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DE19631201A1 - Verfahren zur Herstellung von Brennstoffen und Chemierohstoffen aus biologischen Rest- und Abfallstoffen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Brennstoffen und Chemierohstoffen aus biologischen Rest- und Abfallstoffen

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DE19631201A1
DE19631201A1 DE19631201A DE19631201A DE19631201A1 DE 19631201 A1 DE19631201 A1 DE 19631201A1 DE 19631201 A DE19631201 A DE 19631201A DE 19631201 A DE19631201 A DE 19631201A DE 19631201 A1 DE19631201 A1 DE 19631201A1
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Biotecon GmbH Gesellschaft fuer Biotechnologische Entwicklung und Consultimg mbH
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neuartiges Verfahren zur Umwandlung von organischem Material biologischen Ursprungs in flüssige, feste oder gasförmige Brennstoffe und Chemierohstoffe.
In der DE-OS 36 11 340 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem Biomasse mit einem Öl durchmischt und einem Metallkatalysator versetzt wird. Bei Reaktionstemperaturen von 300 bis 400 Grad Celsius und einem Wasserstoffpartialdruck von 35 bis 250 bar werden niedrigviskose in Hexan lösliche niedermolekulare Leicht- und Mittelöle erzeugt.
Ein Verfahren zur Gewinnung von festen, flüssigen und gasförmigen Brennstoffen aus organischem Material ist ferner aus der EP-Patentanmeldung 0052334 bekannt. Hierbei wird Biomasse unter Luftausschluß auf eine Temperatur von 200 bis 600 Grad Celsius erhitzt. Ohne Einschaltung von Reduktions- und Oxidationsprozessen sollen gasförmige Reaktionsprodukte, Kohlenwasserstoffe und Kohle entstehen.
In der DE-PS 32 21 495 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem ein Teil der Biomasse in kohlenwasserstoffarmen Koks und der andere Teil in Kohlenwasserstoffe mit hohem Wasserstoffgehalt überführt wird. Dazu wird in einer geschlossenen Anlage trockener, entwässerter Klärschlamm auf Temperaturen zwischen 250 und 330 Grad erhitzt. Aus dem Schüttgut treten kohlenwasserstoffhaltige Gas aus, die bei verschiedenen Temperaturen kondensieren und als wäßrige Phase, Öle und Gase gesammelt werden.
Die DE-PS 37 37 370 beschreibt ferner ein Verfahren zur hydrierenden Konversion von Schwer- und Rückstandsölen, Alt- und Abfallölen in Mischung mit Klärschlämmen. Bei Temperaturen zwischen 400 und 490 Grad und einem Wasserstoffpartialdruck von 50 bis 300 bar erfolgt die Konversion der Klärschlämme.
Ähnliches gilt für die DE-OS 27 21 290, bei der Klärschlämme im Druckbereich von 60 bis 100 bar und Temperaturen zwischen 180 und 400 Grad Celsius hydriert werden.
Ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenwasserstoffen aus Klärschlamm betrifft ebenfalls die EP-Patentanmeldung 0157339. Hierbei wird der Klärschlamm bei Temperaturen von 300 bis 600 Grad Celsius und einem Druck von 100 bis 500 bar behandelt. Bei dieser Behandlung kann eine Hydrierung mit Wasserstoff in Gegenwart eines Katalysators erfolgen.
Nachteil der erwähnten Verfahren sind die schlechte Energiebilanz und der nicht ausreichende Wirkungsgrad, unter Berücksichtigung des Gesamtverfahrens - ausgehend von Edukten mit einem hohen Wassergehalt bis hin zu den direkt verwertbaren Endprodukten (Brennstoffe) -. Denn nach dem Stand der Technik ist es bisher notwendig, die zu behandelnde biologische Substanz zu entwässern und zu trocknen, eine Maßnahme, die zur Verschlechterung der Energiebilanz des Gesamtverfahrens beiträgt. Hinzu kommt ferner, daß die eingesetzten Temperaturen sehr hoch sind. Zudem begegnet die gleichmäßige Temperaturverteilung innerhalb der Reaktoren nach wie vor großen Problemen. Daher lassen sich über die gesamte Biomasse verteilt nicht genau definierte Temperaturbedingungen erreichen, mit der Folge, daß ein nicht definiertes Produktspektrum entsteht.
Zum Aufheizen von Medien sind in den letzten Jahren vermehrt Versuche mit Mikrowellen gemacht worden. So ist insbesondere aus den Arbeiten von R.A. Abramovitch in Holzforschung 48 (1994) 349-354 und in Organic Preparations and Procedures Int. 23 (1991) 693-711 bekannt, daß sich Mikrowellen zur Behandlung von Soft wood und Klärschlamm einsetzen lassen. Die Materialien werden hierbei aufwendig - u. a. durch Trocknen und Lösen in Alkohol - vorbehandelt.
Der Einsatz von Mikrowellen ist schließlich auch aus der US-PS 3523076 bekannt, um die Absetzbarkeit und Filtrierbarkeit von Klärschlamm zu erhöhen.
Eine Methode und Vorrichtung zur kontinuierlichen Durchführung chemischer Reaktionen mit Hilfe von Mikrowellenenergie wird im Patent PCT/AU89/00437 beschrieben. Zielsetzung ist dabei die Durchführung chemischer Synthesereaktionen. Dabei handelt es sich um eine Apparatur im Labormaßstab, die bei einem niedrigen Druck von ca. 12 bar (1200 kPa) arbeitet.
Die Konversion von organischen Materialien biologischen Ursprungs durch thermochemische Umwandlung in Brennstoffe in industriellem Maßstab ist bisher jedoch nicht verwirklicht worden. Der Einsatz von Mikrowellen unter hohen Drücken galt bisher vielmehr für derartige Verfahren als undurchführbar.
Die vorliegende Erfindung hat sich demgemäß die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Umwandlung von organischem Material biologischen Ursprungs in flüssige, feste oder gasförmige Brennstoffe unter Druck- und Temperaturerhöhung zur Verfügung zu stellen, das ohne vorherige Entwässerung des organischen Materials durchführbar ist, durch die gleichmäßige Erwärmung ein besser definiertes Produktspektrum ergibt, eine verbesserte Energiebilanz und einen verbesserten Wirkungsgrad aufweist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das organische Material nach Druckerhöhung mittels Mikrowellenstrahlung unter Einhaltung nicht oxidativ wirkender Bedingungen erwärmt wird. Dabei finden Kettenabbaureaktionen der Polymerkomponenten und insgesamt eine Disproportionierung der organischen Substanz bei gleichzeitiger Abspaltung von Kohlendioxid statt, unter Entstehung eines teer-/öl-ähnlichen Produkts, eines kohlenähnlichen festen Produkts und einer wäßrigen Phase mit gelösten organischen Verbindungen.
Bei dem eingesetzten organischen Material handelt es sich in erster Linie um biologische Rest- und Abfallstoffe mit einem hohen Wassergehalt, die insbesondere in Form von Schlämmen als Neben- und Abfallprodukte bei verschiedenen industriellen Verfahren anfallen, beispielsweise in Brauereien, Brennereien, Papierfabriken, Fermentationsrückstände aus der Pharmaindustrie oder Klärschlamm aus der biologischen Abwasserreinigung. Ebenfalls können die in zukünftigen Produktionsprozessen anfallenden, nicht direkt verwertbaren Bestandteile nachwachsender Rohstoffe, aber auch land- und forstwirtschaftliche Abfälle und industrielle Holzabfälle wie z. B. Bahnschwellen für das erfindungsgemäße Konversionsverfahren eingesetzt werden.
Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist, daß die organischen Materialien biologischen Ursprungs sind. Fermentationsrückstände, Klärschlämme aus kommunalen Kläranlagen sowie andere in der Fermentationstechnik anfallende Schlämme bestehen aus Wasser, toten und lebensfähigen Mikroorganismen sowie organischen und anorganischen Feststoffteilen. Überraschenderweise läßt sich die Behandlung mit dem wasserhaltigen Material durchführen. D.h. es ist nicht notwendig, vorher eine Trocknung durchzuführen. Der Wassergehalt der erfindungsgemäß eingesetzten organischen Materialien beträgt in der Regel 96 bis 98,5 Gew.-% bei den biologischen Schlämmen, bzw. 50 bis 70 Gew.-% bei den festen biologischen Abfällen. Um das Volumen zu reduzieren ist bei den Schlämmen auch eine Teilentwässerung durch geeignete Verfahren möglich, so daß ein Wassergehalt von 85 bis 70% eingestellt wird.
Die ebenfalls einsetzbaren biologischen Rest- und Abfallstoffe aus der verarbeitenden Industrie (z. B. Papierfabriken, Pharmabetrieben, Brennereien, Brauereien usw.), fallen in Form von Schlämmen, Schlempen oder Filtrationsrückständen an, mit einem Wassergehalt von 96 bis 70 Gew.-% und bestehen, ähnlich wie landwirtschaftliche und forstwirtschaftliche Abfälle und nicht direkt verwertbare Bestandteile nachwachsender Rohstoffe, neben Wasser, hauptsächlich aus Cellulose, Hemicellulose und Lignin, sowie geringen Anteilen anderer organischer Komponenten, z. B. Fetten, Wachsen, Proteinen und anderen Kohlenhydraten. Ferner enthalten diese Stoffe anorganische Bestandteile.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere deshalb wertvoll, weil diese Rest- und Abfallstoffe schadlos entsorgt werden können. Die Situation in der Abfallentsorgung ist heute gekennzeichnet durch steigende Abfallmengen, abnehmende und fehlende Entsorgungskapazitäten, wachsende Einwände und Widerstände gegen neue Entsorgungsanlagen, zunehmende Abfallexporte und damit nicht zuletzt durch die Gefahr einer Abfallbeseitigung zu Lasten der Umwelt. Bisherige Vorgehensweisen zielten hauptsächlich auf eine Entsorgung der organischen Abfälle hin. Frühere Methoden wie die Verwendung von Klärschlamm als Düngemittel haben sich wegen der Schwermetall- und Schadstoffproblematik als nicht effizient erwiesen. Andere Vorgehensweisen, wie die Deponierung oder Trocknung mit anschließender Verbrennung, sind mit steigenden Kosten verbunden. Die konventionellen Entsorgungsarten haben in der Regel den Nebeneffekt einer Verlagerung des Problems zur Folge.
Die vorliegende Erfindung stellt nunmehr hier eine Alternative zu den konventionellen Entsorgungsmethoden dar, da sie auf eine stoffliche und energetische Verwertung der Abfall- und Nebenstoffe zielt. Erfindungsgemäß werden die organischen Materialien biologischen Ursprungs ohne vorherige Trocknung oder Entwässerung, ggf. nach vorheriger stofflicher Trennung in Substanzfraktionen oder Vorbehandlung, z. B. Einstellen eines pH-Wertes zwischen 5 und 12, vorzugsweise pH 7 bis 11 durch Zugabe alkalischer Substanzen, dem Umwandlungsprozeß zugeführt. Ggf. kann der Wassergehalt auf etwa 70 bis 80 Gew.-% eingestellt werden. Keinesfalls ist jedoch eine weitergehende Entwässerung erforderlich.
Das organische Material kann vor der Umwandlung mit weiteren kohlenwasserstoffhaltigen Materialien gemischt werden. Z.B. ist auch eine Mischung mit Erdöl- oder rezyklierten Produktölfraktionen möglich.
Die Konversion wird bei Drücken von 50 bis 500 bar, vorzugsweise 100 bis 350 bar durchgeführt und zwar wird ein Druck oberhalb des Sättigungsdampfdrucks von Wasser bei der jeweiligen Temperatur eingestellt. Der Vorteil dieser Methode ist, daß bei den erfindungsgemäß eingesetzten hohen Temperaturen das in dem eingesetzten organischen Material vorhandene Wasser flüssig bleibt. Auf diese Weise wird dem System nicht die Verdampfungswärme von Wasser entzogen und die Prozeßenergie kann über Wärmetauscher viel effektiver genutzt werden.
Die Temperaturen betragen erfindungsgemäß 150 bis 800 Grad Celsius, vorzugsweise 200 bis 500 Grad Celsius. Erfindungswesentlich ist hierbei, daß die Erwärmung mittels Mikrowellen durchgeführt wird.
Der Zustand des wäßrigen Systems bei den erfindungsgemäßen Betriebsdruck- und -tem­ peratur-Kombinationen kann unterkritisch, nahe- oder überkritisch sein. Erfindungswesentlich ist hierbei, daß das im Edukt vorhandene Wasser bei nahe- und überkritischen Bedingungen andere Eigenschaften besitzt als im normalen, unterkritischen Bereich. Bei nahe- und überkritischen Bedingungen fungiert Wasser als Reaktionspartner und als Lösemittel für entstehende, organische Produkte und hat einen positiven Einfluß auf die Reaktionen, die zu den erwünschten Produkten führen.
Ein derartiger Einsatz von Mikrowellen wurde bisher nicht für möglich gehalten. Denn die für den Bau von druckfesten Reaktoren erforderlichen Materialien sind nicht mikrowellengeeignet. Erfindungsgemäß konnte jedoch nunmehr durch den Einsatz eines speziell ausgestalteten Reaktors der Einsatz von Mikrowellen ermöglicht werden.
Gegenstand der Erfindung ist demgemäß auch ein Reaktor, enthaltend
  • a) eine Druckkammer, die druckfest 50 bis 2000 bar, vorzugsweise 50 bis 500 bar, besonders bevorzugt 100 bis 350 bar, angelegt ist,
  • b) Generatoren zur Erzeugung von Mikrowellenstrahlung in einem Bereich innerhalb der Druckkammer,
  • c) ein Reaktionsrohr, welches das Reaktionsgut enthält und durch den Bereich der Mikrowellenstrahlung verläuft, und welches vorzugsweise spiralförmig gestaltet ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Reaktor dadurch gekennzeichnet, daß dem Mikrowellen-Reaktionsraum mit den Elementen a)-c), Wärmetauscher, Flüssig/Gasförmig bzw. Flüssig/Fest-Abscheider, Hydrierungsstufen und/oder eine Volumendestillation nachgeschaltet sind.
Der Reaktor besteht aus einem spiral- oder schleifenförmigen Rohrreaktor aus einem mikrowellendurchlässigen Material, z. B. Quarzglas, Borosilikatglas oder anderem nichtmetallischen Werkstoff, der sich in einer Mikrowellensektion befindet, bzw. in diese eingeführt wird. Diese befindet sich wiederum in einer Druckkammer, aus einem metallischen Werkstoff, geeignet für die o.g. hohen Betriebsdrücke. Die Mikrowellenkomponenten - die nicht Gegenstand dieses Patents sind - sind im wesentlichen eine oder mehrere Mikrowellenhohlleiter mit hocheffizienter Einkopplungstechnik, eine oder mehrere Mikrowellen-Generatoren, z. B. Magnetrons, mit Abgabeleistung von 500 bis 100.000.000 Watt, vorzugsweise 1000 bis 10.000 Watt, eine oder mehrere Hochfrequenz­ getaktete Spannungsnetzteile für eine kontinuierliche Leistungsabgabe der Mikrowellen zwischen 0 und 100.000.000 Watt. Die Frequenz des Mikrowellenaggregates (Magnetron) beträgt zwischen 1 und 300 Gigahertz (Ghz). Die Leistungsregelung erfolgt mittels Amplitudenmodulation bei konstanter Frequenz.
Durch den Einsatz der Mikrowelle werden gegenüber dem bisherigen Verfahren zur thermochemischen Umwandlung von organischem Material erhebliche Vorteile erreicht. So bleibt der äußere Reaktormantel kälter als das Innere des Reaktors, während das Reaktionsgut im Inneren sich gleichmäßig erwärmt. Bei den konventionellen Reaktoren wird die Erhitzung in der Regel über den Reaktormantel oder durch im Inneren angeordnete Heizspiralen erreicht. Die Folge ist, daß das Reaktionsgut in der Nähe der Wärmequelle sich erwärmt, so daß ein Temperaturgradient zwischen den warmen und kalten Teilen des Reaktionsgutes entsteht. Eine gleichmäßige Temperaturverteilung läßt sich demgemäß nur durch zusätzliche mechanische Maßnahmen, z. B. durch Rühren erreichen. Erfindungsgemäß ist dies nicht mehr erforderlich. Vielmehr lassen sich durch den Einsatz der Mikrowelle über das gesamte Reaktionsgut verteilt definierte Reaktionsbedingungen innerhalb kurzer Zeit einstellen.
Von erheblichem Vorteil ist auch die Möglichkeit der schnelleren Erhitzung des Reaktionsguts. Bei gleicher elektrischer Leistung wären in konventionellen Anlagen längere Heizphasen erforderlich.
Nach dem Stand der Technik wurde ein schonendes Erhitzen des Reaktionsgutes angestrebt. Erfindungsgemäß ist eine derartige schonende Behandlung der organischen Materialien nicht mehr erforderlich. Überraschend ist hierbei auch, daß durch das schnelle Erhitzen mit Mikrowellen weniger nicht in flüssige Brennstoffe umwandelbare Nebenprodukte als bei der konventionellen Technik entstehen.
Erfindungsgemäß ist es weiterhin erforderlich, während des Umwandlungsprozesses Bedingungen einzuhalten, unter denen es nicht zu oxidativen Reaktionen kommt. Dies läßt sich am einfachsten dadurch erreichen, daß eine Atmosphäre aus inerten Gasen in den Reaktor gegeben wird.
Bevorzugt wird erfindungsgemäß jedoch eine Beschleunigung der Reaktion durch Einsatz reduzierender Gase. Hierbei kann es sich im wesentlichen um Kohlenmonoxid, molekularen Wasserstoff oder Gemische dieser Gase handeln. In Betracht kommen können jedoch auch andere Gase, sofern sie ohne Erzeugung schädlicher Nebenprodukte eine Reduzierung des organischen Materials zu bewirken vermögen.
Zur Unterstützung des Reaktionsprozesses können erfindungsgemäß ferner Katalysatoren eingesetzt werden. Bevorzugt werden vor allem metallische Katalysatoren, z. B. Palladium mit Aktivkohle, Eisen, Eisenoxide, ferner zeolytische Katalysatoren und andere reduzierend wirkende Substanzen.
Erfindungsgemäß kann das Verfahren in der oben beschriebenen Weise einstufig durchgeführt werden. Es ist jedoch auch ein zweistufiges Verfahren möglich. Hierbei wird zunächst eine Umwandlung unter einem Druck von 100 bis 350 bar bei einer Temperatur von 250 bis 500 Grad Celsius durchgeführt. In einem zweiten Schritt erfolgt eine Hydrierung bei Drücken von 35 bis 500 bar und Temperaturen von 300 bis 500 Grad Celsius.
Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Abbildung näher beschrieben.
In dem Behälter 1 wird das organische Material suspendiert, homogenisiert und ggf. auf 70 bis 80 Gew.-% Wassergehalt und einen pH-Wert zwischen 5 und 12, vorzugsweise pH 7 bis 11 durch Zugabe alkalischer Substanzen eingestellt. Erforderlichenfalls erfolgt auch eine Trennung der einzelnen Substanzfraktionen. Im Anschluß hieran wird die so vorbehandelte Masse mittels der Hochdruckpumpe 2 über einen Durchflußregler 3 mit einem definierten Volumenstrom in den Reaktor 4 gefördert.
Der Reaktor besteht prinzipiell aus einem inneren Zuführrohr 5, in das das organische Material eingeleitet wird und den Reaktor durchströmt. Der Raum 6 ist von dem Mikrowellenraum 7 umgeben. Das durch den Raum 6 strömende organische Material wird durch die aus dem Mikrowellenraum 7 kommenden Mikrowellen erwärmt. Vorzugsweise liegen die Temperaturen bei 150 bis 800 Grad Celsius, insbesondere zwischen 200 und 500 Grad Celsius. Der Raum 7 ist von der Druckkammer 8 aus geeignetem Material, z. B. metallischen Werkstoff umgeben. Zugleich wird ein Druck von 50 bis 500 bar, vorzugsweise 100 bis 350 bar erzeugt. Der Druck wird einerseits durch Beaufschlagung mit einem inerten oder reduzierenden Gas und andererseits durch den Sättigungsdampfdruck des Reaktionsgutes erzeugt. Der sich aus beiden ergebende Gesamtdruck im Reaktor steigt während dessen Erwärmung. Während des gesamten Umwandlungsprozesses wird ein Gesamtdruck im Reaktor oberhalb des Sättigungsdampfdrucks von Wasser bei der jeweiligen Temperatur des Reaktionsgutes eingestellt. Hierdurch wird verhindert, daß das Wasser in dem organischen Material zu sieden beginnt.
Während des Umwandlungsprozesses werden durch Zusatz geeigneter Gase Bedingungen aufrechterhalten, die eine Oxidation des organischen Materials verhindern. Dies können entweder Inertgase oder reduzierende Gase sein. Vorzugsweise werden Kohlenmonoxid, Wasserstoff oder Gemische dieser Gase zugegeben.
Bei den oben angegebenen Temperaturen, insbesondere bei 250 bis 500 Grad Celsius und den obengenannten Drücken, insbesondere bei 100 bis 350 bar, kommt es zu einem Abbau, Aufspaltung bzw. Depolymerisation des organischen Materials, während es durch die spiralenförmig angeordneten Rohre 9 des Reaktionsraums 6 transportiert werden. Bei diesen Reaktionsbedingungen fungiert das in dem organischen Material vorhandene Wasser als Transportmittel. Zugleich dient es als Lösemittel für die entstehenden Kohlenwasserstoffe, so daß eine weitere Verkokung der organischen Substanz verhindert wird.
Nach diesem Reaktor kann das organische Material in eine zweite Reaktorstufe 10 geführt werden. Diese kann sowohl ein mikrowellenbeheizter Reaktor wie 4 als auch ein konventioneller, elektrisch beheizter Rohrreaktor sein.
Der entstehende Produktstrom wird über den Wärmetauscher 11 dem Abscheider 12 zugeführt. Die abgetrennten Gase werden über die Leitung 17 abgeführt. Diese bestehen in erster Linie aus unverbrauchtem Reduktions- oder Inertgas sowie während der Umwandlung entstandenen Gasen, insbesondere Kohlendioxid. Diese Gase können ggf. in Reinigungsanlagen aufbereitet und einer weiteren Verwendung zugeführt werden. Im gleichen Abscheider oder in einem weiteren, nachgeschalteten Abscheider 13 wird über die Schwerkraft die wäßrige Phase von Teerprodukt bzw. Teer-Feststoff-Gemisch getrennt.
Das abgetrennte Teerprodukt bzw. Teer-Feststoff-Gemisch wird in den Reaktor 14 gegeben. Dort findet eine Hydrierung statt. Vorzugsweise werden hierbei Temperaturen von 300 bis 500 Grad Celsius und Drücke von 35 bis 500 bar eingehalten, mit oder ohne Verwendung von Katalysatoren.
Im nachgeschalteten Abscheider 15 wird entstehendes Wasser von einem Produkt bestehend aus einem Kohlenwasserstoffgemisch getrennt.
Anschließend wird das organische Reaktionsprodukt aus der Hydrierung einer Vakuumdestillation 16 unterzogen. Dadurch kommt es zu einer Aufspaltung in verschiedene Ölfraktionen. Dabei fallen eine Leichtöl-, eine Mittelöl- und eine Schwerölfraktion an. Diese werden über separate Leitungen abgeführt.

Claims (14)

1. Verfahren zur Umwandlung von organischem Material biologischen Ursprungs in flüssige, feste oder gasförmige Brennstoffe unter Druck- und Temperaturerhöhung, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Material mittels Mikrowellenstrahlung erwärmt und nach Druckerhöhung unter Einhaltung nicht oxidativ wirkender Bedingungen ein Abbau und eine Disproportionierung bei gleichzeitiger Abspaltung von Kohlendioxid ausgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Material wasserhaltig ist.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Material vor der Temperatur- und Druckerhöhung mit Wasser versetzt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Material vor der Temperatur- und Druckerhöhung und auf einen alkalischen neutralen oder sauren pH-Wert eingestellt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur zwischen 150 und 800 Grad Celsius, vorzugsweise 200 und 500 Grad Celsius liegt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck zwischen 50 und 500 bar, vorzugsweise 100 bis 350 bar liegt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abbau und die Disproportionierung in einer Inertgasatmosphäre durchgeführt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß unter reduzierenden Bedingungen der Abbau und die Disproportionierung durchgeführt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß reduzierend wirkende Gase, vorzugsweise Kohlenmonoxid, Wasserstoff oder Gemische dieser Gase zugesetzt werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Abbau und die Disproportionierung unter Zusatz von Katalysatoren, vorzugsweise metallischen oder zeolytischen Katalysatoren, durchgeführt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in einer 1. Stufe bei einem Druck von 100 bis 350 bar und einer Temperatur von 250 bis 500 Grad Celsius der Abbau und die Disproportionierung und in einer 2. Stufe bei einem Druck von 35 bis 500 bar und einer Temperatur von 300 bis 500 Grad Celsius eine Hydrierung durchgeführt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgut kontinuierlich durch die Zone, in der es mit Mikrowellen erhitzt wird, bewegt wird.
13. Reaktor zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, enthaltend
  • a) eine Druckkammer (8), die druckfest 50 bis 2000 bar, vorzugsweise 50 bis 500 bar, besonders bevorzugt 100 bis 350 bar, angelegt ist,
  • b) Generatoren zur Erzeugung von Mikrowellenstrahlung in einem Bereich (6) innerhalb der Druckkammer (8),
  • c) ein Reaktionsrohr (9), welches das Reaktionsgut enthält und durch den Bereich (6) der Mikrowellenstrahlung verläuft, und welches vorzugsweise spiralförmig gestaltet ist.
14. Reaktor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß dem Mikrowellen- Reaktionsraum (6) mit den Elementen a)-c), Wärmetauscher (11), Flüssig/Gasförmig (12) bzw. Flüssig/Fest-Abscheider (13), Hydrierungsstufen (14) und/oder eine Volumendestillation (16) nachgeschaltet sind.
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Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10136619A1 (de) * 2001-07-19 2003-02-06 Abf Entwicklungsbetr Fuer Inno Vorrichtung zur Aufbereitung von organischen Abfallstoffen
WO2003041856A1 (en) * 2001-10-19 2003-05-22 Personal Chemistry I Uppsala Ab Continuous flow system with microwave heating
WO2004035714A1 (en) * 2002-10-17 2004-04-29 Carnegie Mellon University Production of biofuels
US7157401B2 (en) 2002-10-17 2007-01-02 Carnegie Mellon University Catalyst for the treatment of organic compounds
WO2007059783A1 (en) * 2005-11-24 2007-05-31 Scf Technologies A/S Method and apparatus for converting organic material using microwave excitation
DE102004021583B4 (de) * 2004-05-03 2007-06-14 Werkstoff + Funktion Grimmel Wassertechnik Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Kohlenwassertoffen aus biologischen Fetten
WO2007081493A3 (en) * 2005-12-14 2007-10-04 Mobilestream Oil Inc Microwave-based recovery of hydrocarbons and fossil fuels
EP1857532A1 (de) * 2005-01-24 2007-11-21 Osaka Industrial Promotion Organization Feste biomasse und herstellungsverfahren dafür
US7387712B2 (en) 2002-10-17 2008-06-17 Carnegie Mellon University Catalytic process for the treatment of organic compounds
WO2008095589A1 (de) * 2007-02-08 2008-08-14 Grenol GmbH Hydrothermale karbonisierung von biomasse
WO2008157320A1 (en) * 2007-06-14 2008-12-24 Global Resource Corporation Microwave-based recovery of hydrocarbons and fossil fuels
DE102008004732A1 (de) * 2008-01-16 2009-07-23 Lucia Viviane Sanders Hydrothermale Karbonisierung von Biomasse
WO2010119255A1 (en) * 2009-04-15 2010-10-21 C-Tech Innovation Limited Electromagnetic heating reactor and improvements
US8039652B2 (en) 2004-06-15 2011-10-18 Carnegie Mellon University Methods for producing biodiesel
DE102010060675A1 (de) * 2010-11-19 2012-05-24 Kay Hermann Verfahren und Anlage zur Gewinnung von Dieselöl aus kohlenwasserstoffhaltigen Roh- und Reststoffen
WO2012163482A1 (de) * 2011-05-31 2012-12-06 Linde Aktiengesellschaft Reaktoreinrichtung
WO2014106650A2 (de) 2013-01-03 2014-07-10 EZER, Argun Verfahren und vorrichtungen zur verölung von kohlenwasserstoffhaltigem eingangsmaterial
CN111117683A (zh) * 2020-01-19 2020-05-08 中国林业科学研究院林产化学工业研究所 一种微波连续调频协同生物质热解产物气态加氢装置及其使用方法
CN112238122A (zh) * 2020-09-15 2021-01-19 介翔宇 一种医疗废弃物微波催化分解的处理工艺

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006007457B4 (de) * 2006-02-17 2007-12-27 Native Power Solutions Gmbh & Co. Kg Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von Gas aus kohlenstoffhaltigem Material

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4419214A (en) * 1980-12-23 1983-12-06 Orszagos Koolaj Es Gazipari Troszt Process for the recovery of shale oil, heavy oil, kerogen or tar from their natural sources

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3523076A (en) * 1968-07-30 1970-08-04 Bechtel Int Corp Microwave irradiation of sewage and sewage sludge
DE2721290A1 (de) * 1977-05-09 1978-11-23 Ernst Kirchgaessner Verfahren zum gewinnen von fluessigen kohlenwasserstoffen aus abwaessern und/oder klaerschlaemmen
DE3042964A1 (de) * 1980-11-14 1982-07-01 Ernst Prof. Dr. 7400 Tübingen Bayer Verfahren zur eliminierung von heteroatomen aus biologischem material und organischen sedimenten zur konvertierung zu festen und fluessigen brennstoffen
DE3221495A1 (de) * 1982-06-07 1983-12-08 Linde Ag, 6200 Wiesbaden Verfahren und vorrichtung zur konvertierung von klaerschlamm in oel und kohle
DE3412536A1 (de) * 1984-04-04 1985-10-31 Fried. Krupp Gmbh, 4300 Essen Verfahren zur herstellung von kohlenwasserstoffen aus klaerschlamm
GB8511587D0 (en) * 1985-05-08 1985-06-12 Shell Int Research Producing hydrocarbon-containing liquids
DE3611340A1 (de) * 1986-04-04 1987-10-08 Faix Oskar Dipl Holzw Dr Verfahren zur erzeugung von niedrigviskosen, niedermolekularen, hexanloeslichen leicht- und mitteloelen durch katalytische druckhydrierung von lignocellulosischer biomasse
DE3737370C1 (de) * 1987-11-04 1989-05-18 Veba Oel Entwicklungs Gmbh Verfahren zur hydrierenden Konversion von Schwer- und Rueckstandsoelen,Alt- und Abfalloelen in Mischung mit Klaerschlaemmen
ATE112978T1 (de) * 1988-10-10 1994-11-15 Commw Scient Ind Res Org Verfahren und vorrichtung für kontinuierliche chemische reaktionen.

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4419214A (en) * 1980-12-23 1983-12-06 Orszagos Koolaj Es Gazipari Troszt Process for the recovery of shale oil, heavy oil, kerogen or tar from their natural sources
AT379608B (de) * 1980-12-23 1986-02-10 Orszagos Koolaj Gazipari Verfahren zur gewinnung von schieferoel, schweroel, kerogen oder teer aus ihren traegermedien

Cited By (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10136619A1 (de) * 2001-07-19 2003-02-06 Abf Entwicklungsbetr Fuer Inno Vorrichtung zur Aufbereitung von organischen Abfallstoffen
WO2003041856A1 (en) * 2001-10-19 2003-05-22 Personal Chemistry I Uppsala Ab Continuous flow system with microwave heating
US7387712B2 (en) 2002-10-17 2008-06-17 Carnegie Mellon University Catalytic process for the treatment of organic compounds
WO2004035714A1 (en) * 2002-10-17 2004-04-29 Carnegie Mellon University Production of biofuels
US7157401B2 (en) 2002-10-17 2007-01-02 Carnegie Mellon University Catalyst for the treatment of organic compounds
US7625832B2 (en) 2002-10-17 2009-12-01 Carnegie Mellon University Catalyst for the treatment of organic compounds
DE102004021583B4 (de) * 2004-05-03 2007-06-14 Werkstoff + Funktion Grimmel Wassertechnik Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Kohlenwassertoffen aus biologischen Fetten
US8039652B2 (en) 2004-06-15 2011-10-18 Carnegie Mellon University Methods for producing biodiesel
EP1857532A1 (de) * 2005-01-24 2007-11-21 Osaka Industrial Promotion Organization Feste biomasse und herstellungsverfahren dafür
EP1857532A4 (de) * 2005-01-24 2011-01-05 Osaka Ind Promotion Org Feste biomasse und herstellungsverfahren dafür
US8211274B2 (en) 2005-01-24 2012-07-03 Kinki University Solidified biomass and production method thereof
WO2007059783A1 (en) * 2005-11-24 2007-05-31 Scf Technologies A/S Method and apparatus for converting organic material using microwave excitation
WO2007081493A3 (en) * 2005-12-14 2007-10-04 Mobilestream Oil Inc Microwave-based recovery of hydrocarbons and fossil fuels
US7629497B2 (en) 2005-12-14 2009-12-08 Global Resource Corporation Microwave-based recovery of hydrocarbons and fossil fuels
WO2008095589A1 (de) * 2007-02-08 2008-08-14 Grenol GmbH Hydrothermale karbonisierung von biomasse
WO2008157320A1 (en) * 2007-06-14 2008-12-24 Global Resource Corporation Microwave-based recovery of hydrocarbons and fossil fuels
WO2009090072A1 (de) * 2008-01-16 2009-07-23 Lucia Viviane Sanders Hydrothermale karbonisierung von biomasse
DE102008004732A1 (de) * 2008-01-16 2009-07-23 Lucia Viviane Sanders Hydrothermale Karbonisierung von Biomasse
WO2010119255A1 (en) * 2009-04-15 2010-10-21 C-Tech Innovation Limited Electromagnetic heating reactor and improvements
DE102010060675A1 (de) * 2010-11-19 2012-05-24 Kay Hermann Verfahren und Anlage zur Gewinnung von Dieselöl aus kohlenwasserstoffhaltigen Roh- und Reststoffen
DE102010060675B4 (de) * 2010-11-19 2014-01-30 Kay Hermann Verfahren und Anlage zur Gewinnung von Dieselöl aus kohlenwasserstoffhaltigen Roh- und Reststoffen
WO2012163482A1 (de) * 2011-05-31 2012-12-06 Linde Aktiengesellschaft Reaktoreinrichtung
WO2014106650A2 (de) 2013-01-03 2014-07-10 EZER, Argun Verfahren und vorrichtungen zur verölung von kohlenwasserstoffhaltigem eingangsmaterial
CN111117683A (zh) * 2020-01-19 2020-05-08 中国林业科学研究院林产化学工业研究所 一种微波连续调频协同生物质热解产物气态加氢装置及其使用方法
CN111117683B (zh) * 2020-01-19 2023-08-01 中国林业科学研究院林产化学工业研究所 一种微波连续调频协同生物质热解产物气态加氢装置及其使用方法
CN112238122A (zh) * 2020-09-15 2021-01-19 介翔宇 一种医疗废弃物微波催化分解的处理工艺
CN112238122B (zh) * 2020-09-15 2023-06-23 介翔宇 一种医疗废弃物微波催化分解的处理工艺

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DE19631201C2 (de) 2001-07-05

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