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DE102009057109A1 - Simultane Herstellung von teerfreiem Synthesegas und Kohlenstoff aus Biomasse - Google Patents

Simultane Herstellung von teerfreiem Synthesegas und Kohlenstoff aus Biomasse Download PDF

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DE102009057109A1
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Karl-Heinz Tetzlaff
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Tetzlaff Karl-Heinz Dipl-Ing
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Tetzlaff Karl-Heinz Dipl-Ing
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Abstract

Bei der simultanen Herstellung von Synthesegas und Kohlenstoff in thermochemischen Verfahren entsteht ein Pyrolysegas mit hohem Teergehalt. Vor der energetischen Nutzung muss dieser Teer aufwändig ausgewaschen werden.
Um die Nachteile einer nachträglichen Teerbeseitigung zu vermeiden, wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, Kohlenstoff und Pyrolysegas nach der Pyrolysestufe getrennt. Kohlenstoff (13) wird direkt dem Pyrolysator (29) entnommen. Der Teer aus dem Pyrolysegas (17) wird in einer Reinigungsvorrichtung (28) bei erhöhten Temperaturen thermisch katalytisch entfernt. Zu diesem Zweck enthält die Reinigungsvorrichtung (28) eine Heizung (27) und ein Katalysatorbett (22). Das erhaltene Synthesegas eignet sich für hochwertige Synthesen, insbesondere zur Herstellen von Wasserstoff. Damit erhält man zwei Optionen, um den Treibhauseffekt rückgängig zu machen: Die Speicherung des Kuppelproduktes CO2 im Untergrund und die Speicherung von Kohlenstoff im Acker.

Description

  • Die Erfindung betrifft die thermochemische Herstellung von Synthesegas aus Biomasse bei gleichzeitiger Erzeugung von Kohlenstoff, der aus dem Prozess ausgeschleust, und vorzugsweise als Bodenverbesserer in der Land- und Forstwirtschaft eingesetzt wird.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Vor dem Hintergrund der globalen Erwärmung durch den Treibhauseffekt des Kohlendioxids (CO2) soll die Energieerzeugung künftig mindestens klimaneutral sein. Mit der hier vorgestellten Erfindung gelingt es sogar, den Klimaeffekt des CO2 rückgängig zu machen, indem ein Teil des Kohlenstoffs aus der thermochemischen Vergasung von Biomasse abgezweigt, und in den Acker durch Unterpflügen eingebracht wird. Dieser Kohlenstoff ist zugleich ein Bodenverbesserer, denn er führt zur Ertragssteigerung, insbesondere bei leichten Böden und geringen Niederschlägen. Simultan soll ein hochwertiges Synthesegas erzeugt werden, das weitgehend teerfrei sein muss, damit daraus mit hoher Ausbeute hochreiner Wasserstoff für die künftige Wasserstoffwirtschaft hergestellt werden kann. Eine Wasserstoffwirtschaft enthält ferner eine Option zur Speicherung von CO2 im Untergrund. Mit dieser Erfindung kann nicht nur eine klimaneutrale Energiewirtschaft aufgebaut werden, sondern der Treibhauseffekt mit kostengünstigen und wirkungsvollen Methoden rückgängig gemacht werden.
  • Stand der Technik
  • Durch den hohen Sauerstoffgehalt von Biomasse vergast der größte Teil der Biomasse ab ca. 300°C ohne Zufuhr von Energie oder Sauerstoff. Dabei wird Kohlenstoff in Form von mineralhaltigem Biokoks und ein Pyrolysegas mit sehr hohem Teergehalt gebildet. Als Biokoks soll hier eine Asche verstanden werden, die mindestens 5% Kohlenstoff enthält. Dieser Biokoks ist zwar aus dem Prozess abtrennbar, das Pyrolysegas lässt sich aber nur eingeschränkt als Energieträger verwenden. Selbst bei Reaktortemperaturen von 850°C ist der Teergehalt bei bekannten Verfahren noch so hoch, dass sich dieses Gas nicht ohne aufwändige Reinigung zur Herstellung von Wasserstoff oder anderer Energieträger eignet, die mittels katalytisch gestützter chemischer Synthesen hergestellt werden.
  • Beispiele für Prozesse mit Temperaturen von 450°C bis 700°C sind liegende zylindrische Reaktoren mit einem Rühr- und Förderorgan in der Mitte und einer Außenbeheizung des Reaktors durch das entstehende Pyrolysegas, das im Gegenstrom im Doppelmantel des Reaktors geführt wird. Als Vergasungsmittel wird in der Regel Luft eingesetzt.
  • Auch bei der Schnellpyrolyse nach dem Verfahren des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) entstehen bei ca. 500°C durch Kontakt von feingemahlener Biomasse mit heißem Sand, Biokoks und Pyrolysegas.
  • Ein weiteres Beispiel ist die Vergasung in Wirbelschichtreaktoren, wie sie in der 8 MWth Anlage in Güssing, Österreich, verwirklicht wurde. Diese Anlage arbeitet mit zwei Wirbelschichtreaktoren, von denen einer als Dampfreformer arbeitet und der andere als Brenner, in welchem ein Teil des Kohlenstoffs mit Luft verbrannt wird. Beide Reaktoren sind durch einen Sandkreislauf verbunden. Im Prinzip ließe sich hier ein kleiner Teil der Biomasse als Biokoks aus dem Dampfreformer abtrennen. Doch selbst beim Betrieb des Dampfreformers bei 850°C ist noch so viel Teer im Synthesegas, dass eine aufwändige Reinigung, selbst bei der wenig anspruchsvollen Verwendung in einem Gasmotor, nötig ist.
  • In diesen Beispielen kann zwar Biokoks ausgeschleust werden, das Synthesegas weist aber einen zu hohen Teergehalt auf und ist für die Herstellung von Wasserstoff oder anderer Energieträger nicht ohne weiteres geeignet.
  • In der Offenlegungsschrift DE 10 2008 014 799 A1 ist ein Vergasungsverfahren offenbart, das zwar ein weitgehend teerfreies Synthesegas erzeugen kann, die Ausschleusung von Biokoks ist aber nicht offenbart. Die Erfindung zielt auf einen vollständigen Kohlenstoffumsatz ab und nutzt den, in der Anlage als Zwischenprodukt erzeugten, Biokoks als katalytisches Bett zur Teerentfernung. Über eine Ausschleusung von Biokoks zur Verwendung als Bodenverbesserer und zur Reduktion des Treibhauseffekts wird nichts offenbart. Das trifft auch auf die Patentanmeldung DE 10 2008 032 166.4 zu.
  • Aufgabe der Erfindung und allgemeine Beschreibung
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den bei der thermochemischen Vergasung zunächst anfallenden Kohlenstoff auszuschleusen und das verbleibende teerhaltige Pyrolysegas durch einen nachfolgenden thermisch katalytischen Prozess weitgehend von Teeren zu befreien.
  • Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 10 gelöst. Die Ansprüche 2 bis 9 und 11 bis 14 betreffen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
  • Die Erfindung eignet sich für alle thermochemischen Vergasungsverfahren von Biomasse, die so betrieben werden können, dass der in der Biomasse enthaltene Kohlenstoff nicht vollständig umgesetzt, und aus dem Prozess abgezogen werden kann. Die Ausschleusung kann beispielsweise mittels Förderschnecken aus dem Vergasungsbett oder mittels Staubabscheider aus dem Pyrolysegas erfolgen.
  • Die Erfindung ist anwendbar auf Pyrolysegase mit hohem Teergehalt und auf Synthesegase mit geringem Teergehalt. Hier werden alle Gase aus der thermochemischen Vergasung vereinfachend als Pyrolysegas bezeichnet, deren Teergehalt 1 mg/m3 (Normzustand) übersteigt. Vorrichtungen zur Erzeugung dieses Pyrolysegases werden vereinfachend als Pyrolysatoren bezeichnet.
  • Bei sehr hohen Betriebstemperaturen können die Mineralstoffe, die im Biokoks eingeschlossen sind, aufschmelzen. Dieser Biokoks kann bei einer Ausbringung in den Acker zwar den Treibhauseffekt vermindern, für die Landwirtschaft ist ein solcher Biokoks aber wertlos, weil die im Biokoks eingeschlossenen Mineralstoffe nicht als Dünger verfügbar sind und dieser Biokoks keine Speicherfähigkeit für Wasser besitzt. Die zulässige Temperatur hängt von der Art der Biomasse, so wie weiteren Prozessparametern ab. Holzartige Biomassen vertragen höhere Temperaturen als halmgutartige Biomassen, ohne dass die Mineralstoffe aufschmelzen und die Poren des Biokokses verschließen.
  • Geeignet sind grundsätzlich alle Bauformen von Reaktoren. Allerdings sind Wirbelschichtreaktoren mit einem Sandbett bevorzugt, weil der Biokoks in feineren Partikeln vorliegt und daher die Mineralstoffe für die Pflanzen schneller verfügbar gemacht werden. Bei feineren Partikeln bietet sich die Granulierung mit wasserlöslichen Hilfsstoffen an, damit es bei der Ausbringung auf Wald- und Ackerböden nicht so staubt. Eine Granulierung bietet außerdem den Vorteil, dass andere Düngesalze leicht eingebunden werden können. Da bei der thermochemischen Vergasung Stoffe, wie beispielsweise Schwefel, Phosphor und Stickstoff, an anderer Stelle im Prozess anfallen oder im Prozess zerstört werden, ist die Einbindung dieser Stoffe bei der Granulierung vorteilhaft. Durch die Granulierung können auch Asche und Kohlenstoff zusammengeführt werden, falls diese an einer Anlage getrennt abgezogen wurden oder in verschiedenen Anlagen angefallen sind.
  • Das staubfreie Pyrolysegas kann auf beliebig hohe Temperaturen erhitzt werden. Bei Temperaturen über 1.600°C werden alle Teere hinreichend zerstört. Bei Temperaturen unter 650°C arbeiten Katalysatoren zur Zerstörung von Teeren nicht befriedigend. Das bevorzugte Temperaturfeld für diesen katalytischen Prozess liegt zwischen 750°C und 1.400°C, vorzugsweise zwischen 850°C und 1.250°C, insbesondere zwischen 900°C und 1.100°C.
  • Die Temperatur lässt sich beispielsweise durch Zugabe von Sauerstoff erhöhen. Um stickstofffreies Synthesegas zu erhalten, sollte technisch reiner Sauerstoff verwendet werden. Es lässt sich jedoch auch Wärme mittels Wärmetauscher aus anderen Prozessen, wie beispielsweise einer Müllverbrennungsanlage oder einer Festoxidbrennstoffzelle (SOFC), einkoppeln.
  • Am einfachsten ist die Temperaturerhöhung des Pyrolysegases mit elektrischer Energie, die ja in einer Wasserstoffwirtschaft im Überfluss vorhanden ist. Naheliegend ist die Beheizung mit einer elektrischen Widerstandsheizung in Form eines Wärmetauschers. Sehr wirkungsvoll sind auch elektrische Entladungen in Form von Lichtbogen durch eine Gasstrecke. Um die Belastung der Elektroden dabei zu vermindern, kann eine große Anzahl von Elektroden abwechselnd geschaltet werden. Die Temperaturerhöhung kann auch durch sogenannte „Plasma Converter” erzeugt werden. Das sind Hohlelektroden, die ein kohlenstofffreies Trägergas, wie Wasserdampf, ionisieren und in den Reaktor leiten. An der Mündung des Plasmarohres entstehen dabei außerordentlich hohe Temperaturen. Mit einem verhältnismäßig kleinen Apparat lassen sich große Gasströme auf sehr hohe Temperaturen bringen. Eine elektrische Widerstandsheizung kann auch im Katalysatorbett eingebaut sein.
  • Um die Wirksamkeit und Standzeit der Katalysatoren zu verbessern, ist es zweckmäßig, Katalysatorgifte wie Schwefel vorher zu entfernen. Das kann beispielsweise mit Kalziumkarbonat (CaCO3), Kalziumoxid (CaO) oder Kalziumhydroxid (Ca(OH)2) bei Temperaturen zwischen 600°C bis 750°C geschehen. Wie das Beispiel des AER-Vergasers des ZSW zeigt, sind mit einigen natürlichen kalziumkarbonatreichen Gesteinen auch Temperaturen bis 850°C zulässig. Oft reicht es schon aus, diese Stoffe als Filterhilfsmittel auf einen Partikelfilter aufzubringen. Geeignet sind auch Granulate mit Hilfsstoffen, die als Festbett oder als Wirbelbett durchströmbar sind. Eine sehr gute Entschwefelung ist mit Zinkoxid (ZnO) möglich. Multifunktionale kommerzielle Absorber auf Basis Zinkoxid erfordern in der Regel eine Abkühlung auf ca. 400°C. Eine weitgehende Entschwefelung mit ZnO bringt auch verfahrenstechnische Vorteile, falls das Synthesegas mit einer homogenen Wasserdampfreaktion (shift) zu einem Gas mit hohem Wasserstoffanteil umgesetzt werden soll.
  • Zur Zersetzung von Teeren haben sich beispielsweise nickelbasierte Katalysatoren der Gruppe VIII des Periodensystems bewährt, die mit MgO, Zirkoniumoxiden und AL2O3 dotiert sein können. Die Katalysatoren können in klassischer Form auf eine keramische Wabenstruktur aufgebracht, als Dotierung von Keramikstücken, wie Pellets, wirksam sein oder als feines Granulat in einer Wirbelschicht aktiv sein. Eine Wabenstruktur wird man vorzugsweise für drucklose Prozesse und staubhaltige Pyrolysegase einsetzen. Granulate eignen sich für druckaufgeladene Prozesse, weil der Druckverlust hier nicht so wichtig ist. Es hat sich gezeigt, dass heißer Biokoks selbst eine katalytische Wirkung hat. So kann es vorteilhaft sein, nur einen Teil des Biokokses abzuziehen und den Rest als katalytisch wirksames Bett zu verwenden, wie es in der Erfindung DE 10 2008 032 166.4 dargestellt ist.
  • Bei der Umsetzung von Pyrolysegas zu teerfreiem Synthesegas muss die zugeführte Wassermenge gut kontrolliert werden, denn bei einem unpassenden Wassergehalt entsteht Ruß. Dieser Ruß ist zwar auch zur Speicherung im Ackerboden geeignet, erschwert aber die Verwendung von Katalysatoren. Die Bedingungen für eine rußfreie Vergasung können durch ein Gleichungssystem ermittelt werden, das den Partialdruck von H2O, H2, CH4, CO2 und CO einbezieht. Gegebenenfalls muss dem Prozess noch Wasser zugeführt werden. Zweckmäßigerweise wird man das Wasser mit der fühlbaren Wärme aus dem Prozess vorheizen. Das Wasser liegt dann in Form von Wasserdampf vor.
  • Beispiele
  • 1 beschreibt einen Pyrolysator mit separater Reinigungsstufe für das Pyrolysegas.
  • 2 beschreibt einen Reaktor, bei dem Pyrolysator und Reinigung integriert sind.
  • 1 beschreibt einen liegenden Pyrolysator 29 mit Doppelmantel und innenliegender Rühr- und Fördereinrichtung, die hier nicht im Detail dargestellt sind. Der Pyrolysator 29 kann beispielsweise mit der fühlbaren Wärme des gereinigten Synthesegases 9, das durch den Doppelmantel des Pyrolysators 29 geleitet wird, beheizt werden. Die Biomasse 1 wird am Eingang des Pyrolysators 29 eingeführt. Der Biokoks 13 wird am Ende des Pyrolysators 29 ausgetragen. Das Pyrolysegas 17 strömt in die Reinigungsvorrichtung 28, die ein Heizregister 27 und ein Katalysatorbett 22 enthält. Bei staubbeladenem Pyrolysegas haben sich Wabenkatalysatoren bewährt. Zur Vermeidung der Rußbildung muss dem Pyrolysegas gegebenenfalls Wassersdampf 26 zugemischt werden. Das Synthesegas 9 verlässt die Reinigungseinrichtung 28 am unteren Ende.
  • 2 beschreibt eine Vorrichtung, bei der Pyrolysator und Reinigungseinrichtung in einem Reaktorgehäuse 4 integriert sind. Die Biomasse 1 wird beispielsweise mittels Förderschnecke in die stationäre Wirbelschicht 3 des Pyrolysators eingebracht. Die Wirbelschicht 3 wird mit Wasserdampf 2, der über den Düsenboden 6 in die Wirbelschicht eintritt, aufgewirbelt. Um die Biomasse rasch zu zerkleinern hat sich der Zusatz von Sand bewährt. Beheizt wird die Wirbelschicht über einen Rohrbündelwärmetauscher 7, in den die fühlbare Wärme des gereinigten Synthesegases 9 eingebracht wird. Am oberen Ende der Wirbelschicht befindet sich ein Freiraum 5, der nach oben von einer Zwischenplatte 19 des Wärmetauschers 7 begrenzt wird.
  • Das Pyrolysegas 10 gelangt in einen Zyklon 11. Hier wird der Biokoks abgeschieden und über eine Leitung 13 und eine Austragsvorrichtung 12 in den Granulator 14 eingebracht. Es ist zweckmäßig die Leitung 13 mit einem Kühlmantel zu versehen, damit sich der Biokoks nicht bei Kontakt mit Luft entzündet. An der Stelle 15 können Hilfs- und Zusatzstoffe zugeführt werden. Der granulierte Biokoks verlässt den Granulator 14 am Ausgang 16.
  • Das partikelfreie Pyrolysegas 17 wird im oberen Teil 18 des Rohrbündelwärmetauschers 7 vorgeheizt und gelangt über die Leitung 21 in den oberen Teil 23 der Reinigungsvorrichtung. Hier wird das Pyrolysegas weiter erhitzt. Als Heizeinrichtung ist hier ein Plasma Converter 24 gezeigt, der den Wasserdampf 25 so stark erhitzt, dass es zum großen Teil ionisiert wird. Damit lassen sich sehr hohe Temperaturen erzeugen, die ausreichen würden, alle Teere zu zerstören. Eine zu starke Temperaturerhöhung ist aber nicht immer wirtschaftlich. Hier wird eine mäßige Temperaturerhöhung auf beispielsweise 1000°C in Kombination mit einem Katalysatortbett 22 vorgeschlagen. Damit das Katalysatorbett 22 nicht durch Ruß inaktiviert wird, ist in vielen Fällen die Zugabe von Wasserdampf 26 erforderlich. Das teilweise abgekühlte Synthesegas 9 verlässt den Reaktor 4 am unteren Ende. Da das Synthesegas nun weitgehend teerfrei ist, können die Eingangsströme, wie Biomasse und Wasser mittels Wärmetauscher aufgeheizt werden. Bei teerhaltigem Synthesegas ist das nicht möglich, weil Teerablagerungen die Wärmetauscher verstopfen würden. Die problemlose Ausnutzung der fühlbaren Wärme steigert den Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Verfahrens erheblich.
  • Nach dem Stand der Technik ist die Produktion großer Mengen Biokokses mit einem hohen Teergehalt im produzierten Gas verbunden. Dieses Gas eignet sich allenfalls zum Betrieb von Gasmotoren, wenn es aufwändigen Reinigungsprozeduren unterworfen wird. Mit der vorliegenden Erfindung wird dieser Zusammenhang aufgehoben. Nun ist es möglich, simultan große Mengen Biokoks und sehr reines Synthesegas zu erzeugen. Dieses Synthesegas ist nach einer Feinreinigung für alle folgenden chemischen Synthesen geeignet, insbesondere zur Produktion von brennstoffzellentauglichem Wasserstoff.
  • Die Herstellung von Wasserstoff enthält außerdem eine weitere Option zur Reduzierung des Treibhauseffektes: Zusammen mit Wasserstoff wird stets reines CO2 produziert, das sich im Untergrund speichern lässt. Da in einer Wasserstoffwirtschaft, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die letzte Energiewandlung mittels Brennstoffzellen beim Endverbraucher stattfindet, nahezu der gesamte Heizwert der Biomasse als Nutzenergie zur Verfügung steht, reichen allein die Abfall- und Reststoffe der Land- und Forstwirtschaft aus, um die fossilen Energien in den meisten Ländern zu ersetzen. Damit kann man nicht nur eine kostengünstige klimaneutrale Energieversorgung installieren, sondern mit den gezeigten Optionen den Treibhauseffekt sogar rückgängig machen.
  • Die Abscheidung von Biokoks bietet auch verfahrenstechnische Vorteile. Da, bedingt durch den hohen Sauerstoffgehalt der Biomasse, ca. 80% der Biomasse ohne Energiezufuhr vergasen, muss nur für die endotherme Umsetzung des Kohlenstoffs Energie von außen zugeführt werden. Mit dem Ausschleusen von Biokoks entfällt nun dieser endotherme Anteil. Dadurch ist das Verfahren sehr wirtschaftlich.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Biomasse-Eintrag in den Pyrolysator
    2
    Wasserdampf-Eintrag in den Pyrolysator
    3
    Wirbelschicht, stationär
    4
    Reaktorgehäuse mit integriertem Pyrolysator und Gas-Reinigung
    5
    Freiraum über der Wirbelschicht
    6
    Düsenboden der Wirbelschicht
    7
    Rohre eines Rohrbündel-Wärmetauschers
    8a
    untere Abschlussplatte des Rohrbündel-Wärmetauschers
    8
    Sammelraum für das gereinigte Synthesegas
    9
    Synthesegas-Abzug
    10
    Pyrolysegas-Abzug
    11
    Zyklon
    12
    Auschleuseeinrichtung für Biokoks
    13
    Abzugsleitung für Biokoks
    14
    Granulator
    15
    Eingang für Zuschlagstoffe
    16
    Abzug für granulierten Biokoks
    17
    Staubfreies Pyrolysegas
    18
    Wärmetauscher
    19
    Zwischenboden im Wärmetauscher
    20
    Abschlussboden des Wärmetauschers
    21
    vorgeheiztes Pyrolysegas
    22
    Katalysatorbett
    23
    Ofenraum
    24
    Plasma Converter
    25
    Wasserdampf für Plasma Converter
    26
    Wasserdampf zur Einstellung eines rußfreien Gleichgewichts
    27
    Heizregister
    28
    Reinigungsvorrichtung
    29
    Pyrolysator
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102008014799 A1 [0008]
    • DE 102008032166 [0008, 0019]

Claims (14)

  1. Verfahren zur Herstellung von teerfreiem Synthesegas und Kohlenstoff aus Biomasse, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoff nach unvollständiger Vergasung mindestens teilweise abgezogen wird und das teerhaltige Pyrolysegas einer thermisch katalytischen Reinigung unterzogen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Prozess vor der thermisch katalytischen Reinigung Wasserdampf zugeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigung allein durch Erhitzen des Synthesegases erfolgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigung allein durch einen katalytischen Prozess erfolgt.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigung durch einen katalytischen Prozess bei erhöhter Temperatur erfolgt.
  6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoff in Form von Biokoks abgezogen wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoff mindestens teilweise in Form von Ruß abgezogen wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoff vor dem Ausbringen auf Wald- und Ackerböden granuliert wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Granulierung Hilfstuffe sowie Stoffe zugemischt werden, die der Wald- oder Ackerboden jeweils benötigt.
  10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Einrichtung zur Pyrolyse mit Abzug von Kohlenstoff und eine Reinigungseinrichtung zur thermisch katalytischen Beseitigung von Teer aus dem Pyrolysegas aufweist.
  11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungseinrichtung eine Einrichtung zur Zuführung von Wasserdampf enthält.
  12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Einrichtung zur Aufheizung des Pyrolysegases enthält.
  13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Reinigung von Pyrolysegas eine Einrichtung zur Aufnahme von Katalysatoren aufweist.
  14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Einrichtung zur Granulierung des abgezogenen Kohlenstoffs enthält.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITTO20130345A1 (it) * 2013-04-29 2013-07-29 Fenergia S R L Procedimento di depurazione di gas prodotti dalla pirolisi o gassificazione di rifiuti e/o biomasse.
CN104293363A (zh) * 2014-10-24 2015-01-21 新疆大学 以模拟热解气为反应气氛提高煤热解焦油品质的方法及装置
IT201900013239A1 (it) * 2019-07-29 2021-01-29 Milano Politecnico Impianto per la produzione di syngas a partire da polimeri plastici di recupero pretrattati

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001009432A (ja) * 1999-06-30 2001-01-16 Kansai Sogo Kankyo Center:Kk Co2固定/不活性化方法
DE19942398A1 (de) * 1999-09-06 2001-03-15 Guenther O Schenk Verfahren zur Speicherung von Solarenergie
DE102007012438A1 (de) * 2007-03-15 2008-09-18 Hermann-Josef Wilhelm Verfahren zum ökologischen Anbau und zur Bearbeitung von Biomasse
DE102007018875A1 (de) * 2007-04-19 2008-10-23 COLLISI, Jörg Vorrichtung zur Verringerung des CO2-Gehalts in der Luft
DE102008014799A1 (de) 2008-03-18 2009-09-24 Karl-Heinz Tetzlaff Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Synthesegas aus Biomasse
DE102008032166A1 (de) 2008-07-08 2010-01-14 Karl-Heinz Tetzlaff Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von teerfreiem Synthesgas aus Biomasse

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001009432A (ja) * 1999-06-30 2001-01-16 Kansai Sogo Kankyo Center:Kk Co2固定/不活性化方法
DE19942398A1 (de) * 1999-09-06 2001-03-15 Guenther O Schenk Verfahren zur Speicherung von Solarenergie
DE102007012438A1 (de) * 2007-03-15 2008-09-18 Hermann-Josef Wilhelm Verfahren zum ökologischen Anbau und zur Bearbeitung von Biomasse
DE102007018875A1 (de) * 2007-04-19 2008-10-23 COLLISI, Jörg Vorrichtung zur Verringerung des CO2-Gehalts in der Luft
DE102008014799A1 (de) 2008-03-18 2009-09-24 Karl-Heinz Tetzlaff Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Synthesegas aus Biomasse
DE102008032166A1 (de) 2008-07-08 2010-01-14 Karl-Heinz Tetzlaff Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von teerfreiem Synthesgas aus Biomasse

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Deutschlandfunk. Forschung Aktuell,07.02.2008. "In den Boden statt unter den Grill". www.dradio.de/dlf/sendungen/forschak/736105/ $ges.Beitrag$ *
Deutschlandfunk. Forschung Aktuell,07.02.2008. "In den Boden statt unter den Grill". www.dradio.de/dlf/sendungen/forschak/736105/ ges.Beitrag
Pressemitteilung TERRA PRETA eK vo.28.07.2009. Holzkohle-Düngung mit PRETA $ges.Mitteilung$ *
Pressemitteilung TERRA PRETA eK vo.28.07.2009. Holzkohle-Düngung mit PRETA ges.Mitteilung

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITTO20130345A1 (it) * 2013-04-29 2013-07-29 Fenergia S R L Procedimento di depurazione di gas prodotti dalla pirolisi o gassificazione di rifiuti e/o biomasse.
CN104293363A (zh) * 2014-10-24 2015-01-21 新疆大学 以模拟热解气为反应气氛提高煤热解焦油品质的方法及装置
IT201900013239A1 (it) * 2019-07-29 2021-01-29 Milano Politecnico Impianto per la produzione di syngas a partire da polimeri plastici di recupero pretrattati
WO2021019433A1 (en) * 2019-07-29 2021-02-04 Politecnico Di Milano A process for producing syngas starting from pretreated recovery plastic polymers
CN114222715A (zh) * 2019-07-29 2022-03-22 米兰综合工科大学 一种由预处理的回收塑料聚合物开始生产合成气的方法

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