DE102009007302C5

DE102009007302C5 - Verfahren und Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse

Info

Publication number: DE102009007302C5
Application number: DE102009007302.7A
Authority: DE
Inventors: Dr. Boye Jan; Manfred Janasek; Lothar Hofer; André Naujoks
Original assignee: Grebo License & Co KG GmbH
Current assignee: Grebo License & Co KG GmbH
Priority date: 2009-02-03
Filing date: 2009-02-03
Publication date: 2019-04-25
Anticipated expiration: 2029-02-04
Also published as: DE102009007302B4; DE102009007302A1

Abstract

Verfahren zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse,
wobei
Biomasse mit Wasser und wenigstens einem Katalysator in einem Druckbehälter durch Temperatur- und/oder Druckerhöhung in Stoffe wie Kohle, Öl und/oder dergleichen artverwandte Stoffe umgewandelt wird,
wobei
einem
im Wesentlichen als Rohrleitung
mit wenigstens einer steuerbaren Einlassöffnung und
wenigstens einer steuerbaren Auslassöffnung
ausgebildeten
Druckbehälter
über die wenigstens eine steuerbare Einlassöffnung Biomasse, Wasser und/oder wenigstens ein Katalysator zugeführt wird,
die Temperatur- und/oder Druckverhältnisse in dem Druckbehälter derart gesteuert werden, dass
dem Druckbehälter zugeführtes Füllgut aus Biomasse, Wasser und Katalysator
in der Rohrleitung transportiert wird,
wobei Biomasse, Wasser und Katalysator miteinander reagieren
und
über die wenigstens eine steuerbare Auslassöffnung wenigstens ein Reaktionsprodukt des Füllguts entnommen wird,
und
sich in dem Druckbehälter befindendes Füllgut und/oder Reaktionsprodukte des Füllguts
mittels einer in der Rohrleitung des Druckbehälters angeordneten Förderschnecke mit wenigstens zwei steuerbaren Schneckenwendeln gemischt und/oder transportiert wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich die Förderschnecke im Wesentlichen über die gesamte Länge der Rohrleitung des Druckbehälters erstreckt und im Wesentlichen bündig an den Innenquerschnitt der Rohrleitung des Druckbehälters angepasst ist,
die wenigstens zwei Schneckenwendeln der Förderschnecke zum Mischen und/oder Transportieren von sich in dem Druckbehälter befindendem Füllgut und/oder Reaktionsprodukten des Füllguts separat steuerbar sind, derart, dass durch Verstellung der Schneckenwendeln gegen- bzw. zueinander der zwischen zwei Gewindegängen der Schneckenwendeln gebildete Volumenraum vergrößert bzw. verkleinert wird, und
wenigstens eine der wenigstens zwei Schneckenwendeln der Förderschnecke zumindest teilweise mit vorzugsweise im Wesentlichen mittig angeordneten Öffnungen versehen ist, wobei die Größe der einzelnen Öffnungen gesteuert einstellbar ist und die Öffnungen derart ausgebildet sind, dass im geschlossenen Druckbehälter auch eine Mischung des Füllguts und/oder Reaktionsprodukten des Füllguts erfolgt, indem das Füllgut und/oder Reaktionsprodukt des Füllguts in dem Bereich der Positionen der Öffnungen zurückfließt, während es außen in Schneckenförderrichtung transportiert bzw. bewegt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse, wobei Biomasse mit Wasser und wenigstens einem Katalysator in einem Druckbehälter, durch Temperatur und/oder Druckerhöhung in Stoffe wie Kohle, Öl und/oder dergleichen artverwandte Stoffe umgewandelt wird. Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind im Stand der Technik insbesondere aus der WO 2008/095589 A1 , deren Offenbarungen hiermit explizit referenziert werden.
Der Begriff Biomasse erfasst im Sinne der vorliegenden Erfindung sämtliche lebenden, toten und/oder zersetzten Organismen. Dazu zählen neben Pflanzen insbesondere auch Abfall- und/oder Restholz, Stroh, Gras, Dung, Laub, Klärschlamm und/oder organischer Hausmüll. Die Biomasse kann dabei in unterschiedlichen Zusammensetzungen, Qualitäten, Größen und/oder dergleichen Verwendung finden, je nach Bedarf und gewünschtem Umwandlungsprodukt.
Bisher wird bei der hydrothermalen Karbonisierung ein Druckbehälter mit im Wesentlichen aus pflanzlichen Produkten bestehender Biomasse, Wasser und einer geringen menge eines Katalysators gefüllt. Anschließend wird der Druckbehälter verschlossen und unter Temperatur- und Druckerhöhung die Umwandlung bzw. Umsetzung der Biomasse durchgeführt. Die dabei ablaufende Reaktion ist exotherm in unterschiedlicher Ausprägung, dass heißt es wird Energie in Form von Wärme und/oder langwelliger Strahlung abgegeben. Die wesentliche Dauer des Umwandlungsprozesses hängt vom angestrebten Zustand des Umwandlungsproduktes ab und liegt bisher beispielsweise für die Umwandlung von Biomasse in Kohle in einem Zeitbereich von etwa zwölf Stunden. Dabei wird der Druckbehälter auf eine Temperatur von etwa 180 °C bis etwa 250 °C gehalten. Anschließend wird der Druckbehälter geöffnet und das Umwandlungsprodukt - bei einer Umwandlung von Biomasse in Kohle, kleine auf dem Wasser schwimmende Kohlepartikel - dem Druckbehälter entnommen.
Nachteilig bei der bisher bekannten hydrothermalen Karbonisierung ist neben der relativ großen zeitlichen Dauer des Umwandlungsprozesses insbesondere die Prozessführung, bei der ein Druckbehälter zunächst gefüllt wird, der gefüllte Druckbehälter dann druckdicht verschlossen wird, anschließend in dem Druckbehälter die Umwandlungsreaktionen ablaufen, der Druckbehälter danach geöffnet wird und anschließend der geöffnete Druckbehälter geleert wird bzw. das Umwandlungsprodukt aus dem Druckbehälter entnommen wird.
WO2008/095589 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse, bei welcher Biomasse in einem Rohrreaktor, welcher eine Förderschnecke zum Transport der zu karbonisierenden Biomasse aufweisen kann, mittels welchen Biomasse kontinuierlich karbonisiert werden kann.
DE 10 2007 012 112 B3 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse, wobei während eines laufenden Karbonisierungsprozesses Ausgangsprodukte durch einen Einlass einem Druckreaktor zugeführt werden, mit einer Fördereinrichtung zum Auslass bewegt werden und dort, nachdem sie zu großen Teilen zu Endprodukten umgesetzt wurden, entnommen werden, wobei der Reaktorinnendruck nicht durch den Einlass oder Auslass entweichen kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt in Anbetracht des Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, die hydrothermale Karbonisierung von Biomasse weiter zu verbessern.
Zur technischen Lösung dieser Aufgabe wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse, wobei Biomasse mit Wasser und wenigstens einem Katalysator in einem Druckbehälter durch Temperatur- und/oder Druckerhöhung in Stoffe wie Kohle, Öl und/oder dergleichen artverwandte Stoffe umgewandelt wird, wobei einem im wesentlichen als Rohrleitung mit wenigstens einer steuerbaren Einlassöffnung und wenigstens einer steuerbaren Auslassöffnung ausgebildeten Druckbehälter über die wenigstens eine steuerbare Einlassöffnung Biomasse, Wasser und/oder wenigstens ein Katalysator zugeführt wird, die Temperatur- und/oder Druckverhältnisse in dem Druckbehälter derart gesteuert werden, dass dem Druckbehälter zugeführtes Füllgut aus Biomasse, Wasser und Katalysator in der beziehungsweise durch die Rohrleitung transportiert wird, wobei Biomasse, Wasser und Katalysator miteinander reagieren, und über die wenigstens eine steuerbare Auslassöffnung wenigstens ein Reaktionsprodukt des Füllguts entnommen wird, und sich in dem Druckbehälter befindendes Füllgut und/oder Reaktionsprodukte des Füllguts mittels einer in der Rohrleitung des Druckbehälters angeordneten Förderschnecke mit wenigstens zwei steuerbaren Schneckenwendeln gemischt und/oder transportiert wird, vorgeschlagen, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass wobei die wenigstens zwei Schneckenwendeln der Förderschnecke zum Mischen und/oder Transportieren von sich in dem Druckbehälter befindendem Füllgut und/oder Reaktionsprodukten des Füllguts separat steuerbar sind.
Durch den erfindungsgemäßen Einsatz einer Förderschnecke mit wenigstens zwei steuerbaren Schneckenwendeln werden vorteilhafterweise die an bzw. für einen kontinuierlichen Betrieb gestellten Anforderungen erfüllt, insbesondere da das Umwandlungsgut bzw. Reaktionsprodukt des Füllguts quasi in einzelnen Paketen durch die Rohrleitung gefördert wird, die sich in Abhängigkeit von der Einstellung der Schneckenwendeln zueinander in Volumenräumen zwischen den Schneckenwendeln bilden. Die Schneckenwendeln bewegen sich dabei vorteilhafterweise aneinander vorbei und dichten die sich zwischen den Schneckenwendeln gebildeten bzw. vorhandenen Volumenräume gegeneinander gegen die Welle der Schneckenwendeln und der Rohrleitung des Druckbehälters ab. Erfindungsgemäß wird so vorteilhafterweise ein Doppelschneckenreaktor bereitgestellt, welcher in Abhängigkeit von der Schneckenform und/oder Schneckensteigung links- oder rechtsdrehend im Gleichlauf und/oder im Gegenlauf betreibbar ist. Erfindungsgemäß ist so das Mischen und/oder Transportieren weiter einstellbar und verbesserbar. Ferner kann durch Verstellung der Schneckenwendeln gegen- bzw. zueinander vorteilhafterweise der zwischen zwei Gewindegängen der Schneckenwendeln gebildete Volumenraum vergrößert bzw. verkleinert werden. Hierdurch lassen sich für einzelne Pakete des Umwandlungsguts bzw. Reaktionsprodukts des Füllguts vorteilhafterweise weitere Einstellungen, insbesondere hinsichtlich des Drucks in dem Volumenraum eines Pakets vornehmen.
Das Fördervolumen der Förderschnecke ist voreilhafterweise steuerbar, vorzugsweise über eine Regeleinrichtung. In einer konkreten Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich die Förderschnecke im Wesentlichen über die gesamte Länge der Rohrleitung des Druckbehälters und ist im Wesentlichen bündig an den Innenquerschnitt der Rohrleitung des Druckbehälters angepasst.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird vorteilhafterweise eine kontinuierliche Prozessführung realisiert, die insbesondere aufgrund der zahlreichen Einstellmöglichkeiten der wenigstens zwei Schneckenwendeln der Förderschnecke ein verbessertes Mischen und/oder Transportieren des Umwandlungsguts bzw. Reaktionsprodukts des Füllguts und damit eine verbesserte hydrothermale Karbonisierung von Biomasse ermöglicht. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Druckbehälters durch eine Rohrleitung werden quasi unendlich viele hintereinander kaskadiert angeordnete und miteinander verbundende Druckbehälter realisiert. Insgesamt wird so vorteilhafterweise eine kontinuierliche Prozessführung ermöglicht, was insbesondere vor dem Hintergrund eines effektiven und günstigen industriellen Einsatzes der hydrothermalen Karbonisierung zur Stoffgewinnung besonders vorteilhaft ist. Ferner ist bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der maschinen- und/oder anlagentechnische Aufwand reduziert, insbesondere da Pumpen, Absperrorgane und dergleichen Einrichtungen, die ansonsten bei kaskadiert hintereinander angeordneten und strömungstechnisch miteinander verbundenen Druckbehältern anfallen würden, entfallen, zumindest aber in deutlich geringerem Umfang benötigt werden.
Vorteilhafterweise sind die wenigstens zwei Schneckenwendeln der Förderschnecke zum Mischen und/oder Transportieren von sich in dem Druckbehälter befindendem Füllgut und/oder Reaktionsprodukten des Füllguts separat steuerbar.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die wenigstens zwei Schneckenwendeln der Förderschnecke zum Mischen und/oder Transportieren von sich in dem Druckbehälter befindendem Füllgut und/oder Reaktionsprodukten des Füllguts gleichläufig oder gegenläufig betreibbar sind.
Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung werden die wenigstens zwei Schneckenwendeln der Förderschnecke zum Mischen und/oder Transportieren von sich in dem Druckbehälter befindendem Füllgut und/oder Reaktionsprodukten des Füllguts kontinuierlich oder diskontinuierlich (Schrittweise); angetrieben.
Eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass wenigstens eine der Schneckenwendeln zumindest teilweise mit insbesondere im Wesentlichen mittig angeordneten Öffnungen versehen ist. Erfindungsgemäß kann so im geschlossenen Reaktor (Druckbehälter) auch eine Mischung des Umwandlungsguts bzw. Reaktionsprodukts des Füllguts erfolgen, indem das des Umwandlungsgut bzw. Reaktionsprodukt des Füllguts in der Mitte, das heißt in dem Bereich der Positionen der Öffnungen, zurückfließt, während es außen in Schneckenförderrichtung transportiert bzw. bewegt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt vorteilhafterweise eine kontinuierliche Zuführung von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator. Die Zuführung von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator zur Füllung des Druckbehälters kann dabei parallel erfolgen, so dass Biomasse, Wasser und/oder Katalysator einzeln zugeführt werden. Dementsprechend sind eine separate Zuführung von Biomasse, eine separate Zuführung von Wasser und/oder eine separate Zuführung von Katalysator vorgesehen. Vorteilhafterweise wird das Mischungsverhältnis der Komponenten Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator über ein entsprechendes Steuerungssystem durchgeführt.
Vorteilhafterweise werden die Temperatur- und/oder Druckverhältnisse in dem Druckbehälter derart gesteuert, dass dem Druckbehälter zugeführtes Füllgut aus Biomasse, Wasser und Katalysator definiert in der beziehungsweise durch die Rohrleitung transportiert wird. Erfindungsgemäß durchwandert dabei eine Masse-Schicht während des Umwandlungsprozesses den als Rohrleitung ausgebildeten Druckbehälter. Vorteilhafterweise sind dabei zu jedem Zeitpunkt an unterschiedlichen Stellen entlang der Rohrleitung die zum jeweiligen Zeitpunkt des Umwandlungsprozesses entsprechend vorliegenden Zwischenprodukte vorhanden: Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht Schleusenkammern vor, die an unterschiedlichen Stellen entlang der Rohrleitung angeordnet sind und im Rahmen des Umwandlungsprozesses eine Entnahme des an der entsprechenden Stelle der Rohrleitung vorliegenden Zwischenprodukts zu ermöglichen, vorteilhafterweise bei beziehungsweise unter Aufrechterhaltung einer erfindungsgemäßen kontinuierlichen Prozessführung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Zuführung von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator über wenigstens eine vor der wenigstens einen steuerbaren Einlassöffnung des Druckbehälters angeordnete, wenigstens eine steuerbare Einlassöffnung und wenigstens eine steuerbare Auslassöffnung aufweisende Schleusenkammer, wobei die Schleusenkammer seitens der wenigstens einen steuerbaren Einlassöffnung mit wenigstens einem Vorratsspeicher an Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator und seitens der wenigstens einen steuerbaren Auslassöffnung mit der wenigstens einen steuerbaren Einlassöffnung des Druckbehälters verbindbar ist. Vorteilhafterweise erfolgt der Transport von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator aus der Schleusenkammer in den Druckbehälter durch Druckbeaufschlagung.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Zuführung von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator über eine vor der wenigstens einen steuerbaren Einlassöffnung des Druckbehälters angeordnete Kolben-Presseinrichtung erfolgt, wobei die Kolben-Presseinrichtung eine Kammer mit wenigstens einer Einlassöffnung, wenigstens einer steuerbaren Auslassöffnung und einem in der Kammer bewegbaren Kolben zum Pressen von in der Kammer befindlichem Gut aufweist. Vorteilhafterweise erfolgt der Transport von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator aus der Kammer in den Druckbehälter durch mittels des Kolbens aufgebauter Druckbeaufschlagung.
Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung erfolgt die Zuführung von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator vorteilhafterweise über eine vor der wenigstens einen steuerbaren Einlassöffnung des Druckbehälters angeordnete Excenterschneckenpumpe mit Druckregelung.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Temperatur- und/oder Druckverhältnisse in dem Druckbehälter über die wenigstens eine steuerbare Einlassöffnung und/oder die wenigstens eine steuerbare Auslassöffnung gesteuert werden, vorzugsweise über wenigstens eine Regeleinrichtung.
Vorteilhafterweise wird der Druckbehälter beheizt und/oder gekühlt. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Rohrleitung des Druckbehälters zumindest teilweise in einem mit wenigstens einem Wärmeübertragungsmedium, vorzugsweise Öl, füllbaren Behältnis angeordnet und wird die Beheizung bzw. die Kühlung des Druckbehälters über die Temperatur des wenigstens einen Wärmeübertragungsmediums in dem Behältnis gesteuert. Durch eine entsprechende erfindungsgemäße Anordnung ist auf einfache Art und Weise sicherstellbar, dass der gesamte Prozessablauf bei einer einheitlichen beziehungsweise vereinheitlichten Temperatur erfolgt. Ferner wird so im Rahmen des Prozessablaufs an den jeweiligen Stellen in der Rohrleitung entstehende Wärmeenergie (Reaktorwärme) unmittelbar abgeführt und so Bereichen zugeführt, an denen der Umwandlungsprozess bereits stattgefunden hat beziehungsweise weiter vorangeschritten ist. Voreilhafterweise wird so insbesondere eine Überhitzung einzelner Prozessabschnitte verhindert.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist gekennzeichnet durch Verwendung eines Eindickmittels, vorzugsweise Speisestärke wie Getreide- und/oder Kartoffelstärke, für das Füllgut aus Biomasse, Wasser und wenigstens einem Katalysator. In Abhängigkeit von Art und Ausgestaltung der Biomasse können Teile beziehungsweise Partikel der Biomasse in dem Wasser im Druckbehälter schwimmen und/oder sich im Druckbehälter ablagern. So sinken beispielsweise als Biomasse verwendetes Getreide und/oder getreideähnliche Produkte beziehungsweise deren Bestandteile aufgrund ihres spezifischen Gewichts in dem Druckbehälter ab, was mitunter zu Verstopfungen im Druckbehälter führt. Als Biomasse verwendetes Laub und/oder laubähnliche Produkte beziehungsweise deren Bestandteile schwimmt in dem Druckbehälter auf, was mitunter ebenfalls zu Verstopfungen im Druckbehälter führt. Durch die erfindungsgemäße Verwendung eines Eindickmittels sind diese Problematiken des Absinkens und/oder Aufschwimmens von Biomasseteilchen umgehbar und damit beseitigbar. Vorteilhafterweise wird das Eindickmittel in Mengen zugegeben, die bewirken, dass eine im Wesentlichen zähflüssige Konsistenz erzielt wird. Vorteilhafterweise wird das Eindickmittel zunächst dem Wasser und/oder dem Katalysator zugegeben. Anschließend wird dieses zähflüssige Wasser-Katalysatorgemisch der Biomasse zugegeben.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Entnahme des wenigstens einen Reaktionsprodukts des Füllguts über eine nach der wenigstens einen steuerbaren Auslassöffnung des Druckbehälters angeordnete Trenneinrichtung, vorzugsweise durch Filterung.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsprodukt vor und/oder nach der Entnahme gepresst wird.
Eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Zuführung von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator, die Einstellung der Temperatur- und/oder Druckverhältnisse in dem Druckbehälter, der Transport des Füllguts durch den Druckbehälter und/oder die Entnahme des wenigstens einen Reaktionsprodukts des Füllguts aus dem Druckbehälter geregelt erfolgt, vorzugsweise mittels einer Regeleinrichtung. Erfindungsgemäß ist so insbesondere der Bedien- und Personalaufwand im Rahmen der Prozessführung weiter reduzierbar. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vorteilhafterweise eine vollautomatische Prozessführung vor.
Vorteilhafterweise wird die Temperatur im Druckbehälter zumindest über die zeitliche Dauer des Transports des Füllguts durch den Druckbehälter konstant gehalten.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Temperatur im Druckbehälter zumindest über die zeitliche Dauer des Transports des Füllguts durch den Druckbehälter in einem Bereich zwischen etwa 160,00 °C bis etwa 250,00 °C, vorzugsweise zwischen etwa 180,00 °C bis etwa 200,00 °C gehalten wird.
Zur technischen Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird eine Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse, wobei Biomasse mit Wasser und wenigstens einem Katalysator in einem Druckbehälter durch Temperatur-und/oder Druckerhöhung in Stoffe wie Kohle, Öl und/oder dergleichen artverwandte Stoffe umgewandelt wird, wobei der Druckbehälter aus wenigstens einer Rohrleitung mit wenigstens einer steuerbaren Einlassöffnung und wenigstens einer steuerbaren Auslassöffnung ausgebildet ist, und in der Rohrleitung des Druckbehälters eine Förderschnecke mit wenigstens zwei steuerbaren Schneckenwendeln zum Mischen und/oder Transportieren von sich in dem Druckbehälter befindendem Füllgut und/oder Reaktionsprodukten des Füllguts angeordnet ist, vorgeschlagen, bei welcher die wenigstens zwei Schneckenwendeln der Förderschnecke zum Mischen und/oder Transportieren von sich in dem Druckbehälter befindendem Füllgut und/oder Reaktionsprodukten des Füllguts separat steuerbar sind.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die wenigstens zwei Schneckenwendeln der Förderschnecke zum Mischen und/oder Transportieren von sich in dem Druckbehälter befindendem Füllgut und/oder Reaktionsprodukten des Füllguts gleichläufig oder gegenläufig betreibbar sind.
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung sind die wenigstens zwei Schneckenwendeln der Förderschnecke zum Mischen und/oder Transportieren von sich in dem Druckbehälter befindendem Füllgut und/oder Reaktionsprodukten des Füllguts kontinuierlich oder diskontinuierlich (Schrittweise) antreibbar sind.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass wenigstens eine der Schneckenwendeln zumindest teilweise mit insbesondere im Wesentlichen mittig angeordneten Öffnungen versehen ist.
Vorteilhafterweise ist die wenigstens eine Rohrleitung des Druckbehälters zumindest teilweise in einem mit wenigstens einem Wärmeübertragungsmedium, vorzugsweise Öl, füllbaren Behältnis angeordnet.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist gekennzeichnet durch wenigstens eine steuerbare Heizeinrichtung, vorzugsweise wenigstens eine elektrisch betreibbare Wärmematte (Elektrowärmematte) zur Regelung der Temperatur in dem Druckbehälter.
Vorteilhafterweise ist die Temperatur des Wärmeübertragungsmediums in dem Behältnis über die Heizeinrichtung steuerbar.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist vorteilhafterweise gekennzeichnet durch wenigstens eine vor der wenigstens einen steuerbaren Einlassöffnung des Druckbehälters angeordnete Schleusenkammer zur Zuführung von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator durch die wenigstens eine steuerbare Einlassöffnung des Druckbehälters, aufweisend wenigstens eine steuerbare Einlassöffnung und wenigstens eine steuerbare Auslassöffnung. Die Schleusenkammer ist vorteilhafterweise seitens der wenigstens einen steuerbaren Einlassöffnung mit wenigstens einem Vorratsspeicher an Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator und seitens der wenigstens einen steuerbaren Auslassöffnung mit der wenigstens einen steuerbaren Einlassöffnung des Druckbehälters verbindbar. Eine konkrete Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die steuerbare Einlassöffnung des Druckbehälters die steuerbare Auslassöffnung der Schleusenkammer bildet. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist gekennzeichnet durch wenigstens eine Pumpe zur steuerbaren und/oder regelbaren Druckbeaufschlagung der Schleusenkammer.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine vor der wenigstens einen steuerbaren Einlassöffnung des Druckbehälters angeordnete Kolben-Presseinrichtung zur Zuführung von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator durch die wenigstens eine steuerbare Einlassöffnung des Druckbehälters, aufweisend eine Kammer mit wenigstens einer Einlassöffnung, wenigstens einer steuerbaren Auslassöffnung und einem in der Kammer bewegbaren Kolben zum Pressen von in der Kammer befindlichem Gut.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine vor der wenigstens einen steuerbaren Einlassöffnung des Druckbehälters angeordnete Excenterschneckenpumpe mit Druckregelung zur Zuführung von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator durch die wenigstens eine steuerbare Einlassöffnung des Druckbehälters.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine vorzugsweise steuerbare Einrichtung zum Beheizen und/oder Kühlen des Druckbehälters.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist gekennzeichnet durch wenigstens eine Regeleinrichtung zur zumindest teilautomatischen Steuerung der Temperatur- und/oder Druckverhältnisse in dem Druckbehälter über die wenigstens eine steuerbare Einlassöffnung und/oder die wenigstens eine steuerbare Auslassöffnung.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist gekennzeichnet durch wenigstens eine nach der wenigstens einen steuerbaren Auslassöffnung des Druckbehälters angeordnete Trenneinrichtung, vorzugsweise Filtereinrichtung, über welche die Entnahme des wenigstens einen Reaktionsprodukts des Füllguts erfolgt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist gekennzeichnet durch wenigstens eine Regeleinrichtung zur zumindest teilautomatischen Steuerung der Zuführung von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator, der Temperatur- und/oder Druckverhältnisse in dem Druckbehälter, des Transports des Füllguts durch den Druckbehälter und/oder der Entnahme des wenigstens einen Reaktionsprodukts des Füllguts aus dem Druckbehälter.
In einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung ausgebildet und/oder eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren zumindest teilweise auszuführen.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen:

1 in einer schematischen Prinzipdarstellung ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse;
2 in einer schematischen Prinzipdarstellung ein Ausführungsbeispiel für eine Befüllung bzw. Entleerung eines erfindungsgemäßen Druckbehälters einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse in einem diskontinuierlichen Betrieb;
3 in einer schematischen Prinzipdarstellung ein Ausführungsbeispiel für eine Befüllung bzw. Entleerung eines erfindungsgemäßen Druckbehälters einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse in einem kontinuierlichen Betrieb;
3a in einer schematischen Prinzipdarstellung ein Ausführungsbeispiel einer druckstabilen Schleuse eines erfindungsgemäßen Reaktors einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse;
3b in einer schematischen Prinzipdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel einer druckstabilen Schleuse eines erfindungsgemäßen Reaktors einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse;
3c in einer schematischen Prinzipdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel einer druckstabilen Schleuse eines erfindungsgemäßen Reaktors einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse;
3d in einer schematischen Prinzipdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel einer druckstabilen Schleuse eines erfindungsgemäßen Reaktors einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse;
3e in einer schematischen Prinzipdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel einer druckstabilen Schleuse eines erfindungsgemäßen Reaktors einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse;
4a in einer schematischen Prinzipdarstellung ein Ausführungsbeispiel einer Förderschnecke eines erfindungsgemäßen Reaktors einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse;
4b in einer schematischen Prinzipdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Förderschnecke eines erfindungsgemäßen Reaktors einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse;
5 in einer schematischen Prinzipdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Förderschnecke eines erfindungsgemäßen Reaktors einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse;
5a zeigt den Querschnitt eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Reaktors einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse mit einer Förderschnecke mit zwei Schneckenwendeln und erfindungsgemäßen Reaktorversteifungen;
5b zeigt den Querschnitt eines weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Reaktors einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse mit einer Förderschnecke mit zwei Schneckenwendeln und erfindungsgemäßen Reaktorversteifungen;
5c zeigt den Querschnitt eines weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Reaktors einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse mit einer Förderschnecke mit zwei Schneckenwendeln und erfindungsgemäßen Reaktorversteifungen;
5d zeigt den Querschnitt eines weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Reaktors einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse mit einer Förderschnecke mit zwei Schneckenwendeln und erfindungsgemäßen Reaktorversteifungen;
5e zeigt den Querschnitt eines weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Reaktors einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse mit einer Förderschnecke mit zwei Schneckenwendeln und erfindungsgemäßen Reaktorversteifungen;
5f zeigt den Querschnitt eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels einer Förderschnecke mit drei Schneckenwendeln;
6 in einer schematischen Prinzipdarstellung ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse mit einer integrierten Heiz- und/oder Kühleinrichtung;
7 in einer schematischen Prinzipdarstellung ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse mit einer externen Heiz- und/oder Kühleinrichtung;
8 in einer schematischen, teilweise geschnittenen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse;
8a eine geschnittene Ansicht gemäß Schnittlinie B -B nach 8 und
9 in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse mit erforderlichen Komponenten und/oder Rohrverbindungen, insbesondere für einen kontinuierlichen Betrieb.

Der Reaktor für eine erfindungsgemäße hydrothermale Karbonisierung von Biomasse gemäß 1 besteht im Wesentlichen aus einem im Wesentlichen als Rohrleitung ausgebildeten Druckbehälter mit einem Befülleingang, welcher mit einer verschließbaren oder öffenbaren Schließarmatur versehen ist, und einem Ausgang, welcher ebenfalls mit einer verschließbaren oder öffenbaren Schließarmatur versehen ist. In der Rohrleitung des Druckbehälters ist eine Förderschnecke mit wenigstens zwei steuerbaren Schneckenwendeln zum Mischen und/oder Transportieren von sich in dem Druckbehälter befindenden Füllgut und/oder Reaktionsprodukten des Füllguts angeordnet. Die Schneckenwendeln der Förderschneck sind über ein Getriebe von einem Motor bewegbar bzw. antreibbar.
Der Innenraum des erfindungsgemäßen Reaktors wird über eine Wellendichtung nach außen abgedichtet, wobei die Wellendichtung derart ausgebildet und ausgelegt ist, dass diese Temperaturen von bis zu 250 °C und Drücke von bis zu 25 bar sicher aushält und abdichtet. Dazu ist vorliegend vorzugsweise eine gekammerte Gleitringdichtung mit Sperrflüssigkeit vorgesehen.
Weil durch das Befüllen der Reaktor vollständig befüllt wird, ist zum Volumenausgleich ein Druckspeicher vorgesehen. Es handelt sich dabei vorzugsweise um einen Blasenspeicher, in dessen Inneren ein Anfangsdruck in der Weise eingestellt wird, dass bei Erreichen des Enddruckes von etwa 25 bar noch ein ausreichend großer Ausgleichsraum für Überdruck im Reaktor zur Verfügung steht.
Zur weiteren Sicherung des Reaktorbehälters sind Überdrücksicherheitsventile vorgesehen und für die Prozesssteuerung wenigstens ein Drucksensor, insbesondere da im gesamten Reaktionsraum im Wesentlichen überall ein identischer Druck herrscht.
Da die Anfangswärmeenergie erfindungsgemäß von außen aufgegeben wird (vgl. 6 und 7), ist vorgesehen an einem anderen Ort, vorliegend vorteilhafterweise in der Welle, Temperatursensoren anzuordnen, mit deren Hilfe der Prozess überwacht und gesteuert werden kann. 1 zeigt beispielhaft entsprechende Temperatursensoren, die auch an der Behälterwandung vorgesehen sind. Die Leitungen zu und von den Sensoren können vorteilhafterweise durch die hohle Welle der Schneckenwendeln verlaufen. Am Ende der Welle ist vorteilhafterweise ein Verstärker mit Funkübertragung, ein Schleifringabnehmer oder eine andere geeigneten Einrichtung zur Übertragung der erfassten bzw. ermittelten Signale vorgesehen.
Der Antrieb der Welle kann erfindungsgemäß kontinuierlich oder auch alternierend erfolgen.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Befüllung und Entleerung eines erfindungsgemäßen Reaktors. Das Befüllen des Reaktors erfolgt mit Hilfe einer geeigneten Förderpumpe, die in der Lage ist vorbereitetes Biomaterial in gehäckselter Form, vorzugsweise Hackschnitt bis zu Sägespänen, zu fördern und Druck aufzubauen: Die Förderschnecke dient, während des Befüllvorganges, zur inneren Förderung und Füllung des Reaktors. Am Ende der Reaktionszeit fördert die Förderschnecke den Inhalt aus dem Reaktor heraus.
Der Reaktor wird für einen sogenannten Batchprozess, also einer diskontinuierlichen Verfahrensführung, vorteilhafterweise vollständig gefüllt, wobei darauf zu achten ist, dass mindestens 10% Wasseranteil zur Trockensubstanz im Reaktor zur Verfügung steht. Dann werden die Schließarmaturen geschlossen und der Prozess der hydrothermalen Karbonisierung kann beginnen.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Befüllung und Entleerung eines erfindungsgemäßen Reaktors, vorliegend für eine kontinuierliche Verfahrensführung. Wesentlich bei dieser Verfahrensführung ist insbesondere, dass der Druck im Reaktor erhalten bleibt, sowohl beim Befüllen als auch beim Entleeren. Vorteilhafterweise erfolgt beides zum gleichen Zeitpunkt. Die Bewegung der Förderschnecke kann kontinuierlich als auch schrittweise diskontinuierlich in kleinen Schritten erfolgen. Läuft die Förderschnecke, wird der Reaktor vorteilhafterweise gleichzeitig befüllt und entleert.
Die Befüllung erfolgt vorteilhafterweise mittels einer Hochdruckpumpe für festes und/oder pastöses Material, insbesondere mit Schneckenexenterpumpen oder Kolben-/Kolbenmembranpumpen.
Bei der Entleerung des Reaktors ist es insbesondere wesentlich, den Innendruck aufrechtzuerhalten und das Fördergut außerhalb des Reaktors auf Normaldruck herunterzubringen. Da das Fördergut auf dieser Seite des Reaktors überwiegend aus einer Kohle-/Wasser-Suspension besteht und zudem eine hohe Temperatur, vorliegend etwa 200°C, aufweist, wird ein Teil des Wassers schlagartig verdampfen. Aus dem Reaktor bekommt man das Fördergut vorteilhafterweise durch druckstabile Schleusen heraus. Nachfolgend sind hierfür verschiedene vorteilhafte erfindungsgemäße Ausgestaltungen aufgeführt:

- alternativ öffnende Absperrventile bzw. -klappen (3a);
- Zellradschleusen (3b)
- Kugelhähne mit einer nicht durchgängigen Kugel, die das Fördergut Portionsweise nach draußen befördert, vorzugsweise mit Metalldichtungen aus Grauguss (3c);
- Absperrventile bzw. -klappen kombiniert bzw. kombinierbar mit Nadelventilen; hiermit wird vorteilhafterweise ein kontinuierlicher Betrieb ermöglicht (3d); und/oder
- Druckentspannungspumpen, vorzugsweise Schneckenexenterpumpen (3e).

4a und 4b zeigen jeweils ein prinzipielles Ausführungsbeispiel für Ausführungen von Förderschnecken eines Reaktors einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse. Bei der in 4a dargestellten Förderschnecke handelt es sich um eine geschlossene Konstruktion, die üblicherweise der Förderung des darin sich befindlichen Materials dient. Bei der in 4b dargestellten Förderschnecke weisen die Schneckenwendeln im Wesentlichen mittig angeordneten Öffnungen auf, wobei vorteilhafterweise die Größe der einzelnen Öffnungen gesteuert einstellbar ist.
Die Ausgestaltung nach 4b kann so erfindungsgemäß gleichzeitig zum Mischen und/oder Fördern eingesetzt werden, insbesondere im Rahmen einer diskontinuierlichen Verfahrensführung (Batchbetrieb).
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Förderschnecke eines Reaktors einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse, welches insbesondere für eine kontinuierliche Verfahrensführung vorgesehen ist. Die Förderschnecke nach 5 weist zwei steuerbare Schneckenwendeln auf. Die Volumenräume zwischen den schraubenförmigen Wendeln der Förderschnecke werden durch die einander gegenüberliegenden Wendeln zwei Schnecken, die jeweils bis zur inneren Nabe gehen, abgedichtet. Die zwei Schneckenwendeln können vorteilhafterweise gleichläufig oder gegenläufig ausgelegt werden.
Eine weitere Verbesserung hinsichtlich der Abdichtung ist erzielbar, wenn mehr als zwei Schneckenwendeln im Reaktor miteinander kombiniert werden. 5f zeigt den Querschnitt eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels einer Förderschnecke mit drei Schneckenwendeln.
Die Druckfestigkeit eines erfindungsgemäßen Reaktors ist vorteilhafterweise durch Abstützungen der Rohrleitung des Druckbehälters erzielbar, vorzugsweise durch Abstützungen (vgl. insbesondere 5a) in besonders druckempfindlichen Bereichen des der Rohrleitung des Druckbehälters wie folgt:

- 5b: Versteifung durch Stege die sich an einem äußeren runden Behälter (Rohrleitung) abstützen; anstelle und/oder ergänzend zu den Stegen kann der Außenraum des Druckbehälters (Reaktor) auch mit Zement bzw. Beton oder dergleichen ausgefüllt werden
- 5c und 5d zeigen jeweils ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Versteifung des Reaktors hinsichtlich Druckaufnahme und Abstützung durch Verwendung durch von Rohrleitungen und Stegen mit einer Außenhaut zur Abstützung (5c) bzw. durch zwei Rohrleitungen mit einer Außenhaut zur Abstützung (5d). Die verbleibenden freien Räume zwischen den Rohrleitungen und/oder Stegen können vorteilhafterweise zur Aufnahme von Heiz- und Kühlflüssigkeit oder dergleichen -medien verwendet werden;
- 5e zeigt eine Konstruktion, bei der ein in der Mitte geteiltes Rohr die beiden äußeren Hälften und für den mittleren Teil, jeweils ein Vierkantrohr so umgeformt wird, dass es an die jeweils äußeren Rohrhälften angeschweißt, die Form des Reaktors ergibt. Das Vierkantrohr ist so stabil ausgeführt, dass keine Stege erforderlich werden. Das Reaktorgehäuse kann so vorteilhafterweise mit nur vier Schweißnähten hergestellt werden;

Die Ausführungsformen gemäß 5b bis 5e kommen vorteilhafterweise ohne Zusatzschweißnähte der Stege am Reaktorgehäuse aus. So lassen sich insbesondere Schweißanhäufungen vermeiden.
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse mit einer integrierten Heiz- und/oder Kühleinrichtung. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse mit einer externen Heiz- und/oder Kühleinrichtung.
Dargestellt ist jeweils ein Reaktor mit einem zweiten Mantel, der insbesondere mit einer Thermoflüssigkeit oder dergleichen Thermomedium gefüllt werden kann. Diese Thermoflüssigkeit (Thermomedium) kann mittels Pumpen in Umlauf gehalten werden und vorteilhafterweise für die Zu- und Abfuhr von Wärme genutzt werden. Die Anfangswärme zum Starten des Karbonisierungsprozesses erfolgt vorliegend vorteilhafterweise mittels Elektrowärmematten. Die erzeugte Wärme während des exotherm ablaufenden Karbonisierungsprozesses wird mit Hilfe der Thermoflüssigkeit abgeführt und in Wärmespeichern gespeichert (vgl. 9). Der Prozess kann in einigen Fällen so heftig sein, dass gekühlt werden muss. Das ist vorteilhafterweise durch Wärmespeicher mit kalter Wärmeträgerflüssigkeit möglich, die dann in den Mantelraum gepumpt wird. Vorteilhafterweise sind die Reaktoren gegen Wärmeverlust isoliert.
8 und 8a zeigen ein weiteres konkretes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse.
9 zeigt in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse mit erforderlichen Komponenten und/oder Rohrverbindungen, welche für einen kontinuierlichen Betrieb ausgelegt ist. Im Zentrum der Vorrichtung befindet sich ein erfindungsgemäßer Reaktor. Die Zufuhr von aufbereiteter Biomasse erfolgt mittels einer Kolbenhochdruckpumpe. Die Abfuhr erfolgt mittels einer Exenterschneckenrotorpumpe. Das Kohle-Wasser-Substrat gelangt in einen Druckentspannungsdampfabscheider. Von dort wir das nun drucklose Substrat zur weiteren Trennung weitergefördert. Das abgetrennte Wasser kann vorteilhafterweise in den Prozess als Zusatzwasser zurückgegeben werden und so vorteilhafterweise eine Aufkonzentrierung erfahren. Die Probeentnahmen während und am Ende des Prozesses geben Hinweise auf die abgeschlossene Karbonisierung. Der Reaktor, sobald er erstmalig befüllt ist (hierfür laufen die Schnecken einmalig bis zur vollständigen Füllung schneller) wird auf Temperatur gebracht und es beginnt die Karbonisierung. Die Förderschnecken, die Zu- und die Abfuhr aus dem Reaktor werden auf die gewünschte bzw. geforderte Produktionsgeschwindigkeit eingestellt. So wird das anfangs herauskommende Gut, wenn es noch nicht fertig ist, wieder zurück in den Reaktor gegeben, bis der Prozess stabil läuft. Dann wird vorteilhafterweise ein vollautomatischer Betrieb eingestellt und die Schnecken fördern das Gut in einem Produktionszyklus vom Reaktoreingang zum -Ausgang. Der Zyklus kann, je nach gewünschtem Ergebnis, zwischen vier Stunden (Produktion von Humus) und 12 bis 16 Stunden (Produktion von Kohle) andauern. Dementsprechend werden die Umdrehungszahlen der Schnecken eingestellt. Die Schnecken können kontinuierlich laufen, aber auch diskontinuierlich, insbesondere um das Anbacken von Kohle/Humus auszuschließen. Die Wärmeführung wird mittels Wärmeträgerflüssigkeit vorgenommen. Dafür ist eine Pumpe vorgesehen, welche warme Flüssigkeit aus einem Speicherbehälter zum Reaktor fördert und, je nach Stellung der Ventile, auch kalte Flüssigkeit, wenn an einer bestimmten Stelle des Reaktors zu viel Wärme aus der inneren exothermen Reaktion entsteht. Aus einer externen Wärmequelle (z.B. Blockheizkraftwerk) kann mehr oder weniger Wärme über den Wärmetauscher in die Speicher übertragen werden. Die Wärme- und/oder Kühlungsversorgung des Reaktors kann Zonen- bzw. Bereichsweise erfolgen, je nachdem, wo Wärme zu und/oder abgeführt werden muss bzw. soll. Dazu dienen insbesondere die Steuerventile. Wenn der Druck im Reaktor zu hoch werden sollte, kann der Druck aus Sicherheitsgründen über die Auslassventile in den Dampfabscheider entspannt werden, bis der Prozess sich wieder stabilisiert hat. Der Dampf wird von dort sicher abgeführt.
Diese kontinuierlich arbeitende Anlage (9) zeichnet sich durch folgende Merkmale und Vorteile aus:

- Es wird eine hydrothermale Karbonisierung von Biomasse in einem kontinuierlichen Betrieb ermöglicht.
- Der Reaktor erfährt eine kontinuierliche Druck- und/oder Wärmebelastung. Schwellende Belastungen sind weitestgehend vermeidbar.
- Der Prozess wird ständig sicher überwacht und gesteuert.
- Der Prozess kann, wenn einmal richtig eingestellt, ohne weitere örtliche Aufsicht betrieben werden. In einer Schaltwarte lässt sich der Prozess ständig überwachen.
- Das Anfahren eines Reaktors ist unproblematisch.
- Einzelprozesse können parallel geschaltet bzw. gefahren werden.
- Die erzeugte Wärme aus einzelnen Prozessen kann gebündelt genutzt werden. Auch die produzierte Eigenwärme kann vorteilhafterweise sofort genutzt werden und Überschusswärme kann anderenorts Verwendung finden.
- An jedem Ort bzw. jedem Segment des Reaktors kann Wärmeüberschuss oder Kälteeinbruch automatisch ausgeglichen werden.
- Eine bereits aufgestellte und arbeitende Anlage kann ohne großen Aufwand durch Montage zusätzlicher Reaktoren vergrößert werden.
- Für den Hersteller, und damit auch für den Nutzer ergeben sich aufgrund von Serienproduktionsmöglichkeiten große Vorteile finanzieller und betriebswirtschaftlicher Natur.

Die in den Figuren der Zeichnung dargestellten und im Zusammenhang mit diesen beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend.

Claims

Verfahren zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse, wobei Biomasse mit Wasser und wenigstens einem Katalysator in einem Druckbehälter durch Temperatur- und/oder Druckerhöhung in Stoffe wie Kohle, Öl und/oder dergleichen artverwandte Stoffe umgewandelt wird, wobei einem im Wesentlichen als Rohrleitung mit wenigstens einer steuerbaren Einlassöffnung und wenigstens einer steuerbaren Auslassöffnung ausgebildeten Druckbehälter über die wenigstens eine steuerbare Einlassöffnung Biomasse, Wasser und/oder wenigstens ein Katalysator zugeführt wird, die Temperatur- und/oder Druckverhältnisse in dem Druckbehälter derart gesteuert werden, dass dem Druckbehälter zugeführtes Füllgut aus Biomasse, Wasser und Katalysator in der Rohrleitung transportiert wird, wobei Biomasse, Wasser und Katalysator miteinander reagieren und über die wenigstens eine steuerbare Auslassöffnung wenigstens ein Reaktionsprodukt des Füllguts entnommen wird, und sich in dem Druckbehälter befindendes Füllgut und/oder Reaktionsprodukte des Füllguts mittels einer in der Rohrleitung des Druckbehälters angeordneten Förderschnecke mit wenigstens zwei steuerbaren Schneckenwendeln gemischt und/oder transportiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Förderschnecke im Wesentlichen über die gesamte Länge der Rohrleitung des Druckbehälters erstreckt und im Wesentlichen bündig an den Innenquerschnitt der Rohrleitung des Druckbehälters angepasst ist, die wenigstens zwei Schneckenwendeln der Förderschnecke zum Mischen und/oder Transportieren von sich in dem Druckbehälter befindendem Füllgut und/oder Reaktionsprodukten des Füllguts separat steuerbar sind, derart, dass durch Verstellung der Schneckenwendeln gegen- bzw. zueinander der zwischen zwei Gewindegängen der Schneckenwendeln gebildete Volumenraum vergrößert bzw. verkleinert wird, und wenigstens eine der wenigstens zwei Schneckenwendeln der Förderschnecke zumindest teilweise mit vorzugsweise im Wesentlichen mittig angeordneten Öffnungen versehen ist, wobei die Größe der einzelnen Öffnungen gesteuert einstellbar ist und die Öffnungen derart ausgebildet sind, dass im geschlossenen Druckbehälter auch eine Mischung des Füllguts und/oder Reaktionsprodukten des Füllguts erfolgt, indem das Füllgut und/oder Reaktionsprodukt des Füllguts in dem Bereich der Positionen der Öffnungen zurückfließt, während es außen in Schneckenförderrichtung transportiert bzw. bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Schneckenwendeln der Förderschnecke zum Mischen und/oder Transportieren von sich in dem Druckbehälter befindendem Füllgut und/oder Reaktionsprodukten des Füllguts gleichläufig oder gegenläufig betreibbar sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Schneckenwendeln der Förderschnecke zum Mischen und/oder Transportieren von sich in dem Druckbehälter befindendem Füllgut und/oder Reaktionsprodukten des Füllguts kontinuierlich oder diskontinuierlich (Schrittweise) angetrieben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine kontinuierliche Zuführung von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur- und/oder Druckverhältnisse in dem Druckbehälter derart gesteuert werden, dass dem Druckbehälter zugeführtes Füllgut aus Biomasse, Wasser und Katalysator definiert in der Rohrleitung transportiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator über wenigstens eine vor der wenigstens einen steuerbaren Einlassöffnung des Druckbehälters angeordnete, wenigstens eine steuerbare Einlassöffnung und wenigstens eine steuerbare Auslassöffnung aufweisende Schleusenkammer erfolgt, wobei die Schleusenkammer seitens der wenigstens einen steuerbaren Einlassöffnung mit wenigstens einem Vorratsspeicher an Biomasse Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator und seitens der wenigstens einen steuerbaren Auslassöffnung mit der wenigstens einen steuerbaren Einlassöffnung des Druckbehälters verbindbar ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Transport von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator aus der Schleusenkammer in den Druckbehälter durch Druckbeaufschlagung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator über eine vor der wenigstens einen steuerbaren Einlassöffnung des Druckbehälters angeordnete Kolben-Presseinrichtung erfolgt, wobei die Kolben-Presseinrichtung eine Kammer mit wenigstens einer Einlassöffnung, wenigstens einer steuerbaren Auslassöffnung und einem in der Kammer bewegbaren Kolben zum Pressen von in der Kammer befindendem Gut aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Transport von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator aus der Kammer in den Druckbehälter durch mittels des Kolbens aufgebauter Druckbeaufschlagung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator über eine vor der wenigstens einen steuerbaren Einlassöffnung des Druckbehälters angeordnete Excenterschneckenpumpe mit Druckregelung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur- und/oder Druckverhältnisse in dem Druckbehälter über die wenigstens eine steuerbare Einlassöffnung und/oder die wenigstens eine steuerbare Auslassöffnung gesteuert werden, vorzugsweise über wenigstens eine Regeleinrichtung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter beheizt und/oder gekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung des Druckbehälters zumindest teilweise in einem mit wenigstens einem Wärmeübertragungsmedium, vorzugsweise Öl, füllbaren Behältnis angeordnet ist und die Beheizung bzw. die Kühlung des Druckbehälters über die Temperatur des wenigstens einen Wärmeübertragungsmediums in dem Behältnis gesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch Verwendung eines Eindickmittels, vorzugsweise Speisestärke wie Getreide- und/oder Kartoffelstärke, für das Füllgut aus Biomasse, Wasser und wenigstens einem Katalysator.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahme des wenigstens einen Reaktionsprodukts des Füllguts über eine nach der wenigstens einen steuerbaren Auslassöffnung des Druckbehälters angeordnete Trenneinrichtung erfolgt, vorzugsweise durch Filterung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsprodukt des Füllguts vor und/oder nach der Entnahme gepresst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator, die Einstellung der Temperatur- und/oder Druckverhältnisse in dem Druckbehälter, der Transport des Füllguts durch den Druckbehälter und/oder die Entnahme des wenigstens einen Reaktionsprodukts des Füllguts aus dem Druckbehälter geregelt erfolgt, vorzugsweise mittels einer Regeleinrichtung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur im Druckbehälter zumindest über die zeitliche Dauer des Transports des Füllguts durch den Druckbehälter konstant gehalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur im Druckbehälter zumindest über die zeitliche Dauer des Transports des Füllguts durch den Druckbehälter in einem Bereich zwischen etwa 160,00 °C bis etwa 250,00 °C, vorzugsweise zwischen etwa 180,00 °C bis etwa 200,00 °C gehalten wird.
Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse, wobei Biomasse mit Wasser und wenigstens einem Katalysator in einem Druckbehälter durch Temperatur- und/oder Druckerhöhung in Stoffe wie Kohle, Ül und/oder dergleichen artverwandte Stoffe umgewandelt wird, wobei der Druckbehälter aus wenigstens einer Rohrleitung mit wenigstens einer steuerbaren Einlassöffnung und wenigstens einer steuerbaren Auslassöffnung ausgebildet ist, und in der Rohrleitung des Druckbehälters eine Förderschnecke mit wenigstens zwei steuerbaren Schneckenwendeln zum Mischen und/oder Transportieren von sich in dem Druckbehälter befindendem Füllgut und/oder Reaktionsprodukten des Füllguts angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Förderschnecke im Wesentlichen über die gesamte Länge der Rohrleitung des Druckbehälters erstreckt und im Wesentlichen bündig an den Innenquerschnitt der Rohrleitung des Druckbehälters angepasst ist, die wenigstens zwei Schneckenwendeln der Förderschnecke zum Mischen und/oder Transportieren von sich in dem Druckbehälter befindendem Füllgut und/oder Reaktionsprodukten des Füllguts separat steuerbar sind, derart, dass durch Verstellung der Schneckenwendeln gegen- bzw. zueinander der zwischen zwei Gewindegängen der Schneckenwendeln gebildete Volumenraum vergrößerbar bzw. verkleinerbar ist, und wenigstens eine der wenigstens zwei Schneckenwendeln der Förderschnecke zumindest teilweise mit vorzugsweise im Wesentlichen mittig angeordneten Öffnungen versehen ist, wobei die Größe der einzelnen Öffnungen gesteuert einstellbar ist und die Öffnungen derart ausgebildet sind, dass im geschlossenen Druckbehälter auch eine Mischung des Füllguts und/oder Reaktionsprodukten des Füllguts erfolgt, indem das Füllgut und/oder Reaktionsprodukt des Füllguts in dem Bereich der Positionen der Öffnungen zurückfließt, während es außen in Schneckenförderrichtung transportierbar bzw. bewegbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Schneckenwendeln der Förderschnecke zum Mischen und/oder Transportieren von sich in dem Druckbehälter befindendem Füllgut und/oder Reaktionsprodukten des Füllguts gleichläufig oder gegenläufig betreibbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 20 oder Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Schneckenwendeln der Förderschnecke zum Mischen und/oder Transportieren von sich in dem Druckbehälter befindendem Füllgut und/oder Reaktionsprodukten des Füllguts kontinuierlich oder diskontinuierlich (Schrittweise) antreibbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Rohrleitung des Druckbehälters zumindest teilweise in einem mit wenigstens einem Wärmeübertragungsmedium, vorzugsweise Öl und/oder Stahlkies, füllbaren Behältnis angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, gekennzeichnet durch wenigstens eine steuerbare Heizeinrichtung, vorzugsweise wenigstens eine elektrisch betreibbare Wärmematte (Elektrowärmematte), zur Regelung der Temperatur in dem Druckbehälter.
Vorrichtung nach Anspruch 23 oder Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Wärmeübertragungsmediums in dem Behältnis über die Heizeinrichtung steuerbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 25, gekennzeichnet durch wenigstens eine vor der wenigstens einen steuerbaren Einlassöffnung des Druckbehälters angeordnete Schleusenkammer zur Zuführung von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator durch die wenigstens eine steuerbare Einlassöffnung des Druckbehälters, aufweisend wenigstens eine steuerbare Einlassöffnung und wenigstens eine steuerbare Auslassöffnung.
Vorrichtung nach Anspruch 26 dadurch gekennzeichnet, dass die Schleusenkammer seitens der wenigstens einen steuerbaren Einlassöffnung mit wenigstens einem Vorratsspeicher an Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator und seitens der wenigstens einen steuerbaren Auslassöffnung mit der wenigstens einen steuerbaren Einlassöffnung des Druckbehälters verbindbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 26 oder Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die steuerbare Einlassöffnung des Druckbehälters die steuerbare Auslassöffnung der Schleusenkammer bildet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 28, gekennzeichnet durch wenigstens eine Pumpe zur steuerbaren und/oder regelbaren Druckbeaufschlagung der Schleusenkammer.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 29, gekennzeichnet durch eine vor der wenigstens einen steuerbaren Einlassöffnung des Druckbehälters angeordnete Kolben-Presseinrichtung zur Zuführung von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator durch die wenigstens eine steuerbare Einlassöffnung des Druckbehälters, aufweisend eine Kammer mit wenigstens einer Einlassöffnung, wenigstens einer steuerbaren Auslassöffnung und einem in der Kammer bewegbaren Kolben zum Pressen von in der Kammer befindlichem Gut.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 30, gekennzeichnet durch eine vor der wenigstens einen steuerbaren Einlassöffnung des Druckbehälters angeordnete Excenterschneckenpumpe mit Druckregelung zur Zuführung von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator durch die wenigstens eine steuerbare Einlassöffnung des Druckbehälters.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 31, gekennzeichnet durch eine vorzugsweise steuerbare Einrichtung zum Beheizen und/oder Kühlen des Druckbehälters.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 32, gekennzeichnet durch wenigstens eine Regeleinrichtung zur zumindest teilautomatischen Steuerung der Temperatur- und/oder Druckverhältnisse in dem Druckbehälter über die wenigstens eine steuerbare Einlassöffnung und/oder die wenigstens eine steuerbare Auslassöffnung.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 33, gekennzeichnet durch wenigstens eine nach der wenigstens einen steuerbaren Auslassöffnung des Druckbehälters angeordnete Trenneinrichtung, vorzugsweise Filtereinrichtung, über welche die Entnahme des wenigstens einen Reaktionsprodukts des Füllguts erfolgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 34, gekennzeichnet durch wenigstens eine Regeleinrichtung zur zumindest teilautomatischen Steuerung der Zuführung von Biomasse, Wasser und/oder wenigstens einem Katalysator, der Temperatur- und/oder Druckverhältnisse in dem Druckbehälter, des Transports des Füllguts durch den Druckbehälter und/oder der Entnahme des wenigstens einen Reaktionsprodukts des Füllguts aus dem Druckbehälter.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass diese ausgebildet und/oder eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19 zumindest teilweise auszuführen.