WO2020176917A1 - Verfahren zur rückgewinnung zumindest eines in einer biomasse enthaltenen wertstoffes - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for thermo-chemi see treatment of biomass, in particular organic waste products, and the recovery of at least one valuable material contained in the biomass.
- DE 10 2008 028 241 A1 describes a device for thermo-chemi see Elmwand development of biomass in a fuel gas.
- the device consists of a screw reactor and another reactor.
- the biomass is dried and pyrolysed with the exclusion of air, the pyrolysis coke produced in the process, the pyrolysis gas and water vapor being fed together to the further reactor, which is filled with the formation of a pyrolysis coke bed.
- partial oxidation takes place through the sub-stoichiometric addition of a gasification agent, in particular air.
- the long-chain tar molecules are at least partially split up.
- the residues are withdrawn from the further reactor at the bottom by means of a withdrawal device.
- a large number of interior extensions extending at least partially in the direction of gravity are provided.
- the resulting fuel gas is fed to a gas filter and a gas cooler via its own outlet openings.
- the cleaned fuel gas flowing out of the outlet of the gas cooler is then fed to a gas engine, for example.
- the electrical energy generated in the gas engine can be fed into the supply network, whereby the heat generated can also be used to heat the aforementioned screw reactor.
- the object of the present invention was to provide a method by means of which a user is able to treat a biomass in such a way that at least one valuable material contained therein can be recovered and thus a residue product is created, which in particular as Fertilizers can be used. Furthermore, the burning of biomass as a classic disposal route is also to be avoided. This object is achieved by a method according to the claims.
- the method is used to see thermo-chemical treatment of biomass, in particular of organic waste products such as sewage sludge, slaughterhouse waste, animal meal, excrement, and the recovery of at least one valuable material contained in the biomass. At least the following steps are carried out in a treatment system:
- a controlled process sequence is created in which a residue product with the at least one contained therein Recyclable material is obtained.
- the treatment takes place in an at least two-stage process, this being done by feeding the biomass to be treated into the pyrolysis reactor and the further post-treatment of the pyrolysis coke produced there from the coke gasifier by means of thermo-chemical decomposition.
- the gas produced in each case is burned for a combustion process in a separate burner device.
- pollutants or additives previously contained in the biomass can be separated or disposed of and filtered out.
- a sufficient amount of heat energy is provided, which can be used within the treatment plant for a wide variety of purposes.
- At least a portion of the flue gas produced in the combustion device is fed to the coke gasifier to its operation for further thermal treatment of the pyrolysis coke.
- a procedure is advantageous in which the pyrolysis gas formed in the pyrolysis reactor is collected in a collecting container immediately after it has been discharged from the pyrolysis reactor and before being passed on to the burner, and dust-like components still in the pyrolysis gas are deposited in the collecting container .
- the pyrolysis gas formed in the pyrolysis reactor is collected in a collecting container immediately after it has been discharged from the pyrolysis reactor and before being passed on to the burner, and dust-like components still in the pyrolysis gas are deposited in the collecting container .
- Another advantageous procedure is characterized in that the pyrolysis gas and / or the gasifier gas are or will be fed to the combustion device at a temperature of at least 400 ° C. Through the selected minimum temperature, unwanted condensation of gas components in the gas lines up to the combustion device can be avoided.
- An alternative procedure provides that heat energy is withdrawn from the carburetor gas before it is fed into the combustion device and / or before it is fed into the internal combustion engine and is thereby cooled to a temperature value that comes from a temperature value range whose lower limit is 100 ° C., in particular 150 ° C., and its upper limit is 400 ° C., in particular 250 ° C.
- a certain amount of thermal energy can be withdrawn from the carburetor gas before it is fed into the combustion device and / or the combustion engine, which can be used by means of the heat exchanger on a further system component provided for this purpose.
- a variant of the method is also advantageous in which the pyrolysis gas and the gasifier gas are fed to the combustion device separately from one another.
- the pyrolysis gas and the carburetor gas are fed to the combustion device separately from one another.
- Another procedure is characterized in that the pyrolysis coke discharged from the pyrolysis reactor is conveyed into an intermediate container before being fed into the coke gasifier.
- independent operation of the pyrolysis reactor and the coke gasifier can be achieved within certain limits.
- the amount withdrawn from the intermediate container and thus the degree of filling of the coke gasifier can also be adjusted for an optimal process sequence.
- a procedure is advantageous in which the pyrolysis coke is conveyed from the intermediate container to the coke gasifier by means of a screw conveyor and a rotary valve located downstream of the screw conveyor. This enables a controlled and safe filling of the coke gasifier to be achieved.
- the coke gasifier comprises a screw conveyor and the pyrolysis coke conveyed further from the pyrolysis reactor is fed to the coke gasifier by means of a connecting line directly and shut off from the external ambient conditions. The treatment of the pyrolysis coke in the coke gasifier can thus be continued without a high loss of heat. In addition, long transport routes and intermediate storage can be saved.
- Another advantageous procedure is characterized in that the flue gas diverted from the combustion device, in particular before being fed into the coke gasifier, is passed through a heat exchanger and thermal energy is withdrawn from the flue gas.
- the thermal energy contained in the flue gas can be used and the flue gas can be cooled from 1,000 ° C to around 200 ° C, for example.
- the saucetau shear can supply a hot water system, this thermal energy for dewatering and / or drying of the biomass can be supplied to the pyrolysis reactor before it is supplied.
- a variant of the method is also advantageous in which the flue gas discharged from the combustion device, in particular before being fed into the coke gasifier, is passed through a filter device and is filtered in the process. In this way, suspended matter, pollutants or the like contained in the flue gas can be filtered out in order to be able to feed a cleaned flue gas to the coke gasifier for renewed combustion.
- Another approach is distinguished when oxygen, in particular in the form of ambient air, is added to the flue gas before it is fed into the coke gasifier.
- oxygen in particular in the form of ambient air
- the intensity of the combustion of the flue gas in the coke gasifier can be precisely matched to the respective treatment process.
- the higher the amount of oxygen supplied to the flue gas the more the gasification temperature or the combustion temperature can be increased.
- a variant of the method is also advantageous in which the flue gas, which may have been enriched with oxygen, is fed to the coke gasifier at a pressure which is higher than the ambient atmospheric pressure.
- the flue gas which may have been enriched with oxygen
- the coke gasifier is fed from this via the connecting line to the pyrolysis reactor, in particular is fed at a pressure that is higher than the ambient atmospheric pressure.
- a countercurrent movement with respect to the conveying direction of the pyrolysis coke in the connecting line can thus be achieved.
- a filter effect and, associated with this, a cleaning effect of the carburetor gas can be achieved within the connection line.
- Another approach is characterized when the pyrolysis gas and the gasifier gas fed to the pyrolysis reactor are fed together to the combustion device. A mixture of the two gases can thus be formed upstream of the combustion device. In addition, better mixing can be achieved in this way.
- a procedure is advantageous in which the pyrolysis coke is gasified in the coke gasifier with a temperature value that comes from a temperature value range, the lower limit of which is 400 ° C., in particular 500 ° C., and the upper limit of which is 1,000 ° C., in particular 900 ° C. , is.
- a temperature value range the lower limit of which is 400 ° C., in particular 500 ° C.
- the upper limit of which is 1,000 ° C., in particular 900 ° C.
- Another advantageous procedure is characterized in that the temperature value for the gasification of the pyrolysis coke in the coke gasifier is set by means of the proportion of added oxygen, in particular of mixed ambient air, to the flue gas.
- the controlled addition of oxygen to the flue gas enables targeted control of the gasification temperature in the coke gasifier. This can counteract sintering or fusion of the residue product, which can be the case if the temperatures chosen are too high.
- a variant of the method is also advantageous in which at least a proportion of the biomass to be treated is dewatered to a moisture value by means of a dewatering device before being fed into the pyrolysis reactor, which comes from a moisture value range, the lower limit of which is 70% by weight, in particular 80% by weight, and its upper limit is 95% by weight, in particular 90% by weight.
- a certain amount of pre-drying of the biomass and a reduction in the water content can be achieved.
- Another procedure is characterized by the fact that at least a proportion of the biomass to be treated is dried by means of a drying device to a moisture value that comes from a moisture value range, the lower limit of which is 3% by weight, before being fed into the pyrolysis reactor. in particular 5% by weight, and its upper limit is 20% by weight, in particular 10% by weight. This allows the moisture value to be reduced even further, which means that better and more trouble-free operation can be achieved in the subsequent pyrolysis reactor.
- the thermal energy withdrawn from the flue gas in the heat exchanger is fed to the drying device.
- the thermal energy contained in the flue gas can also be used when the treatment plant is in operation, without additional heat energy having to be supplied or made available.
- Another advantageous procedure is characterized in that the mass flow of the biomass fed to the pyrolysis reactor is determined. A safer and more uniform operation of the treatment system can thus be achieved.
- a variant of the method is also advantageous in which the biomass to be treated is fed to the pyrolysis reactor in a gas-tight manner by means of a lock system. In this way, unwanted access of oxygen into the interior of the pyrolysis reactor and thus in its treatment zone when the pyrolysis reactor is being filled can be prevented.
- FIG. 1 shows a system diagram of a treatment system with indicated system components
- Fig. 2 shows a further system scheme with a combined treatment unit of py rolysis reactor and coke gasifier
- FIG. 3 shows a further possible system scheme of the treatment system according to FIG. 1, with an additional heat exchanger.
- the same parts are provided with the same reference numerals or the same component designations, and the disclosures contained in the entire description can be transferred accordingly to the same parts with the same reference numerals or the same component names.
- the position details chosen in the description, such as above, below, side, etc., refer to the figure immediately described and shown and these position details are to be transferred accordingly to the new position in the event of a change in position.
- FIG. 1 a system diagram of a treatment system 1 is shown in a simplified and highly stylized manner, which comprises at least one pyrolysis reactor 2, at least one coke gasifier 3 and at least one combustion device 4.
- the treatment system 1 is basically intended to treat biomass 5 in a thermo-chemical treatment process or thermo-chemical treatment process, the recovery of at least one valuable material contained in the biomass 5 being aimed at as one of the goals.
- the valuable material can e.g. Phosphorus (P) or a phosphorus compound such as e.g. P2O5, potassium, calcium, magnesium or the like.
- biomass 5 here in particular organic waste products such as sewage sludge, slaughterhouse waste, animal meal, excrement or the like are understood.
- a first possibility is thermal recovery through incineration in waste incineration plants, a cement works or similar plants.
- Another possibility, especially in the case of sewage sludge, is agricultural spreading in the fields. However, all of the pollutants, microplastics and the like contained in the sewage sludge are distributed across the fields and thus end up in the groundwater. Finally, composting or soil can also take place.
- the plant components described above, namely the pyrolysis reactor 2, the coke gasifier 3 and the combustion device 4 form the basic components of the treatment plant 1 for the intended recovery of at least one valuable material contained in the biomass, where further plant components are possible and represent a supplement can.
- At least a proportion of the biomass 5, but in particular the entire amount of biomass 5 to be treated, can be dewatered to a moisture value in a dewatering device 6 before being fed into the pyrolysis reactor 2, which comes from a moisture value range of which lower limit 70% by weight, in particular 80% by weight, and its upper limit is 95% by weight, in particular 90% by weight, based on the total mass of the biomass 5.
- At least a proportion of the biomass 5 to be treated can be dried in a drying device 7 in a drying device 7 before being fed into the pyrolysis reactor 2 originates from a moisture range, the lower limit of which is 3% by weight, in particular 5% by weight, and the upper limit of which is 20% by weight, in particular 10% by weight.
- the entire amount of biomass 5 to be treated is subjected to predrying. If both the dewatering device 6 and the drying device 7 are seen, they can form a drying system.
- the biomass 5 to be treated can be fed to the pyrolysis reactor 2 with the previously described moisture reduction and / or without the previously described moisture reduction. It is still possible to determine the mass flow of the biomass 5 fed to the pyrolysis reactor 2 and, if necessary, to store or store it in a control device 8.
- the control device 8 also serves to monitor the entire process of biomass treatment from its delivery to the end of the entire treatment process and to control all system parts or system components according to predetermined process steps.
- the respective communication connections between the control device 8 and the individual system parts or system components are indicated in dashed lines.
- the feeding of the biomass 5 into the pyrolysis reactor 2 can take place in a preferably gas-tight manner by means of a lock system 9, such as a vertical rotary lock.
- thermo-chemical conversion of the biomass 5 takes place in it, which can be referred to as a pyrolysis process.
- a thermo-chemical conversion of the biomass 5 takes place in it, which can be referred to as a pyrolysis process.
- thermal decomposition of the biomass 5 in pyrolysis coke and pyrolysis gas each with a wide variety of components.
- the pyrolysis coke is predominantly a solid fraction, which can also be referred to as carbonizate.
- the pyrolysis reactor 2 can for example be designed as a screw reactor in which the thermal decomposition of the biomass 5 takes place at a temperature in a temperature range between 400 ° C, in particular 450 ° C, and 600 ° C, in particular 550 ° C. This process takes place under reduced oxygen conditions with a residence time between 20 and 30 minutes. There can be a low oxygen concentration of less than 5% in the pyrolysis reactor 2.
- the pyrolysis gas produced is mostly an oil / gas mixture, possibly with dust-like fractions.
- the pyrolysis coke produced in the process and the pyrolysis gas are discharged or diverted from the pyrolysis reactor 2 in a spatially separated manner.
- the further treatment of the pyrolysis coke with the possible process steps is described below.
- the pyrolysis coke formed in the pyrolysis reactor 2 from the biomass 5 is now in principle Lich to carry out a further treatment step in the coke gasifier 3 facedgeför changed. This can be done in a direct way. However, it would still be possible for the pyrolysis coke discharged from the pyrolysis reactor 2 to be conveyed into an intermediate container 10 before being fed into the coke gasifier 3 and temporarily stored there.
- the removal from the intermediate container 10 or the step of further conveying the pyrolysis coke from the intermediate container 10 to the coke gasifier 3 can e.g. take place by means of a screw conveyor and a rotary valve arranged after the screw conveyor.
- the pyrolysis coke is further gasified in a subsequent treatment step.
- the pyrolysis coke is decomposed into a predominantly solid residue product, in particular a free-flowing residue product, and into a gasifier.
- the mostly solid residue product contains the at least one valuable material on which the recovery is directed.
- the residue product is spatially separated from the coke gasifier 3 discharged from the gasifier gas, whereby the residue product can be collected in an unspecified container.
- the gasifier gas is thus derived specifically from the coke gasifier 3.
- the pyrolysis gas produced in the pyrolysis reactor 2 from the biomass 5 is in turn passed into the combustion device 4, the pyrolysis gas being burned in the combustion device 4 with the formation of a flue gas.
- the resulting or formed flue gas is diverted from the combustion device 4.
- both gases namely the pyrolysis gas and the carburetor gas, are fed to the combustion device 4, they can be fed to the combustion device 4 spatially separated from one another and burned therein. Independently of this, however, both gases could also be fed together to the combustion device 4, as is indicated by an arrow shown in dash-dotted lines.
- the combustion gas produced during the operation of the internal combustion engine 11 could also be mixed with the flue gas fed to the coke gasifier 3. However, it would also be possible not to feed a portion of the flue gas diverted from the combustion device 4 to the coke gasifier 3, but rather either before it is passed through a filter device 13 and / or a heat exchanger 14 or after passing through the filter device 13 and / or the heat exchanger 14 for another thermal use. This can be for a wide variety of purposes, such as another combustion process, in a drying system, as a recirculation gas or the like.
- a further possible partial amount of the flue gas can e.g. take place before the heat exchanger 14 and / or after the heat exchanger 14.
- a portion of the flue gas is removed after the heat exchanger 14 and before the filter device 13 and fed to the combustion device 4 again.
- the feed line can e.g. take place before entry into the combustion device 4 in such a way that the partial amount of smoke gas is mixed with the pyrolysis gas and the two gases are fed together to the combustion device 4.
- a further partial amount of the flue gas could also be removed after passing through the filter device 13.
- This further possible part of the flue gas can be used in the drying device 7 as heat energy carriers during the drying process.
- the previously described removal of at least a partial amount from the total flow of the total amount of flue gas can take place, but does not have to be. It would also be possible to feed the entire flow of flue gas, that is, the entire amount of flue gas to the coke gasifier 3. If at least a partial amount or several partial amounts are withdrawn, this exemplary embodiment shown can be a maximum of four partial amounts and their withdrawal from the total amount or the total flow.
- a first partial amount must always be fed to the coke gasifier 3 in any case.
- the other subsets can be those which are supplied to the drying device 7, the combustion device 4 and the chimney 15. It should be mentioned that only one of the subsets described above can be withdrawn, or two subsets or even three subsets can be withdrawn.
- the chimney 15 is schematically seen in the flow direction of the flue gas to the coke gasifier 3, a admixing device 16 for additional oxygen arranged upstream of the flue gas.
- the purpose of the admixing device 16 is explained in more detail below.
- the pyrolysis gas formed or arising in the pyrolysis reactor 2 can be collected in a collecting container 12 immediately after it has been discharged from the pyrolysis reactor 2 and before it is passed on to the combustion device 4. This creates the possibility, while it is in the collecting container 12, that dust-like fractions that are still in the pyrolysis gas can be deposited in the collecting container 12.
- the pyrolysis gas consists predominantly of approx. 15-20% permanent gases and in addition each 100% of approx. 85-80% condensable components.
- the permanent gases can in particular be CO, CO2, H2, N2, H2S, CH4.
- the condensable components can primarily be H2O, organic compounds such as acetic acid, butyric acid, aromatic hydrocarbons, diverse hetero compounds or compounds of higher molecular weight (oils) or the like.
- the pyrolysis gas and / or the carburetor gas are or will be fed to the combustion device 4 at a temperature of at least 400 ° C. If the temperature in the supply lines is lower, this can lead to unwanted condensation in the line or in the lines.
- the gas diverted from the combustion device 4 is generally referred to as “flue gas”.
- flue gas the combustion product formed or arising during the joint combustion is referred to below as "flue gas" when both the pyrolysis gas and the gasifier gas are fed into the Brennvor direction 4.
- the combustion product "flue gas” still has a residual proportion of oxygen (O2), whereby the oxygen content in the flue gas can be around 5%.
- the flue gas is diverted from the combustion device 4, at least a portion of which is subsequently fed to the coke gasifier 3. It can thus be advantageous if the flue gas derived from the Brennvor device 4 is filtered in the filter device 13, in particular before being fed into the coke gasifier 3.
- this oxygen in particular in the form of ambient air, can be added or buried before the flue gas is fed into the coke gasifier 3. This can be done by means of the admixing device 16.
- the operating temperature of the coke gasifier 3 can subsequently be set within certain limits through the amount or proportion of added oxygen to the flue gas, and thus the temperature of the gasification of the py rolyse coke in the coke gasifier 3 can be determined.
- the pyrolysis coke can be gasified in the Koksverga ser 3 with a temperature value which comes from a temperature value range whose lower limit is 400 ° C, in particular 500 ° C, and whose upper limit is 1,000 ° C, in particular 900 ° C.
- the flue gas discharged from the combustion device 4 mostly has a very high temperature, e.g. between 800 ° C and 1,200 ° C, in particular from 1,000 ° C.
- the flue gas derived from the combustion device 4 in particular before being fed into the coke gasifier 3, can be passed through the heat exchanger 14.
- a portion of the thermal energy contained in the flue gas can be withdrawn.
- the withdrawn heat energy of the drying device 7 for dehumidification and drying of the biomass to be treated 5 before being fed into the pyrolysis Re actuator 2 and thus used to reduce the moisture.
- FIG. 2 shows and describes an embodiment variant of the treatment system 1 described in detail in FIG. 1 and the process steps that differ slightly therefrom or the process sequence that differs slightly therefrom.
- the same reference numerals or component names as in the previous FIG. 1 are used for the same parts. In order to avoid unnecessary repetition, reference is made to the detailed description in the preceding FIG. 1.
- the system structure of the treatment system 1 basically corresponds to that arrangement as shown and described in FIG. Therefore, a detailed description of the other parts of the system or system components is not given here. The description is to be transferred analogously from FIG. 1 to the embodiment shown.
- the coke gasifier 3 comprises a screw conveyor or is provided with it or is designed as a screw conveyor. This is shown schematically simplified.
- the coke gasifier 3 is preferably arranged below the pyrolysis reactor 2 and is in flow connection with it directly via its own connecting line 17.
- the connecting line 17 can for example be designed as a pipe in the form of a case shaft.
- the discharge area of the pyrolysis reactor 2 is thus in direct conveying or flow connection with the supply area of the coke gasifier 3.
- the connection line 17 connects the interior of the pyrolysis reactor 2 directly with the interior space of the coke gasifier 3. This means that the pyrolysis coke conveyed on from the pyrolysis reactor 2 can be conveyed or fed to the coke gasifier 3 while closing off the external ambient conditions.
- the flue gas diverted from the combustion device 4, in particular before being fed into the coke gasifier 3, is passed through a filter device 13 and filtered in the process.
- oxygen in particular in the form of ambient air, can be added to the flue gas before it is fed into the coke gasifier 3.
- the flue gas optionally enriched with oxygen, can preferably be fed to the coke gasifier 3 at a pressure which is higher than the ambient atmospheric pressure.
- the feed line into the interior of the coke gasifier 3 can be fed to only one feed line position or also to several feed line positions arranged distributed over the longitudinal extent.
- the at least one feed line position is preferably arranged in a longitudinal section at the end of the coke gasifier 3.
- the pyrolysis coke further treated in the coke gasifier 3 is forcibly conveyed further within the coke gasifier 3 from the supply area to the discharge area by the provision of the screw conveyor.
- This forced conveying movement By means of this forced conveying movement, better mixing and treatment of the pyrolysis coke in the coke gasifier 3 can also be achieved.
- the connecting line 17 has a predominantly low to completely vertical alignment.
- the coke gasifier housing can be designed as a hollow cylinder and thus as a tube.
- the longitudinal axis of the coke gasifier housing can preferably be oriented in an inclined manner with respect to a horizontal plane. The rising incline refers to the slope starting from the supply area towards the discharge area of the coke gasifier 3.
- thermo-chemical treatment of the biomass 5, which can also be referred to as gasification material, takes place by feeding the flue gas, which may be enriched with oxygen, into the interior of the coke gasifier 3.
- the biomass 5 e.g.
- plastics and / or plastic composites can also be thermally treated in the treatment system 1 and pyrolysis gas and pyrolysis coke can be formed therefrom.
- the gasifier gas is passed or pressed into the interior of the pyrolysis reactor 2 via the connecting line 17. This takes place in the countercurrent principle with respect to the conveying direction of the pyrolysis coke, in particular with a special pressure with respect to the ambient atmospheric pressure.
- the pyrolysis coke located in the connecting line 17 serves as a filter through which the gasifier gas must flow.
- the pyrolysis gas and the gasifier gas fed to the pyrolysis reactor 2 are then derived together from the interior of the pyrolysis reactor 2 and fed to the combustion device 4.
- FIG. 3 is a further possible embodiment variant of the treatment system 1 previously described in detail in FIG. 1 and the process steps that differ slightly therefrom or the process sequence that differs slightly therefrom is shown and described.
- the same reference numerals or component designations as in the preceding FIGS. 1 and 2 are again used for the same parts. In order to avoid unnecessary repetition, reference is made to the detailed description in the preceding FIGS. 1 and 2.
- the system structure of the treatment system 1 basically corresponds to that arrangement as shown and described in FIG. 1. Therefore, the detailed description of the other parts of the system or system components is not given here. The description is to be transferred analogously from FIG. 1 to the embodiment shown here. It should be mentioned that the coke gasifier 3 can, independently of this, also be designed as it was previously described and shown in detail in FIG.
- the gasifier gas diverted from the coke gasifier 3 separately from the residue product is in this embodiment before it is fed into the combustion device 4 and / or into the internal combustion engine 11 through a further heat exchanger 18 and thus a predetermined amount of heat is extracted from the gasifier gas.
- This intended reduction in the temperature of the carburetor gas is supplied to the Brennvorrich device 4 and / or the internal combustion engine 11 at a lower temperature.
- the temperature value of the cooled gasifier gas can originate or be selected from a temperature value range whose lower limit is 100 ° C., in particular 150 ° C., and whose upper limit is 400 ° C., in particular 250 ° C.
- a particularly preferred temperature value or temperature value range can e.g. 200 ° C ⁇ 20 ° C.
- This heat energy withdrawn from the gasifier gas by the further heat exchanger 18 can, for example, also be fed to the drying device 7 for dehumidifying and drying the biomass 5 to be treated before being fed into the pyrolysis reactor 2 and thus used to reduce the moisture.
- other system components can also be supplied with this thermal energy.
- return lines from the drying device 7 to the heat exchangers 14, 18, which have not been described in more detail before, are indicated and identified with the Roman numerals “I” and “II”.
- the line “I” here connects the first heat exchanger 14 to the drying device 7, with the other Line “II” also connects the further heat exchanger 18 with the drying device 7.
- drying device 7 it would also be possible, in addition to or instead of the drying device 7, to supply the heat energy withdrawn from the heat exchanger (s) 14, 18 with appropriate line connections. Usually a closed circuit with supply lines and return lines is provided. Since this is considered to be generally known, the detailed illustration is omitted for the sake of clarity.
- an actuator 19 is indicated in the line connection between the admixing device 16 and the coke gasifier 3, which is possibly in communication with the control device 8.
- the actuator 19 can e.g. be formed by a switching valve or the like.
- the flue gas can also be enriched with a certain proportion of oxygen, in particular in the form of ambient air.
- the pyrolysis coke in the Koksverga ser 3 can be gasified with a temperature value that comes from a temperature range whose lower limit is 400 ° C , in particular 500 ° C, and its upper limit is 1,000 ° C, in particular 900 ° C.
- the oxygen-enriched flue gas and / or the oxygen, in particular in the form of ambient air can preferably be fed to the coke gasifier 3 at a pressure that is higher than the ambient atmospheric pressure.
- a pressure-increasing element is shown schematically simplified.
- the coke gasifier 3 generally described above can be designed or configured, for example, as a fixed bed, fluidized bed, screw or rotary tube reactor.
- All information on value ranges in the objective description are to be understood in such a way that they include any and all sub-ranges, e.g.
- the indication 1 to 10 is to be understood in such a way that all sub-areas, starting from the lower limit 1 and the upper limit 10, are included, i.e. all subranges start with a lower limit of 1 or greater and end at an upper limit of 10 or less, e.g. 1 to 1.7, or 3.2 to 8, 1, or 5.5 to 10.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermo-chemischen Behandlung von Biomasse (5) und Rückgewinnung von einem darin enthaltenen Wertstoff. Die Biomasse (5) wird einem Pyrolyse-Reaktor (2) zugeführt und in diesem zu Pyrolysekoks und Pyrolysegas zersetzt, wobei der Pyrolysekoks zu einem Koksvergaser (3) weitergefördert und in diesem zu einem festen Rückstandsprodukt und einem Vergasergas zersetzt wird. Das Pyrolysegas und das Vergasergas werden einer Brennvorrichtung (4) zugeleitet und in dieser zu Rauchgas verbrannt. Es wird zumindest eine Teilmenge des Rauchgases aus der Brennvorrichtung (4) dem Koksvergaser (3) zugeleitet.
Description
VERFAHREN ZUR RÜCKGEWINNUNG ZUMINDEST EINES IN EINER BIOMASSE
ENTHALTENEN WERTSTOFFES
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermo-chemi sehen Behandlung von Biomasse, ins besondere von organischen Abfallprodukten, und die Rückgewinnung von zumindest einem in der Biomasse enthaltenen Wertstoff.
Die DE 10 2008 028 241 Al beschreibt eine Vorrichtung zur thermo-chemi sehen Elmwand lung von Biomasse in ein Brenngas. Die Vorrichtung besteht dabei aus einem Schneckenreak tor und einem weiteren Reaktor. Im Schneckenreaktor wird die Biomasse unter Luftaus schluss getrocknet und pyrolysiert, wobei der dabei entstehende Pyrolysekoks, das Pyrolyse gas und Wasserdampf gemeinsam dem weiteren Reaktor zugeleitet werden und dieser unter Ausbildung einer Pyrolysekoksschüttung gefüllt wird. Im weiteren Reaktor findet eine parti elle Oxidation durch unterstöchiometrische Zugabe eines Vergasungsmittels, insbesondere Luft, statt. Dabei findet zumindest teilweise eine Aufspaltung der langkettigen Teermoleküle statt. Die Reststoffe werden mittels einer Abzugseinrichtung aus dem weiteren Reaktor unten abgezogen. Um ein Verstopfen von Einlassöffnungen für das Vergasungsmittel und/oder Aus lassöffnungen für das Brenngas im Bereich der Reaktorwandung zu verhindern, sind eine Vielzahl von sich in Schwerkraftrichtung zumindest partiell erstreckende Innenraumerweite rungen vorgesehen. Das entstandene Brenngas wird über die eigenen Auslassöffnungen einem Gasfilter und einem Gaskühler zugeleitet. Das aus dem Ausgang des Gaskühlers strömende, gereinigte Brenngas wird dann, beispielsweise einem Gasmotor zugeführt. Die im Gasmotor entstehende elektrische Energie kann ins Versorgungsnetz eingespeist werden, wobei die ebenfalls entstehende Wärme auch der Beheizung des vorgenannten Schneckenreaktors die nen kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mittels dem ein Benutzer in der Lage ist, eine Biomasse derart zu behandeln, dass zumindest ein da rin enthaltener Wertstoff zurückgewonnen werden kann und so ein Rückstandsprodukt ge schaffen wird, welches insbesondere als Düngemittel verwendet werden kann. Weiters soll damit auch die Verbrennung von Biomasse als klassischer Entsorgungspfad vermieden wer den.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß den Ansprüchen gelöst.
Das Verfahren dient zur thermo-chemi sehen Behandlung von Biomasse, insbesondere von or ganischen Abfallprodukten, wie Klärschlamm, Schlachtabfälle, Tiermehl, Exkremente, und die Rückgewinnung von zumindest einem in der Biomasse enthaltenen Wertstoff. In einer Be handlungsanlage werden dabei zumindest folgende Schritte durchgeführt:
Bereitstellen zumindest eines Pyrolyse-Reaktors,
Bereitstellen zumindest eines Koksvergasers,
Bereitstellen zumindest einer Brennvorrichtung,
Bereitstellen der zu behandelnden Biomasse,
Zuführen der bereitgestellten und zu behandelnden Biomasse in den Pyrolyse-Re aktor,
Pyrolysieren der Biomasse im Pyrolyse-Reaktor und dabei thermische Zersetzung der Biomasse in Pyrolysekoks und Pyrolysegas,
räumlich voneinander getrenntes Abführen des Pyrolysekokses und Ableiten des Pyrolysegases aus dem Pyrolyse-Reaktor,
Weiterfördern und Zuführen des Pyrolysekokses in den Koksvergaser,
Vergasen des Pyrolysekokses im Koksvergaser, wobei der Pyrolysekoks in ein festes, insbesondere rieselfähiges, Rückstandsprodukt und in ein Vergasergas weiter zersetzt wird, und dabei im Rückstandsprodukt der zumindest eine Wertstoff enthalten ist,
räumlich voneinander getrenntes Abführen des Rückstandsprodukts und Ableiten des Vergasergases aus dem Koksvergaser,
Zuleiten des aus dem Pyrolyse-Reaktor abgeleiteten Pyrolysegases in die Brenn vorrichtung, wobei das Pyrolysegas unter Bildung eines Rauchgases in der Brennvorrichtung verbrannt wird, und Ableiten des Rauchgases aus der Brennvorrichtung,
Zuleiten des aus dem Koksvergaser abgeleiteten Vergasergases in die Brennvor richtung, wobei das Vergasergas in der Brennvorrichtung unter Bildung des Rauchgases ver brannt und aus dieser ebenfalls abgeleitet wird, und/oder Zuleiten des aus dem Koksvergaser abgeleiteten Vergasergases in eine Verbrennungskraftmaschine, und
Zuleiten zumindest einer Teilmenge des aus der Brennvorrichtung abgeleiteten Rauchgases in den Koksvergaser.
Mit diesen hier gewählten Verfahrensschritten wird so ein kontrollierter Verfahrensablauf ge schaffen, bei welchem ein Rückstandsprodukt mit dem zumindest einen darin enthaltenen
Wertstoff erhalten wird. Die Behandlung findet in einem zumindest zweistufigen Prozess statt, wobei dies vom Zuführen der zu behandelnden Biomasse in den Pyrolyse-Reaktor und die weitere Nachbehandlung des dort entstehenden Pyrolysekokses aus dem Koksvergaser durch die thermo-chemische Zersetzung erfolgt.
Je nach gewählter Biomasse, insbesondere von organischen Abfallprodukten, wird so eine Rückgewinnung des darin enthaltenen Wertstoffes, insbesondere von Phosphor oder Phos phorverbindungen, Phosphaten, Kalium, Calcium, Magnesium oder dergleichen, erzielt. Wei ters wird aber auch durch die thermo-chemische Zersetzung das dabei jeweils entstehende Gas für einen Verbrennungsvorgang in einer eigenen Brennervorrichtung verbrannt. Durch den Verbrennungsvorgang können so zuvor in der Biomasse enthaltene Schadstoffe oder Bei mengungen abgetrennt oder entsorgt und herausgefiltert werden. Darüber hinaus wird so aber auch eine ausreichende Wärmeenergiemenge bereitgestellt, welche innerhalb der Behand lungsanlage für verschiedenste Zwecke Anwendung finden kann. Es wird zumindest eine Teilmenge des in der Brennvorrichtung entstehenden Rauchgases dem Koksvergaser zu des sen Betrieb zur weiteren thermischen Behandlung des Pyrolysekokses zugeleitet. Damit wer den noch im Rauchgas enthaltener Sauerstoff und weitere mögliche Gasbestandteile bei der Endbehandlung des Pyrolysekokses im Koksvergaser genutzt. Das so hergestellte Rück standsprodukt aus der Biomasse enthält nach dem Behandlungsvorgang den zumindest einen zurück zu gewinnenden Wertstoff, wobei durch die thermo-chemische Zersetzung auch ein Abbau und/oder ein Ausscheiden von ansonsten darin enthaltenen Problemstoffen erreicht wird.
Weiters ist ein Vorgehen vorteilhaft, bei dem das im Pyrolyse-Reaktor gebildete Pyrolysegas unmittelbar nach dem Ableiten aus dem Pyrolyse-Reaktor und vor dem Weiterleiten in die Brennvorrichtung in einem Sammelbehältnis gesammelt wird und dabei sich noch im Pyroly segas befindliche staubförmige Anteile im Sammelbehältnis abgeschieden werden. Damit kann bereits vor dem Verbrennungsvorgang zumindest ein Großteil der noch im Pyrolysegas enthaltenen Schwebstoffe abgeschieden werden. Weiters kann damit aber auch der Reini gungsaufwand der Gasleitung hin zur Brennvorrichtung reduziert werden. Darüber hinaus wird so aber auch eine noch bessere und intensivere Verbrennung des Pyrolysegases in der Brennvorrichtung erreicht.
Eine weitere vorteilhafte Vorgehensweise ist dadurch gekennzeichnet, dass das Pyrolysegas und/oder das Vergasergas mit einer Temperatur von zumindest 400°C der Brennvorrichtung zugeleitet werden oder wird. Durch die gewählte Mindesttemperatur kann so eine ungewollte Kondensation von Gasbestandteilen in den Gasleitungen bis hin zur Brennvorrichtung ver mieden werden.
Eine alternative Vorgehensweise sieht vor, dass dem Vergasergas vor dem Zuleiten in die Brennvorrichtung und/oder vor dem Zuleiten in die Verbrennungskraftmaschine Wärmeener gie entzogen wird und dabei auf einen Temperaturwert abgekühlt wird, der aus einem Tempe ratur-Wertebereich stammt, dessen untere Grenze 100°C, insbesondere 150°C, und dessen obere Grenze 400°C, insbesondere 250°C, beträgt. Dabei kann dem Vergasergas eine vorbe stimmte Wärmeenergie vor dem Zuleiten in die Brennvorrichtung und/oder die Verbren nungskraftmaschine entzogen werden, welche mittels des Wärmetauschers an einer dafür vor gesehenen weiteren Anlagenkomponente genutzt werden kann.
Vorteilhaft ist auch eine Verfahrensvariante, bei welcher das Pyrolysegas und das Vergaser gas voneinander getrennt der Brennvorrichtung zugeleitet werden. Durch die voneinander ge trennte Zufuhr des Pyrolysegases und des Vergasergases in die Brennvorrichtung kann so eine noch vollständigere und bessere Verbrennung erzielt werden, wodurch die Wärmeauskopp- lung zusätzlich entsprechend erhöht werden kann.
Eine andere Vorgehensweise zeichnet sich dadurch aus, wenn der aus dem Pyrolyse-Reaktor abgeführte Pyrolysekoks vor dem Zuführen in den Koksvergaser in einen Zwischenbehälter gefördert wird. Damit kann in gewissen Grenzen ein voneinander unabhängiger Betrieb des Pyrolysereaktors und des Koksvergasers erreicht werden. Weiters kann damit aber auch die Entnahmemenge aus dem Zwischenbehälter und damit der Füllgrad des Koksvergasers für ei nen optimalen Verfahrensablauf eingestellt werden.
Weiters ist ein Vorgehen vorteilhaft, bei dem der Pyrolysekoks vom Zwischenbehälter mittels einer Förderschnecke und einer nachfolgend an die Förderschnecke befindlichen Zellenrad schleuse zum Koksvergaser gefördert wird. Damit kann eine kontrollierte und sichere Befül lung des Koksvergasers erzielt werden.
Vorteilhaft ist auch eine Verfahrensvariante, bei welcher der Koksvergaser einen Schnecken förderer umfasst und der aus dem Pyrolyse-Reaktor weitergeförderte Pyrolysekoks mittels ei ner Verbindungsleitung direkt und von den äußeren Umgebungsbedingungen abgeschlossen dem Koksvergaser zugeführt wird. Damit kann ohne hohen Wärmeverlust die Behandlung des Pyrolysekokses im Koksvergaser weiter fortgesetzt werden. Darüber hinaus können so lange Transportwege und Zwischenspeicher eingespart werden.
Eine weitere vorteilhafte Vorgehensweise ist dadurch gekennzeichnet, dass das aus der Brennvorrichtung abgeleitete Rauchgas, insbesondere vor dem Zuleiten in den Koksvergaser, durch einen Wärmetauscher hindurchgeleitet und dabei dem Rauchgas Wärmeenergie entzo gen wird. Dadurch kann die im Rauchgas enthaltene Wärmeenergie genutzt und dabei das Rauchgas beispielsweise von 1.000 °C auf in etwa 200 °C abgekühlt werden. Der Wärmetau scher kann dabei ein Heißwassersystem versorgen, wobei diese Wärmeenergie für die Ent wässerung und/oder Trocknung der Biomasse vor dem Zuführen derselben zum Pyrolysereak tor zugeführt werden kann.
Vorteilhaft ist auch eine Verfahrensvariante, bei welcher das aus der Brennvorrichtung abge leitete Rauchgas, insbesondere vor dem Zuleiten in den Koksvergaser, durch eine Filtervor richtung hindurchgeleitet und dabei gefiltert wird. Damit können im Rauchgas enthaltene Schwebstoffe, Schadstoffe oder dergleichen herausgefiltert werden, um so ein gereinigtes Rauchgas dem Koksvergaser zur erneuten Verbrennung zuführen zu können.
Eine andere Vorgehensweise zeichnet sich dadurch aus, wenn dem Rauchgas vor dem Zulei ten in den Koksvergaser Sauerstoff, insbesondere in Form von Umgebungsluft, zugemischt wird. Damit kann die Intensität der Verbrennung des Rauchgases im Koksvergaser exakt auf den jeweiligen Behandlungsvorgang abgestimmt werden. Je höher die Menge an zugeführtem Sauerstoff zum Rauchgas ist, desto mehr kann die Vergasungstemperatur oder die Verbren nungstemperatur erhöht werden.
Vorteilhaft ist auch eine Verfahrensvariante, bei welcher das gegebenenfalls mit Sauerstoff angereicherte Rauchgas dem Koksvergaser mit einem bezüglich des atmosphärischen Umge bungsdrucks dazu höheren Druck zugeleitet wird. So kann innerhalb des Koksvergasers eine gerichtete Strömung sowie eine bessere und gleichmäßigere Versorgung des zu behandelnden Pyrolysekokses zumindest mit dem Rauchgas erzielt werden.
Weiters ist ein Vorgehen vorteilhaft, bei dem das im Koksvergaser gebildete Vergasergas aus diesem via die Verbindungsleitung dem Pyrolyse-Reaktor zugeleitet wird, insbesondere mit einem bezüglich des atmosphärischen Umgebungsdrucks dazu höheren Druck zugeleitet wird. Damit kann eine Gegenstrombewegung bezüglich der Förderrichtung des Pyrolysekokses in der Verbindungsleitung erzielt werden. Weiters kann so bereits innerhalb der Verbindungslei tung eine Filterwirkung und damit verbunden eine Reinigungswirkung des Vergasergases er zielt werden.
Eine andere Vorgehensweise zeichnet sich dadurch aus, wenn das Pyrolysegas und das dem Pyrolyse-Reaktor zugeleitete Vergasergas gemeinsam der Brennvorrichtung zugeleitet wer den. Damit kann bereits vor der Brennvorrichtung ein Gemisch aus den beiden Gasen gebildet werden. Weiters kann so eine bessere Durchmischung erzielt werden.
Weiters ist ein Vorgehen vorteilhaft, bei dem der Pyrolysekoks im Koksvergaser mit einem Temperaturwert vergast wird, der aus einem Temperatur-Wertebereich stammt, dessen untere Grenze 400°C, insbesondere 500°C, und dessen obere Grenze 1.000 °C, insbesondere 900 °C, beträgt. Durch die Wahl der Höhe des Temperaturwerts kann so die nachfolgende Konsistenz des im Koksvergaser hergestellten Rückstandsprodukts mit dem zumindest einen darin enthal tenen Werkstoff festgelegt werden.
Eine weitere vorteilhafte Vorgehensweise ist dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatur wert zur Vergasung des Pyrolysekokses im Koksvergaser mittels des Mengenanteils an zuge mischtem Sauerstoff, insbesondere von zugemischter Umgebungsluft, zum Rauchgas einge stellt wird. Durch die kontrollierte Zugabe von Sauerstoff zum Rauchgas wird eine gezielte Kontrolle der Vergasungstemperatur im Koksvergaser möglich. Damit kann einer Versinte rung oder Verschmelzung des Rückstandsprodukts entgegengewirkt werden, was bei zu hoch gewählten Temperaturen der Fall sein kann.
Vorteilhaft ist auch eine Verfahrensvariante, bei welcher zumindest ein Mengenanteil der zu behandelnden Biomasse vor dem Zuführen in den Pyrolyse-Reaktor mittels einer Entwässe rungsvorrichtung auf einen Feuchtigkeitswert entwässert wird, der aus einem Feuchtigkeits- Wertebereich stammt, dessen untere Grenze 70 Gew.%, insbesondere 80 Gew.%, und dessen obere Grenze 95 Gew.%, insbesondere 90 Gew.%, beträgt. Damit kann je nach vorhandener Feuchtigkeit bereits eine gewisse Vortrocknung der Biomasse und Reduzierung des Wasser gehalts erreicht werden.
Eine andere Vorgehensweise zeichnet sich dadurch aus, wenn zumindest ein Mengenanteil der zu behandelnden Biomasse vor dem Zuführen in den Pyrolyse-Reaktor mittels einer Trocknungsvorrichtung auf einen Feuchtigkeitswert getrocknet wird, der aus einem Feuchtig keits-Wertebereich stammt, dessen untere Grenze 3 Gew.%, insbesondere 5 Gew.%, und des sen obere Grenze 20 Gew.%, insbesondere 10 Gew.%, beträgt. Damit kann der Feuchtigkeits wert noch weiter gesenkt werden, wodurch im nachfolgenden Pyrolysereaktor ein besserer und störungsfreierer Betrieb erzielt werden kann.
Es kann auch noch vorteilhaft sein, wenn die dem Rauchgas im Wärmetauscher entzogene Wärmeenergie der Trocknungsvorrichtung zugeleitet wird. Damit kann zumindest ein Groß teil der im Rauchgas enthaltenen Wärmenergie bei in Betrieb befindlicher Behandlungsanlage mitgenutzt werden, ohne dass dabei zusätzliche Wärmeenergie zugeführt oder bereitgestellt werden muss.
Eine weitere vorteilhafte Vorgehensweise ist dadurch gekennzeichnet, dass der Massenstrom von der dem Pyrolyse-Reaktor zugeführten Biomasse ermittelt wird. Damit kann ein sicherer und gleichmäßigerer Betrieb der Behandlungsanlage erreicht werden.
Vorteilhaft ist auch eine Verfahrensvariante, bei welcher die zu behandelnde Biomasse dem Pyrolyse-Reaktor mittels eines Schleusensystems gasdicht zugeführt wird. Damit kann ein un gewollter Zutritt von Sauerstoff bei der Befüllung des Pyrolyse-Reaktors in das Innere des Pyrolyse-Reaktors und damit in dessen Behandlungszone verhindert werden.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
Es zeigt in einer stark vereinfachten, schematischen Darstellung:
Fig. 1 ein Anlagenschema einer Behandlungsanlage mit angedeuteten Anlagenkompo nenten;
Fig. 2 ein weiteres Anlagenschema mit einer kombinierten Behandlungseinheit aus Py rolyse-Reaktor und Koksvergaser
Fig. 3 ein weiteres mögliches Anlagenschema der Behandlungsanlage nach Fig. 1, mit einem zusätzlichen Wärmetauscher.
Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen wer den, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf glei che Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen wer den können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, un ten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.
Der Begriff„insbesondere“ wird nachfolgend so verstanden, dass es sich dabei um eine mög liche speziellere Ausbildung oder nähere Spezifizierung eines Gegenstands oder eines Verfah rensschritts handeln kann, aber nicht unbedingt eine zwingende, bevorzugte Ausführungsform desselben oder eine zwingende Vorgehensweise darstellen muss.
In der Fig. 1 ist ein Anlagenschema einer Behandlungsanlage 1 vereinfacht und stark stilisiert gezeigt, welche zumindest einen Pyrolyse-Reaktor 2, zumindest einen Koksvergaser 3 und zu mindest eine Brennvorrichtung 4 umfasst. Die Behandlungsanlage 1 ist grundsätzlich dazu vorgesehen, in einem thermo-chemischen Behandlungsverfahren oder thermo-chemi sehen Behandlungsvorgang Biomasse 5 zu behandeln, wobei dabei die Rückgewinnung von zumin dest einem in der Biomasse 5 enthaltenen Wertstoff als eines der Ziele angestrebt wird. Der Wertstoff kann z.B. Phosphor (P) oder eine Phosphorverbindung wie z.B. P2O5, Kalium, Cal cium, Magnesium oder dergleichen sein. Als sogenannte Biomasse 5 werden hier insbeson dere organische Abfallprodukte, wie Klärschlamm, Schlachtabfälle, Tiermehl, Exkremente oder dergleichen verstanden.
Je nach Art und Zusammensetzung der Biomasse 5 wurde diese bislang unterschiedlichst ent sorgt oder weiterverarbeitet. Eine erste Möglichkeit stellt die thermische Verwertung durch Verbrennung in Müllverbrennungsanlagen, einem Zementwerk oder ähnlichen Anlagen dar. Eine weitere Möglichkeit, insbesondere bei Klärschlamm, ist die landwirtschaftliche Ausbrin gung auf den Feldern. Dabei werden jedoch alle im Klärschlamm mit enthaltenen Schad stoffe, Mikroplastik und dergleichen auf den Feldern verteilt und kommen so auch ins Grund wasser. Schließlich kann auch eine Kompostierung oder Vererdung erfolgen.
Die zuvor beschriebenen Anlagenteile, nämlich der Pyrolyse-Reaktor 2, der Koksvergaser 3 und die Brennvorrichtung 4, bilden die Grundkomponenten der Behandlungsanlage 1 zur vor gesehenen Rückgewinnung von zumindest einem in der Biomasse enthaltenen Wertstoff, wo bei noch weitere Anlagenteile möglich sind und eine Ergänzung darstellen können.
Von der Biomasse 5 kann zumindest ein Mengenanteil derselben, insbesondere jedoch die ge samte Menge der zu behandelnden Biomasse 5, vor dem Zuführen in den Pyrolyse-Reaktor 2 in einer Entwässerungsvorrichtung 6 auf einen Feuchtigkeitswert entwässert werden, der aus einem Feuchtigkeits-Wertebereich stammt, dessen untere Grenze 70 Gew.%, insbesondere 80 Gew.%, und dessen obere Grenze 95 Gew.%, insbesondere 90 Gew.%, bezogen auf die Ge samtmasse der Biomasse 5 beträgt.
Unabhängig von diesem Entwässerungsschritt oder zusätzlich zu diesem Entwässerungsschritt kann zumindest ein Mengenanteil der zu behandelnden Biomasse 5, insbesondere jedoch die gesamte Menge der zu behandelnden Biomasse 5, vor dem Zuführen in den Pyrolyse-Reaktor 2 in einer Trocknungsvorrichtung 7 auf einen Feuchtigkeitswert getrocknet werden, der aus einem Feuchtigkeits-Wertebereich stammt, dessen untere Grenze 3 Gew.%, insbesondere 5 Gew.%, und dessen obere Grenze 20 Gew.%, insbesondere 10 Gew.%, beträgt. Bevorzugt wird jedoch die gesamte Menge der zu behandelnden Biomasse 5 der Vortrocknung unterzo gen. Sind sowohl die Entwässerungsvorrichtung 6 als auch die Trocknungsvorrichtung 7 vor gesehen, können diese eine Trocknungsanlage bilden.
Die zu behandelnde Biomasse 5 kann mit der zuvor beschriebenen Feuchtigkeits-Reduzierung und/oder ohne der zuvor beschriebenen Feuchtigkeits-Reduzierung dem Pyrolyse-Reaktor 2 zugeführt werden. Dabei ist es noch möglich, den Massenstrom der dem Pyrolyse-Reaktor 2 zugeführten Biomasse 5 zu ermitteln und gegebenenfalls in einer Steuerungsvorrichtung 8 ab- zuspeichem oder zu hinterlegen. Die Steuerungsvorrichtung 8 dient auch dazu, den gesamten Ablauf der Biomassebehandlung von deren Anlieferung bis zum Ende des gesamten Behand lungsablaufes zu überwachen und alle Anlagenteile oder Anlagenkomponenten nach vorgege benen Prozessschritten zu steuern. Die jeweiligen Kommunikationsverbindungen zwischen der Steuerungsvorrichtung 8 und den einzelnen Anlagenteilen oder Anlagenkomponenten sind in strichlierten Linien angedeutet. Das Zuführen der Biomasse 5 in den Pyrolyse-Reaktor 2 kann mittels eines Schleusensystems 9, wie z.B. einer Vertikaldrehschleuse, in bevorzugter gasdichter Weise erfolgen.
Ist die Biomasse 5 dem Pyrolyse-Reaktor 2 zugeführt worden, findet in diesem eine thermo chemische Umwandlung der Biomasse 5 statt, welche als Pyrolisierungs-Vorgang bezeichnet werden kann. Hier findet eine thermische Zersetzung der Biomasse 5 in Pyrolysekoks und Py rolysegas jeweils mit den unterschiedlichsten Bestandteilen statt. Der Pyrolysekoks stellt überwiegend eine Feststofffraktion dar, welche auch als Carbonisat bezeichnet werden kann. Der Pyrolyse-Reaktor 2 kann z.B. als Schneckenreaktor ausgebildet sein, in welchem die ther mische Zersetzung der Biomasse 5 bei einer Temperatur in einem Temperaturbereich zwi schen 400 °C, insbesondere 450 °C, und 600 °C, insbesondere 550 °C, erfolgt. Dieser Vor gang erfolgt bei Sauerstoff reduzierten Bedingungen bei einer Verweilzeit zwischen 20 und 30 min. Es kann eine geringe Sauerstoffkonzentration von kleiner 5% im Pyrolyse-Reaktor 2 vorliegen.
Bei dem entstehenden Pyrolysegas handelt es sich zumeist um ein Öl-/Gasgemisch ggf. mit staubförmigen Anteilen.
Nach erfolgter Behandlung der Biomasse 5 im Pyrolyse-Reaktor 2 wird der dabei entstandene Pyrolysekoks und das Pyrolysegas räumlich voneinander getrennt aus dem Pyrolyse-Reaktor 2 abgeführt oder abgeleitet. Nachfolgend wird die weitere Behandlung des Pyrolysekokses mit den möglichen Verfahrensschritten beschrieben.
Der im Pyrolyse-Reaktor 2 aus der Biomasse 5 gebildete Pyrolysekoks wird nun grundsätz lich zur Durchführung eines weiteren Behandlungsschritts in den Koksvergaser 3 weitergeför dert. Dies kann auf direktem Weg erfolgen. Es wäre aber noch möglich, dass der aus dem Py rolyse-Reaktor 2 abgeführte Pyrolysekoks vor dem Zuführen in den Koksvergaser 3 in einen Zwischenbehälter 10 gefördert und dort zwischengespeichert wird. Die Entnahme aus dem Zwischenbehälter 10 oder der Schritt des Weiterfördems des Pyrolysekokses aus dem Zwi schenbehälter 10 zum Koksvergaser 3 kann z.B. mittels einer Förderschnecke und eine nach folgend an die Förderschnecke angeordnete Zellenradschleuse erfolgen.
Befindet sich die im ersten Behandlungsschritt zum Pyrolysekoks behandelte Biomasse 5 im Koksvergaser 3, wird der Pyrolysekoks in einem nachfolgenden Behandlungsschritt weiter vergast. Dabei wird der Pyrolysekoks in ein überwiegend festes Rückstandsprodukt, insbeson dere ein rieselfähiges Rückstandsprodukt, und in ein Vergasergas zersetzt. Im zumeist festen Rückstandsprodukt ist der zumindest eine Wertstoff enthalten, auf welchen die Rückgewin nung gerichtet ist. Aus dem Koksvergaser 3 wird das Rückstandsprodukt räumlich getrennt
vom Vergasergas abgeführt, wobei das Rückstandsprodukt in einem nicht näher bezeichneten Behältnis gesammelt werden kann. Das Vergasergas wird so eigens aus dem Koksvergaser 3 abgeleitet.
Das im Pyrolyse-Reaktor 2 aus der Biomasse 5 entstehende Pyrolysegas wird seinerseits in die Brennvorrichtung 4 geleitet, wobei das Pyrolysegas unter Bildung eines Rauchgases in der Brennvorrichtung 4 verbrannt wird. Das dabei entstehende oder gebildete Rauchgas wird aus der Brennvorrichtung 4 abgeleitet.
Es kann auch das aus dem Koksvergaser 3 abgeleiteten Vergasergases in die Brennvorrich tung 4 geleitet werden, wobei das Vergasergas in der Brennvorrichtung 4 unter Bildung des Rauchgases verbrannt wird. Das dabei entstehende oder gebildete Rauchgas wird ebenfalls aus der Brennvorrichtung 4 abgeleitet. Werden beide Gase, nämlich das Pyrolysegas und das Vergasergas, der Brennvorrichtung 4 zugeleitet, können diese räumlich getrennt voneinander der Brennvorrichtung 4 zugeleitet und in dieser verbrannt werden. Unabhängig davon könnten aber auch beide Gase gemeinsam der Brennvorrichtung 4 zugeleitet werden, wie dies mit ei nem in strich-punktierten Linien dargestellten Pfeil angedeutet ist.
Es wäre aber auch möglich, das Vergasergas nicht der Brennvorrichtung 4 zuzuleiten, sondern dieses ausschließlich einer Verbrennungskraftmaschine 11 zuzuleiten. Weiters und unabhän gig davon könnte aber auch nur ein Teilstrom oder eine Teilmenge des Vergasergases aus dem Gesamtstrom entnommen werden, wobei ein erster Teilstrom oder eine Teilmenge des Vergasergases der Brennvorrichtung 4 zugeleitet wird und ein weiterer Teilstrom oder eine Teilmenge des Vergasergases der Verbrennungskraftmaschine 11 zugeleitet wird. Jener Teil strom oder jene Teilmenge des Vergasergases, welcher der Brennvorrichtung 4 zugeleitet wird, kann entweder gesondert vom Pyrolysegas der Brennvorrichtung 4 zugeleitet werden oder vor der Brennvorrichtung 4 dem Pyrolysegas zugemischt werden, wie dies bereits zuvor erwähnt worden ist.
Beide Teilströme bilden gemeinsam den Gesamtstrom des Vergasergases. Das beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 11 entstehende Verbrennungsgas könnte auch dem dem Koksvergaser 3 zugeführten Rauchgas zugemischt werden. Es wäre aber auch möglich, eine Teilmenge des aus der Brennvorrichtung 4 abgeleiteten Rauchgases nicht dem Koksvergaser 3 zuzuleiten, sondern entweder vor dem Hindurchleiten durch eine Filtervorrichtung 13
und/oder einen Wärmetauscher 14 oder auch nach dem Hindurchleiten durch die Filtervor richtung 13 und/oder den Wärmetauscher 14 einer anderen thermischen Nutzung zuzuführen. Dabei kann es sich um die unterschiedlichsten Einsatzzwecke handeln, wie z.B. einem ande ren Verbrennungsvorgang, bei einer Trocknungsanlage, als Rezirkulationsgas oder derglei chen.
Dazu sind mögliche Beispiele für die Abzweigung von zumindest einer weiteren Teilmenge oder zumindest eine weitere Teilentnahme des Rauchgases aus einer Rauchgasleitung zwi schen der Brennvorrichtung 4 und dem Koksvergaser 3 in strichlierten Linien angedeutet.
Eine weiter mögliche Teilmenge des Rauchgases kann z.B. vor dem Wärmetauscher 14 und/oder nach dem Wärmetauscher 14 erfolgen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine Teilmenge des Rauchgases nach dem Wärmetauscher 14 und noch vor der Filtervorrich tung 13 entnommen und erneut der Brennvorrichtung 4 zugeleitet. Die Zuleitung kann z.B. vor dem Eintritt in die Brennvorrichtung 4 derart erfolgen, dass die Teilmenge des Rauchga ses mit dem Pyrolysegas vermischt und die beiden Gase gemeinsam der Brennvorrichtung 4 zugeleitet werden.
Zusätzlich oder unabhängig davon könnte aber auch eine weitere Teilmenge des Rauchgases nach dem Durchtritt durch die Filtervorrichtung 13 entnommen werden. Diese weitere mögli che Teilmenge des Rauchgases kann bei der Trocknungsvorrichtung 7 als Wärmeenergieträ ger beim Trocknungsvorgang eingesetzt werden. Die zuvor beschriebene Entnahme von zu mindest einer Teilmenge aus dem Gesamtstrom der Gesamtmenge des Rauchgases kann erfol gen, muss aber nicht. So wäre es auch möglich, den Gesamtstrom an Rauchgas, also die ge samte Menge an Rauchgas, dem Koksvergaser 3 zuzuleiten. Werden zumindest eine Teil menge oder mehrere Teilmengen entnommen, kann es sich bei diesem gezeigten Ausfüh rungsbeispiel um maximal vier Teilmengen und deren Entnahme aus der Gesamtmenge oder dem Gesamtstrom handeln. Eine erste Teilmenge ist auf alle Fälle stets dem Koksvergaser 3 zuzuleiten. Bei den weiteren Teilmengen kann es sich um jene handeln, welche der Trock nungsvorrichtung 7, der Brennvorrichtung 4 und dem Kamin 15 zugeleitet werden. Es sei er wähnt, dass auch nur eine der zuvor beschriebenen Teilmengen entnommen werden kann oder zwei Teilmengen oder auch drei Teilmengen entnommen werden können.
Es könnte aber auch eine Teilmenge des Rauchgases, insbesondere erst nach dem Durchleiten durch die Filtervorrichtung 13 und/oder den Wärmetauscher 14, über einen Kamin 15 an die
Umgebungsluft abgegeben werden. Der Kamin 15 ist schematisch in Strömungsrichtung des Rauchgases zum Koksvergaser 3 gesehen einer Zumischvorrichtung 16 für zusätzlichen Sau erstoff zum Rauchgas vorgeordnet angeordnet. Der Zweck der Zumischvorrichtung 16 wird nachfolgend noch näher erläutert.
Das im Pyrolyse-Reaktor 2 gebildete oder entstehende Pyrolysegas kann unmittelbar nach dem Ableiten aus dem Pyrolyse-Reaktor 2 und vor dem Weiterleiten in die Brennvorrichtung 4 in einem Sammelbehältnis 12 gesammelt werden. So wird die Möglichkeit während des Verweilens im Sammelbehältnis 12 geschaffen, dass sich noch im Pyrolysegas befindliche staubförmige Anteile im Sammelbehältnis 12 abscheiden können. Das Pyrolysegas setzt sich überwiegend aus ca. 15-20% Permanentgasen und sich ergänzend jeweils auf 100% aus ca. 85-80% kondensierbaren Komponenten zusammen. Bei den Permanentgasen kann es sich ins besondere um CO, CO2, H2, N2, H2S, CH4 handeln. Bei den kondensierbaren Anteilen kann es sich vor allem um H2O, organische Verbindungen wie Essigsäure, Buttersäure, aromatische Kohlenwasserstoffe, diverseste Heteroverbindung oder höhermolekulare Verbindungen (Öle) oder dergleichen handeln.
Vorteilhaft ist es, wenn das Pyrolysegas und/oder das Vergasergas mit einer Temperatur von zumindest 400°C der Brennvorrichtung 4 zugeleitet werden oder wird. Ist die Temperatur in den Zuleitungen niedriger, kann dies zu ungewollten Kondensationen in der Leitung oder in den Leitungen führen.
Das aus der Brennvorrichtung 4 abgeleitete Gas wird allgemein als„Rauchgas“ bezeichnet.
So wird das bei der gemeinsamen Verbrennung gebildete oder entstehende Verbrennungspro dukt bei der Zuleitung sowohl des Pyrolysegases als auch des Vergasergases in die Brennvor richtung 4 nachfolgend als„Rauchgas“ bezeichnet.
Das Verbrennungsprodukt„Rauchgas“ weist noch einen Restanteil an Sauerstoff (O2) auf, wobei der Sauerstoffgehalt im Rauchgas in etwa 5% betragen kann. Das Rauchgas wird aus der Brennvorrichtung 4 abgeleitet, wobei zumindest eine Teilmenge davon nachfolgend dem Koksvergaser 3 zugeleitet wird. So kann es noch vorteilhaft sein, wenn das aus der Brennvor richtung 4 abgeleitete Rauchgas, insbesondere vor dem Zuleiten in den Koksvergaser 3, in der Filtervorrichtung 13 gefiltert wird. Um eine zusätzliche Anreicherung zumindest jener Teil menge des abgeleiteten Rauchgases mit Sauerstoff zu erreichen, welche dem Koksvergaser
zugeleitet wird, kann vor dem Zuleiten des Rauchgases in den Koksvergaser 3 diesem Sauer stoff, insbesondere in Form von Umgebungsluft, zugemischt oder beigesetzt werden. Dies kann mittels der Zumischvorrichtung 16 erfolgen. Durch die Menge oder den Anteil an zuge mischtem Sauerstoff zum Rauchgas kann in weiterer Folge die Betriebstemperatur des Koks vergasers 3 in gewissen Grenzen eingestellt und damit die Temperatur der Vergasung des Py rolysekokses im Koksvergaser 3 bestimmt werden. So kann der Pyrolysekoks im Koksverga ser 3 mit einem Temperaturwert vergast werden, der aus einem Temperatur-Wertebereich stammt, dessen untere Grenze 400°C, insbesondere 500°C, und dessen obere Grenze 1.000°C, insbesondere 900°C, beträgt.
Das aus der Brennvorrichtung 4 abgeleitete Rauchgas weist zumeist eine sehr hohe Tempera tur, wie z.B. zwischen 800°C und 1.200°C, insbesondere von 1.000°C auf. Um diese Wärme energie zu nutzen, kann das aus der Brennvorrichtung 4 abgeleitete Rauchgas, insbesondere vor dem Zuleiten in den Koksvergaser 3, durch den Wärmetauscher 14 hindurchgeleitet wer den. Dabei kann eine Teilmenge der im Rauchgas enthaltenen Wärmeenergie entzogen wer den. So kann z.B. die entzogene Wärmeenergie der Trocknungsvorrichtung 7 zur Entfeuch tung und Trocknung der zu behandelnden Biomasse 5 vor dem Zuführen in den Pyrolyse-Re aktor 2 zugeführt und so zur Reduzierung der Feuchtigkeit eingesetzt werden.
In der Fig. 2 ist eine Ausführungsvariante der zuvor in der Fig. 1 detailliert beschriebenen Be handlungsanlage 1 und den geringfügig davon abweichenden Verfahrensschritten oder dem geringfügig davon abweichenden Verfahrensablauf gezeigt und beschrieben. Es werden wie derum für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen bzw. Bauteilbezeichnungen wie in der voran gegangenen Fig. 1 verwendet. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die de taillierte Beschreibung in der vorangegangenen Fig. 1 hingewiesen bzw. Bezug genommen.
Der Anlagenaufbau der Behandlungsanlage 1 entspricht bis auf die modifizierte Anordnung des Pyrolyse-Reaktors 2 und des nachfolgend vorgesehenen Koksvergasers 3 grundsätzlich jener Anordnung, wie diese in der Fig. 1 gezeigt und beschrieben worden ist. Deshalb wird auf die detaillierte Beschreibung der übrigen Anlagenteile oder Anlagenkomponenten hier verzichtet. Die Beschreibung ist analog von der Fig. 1 auf die gezeigte Ausführungsform zu übertragen.
Es ist bei diesem Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass der Koksvergaser 3 einen Schnecken förderer umfasst bzw. damit versehen ist oder als Schneckenförderer ausgebildet ist. Dies ist
schematisch vereinfacht gezeigt. Bevorzugt ist der Koksvergaser 3 unterhalb des Pyrolyse- Reaktors 2 angeordnet und steht mit diesem direkt via einer eigenen Verbindungsleitung 17 in Strömungsverbindung. Die Verbindungsleitung 17 kann z.B. als Rohr in Form eines Fall schachtes ausgebildet sein. Damit steht der Abfuhrbereich des Pyrolyse-Reaktors 2 mit dem Zufuhrbereich des Koksvergasers 3 direkt in Förder- oder Strömungsbverbindung. Die Ver bindungsleitung 17 verbindet so den Innenraum des Pyrolyse-Reaktors 2 direkt mit dem In nenraum des Koksvergasers 3. Damit kann der aus dem Pyrolyse-Reaktor 2 weitergeförderte Pyrolysekoks unter Abschluss gegenüber den äußeren Umgebungsbedingungen dem Koksver gaser 3 zugefördert oder zugeleitet werden.
Es kann auch wiederum vorgesehen sein, dass das aus der Brennvorrichtung 4 abgeleitete Rauchgas, insbesondere vor dem Zuleiten in den Koksvergaser 3, durch eine Filtervorrichtung 13 hindurchgeleitet und dabei gefiltert wird. Weiters kann dem Rauchgas vor dem Zuleiten in den Koksvergaser 3 Sauerstoff, insbesondere in Form von Umgebungsluft, zugemischt wer den. Das gegebenenfalls mit Sauerstoff angereicherte Rauchgas kann bevorzugt dem Koks vergaser 3 mit einem bezüglich des atmosphärischen Umgebungsdrucks dazu höheren Druck zugeleitet werden. Die Zuleitung in den Innenraum des Koksvergasers 3 kann an nur einer Zuleitungsposition oder auch an mehreren über die Längserstreckung verteil angeordneten Zuleitungspositionen zugeleitet werden. Bevorzugt erfolgt die Anordnung der zumindest ei nen Zuleitungsposition in einem Längsabschnitt am Ende des Koksvergasers 3.
Der im Koksvergaser 3 weiter behandelte Pyrolysekoks wird durch das Vorsehen des Schne ckenförderers zwangsweise innerhalb des Koksvergasers 3 vom Zufuhrbereich in den Abfuhr bereich weiter gefördert. Durch diese zwangsweise Förderbewegung kann auch eine bessere Durchmischung und Behandlung des Pyrolysekokses im Koksvergaser 3 erzielt werden. Wie aus der Darstellung in der Fig. 2 ersichtlich ist, weist die Verbindungsleitung 17 eine überwie gende bis vollständig vertikale Ausrichtrung auf. Das Koksvergaser-Gehäuse kann als Hohl zylinder und somit als Rohr ausgebildet sein. Die Längsachse des Koksvergaser-Gehäuses kann bezüglich einer Horizontaleben bevorzugt ansteigend geneigt verlaufend ausgerichtet sein. Das ansteigend geneigt bezieht sich auf die Steigung ausgehend vom Zufuhrbereich hin zum Abfuhrbereich des Koksvergasers 3. Es ist aber auch eine waagrechte Ausrichtung oder eine parallel verlaufende Ausrichtung der Längsachse des Koksvergaser-Gehäuses bezüglich
des Pyrolyse-Reaktors 2 möglich. Unabhängig davon könnte aber auch eine vom Zufuhrbe reich hin zum Abfuhrbereich des Koksvergasers 3 abfallende Anordnung der Längsachse des Koksvergaser-Gehäuses gewählt werden.
Durch die Zuleitung des gegebenenfalls mit Sauerstoff angereicherten Rauchgases in den In neraum des Koksvergasers 3 erfolgt die weitere thermo-chemische Behandlung der Biomasse 5, welche auch als Vergasungsmaterial bezeichnet werden kann. Unabhängig davon wäre es auch noch möglich, anstatt der Biomasse 5 z.B. Hausmüll, Gewerbemüll oder dergleichen thermisch zu behandeln. Es können auch Kunststoffe und/oder Kunststoffverbunde in der Be handlungsanlage 1 thermisch behandelt und daraus Pyrolysegas und Pyrolysekoks gebildet werden. Durch die zuvor beschriebene Zuleitung zumindest des Rauchgases in den Inneraum des Koksvergasers 3 mit dem über dem athmosphäri sehen Luftdruck liegenden höheren Gas druck wird das im Koksvergaser 3 gebildete Vergasergas innerhalb des Koksvergasers 3 in den Zufuhrbereich des Pyrolysekokses gedrückt. In weiterer Folge wird das Vergasergas via die Verbindungsleitung 17 in den Inneraum des Pyrolyse-Reaktors 2 geleitet bzw. gedrückt. Dies erfolgt im Gegenstromprinzip bezüglich der Förderrichtung des Pyrolysekokses, insbe sondere mit einem bezüglich des atmosphärischen Umgebungsdrucks dazu höheren Druck. Dabei dient der sich in der Verbindungsleitung 17 befindliche Pyrolysekoks als Filter, durch welchen das Vergasergas hindurchströmen muss. Anschließend wird das Pyrolysegas und das dem Pyrolyse-Reaktor 2 zugeleitete Vergasergas gemeinsam aus dem Innenraum des Pyro lyse-Reaktors 2 abgeleitet und der Brennvorrichtung 4 zugeleitet.
In diesem Fall ist es noch möglich, nicht nur das Pyrolysegas dem Sammelbehältnis 12 zuzu leiten, sondern beide Gase gemeinsam dem Sammelbehältnis 12 zuzuleiten und aus diesem das Gemisch umfassend das Pyrolysegas und das Vergasergas zur Brennvorrichtung 4 weiter zu leiten.
Bei der zuvor beschriebenen Teilmenge oder dem Teilstrom handelt es sich aufgrund des Ver fahrensablaufes und dem laufenden Betrieb der Behandlungsanlage 1 um einen Volumen strom oder einen Massenstrom. Diese Ströme geben an, wie viel Volumen oder welche Masse eines Mediums pro Zeitspanne durch einen festgelegten Querschnitt transportiert wird. Bei strömungsfähigen Fluiden (Flüssigkeiten und/oder Gase) erfolgt zumeist die Angabe des Vo lumenstroms.
Die Fig. 3 ist eine weitere mögliche Ausführungsvariante der zuvor in der Fig. 1 detailliert be schriebenen Behandlungsanlage 1 und geringfügig davon abweichenden Verfahrensschritten oder dem geringfügig davon abweichenden Verfahrensablauf gezeigt und beschrieben. Es werden wiederum für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen bzw. Bauteilbezeichnungen wie in den vorangegangenen Fig. 1 und 2 verwendet. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die detaillierte Beschreibung in den vorangegangenen Fig. 1 und 2 hingewiesen bzw. Bezug genommen.
Der Anlagenaufbau der Behandlungsanlage 1 entspricht grundsätzlich jener Anordnung, wie diese in der Fig. 1 gezeigt und beschrieben worden ist. Deshalb wird auf die detaillierte Be schreibung der übrigen Anlagenteile oder Anlagenkomponenten hier verzichtet. Die Beschrei bung ist analog von der Fig. 1 auf die hier gezeigte Ausführungsform zu übertragen. Es sei er wähnt, dass der Koksvergaser 3 unabhängig davon aber auch so ausgebildet sein kann, wie dieser zuvor in der Fig. 2 detailliert beschrieben und gezeigt worden ist.
Das aus dem Koksvergaser 3 getrennt vom Rückstandsprodukt abgeleitete Vergasergas wird bei diesem Ausführungsbeispiel vor dem Zuleiten desselben in die Brennvorrichtung 4 und/o- der in die Verbrennungskraftmaschine 11 durch einen weiteren Wärmetauscher 18 hindurch geleitet und damit dem Vergasergas eine vorbestimmte Wärmemenge entzogen. Durch diese vorgesehene Verringerung der Temperatur des Vergasergases wird dieses der Brennvorrich tung 4 und/oder der Verbrennungskraftmaschine 11 mit einer geringeren Temperatur zugelei tet. Der Temperaturwert des abgekühlten Vergasergases kann aus einem Temperatur-Wer- tebereich stammen bzw. gewählt werden, dessen untere Grenze 100°C, insbesondere 150°C, und dessen obere Grenze 400°C, insbesondere 250°C, beträgt. Ein besonders bevorzugter Temperaturwert bzw. Temperatur-Wertebereich kann z.B. 200°C ± 20°C betragen.
Diese vom weiteren Wärmetauscher 18 aus dem Vergasergas entzogene Wärmeenergie kann z.B. ebenfalls der Trocknungsvorrichtung 7 zur Entfeuchtung und Trocknung der zu behan delnden Biomasse 5 vor dem Zuführen in den Pyrolyse-Reaktor 2 zugeführt und so zur Redu zierung der Feuchtigkeit eingesetzt werden. Es können aber auch andere Anlagenkomponen ten mit dieser Wärmeenergie versorgt werden. Weiters sind noch zuvor nicht näher beschrie bene Rücklaufleitungen von der Trocknungsvorrichtung 7 zu den Wärmetauschern 14, 18 an gedeutet und mit den römischen Ziffern„I“ und„II“ gekennzeichnet. Die Leitung„I“ verbin det hier den ersten Wärmetauscher 14 mit der Trocknungsvorrichtung 7, wobei die weitere
Leitung„II“ den weiteren Wärmetauscher 18 ebenfalls mit der Trocknungsvorrichtung 7 ver bindet. Es wäre aber auch möglich, zusätzlich oder anstatt der Trocknungsvorrichtung 7 mit der von dem oder den Wärmetauschern 14, 18 entzogenen Wärmeenergie mit entsprechenden Leitungsverbindungen zu versorgen. Zumeist wird ein geschlossener Kreislauf mit Zuleitun gen und Rückleitungen vorgesehen. Da dies als allgemein bekannt angesehen wird, wird der besseren Übersichtlichkeit halber auf die detaillierte Darstellung verzichtet.
Es könnte aber auch die Entwässerungsvorrichtung 6 mit der von dem oder den Wärmetau schern 14, 18 entzogenen Wärmeenergie durch Vorsehen entsprechender Leitungsverbindun gen versorgt werden.
Zusätzlich oder unabhängig davon wäre es noch möglich, dem Koksvergaser 3 nicht das Rauchgas zuzuleiten, sondern Sauerstoff zumeist in Form von Umgebungsluft. Dazu ist in der Leitungsverbindung zwischen der Zumischvorrichtung 16 und dem Koksvergaser 3 verein facht ein Stellorgan 19 angedeutet, welches gegebenenfalls mit der Steuerungsvorrichtung 8 in Kommunikationsverbindung steht. Mittels des Stellorgans 19 kann so wahlweise die Zulei tung von Rauchgas oder von Sauerstoff, insbesondere in Form von Umgebungsluft, einge stellt werden. Das Stellorgan 19 kann z.B. von einem Schaltventil oder dergleichen gebildet sein.
Das Rauchgas kann, wie zuvor bereits beschrieben, auch noch mit einem gewissen Anteil an Sauerstoff, insbesondere in Form von Umgebungsluft, angereichert sein. Je nach zugeleitetem oder zugeführtem Verbrennungsgas oder Gasgemisch (Rauchgas, Rauchgas + Sauerstoff oder Sauerstoff, insbesondere in Form von Umgebungsluft) kann der Pyrolysekoks im Koksverga ser 3 mit einem Temperaturwert vergast werden, der aus einem Temperatur-Wertebereich stammt, dessen untere Grenze 400°C, insbesondere 500°C, und dessen obere Grenze 1.000 °C, insbesondere 900 °C, beträgt.
Es kann gegebenenfalls das mit Sauerstoff angereicherte Rauchgas und/oder der Sauerstoff, insbesondere in Form von Umgebungsluft, bevorzugt dem Koksvergaser 3 mit einem bezüg lich des atmosphärischen Umgebungsdrucks dazu höheren Druck zugeleitet werden. Zu die sem Zweck ist vereinfacht ein Druckerhöhungsorgan schematisch vereinfacht dargestellt.
Es sei noch angemerkt, dass der zuvor allgemein beschriebene Koksvergaser 3 z.B. als Fest bett-, Wirbelschicht-, Schnecken- oder als Drehrohrreaktor ausgeführt oder ausgebildet sein kann.
Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten, wobei an dieser Stelle be merkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell dargestellte Ausführungsvariante dersel ben eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausfüh rungsvarianten untereinander möglich sind und diese Variationsmöglichkeit aufgrund der Lehre zum technischen Handeln durch gegenständliche Erfindung im Können des auf diesem technischen Gebiet tätigen Fachmannes liegt.
Der Schutzbereich ist durch die Ansprüche bestimmt. Die Beschreibung und die Zeichnungen sind jedoch zur Auslegung der Ansprüche heranzuziehen. Einzelmerkmale oder Merkmals kombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispie len können für sich eigenständige erfinderische Lösungen darstellen. Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen wer den.
Sämtliche Angaben zu Wertebereichen in gegenständlicher Beschreibung sind so zu verste hen, dass diese beliebige und alle Teilbereiche daraus mitumfassen, z.B. ist die Angabe 1 bis 10 so zu verstehen, dass sämtliche Teilbereiche, ausgehend von der unteren Grenze 1 und der oberen Grenze 10 mit umfasst sind, d.h. sämtliche Teilbereiche beginnen mit einer unteren Grenze von 1 oder größer und enden bei einer oberen Grenze von 10 oder weniger, z.B. 1 bis 1,7, oder 3,2 bis 8, 1, oder 5,5 bis 10.
Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus Elemente teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert darge stellt wurden.
Bezugszeichenaufstellung Behandlungsanlage
Pyrolyse-Reaktor
Koksvergaser
Brennvorrichtung
Biomasse
Entwässerungsvorrichtung
Trocknungsvorrichtung
Steuerungsvorrichtung
Schleusensystem
Zwischenbehälter
Verbrennungskraftmaschine
Sammelbehältnis
Filtervorrichtung
Wärmetauscher
Kamin
Zumischvorrichtung
Verbindungsleitung
Wärmetauscher
Stellorgan
Claims
1. Verfahren zur thermo-chemi sehen Behandlung von Biomasse (5), insbesondere von organischen Abfallprodukten, wie Klärschlamm, Schlachtabfälle, Tiermehl, Exkremente, und Rückgewinnung von zumindest einem in der Biomasse (5) enthaltenen Wertstoff, bei dem folgende Schritte in einer Behandlungsanlage (1) durchgeführt werden:
Bereitstellen zumindest eines Pyrolyse-Reaktors (2),
Bereitstellen zumindest eines Koksvergasers (3),
Bereitstellen zumindest einer Brennvorrichtung (4),
Bereitstellen der zu behandelnden Biomasse (5),
Zuführen der bereitgestellten und zu behandelnden Biomasse (5) in den Pyrolyse- Reaktor (2),
Pyrolysieren der Biomasse (5) im Pyrolyse-Reaktor (2) und dabei thermische Zer setzung der Biomasse (5) in Pyrolysekoks und Pyrolysegas,
räumlich voneinander getrenntes Abführen des Pyrolysekokses und Ableiten des Pyrolysegases aus dem Pyrolyse-Reaktor (2),
Weiterfördern und Zuführen des Pyrolysekokses in den Koksvergaser (3), Vergasen des Pyrolysekokses im Koksvergaser (3), wobei der Pyrolysekoks in ein festes, insbesondere rieselfähiges, Rückstandsprodukt und in ein Vergasergas weiter zersetzt wird, und dabei im Rückstandsprodukt der zumindest eine Wertstoff enthalten ist,
räumlich voneinander getrenntes Abführen des Rückstandsprodukts und Ableiten des Vergasergases aus dem Koksvergaser (3),
Zuleiten des aus dem Pyrolyse-Reaktor (2) abgeleiteten Pyrolysegases in die Brennvorrichtung (4), wobei das Pyrolysegas unter Bildung eines Rauchgases in der Brenn vorrichtung (4) verbrannt wird, und Ableiten des Rauchgases aus der Brennvorrichtung (4),
Zuleiten des aus dem Koksvergaser (3) abgeleiteten Vergasergases in die Brenn vorrichtung (4), wobei das Vergasergas in der Brennvorrichtung (4) unter Bildung des Rauch gases verbrannt und aus dieser ebenfalls abgeleitet wird, und/oder Zuleiten des aus dem Koks vergaser (3) abgeleiteten Vergasergases in eine Verbrennungskraftmaschine (11), und
Zuleiten zumindest einer Teilmenge des aus der Brennvorrichtung (4) abgeleiteten Rauchgases in den Koksvergaser (3).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das im Pyrolyse-Reak tor (2) gebildete Pyrolysegas unmittelbar nach dem Ableiten aus dem Pyrolyse-Reaktor (2) und vor dem Weiterleiten in die Brennvorrichtung (4) in einem Sammelbehältnis (12) gesam melt wird und dabei sich noch im Pyrolysegas befindliche staubförmige Anteile im Sammel behältnis (12) abgeschieden werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Pyrolysegas und/oder das Vergasergas mit einer Temperatur von zumindest 400°C der Brennvorrichtung (4) zugeleitet werden oder wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Vergaser gas vor dem Zuleiten in die Brennvorrichtung (4) und/oder vor dem Zuleiten in die Verbren nungskraftmaschine (11) Wärmeenergie entzogen wird und dabei auf einen Temperaturwert abgekühlt wird, der aus einem Temperatur- Werteber eich stammt, dessen untere Grenze 100°C, insbesondere 150°C, und dessen obere Grenze 400°C, insbesondere 250°C, beträgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pyrolysegas und das Vergasergas voneinander getrennt der Brennvorrichtung (4) zu geleitet werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der aus dem Pyrolyse-Reaktor (2) abgeführte Pyrolysekoks vor dem Zuführen in den Koksvergaser (3) in einen Zwischenbehälter (10) gefördert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Pyrolysekoks vom Zwischenbehälter (10) mittels einer Förderschnecke und einer nachfolgend an die Förder schnecke befindlichen Zellenradschleuse zum Koksvergaser (3) gefördert wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Koksvergaser (3) einen Schneckenförderer umfasst und der aus dem Pyrolyse-Reaktor (2) weitergeförderte Pyrolysekoks mittels einer Verbindungsleitung (17) direkt und von den äu ßeren Umgebungsbedingungen abgeschlossen dem Koksvergaser (3) zugeführt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aus der Brennvorrichtung (4) abgeleitete Rauchgas, insbesondere vor dem Zuleiten in den Koksvergaser (3), durch einen Wärmetauscher (14) hindurchgeleitet und dabei dem Rauchgas Wärmeenergie entzogen wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aus der Brennvorrichtung (4) abgeleitete Rauchgas, insbesondere vor dem Zuleiten in den Koksvergaser (3), durch eine Filtervorrichtung (13) hindurchgeleitet und dabei gefiltert wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Rauchgas vor dem Zuleiten in den Koksvergaser (3) Sauerstoff, insbesondere in Form von Umgebungsluft, zugemischt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das gegebenenfalls mit Sauerstoff angereicherte Rauchgas dem Koksvergaser (3) mit einem be züglich des atmosphärischen Umgebungsdrucks dazu höheren Druck zugeleitet wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das im Koksvergaser (3) gebildete Vergasergas aus diesem via die Verbindungsleitung (17) dem Pyrolyse-Reaktor (2) zugeleitet wird, insbesondere mit einem bezüglich des atmosphärischen Umgebungsdrucks dazu höheren Druck zugeleitet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Pyrolysegas und das dem Pyrolyse-Reaktor (2) zugeleitete Vergasergas gemeinsam der Brennvorrichtung (4) zugeleitet werden.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pyrolysekoks im Koksvergaser (3) mit einem Temperaturwert vergast wird, der aus einem Temperatur- Werteber eich stammt, dessen untere Grenze 400°C, insbesondere 500°C, und dessen obere Grenze 1.000 °C, insbesondere 900 °C, beträgt.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturwert zur Vergasung des Pyrolysekokses im Koksvergaser (3) mittels des Mengenanteils an zuge mischtem Sauerstoff, insbesondere von zugemischter Umgebungsluft, zum Rauchgas einge stellt wird.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Mengenanteil der zu behandelnden Biomasse (5) vor dem Zuführen in den Pyrolyse-Reaktor (2) mittels einer Entwässerungsvorrichtung (6) auf einen Feuchtigkeitswert entwässert wird, der aus einem Feuchtigkeits-Wertebereich stammt, dessen untere Grenze 70 Gew.%, insbesondere 80 Gew.%, und dessen obere Grenze 95 Gew.%, insbesondere 90 Gew.%, beträgt.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Mengenanteil der zu behandelnden Biomasse (5) vor dem Zuführen in den Pyrolyse-Reaktor (2) mittels einer Trocknungsvorrichtung (7) auf einen Feuchtigkeitswert ge trocknet wird, der aus einem Feuchtigkeits-Wertebereich stammt, dessen untere Grenze 3 Gew.%, insbesondere 5 Gew.%, und dessen obere Grenze 20 Gew.%, insbesondere 10 Gew.%, beträgt.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Rauchgas im Wärmetauscher (14) entzogene Wärmeenergie der Trocknungsvorrichtung (7) zugeleitet wird.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Massenstrom von der dem Pyrolyse-Reaktor (2) zugeführten Biomasse (5) ermittelt wird.
21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu behandelnde Biomasse (5) dem Pyrolyse-Reaktor (2) mittels eines Schleusensys tems (9) gasdicht zugeführt wird.
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