DE19720331A1 - Treatment of wet or dry, fine or lumpy bio-wastes - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entgasung und Vergasung oder Verbrennung von biologischen Rohstoffen.The invention relates to a method and a Device for degassing and gasifying or burning biological raw materials.
Die Mehrzahl der Vergasungsverfahren schreiben eine bestimm te Stückgröße des eingesetzten Brennstoffes vor. Der techni sche Stand für Vergaser, in denen Brennstoffe weitestgehend unabhängig von der Stückgröße eingesetzt werden, wird in den Patenten Nr. DE 41 30 416 C1 und EP 443596 A1 beschrieben. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß es für kleinere, dezentrale Anlagen aufgrund des hohen apparativen Aufwandes nicht geeignet ist. Die zusätzlich erforderliche Sauerstofferzeugungsanlage und die aufwendige Filtertechnik verursachen hohe Investitionskosten und zusätzlichen Ener gieverbrauch, so daß in kleinen Anlagen die Wirtschaftlich keit nicht gegeben ist.The majority of gasification processes write a specific one te piece size of the fuel used. The techni cal stand for carburetors in which fuels largely regardless of the size of the piece is used in the Patents No. DE 41 30 416 C1 and EP 443596 A1 described. The disadvantage of this method is that it is suitable for smaller, decentralized plants due to the high expenditure on equipment is not suitable. The additionally required Oxygen generation system and the complex filter technology cause high investment costs and additional energy Energy consumption, so that the economy in small plants is not given.
Im Patent DE 44 14 579 wird ein Verfahren beschrieben, daß in kleinen, dezentralen Anlagen einsetzbar ist.In patent DE 44 14 579 a method is described that in small, decentralized systems can be used.
In Vergasungsanlagen geringer Leistung können nur klein stückige Brennstoffe eingesetzt werden. Dies liegt daran, daß sich bei großstückigen Brennstoffen ein inhomogenes Glutbett bildet, das zu erhöhtem Schadstoffausstoß führt. Außerdem kann eine automatische Beschickung nur für klein stückige Brennstoffe erfolgen. Nachteilig für Verfahren von Kleinanlagen ist, daß für die Zerkleinerung des Brennstoffes ein erheblicher Anteil an Energie verbraucht wird. In low power gasification plants can only be small lump fuels are used. This is because that there is an inhomogeneous with large-sized fuels Embers bed that leads to increased pollutant emissions. In addition, automatic loading can only be done for small lumpy fuels are made. Disadvantageous for processes of Small plants is that for the crushing of the fuel a significant amount of energy is consumed.
Das Hauptproblem bei der Vergasung besteht darin, daß teer haltige Produkte entstehen, die schwierig zu beseitigen sind. Aufwendige Filteranlagen erhöhen die spezifischen Ko sten und machen kleine Anlagen unwirtschaftlich. Versuche haben gezeigt, daß es nicht ausreicht, das Gas zur Krackung lediglich durch ein heißes Glutbett zu schicken. Inhomogeni täten des Glutbettes und eine zu geringe Verweilzeit der Gase in der heißen Zone sind dafür die Ursache.The main problem with gasification is that tar Products that are difficult to remove are created are. Elaborate filter systems increase the specific Ko and make small systems uneconomical. tries have shown that it is not enough to crack the gas just send it through a hot bed of embers. Inhomogeni the embers bed and the residence time too short This is caused by gases in the hot zone.
Weitere wesentliche Nachteile der bekannten Vergasungsver fahren bestehen darin, daß Entgasungszone, Verbrennungszone und Vergasungszone unmittelbar nebeneinander liegen und ineinander übergehen. Dadurch sind die Zonenhöhen unbestimmt und Entgasung, Verbrennung und Vergasung können örtlich unvollständig ablaufen. Das Glutbett ist breit und weniger hoch, so daß Teile des Gases schnell diese Zone passieren können. Die Verweilzeit der Schwelgase im Bereich hoher Tem peraturen kann demzufolge örtlich zu kurz sein, was zum Aus stoß teerhaltiger Produkte führt. Die Luft- oder Dampfzufuhr erfolgt örtlich und nicht gleichmäßig über dem gesamten Reaktor. Eine gute Durchmischung der Gase ist somit nur begrenzt möglich. Die Zusammensetzung des durch den Reaktor strömenden Gases ist demzufolge inhomogen und die Verga sungsbedingungen sind örtlich unterschiedlich.Other major disadvantages of the known Vergasungsver drive consist of that degassing zone, combustion zone and gasification zone are located directly next to each other and merge. As a result, the zone heights are indefinite and degassing, combustion and gasification can be local run incompletely. The bed of embers is wide and less high so that parts of the gas quickly pass this zone can. The dwell time of the smoldering gases in the high temperature range As a result, local temperatures may be too short, which leads to an outage collision with tar-containing products. The air or steam supply takes place locally and not evenly over the whole Reactor. A good mixing of the gases is therefore only limited possible. The composition of the by the reactor flowing gas is therefore inhomogeneous and the Verga Solution conditions vary from place to place.
Alle bekannten Vergasungsverfahren haben das Eigengewicht des Brennstoffes zu berücksichtigen, denn es führt zum Zusammen drücken der Schüttung und damit zu einer geringeren Gas durchlässigkeit. Deshalb ist eine kontinuierliche Brenn stoffzufuhr mit dem Zwang zu einer teuren Automatisierung notwendig. Dies gilt auch für Unterschubfeuerungen.All known gasification processes have the weight of To take fuel into account, because it leads to teamwork push the bed and thus to a lower gas permeability. That is why it is a continuous burning feed with the need for expensive automation necessary. This also applies to underfeed firing.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Vergasungsverfahren zu entwickeln, das die beschriebenen Nachteile der bekannten Vergasungsverfahren kleiner Anlagen behebt.The object of the invention is to provide a gasification process develop that the described disadvantages of the known Fixed gasification processes in small plants.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Verfahrensan spruchs 1 und die Merkmale des Vorrichtungsanspruches 8 gelöst. Weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 7 und 8-12.This object is achieved by the features of the method claim 1 and the features of the device claim 8. Further design options result from subclaims 2 to 7 and 8-12.
Das Verfahren ist in Fig. 1 dargestellt. Es basiert auf einer sauberen Trennung der einzelnen Vergasungsschritte - Entgasung, Verbrennung, Vergasung (Reduktion) - ohne die spezifischen Anlagenkosten erheblich zu erhöhen. Im Entga sungsofen (1) ist ein Verbrennungsofen (2) eingebaut. Nach dem Füllen des Entgasungsofens (1) und Verbrennungsofens (2) mit Brennstoff (6) werden die Türen (18) geschlossen und der Brennstoff wird im Verbrennungsofen (2) gezündet.The method is shown in Fig. 1. It is based on a clean separation of the individual gasification steps - degassing, combustion, gasification (reduction) - without significantly increasing the specific system costs. A combustion furnace ( 2 ) is installed in the degassing furnace ( 1 ). After filling the degassing furnace ( 1 ) and incinerator ( 2 ) with fuel ( 6 ), the doors ( 18 ) are closed and the fuel is ignited in the incinerator ( 2 ).
Durch die heiße Wandung (19) des Verbrennungsofens (2) hin durch und durch das Abgas (12) gelangt die zur Entgasung notwendige Energie in den Entgasungsofen (1). Zur Beschleu nigung des Entgasungsvorganges kann Luft dosiert in den Ent gasungsofen (1) geleitet werden, so daß auch in diesem eine verhaltene Verbrennung stattfindet und die für die Entgasung notwendige Temperatur von über 400°C erreicht wird. Der entstehende Koks (Kohlenstoff, bei Holzbrennstoff: Holzkoh le) gelangt in den Zerkleinerer (8) und fällt danach auf das Glutbett (20).Through the hot wall ( 19 ) of the incinerator ( 2 ) through and through the exhaust gas ( 12 ), the energy required for degassing reaches the degassing furnace ( 1 ). To accelerate the degassing process, air can be metered into the degassing furnace ( 1 ) so that there is also a restrained combustion and the temperature required for the degassing of over 400 ° C is reached. The resulting coke (carbon, in the case of wood fuel: charcoal) reaches the shredder ( 8 ) and then falls onto the ember bed ( 20 ).
Der Vorteil der Herstellung von Koks (Holzkohle) besteht darin, daß auch größerstückige Brennstoffe verwendet werden können. Die zur Zerkleinerung von Koks aufzubringende Ener gie ist wesentlich geringer als die zur Zerkleinerung von Holz. The advantage of producing coke (charcoal) is in that larger-sized fuels are also used can. The ener to be used to crush coke gie is much less than that for shredding Wood.
Die sich im Verbrennungsofen (2) unter dem Rost (24) ansam melnde Asche wird von der Ascheabführeinrichtung (13) in einen Aschebehälter gefördert.The ash accumulating in the incinerator ( 2 ) under the grate ( 24 ) is conveyed by the ash removal device ( 13 ) into an ash container.
Die Schwelgase und das Abgas gelangen in den Verbrennungs raum (25) des Vergasungsreaktors (3), in dem Luft (7) zuge führt wird, so daß die Schwelgase verbrennen. Das heiße Abgas (CO2, H2O) strömt durch das Koksglutbett (20). Hier findet die Reduktion zu CO, H2 und O2 statt. Der Kohlenstoff (Koks) wird zu CO oxidiert. Insgesamt betrachtet wird Luft nur unterstöchiometrisch zugegeben, so daß kaum CO2 ausge stoßen wird. Das entstehende Schwachgas (16) wird in einem Wärmetauscher (4) abgekühlt. Es wird von einem Gebläse (17) abgesaugt.The carbonization gases and the exhaust gas enter the combustion chamber ( 25 ) of the gasification reactor ( 3 ), in which air ( 7 ) is supplied, so that the carbonization gases burn. The hot exhaust gas (CO 2 , H 2 O) flows through the embers ( 20 ). This is where the reduction to CO, H 2 and O 2 takes place. The carbon (coke) is oxidized to CO. Overall, air is only added sub-stoichiometrically, so that hardly any CO 2 is emitted. The resulting weak gas ( 16 ) is cooled in a heat exchanger ( 4 ). It is sucked off by a blower ( 17 ).
Trotz des Einsatzes großstückiger Brennstoffe ist im Ver gleich zu herkömmlichen Vergasern das Glutbett (20) homogen, da der Koks kleinstückig in den Vergasungsreaktor gelangt. Im Glutbett (20) werden die Reste der nicht verbrannten Schwelgase gekrackt. Da der Vergasungsreaktor (3) verjüngt ausläuft, ist das Glutbett (20) hoch, so daß die Verweilzeit des Gases im Glutbett (20) verlängert wird und das Glutbett (20) für die Gesamtheit des Gases als homogen erscheint.Despite the use of large-sized fuels, the ember bed ( 20 ) is homogeneous compared to conventional carburettors, since the coke gets into the gasification reactor in small pieces. The residues of the unburned carbonization gases are cracked in the ember bed ( 20 ). Since the gasification reactor ( 3 ) tapers, the glow bed ( 20 ) is high, so that the residence time of the gas in the glow bed ( 20 ) is extended and the glow bed ( 20 ) appears to be homogeneous for all of the gas.
Mit dem in der Erfindung vorgestellten Verfahren können Schadstoffe durch eine einfache Filtertechnik herausgefil tert werden (s. Fig. 1). Aufgrund der Vergasung bilden sich im Koks Mikroporen aus, die die innere Oberfläche stark ver größern. Da der Koks kleinstückig in den Vergasungsreaktor (3) gelangt, bildet sich im Glutbett (20) Aktivkohle aus. Mit einer Schnecke (15) wird aus dem Glutbett (20) Aktivkoh le entnommen und über einen gekühlten Aktivkohlekanal (11) in den Filter (5) befördert. Das produzierte Schwachgas (16) wird durch den Filter (5) geleitet. Schadstoffe bleiben in der Aktivkohle zurück. Die verbrauchte Aktivkohle wird in den Vergasungsreaktor (3) mittels Schnecke (15) zurücktrans portiert. Letztendlich sammeln sich die Schadstoffe in der Asche an, die sich am Ausgang des Vergasungsreaktors (3) bildet. Die Asche wird aus dem Vergasungsreaktor mit einer Ascheabführeinrichtung (13) abtransportiert.With the method presented in the invention, pollutants can be filtered out using a simple filter technique (see FIG. 1). Due to the gasification, micropores form in the coke, which greatly enlarge the inner surface. Since the coke gets into the gasification reactor ( 3 ) in small pieces, activated carbon forms in the ember bed ( 20 ). With a screw ( 15 ), activated carbon is removed from the ember bed ( 20 ) and conveyed into the filter ( 5 ) via a cooled activated carbon channel ( 11 ). The lean gas ( 16 ) produced is passed through the filter ( 5 ). Pollutants remain in the activated carbon. The spent activated carbon is transported back into the gasification reactor ( 3 ) by means of a screw ( 15 ). Ultimately, the pollutants accumulate in the ash that forms at the exit of the gasification reactor ( 3 ). The ash is removed from the gasification reactor with an ash removal device ( 13 ).
Die Vorrichtung zur Verwirklichung des Vergasungsverfahrens ist in Fig. 2 dargestellt. Im Entgasungsofen (1) ist der Verbrennungsofen (2) eingebaut. Der Vergasungsreaktor (3) besteht aus dem Verbrennungsraum (25) und dem Glutbettbehäl ter (26). Entgasungsofen (1) und Vergasungsreaktor (3) ste hen separat, um die Höhe der Vergasungsanlage zu reduzieren.The device for realizing the gasification process is shown in FIG. 2. In the degassing furnace (1) of the combustion furnace (2) is incorporated. The gasification reactor ( 3 ) consists of the combustion chamber ( 25 ) and the glow bed container ( 26 ). Degassing furnace ( 1 ) and gasification reactor ( 3 ) stand separately to reduce the height of the gasification plant.
Die Luft (7) wird dem Verbrennungsofen (2) von oben zuge führt. Damit wird der obere Teil des Entgasungsofens (1) und Verbrennungsofens (2) von der einströmenden Luft gekühlt und nur im unteren Teil des Entgasungsofens (1) und Verbren nungsofens (2) entgast der Brennstoff. Der sich im Entga sungsofen (1) befindende Zerkleinerer (8) besteht aus zwei mit Zähnen besetzten in entgegengesetzter Richtung drehenden Walzen. Durch den Abstand der Walzen kann die Stückgröße des Kokses und damit die Gasdurchlässigkeit und Homogenität des Glutbettes (20) variiert werden.The air ( 7 ) is fed to the incinerator ( 2 ) from above. So that the upper part of the degassing furnace ( 1 ) and incinerator ( 2 ) is cooled by the inflowing air and only in the lower part of the degassing furnace ( 1 ) and combustion furnace ( 2 ) degasses the fuel. The shredder ( 8 ) located in the degassing furnace ( 1 ) consists of two teethed rollers rotating in the opposite direction. The spacing of the rollers allows the piece size of the coke and thus the gas permeability and homogeneity of the ember bed ( 20 ) to be varied.
Der Koks wird aus dem Zerkleinerer (8) des Entgasungsofens (1) mittels Kolben (10) oder Schnecke durch einen Kokskanal (22) in den Vergasungsreaktor (3) gefördert. Da der Koks kanal (22) ständig mit Koks gefüllt ist, gelangen die Schwelgase aus dem Entgasungsofen (1) zusammen mit dem Abgas (12) aus dem Verbrennungsofen (2) vorrangig über das Gasrohr (21) in den Verbrennungsraum (25) des Vergasungsreaktors (3). Die Einführöffnung ist als Brenner (23) ausgebildet. Infolge des sich in der düsenförmigen Verengung bildenden Unterdruckes wird Luft mitgerissen. Das Gas-Luftgemisch wird von einem Zündfunken gezündet. Ein Flammenwächter überwacht die Flamme zur Vermeidung der Bildung von Explosivgemischen. Bei Flammenausfall wird die Luftzufuhr unterbrochen. Umlenk bleche (14) sorgen für eine gute Durchmischung der Gase und vermeiden Toträume. Im Vergasungsreaktor (3) entsteht durch die Verbrennung der Schwelgase eine sehr hohe Temperatur.The coke is conveyed from the shredder ( 8 ) of the degassing furnace ( 1 ) by means of a piston ( 10 ) or screw through a coke channel ( 22 ) into the gasification reactor ( 3 ). Since the coke channel ( 22 ) is constantly filled with coke, the smoldering gases from the degassing furnace ( 1 ) together with the exhaust gas ( 12 ) from the combustion furnace ( 2 ) primarily through the gas pipe ( 21 ) into the combustion chamber ( 25 ) of the gasification reactor ( 3 ). The insertion opening is designed as a burner ( 23 ). As a result of the negative pressure that forms in the nozzle-shaped constriction, air is entrained. The gas-air mixture is ignited by an ignition spark. A flame guard monitors the flame to avoid the formation of explosive mixtures. The air supply is interrupted in the event of a flame failure. Deflection plates ( 14 ) ensure good mixing of the gases and avoid dead spaces. In the gasification reactor ( 3 ), the combustion of the carbonization gases creates a very high temperature.
In den bekannten Vergasungsverfahren besteht das Problem der guten Durchmischung der Schwelgase mit Luft. Die Luft tritt meistens nur durch Wandöffnungen in den Vergasungsreaktor ein. Damit ist es schwierig, das gesamte Volumen gleichmäßig mit Luft zu versorgen und eine gute Durchmischung zu errei chen. In der Vorrichtung hingegen, die in der Erfindung vor gestellt wird, strömen die Schwelgase konzentriert durch ein Gasrohr (21). Eine gute Durchmischung der Schwelgase mit Luft erfolgt im Brenner (23). Ein weiterer Vorteil gegenüber herkömmlichen Vergasern besteht darin, daß die Verweilzeit der Schwelgase im Bereich hoher Temperaturen lang ist, denn sie wird hauptsächlich durch die Größe des Vergasungsreak tors (3) bestimmt. Dieser kann entsprechend groß ausgelegt werden.In the known gasification processes there is the problem of good mixing of the carbonization gases with air. The air mostly only enters the gasification reactor through wall openings. This makes it difficult to evenly supply the entire volume with air and to achieve thorough mixing. In the device, on the other hand, which is provided in the invention, the carbonization gases flow concentratedly through a gas pipe ( 21 ). The smoldering gases are thoroughly mixed with air in the burner ( 23 ). Another advantage over conventional carburetors is that the residence time of the carbonization gases in the high temperature range is long, because it is mainly determined by the size of the gasification reactor ( 3 ). This can be designed accordingly large.
Die für die endotherme Reduktionsreaktion im Glutbett (20) erforderliche Energie wird hauptsächlich vom Abgas des ver brannten Schwelgases in das Glutbett (20) eingebracht. Um zusätzlich Energie von außen dem Glutbett (20) zuführen zu können, wird das sich bildende heiße Schwachgas am Glutbett behälter (26) vorbeigeleitet. Wird dem abströmenden Schwach gas geringfügig Luft (7) zugemischt, so verbrennt es und die Temperatur der Wandung des Gutbettbehälters (26) erhöht sich. Das sich bildende Schwachgas kann auch durch Rohre abgeleitet werden, die durch das Glutbett (20) führen. Ein geringfügiges Eindüsen von Luft in diese Rohre führt zu einer Verbrennung des Schwachgases und damit zur Tempera turerhöhung des Glutbettes. Andererseits wird die Temperatur erniedrigt, wenn Wasserdampf in den Verbrennungsraum (25) des Vergasungsreaktors (3) eingedüst wird. Durch die soeben beschriebene Luft- bzw. Dampfzufuhr kann die Temperatur des Glutbettes (20) geregelt werden.The energy required for the endothermic reduction reaction in the ember bed ( 20 ) is mainly introduced into the ember bed ( 20 ) by the exhaust gas from the burned smoldering gas. In order to be able to supply additional energy from the outside to the ember bed ( 20 ), the hot lean gas that forms is led past the ember bed container ( 26 ). If the outflowing weak gas is slightly mixed with air ( 7 ), it burns and the temperature of the wall of the material bed container ( 26 ) increases. The lean gas that forms can also be discharged through pipes that lead through the ember bed ( 20 ). A slight injection of air into these pipes leads to combustion of the weak gas and thus to an increase in the temperature of the ember bed. On the other hand, the temperature is reduced when water vapor is injected into the combustion chamber ( 25 ) of the gasification reactor ( 3 ). The temperature of the ember bed ( 20 ) can be regulated by the air or steam supply just described.
Das Verfahren und die Vorrichtung zur Vergasung biologischer Rohstoffe können auch zur Verbrennung eingesetzt werden. Hierzu wird lediglich die Luftzufuhr im Vergasungsreaktor (3) erhöht, so daß eine vollständige Verbrennung des Kokses stattfinden kann.The method and the device for gasifying biological raw materials can also be used for combustion. For this purpose, only the air supply in the gasification reactor ( 3 ) is increased so that a complete combustion of the coke can take place.
Das Verfahren und die Vorrichtung können auch zur alleinigen Herstellung von Holzkohle verwendet werden. In diesem Falle wird nur ein geringer Teil der Holzkohle für die Aufrechter haltung des Glutbettes (20), in dem langkettige Moleküle ge krackt werden, abgezweigt. Diese Menge richtet sich nach der Qualität des Abgases, das nach der Verbrennung der Schwelga se im oberen Teil des Vergasungsreaktors (3) übrigbleibt. Wenn diese Verbrennung vollständig erfolgt, kann auf ein Glutbett (20) verzichtet werden.The method and the device can also be used for the sole production of charcoal. In this case, only a small part of the charcoal for maintaining the ember bed ( 20 ), in which long-chain molecules are cracked, is branched off. This amount depends on the quality of the exhaust gas that remains after combustion of the Schwelga se in the upper part of the gasification reactor ( 3 ). If this combustion takes place completely, an ember bed ( 20 ) can be dispensed with.
Das Verfahren und die Vorrichtung können auch zur Herstel lung von Aktivkohle eingesetzt werden. Hierzu muß der Zer kleinerer (8) lediglich so ausgelegt werden, daß aus ihm kleinkörnige Holzkohle austritt. Die Vergasung wird nur teilweise durchgeführt, so daß anstelle von Asche Aktivkohle aus dem Vergasungsreaktor (3) mit der Abführeinrichtung (13) abtransportiert wird. Eine Teilvergasung der Holzkohle kann erreicht werden, indem z. B. die Verweilzeit der Holzkohle im Glutbett (20) durch schnellere Aktivkohleabfuhr reduziert wird. Damit wird gleichzeitig die Glutbetthöhe verringert. The method and the device can also be used for the production of activated carbon. For this purpose, the Zer smaller ( 8 ) must be designed so that small-grain charcoal emerges from it. The gasification is carried out only partially, so that instead of ash, activated carbon is removed from the gasification reactor ( 3 ) with the discharge device ( 13 ). Partial gasification of the charcoal can be achieved by e.g. B. the dwell time of the charcoal in the ember bed ( 20 ) is reduced by faster activated carbon removal. This also reduces the ember bed height.
11
Entgasungsofen
Degassing furnace
22nd
Verbrennungsofen
Incinerator
33rd
Vergasungsreaktor
Gasification reactor
44th
Wärmetauscher
Heat exchanger
55
Filter
filter
66
Brennstoff
fuel
77
Luft
air
88th
Zerkleinerer
Shredder
99
Koks
coke
1010th
Kolben
piston
1111
Aktivkohlekanal
Activated carbon channel
1212th
Abgas
Exhaust gas
1313
Ascheabführeinrichtung
Ash removal device
1414
Umlenkblech
Baffle plate
1515
Schnecke
slug
1616
Schwachgas
Lean gas
1717th
Gebläse
fan
1818th
Tür
door
1919th
Wandung
Wall
2020th
Glutbett
Ember bed
2121
Gasrohr
Gas pipe
2222
Kokskanal
Coke channel
2323
Brenner
burner
2424th
Rost
rust
2525th
Verbrennungsraum
Combustion chamber
2626
Glutbettbehälter
Ember bed container
Claims (12)
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|---|---|---|---|
| DE1997120331 DE19720331A1 (en) | 1997-05-15 | 1997-05-15 | Treatment of wet or dry, fine or lumpy bio-wastes |
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|---|---|---|---|
| DE1997120331 DE19720331A1 (en) | 1997-05-15 | 1997-05-15 | Treatment of wet or dry, fine or lumpy bio-wastes |
Publications (1)
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