DE102022123547A1 - Einstufiges Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von reformiertem Pyrolyseöl und wasserstoffreichem Pyrolysegas - Google Patents

Einstufiges Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von reformiertem Pyrolyseöl und wasserstoffreichem Pyrolysegas Download PDF

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Andreas Apfelbacher
Robert Daschner
Johannes Neidel
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Abstract

Es wird ein einstufiges Verfahren zur Herstellung von Pyrolyseöl, Pyrolysegas und Pyrolysekoks offenbart. Dabei wird ein im Wesentlichen Biomasse umfassendes Ausgangsmaterial einem Pyrolysereaktor mit einem im Wesentlichen vertikal angeordneten Reaktorraum im oberen Bereich zugeführt, so dass im Reaktionsraum eine Schüttung aus dem zu pyrolysierenden Ausgangsmaterial und gegebenenfalls Pyrolysekoks vorliegt. Das Ausgangsmaterial wird im Pyrolysereaktor im Wesentlichen unter Abwesenheit von Sauerstoff thermisch behandelt, wobei der Pyrolysekoks, die Pyrolysegase und die Pyrolysedämpfe gebildet werden. Das Schüttgut, die Pyrolysegase und die Pyrolysedämpfe werden von oben nach unten durch den Reaktionsraum geführt. Die Bewegung des Schüttguts durch den Reaktionsraum wird im Wesentlichen durch die Schwerkraft bewirkt; die Bewegung der Pyrolysegase und der Pyrolysedämpfe im Wesentlichen durch sich aufbauenden Gasdruck. Die thermische Behandlung erfolgt zumindest bei einem ersten Temperaturniveau von 400 bis 750°C und nachfolgend bei einem höheren zweiten Temperaturniveau von 450 bis 800 °C. Die Verweilzeit des Schüttguts beträgt 1 bis 60 Minuten. Pyrolysegase, Pyrolysedämpfe und Pyrolysekoks werden jeweils durch einen Auslass bzw. eine Austragseinrichtung abgetrennt.

Description

  • Anmelderin:
  • Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
  • Die Anmeldung betrifft ein Verfahren und einen Reaktor zur Umsetzung von Biomasse zu Öl, Gas und Koks mittels einer gleichzeitigen Durchführung von Pyrolyse und Reforming in demselben Reaktor. Erhaltenes Öl, Gas und Koks sind Vorstufen für Kraftstoffe, Chemikalien aber auch für reinen Wasserstoff.
  • Bei der thermo-chemischen Umsetzung von Biomasse und biogenen Reststoffen ist es notwendig hinsichtlich einer maximierten Wirtschaftlichkeit hochwertige Produkte, wie thermisch stabiles Öl und wasserstoffreiches Gas zu erzeugen. Gleichzeitig sollen einfache und auch robuste Reaktoren eingesetzt werden. Um die erwähnten hochwertigen Produkte zu generieren, wird derzeit ein zweistufiges Verfahren, das Thermokatalytische Reforming (TCR), genutzt. Die hohe Produktqualität wird dabei unter anderem durch eine mittellange Aufheizphase der Biomasse aber auch dem Reforming der Pyrolysedämpfe gewährleistet.
  • Die vorliegende Anmeldung beschreibt ein Verfahren, bei dem Pyrolyse und Reforming gleichzeitig in einem einzigen Reaktor durchgeführt werden, d.h. in einer One-Pot-Synthese zusammengeführt sind. Durch dieses Vorgehen lässt sich der investitionsseitig intensive Augerreaktor bei der Pyrolyse des Thermokatalytischen Reforming einsparen.
  • In seiner allgemeinsten Form ist das anmeldungsgemäße Verfahren gekennzeichnet durch
    das Bereitstellen eines im Wesentlichen Biomasse umfassenden Ausgangsmaterials, insbesondere in stückiger Form;
    das Zuführen des Ausgangsmaterials zu einem Pyrolysereaktor mit einem im Wesentlichen vertikal angeordneten Reaktorraum, wobei der Reaktorraum im
  • Wesentlichen röhrenförmig, insbesondere im Wesentlichen zylinderförmig und/oder im Wesentlichen konisch ist, wobei die das Ausgangsmaterial im oberen Bereich des Pyrolysereaktors zugeführt wird, so dass im Reaktionsraum eine Schüttung aus einem Schüttgut vorliegt, welches das zu pyrolysierende Ausgangsmaterials und gegebenenfalls den Pyrolysekoks umfasst;
    die thermische Behandlung des Ausgangsmaterials im Pyrolysereaktor im Wesentlichen unter Abwesenheit von Sauerstoff mittels einer Beheizungseinrichtung für den Reaktorraum, wobei aus dem zu pyrolysierenden Ausgangsmaterial der Pyrolysekoks, die Pyrolysegase und die Pyrolysedämpfe gebildet werden und wobei das Schüttgut, die Pyrolysegase und die Pyrolysedämpfe von oben nach unten durch den Reaktionsraum geführt werden,
    wobei die Bewegung des Schüttguts durch den Reaktionsraum im Wesentlichen durch die Schwerkraft bewirkt wird und die Bewegung der Pyrolysegase und der Pyrolysedämpfe durch den Reaktionsraum im Wesentlichen durch sich durch die thermische Behandlung des Ausgangsmaterials aufbauenden Gasdruck bewirkt wird und wobei die thermische Behandlung zumindest bei einem ersten Temperaturniveau von 400 bis 750°C, bevorzugt 450 bis 650°C, und nachfolgend bei einem gegenüber dem ersten Temperaturniveau erhöhten zweiten Temperaturniveau von 450 bis 800 °C, bevorzugt 500 bis 750°C stattfindet, wobei die Verweilzeit des Schüttguts (im Reaktionsraum) 1 bis 60 Minuten, insbesondere 3 bis 30 Minuten beträgt;
    die Abtrennung der durch die vorstehend beschriebene Pyrolyse erhaltenen Pyrolysegase und Pyrolysedämpfe über einen im unteren Bereich des Pyrolysereaktors angeordneten Auslass und Abtrennung des Pyrolysekoks über eine im unteren Bereich des Pyrolysereaktors angeordnete Austragseinrichtung und optionales Bereitstellen von Pyrolyseöl durch anteiliges Kondensieren des abgetrennten Pyrolysegases.
  • Der Reaktorraum ist im Wesentlichen vertikal angeordnet. Dies bedeutet, dass Abweichungen von exakt vertikaler Ausrichtung um bis zu 40° möglich sind. Es ist bevorzugt, dass die Abweichung von exakt vertikaler Ausrichtung weniger als 20° beträgt, beispielsweise kann die Abweichung auch weniger als 10° betragen. Im wesentlichen zylinderförmig und/oder im Wesentlichen konisch bedeutet anmeldungsgemäß, dass Abweichungen von einer kreisförmigen oder ovalen Querschnittsfläche möglich sind. In der im wesentlichen konischen Ausführungsform nimmt die Querschnittsfläche des Reaktorraums von unten nach oben zu.
  • Mit dem anmeldungsgemäßen Verfahren können auch sehr kleinskalige Anwendungen wirtschaftlich realisiert werden, was gerade für Biomasseverfahren ein enormer Vorteil ist, da diese stark dezentral anfallen. Für diese kleinskaligen Anlagen können Wertstoffhöfe (Bioreststoffe) oder auch größere landwirtschaftliche Unternehmen als Betreiber in Frage kommen. Die anmeldungsgemäß eingesetzten Reaktoren können daher insbesondere in einer Größe von 1 kg bis 500 kg Biomassedurchsatz pro Stunde realisiert werden. Die Anlagen können aber auch größer gebaut werden z.B. bis zu einem Durchsatz von 1500 bis 3000 kg/h. Der Durchmesser des Reaktors muss dabei gegenüber den kleinen Reaktoren im Regelfall vergrößert werden. Da bei diesen Anlagentypen der Wärmeeintrag in die Biomasse der entscheidende Faktor ist, kann dieser Wärmeeintrag bei größeren Anlagen mittels Heizlanzen im Inneren des Reaktors erreicht werden. Somit können leicht Reaktordurchmesser von wenigen Zentimetern bis 1,5 Meter oder größer realisiert werden. Dies kann sowohl für einen zylindrisch konstruierten wie aber auch für einen konisch ausgeführten Reaktor ausgeführt werden selbst rechteckige Anordnungen sind denkbar; all diese Geometrien werden anmeldungsgemäß unter der Bezeichnung „röhrenförmig“ zusammengefasst, da der wesentlichste Aspekt des anmeldungsgemäßen Verfahrens die Bewegung des Schüttguts aus dem zu pyrolysierenden Ausgangsmaterial und gegebenenfalls dem Pyrolysekoks mittels Schwerkraft durch den Reaktor ist. Hierfür ist nicht die Geometrie des Reaktors in horizontaler Richtung maßgeblich sondern im Wesentlichen die ungehinderte Fortbewegung des Schüttguts im Inneren des Reaktors. Diese ist besonders gut realisierbar, wenn keine Fördereinrichtungen wir Schnecken und dergleichen im Reaktor enthalten sind und der vertikale Bereich des Reaktors im Wesentlichen nur durch eine weitestgehend glatte Oberfläche gekennzeichnet ist.
  • Wie bereits erläutert wird das anmeldungsgemäße Verfahren in einem vertikal arrangierten, mittels Gravitationskraft getriebenen Reaktor durchgeführt. Bei dieser Reaktoranordnung müssen die entstehenden „Pyrolysedämpfe“ durch den durch sie gebildeten Druck die Festbettschüttung von oben nach unten durchströmen und verlassen den Reaktor an der Unterseite oder im Falle eines integrierten Steigrohrs an der Oberseite des Reaktors. Da der Reaktor druckfest vorliegt, und mittels Schleuse eintragsseitig verschlossen ist und feststoffseitig (Koksaustrag) ein selbiges Schleusensystem arrangiert wird oder werden kann, erhöhen die im Reaktor gebildeten „Pyrolysedämpfe“ den Druck im selbigen. Ist der erzeugte Druck im Reaktor höher als der Druckverlust, der durch das Festbett erzeugt wird, so durchlaufen die „Pyrolysedämpfe“ das Festbett und verlassen den Reaktor Richtung Kondensationsstufe. Da der Reaktor kontinuierlich mit Einsatzstoff bestückt wird erfolgt die Bildung der „Pyrolysedämpfe“ kontinuierlich und somit verlassen auch „Pyrolysedämpfe“ kontinuierlich den Reaktor.
  • Gemäß einer Ausführungsform beträgt die Verweilzeit der Pyrolysedämpfe im Reaktionsraum 0,1 Sekunden bis eine Minute, insbesondere 0,5 bis 30 Sekunden, beispielsweise 1 bis 10 Sekunden. Die Verweilzeit kann dabei über Ermittlung des aufgebauten Drucks im Reaktor und einen entsprechend gesteuerten Auslass der gebildeten Pyrolysedämpfe aus dem Reaktionsraum eingestellt werden. Es kann somit eine zu starke Fragmentierung der gebildeten Produktverbindungen durch das Reforming durch zu lange Verweilzeiten der Pyrolysedämpfe unterbunden werden.
  • Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung von hochwertigen Produkten, namentlich Pyrolyseöl, Synthesegas und Pyrolysekoks, beispielsweise zur Verwendung als Pflanzenkohle, auf Basis der intermediären Pyrolyse und einem gekoppelten Reformingschritt. Der Prozess wurde kondensiert, so dass Pyrolyse und Reforming nun in einem Schritt durchgeführt werden können. Als Einsatzstoff werden Biomassen und biogene Rest- und Abfallstoffe, welche mit einer gewissen Stückigkeit und einem maximalen Wassergehalt von bis zu 30 % umgesetzt; diese können mit Plastik oder auch Erdmaterial bis zu 10-15 % verunreinigt vorliegen. Die Stückigkeit liegt dabei in einem Bereich von granularen Partikeln von 2 mm Kantenlänge bis zu 40mm Kantenlänge. Ein Anteil an Feinfraktion als Staubfracht ist bis ca. 10 % zulässig. Das System ist dabei vertikal angeordnet ähnlich einem beheizen Fallrohr. Die Biomasse wird mit einer Stopfschnecke sauerstofffrei in ein beheiztes, vertikales Rohr gegeben. Der Feed wird dabei von oben nach unten durch das Rohr mittels Gravitation geführt. Mittels einer insbesondere unten am Rohr angeflanschten, gekühlte Austragsschnecke kann die Verweilzeit des Feststoffes im Fallrohr geregelt werden. Im Fallrohr findet nun die Pyrolyse des Ausgangsmaterials bzw. der Biomasse statt; es entstehen Koks und Pyrolysedämpfe. Diese wandern weiter nach unten durch das Rohr; das Rohr wird insbesondere mittels Temperaturgradient bis auf eine Kokstemperatur von 700 °C erhitzt. Da sich im unteren Teil des Rohres heißer Pyrolysekoks befindet und die Pyrolysedämpfe verfahrensseitig so geführt werden, dass diese durch das heiße Koksbett geleitet werden, erfolgt das Reforming gleichzeitig mit der Pyrolyse im selben Rohr. Der Prozess läuft unter Abwesenheit von Sauerstoff; er ist auf einer intermediären Pyrolyse basierend, womit Verweilzeiten des Einsatzstoffes von 5 bis 30 Minuten des Feststoffs im Rohr zu realisieren sind. Die Beheizung des Fallrohres kann von außen elektrisch oder mittels Heißgaswärmetauscher beheizt werden. Hinsichtlich Prozesstemperaturen wird das Fallrohr von Raumtemperatur bis zu 750 °C oder höher von oben nach unten mit steigender Temperatur beheizt; der Gradient kann dabei kontinuierlich steigen. Die Pyrolysegase werden am unteren Teil des Fallrohres abgezogen und einer Feinstaubfiltration und Kondensation zugeführt. Ein Vorteil dieser Anordnung gegenüber bisherigen Anwendung besteht in der Nutzung eines Rohres als Reaktor. Im Gegensatz zu den beim TCR genutzten Schneckenreaktoren, sind diese Rohrreaktoren höheren Drücken gegenüber sehr robust. Wird dem Rohrreaktor ein Schleusensystem eintragsseitig und Austragsseitig vor- bzw. nachgeschaltet, so kann der Reaktor im Druckbereich von mehreren Bar, beispielsweise bis zu 5 bar, betrieben werden. Dies kann nötig werden, wenn sehr feines Material eingesetzt wird, welches, nach den TCR-Verfahren des Standes der Technik im Postreformer einen hohen Druckverlust erzeugt. Somit kann der vorliegende Reaktor auch sehr feine Biomassen umsetzen, was sich im Falle der TCR-Verfahren des Standes der Technik schwieriger darstellt.
  • Der wichtigste Vorteil des anmeldungsgemäßen Verfahrens ist eine totale Vereinfachung und damit auch Verbilligung des bestehenden Prozesses. Anstatt eines Schneckenreaktors, eines Postreformers und eines auf beides Systeme verteilte Beheizungssystem wird ein leeres, außenbeheiztes Rohr eingesetzt. Pyrolyse und Reforming finden im selben Rohr statt. Das Rohr ist komplett gefüllt, es kann somit im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren ein höherer Durchsatz gefahren werden. Es befinden sich keine weiteren Teile im Fallrohr; daher ist eine Blockade unwahrscheinlich. Die Regelung der Verweilzeit des Feststoffes im Rohr wird über eine Koksaustragsschnecke durchgeführt. Anhand der Temperaturverteilung im Koks und auch mittels der Wasserstoffkonzentration im Gas kann der Prozess sehr einfach überwacht werden. Das Scale up ist weiterhin sehr einfach; es können mehrere Rohre eng zueinander installiert werden, welche in einem gemeinsamen Heizmantel integriert sind. Rohrdurchmesser sollten - sofern keine Heizlanzen verwendet werden - nicht größer als 500 mm sein, ansonsten kann es zu Problemen des Wärmeeintrags in die Biomasse kommen.
  • Erste Versuche an einer Laboranlage zeigten, dass die gebildeten Öle qualitativ niedriger sind als entsprechende mit den TCR-Verfahren nach dem Stand der Technik erhaltene Öle. Eine Verbesserung der Qualität der gebildeten Öle lässt sich aber durch eine Verlängerung des Rohrreaktor realisieren, da dann eine längere Aufheizung der Biomasse stattfindet.
  • Die vorliegende Erfindungsmeldung ist eine deutliche Vereinfachung des thermokatalytischen Verfahrens nach dem Stand der Technik. Eine klare Eigenschaft bzw. Unterscheidung von klassischen Pyrolyseölen zu den anmeldungsgemäß reformierten Ölen liegt in der deutlich höheren Produktqualität. Im Falle der anmeldungsgemäßen Pyrolysegase ein sehr hoher Wasserstoffgehalt (>20 Gew.-%) und im Falle des anmeldungsgemäßen Öls, eine niedrige Polarität sowie niedrige Sauerstoffmenge im Öl (CHNO).

Claims (16)

  1. Verfahren zur Herstellung von Pyrolyseöl, Pyrolysegas und Pyrolysekoks mit folgenden Schritten: A) Bereitstellen eines im Wesentlichen Biomasse umfassenden Ausgangsmaterials, insbesondere in stückiger Form; B) Zuführen des Ausgangsmaterials zu einem Pyrolysereaktor mit einem im Wesentlichen vertikal angeordneten Reaktorraum, wobei der Reaktorraum im Wesentlichen röhrenförmig, insbesondere im Wesentlichen zylinderförmig und/oder im Wesentlichen konisch ist, wobei die das Ausgangsmaterial im oberen Bereich des Pyrolysereaktors zugeführt wird, so dass im Reaktionsraum eine Schüttung aus einem Schüttgut vorliegt, welches das zu pyrolysierende Ausgangsmaterials und gegebenenfalls den Pyrolysekoks umfasst; C) Thermische Behandlung des Ausgangsmaterials im Pyrolysereaktor im Wesentlichen unter Abwesenheit von Sauerstoff mittels einer Beheizungseinrichtung für den Reaktorraum, wobei aus dem zu pyrolysierenden Ausgangsmaterial der Pyrolysekoks, die Pyrolysegase und die Pyrolysedämpfe gebildet werden und wobei das Schüttgut, die Pyrolysegase und die Pyrolysedämpfe von oben nach unten durch den Reaktionsraum geführt werden, wobei die Bewegung des Schüttguts durch den Reaktionsraum im Wesentlichen durch die Schwerkraft bewirkt wird und die Bewegung der Pyrolysegase und der Pyrolysedämpfe durch den Reaktionsraum im Wesentlichen durch sich durch die thermische Behandlung des Ausgangsmaterials aufbauenden Gasdruck bewirkt wird und wobei die thermische Behandlung zumindest bei einem ersten Temperaturniveau von 400 bis 750°C, bevorzugt 450 bis 650°C, und nachfolgend bei einem gegenüber dem ersten Temperaturniveau erhöhten zweiten Temperaturniveau von 450 bis 800 °C, bevorzugt 500 bis 750°C stattfindet, wobei die Verweilzeit des Schüttguts 1 bis 60 Minuten, insbesondere 3 bis 30 Minuten beträgt; D) Abtrennung der Pyrolysegase und Pyrolysedämpfe über einen im unteren Bereich des Pyrolysereaktors angeordneten Auslass und Abtrennung des Pyrolysekoks über eine im unteren Bereich des Pyrolysereaktors angeordnete Austragseinrichtung und optionales Bereitstellen von Pyrolyseöl durch anteiliges Kondensieren des abgetrennten Pyrolysegases.
  2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei als Reaktor für die Schritte B) und C) ein druckfester Reaktor eingesetzt wird und insbesondere das Zuführen in Schritt B) über eine Schleuse, insbesondere eine eintragsseitig verschlossene Schleuse erfolgt und optional auch der Pyrolysekoks in Schritt D) über eine Schleuse, insbesondere eine austragsseitig verschlossene Schleuse erfolgt.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Schritt C) die Verweilzeit der Pyrolysedämpfe im Reaktionsraum 0,1 Sekunden bis eine Minute, insbesondere 0,5 bis 30 Sekunden, beispielsweise 1 bis 10 Sekunden, beträgt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Schritt C) die Beheizungseinrichtung so ausgestaltet ist, dass eine Vielzahl von von oben nach unten ansteigenden Temperaturniveaus ausgebildet werden können, insbesondere derart, dass im Reaktionsraum ein Temperaturgradient ausgebildet werden kann.
  5. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das das höchste Temperaturniveau oder die höchste Temperatur des im Reaktionsraum ausgebildeten Temperaturgradienten, zumindest 700 °C, beispielsweise zumindest 750° beträgt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ausgangsmaterial ausgewählt ist aus Gärresten, insbesondere aus Biogas- und Bioethanolverfahren, cellulosehaltigen Materialien, insbesondere Holzresten, landwirtschaftlichen Reststoffen und Stroh, industriellen Biomassereststoffen, insbesondere Gärresten, Biertreber, Traubentrester, Oliventrester, Nussschalen oder Kaffeeresten, Altfetten oder Tierfetten, Schlempen aus dem Papierrecycling, Gülle-haltigen Materialien und Klärschlämmen oder Gemischen hiervon.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ausgangsmaterial aus Biomasse besteht oder mindestens 85 Gew.-%, insbesondere mindestens 90 Gew.-% Biomasse enthält, wobei neben der Biomasse im Ausgangsmaterial insbesondere Kunststoffe oder Erdmaterial bis zu 10-15 % vorliegen können.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das bereitgestellte Ausgangsmaterial einen Wasser-Gehalt von 5 bis 30 Gew.-% besitzt, insbesondere von 10 bis 20 Gew.-%, aufweist.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das bereitgestellte Ausgangsmaterial in einer mittleren Partikelgröße gemäß DIN 661 65 von 0,1 bis 80 mm, insbesondere in einer Partikelgröße von 2 bis 40 mm, zugeführt wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Schritt C) pro Stunde 1 kg bis 3000 kg Ausgangsmaterial durchgesetzt werden, beispielsweise 1 kg bis 500 kg pro Stunde oder 1500 bis 3000 kg pro Stunde.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Regelung der Verweilzeit des Schüttguts im Reaktor eine Koksaustragsschnecke vorgesehen ist.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beheizung in Schritt C) über eine Beheizungseinrichtung erfolgt, die den Reaktionsraum mantelförmig umgibt und gegebenenfalls zusätzlich über mindestens eine Heizlanze im inneren des Reaktionsraums.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Schritt C) in einem Reaktionsraum durchgeführt wird, wobei der Durchmesser des Reaktionsraums 2 cm bis 150 cm beträgt, insbesondere 5 cm bis 50 cm.
  14. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei Schritt C) in einem Reaktionsraum mit mindestens einer Heizlanze im Inneren des Reaktionsraums durchgeführt wird, wobei der Durchmesser des Reaktionsraums 50 cm bis 150 cm beträgt.
  15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Schritt B) und C) in einer Mehrzahl von gleichartigen Pyrolysereaktoren gemäß den vorhergehenden Ansprüchen durchgeführt werden, insbesondere 3,4, 5, 6 oder 7 Pyrolysereaktoren, wobei die thermische Behandlung gemäß Schritt C) zumindest in einem Teil der Mehrzahl der Pyrolysereaktoren über eine gemeinsame Beheizungseinrichtung erfolgt.
  16. Pyrolysereaktor zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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DE4304982A1 (de) * 1993-02-15 1994-08-18 Foerderung Der Umwelttherapie Verfahren und Vorrichtung zur Wertstoffgewinnung aus Duroplaststoffen und aus deren Verbunden
US20100275514A1 (en) * 2009-04-14 2010-11-04 Packer Engineering, Inc. Biomass gasification/pyrolysis system and process
DE102015108552A1 (de) 2015-02-27 2016-09-01 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Pyrolyseöl und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102016115700A1 (de) * 2016-08-24 2018-03-01 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Veredlung von festen fossilen Brennstoffen mittels eines Pyrolysereaktors
US10364395B2 (en) * 2017-04-13 2019-07-30 Kuwait Institute For Scientific Research Pyrolysis reactor system for the conversion and analysis of organic solid waste
CO2020004451A1 (es) * 2020-04-14 2020-05-15 Biotecnologia Y Bioingenieria Core S A Reactor vertical continuo multifásico para la producción limpia de hidrocarburos y energía y proceso termoquímico realizado

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