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 AbfallstoffenInfo
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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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19631201A DE19631201C2 (de) | 1996-08-02 | 1996-08-02 | Verfahren und Reaktor zur Umwandlung von Biomasse in flüssige, feste oder gasförmige Brennstoffe und Chemierohstoffe |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE19631201A1 true DE19631201A1 (de) | 1998-02-05 |
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ID=7801574
Family Applications (1)
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DE19631201A Expired - Fee Related DE19631201C2 (de) | 1996-08-02 | 1996-08-02 | Verfahren und Reaktor zur Umwandlung von Biomasse in flüssige, feste oder gasförmige Brennstoffe und Chemierohstoffe |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19631201C2 (de) |
Cited By (19)
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)
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)
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)
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. |
-
1996
- 1996-08-02 DE DE19631201A patent/DE19631201C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
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)
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 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE19631201C2 (de) | 2001-07-05 |
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