored from where it is transported by tanker. With the help of a filter, the product can be roughly separated from water. The residual water is preferably removed by drying.

3 zeigt in einer schematischen, teilweise geschnittenen Seitenansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Verfahrensablauf. Die Biomasse wird im Vorwärmbehälter mit heißem Reaktionswasser vorgewärmt. Das abgekühlte Wasser wird danach entspannt. Über einen Stoffschieber wird der Knetbehälter gefüllt. Die Beheizung erfolgt mit Thermoöl. Nach etwa 2 Stunden ist die Biomasse zerkleinert und weich, gegebenenfalls vorreagiert. Dann erfolgt ein Umfüllen in den Verweilbehälter, der bereits unter Druck steht Im Verweilbehälter wird die Masse umgepumpt und gegebenenfalls wird altes Reaktionswasser zugefügt. Nach etwa 2 Stunden erfolgt ein Umfüllen in den Absetzbehälter, der unter Druck steht. Die Absetzzeit beträgt etwa 1,5 Stunden. Dann erfolgt mit einer Kolbenpumpe, die in einem Metallsieb läuft, ein Abpressen und ein direkt Transport in ein Ausstoßrohr. Das Reaktionswasser wird zum Vorwarmbehälter geleitet. 3 shows a schematic, partially sectioned side view of a further embodiment of a method sequence according to the invention. The biomass is preheated in Vorwärmbehälter with hot water of reaction. The cooled water is then released. The kneading container is filled via a feed dog. The heating is done with thermal oil. After about 2 hours, the biomass is crushed and soft, possibly prereacted. Then a transfer into the retention tank, which is already under pressure in the retention tank, the mass is pumped and possibly old reaction water is added. After about 2 hours, a transfer into the settling tank, which is under pressure. The settling time is about 1.5 hours. Then, with a piston pump, which runs in a metal mesh, a pressing and a direct transport into an ejection tube. The water of reaction is directed to the preheating tank.

4 zeigt in einer schematisch perspektivischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage. 4 shows a schematic perspective view of another embodiment of a system according to the invention.

5 zeigt den Energiefluss einer erfindungsgemäßen Anlage, beispielhaft mit Pferdemist als Biomasse-Input. 5 shows the energy flow of a plant according to the invention, for example with horse manure as biomass input.

6 zeigt die Massebilanz einer erfindungsgemäßen Anlage, beispielhaft mit Pferdemist als Biomasse-Input. 6 shows the mass balance of a plant according to the invention, for example with horse manure as biomass input.

Die angeführten, in den Figuren der Zeichnung dargestellten und im Zusammenhang mit diesen erläuterten Ausführungsbeispiele der Erfindung dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend.The cited, illustrated in the figures of the drawing and explained in connection with these embodiments of the invention are merely illustrative of the invention and are not limiting for this.

Die erfindungsgemäße Lösung weist folgende Konzepte auf:

1. Verfahren/Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse, wobei Biomasse mit Wasser und wenigstens einem Katalysator in einem Druckbehälter durch Temperatur- und/oder Druckerhöhung in Stoffe wie Kohle, Öl und/oder dergleichen artverwandte Stoffe umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass einem im wesentlichen als Prozesskette mit wenigstens einer steuerbaren Einlassöffnung und wenigstens einer steuerbaren Auslassöffnung ausgebildeten Druckbehältern über die wenigstens eine steuerbare Einlassöffnung Biomasse, Wasser und/oder wenigstens ein Katalysator zugeführt wird, die Temperatur- und/oder Druckverhältnisse in mehreren Druckbehältern derart gesteuert werden, dass den Druckbehältern Füllgut aus Biomasse, Wasser und Katalysator mehreren Prozessabschnitten zugeführt wird, wobei Biomasse, Wasser und Katalysator miteinander reagieren, und über die wenigstens eine steuerbare Auslassöffnung ein Reaktionsprodukt des Füllguts entnommen wird.
2. Verfahren/Vorrichtung nach Konzept 1, gekennzeichnet durch eine kontinuierliche Zuführung von Biomasse, Wasser und wenigstens einem Katalysator.
3. Verfahren/Vorrichtung nach Konzept 1 oder Konzept 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur und/oder Druckverhältnisse in den Druckbehältern derart gesteuert werden, dass den Druckbehältern zugeführtes Füllgut aus Biomasse, Wasser und Katalysator definiert in der Prozesskette transportiert wird.
4. Verfahren/Vorrichtung nach einem der Konzepte 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator über wenigstens eine vor der wenigstens einen steuerbaren Einlassöffnung des ersten Druckbehälters der Prozesskette angeordnete Einlassöffnung erfolgt, wobei die steuerbare Einlassöffnung mit wenigstens einem Vorratsspeicher an Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator verbindbar ist.
5. Verfahren/Vorrichtung nach Konzept 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Transport von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator aus dem Vorratsbehälter kontinuierlich oder chargenweise in einen Vorwärmbehälter erfolgt.
6. Verfahren/Vorrichtung nach Konzept 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Transport von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator aus dem Vorwärmbehälter in den ersten Druckbehälter durch Schwerkraft erfolgt.
7. Verfahren/Vorrichtung nach einem der Konzepte 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator über eine vor der wenigstens einen steuerbaren Einlassöffnung des ersten Druckbehälters Stopfschnecke erfolgt.
8. Verfahren/Vorrichtung nach einem der Konzepte 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübergang von sich in dem Druckbehälter befindlichen Füllgut unterstützt wird durch eine vorzugsweise in dem Druckbehälter angeordnete steuerbare Knet- bzw. Mischeinrichtung in Form eines steuerbaren Kneters.
9. Verfahren/Vorrichtung nach Konzept 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlaufgeschwindigkeit der Knet- bzw. Mischeinrichtung steuerbar ist, vorzugsweise über eine Regeleinrichtung.
10. Verfahren/Vorrichtung nach Konzept 8 oder Konzept 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Knet- bzw. Mischeinrichtung sich im Wesentlichen über die gesamte Innenoberfläche des Druckbehälters erstreckt und im Wesentlichen bündig an der Innenfläche des Druckbehälters angepasst ist.
11. Verfahren/Vorrichtung nach einem der Konzepte 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur und/oder Druckverhältnisse in dem Druckbehälter über die wenigstens eine steuerbare Einlassöffnung und/oder die wenigstens eine steuerbare Auslassöffnung gesteuert werden, vorzugsweise über wenigstens eine Regeleinrichtung.
12. Verfahren/Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Konzepte, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter beheizt wird.
13. Verfahren/Vorrichtung nach Konzept 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter zumindest teilweise in einem mit wenigstens einem Wärmeübertragungsmedium, vorzugsweise Öl, füllbaren Behältnis angeordnet ist und die Beheizung des Druckbehälters über die Temperatur des wenigstens einen Wärmeübertragungsmediums in dem Behältnis gesteuert wird.
14. Verfahren/Vorrichtung nach einem der Konzepte 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Biomasse aus einem ersten Druckbehälter über wenigstes ein steuerbares Absperrorgan in einen Folgebehälter transportiert wird, vorzugsweise durch Schwerkraft.
15. Verfahren/Vorrichtung nach einem der Konzepte 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Transport vom ersten Druckbehälter in den Folgebehälter durch eine mechanische Einrichtung beschleunigt wird.
16. Verfahren/Vorrichtung nach einem der Konzepte 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Biomasse in einem Druckbehälter über eine externe Pumpe und einen externen Wärmetauscher aus dem Druckbehälter entnommen, gefördert, erwärmt bzw. gekühlt wird und in den Druckbehälter zurückgeführt wird.
17. Verfahren/Vorrichtung nach einem der Konzepte 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderpumpe über eine Zerkleinerungsvorrichtung für die Biomasse verfügt.
18. Verfahren/Vorrichtung nach einem der Konzepte 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das aus der Pumpe und aus dem Wärmetauscher rückfließende Biomasse-Wassergemisch strömungstechnisch so geleitet wird, dass sich Fremdmaterialien wie Sand, Steine und dergleichen an wenigstens einem definierten Ort ablagern.
19. Verfahren/Vorrichtung nach einem der Konzepte 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Druckbehälter derart in Reihe oder parallel angeordnet werden, dass die Prozesskette auf diese mehreren Druckbehälter aufgeteilt werden.
20. Verfahren/Vorrichtung nach einem der Konzepte 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Umfüllvorgang von einem Druckbehälter in einen Folgebehälter die Druckverhältnisse der beiden Behälter aneinander angepasst werden.
21. Verfahren/Vorrichtung nach einem der Konzepte 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Biomasse aus dem letzten Folgebehälter der Prozesskette in einen Absetzbehälter transportiert wird, vorzugsweise durch Schwerkraft.
22. Verfahren/Vorrichtung nach einem der Konzepte 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Wasser-Biomassegemisch in den Absetzbehälter über eine einstellbare Zeit in Ruhe gehalten wird, damit sich die Biomasse absetzen kann.
23. Verfahren/Vorrichtung nach einem der Konzepte 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die abgesetzte Biomasse über eine Kolbenpressvorrichtung in ein Sieb transportiert wird, dort zu einem Filterkuchen vorgepresst wird.
24. Verfahren/Vorrichtung nach einem der Konzepte 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorgepresster Filterkuchen über eine Ausschleusvorrichtung aus dem Absetzbehälter transportiert wird.
25. Verfahren/Vorrichtung nach einem der Konzepte 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das ausgepresste Reaktionswasser im Absetzbehälter zur weiteren Verwendung verbleibt.
26. Verfahren/Vorrichtung nach einem der Konzepte 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionswasser dem Absetzbehälter entnommen wird und in einem Lagerbehälter zwischengespeichert wird.
27. Verfahren/Vorrichtung nach einem der Konzepte 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionswasser zur Entnahme der enthaltenen Wärmeenergie zur Aufheizung der Druckbehälter über einen Wärmetauscher genutzt wird.
28. Verfahren/Vorrichtung nach einem der Konzepte 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionswasser zur Aufheizung der Biomasse im Vorwärmbehälter genutzt wird.
29. Verfahren/Vorrichtung nach einem der Konzepte 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionswasser zur kontinuierlichen oder chargenweise Aufheizung der Biomasse auf dem Transport vom Vorratsbehälter zum Vorwärmbehälter genutzt wird.
30. Verfahren/Vorrichtung nach einem der Konzepte 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass das zu Reaktionsprodukt vor und/oder nach der Entnahme gepresst wird.
31. Verfahren/Vorrichtung nach einem der Konzepte 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator, die Temperatur- und/oder Druckverhältnisse in dem Druckbehälter, der Transport des Füllguts innerhalb der Druckbehälter und/oder die Entnahme des wenigstens einen Reaktionsprodukts des Füllguts aus den Druckbehältern/Absetzbehältern über eine Regelung erfolgt.
32. Verfahren/Vorrichtung nach einem der Konzepte 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur im Druckbehälter zumindest über die zeitliche Dauer des Verweilens des Füllguts in einem Druckbehälter in einem Bereich zwischen etwa 140 Grad Celsius bis etwa 240 Grad Celsius, vorzugsweise zwischen etwa 180 Grad Celsius bis etwa 200 Grad Celsius gehalten wird.

The solution according to the invention has the following concepts:

1. A method / apparatus for the hydrothermal carbonization of biomass, wherein biomass is converted with water and at least one catalyst in a pressure vessel by increasing the temperature and / or pressure in substances such as coal, oil and / or the like related materials, characterized in that a essentially as a process chain with at least one controllable inlet opening and at least one controllable outlet opening pressure vessels via the at least one controllable inlet opening biomass, water and / or at least one catalyst is supplied, the temperature and / or pressure conditions are controlled in several pressure vessels such that the pressure vessels Contents from biomass, water and catalyst is supplied to several process sections, wherein biomass, water and catalyst react with each other, and on the at least one controllable Outlet a reaction product of the contents is removed.
2. Method / device according to concept 1, characterized by a continuous supply of biomass, water and at least one catalyst.
3. Method / device according to concept 1 or concept 2, characterized in that the temperature and / or pressure conditions in the pressure vessels are controlled such that the pressure vessels supplied contents of biomass, water and catalyst is transported defined in the process chain.
4. Method / device according to one of the concepts 1 to 3, characterized in that the supply of biomass, water and / or at least one catalyst via at least one upstream of the at least one controllable inlet opening of the first pressure vessel of the process chain inlet opening is arranged, wherein the controllable Inlet opening with at least one storage reservoir of biomass, water and / or at least one catalyst is connectable.
5. Method / device according to concept 4, characterized in that the transport of biomass, water and / or at least one catalyst from the storage tank takes place continuously or batchwise in a preheating container.
6. Method / device according to concept 6, characterized in that the transport of biomass, water and / or at least one catalyst from the preheating in the first pressure vessel is effected by gravity.
7. Method / device according to one of the concepts 1 to 6, characterized in that the supply of biomass, water and / or at least one catalyst via a front of the at least one controllable inlet opening of the first pressure vessel plug screw takes place.
8. Method / device according to one of the concepts 1 to 7, characterized in that the heat transfer is supported by filling material located in the pressure vessel by a preferably arranged in the pressure vessel controllable kneading or mixing device in the form of a controllable kneader.
9. Method / device according to concept 8, characterized in that the rotational speed of the kneading or mixing device is controllable, preferably via a control device.
10. A method / device according to concept 8 or concept 9, characterized in that the kneading or mixing device extends substantially over the entire inner surface of the pressure vessel and is substantially flush with the inner surface of the pressure vessel adapted.
11. Method / device according to one of the concepts 1 to 10, characterized in that the temperature and / or pressure conditions in the pressure vessel via the at least one controllable inlet opening and / or the at least one controllable outlet opening are controlled, preferably via at least one control device.
12. Method / device according to one of the preceding concepts, characterized in that the pressure vessel is heated.
13. The method / apparatus according to concept 12, characterized in that the pressure vessel is at least partially disposed in a container with at least one heat transfer medium, preferably oil, fillable container and the heating of the pressure vessel is controlled by the temperature of the at least one heat transfer medium in the container.
14. Method / device according to one of the concepts 1 to 13, characterized in that the biomass is transported from a first pressure vessel via at least one controllable obturator in a subsequent container, preferably by gravity.
15. Method / device according to one of the concepts 1 to 14, characterized in that the transport from the first pressure vessel into the subsequent container is accelerated by a mechanical device.
16. Method / device according to one of the concepts 1 to 15, characterized in that the biomass is taken in a pressure vessel via an external pump and an external heat exchanger from the pressure vessel, conveyed, heated or cooled and is returned to the pressure vessel.
17. Method / device according to one of the concepts 1 to 16, characterized in that the feed pump has a comminuting device for the biomass.
18. The method / device according to one of the concepts 1 to 17, characterized in that the flowing back from the pump and from the heat exchanger biomass water mixture is fluidically directed so that deposit foreign materials such as sand, stones and the like at least one defined location.
19. Method / device according to one of the concepts 1 to 18, characterized in that a plurality of pressure vessels are arranged in series or in parallel in such a way that the process chain is divided between these multiple pressure vessels.
20. Method / device according to one of the concepts 1 to 19, characterized in that the pressure ratios of the two containers are adapted to each other during a transferring process from a pressure vessel into a subsequent container.
21. Method / device according to one of the concepts 1 to 20, characterized in that the biomass is transported from the last follow-up container of the process chain in a settling tank, preferably by gravity.
22. Method / device according to one of the concepts 1 to 21, characterized in that the water-biomass mixture is kept in the settling tank for an adjustable time at rest, so that the biomass can settle.
23. Method / device according to one of the concepts 1 to 22, characterized in that the settled biomass is transported via a piston pressing device in a sieve, there is pre-pressed to a filter cake.
24. Method / device according to one of the concepts 1 to 23, characterized in that a pre-pressed filter cake is transported via a discharge device from the settling tank.
25. Method / device according to one of the concepts 1 to 24, characterized in that the expressed reaction water remains in the settling tank for further use.
26. Method / device according to one of the concepts 1 to 25, characterized in that the water of reaction is taken from the settling tank and stored intermediately in a storage container.
27. Method / device according to one of the concepts 1 to 26, characterized in that the reaction water is used to remove the heat energy contained for heating the pressure vessel via a heat exchanger.
28. Method / device according to one of the concepts 1 to 27, characterized in that the reaction water is used to heat the biomass in Vorwärmbehälter.
29. Method / device according to one of the concepts 1 to 28, characterized in that the water of reaction for continuous or batchwise heating of the biomass is used on the transport from the reservoir to Vorwärmbehälter.
30. Method / device according to one of the concepts 1 to 29, characterized in that the reaction product before and / or after removal is pressed.
31. Method / device according to one of the concepts 1 to 30, characterized in that the supply of biomass, water and / or at least one catalyst, the temperature and / or pressure conditions in the pressure vessel, the transport of the contents within the pressure vessel and / or the removal of the at least one reaction product of the filling material from the pressure vessels / settling tanks takes place via a regulation.
32. The method / device according to one of the concepts 1 to 31, characterized in that the temperature in the pressure vessel at least over the period of residence of the contents in a pressure vessel in a range between about 140 degrees Celsius to about 240 degrees Celsius, preferably between about 180 degrees Celsius to about 200 degrees Celsius.

Bezugszeichenliste:LIST OF REFERENCE NUMBERS

AA

Anlieferung, das Biomaterial wird zwischengelagertDelivery, the biomaterial is stored temporarily

BB

Lagerung der Biomasse, mit einer Transporteinrichtung wird der Homogenisier-Zerkleinerungsapparat befülltStorage of the biomass, with a transport device, the homogenizing crusher is filled

CC

Vorbehandlung/Zerkleinerung und HomogenisierungPretreatment / comminution and homogenization

DD

Förderung in den ersten Reaktor mittels einer mechanischen FörderungPromotion in the first reactor by means of a mechanical promotion

Ee

Aufwärmung und Warmhaltung auf dem Weg in den 1. Reaktor. Die Biomasse wird durch das Einbringen von Wärme aus einem Folgereaktor aufgeheizt und in der Zuführleitung auf Temperatur gehalten.Warming and keeping warm on the way to the 1st reactor. The biomass is heated by the introduction of heat from a subsequent reactor and kept in the supply line to temperature.

F1F1

Reaktor 1 mit Rührwerk und Doppelmantel (Wärmeeintrag)Reactor 1 with stirrer and double jacket (heat input)

F2F2

Reaktor 2 mit Rührwerk und Doppelmantel (Wärmeeintrag)Reactor 2 with stirrer and double jacket (heat input)

F3F3

Reaktor 3/Produkt-Absetz-BehälterReactor 3 / product settling tank

GG

Der Austrag aus dem 3. Reaktor.The discharge from the 3rd reactor.

HH

Wärmespeicher für Aufheizwärme zur Prozesstemperaturerhöhung Erhitzer zur Bereitstellung der Wärme zum Erreichen der Reaktionstemperatur.Heat storage for heating heat to increase the process temperature. Heater to provide the heat to reach the reaction temperature.

JJ

Wärmetauscher zur Abkühlung des auszutragenden Wasser-Produkt-Gemisches.Heat exchanger for cooling the water-product mixture to be discharged.

KK

Abgasableitung/SchornsteinChimney flue / chimney

LL

Lagerbehälter für Prozesswasser und ProduktStorage tanks for process water and product

MM

Ablass von Wasser und Produkt zu Wegtransport oder Filter zur Trennung von Wasser und ProduktDischarge of water and product to transport away or filter for separation of water and product

NN

Frischwasser Zufuhr für das Anfahren der Anlage oder zur Zusatzkühlung bei erhöhter Reaktion. Fresh water supply for starting up the system or for additional cooling with increased reaction.

OO

Wärmetauscher zur zusätzlichen Kühlung. Abgeführte Wärme kann für Verdampfen und Aufkonzentration des „HTC-Wassers” genutzt werden.Heat exchanger for additional cooling. Dissipated heat can be used for evaporation and concentration of "HTC water".

PP

Regelkonzept, Hilfsenergie (nicht dargestellt)Control concept, auxiliary power (not shown)

QQ

Sicherheitstechnik, z. B. Brandschutz (nicht dargestellt)Safety technology, z. B. Fire protection (not shown)

RR

Bautechnik, Gebäude, Straßen, Fundamente (nicht dargestellt)Construction engineering, buildings, roads, foundations (not shown)

Claims

Verfahren zur hydrothermalen Karbonisierung, bestehend aus mehreren in Reihe geschalteten Batch-Druck-Reaktoren zu Erreichung eines quasi kontinuierlichen Durchflusses von Biomasse. Die Anordnung der einzelnen Batch-Druck-Reaktoren, erfolgt so, dass der Biomasse/Produkttransport von einem Reaktor in den Folgereaktor ausschließlich durch Schwerkraft und Berücksichtigung der Reaktorinnendrücke erfolgt. Die Anlage besteht dabei aus mindestens zwei Reaktoren (1. Reaktor, Folgereaktor), die durch Stelleinrichtungen auf der Befüll- bzw. Entleerseite getrennt sind bzw. darüber verbunden werden.A process for hydrothermal carbonization, consisting of several series-connected batch-pressure reactors to achieve a quasi-continuous flow of biomass. The arrangement of the individual batch-pressure reactors, takes place in such a way that the biomass / product transport from one reactor into the subsequent reactor takes place exclusively by gravity and taking into account the internal reactor pressures. The plant consists of at least two reactors (1st reactor, follower reactor), which are separated by adjusting devices on the filling or emptying side or connected to it.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Reaktor der Anlage über ein Rührwerk verfügt.A method according to claim 1, characterized in that at least one reactor of the plant has an agitator.

Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Reaktoren als Kugel ausgestaltet sind und damit ein gleichmäßiger Abtrag von Biomasse-Produkt von der Reaktorinnenwand durch ein Rührwerk erfolgen kann.A method according to claim 1 or claim 2, characterized in that reactors are designed as a sphere and thus a uniform removal of biomass product from the reactor inner wall can be effected by a stirrer.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Reaktoren mittels einer Doppelhülle, vorzugsweise mit Halbwendeln, besonders vorteilshaft mit Templates, von außen beheizt werden, und die erforderliche Wärmeenergie über Wärmeträger nachgeschalteter Reaktoren und über ein Wärmemanagementsystem entnommen bzw. zugeführt werden.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the individual reactors by means of a double hull, preferably with half helices, particularly advantageous with templates, are heated from the outside, and the required heat energy removed or supplied via heat transfer downstream reactors and a thermal management system become.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass den Reaktoren Prozesswasser, auch in Form von Prozessdampf entnommen wird und vor- bzw. nachgeschalteten Reaktoren über ein Füllstand- und Wärmemanagementsystem zugeführt wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the reactors process water, is taken also in the form of process steam and upstream or downstream reactors via a level and heat management system is supplied.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Transport der Biomasse/des Produktes von einem Reaktor in den Folgereaktor über ein Stellorgan erfolgt und vor Beginn des Transportes beide Reaktoren auf ein vergleichbares Druckniveau gefahren werden. Der Differenzdruck zwischen den Reaktoren beträgt bei Befüllbeginn maximal 16 bar.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the transport of the biomass / the product of a reactor in the subsequent reactor via an actuator and before the start of transport both reactors are driven to a comparable pressure level. The differential pressure between the reactors is a maximum of 16 bar at the start of filling.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Transport der Biomasse/des Produktes von einem Reaktor in den Folgereaktor im Wesentlichen durch die Schwerkraft und den Differenzrestdruck erfolgt.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the transport of the biomass / the product of a reactor in the subsequent reactor is carried out essentially by gravity and the differential residual pressure.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Biomasse im letzten Reaktor der Reaktorkette die Möglichkeit erhält, sich über die Schwerkraft abzusetzen. Durch diesen Absetzvorgang ist besonders vorteilshafterweise eine weitere Entnahme von Prozess-Wasser möglich um den Trockensubstanzanteil zu erhöhen und Katalysatorenmengen durch Rückspeisung zu reduzieren.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the biomass in the last reactor of the reactor chain is given the opportunity to settle on gravity. By this settling process a further removal of process water is particularly advantageously possible to increase the dry matter content and to reduce catalyst quantities by feeding back.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Biomasse-/Produktwassergemisch nach dem letzten Reaktor der Reaktorkette Druck und Temperaturbelastet einem Wärmetauscher zugeführt wird und die enthaltene Wärmeenergie, vorzugsweise im Gegenstromwärmetauscherprinzip, einem Reaktor der Reaktorkette über ein Wärmemanagementsystem zugeführt wird und das Gemisch mit einer Temperatur von unter 100°C über eine Ausbringvorrichtung entspannt wird.Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the biomass / product water mixture after the last reactor of the reactor chain pressure and temperature loaded is fed to a heat exchanger and the heat energy contained, preferably in Gegenstromwärmetauscherprinzip, fed to a reactor of the reactor chain via a thermal management system and the mixture is depressurized at a temperature below 100 ° C via a dispenser.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Biomasse-/Produktwassergemisch dem letzten Reaktor der Reaktorkette drucklos entnommen wird, nachdem zuvor die Wärmeenergie in Form von Dampf den vorgeschalteten Anlagenstufen zugeführt wurde.Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that the biomass / product water mixture is taken without pressure from the last reactor of the reactor chain, after previously the heat energy in the form of steam was supplied to the upstream plant stages.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rührwerke in den Reaktoren derart ausgestattet sind, dass eine Homogenisierung, gleichmäßige Wärmeeinbringung über den Außenmantel des Reaktors und „Anbackungen” an der Außenwand verhindert wird.Method according to one of claims 1 to 10, characterized in that the agitators are equipped in the reactors such that a homogenization, uniform heat input through the outer jacket of the reactor and "caking" on the outer wall is prevented.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regel- und Steuereinrichtung die benötigten Druckausgleiche zwischen den Reaktoren und vor- bzw. nachgeschalteten Einheiten sicherstellt, die Wärmeentnahme bzw. den Wärmeeintrag in die einzelnen Apparate überwacht und mit den anderen Apparaten koordiniert, Durchlauf und Verweilzeiten in den einzelnen Prozessschritten sicherstellt.Method according to one of claims 1 to 11, characterized in that a control and control device ensures the required pressure equalization between the reactors and upstream or downstream units, monitors the heat extraction or the heat input into the individual apparatuses and coordinated with the other apparatuses , Ensures flow and retention times in the individual process steps.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Biomasse vor der Befüllung in den ersten Reaktor über eine mechanische Transporteinrichtung mittels Wärme, bereitgestellt aus einem Wärmemanagementsystem drucklos vorgeheizt wird.Method according to one of claims 1 to 12, characterized in that the biomass is pre-heated without pressure before filling in the first reactor via a mechanical transport means by means of heat, provided from a thermal management system.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Biomasse vor der Befüllung in den ersten Reaktor zerkleinert wird.Method according to one of claims 1 to 13, characterized in that the biomass is comminuted prior to filling in the first reactor.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Biomasse drucklos oder druckbelastet in den ersten Reaktor eingefüllt werden kann.Method according to one of claims 1 to 14, characterized in that the biomass can be filled without pressure or pressure loaded in the first reactor.