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WO2025190493A1 - Pyrolyseanlage zum chargenweisen herstellen von pflanzenkohle durch pyrolyse von biomasse sowie verfahren - Google Patents

Pyrolyseanlage zum chargenweisen herstellen von pflanzenkohle durch pyrolyse von biomasse sowie verfahren

Info

Publication number
WO2025190493A1
WO2025190493A1 PCT/EP2024/056959 EP2024056959W WO2025190493A1 WO 2025190493 A1 WO2025190493 A1 WO 2025190493A1 EP 2024056959 W EP2024056959 W EP 2024056959W WO 2025190493 A1 WO2025190493 A1 WO 2025190493A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pyrolysis
container
carrier insert
drying
cooling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/EP2024/056959
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander Wolf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to PCT/EP2024/056959 priority Critical patent/WO2025190493A1/de
Publication of WO2025190493A1 publication Critical patent/WO2025190493A1/de
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B53/00—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
    • C10B53/02—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form of cellulose-containing material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B49/00—Destructive distillation of solid carbonaceous materials by direct heating with heat-carrying agents including the partial combustion of the solid material to be treated
    • C10B49/02—Destructive distillation of solid carbonaceous materials by direct heating with heat-carrying agents including the partial combustion of the solid material to be treated with hot gases or vapours, e.g. hot gases obtained by partial combustion of the charge
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G OR C10K; LIQUIFIED PETROLEUM GAS; USE OF ADDITIVES TO FUELS OR FIRES; FIRE-LIGHTERS
    • C10L9/00—Treating solid fuels to improve their combustion
    • C10L9/08—Treating solid fuels to improve their combustion by heat treatments, e.g. calcining
    • C10L9/083—Torrefaction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel

Definitions

  • the present invention relates to a process for producing biochar by pyrolysis of biomass. Furthermore, the invention relates to a process for batchwise production of biochar by pyrolysis of biomass using the pyrolysis plant according to the invention.
  • biomass In pyrolysis, biomass is carbonized in the absence of oxygen, or with minimal oxygen.
  • the biomass can be wood, wood chips, plant residues, straw, wood chips, or green waste.
  • EP 4 25 7661 A1 discloses a process for producing biochar, using raw material in the form of pure natural wood.
  • the dried wood pieces of the raw material are subjected to a pyrolysis process in a reactor under the absence of oxygen.
  • the biochar produced during the pyrolysis is then extinguished by adding water.
  • a device for producing biochar and/or for heat recovery comprising a reactor arrangement for carbonising a biomass fuel to biochar and a Combustion chamber for combusting at least a portion of the gas released during carbonization to generate heat.
  • the device is designed for continuous operation.
  • EP 3 919 586 B1 discloses a device for producing biochar by pyrolysis of biomass.
  • the object of the present invention is therefore to provide a novel pyrolysis plant that is particularly easy to manufacture and operate.
  • the object of the present invention is to create a pyrolysis plant that is particularly easy to manufacture and operate while requiring low investment costs. Such plants are particularly advantageous when used in less developed regions.
  • the object of the invention is to provide a method for operating such a pyrolysis plant.
  • the pyrolysis plant according to the invention serves for the batch production of biochar by pyrolysis of biomass.
  • Batch production is understood here in particular to mean that the production of biochar in the pyrolysis plant is discontinuous, in that after the pyrolysis of the biomass has been completed, the process is first stopped, the obtained biochar is removed, and then, if necessary, another batch of biomass is subjected to the pyrolysis process.
  • the pyrolysis plant serves to carry out a batch process, often also referred to as a batch process, and constitutes a discontinuous production process in contrast to a continuous Production process in which biochar is produced continuously and without interruption.
  • the biomass is in particular plant material, such as wood, green waste, straw, chopped material or the like.
  • the pyrolysis plant according to the invention has: at least one carrier insert for receiving the biomass, wherein the carrier insert has a receiving space for the biomass, a bottom delimiting the receiving space at the bottom and an at least substantially closed side wall continuously delimiting the receiving space, as well as an open cover surface opposite the bottom for filling the receiving space with the biomass, wherein the carrier insert has an inflow opening for gas; a drying device for drying the biomass, wherein the drying device comprises a drying container, wherein the drying container has a container interior for receiving the carrier insert, wherein the drying container has an access opening that can be closed with a lid, wherein, with the lid open, the carrier insert can be introduced into the container interior via the access opening, wherein the drying container has an inlet opening for a first gas stream and an outlet opening for the first gas stream to achieve an exchange volume flow in the container interior for drying the biomass; a conveying device for supplying drying air to the inlet opening of the
  • the carrier insert serves to transfer the biomass batchwise, first into the drying device, namely the drying vessel, and after drying, from the drying device into the pyrolysis device, namely the pyrolysis vessel.
  • the respective batch remains in the carrier insert, and the carrier insert is introduced as such into the drying vessel or the pyrolysis vessel. Transferring or emptying the drying vessel during the process
  • the individual components of the pyrolysis plant, namely the drying unit and the pyrolysis unit do not need to be separated. This has the advantages of simplifying handling, saving time for emptying and filling, and avoiding thermal losses during emptying and filling due to contact with the environment.
  • the biomass is preferably bulk material, especially uncompacted bulk material.
  • the drying air is primarily ambient air.
  • the inlet opening of the carrier insert is formed in the bottom of the carrier insert.
  • both the drying vessel and the pyrolysis vessel are each equipped with a carrier insert containing biomass.
  • the finished, but still hot biochar is removed from the pyrolysis vessel by removing the carrier insert, and if necessary, the carrier insert with the still hot coal is fed to a cooling device.
  • the carrier insert located in the drying vessel is then removed from the drying vessel.
  • the biomass contained in this carrier insert is dried, preferably with a residual moisture content of 3% to 8%, and this carrier insert is then transferred from the drying vessel to the pyrolysis vessel.
  • the drying vessel is then equipped with a new carrier insert, containing a new batch of biomass, which is then dried in the drying vessel.
  • the biomass introduced into the drying vessel preferably has a residual moisture content of up to 30%.
  • An initial residual moisture content of up to 30% has proven advantageous in order to achieve a residual moisture content of 3% to 8% of the biomass introduced into the drying vessel after completion of the pyrolysis in the pyrolysis device.
  • drying air is fed to the drying vessel, which is heated via the heat exchanger with waste heat from the pyrolysis device, the heat released during pyrolysis is advantageously used to dry the biomass to be dried.
  • the drying air is heated to a temperature of over 90 °C during operation of the system. This enables particularly rapid drying of the biomass in the drying vessel.
  • the volume flow of the first gas stream and the second gas stream are coordinated in such a way that, after pyrolysis in the pyrolysis device is complete, the biomass in the drying device is also sufficiently dried.
  • the dried biomass preferably has a residual moisture content of 3-8% and a temperature of over 80 °C when it is transferred to the pyrolysis vessel.
  • the fan located inside the vessel initiates and maintains gas circulation within the pyrolysis vessel. This rapidly transfers most of the residual heat from the pyrolysis vessel, preheated by the pyrolysis of the previous batch, to the newly introduced batch of dried biomass.
  • the heat of the pyrolysis vessel is sufficiently high that the exothermic pyrolysis process in the dried biomass starts automatically, at least in a lower area of the carrier vessel.
  • the circulation of the gases through the operation of the fan distributes the additional heat released by the exothermic pyrolysis reaction, which flows through the carrier insert, to all of the biomass within the vessel.
  • the exothermic pyrolysis reaction further heats both the biomass and the pyrolysis vessel. Typically, temperatures of 300°C to 380°C are reached in the pyrolysis vessel.
  • the hot gases released during pyrolysis or the gas circulating in the container interior will partially escape through the outlet opening.
  • the outlet opening is preferably located in an upper area of the pyrolysis container.
  • the hot gases flowing out of the outlet opening form The second gas stream is fed to the heat exchanger.
  • the second gas stream can be fed to the heat exchanger, for example, via a pipeline.
  • a particularly rapid change or a particularly rapid transfer of biomass to the different containers can be carried out in a simple manner during normal operation of the pyrolysis plant.
  • fan used in the context of the present invention should be interpreted broadly, namely to mean a motor-driven device that conveys a gaseous medium.
  • the fan is, in particular, a blower or a compressor.
  • the fan is preferably an axial fan.
  • the fan has a fan wheel arranged in the interior of the container and a drive motor for driving the fan wheel, wherein the drive motor is formed outside the pyrolysis container.
  • the pyrolysis plant additionally comprises: a cooling device for cooling the biochar obtained in the pyrolysis device under oxygen exclusion or low oxygen supply, wherein the cooling device comprises a cooling container, wherein the cooling container has a container interior for receiving the carrier insert, wherein the cooling container has an access opening that can be closed with a lid, wherein when the lid is open, the carrier insert can be introduced into the container interior of the cooling container via the access opening
  • a cooling device for cooling the biochar obtained in the pyrolysis device under oxygen exclusion or low oxygen supply
  • the cooling device comprises a cooling container, wherein the cooling container has a container interior for receiving the carrier insert, wherein the cooling container has an access opening that can be closed with a lid, wherein when the lid is open, the carrier insert can be introduced into the container interior of the cooling container via the access opening
  • the use of a cooling device has the advantage that the thermal energy of the hot biochar and the hot carrier insert can be utilized advantageously.
  • the cooling container has an outflow opening through which a part of the gas can flow out of the container interior of the cooling container, wherein the gas flowing out of the outflow opening of the cooling container forms a third gas stream, wherein the heat exchanger is fluidically connected to the outflow opening of the cooling container and is designed to transfer heat from the third gas stream to the first gas stream in order to heat the first gas stream, or wherein the pyrolysis plant has a further heat exchanger, wherein the further heat exchanger is fluidically connected to the outflow opening of the cooling container and the conveying device and is designed to transfer heat from the third gas stream to the first gas stream in order to heat the first gas stream.
  • a fan is arranged in the lower region of the container interior of the cooling container, which fan is designed to cause a circulation of gas in the container interior of the cooling container, such that when the carrier insert is arranged in the container interior of the cooling container, the gas located in the container interior of the cooling container flows into the receiving space of the carrier insert via the inlet opening of the carrier insert and flows through the receiving space of the carrier insert in the direction of the open cover surface of the carrier insert.
  • the cooling container has a feed opening opening into the bottom area of the cooling container, wherein, when the lid is closed, the feed opening Water can be introduced into the container interior of the cooling container in such a way that the water flows onto a bottom of the container interior, wherein during operation of the system the bottom is heated at least temporarily in such a way that at least part of the supplied water evaporates, wherein the released water vapor flows into the receiving space of the carrier insert via the inlet opening of the carrier insert when the carrier insert is arranged in the container interior of the cooling container and flows through the receiving space of the carrier insert in the direction of the open cover surface of the carrier insert.
  • water is continuously fed into the cooling tank. Evaporation of the water rapidly cools the hot biochar, with the released steam being fed to the heat exchanger via the cooling tank's outlet opening to heat the first gas stream.
  • the carrier insert containing the cooled biochar can be removed from the cooling container and emptied.
  • the cooling container can then be refilled with the carrier insert removed from the pyrolysis container.
  • heat transfer structures in particular heat transfer fins, are arranged at the bottom of the cooling tank and project into the tank interior.
  • the pyrolysis container and/or the drying container and/or the cooling container are each designed as a barrel.
  • the material of the pyrolysis vessel and/or the drying vessel and/or the cooling vessel is a metal, in particular steel.
  • a metal or a metal alloy has proven particularly advantageous, since metals or metal alloys have a particularly high heat capacity and high thermal conductivity, which is beneficial for both the drying process and the pyrolysis process.
  • the pyrolysis tank and/or the drying tank and/or the cooling tank are provided with insulation to prevent heat loss to the environment.
  • This insulation can be made of rock wool or similar, for example.
  • the respective access opening is designed at the top so that the carrier insert can be inserted vertically from above into the respective container.
  • Such a design has proven to be structurally advantageous, particularly in light of the need for the most precise placement of the carrier insert in the respective container.
  • guide structures are installed in the container interior that lead to self-centering of the carrier insert within the container interior.
  • These guide structures can be, for example, conically tapered structures, guide bevels, or similar.
  • support structures are mounted in at least one container, preferably in the respective container interior, with the support insert resting on these support structures in such a way that the support insert is spaced from a container bottom.
  • Such a design has proven advantageous with regard to gas flow or gas circulation in the respective container.
  • These support structures can be mounted on the bottom of the respective container or on the side walls of the respective container.
  • one heat exchanger and/or the other heat exchanger are each a tube heat exchanger.
  • the pyrolysis plant has at least three, preferably at least four, identically designed carrier inserts.
  • the pyrolysis plant has a transfer device, wherein the transfer device is designed to transfer a carrier insert arranged in the drying container into the pyrolysis container, wherein the transfer device has a guide rail extending above the drying container and the pyrolysis container and a trolley movable along the guide rail, wherein the trolley has a cable pull or chain pull that can be coupled to the carrier insert.
  • the transfer device in principle, it is also quite conceivable for the transfer device to have several trolleys or for one trolley to have several cable hoists or chain hoists for the simultaneous handling and transfer of several carrier inserts, thereby accelerating the exchange of the carrier inserts between the containers.
  • a covering device is arranged on the cable pull or chain pull, wherein the covering device is designed to cover the open cover surface of the carrier insert when the cable pull or chain pull is coupled to the carrier insert.
  • Covering the open lid surface has the advantage that contact with ambient air is avoided when transferring the carrier insert, which on the one hand prevents the still hot biochar from igniting or glowing and on the other hand prevents heat loss. It is considered particularly advantageous if the cover device is plate-shaped, wherein the cable pull or chain pull passes through the cover device in such a way that the cover device can be moved along the cable pull or chain pull.
  • This design reliably covers the open lid surface. It is considered particularly advantageous if the covering device has an extension that is larger than the diameter of the carrier insert.
  • the carrier insert preferably has a circumferentially closed side wall. Accordingly, it is considered advantageous if the carrier insert is open only in the area of the lid surface and has an opening in the area of the base. This prevents gas from flowing in or out of the receiving space of the carrier insert.
  • the support insert has an intermediate floor, wherein the intermediate floor is designed as a grid.
  • the grid can be a grating, for example.
  • the intermediate floor creates a space in the support insert that allows gas to flow into the upper part of the receiving space above it, while preventing the biomass from penetrating the space. This promotes good gas circulation or flow across the entire cross-section of the support insert and therefore of the biomass located in the upper part of the receiving space.
  • this design allows the fan to extend into this intermediate area when the support insert is in place, which has a beneficial effect on gas circulation and the flow through the biomass.
  • the pyrolysis device has a heating device for heating the pyrolysis container.
  • a heating device for example an electrical resistance heater, has the advantage that additional heat can be introduced into the pyrolysis container. This This may be necessary, for example, if the pyrolysis process in the pyrolysis container does not start automatically. In such a case, additional heat can be introduced into the pyrolysis container by at least temporarily switching on the heating device. As soon as the pyrolysis process has started, the heating device can then be switched off again.
  • the provision of a heating device is advantageous in that, if necessary, the biochar in the pyrolysis container can be further heated using the heating device, for example, to a temperature of 400° to 600°C, in order to expel undesirable residual components from the biochar and improve the quality of the biochar.
  • the pyrolysis tank to have a feed opening for supplying oxygen-containing gas, which causes the still-hot biochar to glow or burn, which in turn introduces additional heat into the tank's interior to further heat the remaining biochar.
  • oxygen-containing gas could be ambient air, for example.
  • the drying container has a circumferential support surface for the support insert, wherein the support surface has a circumferential sealing element.
  • the sealing element is designed to cooperate sealingly with the support insert, in particular the side wall, when the support insert is arranged in the drying container, such that the first gas stream is prevented from flowing laterally past the support insert.
  • the conveying device for the drying air for the purpose of conveying or forming the first gas stream is preferably a blower.
  • the process according to the invention for the batchwise, thus continuous, production of biochar by pyrolysis of biomass is carried out under Use of the pyrolysis plant described above, in particular a pyrolysis plant according to one of the aforementioned embodiments.
  • the method is applied during regular operation of the pyrolysis plant.
  • An initial state exists in which a first carrier insert is located in the pyrolysis vessel, the pyrolysis process being completed and the first carrier insert being filled with the biochar obtained from a first batch of biomass during pyrolysis, and a second carrier insert containing a second batch of biomass is located in the drying vessel, and the drying process of this second batch is completed.
  • the following process steps are carried out:
  • the first carrier insert forms the first carrier insert and the third carrier insert forms the second carrier insert.
  • normal operation is understood here in particular to mean that the pyrolysis plant is already in a state in which the pyrolysis vessel and/or the drying vessel have already been previously filled with a batch of biomass and are already in a preheated state.
  • a first start of the pyrolysis plant or a restart of the pyrolysis plant can be achieved, for example, by placing a carrier insert containing a batch of pre-dried biomass into the pyrolysis vessel and a carrier insert containing a batch of biomass to be dried into the drying vessel.
  • the pyrolysis vessel is heated by a heating device until the pyrolysis process begins.
  • the first batch is heated at least temporarily to a temperature of 400°C to 600°C using a heating device for heating the pyrolysis container.
  • oxygen in particular ambient air, is temporarily supplied to the interior of the pyrolysis container in order to increase the temperature in the interior of the pyrolysis container by burning part of the biomass and/or by burning part of the pyrolysis gas.
  • the interior of the pyrolysis container is flushed with steam before removing the first carrier insert to expel the gases released during pyrolysis.
  • the pyrolysis plant has a separation device for separating distillate from the second gas stream.
  • the separation device is preferably arranged downstream of the heat exchanger with respect to the flow direction of the second gas stream.
  • the pyrolysis plant has a cooling device for cooling the biochar obtained in the pyrolysis device under exclusion of oxygen or with a low oxygen supply, wherein the cooling device has a cooling container, wherein the cooling container has a container interior for receiving the carrier insert, wherein the cooling container has an access opening which can be closed with a lid, wherein when the lid is open the carrier insert can be introduced into the container interior of the cooling container via the access opening, wherein the first carrier insert removed from the pyrolysis container is introduced into the cooling container while still hot, together with the biochar obtained from the biomass of the first batch during pyrolysis.
  • Fig. 1 shows an embodiment of the pyrolysis plant according to the invention in a schematic representation
  • Fig. 2 one of several identically designed carrier inserts of the pyrolysis plant in a schematic representation
  • Fig. 2a the carrier insert in a second schematic representation
  • Fig. 3 shows a drying device of the pyrolysis plant in a schematic representation
  • Fig. 4 a pyrolysis device of the pyrolysis plant in a schematic representation
  • Fig. 5 shows a cooling device of the pyrolysis plant in a schematic representation.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a pyrolysis plant according to the invention.
  • the pyrolysis plant serves for the batchwise (discontinuous) production of biochar by pyrolysis of biomass, in particular plant material.
  • the pyrolysis plant comprises: several identically designed carrier inserts 1 for receiving the biomass, a drying device 2 for drying the biomass using a first gas stream, a pyrolysis device 3 for pyrolyzing the biomass dried in the drying device 2 to obtain biochar under the exclusion of oxygen or with a low oxygen supply, a cooling device 4 for cooling the biochar obtained in the pyrolysis device 3 under the exclusion of oxygen or with a low oxygen supply, a conveying device in the form of a fan 5 for supplying ambient air to the drying device 2, and a heat exchanger 6 in the form of a tubular heat exchanger for heating the ambient air conveyed by the fan 5 using waste heat, namely exhaust gas, from the pyrolysis device 3.
  • the respective carrier insert 1 has a receiving space 7 for the biomass, a bottom 8 defining the receiving space 7 at the bottom, with an inlet opening 9 for gas, a closed side wall 10 circumferentially defining the receiving space 7, and an open cover surface 11 opposite the bottom 8 for filling the receiving space 7 with the biomass.
  • the support insert 1 has a crossbar 12 with a hook-shaped coupling structure 13a for hooking a hook-shaped counter-coupling structure 13b of a cable pull of a trolley 14.
  • the trolley 14 is displaceable along a crossbeam 15 extending horizontally over the drying device 2, the pyrolysis device 3, and the cooling devices 4.
  • the support insert 1 can be transferred to the respective device 2, 3, 4 via the trolley 14.
  • a plate-shaped covering device 33 is arranged on a cable pull of the trolley 14, wherein the covering device 33 is designed to cover the open cover surface 11 of the carrier insert 1 when the cable pull or chain pull is coupled to the carrier insert 1.
  • the drying device 2 has a drying container 16, wherein the drying container 16 has a container interior for receiving one of the carrier inserts 1, wherein the drying container 16 has an access opening that can be closed with a lid 17, wherein when the lid 17 is open, the carrier insert 1 can be introduced into the container interior via the access opening, wherein the drying container 16 has an inlet opening for the first gas stream in the bottom region and an outlet opening formed in the lid 17 for the first gas stream to achieve an exchange volume flow in the container interior for drying the biomass.
  • the flow of the first gas stream in the container interior of the drying container 16 is indicated by the arrows 24 in Fig. 3.
  • the pyrolysis device 3 has a pyrolysis container 18, wherein the pyrolysis container 18 has a container interior for receiving one of the carrier inserts 1, wherein the pyrolysis container 18 has an access opening which can be closed with a lid 19, wherein when the lid 19 is open, the carrier insert 1 can be inserted into the container interior of the pyrolysis container 18 via the access opening.
  • a fan 20 is arranged in the lower region of the container interior of the pyrolysis container 18, wherein the drive motor 21 of the fan 20 is arranged outside the pyrolysis container 18, wherein the fan 20 is designed to cause a circulation of gas in the container interior of the pyrolysis container 18 in such a way that when the carrier insert 1 is arranged in the container interior of the pyrolysis container 18, the gas located in the container interior of the pyrolysis container 18 flows via the inflow opening 9 of the carrier insert 1 into the receiving space 7 of the carrier insert 1 and flows through the receiving space 7 of the carrier insert 1 and thus the biomass received there in the direction of the open lid surface 11 of the carrier insert 2.
  • the circulation of the gas in the container interior is indicated by the arrows 22 in Figure 4.
  • the pyrolysis tank 18 has an outlet opening in the form of an outlet pipe 23 through which a portion of the gas can flow out of the interior of the pyrolysis tank 18, in particular at least a portion of the pyrolysis gas released during pyrolysis can flow out of the interior of the pyrolysis tank 18, wherein the gas flowing out of the outlet opening 23 of the pyrolysis tank 18 forms a second gas stream.
  • This second gas stream is fed to the tube heat exchanger 6 and serves to heat the first gas stream.
  • the flow of the first gas stream is indicated by arrows 24 in the figures.
  • the flow of the second gas stream is indicated by arrows 25 in the figures.
  • the cooling device 4 has a cooling container 26, wherein the cooling container 26 has a container interior for receiving one of the carrier inserts 1, wherein the cooling container 26 has an access opening that can be closed with a lid, wherein when the lid is open, the carrier insert 1 can be introduced into the container interior of the cooling container 26 via the access opening.
  • a fan 20 is also arranged, which is designed to circulate gas in the container interior of the cooling container 26.
  • the gas located in the container interior of the cooling container 26 flows via the inlet opening of the carrier insert 1 into the receiving space 7 of the carrier insert 1 and flows through the receiving space 7 of the carrier insert 1 in the direction of the open lid surface 11 of the carrier insert 1, whereby the pyrolysis coal located in the receiving space 7 also flows through.
  • the flow of the gas in the container interior of the cooling container 26 is indicated by the arrows 27 in Fig. 5.
  • the drying vessel 16, the pyrolysis vessel 18, and the cooling vessel 26 each have support structures 28, wherein the support structures 28 each define a support plane for the carrier insert 1, which is spaced from the plane of the bottom of the respective vessel 16, 18, 26, thereby forming an open space between the bottom of the respective vessel 16, 18, 26 and the carrier insert 1. This has a beneficial effect on the gas flow in the respective vessel 16, 18, 26.
  • a grating may also be formed in the area of the support structures 28, or the support structures 28 may be formed by a grating.
  • the respective support insert 1 has an intermediate floor 29, wherein this intermediate floor 29 is formed in the present case by a grating.
  • an intermediate space 7a is also formed in the receiving space 7 in the area of the support insert 1.
  • the drying tank 16 and the cooling tank 26 are provided with a relatively thin-walled insulation 30.
  • the pyrolysis tank 18, on the other hand, is provided with a thicker insulation 30.
  • annular sealing element 31 is provided in the area of the support structures 28 of the drying container 16 defining the installation level, wherein the Sealing element 31 is designed to cooperate sealingly with the carrier insert 1 when the carrier insert 1 is arranged in the drying container 16, such that a lateral flow of the first gas stream past the carrier insert 1 is prevented.
  • the pyrolysis device 3 has a heating device 34 for heating the pyrolysis container 18, wherein a heating coil of the heating device 34 is arranged in the pyrolysis container 18, namely in the floor area below the installation level.
  • a collecting container 32 Adjacent to the fan 5, a collecting container 32 is arranged, said collecting container 32 serving to collect any liquid distillate produced during the cooling of the second gas stream.
  • Each of the three units (drying unit 2, pyrolysis unit 3, cooling unit 4) is dependent on the other two during the ongoing process and is loaded with a new batch every 45 minutes, for example, at the same time or immediately after each other. After the previous run is completed, four actions must be performed to begin the next run:
  • the carrier insert 1 with the finished and cooled biochar is removed from the cooling device 4 and can be emptied.
  • the carrier insert 1 with the finished, but still hot, biochar is removed from the pyrolysis device 3 and transferred to the cooling device 4.
  • the carrier insert 1 with the dry and preheated biomass is transferred from the drying device 2 to the pyrolysis device 3.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pyrolyseanlage zum chargenweisen Herstellen von Pflanzenkohle durch Pyrolyse von Biomasse. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Chargenweisen Herstellen von Pflanzenkohle durch Pyrolyse von Biomasse unter Verwendung der erfindungsgemäßen Pyrolyseanlage. Die Pyrolyseanlage dient zum chargenweisen (diskontinuierlichen) Herstellen von Pflanzenkohle durch Pyrolyse von Biomasse, insbesondere von pflanzlichem Material, wobei die Pyrolyseanlage aufweist: - zumindest einen Trägereinsatz zur Aufnahme der Biomasse, - eine Trocknungseinrichtung (2) zum Trocknen der Biomasse, - eine Pyrolyseeinrichtung (3) für die Pyrolyse der in der Trocknungseinrichtung (2) getrockneten Biomasse zur Gewinnung von Pflanzenkohle unter Sauerstoffausschluss oder geringer Sauerstoffzufuhr, - eine Fördereinrichtung in Form zum Zuführen von Trocknungsluft zu der 20 Trocknungseinrichtung (2), - einen Wärmetauscher (6) zum Erwärmen der von der Fördereinrichtung geförderten Trocknungsluft durch Abwärme der Pyrolyseeinrichtung (3).

Description

Pyrolyseanlage zum chargenweisen Herstellen von Pflanzenkohle durch Pyrolyse von Biomasse sowie Verfahren
B e s c h r e i b u n g
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Pflanzenkohle durch Pyrolyse von Biomasse. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum chargenweisen Herstellen von Pflanzenkohle durch Pyrolyse von Biomasse unter Verwendung der erfindungsgemäßen Pyrolyseanlage.
Bei der Pyrolyse wird Biomasse unter Ausschluss von Sauerstoff oder weitestgehendem Ausschluss von Sauerstoff verkohlt. Bei der Biomasse kann es sich beispielsweise um Holz, Holzschnipsel, Pflanzenreste, Stroh, Häckselgut oder Grünschnitt handeln.
Aus der EP 4 25 7661 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Pflanzenkohle bekannt, wobei bei diesem Verfahren Ausgangsmaterial in Form von naturreinem Holz verwendet wird. Bei diesem Verfahren werden die getrockneten Holzstücke des Ausgangsmatenals in einem Reaktor unter Sauerstoffabschluss einem Pyrolyse- Prozess unterworfen. Anschließend wird die bei der Pyrolyse entstandene Pflanzenkohle abgelöscht durch Zugabe von Wasser.
Aus der EP 3 760 639 A1 ist eine Vorrichtung zum Herstellen von Pflanzenkohle und/oder zur Wärmegewinnung bekannt, wobei diese Vorrichtung eine Reaktoranordnung zum Verkohlen eines Biomassebrennstoffs zu Pflanzenkohle und einer Brennkammer zur Verbrennung zumindest eines Teils des beim Verkohlen freiwerdenden Gases zur Wärmegewinnung aufweist. Die Vorrichtung ist dazu eingerichtet, kontinuierlich betrieben zu werden.
Ferner ist, aus der EP 3 919 586 B1 eine Vorrichtung zur Herstellung von Pflanzenkohle durch Pyrolyse von Biomasse bekannt.
Großtechnische Anlagen zur Herstellung von Pflanzenkohle und insbesondere solche, die in einem kontinuierlichen Prozess betrieben werden, sind technisch aufwendig sowohl hinsichtlich deren Herstellung als auch deren Betrieb.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine neuartige Pyrolyseanlage anzugeben die besonders einfach herstellbar und zu betreiben ist. Insbesondere besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Pyrolyseanlage zu schaffen, die bei geringen Investitionskosten besonders einfach herstellbar und zu betreiben ist. Derartige Anlagen haben insbesondere Vorteile, wenn diese in weniger entwickelten Gebieten zum Einsatz kommen sollen. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Pyrolyseanlage anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils Gegenstand von Unteransprüchen.
Die erfindungsgemäße Pyrolyseanlage dient zum chargenweisen Herstellen von Pflanzenkohle durch Pyrolyse von Biomasse. Unter „chargenweisen“ wird vorliegend insbesondere verstanden, dass die Herstellung der Pflanzenkohle in der Pyrolyseanlage diskontinuierlich erfolgt, insofern nach erfolgter Pyrolyse der Biomasse der Prozess zunächst gestoppt wird, die gewonnene Pflanzenkohle entnommen und anschließend gegebenenfalls eine weitere Charge von Biomasse dem Pyrolyseprozess unterworfen wird. Insofern dient die Pyrolyseanlage zur Durchführung eines Chargenprozesses, häufig auch als Batchprozess, bezeichnet und bildet ein diskontinuierliches Produktionsverfahren im Gegensatz zu einem kontinuierlichen Produktionsverfahren, bei dem kontinuierlich, somit unterbrechungsfrei, Pflanzenkohle hergestellt wird.
Bei der Biomasse handelt es sich insbesondere um pflanzliches Material, wie beispielsweise Holz, Grünschnitt, Stroh, Häckselgut o. ä.. Die erfindungsgemäße Pyrolyseanlage weist auf: zumindest einen Trägereinsatz zur Aufnahme der Biomasse, wobei der Trägereinsatz einen Aufnahmeraum für die Biomasse, einen den Aufnahmeraum nach unten begrenzenden Boden und eine zumindest im Wesentlichen geschlossene, den Aufnahmeraum um laufend begrenzende Seitenwand, sowie eine dem Boden gegenüberliegende offene Deckelfläche zum Befüllen des Aufnahmeraums mit der Biomasse aufweist, wobei der Trägereinsatz eine Einströmöffnung für Gas aufweist; eine Trocknungseinrichtung zum Trocknen der Biomasse, wobei die Trocknungseinrichtung einen Trocknungsbehälter aufweist, wobei der Trocknungsbehälter einen Behälterinnenraum aufweist zur Aufnahme des Trägereinsatzes, wobei der Trocknungsbehälter eine mit einem Deckel verschließbare Zugangsöffnung aufweist, wobei bei geöffnetem Deckel über die Zugangsöffnung der Trägereinsatz in den Behälterinnenraum einbringbar ist, wobei der Trocknungsbehälter eine Einlassöffnung für einen ersten Gasstrom und eine Auslassöffnung für den ersten Gasstrom aufweist zum Erreichen eines Austauschvolumenstroms in dem Behälterinnenraum zum Trocknen der Biomasse; eine Fördereinrichtung zum Zuführen von Trocknungsluft zu der Einlassöffnung des Trocknungsbehälters; eine Pyrolyseeinrichtung für die Pyrolyse der in der Trocknungseinrichtung getrockneten Biomasse zur Gewinnung von Pflanzenkohle unter Sauerstoffausschluss oder geringer Sauerstoffzufuhr, wobei die Pyrolyseeinrichtung einen Pyrolysebehälter aufweist, wobei der Pyrolysebehälter einen Behälterinnenraum aufweist zur Aufnahme des Trägereinsatzes, wobei der Pyrolysebehälter eine mit einem Deckel verschließbare Zugangsöffnung aufweist, wobei bei geöffnetem Deckel über die Zugangsöffnung der Trägereinsatz in den Behälterinnenraum des Pyrolysebehälters einbringbar ist, wobei der Pyrolysebehälter dazu eingerichtet ist, wobei im unteren Bereich des Behälterinnenraums des Pyrolysebehälters ein Ventilator angeordnet ist, der dazu eingerichtet ist, eine Zirkulation von Gas in dem Behälterinnenraum des Pyrolysebehälters zu bewirken, derart, dass bei Anordnung des Trägereinsatzes in dem Behälterinnenraum des Pyrolysebehälters das in dem Behälterinnenraum des Pyrolysebehälters befindliche Gas über die Einströmöffnung des Trägereinsatzes in den Aufnahmeraum des Trägereinsatzes einströmt und den Aufnahmeraum des Trägereinsatzes in Richtung der offenen Deckelfläche des Trägereinsatzes durchströmt, wobei der Pyrolysebehälter eine Ausströmöffnung aufweist, über den ein Teil des Gases aus dem Behälterinnenraum des Pyrolysebehälters ausströmen kann, insbesondere zumindest ein Teil des bei der Pyrolyse freiwerdenden Pyrolysegases aus dem Behälterinnenraum des Pyrolysebehälters ausströmen kann, wobei das aus der Ausströmöffnung des Pyrolysebehälters ausströmende Gas einen zweiten Gasstrom bildet; einen Wärmetauscher, wobei der Wärmetauscher mit der Ausströmöffnung des Pyrolysebehälters und der Fördereinrichtung fluidtechnisch verbunden ist und dazu eingerichtet ist, Wärme von dem zweiten Gasstrom auf den ersten Gasstrom zu übertragen zum Erwärmen des ersten Gasstroms.
Beim Betrieb der Pyrolyseanlage dient der Trägereinsatz zum chargenweisen überführen der Biomasse zunächst in die Trocknungseinrichtung, nämlich in den Trocknungsbehälter, hinein und nach der erfolgten Trocknung von der Trocknungseinrichtung in die Pyrolyseeinrichtung, nämlich in den Pyrolysebehälter, hinein. Dabei verbleibt die jeweilige Charge in dem Trägereinsatz und der Trägereinsatz wird als solcher jeweils in den Trocknungsbehälter bzw. den Pyrolysebehälter eingebracht. Ein Umfüllen oder Entleeren des Trocknungsbehälters während des Durchlaufens der einzelnen Einrichtungen der Pyrolyseanlage, nämlich der Trocknungseinrichtung und der Pyrolyseeinrichtung, muss nicht erfolgen. Dies hat den Vorteil, dass zum einen die Handhabung erleichtert ist, die Zeit für das Entleeren und Befüllen eingespart wird, sowie thermische Verluste beim Entleeren und Befüllen durch Kontakt mit der Umgebung vermieden werden.
Vorzugsweise handelt es sich bei der Biomasse um Schüttgut, insbesondere unverdichtetes Schüttgut.
Bei der Trocknungsluft handelt es sich insbesondere um Umgebungsluft.
Vorzugsweise ist die Einströmöffnung des Trägereinsatzes im Boden des Trägereinsatzes ausgebildet.
Im Regelbetrieb der Pyrolyseanlage ist vorgesehen, dass sowohl der Trocknungsbehälter als auch der Pyrolysebehälter mit jeweils einem Trägereinsatz mit Biomasse bestückt sind. Nach abgeschlossener Pyrolyse in der Pyrolyseeinrichtung wird die fertige, jedoch noch heiße Pflanzenkohle, aus dem Pyrolysebehälter entnommen durch Entnahme des Trägereinsatzes und gegebenenfalls der Trägereinsatz mit der noch heißen Kohle einer Abkühleinrichtungen zugeführt. Anschließend wird der in dem Trocknungsbehälter befindliche Trägereinsatz aus dem Trocknungsbehälter entnommen, wobei die in diesem Trägereinsatz befindliche Biomasse getrocknet ist, vorzugsweise eine Restfeuchte von 3 % bis 8 % aufweist, wobei dieser Trägereinsatz dann von dem Trocknungsbehälter in den Pyrolysebehälter überführt wird. Der Trocknungsbehälter wird dann mit einem neuen Trägereinsatz bestückt, wobei sich in diesem Trägereinsatz einer neuer Charge von Biomasse befindet, die dann in dem Trocknungsbehälter getrocknet wird. Vorzugsweise weist die in den Trocknungsbehälter eingebrachte Biomasse eine Restfeuchte von bis zu 30% auf. Eine initiale Restfeuchte von bis zu 30% hat sich als vorteilhaft erwiesen, um nach Abschluss der Pyrolyse in der Pyrolyseeinrichtung eine Restfeuchte von 3% bis 8 % der in dem Trocknungsbehälter eingebrachten Biomasse zu erreichen. Da dem Trocknungsbehälter Trocknungsluft zugeführt wird, die über den Wärmetauscher mit Abwärme von der Pyrolyseeinrichtung erwärmt wird, wird in vorteilhafter Art und Weise, die bei der Pyrolyse freiwerdende Wärme für die Trocknung der zu trocknenden Biomasse verwendet. In der Regel wird im Betrieb der Anlage die Trocknungsluft auf eine Temperatur von über 90 °C erwärmt werden. Dadurch kann eine besonders schnelle Trocknung der Biomasse in dem Trocknungsbehälter erreicht werden. Der Volumenstroms des ersten Gasstroms sowie des zweiten Gasstroms werden dabei derart aufeinander abgestimmt, dass nach Abschluss der Pyrolyse in der Pyrolyseeinrichtung auch eine ausreichende Trocknung der in der Trocknungseinrichtung befindlichen Biomasse erreicht ist. Vorzugsweise weist die getrocknete Biomasse bei deren Überführung in den Pyrolysebehälter eine Restfeuchte von 3-8 % und eine Temperatur von mehr als 80 °C auf.
Durch den in dem Behälterinnenraum angeordneten Ventilator wird eine Zirkulation des Gases in dem Pyrolysebehälter initiiert und aufrechterhalten. Dadurch wird der Großteil der Restwärme des durch die Pyrolyse der vorigen Charge vorgeheizten Pyrolysebehälters zügig auf die neu in den Pyrolysebehälter eingebrachte Charge von getrocknete Biomasse übertragen. In der Regel ist die Wärme des Pyrolysebehälters ausreichend groß, sodass zumindest in einem unteren Bereich des Trägerbehälters der exotherme Pyrolyseprozess in der getrockneten Biomasse selbstständig startet. Durch die Zirkulation der Gase durch den Betrieb des Ventilators wird die zusätzliche freiwerdende Wärme der exothermen Pyrolysereaktion aufgrund des Durchströmen des Trägereinsatzes auf die gesamte in dem Behälterinnenraum befindliche Biomasse verteilt. Durch die exotherme Pyrolysereaktion werden sowohl die Biomasse als auch der Pyrolysebehälter weiter aufgeheizt. In der Regel werden auf diese Weise Temperaturen von 300°C bis 380°C in dem Pyrolysebehälter erreicht.
Die bei der Pyrolyse freiwerdenden heißen Gase bzw. das in dem Behälterinnenraum zirkulierende Gas werden teilweise über die Ausströmöffnung ausströmen. Die Ausströmöffnung befindet sich vorzugsweise in einem oberen Bereich des Pyrolysebehälters. Die aus der Ausströmöffnung ausströmenden heißen Gase bilden dabei den zweiten Gasstrom, der dem Wärmetauscher zugeführt wird. Das Zuführen des zweiten Gasstroms zu dem Wärmetauscher kann beispielsweise über eine Rohrleitung erfolgen.
Durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Pyrolyseanlage, insbesondere durch die Verwendung von einem oder mehreren identisch ausgebildeten Trägereinsätzen, kann im Regelbetrieb der Pyrolyseanlage ein besonders schneller Wechsel bzw. ein besonders schnelles Überführen von Biomasse zu den unterschiedlichen Behältern in einfacher Art und Weise erfolgen.
Der im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendete Begriff ,, Ventilator“ ist weit auszulegen, nämlich dahingehend, dass es sich dabei um eine motorisch angetriebene Vorrichtung handelt, die ein gasförmiges Medium fördert. Bei dem Ventilator handelt es sich insbesondere um ein Gebläse oder einen Verdichter. Bei dem Ventilator handelt es sich vorzugsweise um einen Axialventilator.
Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn der Ventilator ein in dem Behälterinnenraum angeordnetes Lüfterrad und einen Antriebsmotor zum Antreiben des Lüfterrads aufweist, wobei der Antriebsmotor außerhalb des Pyrolysebehälters ausgebildet ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Pyrolyseanlage zusätzlich aufweist: eine Abkühleinrichtung zum Abkühlen der in der Pyrolyseeinrichtung gewonnenen Pflanzenkohle unter Sauerstoffausschluss oder geringer Sauerstoffzufuhr, wobei die Abkühleinrichtung einen Abkühlbehälter aufweist, wobei der Abkühlbehälter einen Behälterinnenraum aufweist zur Aufnahme des Trägereinsatzes, wobei der Abkühlbehälter eine mit einem Deckel verschließbare Zugangsöffnung aufweist, wobei bei geöffnetem Deckel über die Zugangsöffnung der Trägereinsatz in den Behälterinnenraum des Abkühlbehälters einbringbar ist Diese Gestaltung hat den Vorteil, dass der aus dem Pyrolysebehälter entnommene Trägereinsatz in den Abkühlbehälter überführt werden kann, wodurch zum einen eine hohe Sicherheit gewährleistet ist, da durch das Überführen der noch heißen Pflanzenkohle in die Abkühleinrichtung ein Entzünden und somit ein Glühen bzw. Brennen der gewonnenen Pflanzenkohle vermieden wird. Zudem hat die Verwendung einer Abkühleinrichtungen den Vorteil, dass die Wärmeenergie der heißen Pflanzenkohle und des heißen Trägereinsatzes in vorteilhafter Art und Weise genutzt werden kann. In diesem Zusammenhang wird es als besonders vorteilhaft angesehen, der Abkühlbehälter eine Ausströmöffnung aufweist, über den ein Teil des Gases aus dem Behälterinnenraum des Abkühlbehälters ausströmen kann, wobei das aus der Ausströmöffnung des Abkühlbehälters ausströmende Gas einen dritten Gasstrom bildet, wobei der Wärmetauscher mit der Ausströmöffnung des Abkühlbehälters fluidtechnisch verbunden ist und dazu eingerichtet ist, Wärme von dem dritten Gasstrom auf den ersten Gasstrom zu übertragen zum Erwärmen des ersten Gasstroms, oder wobei die Pyrolyseanlage einen weiteren Wärmetauscher aufweist, wobei der weitere Wärmetauscher mit der Ausströmöffnung des Abkühlbehälters und der Fördereinrichtung fluidtechnisch verbunden ist und dazu eingerichtet ist, Wärme von dem dritten Gasstrom auf den ersten Gasstrom zu übertragen zum Erwärmen des ersten Gasstroms.
Ferner wird es als besonders vorteilhaft angesehen, wenn im unteren Bereich des Behälterinnenraums des Abkühlbehälters ein Ventilator angeordnet ist, der dazu eingerichtet ist, eine Zirkulation von Gas in dem Behälterinnenraum des Abkühlbehälters zu bewirken, derart, dass bei Anordnung des Trägereinsatzes in dem Behälterinnenraum des Abkühlbehälters das in dem Behälterinnenraum des Abkühlbehälters befindliche Gas über die Einströmöffnung des Trägereinsatzes in den Aufnahmeraum des Trägereinsatzes einströmt und den Aufnahmeraum des Trägereinsatzes in Richtung der offenen Deckelfläche des Trägereinsatzes durchströmt.
Hinsichtlich der Abkühleinrichtung wird es als besonders vorteilhaft angesehen, wenn der Abkühlbehälter eine in den Bodenbereich des Abkühlbehälters mündende Zuführöffnung aufweist, wobei bei geschlossenem Deckel über die Zuführöffnung Wasser in den Behälterinnenraum des Abkühlbehälters einbringbar ist, derart, dass das Wasser auf einen Boden des Behälterinnenraums strömt, wobei im Betrieb der Anlage der Boden zumindest zweitweise derart aufgeheizt ist, dass zumindest ein Teil des zugeführten Wassers verdampft, wobei der freiwerdende Wasserdampf bei Anordnung des Trägereinsatzes in dem Behälterinnenraum des Abkühlbehälters über die Einströmöffnung des Trägereinsatzes in den Aufnahmeraum des Trägereinsatzes einströmt und den Aufnahmeraum des Trägereinsatzes in Richtung der offenen Deckelfläche des Trägereinsatzes durchströmt.
Vorzugweise wird dem Abkühlbehälter kontinuierlich Wasser zugeführt. Durch das Verdampfen der Wasser wird die heiße Pflanzenkohle zügig abgekühlt, wobei der freiwerdende Wasserdampf über die Ausströmöffnung des Abkühlbehälters wiederum dem Wärmetauscher zugeführt wird, um den ersten Gasstrom zu erwärmen.
Nach erfolgtem Abkühlen kann der Trägereinsatz mit der abgekühlten Pflanzenkohle aus dem Abkühlbehälter entnommen und ausgeleert werden. Der Abkühlbehälter kann dann wiederum mit dem aus dem Pyrolysebehälter entnommenen Trägereinsatz bestückt werden.
Um die Effizienz der Erzeugung von Wasserdampf weiter zu steigern, wird es als besonders vorteilhaft angesehen, wenn am Boden des Abkühlbehälters in den Behälterinnenraum ragende Wärmeübertragungsstrukturen, insbesondere Wärmeübertragungsrippen, angeordnet sind.
Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn der Pyrolysebehälter und/oder der Trocknungsbehälter und/oder der Abkühlbehälter jeweils als Tonne ausgebildet sind.
Vorzugweise handelt es sich bei dem Material des Pyrolysebehälters und/oder des Trocknungsbehälters und/oder der Abkühlbehälters um ein Metall, insbesondere um Stahl. Die Verwendung eines Metalls oder einer Metalllegierung hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, da Metalle bzw. Metalllegierungen eine besonders hohe Wärmekapazität und hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, was sowohl für den Trocknungsprozess als auch für den Pyrolyseprozess vorteilhaft ist.
Es wird als besonders vorteilhaft angesehen, wenn der Pyrolysebehälter und/oder der Trocknungsbehälter und/oder der Abkühlbehälter mit einer Isolierung versehen ist, zur Vermeidung von Wärmeverlusten an die Umgebung. Bei der Isolierung kann es sich beispielsweise um eine Isolierung aus Steinwolle oder ähnlichem handeln.
Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die jeweilige Zugangsöffnung oben ausgebildet ist, sodass der Trägereinsatz jeweils senkrecht von oben in den jeweiligen Behälter einsetzbar ist.
Eine derartige Gestaltung hat sich als konstruktiv vorteilhaft erwiesen, insbesondere vor dem Hintergrund der möglichst exakten Platzierung des Trägereinsatzes in dem jeweiligen Behälter. Hinsichtlich der exakten Platzierung des Trägereinsatzes in dem jeweiligen Behälter wird es als vorteilhaft angesehen, wenn in dem Behälterinnenraum Führungsstrukturen angebracht sind, die zur einer Selbstzentrierung des Trägereinsatzes in dem Behälterinnenraum führen. Bei diesem Führungsstrukturen kann es sich beispielsweise um konisch zulaufende Strukturen, Führungsschrägen o. ä. handeln.
Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn in zumindest einem, vorzugsweise in dem jeweiligen Behälterinnenraum Abstellstrukturen angebracht sind, wobei der Trägereinsatz auf diesen Abstellstrukturen zur Anlage kommt, derart, dass der Trägereinsatz von einem Behälterboden beanstandet ist. Eine derartige Gestaltung hat sich als vorteilhaft hinsichtlich der Gasströmung bzw. Gaszirkulation in dem jeweiligen Behälter erwiesen. Diese Abstellstrukturen können am Boden des jeweiligen Behälters angebracht sein oder an den Seitenwänden des jeweiligen Behälters angebracht sein.
Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn es sich bei dem einen Wärmetauscher und/oder dem weiteren Wärmetauscher jeweils um einen Rohrwärmetauscher handelt.
Es wird als besonders vorteilhaft hinsichtlich einer besonders schnellen Durchführung des Batchprozesses angesehen, wenn die Pyrolyseanlage zumindest drei, vorzugweise zumindest vier, identisch ausgebildete Trägereinsätze aufweist.
Vor dem Hintergrund eines besonders einfachen und sicheren Überführens der Trägereinsätze zwischen den Behältern wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Pyrolyseanlage eine Überführungsvorrichtung aufweist, wobei die Überführungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, einen in dem Trocknungsbehälter angeordneten Trägereinsatz in den Pyrolysebehälter zu überführen, wobei die Überführungsvorrichtung eine oberhalb des Trocknungsbehälters und des Pyrolysebehälters erstreckende Laufschiene und eine entlang der Laufschiene verfahrbare Laufkatze aufweist, wobei die Laufkatze einen mit dem Trägereinsatz koppelbaren Seilzug oder Kettenzug aufweist.
Grundsätzlich ist es auch durchaus denkbar, dass die Überführungseinrichtung mehrere Laufkatzen oder die eine Laufkatze mehrere Seilzüge bzw. Kettenzüge aufweist, zum gleichzeitigen Handhaben und Überführen von mehreren Trägereinsetzen, wodurch der Wechsel der Trägereinsätze zwischen den Behältern beschleunigt wird.
Es wird als besonders vorteilhaft angesehen, wenn an dem Seilzug oder Kettenzug eine Abdeckeinrichtung angeordnet ist, wobei die Abdeckeinrichtung dazu ausgebildet ist, in einem mit dem Trägereinsatz gekoppelten Zustand des Seilzugs oder Kettenzugs die offene Deckelfläche des Trägereinsatzes abzudecken.
Das Abdecken der offenen Deckelfläche hat den Vorteil, dass beim Überführen des Trägereinsatzes ein Kontakt mit Umgebungsluft vermieden wird, wodurch zum einen ein Entzünden bzw. Glühen der noch heißen Pflanzenkohle vermieden wird und zum anderen Wärmeverluste vermieden werden. Es wird als besonders vorteilhaft angesehen, wenn die Abdeckeinrichtung plattenförmig ausgebildet ist, wobei der Seilzug oder Kettenzug die Abdeckeinrichtung durchsetzt, derart, dass die Abdeckeinrichtung entlang des Seilzugs oder Kettenzugs verschiebbar ist.
Durch diese Gestaltung wird zuverlässig ein abdecken der offenen Deckelfläche erzielt. Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Abdeckeinrichtung eine Ausdehnung aufweist, die größer ist als ein Durchmesser des Trägereinsatzes.
Vorzugsweise weist der Trägereinsatz eine umfänglich geschlossene Seitenwand auf. Dementsprechend wird es als vorteilhaft angesehen, wenn der Trägereinsatz lediglich im Bereich der Deckelfläche offen ist und im Bereich des Bodens eine Öffnung aufweist. Dadurch wird ein seitliches Einströmen bzw. ein seitliches Ausströmen von Gas in bzw. aus dem Aufnahmeraum des Trägereinsatzes vermieden.
Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn der Trägereinsatz einen Zwischenboden aufweist, wobei der Zwischenboden als Gitter ausgebildet ist. Bei dem Gitter kann es sich beispielsweise um einen Gitterrost handeln. Durch den Zwischenboden wird in dem Trägereinsatz ein Zwischenraum gebildet, der ein Strömen von Gas in den darüberliegenden oberen Teilbereiche des Aufnahmeraums ermöglicht, wobei vermieden wird, dass die Biomasse in den Zwischenraum eindringt. Dadurch wird eine gute Gaszirkulation bzw. Durchströmung über den gesamten Querschnitt des Trägereinsatzes somit der in dem oberen Teilbereich des Aufnahmeraums befindlichen Biomasse begünstigt. Zudem kann durch diese Gestaltung der Ventilator bei eingesetztem Trägereinsatz bis in diesem Zwischenbereich hineinragen, was sich vorteilhaft auf die Gaszirkulation und das Durchströmen der Biomasse auswirkt.
Es wird als besonders vorteilhaft angesehen, wenn die Pyrolyseeinrichtung eine Heizeinrichtung zum Beheizen des Pyrolysebehälters aufweist. Das Vorsehen einer Heizeinrichtung, beispielsweise einer elektrischen Widerstandsheizung, hat den Vorteil, dass zusätzlich Wärme in den Pyrolysebehälter gebracht werden kann. Dies kann beispielsweise notwendig sein, wenn der Pyrolyseprozess in dem Pyrolysebehälter nicht selbstständig startet. In einem solchen Fall kann durch zumindest zweitweises Einschalten der Heizeinrichtung zusätzlich Wärme in den Pyrolysebehälter eingebracht werden. Sobald der Pyrolyseprozess startet ist, kann die Heizeinrichtung dann wieder abgeschaltet werden. Ferner ist das Vorsehen einer Heizeinrichtung dahingehend als vorteilhaft anzusehen, dass bei Bedarf mittels der Heizeinrichtung die Pflanzenkohle in dem Pyrolysebehälter weiter aufgeheizt werden kann, beispielsweise auf eine Temperatur von 400° bis 600°C aufgeheizt werden kann, um unerwünschte Restbestandteile aus der Pflanzenkohle auszutreiben und die Qualität der Pflanzenkohle zu verbessern.
Vor diesem Hintergrund ist es auch durchaus denkbar, dass der Pyrolysebehälter eine Zuführöffnung zum Zuführen von Sauerstoff enthaltendem Gas aufweist, wodurch ein Glühen bzw. Brennen der noch heißen Pflanzenkohle erreicht wird, wodurch wiederum zusätzlich Wärme in den Behälterinnenraum eingebracht wird, um die übrige Pflanzenkohle weiter aufzuheizen. Bei dem Sauerstoff enthaltendem Gas kann es sich beispielsweise um Umgebungsluft handeln.
Es wird als besonders vorteilhaft angesehen, wenn der Trocknungsbehälter eine umlaufende Aufstellfläche für den Trägereinsatz aufweist, wobei die Aufstellfläche ein um laufendes Dichtelement aufweist, wobei das Dichtelement dazu eingerichtet ist, bei in dem Trocknungsbehälter angeordnetem Trägereinsatz dichtend mit dem Trägereinsatz, insbesondere der Seitenwand, zusammenzuwirken, derart, dass ein seitliches Vorbeiströmen des ersten Gasstroms an dem Trägereinsatz verhindert ist. Eine derartige Gestaltung steigert die Effizienz der Trocknung in dem Trocknungsbehälter.
Bei der Fördereinrichtung für die Trocknungsluft zwecks Förderung bzw. Ausbildung des ersten Gasstroms handelt es sich vorzugsweise um ein Gebläse.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum chargenweisen, somit des kontinuierlichen, Herstellen von Pflanzenkohle durch Pyrolyse von Biomasse erfolgt unter Verwendung der vorbeschriebenen Pyrolyseanlage, insbesondere einer Pyrolyseanlage nach einer der vorgenannten Ausführungsformen. Das Verfahren findet Anwendung in einem Regelbetrieb der Pyrolyseanlage. Es liegt ein Ausgangzustand vor, in dem sich ein erster Trägereinsatz in dem Pyrolysebehälter befindet, wobei der Pyrolyseprozess abgeschlossen ist und der erster Trägereinsatz mit der bei der Pyrolyse aus einer ersten Charge von Biomasse gewonnenen Pflanzenkohle befüllt ist, und sich ein zweiter Trägereinsatz mit einer zweiten Charge von Biomasse in dem Trocknungsbehälter befindet, und der Trocknungsprozess dieser zweiten Charge abgeschlossen ist, wobei davon ausgehend die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden:
- Entnehmen des ersten Trägereinsatzes mit der bei der Pyrolyse aus der Biomasse der ersten Charge gewonnenen Pflanzenkohle in noch heißem Zustand aus dem Pyrolysebehälter,
- Entnehmen des zweiten Trägereinsatzes aus dem Trocknungsbehälter mit der getrockneten zweiten Charge von Biomasse,
- Einbringen des zweiten Trägereinsatzes in den Pyrolysebehälter, wobei der Pyrolysebehälter durch den vorigen Pyrolyseprozess vorgeheizt ist, wobei nach dem Einbringen des zweiten Trägereinsatzes der Deckel des Pyrolysebehälters geschlossen wird,
- Einbringen eines dritten Trägereinsatzes in den Trocknungsbehälter, wobei der Aufnahmeraum des dritten Trägereinsatzes mit einer ungetrockneten dritten Charge von Biomasse befüllt ist, wobei nach dem Einbringen des dritten Trägereinsatzes der Deckel der Trocknungseinrichtung geschlossen wird,
- Erwärmen der in dem vorgeheizten Pyrolysebehälter befindlichen zweiten Charge, wodurch in der zweiten Charge ein exothermer Pyrolyseprozess initiiert wird zur Umwandlung der Biomasse der zweiten Charge in Pflanzenkohle, wobei durch den Ventilator des Pyrolyseeinrichtung eine Gaszirkulation in dem Pyrolysebehälter bewirkt wird, wobei während des Pyrolyseprozesses die in dem Trocknungsbehälter befindliche dritten Charge mittels des ersten Gasstroms getrocknet wird,
- Wiederholen der vorgenannten Verfahrensschritte, wobei der zweite Trägereinsatz beim Wiederholen den ersten Trägereinsatz und der dritte Trägereinsatz den zweiten Trägereinsatz bildet.
Unter dem Begriff „Regelbetrieb“ wird dabei vorliegend insbesondere verstanden, dass sich die Pyrolyseanlage bereits in einem Zustand befindet, in dem der Pyrolysebehälter und/oder der Trocknungsbehälter bereits zuvor mit einer Charge von Biomasse bestückt waren und sich bereits in einem vorgeheizten Zustand befinden. Ein erster Start der Pyrolyseanlage bzw. ein Neustart der Pyrolyseanlage kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass in den Pyrolysebehälter ein Trägereinsatz mit einer Charge von vorgetrockneter Biomasse eingebracht wird und in den Trocknungsbehälter ein Trägereinsatz mit einer Charge von zu trocknender Biomasse eingebracht wird, wobei der Pyrolysebehälter über eine Heizeinrichtung aufgeheizt wird, bis der Pyrolyseprozess startet.
Es wird als besonders vorteilhaft angesehen, wenn beim Pyrolyseprozess die erste Charge unter Verwendung einer Heizeinrichtung zum Beheizen des Pyrolysebehälters zumindest zweitweise auf eine Temperatur von 400°C bis 600°C aufgeheizt wird.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass dem Behälterinnenraum des Pyrolysebehälters zeitweise Sauerstoff, insbesondere Umgebungsluft, zugeführt wird, um durch Verbrennung eines Teils der Biomasse und/oder durch Verbrennen eines Teils des Pyrolysegases die Temperatur in dem Behälterinnenraum des Pyrolysebehälters zu erhöhen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Behälterinnenraum des Pyrolysebehälters vor dem Entnehmen des ersten Trägereinsatzes mit Wasserdampf gespült wird zum Austreiben der bei der Pyrolyse freigesetzten Gase. Dadurch ist eine hohe Betriebssicherheit gewährleistet, da beim Öffnen des Deckels zu entnehmen des Trägereinsatzes aus dem Pyrolysebehälter keine oder nur ein geringer Anteil von Pyrolysegasen austreten kann, da ein Großteil der Pyrolysegase durch das Spülen bereits aus dem Behälterinnenraum entfernt wurden.
Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Pyrolyseanlage eine Abscheideeinrichtung zum Abscheiden von Destillat aus dem zweiten Gasstrom aufweist. Vorzugsweise ist die Abscheideeinrichtung hinsichtlich der Strömungsrichtung des zweiten Gasstroms stromabwärts zu dem Wärmetauscher angeordnet.
Es wird als vorteilhaft angesehen, wenn die Pyrolyseanlage eine Abkühleinrichtung zum Abkühlen der in der Pyrolyseeinrichtung gewonnenen Pflanzenkohle unter Sauerstoffausschluss oder geringer Sauerstoffzufuhr aufweist, wobei die Abkühleinrichtung einen Abkühlbehälter aufweist, wobei der Abkühlbehälter einen Behälterinnenraum aufweist zur Aufnahme des Trägereinsatzes, wobei der Abkühlbehälter eine mit einem Deckel verschließbare Zugangsöffnung aufweist, wobei bei geöffnetem Deckel über die Zugangsöffnung der Trägereinsatz in den Behälterinnenraum des Abkühlbehälters einbringbar ist, wobei der aus dem Pyrolysebehälter entnommene erste Trägereinsatz mit der bei der Pyrolyse aus der Biomasse der ersten Charge gewonnene Pflanzenkohle in noch heißem Zustand in den Abkühlbehälter eingebracht wird.
Die zu der erfindungsgemäßen Pyrolyseanlage genannten Vorteile und vorteilhaften Ausführungsformen gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt.
In den nachfolgenden Figuren wird die Erfindung anhand von einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, ohne auf dieses beschränkt zu sein. Es zeigen:
Fig. 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pyrolyseanlage in einer schematischen Darstellung,
Fig. 2 einer von mehreren identisch ausgebildeten Trägereinsätzen der Pyrolyseanlage in einer schematischen Darstellung, Fig. 2a der Trägereinsatz in einer zweiten schematischen Darstellung,
Fig. 3 eine Trocknungseinrichtung der Pyrolyseanlage in einer schematischen Darstellung,
Fig. 4 eine Pyrolyseeinrichtung der Pyrolyseanlage in einer schematischen Darstellung,
Fig. 5 eine Abkühleinrichtung der Pyrolyseanlage in einer schematischen Darstellung.
Die Figur 1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pyrolyseanlage. Die Pyrolyseanlage dient zum chargenweisen (diskontinuierlichen) Herstellen von Pflanzenkohle durch Pyrolyse von Biomasse, insbesondere von pflanzlichem Material, wobei die Pyrolyseanlage aufweist: mehrere identisch ausgebildete Trägereinsätze 1 zur Aufnahme der Biomasse, eine Trocknungseinrichtung 2 zum Trocknen der Biomasse mittels eines ersten Gasstroms, eine Pyrolyseeinrichtung 3 für die Pyrolyse der in der Trocknungseinrichtung 2 getrockneten Biomasse zur Gewinnung von Pflanzenkohle unter Sauerstoffausschluss oder geringer Sauerstoffzufuhr, eine Abkühleinrichtung 4 zum Abkühlen der in der Pyrolyseeinrichtung 3 gewonnenen Pflanzenkohle unter Sauerstoffausschluss oder geringer Sauerstoffzufuhr, eine Fördereinrichtung in Form eines Lüfters 5 zum Zuführen von Umgebungsluft zu der Trocknungseinrichtung 2, einen Wärmetauscher 6 in Form eines Rohrwärmetauschers zum Erwärmen der von dem Lüfter 5 geförderten Umgebungsluft durch Abwärme, nämlich Abgas, der Pyrolyseeinrichtung 3.
Der der jeweilige Trägereinsatz 1 weist einen Aufnahmeraum 7 für die Biomasse, einen den Aufnahmeraum 7 nach unten begrenzenden Boden 8 mit einer Einströmöffnung 9 für Gas, eine geschlossene, den Aufnahmeraum 7 umlaufend begrenzende Seitenwand 10, sowie eine dem Boden 8 gegenüberliegende offene Deckelfläche 11 zum Befüllen des Aufnahmeraums 7 mit der Biomasse auf. Ferner weist der Trägereinsatz 1 eine Querstange 12 mit einer hakenförmigen Koppelstruktur 13a zum Einhaken einer hakenförmigen Gegenkoppelstruktur 13b eines Seilzugs einer Laufkatze 14 auf. Die Laufkatze 14 ist entlang einer sich horizontal über die Trocknungseinrichtung 2, die Pyrolyseeinrichtung 3 und die Abkühleinrichtungen 4 erstreckenden Quertraverse 15 verschiebbar. Über die Laufkatze 14 kann der Trägereinsatz 1 in die jeweilige Einrichtung 2, 3, 4 überführt werden. An einem Seilzug der Laufkatze 14 ist eine plattenförmige Abdeckeinrichtung 33 angeordnet ist, wobei die Abdeckeinrichtung 33 dazu ausgebildet ist, in einem mit dem Trägereinsatz 1 gekoppelten Zustand des Seilzugs oder Kettenzugs die offene Deckelfläche 11 des Trägereinsatzes 1 abzudecken.
Die Trocknungseinrichtung 2 weist einen Trocknungsbehälter 16 auf, wobei der Trocknungsbehälter 16 einen Behälterinnenraum aufweist zur Aufnahme von einem der Trägereinsätze 1 , wobei der Trocknungsbehälter 16 eine mit einem Deckel 17 verschließbare Zugangsöffnung aufweist, wobei bei geöffnetem Deckel 17 über die Zugangsöffnung der Trägereinsatz 1 in den Behälterinnenraum einbringbar ist, wobei der Trocknungsbehälter 16 im Bodenbereich eine Einlassöffnung für den ersten Gasstrom und eine in dem Deckel 17 ausgebildete Auslassöffnung für den ersten Gasstrom aufweist zum Erreichen eines Austauschvolumenstroms in dem Behälterinnenraum zum Trocknen der Biomasse. Die Strömung des ersten Gasstroms in dem Behälterinnenraum des Trocknungsbehälters 16 ist durch die Pfeile 24 in der Fig. 3 kenntlich gemacht.
Die Pyrolyseeinrichtung 3 weist einen Pyrolysebehälter 18 auf, wobei der Pyrolysebehälter 18 einen Behälterinnenraum aufweist zur Aufnahme von einem der Trägereinsätze 1 , wobei der Pyrolysebehälter 18 eine mit einem Deckel 19 verschließbare Zugangsöffnung aufweist, wobei bei geöffnetem Deckel 19 über die Zugangsöffnung der Trägereinsatz 1 in den Behälterinnenraum des Pyrolysebehälters 18 einbringbar ist, wobei im unteren Bereich des Behälterinnenraums des Pyrolysebehälters 18 ein Ventilator 20 angeordnet ist, wobei der Antriebsmotor 21 des Ventilators 20 außerhalb des Pyrolysebehälters 18 angeordnet ist, wobei der Ventilator 20 dazu eingerichtet ist, eine Zirkulation von Gas in dem Behälterinnenraum des Pyrolysebehälters 18 zu bewirken, derart, dass bei Anordnung des Trägereinsatzes 1 in dem Behälterinnenraum des Pyrolysebehälters 18 das in dem Behälterinnenraum des Pyrolysebehälters 18 befindliche Gas über die Einströmöffnung 9 des Trägereinsatzes 1 in den Aufnahmeraum 7 des Trägereinsatzes 1 einströmt und den Aufnahmeraum 7 des Trägereinsatzes 1 und somit die dort aufgenommene Biomasse in Richtung der offenen Deckelfläche 11 des Trägereinsatzes 2 durchströmt. Die Zirkulation des Gases in dem Behälterinnenraum ist durch die Pfeile 22 in der Figur 4 kenntlich gemacht. Der Pyrolysebehälter 18 weist eine Ausströmöffnung in Form eines Austrittsrohrs 23 auf, über das ein Teil des Gases aus dem Behälterinnenraum des Pyrolysebehälters 18 ausströmen kann, insbesondere zumindest ein Teil des bei der Pyrolyse freiwerdenden Pyrolysegases aus dem Behälterinnenraum des Pyrolysebehälters 18 ausströmen kann, wobei das aus der Ausströmöffnung 23 des Pyrolysebehälters 18 ausströmende Gas einen zweiten Gasstrom bildet. Dieser zweite Gasstrom wird dem Rohrwärmetauscher 6 zugeführt und dient zum Erwärmen des ersten Gasstroms.
Die Strömung des ersten Gasstroms ist durch die Pfeile 24 in den Figuren kenntlich gemacht. Die Strömung des zweiten Gasstroms ist durch die Pfeile 25 in den Figuren kenntlich gemacht.
Die Abkühleinrichtung 4 weist einen Abkühlbehälter 26 auf, wobei der Abkühlbehälter 26 einen Behälterinnenraum aufweist zur Aufnahme eines der Trägereinsätze 1 , wobei der Abkühlbehälter 26 eine mit einem Deckel verschließbare Zugangsöffnung aufweist, wobei bei geöffnetem Deckel über die Zugangsöffnung der Trägereinsatz 1 in den Behälterinnenraum des Abkühlbehälters 26 einbringbar ist. Im unteren Bereich des Behälterinnenraums des Abkühlbehälters 26 ist wie bei der Pyrolyseeinrichtung ebenfalls ein Ventilator 20 angeordnet ist, der dazu eingerichtet ist, eine Zirkulation von Gas in dem Behälterinnenraum des Abkühlbehälters 26 zu bewirken, derart, dass bei Anordnung des Trägereinsatzes 1 in dem Behälterinnenraum des Abkühlbehälters 26 das in dem Behälterinnenraum des Abkühlbehälters 26 befindliche Gas über die Einströmöffnung des Trägereinsatzes 1 in den Aufnahmeraum 7 des Trägereinsatzes 1 einströmt und den Aufnahmeraum 7 des Trägereinsatzes 1 in Richtung der offenen Deckelfläche 11 des Trägereinsatzes 1 durchströmt, wodurch auch die in dem Aufnahmeraum 7 befindliche Pyrolysekohle durchströmt wird. Die Strömung des Gas in dem Behälterinnenraum des Abkühlbehälters 26 ist durch die Pfeile 27 in den Fig. 5 kenntlich gemacht.
Der Trocknungsbehälter 16, der Pyrolysebehälter 18 sowie der Abkühlbehälter 26 weisen jeweils Abstellstrukturen 28 auf, wobei die Abstellstrukturen 28 jeweils eine Ausstellerebene für den Trägereinsatz 1 definieren, wobei die auf der Ebene von dem Boden des jeweiligen Behälters 16, 18, 26 beanstandet ist, wodurch ein offener Zwischenraum zwischen dem Boden des jeweiligen Behälters 16, 18, 26 und dem Trägereinsatz 1 gebildet ist. Dies wirkte sich jeweils vorteilhaft auf die Gasströmung in dem jeweiligen Behälter 16, 18, 26 aus.
Im Bereich der Abstellstrukturen 28 kann auch ein Gitterrost ausgebildet sein bzw. die Abstellstrukturen 28 können durch ein Gitterrost gebildet sein. Zusätzlich weist der jeweilige Trägereinsatz 1 einen Zwischenboden 29 auf, wobei dieser Zwischenboden 29 vorliegend durch ein Gitterrost gebildet ist. Dadurch ist auch im Bereich des Trägereinsatzes 1 ein Zwischenraum 7a in dem Aufnahmeraum 7 gebildet, wobei bei Anordnung des Trägereinsatzes 1 in dem Pyrolysebehälter 18 bzw. in dem Abkühlbehälter 26 der Ventilator 20, genauer gesagt das Lüfterrad des Ventilators 20, in den Zwischenraum 7a hineinragt.
Der Trocknungsbehälter 16 und der Abkühlbehälter 26 sind mit einer relativ dünnwandiger in Isolierung 30 versehen. Der Pyrolysebehälter 18 hingegen ist mit einer dickeren Isolierung 30 versehen.
Im Bereich der die Aufstellebene definierenden Abstellstrukturen 28 des Trocknungsbehälter 16 ist ein ringförmiges Dichtelement 31 vorgesehen, wobei das Dichtelement 31 dazu eingerichtet ist, bei in dem Trocknungsbehälter 16 angeordnetem Trägereinsatz 1 dichtend mit dem Trägereinsatz 1 zusammenzuwirken, derart, dass ein seitliches Vorbeiströmen des ersten Gasstroms an dem Trägereinsatz 1 verhindert ist.
Die Pyrolyseeinrichtung 3 weist eine Heizeinrichtung 34 zum Beheizen des Pyrolysebehälters 18 auf, wobei eine Heizwendel der Heizeinrichtung 34 in dem Pyrolysebehälter 18 angeordnet ist, nämlich im Bodenbereich unterhalb der Aufstellebene.
Benachbart zu dem Lüfter 5 ist ein Auffangbehälter 32 angeordnet, wobei dieser Auffangbehälter 32 dazu dient, etwaiges beim Abkühlen des zweiten Gasstroms entstehendes flüssiges Destillat aufzufangen.
Jede der drei Einrichtungen (Trocknungseinrichtung 2, Pyrolyseeinrichtung 3, Abkühleinrichtung 4) ist im laufenden Prozess von den anderen beiden abhängig und wird beispielsweise alle 45 Minuten zur selben Zeit bzw. unmittelbar hintereinander mit einer neuen Charge bestückt. Nach Beendigung des vorherigen Durchlaufes müssen dann jeweils vier Handlungen vorgenommen werden, um den nächsten Durchlauf zu beginnen:
- Der Trägereinsatz 1 mit der fertigen und abgekühlte Pflanzenkohle wird aus der Abkühleinrichtung 4 herausgeholt und kann ausgeleert werden.
- Der Trägereinsatz 1 mit der fertigen, jedoch noch heiße Pflanzenkohle, wird aus der Pyrolyseeinrichtung 3 herausgeholt und in die Abkühleinrichtung 4 überführt.
- Der Trägereinsatz 1 mit der trockenen und vorgewärmten Biomasse wird von der Trocknungseinrichtung 2 in die Pyrolyseeinrichtung 3 überführt.
- Ein neuer Trägereinsatz 1 mit zu trocknender Biomasse wird in die Trocknungseinrichtung 2 eingebracht. Bezugszeichenliste
1 Trägereinsatzes
2 Trocknungseinrichtung
3 Pyrolyseeinrichtung
4 Abkühleinrichtung
5 Lüfter
6 Wärmetauscher
7 Aufnahmeraum
7a Zwischenraum
8 Boden
9 Einströmöffnung
10 Seitenwand
11 Deckelfläche
12 Querstange
13a Koppelstruktur
13b Gegenkoppelstruktur
14 Laufkatze
15 Quertraverse
16 Trocknungsbehälter
17 Deckel
18 Pyrolysebehälter
19 Deckel
20 Ventilator
21 Antriebsmotor
22 Pfeil
23 Austrittsrohr
24 Pfeil
25 Pfeil
26 Abkühlbehälter
27 Pfeil
28 Abstellstrukturen 29 Zwischenboden
30 Isolierung
31 Dichtelement
32 Auffangbehälter 33 Abdeckeinrichtung
34 Heizeinrichtung

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1 . Pyrolyseanlage zum chargenweisen Herstellen von Pflanzenkohle durch Pyrolyse von Biomasse, insbesondere von pflanzlichem Material, wobei die Pyrolyseanlage aufweist: zumindest einen Trägereinsatz (1 ) zur Aufnahme der Biomasse, wobei der Trägereinsatz (1 ) einen Aufnahmeraum (7) für die Biomasse, einen den Aufnahmeraum (7) nach unten begrenzenden Boden (8), eine zumindest im Wesentlichen geschlossene, den Aufnahmeraum (7) umlaufend begrenzende Seitenwand (10), sowie eine dem Boden (8) gegenüberliegende offene Deckelfläche (11 ) zum Befüllen des Aufnahmeraums (7) mit der Biomasse aufweist, wobei der Trägereinsatz (1 ) eine Einströmöffnung (9) für Gas aufweist; eine Trocknungseinrichtung (2) zum Trocknen der Biomasse, wobei die Trocknungseinrichtung (2) einen Trocknungsbehälter (16) aufweist, wobei der Trocknungsbehälter (16) einen Behälterinnenraum aufweist zur Aufnahme des Trägereinsatzes (1 ), wobei der Trocknungsbehälter (16) eine mit einem Deckel (17) verschließbare Zugangsöffnung aufweist, wobei bei geöffnetem Deckel (17) über die Zugangsöffnung der Trägereinsatz (1 ) in den Behälterinnenraum einbringbar ist, wobei der Trocknungsbehälter (16) eine Einlassöffnung für einen ersten Gasstrom und eine Auslassöffnung für den ersten Gasstrom aufweist zum Erreichen eines Austauschvolumenstroms in dem Behälterinnenraum zum Trocknen der Biomasse; eine Fördereinrichtung zum Zuführen von Trocknungsluft zu der Einlassöffnung des Trocknungsbehälters (16); eine Pyrolyseeinrichtung (3) für die Pyrolyse der in der Trocknungseinrichtung getrockneten Biomasse zur Gewinnung von Pflanzenkohle unter Sauerstoffausschluss oder geringer Sauerstoffzufuhr, wobei die Pyrolyseeinrichtung (3) einen Pyrolysebehälter (18) aufweist, wobei der Pyrolysebehälter (18) einen Behälterinnenraum aufweist zur Aufnahme des Trägereinsatzes (1 ), wobei der Pyrolysebehälter (18) eine mit einem Deckel (19) verschließbare Zugangsöffnung aufweist, wobei bei geöffnetem Deckel (19) über die Zugangsöffnung der Trägereinsatz (1 ) in den Behälterinnenraum des Pyrolysebehälters (18) einbringbar ist, wobei im unteren Bereich des Behälterinnenraums des Pyrolysebehälters (18) ein Ventilator (20) angeordnet ist, der dazu eingerichtet ist, eine Zirkulation von Gas in dem Behälterinnenraum des Pyrolysebehälters (18) zu bewirken, derart, dass bei Anordnung des Trägereinsatzes (1 ) in dem Behälterinnenraum des Pyrolysebehälters (18) das in dem Behälterinnenraum des Pyrolysebehälters (18) befindliche Gas über die Einströmöffnung (9) des Trägereinsatzes (1 ) in den Aufnahmeraum (7) des Trägereinsatzes (1 ) einströmt und den Aufnahmeraum (7) des Trägereinsatzes (1 ) in Richtung der offenen Deckelfläche (11 ) des Trägereinsatzes (1 ) durchströmt, wobei der Pyrolysebehälter (18) eine Ausströmöffnung aufweist, über den ein Teil des Gases aus dem Behälterinnenraum des Pyrolysebehälters (18) ausströmen kann, insbesondere zumindest ein Teil des bei der Pyrolyse freiwerdenden Pyrolysegases aus dem Behälterinnenraum des Pyrolysebehälters (18) ausströmen kann, wobei das aus der Ausströmöffnung des Pyrolysebehälters (18) ausströmende Gas einen zweiten Gasstrom bildet; einen Wärmetauscher (6), wobei der Wärmetauscher (6) mit der Ausströmöffnung des Pyrolysebehälters (18) und der Fördereinrichtung fluidtechnisch verbunden ist und dazu eingerichtet ist, Wärme von dem zweiten Gasstrom auf den ersten Gasstrom zu übertragen zum Erwärmen des ersten Gasstroms.
2. Pyrolyseanlage nach Anspruch 1 , wobei die Pyrolyseanlage aufweist: eine Abkühleinrichtung (4) zum Abkühlen der in der Pyrolyseeinrichtung
(3) gewonnenen Pflanzenkohle unter Sauerstoffausschluss oder geringer Sauerstoffzufuhr, wobei die Abkühleinrichtung (4) einen Abkühlbehälter (26) aufweist, wobei der Abkühlbehälter (26) einen Behälterinnenraum aufweist zur Aufnahme des Trägereinsatzes (1 ), wobei der Abkühlbehälter (26) eine mit einem Deckel verschließbare Zugangsöffnung aufweist, wobei bei geöffnetem Deckel über die Zugangsöffnung der Trägereinsatz (1 ) in den Behälterinnenraum des Abkühlbehälters (26) einbringbar ist.
3. Pyrolyseanlage nach Anspruch 2, wobei der Abkühlbehälter (26) eine Ausströmöffnung aufweist, über den ein Teil des Gases aus dem Behälterinnenraum des Abkühlbehälters (26) ausströmen kann, wobei das aus der Ausströmöffnung des Abkühlbehälters (26) ausströmende Gas einen dritten Gasstrom bildet, wobei der Wärmetauscher (6) mit der Ausströmöffnung des Abkühlbehälters (26) fluidtechnisch verbunden ist und dazu eingerichtet ist, Wärme von dem dritten Gasstrom auf den ersten Gasstrom zu übertragen zum Erwärmen des ersten Gasstroms, oder wobei die Pyrolyseanlage einen weiteren Wärmetauscher aufweist, wobei der weitere Wärmetauscher mit der Ausströmöffnung des Abkühlbehälters (26) und der Fördereinrichtung fluidtechnisch verbunden ist und dazu eingerichtet ist, Wärme von dem dritten Gasstrom auf den ersten Gasstrom zu übertragen zum Erwärmen des ersten Gasstroms.
4. Pyrolyseanlage nach Anspruch 2 oder 3, wobei im unteren Bereich des Behälterinnenraums des Abkühlbehälters (26) ein Ventilator (20) angeordnet ist, der dazu eingerichtet ist, eine Zirkulation von Gas in dem Behälterinnenraum des Abkühlbehälters (26) zu bewirken, derart, dass bei Anordnung des Trägereinsatzes (1 ) in dem Behälterinnenraum des Abkühlbehälters (26) das in dem Behälterinnenraum des Abkühlbehälters (26) befindliche Gas über die Einströmöffnung (9) des Trägereinsatzes (1 ) in den Aufnahmeraum (7) des Trägereinsatzes (1 ) einströmt und den Aufnahmeraum (7) des Trägereinsatzes (1 ) in Richtung der offenen Deckelfläche (11 ) des Trägereinsatzes (1 ) durchströmt.
5. Pyrolyseanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Abkühlbehälter (26) eine in den Bodenbereich des Abkühlbehälters (26) mündende Zuführöffnung aufweist, wobei bei geschlossenem Deckel über die Zuführöffnung Wasser in den Behälterinnenraum des Abkühlbehälters (26) einbringbar ist, derart, dass das Wasser auf einen Boden des Behälterinnenraums strömt, wobei im Betrieb der Anlage der Boden zumindest zweitweise derart aufgeheizt ist, dass zumindest ein Teil des zugeführten Wassers verdampft, wobei der freiwerdende Wasserdampf bei Anordnung des Trägereinsatzes (1 ) in dem Behälterinnenraum des Abkühlbehälters über die Einströmöffnung (9) des Trägereinsatzes (1 ) in den Aufnahmeraum (7) des Trägereinsatzes (1 ) einströmt und den Aufnahmeraum (7) des Trägereinsatzes (1 ) in Richtung der offenen Deckelfläche (11 ) des Trägereinsatzes (1 ) durchströmt.
6. Pyrolyseanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die jeweilige Zugangsöffnung oben ausgebildet ist, sodass der Trägereinsatz (1 ) jeweils senkrecht von oben in den jeweiligen Behälter (16; 18; 26) einsetzbar ist.
7. Pyrolyseanlage nach Anspruch 6, wobei die Pyrolyseanlage eine Überführungsvorrichtung aufweist, wobei die Überführungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, einen in dem Trocknungsbehälter (16) angeordneten Trägereinsatz (1 ) in den Pyrolysebehälter (18) zu überführen, wobei die Überführungsvorrichtung eine oberhalb des Trocknungsbehälters (16) und des Pyrolysebehälters (18) erstreckende Laufschiene und eine entlang der Laufschiene verfahrbare Laufkatze (14) aufweist, wobei die Laufkatze (14) einen mit dem Trägereinsatz (1 ) koppelbaren Seilzug oder Kettenzug aufweist.
8. Pyrolyseanlage nach Anspruch 7, wobei an dem Seilzug oder Kettenzug eine Abdeckeinrichtung (33) angeordnet ist, wobei die Abdeckeinrichtung (33) dazu ausgebildet ist, in einem mit dem Trägereinsatz (1 ) gekoppelten Zustand des Seilzugs oder Kettenzugs die offene Deckelfläche (11 ) des Trägereinsatzes (1 ) abzudecken.
9. Pyrolyseanlage nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der Trägereinsatz (1 ) einen Zwischenboden (29) aufweist, wobei der Zwischenboden (29) als Gitter ausgebildet ist.
10. Pyrolyseanlage nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Pyrolyseeinrichtung (3) eine Heizeinrichtung (34) zum Beheizen des Pyrolysebehälters (18) aufweist.
11 . Pyrolyseanlage nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der Trocknungsbehälter (16) eine umlaufende Aufstellfläche für den Trägereinsatz (1 ) aufweist, wobei die Aufstellfläche ein umlaufendes Dichtelement (31 ) aufweist, wobei das Dichtelement (31 ) dazu eingerichtet ist, bei in dem Trocknungsbehälter (16) angeordnetem Trägereinsatz (1 ) dichtend mit dem Trägereinsatz (1 ), insbesondere der Seitenwand (10), zusammenzuwirken, derart, dass ein seitliches Vorbeiströmen des ersten Gasstroms an dem Trägereinsatz (1 ) verhindert ist.
12. Verfahren zum chargenweisen Herstellen von Pflanzenkohle durch Pyrolyse von Biomasse unter Verwendung einer Pyrolyseanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11 in einem Regelbetrieb der Pyrolyseanlage, wobei ein Zustand vorliegt, in dem sich ein erster Trägereinsatz (1 ) in dem Pyrolysebehälter (18) befindet, wobei der Pyrolyseprozess abgeschlossen ist und der erster Trägereinsatz (1 ) mit der bei der Pyrolyse aus einer ersten Charge von Biomasse gewonnenen Pflanzenkohle befüllt ist, und sich ein zweiter Trägereinsatz (1 ) mit einer zweiten Charge von Biomasse in dem Trocknungsbehälter (16) befindet, und der Trocknungsprozess dieser zweiten Charge abgeschlossen ist, die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden:
- Entnehmen des ersten Trägereinsatzes (1 ) mit der bei der Pyrolyse aus der Biomasse der ersten Charge gewonnenen Pflanzenkohle in noch heißem Zustand aus dem Pyrolysebehälter (18),
- Entnehmen des zweiten Trägereinsatzes (1 ) aus dem Trocknungsbehälter (16) mit der getrockneten zweiten Charge von Biomasse,
- Einbringen des zweiten Trägereinsatzes (1 ) in den Pyrolysebehälter (18), wobei der Pyrolysebehälter (18) durch den vorigen Pyrolyseprozess vorgeheizt ist, wobei nach dem Einbringen des zweiten Trägereinsatzes (1 ) der Deckel (19) des Pyrolysebehälters (18) geschlossen wird,
- Einbringen eines dritten Trägereinsatzes (1 ) in den Trocknungsbehälter (16), wobei der Aufnahmeraum (7) des dritten Trägereinsatzes (1 ) mit einer ungetrockneten dritten Charge von Biomasse befüllt ist, wobei nach dem Einbringen des dritten Trägereinsatzes der Deckel der Trocknungseinrichtung (2) geschlossen wird,
- Erwärmen der in dem vorgeheizten Pyrolysebehälter (18) befindlichen zweiten Charge, wodurch in der zweiten Charge ein exothermer Pyrolyseprozess initiiert wird zur Umwandlung der Biomasse der zweiten Charge in Pflanzenkohle, wobei durch den Ventilator des Pyrolyseeinrichtung (3) eine Gaszirkulation in dem Pyrolysebehälter (18) bewirkt wird, wobei während des Pyrolyseprozesses die in dem Trocknungsbehälter (16) befindliche dritten Charge mittels des ersten Gasstroms getrocknet wird,
- Wiederholen der vorgenannten Verfahrensschritte, wobei der zweite Trägereinsatz (1 ) beim Wiederholen den ersten Trägereinsatz (1 ) bildet und der dritte Trägereinsatz (1 ) den zweiten Trägereinsatz (1 ) bildet.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei beim Pyrolyseprozess die zweite Charge unter Verwendung einer Heizeinrichtung (34) zum Beheizen des Pyrolysebehälters (18) zumindest zweitweise auf eine Temperatur von 400°C bis 600°C aufgeheizt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei dem Behälterinnenraum des Pyrolysebehälters (18) zeitweise Sauerstoff, insbesondere Umgebungsluft, zugeführt wird, um durch Verbrennung eines Teils der Biomasse und/oder durch Verbrennen eines Teils des Pyrolysegases die Temperatur in dem Behälterinnenraum des Pyrolysebehälters (18) zu erhöhen.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei der Behälterinnenraum des Pyrolysebehälters (18) vor dem Entnehmen des ersten Trägereinsatzes (1) mit Wasserdampf gespült wird zum Austreiben der bei der Pyrolyse freigesetzten Gase.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei die Pyrolyseanlage eine Abkühleinrichtung (4) zum Abkühlen der in der Pyrolyseeinrichtung (3) gewonnenen Pflanzenkohle unter Sauerstoffausschluss oder geringer Sauerstoffzufuhr, wobei die Abkühleinrichtung (4) einen Abkühlbehälter (26) aufweist, wobei der Abkühlbehälter (26) einen Behälterinnenraum aufweist zur Aufnahme des Trägereinsatzes (1 ), wobei der Abkühlbehälter (26) eine mit einem Deckel verschließbare Zugangsöffnung aufweist, wobei bei geöffnetem Deckel über die Zugangsöffnung der Trägereinsatz (1 ) in den Behälterinnenraum des Abkühlbehälters (26) einbringbar ist, wobei der aus dem Pyrolysebehälter (18) entnommene erste Trägereinsatz (1 ) mit der bei der Pyro- lyse aus der Biomasse der ersten Charge gewonnene Pflanzenkohle in noch heißem Zustand in den Abkühlbehälter (26) eingebracht wird.
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