DE102014013762A1

DE102014013762A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von ätherischen Ölen aus natürlichen biogenen Rohstoffen

Info

Publication number: DE102014013762A1
Application number: DE102014013762.7A
Authority: DE
Inventors: Norbert Topf; Maja Schumann; Ulrike Topf
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-09-05
Filing date: 2014-09-05
Publication date: 2016-03-10
Also published as: WO2016034285A1; EP3188814A1

Abstract

Die Erfindung befasst sich mit einem Verfahren zur Gewinnung von ätherischen Ölen aus natürlichen biogenen Rohstoffen, bei dem mittels einer Wasserdampfdestillation kontinuierlich ein Aufschluss der biogenen Rohstoffe und eine Trennung von Feststoffphase und Fluidphase erfolgen. Die Fluidphase wird mittels Abdampfkondensation und azeotroper Phasentrennung so behandelt, dass man absolut keimfreies, 100% naturreines ätherisches Öl gewinnt und dabei Wasserdestillat anfällt. Die Feststoffphase wird zu absolut keimfreien Feststoff-Formkörpern verarbeitet. Ferner gibt die Erfindung eine Vorrichtung zur Gewinnung von ätherischem Öl aus natürlichen biogenen Rohstoffen an, welche einen Biomassenaufbereitungsmodul, einen Wasserdampfdestillations- und Trocknungsmodul, einen Abdampfkondensationsmodul zur Gewinnung von absolut keimfreiem, 100% naturreinem ätherischen Öl und Wasserdestillat und einen Verarbeitungsmodul umfasst, welches aus der Feststoffphase absolut keimfreie, nahezu staubfreien Feststoff-Formkörper ausbildet

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung von ätherischen Ölen aus natürlichen biogenen Rohstoffen.
Bei bisher bekannten Anlagen werden Bäume aus einem Nadelholzanbau gehäckselt und in einer diskontinuierlichen Technologie, d. h. chargenweise bearbeitet. Als Destillat wird ein ätherisches Öl gewonnen. Eine Vorrichtung hierfür gestattet eine chargenweise Destillation der geernteten Biomasse, wobei nur das jeweils gewonnene ätherische Öl für weitere Anwendungen genutzt wird. Alle weiteren anfallenden Produkte außer dem Destillat werden ohne jegliche weitere Verwendung einer Entsorgung zugeführt. Diskontinuierlich arbeitende Anlagen oder chargenweise betriebene Anlagen haben nicht nur Nachteile hinsichtlich des Energieverbrauchs und ungünstige Werte beim Wärme- und Stoffübergang der jeweiligen Wasserdampfdestillation, sondern es ist auch ein größerer apparatetechnischer Aufwand, im vergleichbaren Leistungsbereich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, mit einer solchen diskontinuierlich arbeitenden Vorrichtung verbunden.
Die Erfindung zielt darauf ab, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung von ätherischen Ölen aus natürlichen biogenen Rohstoffen bereit zu stellen, welche energiesparend die Gewinnung von ätherischen Ölen aus natürlichen biogenen Rohstoffen vorrichtungstechnisch auf möglichst einfache Weise gestattet und auch eine Weiterverarbeitung und Wiederverwendung der anderen hierbei anfallenden festen, flüssigen und gasförmigen Nebenprodukte gestattet.
Nach der Erfindung wird hierzu ein Verfahren zur Gewinnung von ätherischen Ölen aus natürlichen biogenen Rohstoffen bereitgestellt, welches sich dadurch auszeichnet, dass angelieferte Rohbiomasse nach einer Aufbereitung zu biogenen Rohstoffen diese mittels Wasserdampfdestillation aufgeschlossen und getrocknet werden und hierbei eine Trennung von Feststoffphase und Fluidphase erfolgt, wobei die Fluidphase nach Verlassen der Wasserdampfdestillation mittels Abdampfkondensation und azeotroper Phasentrennung zur Gewinnung von 100% naturreinem und absolut keimfreiem ätherischem Öl und Wasserdestillat behandelt wird, und die Feststoffphase zu absolut keimfreien Feststoff-Formkörpern, wie Pellets, Granulat oder dgl. verarbeitet wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet kontinuierlich und mittels einer Wasserdampfdestillation werden die aufbereiteten biogenen Rohstoffe aufgeschlossen und es erfolgt eine Trennung von Feststoffphase und Fluidphase. Die Fluidphase wird nach Verlassen der Wasserdampfdestillation mittels Abdampfkondensation und azeotroper Phasentrennung dazu genutzt, absolut keimfreies ätherisches Öl und Wasserdestillat zu gewinnen. Die Feststoffphase wird zu absolut keimfreien Feststoff-Formkörpern, wie Pellets, Granulat oder dgl. verarbeitet.
Somit werden beide bei der Wasserdampfdestillation entstehenden Phasen zur Erzeugung eines jeweils wiederverwendbaren und weiterverwertbaren Produkts genutzt, ohne dass die neben dem ätherischen Öl anfallenden Produkte gesondert zu entsorgen sind. Ferner gestattet die Wasserdampfdestillation eine energieeffiziente Aufschließung der biogenen Rohstoffe mit einem äußerst günstigen Wärme- und Stoffübergang bei der Destillationstrocknung und einen wesentlichen geringeren Energieaufwand.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 5 wiedergegeben.
Ferner wird nach der Erfindung eine Vorrichtung zur Gewinnung von ätherischen Ölen aus natürlichen biogenen Rohstoffen bereitgestellt, welche sich durch folgende Module, einem Biomassenaufbereitungsmodul für die angelieferte Rohbiomasse zu biogenen Rohstoffen, durch einen mit den biogenen Rohstoffen beschickten Wasserdampfdestillations- und Trocknungsmodul, einen Abdampf-Kondensationsmodul für die von dem Wasserdampfdestillations- und Trocknungsmodul abgezogene Fluidphase und zur Gewinnung 100% naturreinen, von absolut keimfreien ätherischen Ölen sowie anfallendem Wasserdestillat und einem Verarbeitungsmodul zu Feststoff-Formkörpern, wie Pellets, Granulat oder dgl. für die vom Wasserdampfdestillations- und Trocknungsmodul kommende Feststoffphase zur Herstellung absolut keimfreier, naturreiner, nahezu staubfreier Feststoff-Formkörper umfasst. Ergänzt wird die erfindungsgemäße Vorrichtung durch ein Modul zur Arbeitsplatzabsaugung mit nachgeschaltetem Biofilter, so dass die geforderten Umweltbedingungen stets eingehalten werden können.
Mit relativ geringem vorrichtungstechnischem Aufwand gestattet die erfindungsgemäße Vorrichtung auf energieeffiziente Weise eine nahezu vollständige Nutzung von natürlichen biogenen Rohstoffen.
Einerseits wird die Fluidphase des Wasserdampfdestillations- und Trocknungsmoduls zur Gewinnung von 100% naturreinem und absolut keimfreiem ätherischem Öl genutzt, und für die Feststoffphase dient ein Verarbeitungsmodul, welches die Feststoffphase zu Feststoff-Formkörpern wie Pellets, Granulat oder dgl. verarbeitet, wobei absolut keimfreie, naturreine und nahezu staubfreie Feststoff-Formkörper in diesem Modul gebildet werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung zur Gewinnung von ätherischem Öl aus natürlichen biogenen Rohstoffen sind in den Ansprüchen 6 bis 10 angegeben.
Zusammenfassend ist es beim Verfahren zum Gewinnung von ätherischen Ölen aus natürlichen biogenen Rohstoffen wesentlich, dass zum Aufschluss und zum Trocknen eine kontinuierlich durchführbare Wasserdampfdestillation erfolgt, bei der die Feststoffphase und die Fluidphase voneinander getrennt werden. Bei diesem Aufschluss mittels Wasserdampfdestillation kann unter effektiver Nutzung der eingebrachten Wärmeenergie ein wesentlich effektiverer Wärme- und Stoffübergang realisiert werden, wodurch sich der Energieaufwand beträchtlich reduzieren lässt.
Ferner ist es bei der Erfindung wesentlich, dass nicht nur die bei der Wasserdampfdestillation anfallende Fluidphase genutzt wird, um 100% naturreines und absolut keimfreies ätherisches Öl zu gewinnen, sondern dass auch die Feststoffphase zu einem wiederverwertbaren und weiterverwertbaren Nebenprodukt bearbeitet wird und man absolut keimfreie Feststoff-Formkörper erhält. Diese Feststoff-Formkörper können auch beispielsweise als absolut keimfreie Produkte bei der Nutztierhaltung eingesetzt werden. Diese Produkte gestatten eine wesentlich größere Hygiene in der Nutztierhaltung, und aufgrund der Keimfreiheit lassen sich auch Erkrankungen unterdrücken. Da diese absolut keimfreien Feststoff-Formkörper äußerst trocken sind, besitzen sie eine extreme Saugfähigkeit aufgrund ihrer Porosität, wodurch sich die Reinigungszyklen bei der Stallreinigung verlängern lassen. Hierdurch ergeben sich Arbeitszeit- und Kostenersparnisse.
Ferner ist die Vorrichtung mit verringertem gerätetechnischem Aufwand zu verwirklichen.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt schematisch ein Fließdiagramm zur Verdeutlichung des Verfahrensablaufs und der entsprechenden Module der Vorrichtung zur Gewinnung von ätherischem Öl aus natürlichen biogenen Rohstoffen.
Mit BE 1 ist ein Vorschaltmodul bezeichnet, in welchem die Rohbiomasse zur Verarbeitung nach der Erfindung angeliefert wird, beispielsweise in Form von irgendwelchen Holzabfallprodukten. Die so angelieferte Rohbiomasse wird in einem Biomassen-Aufbereitungsmodul BE 2 eingebracht, bei dem es sich um Komponenten zur Lagerung der Rohbiomasse beispielsweise in einem Vorratspunker und um Einrichtungen zur Zerkleinerung der Rohbiomasse handeln kann.
Die so aufbereitete Biomasse wird dann in das nach der Erfindung wesentlichen Wasserdampf- und Trocknungsmodul WDTM eingeleitet, welches mit BE 3 bezeichnet ist. Bei dieser Wasserdampfdestillation, welche in einem kontinuierlich arbeitenden Prozess durchgeführt wird und bei der die biogenen Rohstoffe bei etwa 120°C mindestens etwa 30 min. behandelt werden, erfolgt eine Trennung in eine Fluidphase und eine Feststoffphase. Die Fluidphase wird einem insgesamt mit BE 6 bezeichneten Modul zugeführt, welches insbesondere ein Abdampf-Kondensationsmodul umfasst, in welchem bei einer azeotropen Phasentrennung 100% naturreines und absolut keimfreies ätherisches Öl und Wasserdestillat anfällt.
In dem Modul BE 6 kann eine Kondensationswärmenutzung realisiert werden, bei der die bei der Abdampf-Kondensation entstehende Kondensationswärme u. a. auch wiederum zur Wärmenutzung im Gesamtsystem eingesetzt und eingetragen werden kann.
Bei dieser Abdampf-Kondensationsbehandlung erfolgt eine Auftrennung der ätherischen Öle, die entsprechend aufbereitet und eingesetzt werden können. Andererseits fällt auch Wasser-Destillat an, welches ebenfalls auf nicht näher dargestellt Weise aufbereitet und genutzt werden kann.
Die von dem Wasserdampf-Destillations- und Trocknungsmodul BE 3 abgehende Feststoffphase wird beispielsweise einem Biomassen-Verarbeitungsmodul BE 4 zugeleitet. Ganz generell gesehen kann es sich hierbei um einen Modul handeln, welches die Feststoffphase zu Feststoff-Formkörpern verarbeitet, bei denen es sich beispielsweise um Pellets, Granulat oder dgl. handeln kann. Diese dort erhaltenen Feststoff-Formkörper können zu Feuerungszwecken, d. h. als Brennstoffpellets, aus naturbelassener Biomasse ohne jegliche Bindemittel und ohne Einsatz von Chemikalien genutzt werden. Aber es ist beispielsweise auch ein Einsatz als absolut keimfreies Hygienematerial bei Nutzieren vorgesehen.
Somit werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch die biogenen Reststoffe nach der Wasserdampfdestillations- und Trocknungsbehandlung als absolut keimfreie Feststoff-Formkörper zur Wiederverwendung und Weiterverwendung gewonnen.
Somit ist aus dem Flussdiagramm der einzigen Figur zu ersehen, dass ausgehend von natürlichen biogenen Rohstoffen bei der Wasserdampfdestillations- und Trocknungsbehandlung im Modul BE 3 sowohl die Fluidphase als auch die Feststoffphase jeweils zu verwertbaren und absolut keimfreien Produkten verarbeitet werden.
Wie aus der schematischen Darstellung in 1 ferner zu ersehen ist, wird die gesamte Vorrichtung ausgehend von einem Energiebereitstellungsmodul BE 5 versorgt, wobei eine Kondensationswärmenutzung mit eingeschlossen ist.
Um die Umgebungsbedingungen und -verhältnisse um die Behandlungsmodule möglichst verträglich gestalten zu können, ist ein weiteres, mit BE 7 bezeichnetes Modul dargestellt, welches eine Arbeitsplatzabsaugung, d. h. eine Absaugung der Umgebung um den Wasserdampfdestillations- und Trocknungsmodul BE 3 aufweist und auch eine Abluftaufbereitung, beispielsweise in Form eines Biofilters oder dgl., gestattet, bevor die Abluft dann in die Umgebung abgeleitet wird.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die in der Zeichnung dargestellten Einzelheiten beschränkt, sondern es sind zahlreiche Abänderungen und Modifikationen sowie Ergänzungen möglich, die der Fachmann im Bedarfsfall treffen wird, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.
Dieser ist darin zu sehen, dass eine natürliche biogene Rohstoffmasse mittels einer Wasserdampfdestillations- und Trocknungsbehandlung einerseits in eine Fluidphase und andererseits in eine Feststoffphase kontinuierlich getrennt wird, wobei die Fluidphase zur Gewinnung von absolut keimfreiem ätherischem Öl genutzt wird, während die Feststoffphase zur absolut keimfreien Feststoff-Formkörpern verarbeitet wird.
Wesentlich bei der Erfindung ist auch, dass die Wasserdampfdestillation in einem kontinuierlich arbeitenden Prozess durchgeführt wird. Die Feststoffphase wird während der thermischen Behandlung von einem Ausgangswassergehalt von etwa 35–55 Ma.-% auf einen Endwassergehalt von etwa 4–7 Ma.-% in nahezu reiner Wasserdampfatmosphäre getrocknet.
Das Wasserdampfdestillations- und Trocknungsmodul BE 3 kann mit einem Heizmantel ausgerüstet sein, welcher die erforderliche Heizenergie indirekt an die zu erwärmenden biogenen Rohstoffe überträgt. Im Inneren des Wasserdampfdestillations- und Trocknungsmodul BE 3 kann ein Rührwerk angeordnet sein, mit welchem eine quasi stationäre mechanische Fluidisierung derart erfolgt, dass sich ein wirbelschichtähnlicher Zustand der Feststoffphase im Inneren des Wasserdampfdestillations- und Trocknungsmoduls BE 3 mit guten Stoff- und Wärmeübertragungsverhältnissen einstellt.

Claims

Verfahren zur Gewinnung von ätherischen Ölen aus natürlichen biogenen Rohstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass angelieferte Rohbiomasse nach einer Aufbereitung zu biogenen Rohstoffen diese mittels Wasserdampfdestillation aufgeschlossen und getrocknet werden und hierbei eine Trennung von Feststoffphase und Fluidphase erfolgt, wobei die Fluidphase nach Verlassen der Wasserdampfdestillation mittels Abdampfkondensation und azeotroper Phasentrennung zur Gewinnung von absolut keimfreiem ätherischem Öl und Wasserdestillat behandelt wird, und die Feststoffphase zu absolut keimfreien Feststoff-Formkörpern, wie Pellets, Granulat oder dgl. verarbeitet wird.
Verfahren zur Gewinnung von ätherischen Ölen aus natürlichen biogenen Rostoffen, dadurch gekennzeichnet, dass das absolute keimfreie ätherische Öl 100% naturrein ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserdampfdestillation in einem kontinuierlich arbeitenden Prozess durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die biogenen Rohstoffe mit der Wasserdampfdestillation bei etwa 120°C mindestens etwa 30 min. behandelt werden, wobei die Feststoffphase während der thermischen Behandlung von einem Ausgangswassergehalt von etwa 35–55 Ma.-% auf einen Endwassergehalt von etwa 4–7 Ma.-% in nahezu reiner Wasserdampfatmosphäre getrocknet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Destillations- und Abdampfkondensationbehandlung isotherm durchgeführt werden, und zwar derart, dass die zur Destillation erforderliche Wärme als Abwärme bei der Abdampfkondensation nahezu vollständig zurückgewonnen wird und dem Gesamtprozess wieder zugeführt wird.
Vorrichtung zur Gewinnung von ätherischem Öl aus natürlichen biogenen Rohstoffen, gekennzeichnet durch ein Biomassenaufbereitungsmodul (BE 2) für die angelieferte Rohbiomasse zu biogenen Rohstoffen, durch einen mit den biogenen Rohstoffen beschickten Wasserdampfdestillations- und Trocknungsmodul (BE 3), einen Abdampf-Kondensationsmodul (BE 6) für die von dem Wasserdampfdestillations- und Trocknungsmodul (BE 3) abgezogene Fluidphase und zur Gewinnung von absolut keimfreien ätherischen Ölen sowie anfallendem Wasserdestillat und einem Verarbeitungsmodul (BE 4) zu Feststoff-Formkörpern, wie Pellets, Granulat oder dgl. für die vom Wasserdampfdestillations- und Trocknungsmodul (BE 3) kommende Feststoffphase zur Herstellung absolut keimfreier, nahezu staubfreier Feststoff-Formkörper.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das absolut keimfreie ätherische Öl 100% naturrein ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserdampfdestillations- und Trocknungsmodul (BE 3) kontinuierlich arbeitet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rührwerk im Innern des Wasserdampfdestillations- und Trocknungsmodul (BE 3) angeordnet ist, mit welchem eine quasi stationäre mechanische Fluidisierung derart erfolgt, dass sich ein wirbelschichtähnlicher Zustand der Feststoffphase im Inneren des Wasserdampfdestillations- und Trocknungsmodules (BE 3) mit guten Stoff- und Wärmeübergangsverhältnissen ergibt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserdampfdestillations- und Trocknungsmodul (BE 3) mit einem Heizmantel ausgerüstet ist, welcher die erforderliche Heizenergie indirekt an die zu erwärmenden biogenen Rohstoffe überträgt.