WO2008138637A2 - Verfahren und vorrichtung zur hydrothermalen karbonisierung (htc) von biomasse mit einer htc-anlage - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur hydrothermalen karbonisierung (htc) von biomasse mit einer htc-anlage Download PDF

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    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Definitions

  • a first inventive concept consists in a method and a device for controlling the preheating of biomass and cooling a reaction for hydrothermal carbonization (HTC) of biomass, wherein an HTC reactor via at least one pressure and / or temperature-controlled valve water vapor is removed, which subsequently can be used for preheating.
  • HTC hydrothermal carbonization
  • a second aspect of the invention consists in a method for the separation of the product mixture following a hydrothermal Karbonmaschinesretress in a HTC system without prior relaxation to ambient pressure to perform the separation efficiently and can lead the separated water in a circle and reuse.
  • a method of utilizing the heat of reaction of an HTC reaction to evaporate the water discharged from the HTC plant to produce a liquid fertilizer.
  • the reaction of the hydrothermal carbonization converts biomass into humus or coal and water in an exothermic reaction between about 180 0 C and 230 0 C biomass.
  • the above-mentioned temperature window must be maintained for about four hours, then the temperature must be kept constant at about 180 0 C between four and seven hours.
  • hypothermia the biomass reacts only partially, overheating causes unwanted by-products.
  • CONFIRMATION COPY Heat exchanger or heating and cooling coils is realized.
  • the geometry of the reactor is further limited by the design of the heat exchanger.
  • the resulting heat of reaction can not be used for an efficient preheating of the biomass beyond, since the temperature range in which the reaction takes place is too small to provide the necessary for a heat transfer with compact heat exchangers temperature differences, or a possibly necessary Temperature increase between reactor and preheater easy to implement.
  • the object of the invention to find a solution for the economic implementation of the hydrothermal carbonization of biomass and to eliminate the known disadvantages of process control with the help of heating or cooling coils.
  • the necessary uniformity in the preheating of the biomass, the cooling during the conversion process and the temperature during post-processing - and thus an efficient reaction control - achieved in that a controlled steam extraction takes place from the reactor and this steam then preferably for preheating the biomass in a preheater and temperature maintenance in a post-processor is introduced. Since the boiling temperature and the boiling pressure of the reacting mixture can not be selected independently of each other and energy must be expended for evaporation, the pressure reduction associated with removal of water vapor from the reactor triggers evaporation. The heat required for this purpose is removed from the reaction mixture and leads to a lowering of the temperature.
  • water vapor is thus removed from the reactor in order to control the internal reactor temperature of a reactor for the continuous or discontinuous hydrothermal carbonization of biomass.
  • the water vapor can then be used to preheat the biomass.
  • a pressure increase can take place between a preheater and the reactor. If the reaction regime requires a higher pressure or a higher temperature in the preheater than in the reactor, a pressure reduction must take place between the preheater and the reactor.
  • the steam needs then first compressed and then introduced into the preheater.
  • the steam extraction can be done via pressure and / or temperature controlled valves
  • Another object is to find a solution for the economic separation of the reaction products of the hydrothermal carbonization of biomass and thereby overcome the known disadvantages of thermal drying, mechanical, thermal or mechanical-thermal dewatering.
  • the product mixture is not relaxed to ambient pressure as soon as it reaches the desired quality, but is squeezed out at high temperature and pressure. Due to the pressure maintenance, the evaporation of the water present in the product and the associated lowering of the temperature of the mixture is at least partially avoided. Since the reaction mixture exits the reactor at a high temperature and under high pressure, the heating and heat recovery necessary in a mechanical-thermal dehydration are partially or completely avoided and the efficiency of separation is increased.
  • the water thus separated may preferably be circulated and admixed with the biomass prior to or during the reaction.
  • An admixture is made with the aim of a) increasing the heat capacity of the reaction mixture in order to better control the time of removal of the heat of reaction by means of a steam extraction from the reactor, b) the complete envelopment of the biomass with water during the reaction or at least until the time to ensure the commencement of steam extraction, since only fully water-enveloped biomass carbonates hydrothermally or c) preheat the biomass.
  • the heat of the water not mixed with the biomass can preferably be used directly or indirectly via a second heat circuit by means of heat exchangers for preheating the biomass.
  • an efficient separation of water and coal takes place after the hydrothermal carbonization without prior relaxation of the mixture to ambient pressure.
  • a portion of the water can then be circulated at high temperature and pressure and mixed with the biomass prior to the start of the reaction or during the reaction.
  • the control of the internal temperature of a HTC reactor by the pressure-controlled or temperature-controlled removal of water vapor via e.g. one or more valves claimed.
  • the pressure is adjusted in the reactor so that the boiling point of water corresponds to the desired internal reactor temperature.
  • the liberated during the reaction heat is thus expended to evaporate water and removed in the form of water vapor from the reactor.
  • the valve or valves will preferably be mounted on top of the reactor. If the steam can not be used immediately after removal, it can be temporarily stored in a corresponding device.
  • claim 2 is claimed as a preferred process variant, such as the steam after removal for preheating the biomass in the preheater and / or Temperature is introduced into the post-curing.
  • the steam must be compressed.
  • a pressure reduction eg cellular wheel or duck sluice
  • a reduction in pressure between the preheater and the reactor can be particularly useful if a higher temperature is required to initiate the reaction for a short period of time than for its continuation.
  • the introduction of the steam can preferably be realized via one or more valves, which - controlled by one or more temperature measurement in the preheater or follower - open when the desired temperature is not reached and allow the steam to flow in and close again as soon as the desired temperature is reached.
  • the one or more valves are preferably mounted at the bottom of the preheater or follower.
  • the pressure in the preheater and post-processor should be selected so that the water vapor condenses and releases its heat to the biomass.
  • the residence time of the biomass in the preheater is to be chosen so that the reaction is initiated even after the promotion in the reactor still continues to run independently.
  • claim 3 is claimed as a preferred variant of the method, as the water vapor can be introduced without additional compression in the preheater and / or post-conditioner.
  • an increase in pressure for example by an extruder screw or a pump
  • the pressure in the preheater is adjusted so that the boiling point of water above the starting temperature of the reaction of about 180 - 230 0 C.
  • the steam introduced by, for example, one or more valves condenses and releases its heat to the biomass.
  • the one or more valves can be controlled for example via one or more temperature measurement in the preheater. Open the valve (s) when the desired temperature is not reached and let steam flow in and close again when the desired temperature is reached.
  • a pressure reduction can be realized between reactor and post-processor, for example by means of a throttle or a pressure lock. The pressure in the post-processor is adjusted so that the boiling point of water is above the temperature to be maintained. The introduced steam condenses and releases its heat to the biomass.
  • the one or more valves can be controlled via a temperature measurement in the post-processor. Open the valve (s) when the desired temperature is not reached and let steam flow in and close again when the desired temperature is reached.
  • the one or more valves are preferably mounted at the bottom of the preheater or follower. Preferably, the residence time of the biomass in the preheater is to be chosen so that the reaction is initiated even after the promotion in the reactor still continues to run independently.
  • Claim 4 claims as a preferred process variant that the abovementioned process can be used for a continuous, discontinuous or a combination of continuous and discontinuous operation of an HTC plant.
  • the preheating of the biomass can be carried out continuously, while the reaction and / or the post-treatment take place in a batch reactor.
  • the preheating discontinuous and the reaction and / or the post-treatment can be carried out continuously.
  • the method can be used in all possible ways Find combinations of continuous and discontinuous process control.
  • Claim 5 claims, as a preferred variant of the method, that the abovementioned method can also be used for a plurality of systems which are operated in parallel. If several continuous systems are operated in parallel, the extracted steam can be fed to a central steam rail and then withdrawn from there for preheating and post-processing for the same system or the other systems operated in parallel. If several discontinuous plants are operated in parallel and asynchronously undergo the operating states preheating, reaction and post-treatment, the steam withdrawn from the reactor of one or more HTC plants may be fed to preferably a central steam rail and for preheating or post-processing in one or more of the other HTCs Plants are used.
  • Claim 6 claims, as an independent process or as a preferred process variant, that the separation of coal and water after the hydrothermal carbonization does not take place after the mixture has been relieved to ambient pressure, but immediately after the completion of the hydrothermal carbonization. Since the product mixture is at a pressure above the ambient pressure and thus the boiling point is above the normal boiling point of water, the separation of coal and liquid water at a temperature of about 100 0 C can take place. Since the viscosity, density and surface tension of the water decreases with increasing temperature, this also reduces the effort required for the separation. Thus, the advantages of mechanical-thermal dewatering can be used. The energy required for heating is reduced or not needed because the product mixture is available at a high temperature and under pressure following hydrothermal carbonization.
  • separation of water and coal prior to relaxation entails the following advantages:
  • the separated coal can be further dried by flash flash evaporation of part of the water not separated during the separation, resulting in subsequent expansion, and subsequently has a lower humidity than when first flash evaporation and then mechanical separation.
  • the separated water is still available at high temperature and high pressure in liquid form, so that the heat for example by means of heat exchanger back into the HTC system eg for use in a first stage of preheating the biomass coupled by heat exchangers or externally as Use process heat
  • claim 7 is claimed as a preferred process variant that the water separated from the coal completely or partially recirculated and the biomass is mixed before the reaction to, for example, the a) heat capacity of the reactor contents to increase, b) a complete enclosure of the biomass with water during the entire reaction or at least until the start of steam extraction or c) to use the heat of the water of reaction to preheat the biomass.
  • This can in particular bring great efficiency advantages if the separation of water and coal after the reaction and before the relaxation of the mixture to ambient pressure and thus the water is available at high temperatures.
  • the water can then be introduced directly into the reactor or preheater, for example with a pump. The introduction of the water is ideally carried out before the preheating by introducing water vapor.
  • Claim 8 is claimed as a preferred variant of the method that of the coal separated water is completely or partially circulated and the biomass is added during the reaction to, for example, a) increase the heat capacity of the reactor contents, b) a complete enclosure of the biomass with water throughout the reaction or at least until the time of C) to use the heat of the water of reaction to preheat the biomass.
  • This can in particular bring great efficiency advantages if the separation of water and coal after the reaction and before the relaxation of the mixture to ambient pressure and thus the water is available at high temperatures.
  • the water can then be introduced directly into the reactor or preheater, for example with a pump.
  • claim 9 is claimed as a preferred process variant that the heat capacity of the reactor contents, for example by the addition of fresh water or circulating water of reaction is increased so far that the heat of reaction by temporarily increasing the temperature of the reactor contents in the reactor can be cached until they actually can be used.
  • an optimization of the added amount of water as a function of the cost of additional heat required to preheat the reaction mixture and the benefit of the better control of the withdrawal time is made.
  • Claim 10 is claimed as a preferred process variant that the removal of the heat of reaction from the reactor by steam extraction and thus the reactor cooling is delayed until the heat actually preheating the biomass, for temperature maintenance after completion of the exothermic reaction, for post-processing of the products or can be used elsewhere or would be exceeded by a further delay of heat removal, the maximum allowable internal reactor temperature.
  • a control is provided, the dis heat dissipation if necessary but in any case triggers when would be affected by a further increase in temperature of the reaction mixture Reakiionsabiauf.
  • This intermediate storage of the heat of reaction by the heating of the entire reactor contents may be necessary, for example when using the decoupled from a reactor heat for preheating or post-processing of the biomass in another reactor.
  • the biomass is mixed so much water before the beginning of the hydrothermal carbonization that it is completely enclosed by water throughout the Karbonmaschinesvones or at least until the beginning of the steam extraction. Since the hydrothermal carbonization - at least in the first phase - can not be done in a steam atmosphere, this admixture is always required if the biomass does not bring enough self-moisture. For this purpose, for example, the separated from the coal water can be used. The admixture can take place, for example, in the preheater or immediately before the preheater or in the reactor.
  • Claim 12 claims as an independent process or as a preferred process variant that the biomass, if a complete enclosure with liquid water prior to the start of the reaction is not appropriate, it is still preheated and moved to reaction temperature and thus repeatedly brought into contact with liquid water until, for example, the reaction is initiated to such an extent that it continues to run in a steam atmosphere, or the reaction is completely completed or the reaction is partially completed. This may be important, for example, when it is desired to minimize the water demand of an HTC unit or to minimize the water content during the reaction to minimize the expense of post-reaction separation.
  • the movement of the biomass can be done, for example, in the preheater, in which a corresponding listed agitator or a rotating drum is installed.
  • the biomass is heated in the preheater, for example by the injection of steam to the reaction temperature and continuously and discontinuously circulated.
  • a minimum quantity of it must be brought either together with the biomass or separately into the preheater.
  • Claim 13 is claimed as a preferred variant of the method that the water separated from the coal can be evaporated by the use of the heat released in the HTC system and thus processed into liquid fertilizer.
  • claim 14 is claimed as a preferred variant of the method that the removal of the inert gases (CO 2 , CH 4 and others), which are released during the warming of the biomass and during the reaction takes place either in the preheater or between preheater and reactor in, for example, a degassing.
  • the inert gases CO 2 , CH 4 and others
  • the inert gases CO 2 , CH 4 and others
  • Claim 15 a device for the hydrothermal carbonization of biomass is claimed, which is characterized in that for controlling the internal reactor temperature, a pressure-controlled valve is provided, which periodically or continuously deducts water vapor from the reactor and thereby adjusts the internal pressure so that the boiling temperature of the water in the reactor matches the desired internal reactor temperature.
  • a device for the hydrothermal carbonization of biomass is claimed, which is characterized in that this valve can be controlled via a temperature measurement in the reactor and periodically or continuously draws steam at the desired internal reactor temperature is exceeded.
  • Fig. 1 shows a device variant for implementing the above-described method for steam extraction and its reintroduction for a continuous process control.
  • Fig. 2 shows a device variant for implementing the above-mentioned method for steam extraction and its reintroduction for a continuous process control.
  • Fig. 3 shows a device variant for implementing the above-described method for steam extraction and its reintroduction for a discontinuous process.
  • Fig. 4 shows a device for controlling the reactor temperature over the reactor internal pressure.
  • Fig. 5 shows a device for controlling the reactor temperature over the reactor internal temperature.
  • Fig. 6 shows a device variant for the implementation of the above-explained method for the separation of water and coal immediately after leaving the reactor.
  • Fig. 7 shows a device variant for implementing the above-explained method of recycling the separated water.
  • Fig. 8 shows the algorithm for implementing the above-explained method of controlling the timing of steam extraction.
  • Fig. 9 shows a device variant for implementing the above-explained method of extracting inert gases between the point of introduction of the water vapor and the point of extraction of the water vapor.
  • Fig. 10 shows an apparatus for controlling the extraction of inert gases.
  • a hydrothermal carburization plant for biomass, or HTC plant for short comprises as main components (Fig. 1, Fig. 2) a reactor (4), a preheater (1) and a post-processor (9).
  • the reactor (4) is designed so that it can rule in an internal pressure of the reactor, which is above an ambient pressure.
  • the internal pressure of the preheater (1) and / or the post-processor (9) may be lower than the reactor internal pressure, corresponding to the ambient pressure or above. If the pressures in the preheater (1) and in the post-processor (9) below that of the reactor (4) (Fig.
  • a device for pressure reduction (11) is provided between the preheater (1) and the reactor (4) a Device for increasing the pressure (5) and between the reactor (4) and the post-processor (9) a device for pressure reduction (11) is provided. If the pressure in the preheater (1) is above the pressure of the reactor (4) (FIG. 2), and the pressure of the reactor (4) is above that of the post-processor (9), then it is possible between the preheater (1) and the reactor (FIG. 4) a device for pressure reduction (5) or between the reactor (4) and post-processor (9) a device for pressure reduction (11) is provided. At least one valve (6) is mounted on the reactor (4), via which, for example, water vapor can escape from the interior of the reactor to the outside in its open state, as explained in more detail below.
  • the preheater (1) is filled with biomass (2).
  • the biomass is heated inter alia by the introduction of steam through a valve (3) to the minimum reaction temperature depending on the biomass between 180 0 C and 230 0 C and conveyed into the reactor (4).
  • the means for increasing the pressure (5) is provided to realize an increase in pressure between preheater (1) and reactor (4).
  • steam (7) is withdrawn from the reactor through at least one valve (6) to adjust the internal reactor pressure so that the reactor is cooled by the evaporation of water. The internal pressure is thus selected so that the evaporation temperature of water corresponds to the desired internal reactor temperature.
  • the extracted steam (7) is completely or partially circulated and introduced via a valve (3) back into the preheater (1). Additionally, the steam may be introduced through a valve (10) for use in the post-processor (9). Between reactor (4) and post-processor (9), a device for pressure reduction (11) is provided. In addition, a device (8) for temporary storage of the steam can be provided. By increasing the pressure between preheater (1) and reactor (4), it is possible to supply the steam without compression directly to the preheater (1). Due to the pressure reduction between reactor (4) and post-processor (9), it is possible to supply the vapor (7) without compression directly to the post-processor (9). The product (12) is subsequently removed from the post-processor (9).
  • the pressure in the preheater of an HTC system can still be above the pressure in the reactor (Fig. 2).
  • the biomass (2) is introduced into the preheater (1).
  • the biomass is, inter alia, by the introduction of steam by a valve (3) to the starting temperature of the reaction may, depending on the biomass is between 180 0 C and 230 0 C preheated. It is then introduced into the reactor (4).
  • a device for reducing pressure (5) to achieve a pressure reduction between preheater and reactor.
  • steam (7) is withdrawn via at least one valve (6), thereby adjusting the internal reactor pressure such that the heat of reaction is expended to evaporate the water.
  • the extracted water vapor (7) is completely or partially circulated and compressed by a single or multi-stage compressor (13) and introduced via a valve (3) in the preheater (1). There, the biomass is preheated by the condensation of the introduced water vapor. Additionally, the steam may be introduced through a valve (10) for use in the post-processor (9). Between reactor (4) and post-processor (9), a device for pressure reduction (11) is provided. In addition, a device (8) for temporary storage of the vapor (7) can be provided. Due to the pressure reduction between the reactor (4) and post-processor (9), it is possible to Steam (7) without a compression directly to the post-processor (9) to supply. The product (12) is subsequently removed from the post-processor (9).
  • the biomass (1) in the reaction vessel (2) which serves both as a preheater, reactor and as a post-processor, inter alia, by introducing steam (3) to the minimum reaction temperature heated. Due to the onset of the reaction, an independent further heating of the reactor takes place.
  • steam (5) is withdrawn through at least one valve (4) and thereby the internal reactor pressure is adjusted so that the reactor is cooled by the evaporation of water. The internal pressure is thus selected so that the evaporation temperature of water corresponds to the desired internal reactor temperature.
  • the extracted steam is completely or partially recirculated and used again for preheater.
  • a device (6) for temporarily storing the steam is provided. If several reaction vessels are operated in parallel, steam can be taken or supplied from the storage device for all reaction vessels.
  • the device for controlling the temperature (Fig. 4) of the reactor (1) can be realized by a pressure-controlled valve (2).
  • the opening pressure of the valve is adjusted by a controller so that the boiling point of water corresponds to the desired internal reactor temperature.
  • the valve opens and allows water vapor (3) to escape.
  • the resulting pressure drop in the reactor also lowers the temperature. If the setpoint pressure falls below again, the valve closes.
  • the removal of water vapor can also be carried out continuously, if the removal amount is metered so that the internal pressure of the reactor fluctuates around the setpoint. The released heat of reaction is spent in this way for the evaporation of water and removed from the reactor.
  • the device for controlling the temperature (FIG. 5) of the reactor (1) can also be designed such that the control of the valve (3) takes place via a temperature measurement.
  • the valve control is then correspondingly connected to a temperature sensor for detecting the internal reactor temperature.
  • the valve control causes the valve to open and water vapor (3) is withdrawn until the desired internal reactor temperature has fallen below again.
  • the valve closes again.
  • the removal of water vapor can also be carried out continuously, if the removal amount is metered so that the internal temperature of the reactor fluctuates around the setpoint.
  • the separation of water and coal takes place in a separator (3) into which the reaction mixture (2) after exiting the HTC reactor (1) without prior relaxation to ambient pressure occurs.
  • the separated coal (5) is then expanded in a pressure lock (4) to ambient pressure.
  • the vapor (9) produced during the flash evaporation is removed from the lock.
  • the separated water (8) is guided after exiting the separator (3) by a heat exchanger (6), cooled and via a throttle (alternatively a drive) (7), relaxed to ambient pressure.
  • the separation can for example be inserted between the reactor (4 in Fig. 1 or 2) and the post-processor (9 in Fig. 1 or 2), the separated coal (5) - before or after the expansion in the pressure lock - in the follower (9 in Fig. 1 or 2).
  • the circulation of the water can be realized, for example, as follows
  • the coal and water mixture (4) is removed after completion of the hydrothermal Karbonmaschinesretress without relaxation to ambient pressure from the reactor (3) and introduced into the separator (5).
  • the coal is dehydrated discharged from the separator (6) and relaxed via a pressure lock (7).
  • the vapor (14) produced during the flash evaporation is removed from the pressure lock.
  • the separated water (8) is also removed from the separator (5).
  • a part of this (10) is then introduced by means of a pump (11) via a valve (12) in the preheater (1) (alternatively or additionally, the reactor (3)) and mixed with the incoming there biomass (14).
  • the not circulated water (9) is via a throttle (alternatively a drive) (13) relaxed and discharged from the HTC system.
  • the non-recirculated water can also be recooled as shown in Fig. 6 by a heat exchanger to bring the heat gained elsewhere in the HTC system again or otherwise use.
  • the intermediate storage (FIG. 8) of the heat of reaction in a first reactor by heating the contents of the reactor until it can be used in another reactor is for example as follows: Reactor 1 is preheated (a), the reaction starts after the minimum reaction temperature has been exceeded and heats the reactor contents (b), wherein the cooling by heat extraction, for example via heat exchangers or a steam extraction does not start immediately. In parallel, reactor 2 is emptied and refilled (c).
  • the point of removal of the inert gases is genicit as shown in Fig. 9:
  • the biomass (1) is introduced into the preheater and preheated by the condensation of the introduced through a valve (3) water vapor (8).
  • the water vapor was previously removed from the reactor (5) through a valve (6).
  • the degassing dome (4) is located between the point of introduction and condensation of the water vapor in the preheater and the removal of the water vapor from the reactor.
  • the coal (7) withdrawn from the reactor (5) can, as shown in FIG. 1, continue to be introduced into a post-processor.
  • the device for removing the inert gases can be realized by a pressure- and temperature-controlled valve (5) (Fig. 10). From the temperature measured with the temperature sensor (3), the corresponding boiling pressure of water is determined at suitable intervals using a suitable algorithm. If the pressure measured with the pressure sensor (2) is not only marginally higher, the valve (5) opens and the inert gases (6) can flow out. It only closes again when the pressure recorded with the pressure sensor (2), the boiling pressure of water, which corresponds to the temperature recorded by the temperature sensor (3), has approached sufficiently.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der Prozessführung einer Anlage zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse inkl. Trennung und Nutzung der Produkte sowie eine entsprechende Vorrichtung.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung (HTC) von Biomasse mit einer HTC-Anlage
Beschreibung
Ein erster Erfindungsgedanke besteht in einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Steuerung der Vorwärmung von Biomasse und Kühlung einer Reaktion zur hydrothermalen Karbonisierung (HTC) von Biomasse, wobei einem HTC-Reaktor über wenigstens ein druck- und/oder temperaturgesteuertes Ventil Wasserdampf entnommen wird, welcher anschließend für die Vorwärmung genutzt werden kann.
Ein zweiter Erfindungsgedanke besteht in einem Verfahren zur Trennung des Produktgemisches im Anschluss an eine hydrothermale Karbonisierungsreaktion in einer HTC-Anlage ohne vorherige Entspannung auf Umgebungsdruck, um die Trennung effizient durchführen zu können und das separierte Wasser im Kreis führen und wieder nutzen zu können. Verfahren zur Nutzung dieses Wassers zur gezielten Erhöhung der Wärmekapazität des Reaktionsgemisches zur hydrothermalen Karbonisierung, um den Zeitpunkt der Entnahme der Reaktionswärme besser steuern zu können. Verfahren zur Nutzung dieses Wassers zur gezielten Erhöhung des Wassergehalts des Reaktionsgemisches zur hydrothermalen Karbonisierung, um eine vollständigen Umhüllung der Biomasse mit Wasser während der Reaktion gewährleisten zu können. Verfahren zur Nutzung dieses Wassers, um die Biomasse vorzuwärmen. Verfahren zur Nutzung der Reaktionswärme einer HTC-Reaktion, um das aus der HTC-Anlage abgeführte Wasser einzudampfen, um einen Flüssigdünger herzustellen.
Stand der Technik
Die Reaktion der hydrothermalen Karbonisierung (Dehydratation mit anschließender Polymerisation) wandelt in einer exothermen Reaktion zwischen etwa 180 0C und 230 0C Biomasse in Humus oder Kohle und Wasser um. Um eine vollständige Umwandlung der Biomasse zu erreichen, muss diese vorgewärmt werden, während der anschließenden Reaktion muss das oben genannte Temperaturfenster etwa vier Stunden lang eingehalten werden, anschließend muss die Temperatur zwischen vier und sieben Stunden konstant auf etwa 180 0C gehalten werden. Bei Unterkühlung reagiert die Biomasse nur teilweise, bei Überhitzung entstehen ungewünschte Nebenprodukte.
Diese Reaktion wurde erfolgreich in einem Batchreaktor erprobt, der dazu in einem Ofen auf die minimale Reaktionstemperatur durch Konvention erwärmt und anschließend durch Konvektion gekühlt wurde. Eine konvektive Vorwärmung und Kühlung erlaubt nur kleine Abmessungen im Versuchsmaßstab, da die Kontrollmöglichkeiten der Reaktortemperatur durch die konvektive Wärmezu- und -abfuhr über die erforderliche Zeitspanne limitiert sind.
Neben Batchprozessen wird in der Fachliteratur weiterhin vorgeschlagen, die Reaktion in einer kontinuierlichen Anlage zu realisieren, welche aus einem Vorwärmer, einem Reaktor, einem Nachbereiter und weiteren Teilen besteht. Da die Wärmeleitfähigkeit von Biomasse sehr gering ist, besteht die Gefahr einer lokalen Überhitzung bei der Vorwärmung der Biomasse bzw. einer lokalen Überhitzung oder Unterkühlung bei der Kühlung der Reaktion wenn die Wärmezu- und -abfuhr über
BESTÄTIGUNGSKOPIE Wärmeübertrager bzw. Heiz- und Kühlschlangen realisiert wird. Die Geometrie des Reaktors ist weiterhin durch die Ausführung der Wärmeübertrager eingeschränkt. Die entstehende Reaktionswärme kann darüber hinaus nicht zu einer effizienten Vorwärmung der Biomasse verwendet werden, da der Temperaturbereich, in dem die Reaktion erfolgt, zu klein ist, um die für eine Wärmeübertragung mit kompakten Wärmeübertragern notwendigen Temperaturdifferenzen bereit zu stellen, bzw. eine evtl. notwendige Temperaturerhöhung zwischen Reaktor und Vorwärmer einfach zu realisieren.
Die Literatur erwähnt, dass das bei der hydrothermalen Karbonisierung neben Kohle oder Humus ein mineralstoffhaltiges Wasser entsteht, welches in aufbereiteter Form als Dünger nutzbar ist. Um eines oder beide Produkte wirtschaftlich nutzen zu können, ist eine Trennung erforderlich. Es wird in Veröffentlichungen vorgeschlagen diese Trennung durch Auspressen der Kohle zu realisieren. Zur Trennung kommt eine mechanische oder thermische Entwässerung, bzw. eine thermische Trocknung infrage. Die Trocknung zeichnet sich durch einen hohen Energieeinsatz aus, da dass Wasser verdampft wird. In der Literatur ist die mechanisch-thermische Entwässerung von Braunkohle beschrieben, bei der das zu entwässernde Gut bei gleichzeitiger Erhöhung des Drucks auf ca. 2000C erwärmt wird. Die Erhöhung der Temperatur führt zu einer Reduktion der Bindungskräfte des Wassers an die Kohle. Die gleichzeitige Erhöhung des Drucks verhindert ein Verdampfen des Wassers. Die Entwässerung erfolgt dann durch Pressen mit einem Pressdruck von 40 - 100 bar. Die mechanisch-thermische Entwässerung macht die Erwärmung des zu entwässernden Gutes und deren anschließende Rückgewinnung erforderlich, um den Energieeinsatz zu minimieren.
Aufgabenstellung und erfindungsgemäße Lösung
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Lösung zur wirtschaftlichen Durchführung der hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse zu finden und dabei die bekannten Nachteile der Prozessführung mit Hilfe von Heiz- bzw. Kühlschlangen zu eliminieren. Erfindungsgemäß wird die notwendige Gleichmäßigkeit bei der Vorwärmung der Biomasse, der Kühlung während des Umwandlungsprozesses und der Temperaturhaltung während der Nachbereitung - und damit eine effiziente Reaktionssteuerung - dadurch erreicht, dass eine geregelte Dampfentnahme aus dem Reaktor erfolgt und dieser Dampf anschließend vorzugsweise zur Vorwärmung der Biomasse in einen Vorwärmer sowie zur Temperaturhaltung in einen Nachbereiter eingebracht wird. Da die Siedetemperatur und der Siededruck des reagierenden Gemisches nicht unabhängig voneinander wählbar sind und für eine Verdampfung Energie aufgewendet werden muss, löst die mit einer Entnahme von Wasserdampf aus dem Reaktor verbundene Druckemiedrigung eine Verdampfung aus. Die hierzu erforderliche Wärme wird dem Reaktionsgemisch entzogen und führt zu einer Absenkung der Temperatur.
Erfindungsgemäß wird somit zur Steuerung der Reaktorinnentemperatur eines Reaktors zur kontinuierlichen oder diskontinuierlichen hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse dem Reaktor geregelt Wasserdampf entnommen. Der Wasserdampf kann anschließend zur Vorwärmung der Biomasse verwendet werden. Zur effizienten Einbringung des Dampfes kann zwischen einem Vorwärmer und dem Reaktor eine Druckerhöhung erfolgen. Bedingt die Reaktionsführung einen höheren Druck oder eine höhere Temperatur im Vorwärmer als im Reaktor, so muss zwischen dem Vorwärmer und dem Reaktor eine Druckabsenkung erfolgen. Der Dampf muss dann erst komprimiert und dann in den Vorwärmer eingebracht werden. Die Wasserdampfentnahme kann über druck- und/oder temperaturgesteuerte Ventile erfolgen
Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine Lösung zur wirtschaftlichen Trennung der Reaktionsprodukte der hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse zu finden und dabei die bekannten Nachteile einer thermischen Trocknung, einer mechanischen, thermischen oder mechanisch-thermischen Entwässerung zu überwinden.
Erfindungsgemäß wird das Produktgemisch sobald es die gewünschte Qualität erreicht hat nicht auf Umgebungsdruck entspannt, sondern bei hoher Temperatur und Druck ausgepresst. Durch die Druckhaltung wird die Verdampfung des sich im Produkt befindlichen Wassers und die damit verbundene Temperaturerniedrigung des Gemisches zumindest teilweise vermieden. Da das Reaktionsgemisch mit einer hohen Temperatur und unter hohem Druck aus dem Reaktor austritt, werden die bei einer mechanisch-thermischen Entwässerung notwendigen Erhitzung und Wärmerückgewinnung teilweise oder ganz vermieden und die Effizienz der Trennung erhöht. Das so abgetrennte Wasser kann vorzugsweise im Kreis geführt und der Biomasse vor Beginn oder während der Reaktion beigemischt werden. Eine Beimischung erfolgt mit dem Ziel a) die Wärmekapazität des Reaktionsgemisches zu Erhöhen, um den Zeitpunkt der Entnahme der Reaktionswärme mittels einer Dampfentnahme aus dem Reaktor besser steuern zu können, b) die vollständige Umhüllung der Biomasse mit Wasser während der Reaktion oder zumindest bis zum Zeitpunkt des Beginns der Dampfentnahme sicherzustellen, da nur vollständig mit Wasser umhüllte Biomasse hydrothermal karbonisiert oder c) die Biomasse vorzuwärmen. Weiterhin kann die Wärme des nicht der Biomasse beigemischten Wassers vorzugsweise direkt oder indirekt über einen zweiten Wärmekreis mittels Wärmeübertrager zur Vorwärmung der Biomasse genutzt werden.
Gemäß diesem auch selbstständig zu verwirklichenden Erfindungsgedanken erfolgt eine effiziente Trennung von Wasser und Kohle nach der hydrothermalen Karbonisierung ohne eine vorherige Entspannung des Gemisches auf Umgebungsdruck. Ein Teil des Wassers kann dann bei hoher Temperatur und Druck im Kreis geführt und der Biomasse vor Beginn der Reaktion oder während der Reaktion beigemischt werden. Durch die Beimischung des Wassers zu der Biomasse, die mittels hydrothermaler Karbonisierung in Kohle oder Humus umgewandelt werden soll wird a) gezielt die Wärmekapazität des Reaktionsgemisches erhöht um den Zeitpunkt der Entnahme der Reaktionswärme aus dem Reaktor besser steuern zu können oder b) die vollständige Umhüllung der reagierenden Biomasse sichergestellt oder c) die Biomasse vorgewärmt.
Mit Anspruch 1 wird die Steuerung der Innentemperatur eines HTC-Reaktors durch die druckgeregelte bzw. temperaturgeregelte Entnahme von Wasserdampf über z.B. ein oder mehrere Ventile beansprucht. Der Druck wird dazu im Reaktor so eingestellt, dass die Siedetemperatur von Wasser der gewünschten Reaktorinnentemperatur entspricht. Die während der Reaktion freiwerdende Wärme wird so zur Verdampfung von Wasser aufgewendet und in Form von Wasserdampf aus dem Reaktor abgeführt. Das oder die Ventile werden vorzugsweise oben am Reaktor angebracht sein. Sollte der Wasserdampf nach der Entnahme nicht sofort weiter verwendet werden können, so kann er in einer entsprechenden Vorrichtung zwischengespeichert werden.
Mit Anspruch 2 wird als bevorzugte Verfahrensvariante beansprucht, wie der Dampf nach der Entnahme zur Vorwärmung der Biomasse in den Vorwärmer und/oder zur Temperaturhaltung in den Nachbereiter eingebracht wird. Dazu muss der Dampf, wenn der Druck im Reaktor kleiner als im Vorwärmer oder Nachbereiter ist oder wenn der Druckunterschied zwischen dem Punkt der Entnahme im Reaktor und dem Punkt der Einbringung in den Vorwärmer oder Nachbereiter zu gering ist, um eine Strömung auszulösen komprimiert werden. Ist der Druck im Vorwärmer höher als im Reaktor, so ist eine Druckerniedrigung (z.B. Zellrad oder Duckschleuse) zwischen Vorwärmer und Reaktor vorzusehen. Eine Druckerniedrigung zwischen Vorwärmer und Reaktor kann insbesondere dann sinnvoll sein, wenn zur Initiierung der Reaktion für eine kurze Zeitperiode eine höhere Temperatur erforderlich ist als für deren Fortführung. Die Einbringung des Wasserdampfes kann vorzugsweise über ein oder mehrere Ventile realisiert werden, welche - z.B. durch eine oder mehrere Temperaturmessung im Vorwärmer bzw. Nachbereiter gesteuert - öffnen, wenn die gewünschte Temperatur nicht erreicht ist und den Dampf einströmen lassen und wieder schließen sobald die gewünschte Temperatur erreicht ist. Das oder die Ventile werden vorzugsweise unten am Vorwärmer bzw. Nachbereiter angebracht. Der Druck im Vorwärmer und Nachbereiter ist so zu wählen, dass der eingebrachte Wasserdampf kondensiert und seine Wärme an die Biomasse abgibt. Vorzugsweise ist die Verweilzeit der Biomasse im Vorwärmer so zu wählen, dass die Reaktion initiiert wird auch nach der Förderung in den Reaktor noch selbständig weiterläuft. Mit Anspruch 3 wird als bevorzugte Verfahrensvariante beansprucht, wie der Wasserdampf ohne zusätzliche Kompression in den Vorwärmer und/oder Nachbereiter eingebracht werden kann. Dazu wird vorzugsweise eine Druckerhöhung (z.B. durch eine Extruderschnecke oder eine Pumpe) zwischen Vorwärmer und Reaktor vorgesehen. Der Druck im Vorwärmer wird so eingestellt, dass die Siedetemperatur von Wasser oberhalb der Starttemperatur der Reaktion von etwa 180 - 230 0C liegt. Der durch z.B. ein oder mehrere Ventile eingebrachte Dampf kondensiert und gibt seine Wärme an die Biomasse ab. Das oder die Ventile können z.B. über eine oder mehrere Temperaturmessung im Vorwärmer angesteuert werden. Das oder die Ventile öffnen, wenn die gewünschte Temperatur nicht erreicht ist und lassen Dampf einströmen und schließen wieder, sobald die gewünschte Temperatur erreicht ist. Zwischen Reaktor und Nachbereiter kann zusätzlich eine Druckabsenkung z.B. durch eine Drossel oder eine Druckschleuse realisiert werden. Der Druck im Nachbereiter wird so eingestellt, dass die Siedetemperatur von Wasser oberhalb der zu haltenden Temperatur liegt. Der eingebrachte Dampf kondensiert und gibt seine Wärme an die Biomasse ab. Das oder die Ventile können z.B. über eine Temperaturmessung im Nachbereiter angesteuert werden. Das oder die Ventile öffnen, wenn die gewünschte Temperatur nicht erreicht ist und lassen Dampf einströmen und schließen wieder, sobald die gewünschte Temperatur erreicht ist. Das oder die Ventile werden vorzugsweise unten am Vorwärmer bzw. Nachbereiter angebracht. Vorzugsweise ist die Verweilzeit der Biomasse im Vorwärmer so zu wählen, dass die Reaktion initiiert wird auch nach der Förderung in den Reaktor noch selbständig weiterläuft.
Mit Anspruch 4 wird als bevorzugte Verfahrensvariante beansprucht, dass das oben genannte Verfahren für eine kontinuierliche, diskontinuierliche oder eine Kombination aus kontinuierlicher und diskontinuierlicher Betriebsführung einer HTC-Anlage angewandt werden kann. So kann zum Beispiel die Vorwärmung der Biomasse kontinuierlich erfolgen, während die Reaktion und/oder die Nachbereitung in einem Batchreaktor stattfinden. In einer anderen Ausführungsvariante können zum Beispiel die Vorwärmung diskontinuierlich und die Reaktion und/oder die Nachbereitung kontinuierlich erfolgen. Das Verfahren kann Anwendung in sämtlichen möglichen Kombinationen von kontinuierlicher und diskontinuierlicher Prozessführung finden.
Mit Anspruch 5 wird als bevorzugte Verfahrensvariante beansprucht, dass das oben genannte Verfahren auch für mehrere Anlagen verwendet werden kann, die parallel betrieben werden. Werden mehrere kontinuierliche Anlagen parallel betrieben, so kann der entnommene Dampf auf eine zentrale Dampfschiene gespeist und von dort zur Vorwärmung und Nachbereitung für dieselbe Anlage oder die anderen parallel betriebenen Anlagen wieder abgezogen werden. Werden mehrere diskontinuierliche Anlagen parallel betrieben und durchlaufen sie asynchron die Betriebszustände Vorwärmung, Reaktion und Nachbereitung, so kann der aus dem Reaktor einer oder mehrerer HTC-Anlagen entnommene Wasserdampf auf vorzugsweise eine zentrale Dampfschiene gespeist und zur Vorwärmung oder Nachbereitung in einer oder mehreren der anderen HTC-Anlagen eingesetzt werden.
Mit Anspruch 6 wird als eigenständiges Verfahren oder als bevorzugte Verfahrensvariante beansprucht, dass die Trennung von Kohle und Wasser im Anschluss an die hydrothermale Karbonisierung nicht nach der Entspannung des Gemisches auf Umgebungsdruck, sondern unmittelbar nach dem Abschluss der hydrothermalen Karbonisierung erfolgt. Da das Produktgemisch bei einem Druck oberhalb des Umgebungsdruckes vorliegt und damit auch die Siedetemperatur oberhalb der normalen Siedetemperatur von Wassers liegt, kann die Trennung von Kohle und flüssigem Wasser bei einer Temperatur von über 1000C erfolgen. Da die Viskosität, Dichte und Oberflächenspannung des Wassers mit steigender Temperatur abnimmt, sinkt dadurch auch der für die Trennung erforderliche Aufwand. So sind die Vorteile der mechanisch-thermischen Entwässerung nutzbar. Die für die Erwärmung notwendige Energie wird reduziert oder gar nicht benötigt, da das Produktgemisch im Anschluss an die hydrothermale Karbonisierung mit einer hohen Temperatur und unter Druck zur Verfügung steht. Darüber hinaus bringt eine Trennung von Wasser und Kohle vor einer Entspannung folgende Vorteile mit sich: Die separierte Kohle kann durch eine, durch die anschließende Entspannung hervorgerufene, Flash-Verdampfung eines Teiles des nicht während der Trennung abgetrennten Wassers weiter getrocknet werden und hat im Anschluss eine niedrigere Feuchte als wenn zuerst die Flash-Verdampfung und dann eine mechanische Trennung erfolgt. Das separierte Wasser steht weiterhin bei hoher Temperatur und einem hohen Druck in flüssiger Form zur Verfügung, so dass sich die Wärme zum Beispiel mittels Wärmeübertrager wieder in die HTC-Anlage z.B. zur Nutzung in einer ersten Stufe der Vorwärmung der Biomasse durch Wärmeübertrager einkoppeln oder extern als Prozesswärme nutzen lässt
Mit Anspruch 7 wird als bevorzugte Verfahrensvariante beansprucht, dass das von der Kohle separierte Wassers ganz oder teilweise im Kreis geführt und der Biomasse vor Reaktionsbeginn beigemischt wird um zum Beispiel die a) Wärmekapazität des Reaktorinhalts zu erhöhen, b) eine komplett Umschließung der Biomasse mit Wasser während der gesamten Reaktion oder zumindest bis zum Zeitpunkt des Beginns der Dampfentnahme sicherzustellen oder c) die Wärme des Reaktionswassers zur Vorwärmung der Biomasse zu nutzen. Dies kann insbesondere dann große Effizientvorteile bringen, wenn die Trennung von Wasser und Kohle nach der Reaktion und vor der Entspannung des Gemisches auf Umgebungsdruck erfolgt und so das Wasser bei hohen Temperaturen zur Verfügung steht. Das Wasser kann dann direkt in den Reaktor oder Vorwärmer zum Beispiel mit einer Pumpe eingebracht werden. Das Einbringen des Wassers erfolgt dabei idealerweise vor der Vorwärmung durch ein Einbringen von Wasserdampf. Mit Anspruch 8 wird als bevorzugte Verfahrensvariante beansprucht, dass das von der Kohle separierte Wasser ganz oder teilweise im Kreis geführt wird und der Biomasse während der Reaktion beigemischt wird um zum Beispiel die a) Wärmekapazität des Reaktorinhalts zu erhöhen, b) eine komplett Umschließung der Biomasse mit Wasser während der gesamten Reaktion oder zumindest bis zum Zeitpunkt des Beginns der Dampfentnahme sicherzustellen oder c) die Wärme des Reaktionswassers zur Vorwärmung der Biomasse zu nutzen. Dies kann insbesondere dann große Effizientvorteile bringen, wenn die Trennung von Wasser und Kohle nach der Reaktion und vor der Entspannung des Gemisches auf Umgebungsdruck erfolgt und so das Wasser bei hohen Temperaturen zur Verfügung steht. Das Wasser kann dann direkt in den Reaktor oder Vorwärmer zum Beispiel mit einer Pumpe eingebracht werden.
Mit Anspruch 9 wird als bevorzugte Verfahrensvariante beansprucht, dass die Wärmekapazität des Reaktorinhalts zum Beispiel durch die Zugabe von Frischwasser oder des im Kreis geführten Reaktionswassers soweit erhöht wird, dass die Reaktionswärme durch die Erhöhung der Temperatur des Reaktorinhalts solang im Reaktor zwischengespeichert werden kann, bis sie tatsächlich genutzt werden kann. Dazu ist eine Optimierung der zugegebenen Menge an Wasser in Abhängigkeit der Kosten für die zusätzlich erfordertiche Wärme zur Vorwärmung des Reaktionsgemisches und dem Nutzen der durch eine bessere Steuerung des Entnahmezeitpunkts entsteht vorzunehmen.
Mit Anspruch 10 wird als bevorzugte Verfahrensvariante beansprucht, dass die Entnahme der Reaktionswärme aus dem Reaktor durch eine Dampfentnahme und damit die Reaktorkühlung solange verzögert wird, bis die Wärme tatsächlich zur Vorwärmung der Biomasse, zur Temperaturhaltung nach Abschluss der exothermen Reaktion, zur Nachbereitung der Produkte oder anderweitig genutzt werden kann oder durch eine weitere Verzögerung der Wärmeentnahme die maximal zulässige Reaktorinnentemperatur überschritten würde. Dazu ist eine Steuerung vorzusehen, die dis Wärmeabfuhr bei Bedarf aber auf jeden Fall dann auslöst, wenn durch eine weitere Temperaturerhöhung des Reaktionsgemisches der Reakiionsabiauf beeinträchtigt würde. Diese Zwischenspeicherung der Reaktionswärme durch die Erwärmung des gesamten Reaktorinhalts kann zum Beispiel bei Nutzung der aus einem Reaktor ausgekoppelten Wärme zur Vorwärmung oder Nachbereitung der Biomasse in einem weiteren Reaktor notwendig sein. Die Verzögerung der Wärmeentnahme aus einem Reaktor bis zum Abschluss der Reaktion in, der Entleerung und der Wiederbefüllung eines weiteren Reaktors reduziert die Energieverluste die bei einer alternativen externen Zwischenspeicherung der Reaktionswärme auftreten würden. Weiterhin wird hierdurch die Anzahl der notwendigen Reaktoren die durch Wärmeentnahme und Wiedereinkopplung kombiniert werden reduziert, was den Bau kleinerer Anlagen wirtschaftlicher machen könnte.
Mit Anspruch 11 wird als bevorzugte Verfahrensvariante beansprucht, dass der Biomasse vor Beginn der hydrothermalen Karbonisierung soviel Wasser beigemischt wird, dass sie während des gesamten Karbonisierungsprozesses oder zumindest bis zum Zeitpunkt des Beginns der Dampfentnahme vollständig von Wasser umschlossen ist. Da die hydrothermale Karbonisierung - zumindest in der ersten Phase - nicht in einer Wasserdampfatmosphäre erfolgen kann, ist diese Beimischung immer dann erforderlich, wenn die Biomasse nicht genügend Eigenfeuchte mitbringt. Hierzu kann zum Beispiel das von der Kohle abgetrennte Wasser genutzt werden. Die Beimischung kann zum Beispiel im Vorwärmer oder unmittelbar vor dem Vorwärmer oder im Reaktor erfolgen. Mit Anspruch 12 wird als eigenständiges Verfahren oder als bevorzugte Verfahrensvariante beansprucht, dass die Biomasse, wenn eine vollständige Umhüllung mit flüssigem Wasser vor dem Reaktionsbeginn nicht zweckmäßig ist, diese dennoch auf Reaktionstemperatur vorgewärmt und bewegt wird und dadurch immer wieder mit flüssigem Wasser in Kontakt gebracht wird, bis zum Beispiel die Reaktion soweit initiiert ist, dass sie auch in einer Wasserdampfatmosphäre weiterläuft oder die Reaktion vollständig abgeschlossen ist oder die Reaktion teilweise abgeschlossen ist. Dies kann zum Beispiel dann von Bedeutung sein, wenn man den Wasserbedarf einer HTC-Anlage minimieren möchte oder den Wassergehalt während der Reaktion gering halten möchte, um den Aufwand einer Trennung nach der Reaktion zu minimieren. Die Bewegung der Biomasse kann zum Beispiel im Vorwärmer erfolgen, in dem ein entsprechend aufgeführtes Rührwerk oder eine sich drehende Trommel eingebaut ist. Die Biomasse wird im Vorwärmer zum Beispiel durch die Injektion von Dampf auf die Reaktionstemperatur erwärmt und kontinuierlich und diskontinuierlich umgewälzt. Um den erforderlichen Kontakt mit flüssigem Wasser zu garantieren ist eine Mindestmenge davon entweder mit der Biomasse zusammen oder separat in den Vorwärmer einzubringen.
Mit Anspruch 13 wird als bevorzugte Verfahrensvariante beansprucht, dass das von der Kohle getrennte Wasser durch die Nutzung der in der HTC-Anlage freiwerdenden Wärme eingedampft und so zu Flüssigdünger aufbereitet werden kann.
Mit Anspruch 14 wird als bevorzugte Verfahrensvariante beansprucht, dass die Entnahme der Inertgase (CO2, CH4 und andere), die beim Aufwärmen der Biomasse und während der Reaktion frei werden entweder im Vorwärmer oder zwischen Vorwärmer und Reaktor in zum Beispiel einem Entgasungsdom erfolgt. Da aus dem Reaktor kontinuierlich Wasserdampf abgeführt wird und dieser ohne zu kondensieren im Kreis geführt und in den Vorwärmer eingebracht wird, ist eine Trennung des Wasserdampfes von den Inertgasen aufwendig. Erst nach Kondensation des Wasserdampfes im Vorwärmer, liegen nur noch die Inertgase gasförmig vor. Somit können sie erst nach demΕinbringen und der Kondensation des evti. mit inertgasen vermischten Wasserdampfes im Vorwärmer entnommen werden. Weiterhin muss die Entnahme vor dem Wiedereintritt der Inertgase in den Reaktorraum aus dem der im Kreis zu führende Wasserdampf entnommen wird erfolgen.
Mit Anspruch 15 wird eine Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse beansprucht, die sich dadurch auszeichnet, dass zur Steuerung der Reaktorinnentemperatur ein druckgesteuertes Ventil vorgesehen ist, welches periodisch oder kontinuierlich Wasserdampf aus dem Reaktor abzieht und dadurch den Innendruck so einstellt, dass die Siedetemperatur des Wassers im Reaktor mit der gewünschten Reaktorinnentemperatur übereinstimmt.
Mit Anspruch 16 wird eine Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse beansprucht, die sich dadurch auszeichnet, dass dieses Ventil auch über eine Temperaturmessung im Reaktor angesteuert werden kann und bei Überschreiten der gewünschten Reaktorinnentemperatur periodisch oder kontinuierlich Dampf abzieht.
Mit Anspruch 17 wird als bevorzugte Vorrichtungsvariante beansprucht, dass die Druck- und Temperaturregelung auch kombiniert werden kann damit die Reaktorinnentemperatur noch besser steuerbar wird.
Mit Anspruch 18 wird als bevorzugte Vorrichtungsvariante beansprucht, dass die Steuerung der Entnahme der Inertgase durch eine Druckmessung (am Rohrrand) und eine Temperaturmessung (am Rohrrand oder direkt in der Biomasse) in der Umgebung des Entnahmepunktes erfolgt. Liegt am Punkt der Entnahme eine hohe Konzentration von Inertgasen vor, so kann der gemessene Druck weit oberhalb des Siededrucks von Wasser der der gemessenen Temperatur entspricht, liegen. Eine geringe Konzentration an Inertgasen liegt erst dann vor, wenn der gemessene Druck gleich dem oder leicht oberhalb des Siededrucks von Wasser, der der gemessenen Temperatur entspricht, liegt. Somit ist aus der gemessenen Temperatur mittels eines geeigneten Algorithmus in geeigneten Abständen der korrespondierende Siededruck von Wasser zu ermitteln. Die Entnahme ist solange fortzusetzen, bis sich der gemessene Druck dem berechneten Druck hinreichend angenähert hat.
Ausführungsbeispiel
Abb. 1 zeigt eine Vorrichtungsvariante zur Umsetzung des oben erläuterten Verfahrens zur Dampfentnahme und dessen Wiedereinbringung für eine kontinuierliche Prozessführung. Abb. 2 zeigt eine Vorrichtungsvariante zur Umsetzung des oben erläuterten Verfahrens zur Dampfentnahme und dessen Wiedereinbringung für eine kontinuierliche Prozessführung.
Abb. 3 zeigt eine Vorrichtungsvariante zur Umsetzung des oben erläuterten Verfahrens zur Dampfentnahme und dessen Wiedereinbringung für eine diskontinuierliche Prozessführung.
Abb. 4 zeigt eine Vorrichtung zur Steuerung der Reaktortemperatur über den Reaktorinnendruck.
Abb. 5 zeigt eine Vorrichtung zur Steuerung der Reaktortemperatur über die Reaktorinnentemperatur. Abb. 6 zeigt eine Vorrichtungsvariante zur Umsetzung des oben erläuterten Verfahrens zur Trennung von Wasser und Kohle unmittelbar nach dem Austritt aus dem Reaktor.
Abb. 7 zeigt eine Vorrichtungsvariante zur Umsetzung des oben erläuterten Verfahrens der Kreislaufführung des abgetrennten Wassers. Abb. 8 zeigt den Algorithmus zur Umsetzung des oben erläuterten Verfahrens Steuerung des Zeitpunkts der Dampfentnahme.
Abb. 9 zeigt eine Vorrichtungsvariante zur Umsetzung des oben erläuterten Verfahrens der Entnahme von Inertgasen zwischen dem Punkt des Einbringens des Wasserdampfes und dem Punkt der Entnahme des Wasserdampfes. Abb. 10 zeigt eine Vorrichtung zur Steuerung der Entnahme von Inertgasen.
Eine Anlage für die hydrothermale Karbonisierung von Biomasse, kurz HTC-Anlage, umfasst als Hauptbestandteile (Abb. 1 , Abb. 2) einen Reaktor (4), einen Vorwärmer (1 ) und einen Nachbereiter (9). Der Reaktor (4) ist so ausgebildet, dass in ihm ein Reaktorinnendruck herrschen kann, der über einem Umgebungsdruck liegt. Der Innendruck des Vorwärmers (1 ) und/oder des Nachbereiters (9) kann geringer sein als der Reaktorinnendruck, dem Umgebungsdruck entsprechen oder darüber liegen. Liegen die Drücke im Vorwärmers (1) und im Nachbereiter (9) unter dem des Reaktors (4) (Abb. 1) wird zwischen dem Vorwärmer (1 ) und dem Reaktor (4) eine Einrichtung zur Druckerhöhung (5) und zwischen dem Reaktor (4) und dem Nachbereiter (9) eine Vorrichtung zur Druckminderung (11) vorgesehen. Liegt der Druck im Vorwärmer (1 ) über dem Druck des Reaktors (4) (Abb. 2), und der Druck des Reaktors (4) über dem des Nachbereiters (9), so ist zwischen dem Vorwärmer (1) und dem Reaktor (4) eine Vorrichtung zur Druckabsenkung (5) bzw. zwischen Reaktor (4) und Nachbereiter (9) eine Vorrichtung zur Druckabsenkung (11) vorgesehen. An dem Reaktor (4) ist mindestens ein Ventil (6) angebracht, über das in dessen geöffnetem Zustand z.B. Wasserdampf aus dem Inneren des Reaktors nach außen entweichen kann, wie weiter unten näher erläutert ist. Im kontinuierlichen Betrieb einer HTC-Anlage (Abb. 1) wird der Vorwärmer (1 ) mit Biomasse (2) befüllt. Die Biomasse wird unter anderem durch das Einbringen von Dampf durch ein Ventil (3) auf die minimale Reaktionstemperatur die je nach Biomasse zwischen 1800C und 230 0C liegt erwärmt und in den Reaktor (4) gefördert. Zwischen Vorwärmer und Reaktor ist die Einrichtung zur Druckerhöhung (5) vorgesehen, um eine Druckerhöhung zwischen Vorwärmer (1) und Reaktor (4) zu realisieren. Während der hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse wird aus dem Reaktor durch mindestens ein Ventil (6) Dampf (7) entnommen und so der Reaktorinnendruck so eingestellt, dass der Reaktor durch die Verdampfung von Wasser gekühlt wird. Der Innendruck wird also so gewählt, dass die Verdampfungstemperatur von Wasser der gewünschten Reaktorinnentemperatur entspricht. Der entnommene Dampf (7) wird ganz oder teilweise im Kreis geführt und über ein Ventil (3) wieder in den Vorwärmer (1) eingebracht. Zusätzlich kann der Dampf zur Verwendung in den Nachbereiter (9) durch ein Ventil (10) eingebracht werden. Zwischen Reaktor (4) und Nachbereiter (9) ist eine Vorrichtung zur Druckminderung (11) vorgesehen. Zusätzlich kann eine Vorrichtung (8) zur Zwischenspeicherung des Dampfes vorgesehen werden. Durch die Druckerhöhung zwischen Vorwärmer (1) und Reaktor (4) ist es möglich, den Dampf ohne eine Kompression direkt dem Vorwärmer (1) zuzuführen. Durch die Druckminderung zwischen Reaktor (4) und Nachbereiter (9) ist es möglich, den Dampf (7) ohne eine Kompression direkt dem Nachbereiter (9) zuzuführen. Das Produkt (12) wird anschließend aus dem Nachbereiter (9) abgeführt.
Der Druck im Vorwärmer einer HTC-Anlage kann weiterhin über dem Druck im Reaktor liegen (Abb. 2). Im kontinuierlichen Betrieb wird die Biomasse (2) in den Vorwärmer (1) eingebracht. Die Biomasse wird unter anderem durch das einbringen von Dampf durch ein Ventil (3) auf die Starttemperatur der Reaktion die je nach Biomasse zwischen 1800C und 2300C liegen kann vorgewärmt. Anschließend wird sie in den Reaktor (4) eingebracht. Zwischen Vorwärmer (1) und Reaktor (4) eine Vorrichtung zur Druckminderung (5) vorgesehen, um eine Druckminderung zwischen Vorwärmer und Reaktor zu erreichen. Während der Reaktion im Reaktor (4) wird über mindestens ein Ventil (6) Dampf (7) entnommen und dadurch der Reaktorinnendruck so eingestellt, dass die Reaktionswärme zur Verdampfung des Wassers aufgewendet wird. Der entnommene Wasserdampf (7) wird ganz oder teilweise im Kreis geführt und über einen ein- oder mehrstufigen Verdichter (13) komprimiert und über ein Ventil (3) in den Vorwärmer (1) eingebracht. Dort wird die Biomasse durch die Kondensation des eingebrachten Wasserdampfes vorgewärmt. Zusätzlich kann der Dampf zur Verwendung in den Nachbereiter (9) durch ein Ventil (10) eingebracht werden. Zwischen Reaktor (4) und Nachbereiter (9) ist eine Vorrichtung zur Druckminderung (11) vorgesehen. Zusätzlich kann eine Vorrichtung (8) zur Zwischenspeicherung des Dampfes (7) vorgesehen werden. Durch die Druckminderung zwischen Reaktor (4) und Nachbereiter (9) ist es möglich, den Dampf (7) ohne eine Kompression direkt dem Nachbereiter (9) zuzuführen. Das Produkt (12) wird anschließend aus dem Nachbereiter (9) abgeführt.
Im diskontinuierlichen Betrieb der HTC-Anlage (Abb. 3) wird die Biomasse (1) im Reaktionsbehälter (2), der sowohl als Vorwärmer, Reaktor als auch als Nachbereiter dient, unter anderem durch das Einbringen von Dampf (3) auf die minimale Reaktionstemperatur erwärmt. Durch die einsetzende Reaktion findet eine selbständige Weitererhitzung des Reaktors statt. Aus dem Reaktor wird durch mindestens ein Ventil (4) Dampf (5) entnommen und dadurch der Reaktorinnendruck so eingestellt, dass der Reaktor durch die Verdampfung von Wasser gekühlt wird. Der Innendruck wird also so gewählt, dass die Verdampfungstemperatur von Wasser der gewünschten Reaktorinnentemperatur entspricht. Der entnommene Dampf wird ganz oder teilweise im Kreis geführt und wieder zur Vorwärmer verwendet. Dazu wird eine Vorrichtung (6) zur Zwischenspeicherung des Dampfes vorgesehen. Werden mehrere Reaktionsbehälter parallel betrieben, so kann für alle Reaktionsbehälter Dampf aus der Speichervorrichtung entnommen bzw. zugeführt werden.
Die Vorrichtung zur Steuerung der Temperatur (Abb. 4) des Reaktors (1 ) kann durch ein druckgesteuertes Ventil (2) realisiert werden. Der Öffnedruck des Ventils wird durch eine Steuerung so eingestellt, dass die Siedetemperatur von Wasser der gewünschten Reaktorinnentemperatur entspricht. Durch Freisetzung von Reaktionswärme verdampft Wasser innerhalb des Reaktors, der Druck steigt an, das Ventil öffnet und lässt Wasserdampf (3) entweichen. Durch die resultierende Druckabsenkung im Reaktor sinkt auch die Temperatur. Wird der Solldruck wieder unterschritten, schließt das Ventil. Die Wasserdampfentnahme kann auch kontinuierlich erfolgen, wenn die Entnahmemenge so dosiert wird, dass der Reaktorinnendruck um den Sollwert schwankt. Die freigesetzte Reaktionswärme wird auf diese Weise zur Verdampfung von Wasser aufgewendet und dem Reaktor entzogen.
Alternativ kann die Vorrichtung zur Steuerung der Temperatur (Abb. 5) des Reaktors (1 ) auch so ausgeführt werden, dass die Steuerung des Ventils (3) über eine Temperaturmessung erfolgt. Die Ventilsteuerung ist dann entsprechend mit einem Temperatursensor zum Erfassen der Reaktorinnentemperatur verbunden. Sobald die gewünschte Reaktorinnentemperatur überschritten wird, bewirkt die Ventilsteuerung ein Öffnen des Ventils und es wird so lange Wasserdampf (3) entnommen bis die gewünschte Reaktorinnentemperatur wieder unterschritten ist. Das Ventil schließt wieder. Die Wasserdampfentnahme kann auch kontinuierlich erfolgen, wenn die Entnahmemenge so dosiert wird, dass die Reaktorinnentemperatur um den Sollwert schwankt.
Die Trennung von Wasser und Kohle (Abb. 6) erfolgt in einem Trenner (3) in den das Reaktionsgemisch (2) nach Austritt aus dem HTC-Reaktor (1) ohne eine vorherige Entspannung auf Umgebungsdruck eintritt. Die separierte Kohle (5) wird anschließend in einer Druckschleuse (4) auf Umgebungsdruck entspannt. Der bei der Flashverdampfung entstehende Dampf (9) wird aus der Schleuse abgeführt. Das separierte Wasser (8) wird nach dem Austritt aus dem Trenner (3) durch einen Wärmeübertrager (6) geführt, gekühlt und über eine Drossel (alternativ einen Antrieb) (7), auf Umgebungsdruck entspannt. Die Trennung kann zum Beispiel zwischen den Reaktor (4 in Abb. 1 oder 2) und den Nachbereiter (9 in Abb. 1 oder 2) eingefügt werden, wobei die abgetrennte Kohle (5) - vor oder nach der Entspannung in der Druckschleuse - in den Nachbereiter (9 in Abb. 1 oder 2) eintritt.
Die Kreislaufführung des Wassers (Abb. 7) kann zum Beispiel wie folgt realisiert werden: Das Kohle- und Wassergemisch (4) wird nach Abschluss der hydrothermalen Karbonisierungsreaktion ohne eine Entspannung auf Umgebungsdruck aus dem Reaktor (3) entnommen und in den Trenner (5) eingebracht. Dort wird die Kohle entwässert aus dem Trenner abgeführt (6) und über eine Druckschleuse (7) entspannt. Der bei der Flashverdampfung entstehende Dampf (14) wird aus der Druckschleuse abgeführt. Das separierte Wasser (8) wird ebenfalls aus dem Trenner (5) abgeführt. Ein Teil davon (10) wird dann mittels einer Pumpe (11) über ein Ventil (12) in den Vorwärmer (1 ) (alternativ oder zusätzlich den Reaktor (3)) eingebracht und mit der dort eintretenden Biomasse (14) vermischt. Das nicht im Kreis geführte Wasser (9) wird über eine Drossel (alternativ einen Antrieb) (13) entspannt und aus der HTC-Anlage abgeführt. Das nicht im Kreis geführte Wasser kann ebenfalls wie in Abb. 6 gezeigt durch einen Wärmeübertrager rückgekühlt werden, um die so gewonnene Wärme an anderer Stelle wieder in die HTC-Anlage einzubringen oder anderweitig zu nutzen. Die Zwischenspeicherung (Abb. 8) der Reaktionswärme in einem ersten Reaktor durch die Erwärmung des Reaktorinhalts bis sie in einem weiteren Reaktor genutzt werden kann stellt sich beispielsweise so dar: Reaktor 1 wird vorgewärmt (a), die Reaktion setzt nach Überschreitung der minimalen Reaktionstemperatur ein und heizt den Reaktorinhalt auf (b), wobei die Kühlung durch eine Wärmeentnahme zum Beispiel über Wärmeübertrager oder eine Dampfentnahme noch nicht sofort einsetzt. Parallel wird Reaktor 2 entleert und wieder befüllt (c). Erst nach Abschluss dieser Arbeiten setzt die Reaktorkühlung des Reaktor 1 durch eine Wärmeabfuhr ein (d). Die jetzt entnommene Wärme kann direkt zur Vorwärmung der Biomasse in Reaktor 2 eingesetzt werden (e). Überschreitet die Reaktorinnentemperatur des ersten Reaktors die minimale Reaktionstemperatur, so wird die Wärme wiederum durch Erwärmung des gesamten Reaktorinhalts zwischengespeichert (f) bis ein weiterer Reaktor einen Wärmebedarf z.B. zur Temperaturhaltung, zur Nachbereitung oder zur Vorwärmung hat oder die Wärme anderweitig verwendet werden kann.
Der Punkt der Entnahme der Inertgase wird wie in Abb. 9 gezeigt gewähit: Die Biomasse (1 ) wird in den Vorwärmer eingebracht und durch die Kondensation des durch ein Ventil (3) eingebrachten Wasserdampfs (8) vorgewärmt. Der Wasserdampf wurde vorher aus dem Reaktor (5) durch ein Ventil (6) entnommen. Der Entgasungsdom (4) liegt zwischen dem Punkt der Einbringung und Kondensation des Wasserdampfes im Vorwärmer und der Entnahme des Wasserdampfes aus dem Reaktor. Die Inertgase (9), die über ein steuerbares Ventil (4) abgeführt werden, haben nur zwischen diesen beiden Punkten eine geringe Feuchte und können so einfach abgeführt werden. Die aus dem Reaktor (5) entnommene Kohle (7) kann wie in Abb. 1 ausgeführt weiterhin in einen Nachbereiter eingebracht werden.
Die Vorrichtung zur Entnahme der Inertgase kann durch ein druck- und temperaturgesteuertes Ventil (5) realisiert werden (Abb. 10). Aus der mit dem Temperatursensor (3) gemessenen Temperatur wird mit einem geeigneten Algorithmus in geeigneten Abständen der korrespondierende Siededruck von Wasser ermittelt. Liegt der mit dem Drucksensor (2) gemessene Druck nicht nur marginal darüber, so öffnet sich das Ventil (5) und die Inertgase (6) können ausströmen. Es schließt erst dann wieder, wenn sich der mit dem Drucksensor (2) aufgenommene Druck, dem Siededruck von Wasser, der mit der durch den Temperatursensor (3) aufgenommenen Temperatur korrespondiert hinreichend angenähert hat.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer HTC-Anlage zur Erzeugung von Kohle oder Humus durch hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse in einem
Reaktor, dadurch gekennzeichnet, dass Reaktionswärme aus dem Reaktor in
Form von Wasserdampf abgeführt wird und so die Reaktorinnentemperatur gesteuert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der entnommene
Wasserdampf komprimiert wird und dann in einen Vorwärmer und/oder in einen Nachbereiter eingebracht wird.
3. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Druck im Vorwärmer und/oder im
Nachbereiter niedriger als im Reaktor ist und der entnommene Wasserdampf ohne Kompression in den Vorwärmer und/oder in den Nachbereiter eingebracht wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die HTC-Anlage kontinuierlich oder diskontinuierlich arbeitet oder kontinuierliche und diskontinuierliche Prozessschritte aufweist.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass mehrere HTC-Anlagen parallel betrieben werden und Wärme in Form unterschiedlicher Aggregatzustände des Pro∑essvvassers zwischen zwei oder mehr parallel arbeitenden Anlagen durch Rohre mit dem Ziel einer weiteren Verbesserung der Energiebilanz abgeleitet bzw. zugeführt wird.
6. Verfahren alleinstehend oder nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine Trennung von Kohle und Wasser im Anschluss an die hydrothermale Karbonisierung in einer HTC- Anlage vor der Entspannung des Wasser- und Kohlegemisches auf
Umgebungsdruck erfolgt.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das in einer HTC-Anlage nach der Reaktion von der Kohle abgetrennte Wasser der Biomasse vor Beginn der Reaktion beigemischt wird.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das in einer HTC-Anlage nach der Reaktion von der Kohle abgetrennte Wasser der Biomasse während der Reaktion beigemischt wird.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmekapazität des Reaktorinhalts erhöht wird, um den Zeitpunkt der Nutzung der Reaktionswärme steuern zu können.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs einer HTC-Anlage die Reaktionswärme in einem Reaktor solange durch Erwärmung des Reaktorinhalts zwischengespeichert wird, bis sie anderweitig genutzt werden kann oder durch eine weitere Erwärmung die maximal zulässige Reaktorinnentemperatur überschritten würde.
11.Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Biomasse vor Beginn der hydrothermalen
Karbonisierungsreaktion in einer HTC-Anlage soviel Wasser beigemischt wird, dass sie von Wasser umschlossen ist.
12. Verfahren alleinstehend oder nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, das die auf Reaktionstemperatur gebrachte Biomasse durch eine Umwälzung immer wieder mit Wasser in Kontakt gebracht wird.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die in einer HTC-Anlage freiwerdende Wärme zur Eindampfung des Reaktionswassers genutzt wird.
14. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Punkt der Entnahme von Inertgasen zwischen dem Punkt der Kondensation des in den Vorwärmer eingebrachten
Wasserdampfes und dem Punkt der Entnahme des Wasserdampfes aus dem Reaktor erfolgt.
15. Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung (HTC) von Biomasse mit einer HTC-Anlage, die einen Reaktor aufweist, gekennzeichnet durch ein steuerbares Ventil welches angeordnet und ausgebildet ist, bei einem vorgegebenen Reaktorinnendruck ein Ablassen von Dampf aus dem Reaktor zu bewirken, sowie einer Steuerung, die mit einem Drucksensor zum Erfassen des Reaktorinnendrucks verbunden und ausgebildet ist, das steuerbare Ventil in Abhängigkeit des erfassten Druckes so anzusteuern, dass der
Reaktorinnendruck einen maximalen Reaktorinnendruck nicht überschreitet, welcher dem Siededruck von Wasser bei der gewünschten Reaktorinnentemperatur entspricht, wobei Steuerung ausgebildet ist, den Reaktorinnendruck über die Entnahme von Wasserdampf aus dem Reaktor zu steuern.
16. Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung (HTC) von Biomasse mit einer HTC-Anlage, die einen Reaktor aufweist, gekennzeichnet durch ein steuerbares Ventil welches angeordnet und ausgebildet ist, bei einem vorgegebenen Reaktorinnendruck ein Ablassen von Dampf aus dem Reaktor zu bewirken, sowie eine Steuerung, die mit einem Temperaturmesssensor zum Erfassen der Reaktorinnentemperatur verbunden und ausgebildet ist, das steuerbare Ventil in Abhängigkeit der erfassten Temperatur so anzusteuern, dass die Reaktorinnentemperatur eine maximale Reaktorinnentemperatur nicht überschreitet, wobei die Steuerung ausgebildet ist, die
Reaktorinnentemperatur über die Entnahme von Wasserdampf aus dem Reaktor zu steuern.
17. Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung (HTC) von Biomasse mit einer HTC-Anlage, gekennzeichnet durch eine Kombination der in Anspruch 15 und 16 beschriebenen druck- und temperaturbasierten Steuerung der
Reaktorinnentemperatur mit dem Ziel, das Temperaturfenster der Reaktorinnentemperatur weiter einzuengen.
18. Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse mit einer HTC- Anlage nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch ein steuerbares Ventil, welches angeordnet und ausgebildet ist, ein Ablassen von Gas zu bewirken, und eine Steuerung, die mit einem Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur in unmittelbarer Umgebung des Entnahmepunkts und einem Drucksensor zum Erfassen des Druckes in unmittelbarer Umgebung des Entnahmepunkts verbunden und ausgebildet ist, das verbundene Ventil in Abhängigkeit der erfassten Temperatur und des erfassten Druckes so anzusteuern, dass der gemessene Druck über dem mit der gemessenen Temperatur korrespondierenden Siededruck von Wasser liegt.
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