DE102009007302C5

DE102009007302C5 - Method and device for the hydrothermal carbonization of biomass

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.

Method for the hydrothermal carbonization of biomass,
in which
Biomass is converted with water and at least one catalyst in a pressure vessel by increasing the temperature and / or pressure in substances such as coal, oil and / or the like related substances,
in which
one
essentially as a pipeline
with at least one controllable inlet opening and
at least one controllable outlet opening
formed
pressure vessel
via the at least one controllable inlet opening biomass, water and / or at least one catalyst is supplied,
the temperature and / or pressure conditions are controlled in the pressure vessel such that
the biomass, water and catalyst supplied to the pressure vessel
transported in the pipeline,
where biomass, water and catalyst react with each other
and
at least one reaction product of the contents is taken off via the at least one controllable outlet opening,
and
in the pressure vessel located filling material and / or reaction products of the medium
mixed and / or transported by means of a screw conveyor arranged in the pipeline of the pressure vessel with at least two controllable screw flights,
characterized in that
the conveyor worm extends substantially over the entire length of the pipeline of the pressure vessel and is adapted substantially flush with the inner cross section of the pipeline of the pressure vessel,
the at least two screw flights of the screw conveyor for mixing and / or transporting in the pressure vessel befindendem contents and / or reaction products of the contents are separately controllable, such that increased by adjusting the screw flights against each other or the volume space formed between two threads of the screw flights or reduced, and
at least one of the at least two spiral flights of the screw conveyor is at least partially provided with preferably substantially centrally disposed openings, wherein the size of the individual openings is controlled adjustable and the openings are formed such that in the closed pressure vessel, a mixture of the contents and / or reaction products of the Filling takes place by the filling material and / or reaction product of the filling material flows back in the region of the positions of the openings, while being transported or moved outside in the screw conveying direction.

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.The present invention relates to a method and apparatus for the hydrothermal carbonization of biomass, wherein biomass is converted with water and at least one catalyst in a pressure vessel, by temperature and / or pressure increase in substances such as coal, oil and / or the like related substances. Such methods and devices are known in the art in particular from WO 2008/095589 A1 whose disclosures are hereby explicitly referenced.

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.For the purposes of the present invention, the term biomass covers all living, dead and / or decomposed organisms. In addition to plants, these include, in particular, waste and / or residual wood, straw, grass, manure, leaves, sewage sludge and / or organic household waste. The biomass can be used in different compositions, qualities, sizes and / or the like, as needed and desired conversion product.

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.So far, in the hydrothermal carbonization, a pressure vessel is filled with essentially consisting of plant products biomass, water and a small amount of a catalyst. Subsequently, the pressure vessel is closed and performed under temperature and pressure increase the conversion or implementation of the biomass. The reaction that takes place is exothermic to a different extent, ie energy is released in the form of heat and / or long-wave radiation. The essential duration of the conversion process depends on the desired state of the conversion product and has previously been, for example, for the conversion of biomass to coal in a time range of about twelve hours. In this case, the pressure vessel is maintained at a temperature of about 180 ° C to about 250 ° C. Subsequently, the pressure vessel is opened and the conversion product - when a conversion of biomass into coal, small floating on the water coal particles - taken from the pressure vessel.

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.A disadvantage of the previously known hydrothermal carbonization in addition to the relatively large duration of the conversion process, in particular the process control in which a pressure vessel is first filled, the filled pressure vessel is then pressure-tight, then run in the pressure vessel, the conversion reactions, the pressure vessel is then opened and then the opened pressure vessel is emptied or the conversion product is removed from the pressure vessel.

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. WO2008 / 095589 A1 discloses a method and an apparatus for the hydrothermal carbonization of biomass, in which biomass in a tubular reactor, which may have a screw conveyor for transporting the biomass to be carbonized, by means of which biomass can be continuously carbonized.

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. DE 10 2007 012 112 B3 discloses an apparatus and a method for the hydrothermal carbonization of biomass, wherein during a current carbonation process starting products are fed through an inlet to a pressure reactor, are moved by a conveyor to the outlet and there, after they have been largely converted to end products, are removed the reactor internal pressure can not escape through the inlet or outlet.

Der vorliegenden Erfindung liegt in Anbetracht des Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, die hydrothermale Karbonisierung von Biomasse weiter zu verbessern.The object of the present invention, in view of the prior art, is to further improve the hydrothermal carbonization of biomass.

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.The technical solution to this problem is the present invention, a method and for the hydrothermal carbonization of biomass, biomass with water and at least one catalyst in a pressure vessel by increasing the temperature and / or pressure in substances such as coal, oil and / or the like related substances is, with a substantially designed as a pipeline with at least one controllable inlet port and at least one controllable outlet port pressure vessel via the at least one controllable inlet port biomass, water and / or at least one catalyst is supplied, the temperature and / or pressure conditions in the pressure vessel so controlled be transported that is supplied to the pressure vessel contents of biomass, water and catalyst in or through the pipeline, wherein biomass, water and catalyst react with each other, and on the at least one controllable Auslassöffnun g is removed at least one reaction product of the filling material, and in the pressure vessel located filling material and / or reaction products of the contents by means arranged in the pipeline of the pressure vessel conveyor screw mixed with at least two controllable screw flights and / or transported, proposed, which is characterized in that the at least two screw flights of the conveyor screw can be controlled separately for mixing and / or transporting filling material and / or reaction products of the filling material located in the pressure container.

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.By the inventive use of a screw conveyor with at least two controllable Helical flights are advantageously met on or for a continuous operation requirements met, especially since the conversion or reaction product of the product is quasi promoted in individual packages through the pipeline, which form depending on the setting of the screw helixes to each other in volume spaces between the screw helix , The screw flights advantageously move past each other and seal the volume spaces formed or existing between the screw flights against each other against the shaft of the screw flights and the pipeline of the pressure vessel. According to the invention, a double-screw reactor is thus advantageously provided, which can be operated as a function of the screw shape and / or screw pitch in the left-hand or right-handed direction in synchronized operation and / or in the opposite direction. According to the invention, mixing and / or transporting can thus be further adjusted and improved. Furthermore, the volume space formed between two threads of the screw flights can advantageously be increased or reduced by adjusting the screw flights relative to one another or to one another. In this way, it is advantageously possible to carry out further adjustments, in particular with regard to the pressure in the volume space of a package, for individual packages of the product to be converted or for the reaction product of the product.

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.The delivery volume of the screw conveyor is prematurely controllable, preferably via a control device. In a specific embodiment of the invention, the screw conveyor extends substantially over the entire length of the pipeline of the pressure vessel and is substantially flush adapted to the inner cross section of the pipeline of the pressure vessel.

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.The embodiment according to the invention advantageously implements continuous process management, which, in particular due to the numerous adjustment possibilities of the at least two screw flights of the conveyor screw, enables improved mixing and / or transporting of the conversion product or reaction product of the product and thus improved hydrothermal carbonization of biomass. The inventive design of the pressure vessel through a pipeline quasi infinitely many cascaded one behind the other and interconnected pressure vessel can be realized. Overall, it is thus advantageously possible to carry out a continuous process, which is particularly advantageous, particularly against the background of an effective and economical industrial use of the hydrothermal carbonization for material production. Furthermore, in the embodiment according to the invention, the mechanical and / or plant-technical effort is reduced, in particular because pumps, shut-off devices and the like facilities that would otherwise occur in cascaded successively arranged and fluidly interconnected pressure vessels, omitted, but at least needed to a much lesser extent.

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.Advantageously, the at least two screw flights of the screw conveyor for mixing and / or transporting in the pressure vessel befindendem contents and / or reaction products of the contents are separately controllable.

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.A further embodiment of the invention provides that the at least two screw flights of the screw conveyor for the mixing and / or transporting of in the pressure vessel befindendem contents and / or reaction products of the contents are in the same direction or in opposite directions operable.

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.According to a further proposal of the invention, the at least two screw flights of the conveyor screw for mixing and / or transporting in the pressure vessel befindendem contents and / or reaction products of the contents are continuously or discontinuously (stepwise); driven.

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.A further particularly advantageous embodiment of the invention provides that at least one of the screw flights is at least partially provided with in particular substantially centrally arranged openings. According to the invention in the closed reactor (pressure vessel) also a mixture of the conversion or reaction product of the contents take place by the back of the Umgangsgut or reaction product of the contents in the middle, that is in the region of the positions of the openings, while it flows outside in Worm conveying direction is transported or moved.

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.The process according to the invention advantageously permits a continuous supply of biomass, water and / or at least one catalyst. The supply of biomass, water and / or at least one catalyst for filling the pressure vessel can be carried out in parallel, so that biomass, water and / or catalyst are fed individually. Accordingly, a separate supply of biomass, a separate supply of water and / or a separate supply of catalyst are provided. Advantageously, the mixing ratio of the components biomass, water and / or at least one catalyst is carried out via a corresponding control system.

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.Advantageously, the temperature and / or pressure conditions in the pressure vessel are controlled such that the pressure vessel fed contents of biomass, water and catalyst defined in or transported through the pipeline. According to the invention, a mass layer passes through the pressure vessel designed as a pipeline during the conversion process. Advantageously, at each point in time at different points along the pipeline present at the respective time of the conversion process corresponding intermediates available: A particularly advantageous embodiment of the invention provides lock chambers, which are arranged at different locations along the pipeline and in the context of the conversion process, a removal of at the corresponding point of the pipeline present intermediate product, advantageously at or while maintaining a continuous process control according to the invention.

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.In a further advantageous embodiment of the invention, the supply of biomass, water and / or at least one catalyst via at least one controllable inlet opening of the pressure vessel disposed at least one controllable inlet opening and at least one controllable outlet opening having lock chamber takes place, the lock chamber on the part of the at least one controllable inlet opening with at least one storage reservoir of biomass, water and / or at least one catalyst and on the part of the at least one controllable outlet opening with the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel is connectable. Advantageously, the transport of biomass, water and / or at least one catalyst from the lock chamber takes place in the pressure vessel by pressurization.

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.A further advantageous embodiment of the invention provides that the supply of biomass, water and / or at least one catalyst takes place via a piston-pressing device arranged in front of the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel, wherein the piston-pressing device has a chamber with at least one inlet opening, at least one controllable outlet opening and a movable piston in the chamber for pressing befindlichem in the chamber Good. Advantageously, the transport of biomass, water and / or at least one catalyst from the chamber into the pressure vessel is carried out by means of the piston pressurization.

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.According to another proposal of the invention, the supply of biomass, water and / or at least one catalyst advantageously takes place via an eccentric screw pump with pressure regulation arranged in front of the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel.

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.A further advantageous embodiment of the invention provides that the temperature and / or pressure conditions in the pressure vessel are controlled via the at least one controllable inlet opening and / or the at least one controllable outlet opening, preferably via at least one control device.

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.Advantageously, the pressure vessel is heated and / or cooled. In a preferred embodiment of the invention, the pipeline of the pressure vessel is at least partially disposed in a vessel which can be filled with at least one heat transfer medium, preferably oil, and the heating or cooling of the pressure vessel is controlled via the temperature of the at least one heat transfer medium in the vessel. By a corresponding arrangement according to the invention can be ensured in a simple manner that the entire process takes place at a uniform or unified temperature. Furthermore, as part of the process flow at the respective points in the pipeline resulting heat energy (reactor heat) is dissipated directly and thus supplied to areas where the conversion process has already taken place or has progressed further. Advantageously, in particular an overheating of individual process sections is prevented.

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.A particularly advantageous embodiment of the invention is characterized by using a thickening agent, preferably corn starch and cereal and / or potato starch, for the contents of biomass, water and at least one catalyst. Depending on the nature and configuration of the biomass, parts or particles of the biomass can float in the water in the pressure vessel and / or deposit in the pressure vessel. Thus, for example, cereals and / or cereal-like products or their constituents used as biomass sink due to their specific weight in the pressure vessel, which sometimes leads to blockages in the pressure vessel. As biomass used foliage and / or foliage-like products or their components floats in the pressure vessel, which sometimes also leads to blockages in the pressure vessel. By using a thickening agent according to the invention, these problems of sinking and / or floating of biomass particles can be bypassed and thus eliminated. Advantageously, the thickening agent is added in amounts effective to provide a substantially viscous consistency. Advantageously, the thickening agent is first added to the water and / or the catalyst. Then this will be viscous water-catalyst mixture of the biomass added.

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.In a further advantageous embodiment of the invention, the removal of the at least one reaction product of the filling material takes place via a separating device arranged downstream of the at least one controllable outlet opening of the pressure vessel, preferably by filtering.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsprodukt vor und/oder nach der Entnahme gepresst wird.A further advantageous embodiment of the invention is characterized in that the reaction product is pressed before and / or after removal.

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.Another particularly advantageous embodiment of the invention provides that the supply of biomass, water and / or at least one catalyst, the setting of the temperature and / or pressure conditions in the pressure vessel, the transport of the contents through the pressure vessel and / or the removal of the at least one reaction product of the contents is controlled from the pressure vessel, preferably by means of a control device. According to the invention, in particular the operating and personnel expenses in the course of the process control can be further reduced. A further embodiment of the invention advantageously provides for fully automatic process control.

Vorteilhafterweise wird die Temperatur im Druckbehälter zumindest über die zeitliche Dauer des Transports des Füllguts durch den Druckbehälter konstant gehalten.Advantageously, the temperature in the pressure vessel is kept constant at least over the time duration of the transport of the contents through the pressure vessel.

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.A further advantageous embodiment of the invention provides that the temperature in the pressure vessel at least over the period of time of transport of the contents through the pressure vessel in a range between about 160.00 ° C to about 250.00 ° C, preferably between about 180.00 ° C to about 200.00 ° C is maintained.

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.For technical solution of the above object is a device for hydrothermal carbonization of biomass, wherein biomass is converted with water and at least one catalyst in a pressure vessel by increasing the temperature and / or pressure in substances such as coal, oil and / or the like related materials the pressure vessel is formed of at least one pipeline with at least one controllable inlet opening and at least one controllable outlet opening, and in the pipeline of the pressure vessel a screw conveyor with at least two controllable screw flights for mixing and / or transporting in the pressure vessel befindendem contents and / or reaction products of Filling is arranged, proposed, in which the at least two screw flights of the screw conveyor for mixing and / or transporting in the pressure vessel befindendem contents and / or reaction products of the contents are separately controlled sin d.

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.According to a further embodiment of the invention, the at least two screw flights of the screw conveyor for mixing and / or transporting in the pressure vessel befindendem contents and / or reaction products of the contents are continuously or discontinuously (stepwise) can be driven.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass wenigstens eine der Schneckenwendeln zumindest teilweise mit insbesondere im Wesentlichen mittig angeordneten Öffnungen versehen ist.A further advantageous embodiment of the invention provides that at least one of the screw flights is at least partially provided with in particular substantially centrally arranged openings.

Vorteilhafterweise ist die wenigstens eine Rohrleitung des Druckbehälters zumindest teilweise in einem mit wenigstens einem Wärmeübertragungsmedium, vorzugsweise Öl, füllbaren Behältnis angeordnet.Advantageously, the at least one pipeline of the pressure vessel is arranged at least partially in a container which can be filled with at least one heat transfer medium, preferably oil.

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.A further advantageous embodiment of the invention is characterized by at least one controllable heating device, preferably at least one electrically operable heat mat (electric heat mat) for controlling the temperature in the pressure vessel.

Vorteilhafterweise ist die Temperatur des Wärmeübertragungsmediums in dem Behältnis über die Heizeinrichtung steuerbar.Advantageously, the temperature of the heat transfer medium in the container via the heater is controllable.

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.A further embodiment of the invention is advantageously characterized by at least one lock chamber arranged in front of the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel for supplying biomass, water and / or at least one catalyst through the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel, comprising at least one controllable inlet opening and at least one controllable outlet opening. The lock chamber is advantageously connectable on the part of the at least one controllable inlet opening with at least one storage reservoir of biomass, water and / or at least one catalyst and on the part of the at least one controllable outlet opening with the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel. A concrete embodiment of the invention provides that the controllable inlet opening of the pressure vessel forms the controllable outlet opening of the lock chamber. A further embodiment of the invention is characterized by at least one pump for controllable and / or controllable pressurization of the lock chamber.

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.A further advantageous embodiment of the invention is characterized by a prior to the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel arranged piston-pressing device for supplying biomass, water and / or at least one catalyst through the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel, comprising a chamber with at least one inlet opening , at least one controllable outlet opening and a piston movable in the chamber for pressing material located in the chamber.

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.A further advantageous embodiment of the invention is characterized by an eccentric screw pump with pressure regulation arranged in front of the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel for supplying biomass, water and / or at least one catalyst through the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine vorzugsweise steuerbare Einrichtung zum Beheizen und/oder Kühlen des Druckbehälters.A further advantageous embodiment of the invention is characterized by a preferably controllable device for heating and / or cooling of the pressure vessel.

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.A further advantageous embodiment of the invention is characterized by at least one control device for at least partially automatic control of the temperature and / or pressure conditions in the pressure vessel via the at least one controllable inlet opening and / or the at least one controllable outlet opening.

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.A further advantageous embodiment of the invention is characterized by at least one separating device arranged downstream of the at least one controllable outlet opening of the pressure vessel, preferably a filter device, via which the removal of the at least one reaction product of the filling material takes place.

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.A further advantageous embodiment of the invention is characterized by at least one control device for at least partially automatic control of the supply of biomass, water and / or at least one catalyst, the temperature and / or pressure conditions in the pressure vessel, the transport of the contents through the pressure vessel and / or the removal of the at least one reaction product of the filling material from the pressure vessel.

In einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung ausgebildet und/oder eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren zumindest teilweise auszuführen.In a further, particularly advantageous embodiment of the invention, the device according to the invention is designed and / or set up to carry out a method according to the invention at least partially.

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.

Further details, features and advantages of the invention will be explained in more detail with reference to the embodiments of the invention shown in the figures of the drawing. Showing:

1 in a schematic schematic diagram of an embodiment of an inventive Apparatus for hydrothermal carbonization of biomass;
2 in a schematic diagram of an embodiment of a filling or emptying of a pressure vessel according to the invention of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass in a discontinuous operation;
3 in a schematic schematic diagram of an embodiment of a filling or emptying of a pressure vessel according to the invention of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass in a continuous operation;
3a in a schematic schematic diagram of an embodiment of a pressure-stable lock of a reactor according to the invention of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass;
3b in a schematic schematic diagram of another embodiment of a pressure-resistant lock a reactor according to the invention of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass;
3c in a schematic schematic diagram of another embodiment of a pressure-resistant lock a reactor according to the invention of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass;
3d in a schematic schematic diagram of another embodiment of a pressure-resistant lock a reactor according to the invention of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass;
3e in a schematic schematic diagram of another embodiment of a pressure-resistant lock a reactor according to the invention of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass;
4a in a schematic diagram of an embodiment of a screw conveyor of a reactor according to the invention of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass;
4b in a schematic schematic diagram of another embodiment of a screw conveyor of a reactor according to the invention of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass;
5 in a schematic schematic diagram of another embodiment of a screw conveyor of a reactor according to the invention of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass;
5a shows the cross section of an inventive embodiment of a reactor according to the invention of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass with a screw conveyor with two screw flights and reactor stiffeners according to the invention;
5b shows the cross section of another embodiment according to the invention of a reactor according to the invention of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass with a screw conveyor with two screw flights and reactor stiffeners according to the invention;
5c shows the cross section of another embodiment according to the invention of a reactor according to the invention of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass with a screw conveyor with two screw flights and reactor stiffeners according to the invention;
5d shows the cross section of another embodiment according to the invention of a reactor according to the invention of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass with a screw conveyor with two screw flights and reactor stiffeners according to the invention;
5e shows the cross section of another embodiment according to the invention of a reactor according to the invention of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass with a screw conveyor with two screw flights and reactor stiffeners according to the invention;
5f shows the cross section of an embodiment according to the invention of a screw conveyor with three screw flights;
6 in a schematic diagram of an embodiment of an inventive device for the hydrothermal carbonization of biomass with an integrated heating and / or cooling device;
7 in a schematic diagram of an embodiment of an inventive device for the hydrothermal carbonization of biomass with an external heating and / or cooling device;
8th in a schematic, partially sectional view of another embodiment of an inventive device for the hydrothermal carbonization of biomass;
8a a sectional view according to section line B -B to 8th and
9 in a schematic representation of an embodiment of an inventive device for the hydrothermal carbonization of biomass with required components and / or pipe connections, in particular for continuous operation.

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.The reactor according to the invention for hydrothermal carbonization of biomass according to 1 consists essentially of a substantially designed as a pipeline pressure vessel with a filling inlet, which is provided with a closable or openable lock fitting, and an outlet, which is also provided with a closable or openable lock fitting. In the pipeline of the pressure vessel, a screw conveyor with at least two controllable screw flights for mixing and / or transporting located in the pressure vessel contents and / or reaction products of the contents is arranged. The screw flights of the screw conveyor are movable or drivable via a gearbox by a motor.

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.The interior of the reactor according to the invention is sealed via a shaft seal to the outside, wherein the shaft seal is designed and designed such that these temperatures of up to 250 ° C and pressures of up to 25 bar safely withstands and seals. For this purpose, a chambered mechanical seal with barrier fluid is preferably provided in the present case.

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.Because the filling of the reactor is completely filled, an accumulator is provided for volume compensation. It is preferably a bladder accumulator, in the interior of which an initial pressure is set in such a way that when the final pressure of about 25 bar is reached, a sufficiently large compensation space for overpressure in the reactor is available.

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. To further secure the reactor vessel overpressure safety valves are provided and for the process control at least one pressure sensor, in particular because there is an identical pressure in the entire reaction space substantially everywhere.

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.Since the initial heat energy according to the invention is given from the outside (see. 6 and 7 ), is provided at another location, in this case advantageously in the shaft, to arrange temperature sensors, with the aid of which the process can be monitored and controlled. 1 shows by way of example corresponding temperature sensors, which are also provided on the container wall. The conduits to and from the sensors may advantageously pass through the hollow shaft of the screw flights. At the end of the shaft, an amplifier with radio transmission, a slip ring pickup or other suitable means for transmitting the detected or determined signals is advantageously provided.

Der Antrieb der Welle kann erfindungsgemäß kontinuierlich oder auch alternierend erfolgen.The drive of the shaft can be carried out according to the invention continuously or alternately.

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. 2 shows an embodiment for a filling and emptying of a reactor according to the invention. The filling of the reactor is carried out with the aid of a suitable feed pump, which is able to promote prepared biomaterial in chopped form, preferably chopping up to sawdust, and to build up pressure: The screw conveyor serves, during the filling process, for internal delivery and filling of the reactor. At the end of the reaction time, the screw feeds the contents out of the reactor.

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.The reactor is advantageously completely filled for a so-called batch process, that is to say a discontinuous process, care being taken to ensure that at least 10% water content to the dry substance is available in the reactor. Then the closing valves are closed and the process of hydrothermal carbonation can begin.

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. 3 shows a further embodiment of a filling and emptying of a reactor according to the invention, in this case for a continuous process management. It is essential in this process procedure in particular that the pressure in the reactor is maintained, both during filling and during emptying. Advantageously, both occur at the same time. The movement of the screw conveyor can be carried out continuously as well as stepwise discontinuously in small steps. If the screw conveyor is running, the reactor is advantageously filled and emptied simultaneously.

Die Befüllung erfolgt vorteilhafterweise mittels einer Hochdruckpumpe für festes und/oder pastöses Material, insbesondere mit Schneckenexenterpumpen oder Kolben-/Kolbenmembranpumpen.The filling is advantageously carried out by means of a high pressure pump for solid and / or pasty material, in particular with screw eccentric or piston / piston diaphragm pumps.

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).

When emptying the reactor, it is particularly important to maintain the internal pressure and bring down the conveyed outside the reactor to atmospheric pressure. Since the conveyed mainly consists of a coal / water suspension on this side of the reactor and also has a high temperature, in this case about 200 ° C, some of the water will evaporate abruptly. From the reactor you get the conveyed advantageously by pressure-resistant locks out. Hereinafter, various advantageous embodiments of the invention are listed:

- alternatively opening shut-off valves or flaps ( 3a) ;
- Rotary valves ( 3b)
- Ball valves with a non-continuous ball, which conveys the conveyed portion by item outside, preferably with metal gaskets made of gray cast iron ( 3c) ;
- Shut-off valves or flaps combined or combined with needle valves; this advantageously enables a continuous operation ( 3d) ; and or
- Pressure relief pumps, preferably screw eccentric pumps ( 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. 4a and 4b each show a basic embodiment for embodiments of screw conveyors of a reactor of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass. At the in 4a shown screw conveyor is a closed construction, which usually serves to promote the material therein. At the in 4b shown screw conveyor, the screw flights have substantially centrally disposed openings, wherein advantageously the size of the individual openings is controlled adjustable.

Die Ausgestaltung nach 4b kann so erfindungsgemäß gleichzeitig zum Mischen und/oder Fördern eingesetzt werden, insbesondere im Rahmen einer diskontinuierlichen Verfahrensführung (Batchbetrieb).The design after 4b Thus, according to the invention, it can simultaneously be used for mixing and / or conveying, in particular in the context of a discontinuous process procedure (batch operation).

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. 5 shows a further embodiment of a screw conveyor of a reactor of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass, which in particular for a continuous process control is provided. The screw conveyor after 5 has two controllable screw flights. The volume spaces between the spiral helices of the screw conveyor are sealed by the opposite helices of two screws, each going to the inner hub. The two screw flights can advantageously be designed in the same direction or in opposite directions.

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.A further improvement in terms of sealing can be achieved if more than two spiral flights are combined in the reactor. 5f shows the cross section of an inventive embodiment of a screw conveyor with three screw flights.

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;

The compressive strength of a reactor according to the invention can be advantageously achieved by supporting the pipeline of the pressure vessel, preferably by means of supports (cf. 5a) in particularly pressure-sensitive areas of the pipeline of the pressure vessel as follows:

- 5b : Stiffening by webs which are supported on an outer round container (pipeline); instead of and / or in addition to the webs, the outer space of the pressure vessel (reactor) can also be filled with cement or concrete or the like
- 5c and 5d each show a further embodiment of a stiffening of the reactor with respect to pressure absorption and support by use of pipes and webs with an outer skin for support ( 5c) or by two pipes with an outer skin for support ( 5d) , The remaining free spaces between the pipes and / or webs can be used advantageously for receiving heating and cooling liquid or similar media;
- 5e shows a construction in which a tube divided in the middle, the two outer halves and for the middle part, each a square tube is formed so that it welded to the respective outer tube halves, the shape of the reactor results. The square tube is designed so stable that no webs are required. The reactor housing can thus be advantageously produced with only four welds;

Die Ausführungsformen gemäß 5b bis 5e kommen vorteilhafterweise ohne Zusatzschweißnähte der Stege am Reaktorgehäuse aus. So lassen sich insbesondere Schweißanhäufungen vermeiden.The embodiments according to 5b to 5e come advantageously without additional welds of the webs on the reactor housing. In particular, sweat accumulations can be avoided.

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. 6 shows an embodiment of an inventive device for the hydrothermal carbonization of biomass with an integrated heating and / or cooling device. 7 shows an embodiment of an inventive device for the hydrothermal carbonization of biomass with an external heating and / or cooling device.

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.Shown is in each case a reactor with a second jacket, which can be filled in particular with a thermal fluid or the like thermo medium. This thermal fluid (thermo medium) can be kept in circulation by means of pumps and can advantageously be used for the supply and removal of heat. The initial heat to start the Karbonisierungsprozesses takes place here advantageously by means of electric heating mats. The heat generated during the exothermic carbonation process is dissipated by means of the thermal fluid and stored in heat storage (see. 9 ). In some cases, the process can be so severe that it requires cooling. This is advantageously possible by heat storage with cold heat transfer fluid, which is then pumped into the shell space. Advantageously, the reactors are insulated against heat loss.

8 und 8a zeigen ein weiteres konkretes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse. 8th and 8a show a further concrete embodiment of an inventive device for the hydrothermal carbonization of biomass.

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. 9 shows a schematic representation of another embodiment of a device according to the invention for the hydrothermal carbonization of biomass with required components and / or pipe connections, which is designed for continuous operation. In the center of the device is a reactor according to the invention. The supply of processed biomass takes place by means of a piston high-pressure pump. The removal takes place by means of an eccentric screw rotor pump. The carbon-water substrate enters a pressure-release steam separator. From there we continue to transport the now unpressurised substrate for further separation. The separated water can be advantageously returned to the process as make-up water and so advantageously experience a concentration. Sampling during and at the end of the process gives indications of the completed carbonation. The reactor, as soon as it is filled for the first time (for this purpose, the screws run once faster until full filling) is brought to temperature and it begins the carbonation. The screw conveyors, the feed and the discharge from the reactor are set to the desired or required production rate. Thus, the initial good, if it is not ready, is returned to the reactor until the process is stable. Then, a fully automatic operation is advantageously set and the screws convey the material in a production cycle from the reactor inlet to the outlet. Depending on the desired result, the cycle can last between four hours (production of humus) and 12 to 16 hours (production of coal). Accordingly, the number of revolutions of the screws are set. The screws can run continuously, but also discontinuously, in particular to prevent the caking of coal / humus. The heat transfer is carried out by means of heat transfer fluid. For this purpose, a pump is provided, which promotes warm liquid from a storage container to the reactor and, depending on the position of the valves, also cold liquid, if at a certain point of the reactor too much heat is generated from the internal exothermic reaction. From an external heat source (eg combined heat and power plant) more or less heat can be transferred via the heat exchanger in the memory. The heat and / or cooling supply to the reactor can be zone or area, depending on where heat must be and / or discharged or should be. Serve in particular the control valves. If the pressure in the reactor should become too high, the pressure can be relieved for safety reasons via the outlet valves in the vapor separator until the process has stabilized again. The steam is safely removed from there.

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.

This continuous system ( 9 ) is characterized by the following features and advantages:

- Hydrothermal carbonization of biomass in continuous operation is possible.
- The reactor undergoes a continuous pressure and / or heat load. Swelling loads are largely avoidable.
- The process is constantly monitored and controlled safely.
- The process can, once properly adjusted, be operated without further local supervision. In a control room, the process can be constantly monitored.
- Starting a reactor is not a problem.
- Individual processes can be switched or run in parallel.
- The generated heat from individual processes can be used bundled. Also, the heat produced can advantageously be used immediately and excess heat can be found elsewhere.
- At each site or each segment of the reactor, excess heat or cold snap can be compensated automatically.
- An already set up and working system can be increased without much effort by installing additional reactors.
- For the manufacturer, and thus also for the user, there are great advantages of financial and business nature due to series production possibilities.

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.The embodiments of the invention shown in the figures of the drawing and described in connection therewith are merely illustrative of the invention and are not restrictive of it.

Claims

A process for the hydrothermal carbonization of biomass, wherein biomass is converted with water and at least one catalyst in a pressure vessel by increasing the temperature and / or pressure in substances such as coal, oil and / or the like related materials, one substantially as a pipeline with at least one controllable Biomass, water and / or at least one catalyst is supplied to the inlet opening and at least one controllable outlet opening via the at least one controllable inlet opening, the temperature and / or pressure conditions in the pressure vessel are controlled such that the product supplied from the biomass, water and Catalyst is transported in the pipeline, wherein biomass, water and catalyst react with each other and at least one reaction product of the contents is removed via the at least one controllable outlet opening, and located in the pressure vessel Fü llgut and / or reaction products of the medium by means of a arranged in the pipeline of the pressure vessel conveyor screw with at least two controllable screw flights and / or transported, characterized in that the conveyor screw extends substantially over the entire length of the pipeline of the pressure vessel and substantially flush to the Inner cross-section of the pipe of the pressure vessel is adapted, the at least two screw flights of the screw conveyor for mixing and / or transporting in the pressure vessel befindendem contents and / or reaction products of the contents are separately controlled, such that by adjusting the screw flights against each other or at least one of the at least two screw flights of the conveyor screw is at least partially provided with preferably substantially centrally arranged openings, the size of the individual openings being controllably adjustable and the openings being formed in such a way that that in the closed pressure vessel, a mixture of the contents and / or reaction products of the contents takes place by the filling material and / or reaction product of the filling material flows back in the region of the positions of the openings, currency end it is transported or moved outside in the screw conveying direction.

Method according to Claim 1 , characterized in that the at least two screw flights of the screw conveyor for mixing and / or transporting in the pressure vessel befindendem contents and / or reaction products of the filling material are in the same direction or in opposite directions operable.

Method according to Claim 1 or Claim 2 , characterized in that the at least two screw flights of the screw conveyor for mixing and / or transporting in the pressure vessel befindendem contents and / or reaction products of the contents are driven continuously or discontinuously (stepwise).

Method according to one of Claims 1 to 3 characterized by a continuous supply of biomass, water and / or at least one catalyst.

Method according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that the temperature and / or pressure conditions are controlled in the pressure vessel such that the product supplied to the pressure vessel contents of biomass, water and catalyst is transported defined in the pipeline.

Method according to one of Claims 1 to 5 , characterized in that the supply of biomass, water and / or at least one catalyst via at least one controllable inlet opening of the pressure vessel arranged, at least one controllable inlet opening and at least one controllable outlet opening having lock chamber, wherein the lock chamber on the part of the at least one controllable inlet opening with at least one storage reservoir of biomass water and / or at least one catalyst and the at least one controllable outlet opening with the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel is connectable.

Method according to Claim 6 , characterized in that the transport of biomass, water and / or at least one catalyst from the lock chamber into the pressure vessel is effected by pressurization.

Method according to one of Claims 1 to 7 , characterized in that the supply of biomass, water and / or at least one catalyst via a arranged in front of at least one controllable inlet opening of the pressure vessel piston-pressing device, wherein the piston-pressing device has a chamber with at least one inlet opening, at least one controllable outlet opening and a movable in the chamber piston for pressing in the chamber befindendem Good.

Method according to Claim 8 , characterized in that the transport of biomass, water and / or at least one catalyst from the chamber into the pressure vessel is carried out by means of the piston constructed pressurization.

Method according to one of Claims 1 to 9 , characterized in that the supply of biomass, water and / or at least one catalyst via an arranged before the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel eccentric screw pump with pressure control.

Method according to one of Claims 1 to 10 , characterized in that the temperature and / or pressure conditions are controlled in the pressure vessel via the at least one controllable inlet opening and / or the at least one controllable outlet opening, preferably via at least one control device.

Method according to one of Claims 1 to 11 , characterized in that the pressure vessel is heated and / or cooled.

Method according to Claim 12 , characterized in that the pipeline of the pressure vessel is at least partially disposed in a container which can be filled with at least one heat transfer medium, preferably oil, and the heating or cooling of the pressure vessel is controlled by the temperature of the at least one heat transfer medium in the vessel.

Method according to one of Claims 1 to 13 characterized by using a thickening agent, preferably corn starch such as cereal and / or potato starch, for the biomass, water and at least one catalyst.

Method according to one of Claims 1 to 14 , characterized in that the removal of the at least one reaction product of the contents takes place via a arranged after the at least one controllable outlet opening of the pressure vessel separator, preferably by filtering.

Method according to one of Claims 1 to 15 , characterized in that the reaction product of the filling material is pressed before and / or after removal.

Method according to one of Claims 1 to 16 , characterized in that the supply of biomass, water and / or at least one catalyst, the adjustment of the temperature and / or pressure conditions in the pressure vessel, the transport of the contents through the pressure vessel and / or the removal of the at least one reaction product of the contents the regulated regulated pressure vessel, preferably by means of a control device.

Method according to one of Claims 1 to 17 , characterized in that the temperature in the pressure vessel is kept constant at least over the time duration of the transport of the contents through the pressure vessel.

Method according to one of Claims 1 to 18 , characterized in that the temperature in the pressure vessel at least over the time duration of transport of the contents through the pressure vessel in a range between about 160.00 ° C to about 250.00 ° C, preferably between about 180.00 ° C to about 200 , 00 ° C is maintained.

Device for the hydrothermal carbonization of biomass, wherein biomass is converted with water and at least one catalyst in a pressure vessel by increasing the temperature and / or pressure in substances such as coal, oil and / or the like related substances, wherein the pressure vessel from at least one pipe with at least one controllable inlet opening and at least one controllable outlet opening is formed, and in the pipeline of the pressure vessel, a screw conveyor with at least two controllable screw flights for mixing and / or transporting located in the pressure vessel befindendem contents and / or reaction products of the contents, characterized in that the screw conveyor extends substantially over the entire length of the pipeline of the pressure vessel and is adapted substantially flush with the inner cross section of the pipeline of the pressure vessel, the at least two screw flights of Förderschnec Ke for mixing and / or transporting in the pressure vessel befindendem filling material and / or reaction products of the filling material are separately controllable, such that by adjusting the screw helix against each other or the volume space formed between two threads of the screw helixes can be increased or reduced, and at least one of the at least two screw flights of the screw conveyor is at least partially provided with preferably substantially centrally located openings, wherein the size of the individual openings is controlled adjustable and the openings are formed such that in the closed pressure vessel, a mixture of the contents and / or reaction products of the filling material takes place in that the filling material and / or reaction product of the filling material flows back in the region of the positions of the openings, while it is transportable or movable outside in the screw conveying direction.

Device after Claim 20 , characterized in that the at least two screw flights of the screw conveyor for mixing and / or transporting in the pressure vessel befindendem contents and / or reaction products of the filling material are in the same direction or in opposite directions operable.

Device after Claim 20 or Claim 21 , characterized in that the at least two screw flights of the screw conveyor for mixing and / or transporting in the pressure vessel befindendem contents and / or reaction products of the contents are continuously or discontinuously (stepwise) driven.

Device according to one of Claims 20 to 22 , characterized in that the at least one pipe of the pressure vessel is at least partially disposed in a container which can be filled with at least one heat transfer medium, preferably oil and / or steel gravel.

Device according to one of Claims 20 to 23 , characterized by at least one controllable heating device, preferably at least one electrically operable heat mat (electric heating mat), for controlling the temperature in the pressure vessel.

Device after Claim 23 or Claim 24 , characterized in that the temperature of the heat transfer medium in the container via the heating device is controllable.

Device according to one of Claims 20 to 25 characterized by at least one lock chamber arranged in front of the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel for supplying biomass, water and / or at least one catalyst through the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel, comprising at least one controllable inlet opening and at least one controllable outlet opening.

Device after Claim 26 characterized in that the lock chamber is connectable by the at least one controllable inlet opening with at least one storage reservoir of biomass, water and / or at least one catalyst and the at least one controllable outlet opening with the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel.

Device after Claim 26 or Claim 27 , characterized in that the controllable inlet opening of the pressure vessel forms the controllable outlet opening of the lock chamber.

Device according to one of Claims 26 to 28 characterized by at least one pump for controllable and / or controllable pressurization of the lock chamber.

Device according to one of Claims 20 to 29 characterized by a prior to the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel arranged piston-pressing device for supplying biomass, water and / or at least one catalyst through the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel, comprising a chamber with at least one inlet opening, at least one controllable outlet opening and a piston movable in the chamber for pressing material in the chamber.

Device according to one of Claims 20 to 30 characterized by an eccentric screw pump with pressure regulation arranged in front of the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel for supplying biomass, water and / or at least one catalyst through the at least one controllable inlet opening of the pressure vessel.

Device according to one of Claims 20 to 31 characterized by a preferably controllable device for heating and / or cooling of the pressure vessel.

Device according to one of Claims 20 to 32 characterized by at least one control device for at least partially automatic control of the temperature and / or pressure conditions in the pressure vessel via the at least one controllable inlet opening and / or the at least one controllable outlet opening.

Device according to one of Claims 20 to 33 , characterized by at least one after the at least one controllable outlet opening of the pressure vessel arranged separating means, preferably filter means, via which the removal of the at least one reaction product of the filling material takes place.

Device according to one of Claims 20 to 34 characterized by at least one control device for at least partially automatic control of the supply of biomass, water and / or at least one catalyst, the temperature and / or pressure conditions in the pressure vessel, the transport of the contents through the pressure vessel and / or the removal of the at least one reaction product of the contents from the pressure vessel.

Device according to one of Claims 20 to 35 , characterized in that it is formed and / or arranged, a method according to one of Claims 1 to 19 at least partially execute.