EP1903091A1 - Verfahren zur Vergasung von Biomasse - Google Patents

Verfahren zur Vergasung von Biomasse Download PDF

Info

Publication number
EP1903091A1
EP1903091A1 EP07017818A EP07017818A EP1903091A1 EP 1903091 A1 EP1903091 A1 EP 1903091A1 EP 07017818 A EP07017818 A EP 07017818A EP 07017818 A EP07017818 A EP 07017818A EP 1903091 A1 EP1903091 A1 EP 1903091A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
biomass
waste water
inorganic salts
wastewater
salt
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.)
Withdrawn
Application number
EP07017818A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Nikolaos Dr. Boukis
Ulrich Galla
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.)
Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Original Assignee
Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
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 Forschungszentrum Karlsruhe GmbH filed Critical Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Publication of EP1903091A1 publication Critical patent/EP1903091A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/72—Other features
    • C10J3/78—High-pressure apparatus
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
    • C10J2300/0916—Biomass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0953—Gasifying agents
    • C10J2300/0973—Water
    • C10J2300/0979—Water as supercritical steam
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/18—Details of the gasification process, e.g. loops, autothermal operation
    • C10J2300/1807—Recycle loops, e.g. gas, solids, heating medium, water

Definitions

  • the invention relates to a method for the hydrothermal gasification of biomass in supercritical water.
  • Methods for the hydrothermal gasification of biomass in supercritical water are particularly suitable for the energetic use of wet biomass, since they are characterized by high chemical and energetic efficiencies and good quality and composition of the product gases obtained.
  • the gasification takes place at pressures and temperatures above the critical point of the water (22.1 MPa and 374 ° C), whereby organic substances are well dissolved, while inorganic salts precipitate.
  • the chemical conversions increase with the reaction temperature and reach almost 100% at temperatures of 700 ° C. At lower reaction temperatures, the chemical conversion is much lower, e.g. 50% at 550 ° C.
  • the chemical conversions also increase with the mean residence time in the reactor. The maximum conversion is achieved depending on the temperature within 0.5 - 5 min. However, both a higher temperature and a longer average residence time, which corresponds to the reactor volume at a given material throughput, result in higher costs.
  • Wet biomass e.g. Fresh plants or pomace often have a concentration of organic matter in the range of 30% by weight. Such a high concentration is too high for biomass gasification in supercritical water, in particular due to its high viscosity and poor pumpability.
  • biomass is usually diluted with water to values in the range of 5 to 20% by weight. Dilution is either at the beginning of the process at ambient conditions or according to the Method according to DE 102 10 178 C1 or the DE 202 20 307 U1 only at high temperatures in the reactor.
  • Dilution with water increases both the demand for as low-salt fresh water as possible for carrying out the process and the amount of waste water to be treated by the process, which results in additional costs.
  • the DE 100 15 620 A1 discloses a method for generating heat by the combustion of biomass. Dropping salts which do not dissolve in the supercritical water are passed via an outlet into a collecting container. The process wastewater is purified from this separately in a filter unit and returned via a supply line in the combustion vessel. The supply line communicates with a heat exchanger which heats the process waste water with the heat of the supercritical water. In this way, a high heat transfer from the combustion side to the heat exchanger is made possible.
  • the organic components of the process wastewater should be gasified as completely as possible in order to achieve the highest possible total carbon gasification conversion.
  • the process according to the invention for the hydrothermal gasification of biomass in supercritical water, in which product gases and process wastewater containing inorganic salts and organic residues are formed as reaction products is characterized by the fact that part of the process waste water formed in this process is incorporated into the process is recycled, that with this part of the recirculated process wastewater, the biomass is preferably diluted to a value of 5-20 wt.% Dry substance (TS), but previously the major part of the inorganic salts was separated from the process wastewater.
  • TS Dry substance
  • the method according to the invention comprises the steps a) to i).
  • step a) the major part of the process waste water, which is virtually free from inorganic salts but contains organic reaction residues, is heated to a temperature above 600 ° C, with a pressure higher than 22.1 MPa.
  • the biomass is heated to a temperature up to the pseudo-critical temperature, wherein preferably the same pressure as in the process waste water is adjusted.
  • the pressure-dependent pseudo-critical temperature of the water is defined as the temperature at which the density drops steeply.
  • the pseudo-critical temperature is generally not consistent with the critical temperature of the thermodynamic system. In particular, the pseudo-critical temperature shifts to higher values at higher pressure.
  • step c) the two streams, i. the biomass stream heated according to step b) and the process wastewater stream treated in step a) are mixed in the reactor such that the biomass is diluted.
  • step d the reaction of the organic matter with the water, wherein as reaction products product gases and process waste water containing inorganic salts and organic residues are formed.
  • the inorganic salts are preferably removed from the lower part of the reactor.
  • the reactor for this purpose has a bottom outlet or a salt separator, from which the high-salt part stream is separated from the low-salt main stream of product gases and low-salt process wastewater.
  • a device for carrying out this method step, for example, a device according to the DE 202 20 307 U1 be used.
  • a small salt-rich partial stream is separated from the main stream of material at a suitable point of the reactor, such as, for example, the bottom outlet or the salt separator.
  • the liberated from the salt load main stream is low in salt and is for the renewed dilution of biomass directly or as a second reactant stream in the sense of the DE 102 10 178 C1 or the DE 202 20 307 U1 used.
  • the process waste water is re-flowed, most of the organic residues are decomposed so that there is no accumulation of carbon compounds.
  • step f) the reaction products, i. the product gases and the low-salt product waste water, cooled and the product gas is separated from the effluent according to step g).
  • the low-salt product wastewater can subsequently be recycled to the process according to step a) in step h).
  • step i) the disposal of the remaining portion of the process wastewater, which has not already been recycled according to step h), takes place.
  • the inorganic components are separated from the process and discarded or disposed of.
  • process wastewater instead of fresh water as in the DE 102 10 178 C1 or the DE 202 20 307 U1 used. Due to the high temperatures in the preheater, ie before the mixing of the two streams in the reactor, the organic constituents of the process wastewater are completely gasified.
  • the inventive method has in particular the following advantages.
  • Table 1 shows experimentally determined element quantities in a test with maize silage with the following parameters: throughput 50 kg / h, feed concentration 9.2% by weight, reaction temperature 640 ° C, pressure 28 MPa. The turnover of the carbon gasification was 90%. The majority of the inorganic salts were removed via a bottom draw as a device for salt separation; a smaller proportion has failed before the salt separation in the preheater.
  • Tables 2 and 3 show computational examples of mass flows. This is based on a carbon gasification conversion of only 70%. In both cases, the return of a part of the process wastewater achieves a total carbon gasification conversion of almost 90%.
  • Table 2 shows a computational example of the mass flow in the conventional process without separation of the salts.
  • TS means dry matter.
  • Table 3 shows a computational example of the mass flow in the process according to the invention with separation of the salts.
  • the salt concentration in the reaction mixture according to Table 2 is about three times higher than the corresponding value of 3.2 kg / h in Table 3 at 9 kg / h. Such a high salt concentration value prevents trouble-free operation and can cause corrosion. Above all, the high salt concentration of 6 kg / h in the recycle stream makes the use of the wastewater stream without salt separation as a substitute for the water flow after the DE 102 10 178 C1 or the DE 202 20 307 U1 impossible.
  • a comparison of the amount of process wastewater shows that 300 kg / h (intermediate) wastewater incurred in a process according to Table 2 , but without recirculation of the process wastewater, while in a process according to Table 3 with recycling of waste water only 88 kg / h wastewater for Disposal incurred. This results in a significant saving of about 2/3 of the wastewater.
  • the resulting from the salt separation smaller flow of 12 kg / h is disposed of separately.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Treatment Of Sludge (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur hydrothermalen Vergasung von Biomasse in überkritischem Wasser, wobei die Biomasse verdünnt wird und als Reaktionsprodukte Produktgase sowie Prozessabwasser, das anorganische Salze und organische Rückstände enthält, entstehen.
Erfindungsgemäß wird ein Teil des Prozessabwassers rückgeführt, nachdem hieraus zuvor ein überwiegender Teil der anorganischen Salze abgetrennt wurde, und mit diesem Teil die Biomasse verdünnt.
Im vorliegenden Verfahren werden die organischen Bestandteile des Prozessabwassers nahezu vollständig vergast, so dass ein hoher Gesamt-Kohlenstoff-Vergasungsumsatz erzielt wird. Zudem wird die Menge an anfallendem Prozessabwasser reduziert.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur hydrothermalen Vergasung von Biomasse in überkritischem Wasser.
  • Verfahren zur hydrothermalen Vergasung von Biomasse in überkritischem Wasser eignen sich besonders für die energetische Nutzung nasser Biomasse, da sie sich durch hohe chemische und energetische Wirkungsgrade sowie gute Qualität und Zusammensetzung der erhaltenen Produktgase auszeichnen. Die Vergasung findet bei Drücken und Temperaturen oberhalb des kritischen Punkts des Wassers (22,1 MPa und 374 °C) statt, wobei organische Substanzen gut aufgelöst werden, während anorganische Salze ausfallen.
  • Die chemischen Umsätze (Kohlenstoffvergasungsumsatz) nehmen mit der Reaktionstemperatur zu und erreichen bei Temperaturen von 700 °C nahezu 100 %. Bei niedrigeren Reaktionstemperaturen ist der chemische Umsatz wesentlich niedriger, z.B. 50 % bei 550°C. Die chemischen Umsätze steigen auch mit der mittleren Verweilzeit im Reaktor. Der maximale Umsatz wird je nach Temperatur innerhalb von 0,5 - 5 min erreicht. Sowohl eine höhere Temperatur als auch eine längere mittlere Verweilzeit, die bei gegebenem Stoffdurchsatz dem Reaktorvolumen entspricht, resultieren jedoch in höheren Kosten.
  • Nasse Biomasse wie z.B. frische Pflanzen oder Trester weisen oft eine Konzentration an organischer Materie im Bereich von 30 Gew. % auf. Eine derart hohe Konzentration ist insbesondere aufgrund zu hoher Viskosität und zu schlechter Pumpbarkeit zu hoch für die Biomassevergasung in überkritischem Wasser.
  • Daher wird Biomasse meist mit Wasser auf Werte im Bereich von 5 - 20 Gew. % verdünnt. Die Verdünnung erfolgt entweder zu Beginn des Verfahrens bei Umgebungsbedingungen oder gemäß den Verfahren nach der DE 102 10 178 C1 oder der DE 202 20 307 U1 erst bei hohen Temperaturen im Reaktor.
  • Durch die Verdünnung mit Wasser steigt sowohl der Bedarf an möglichst salzarmen Frischwasser für die Durchführung des Verfahrens als auch die nach dem Verfahren zu behandelnde Abwassermenge an, wodurch zusätzliche Kosten entstehen.
  • Der Einsatz von Prozessabwasser für das Ansetzen der Biomasse durch Rückführung des Abwassers scheitert bisher daran, dass anorganische Salze in einem derartigen Verfahren nicht umgesetzt, sondern bei der Rückführung des Abwassers mitgeschleppt werden und sich somit während des Verfahrens in erheblichem Maße anreichern. Die Salzkonzentration beträgt nach dem ersten Zyklus etwa das 1,5-fache der ursprünglichen Konzentration und nimmt nach jedem Zyklus weiter zu.
  • Eine Rückführung des Abwassers ohne Abtrennung der Salze führt damit zwangsläufig zur Unterbrechung des Durchflusses im Reaktionssystem durch Salzausfällung und Verstopfung. Eine Salzabtrennung unter Umgebungsbedingungen verbraucht Chemikalien und verursacht Kosten.
  • Wird das Prozessabwasser andererseits nicht zurückgeführt, entstehen Kosten entweder durch die weitere Behandlung des belasteten Abwassers oder durch höhere Reaktionstemperaturen und größere Reaktoren, die zur möglichst vollständigen Umsetzung der Biomasse benötigt werden.
  • Die DE 100 15 620 A1 offenbart ein Verfahren zur Erzeugung von Wärme durch die Verbrennung von Biomasse. Ausfallende Salze, die sich im überkritischen Wasser nicht lösen, werden über einen Auslass in einen Auffangbehälter geleitet. Das Prozessabwasser wird hiervon getrennt in einer Filteranlage gereinigt und über eine Zuleitung in den Verbrennungsbehälter zurückgeleitet. Die Zuleitung steht mit einem Wärmetauscher in Verbindung, der das Prozessabwasser mit der Wärme des überkritischen Wassers aufheizt. Auf diese Weise wird ein hoher Wärmeüberübergang von der Seite der Verbrennung zum Wärmetauscher ermöglicht.
  • Ausgehend hiervon ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Vergasung von Biomasse vorzuschlagen, das die genannten Nachteile und Einschränkungen nicht aufweist.
  • Insbesondere sollen in einem derartigen Verfahren die organischen Bestandteile des Prozessabwassers möglichst vollständig vergast werden, um einen möglichst hohen Gesamt-Kohlenstoff-Vergasungsumsatz zu erzielen.
  • Zudem soll in einem derartigen Verfahren die Menge an anfallendem Prozessabwasser reduziert werden.
  • Diese Aufgabe wird durch die Verfahrensschritte des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben jeweils vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur hydrothermalen Vergasung von Biomasse in überkritischem Wasser, bei dem als Reaktionsprodukte Produktgase und Prozessabwasser, in dem sich anorganische Salze und organische Rückstände befinden, entstehen, zeichnet sich dadurch aus, dass ein Teil des bei diesem Verfahren gebildeten Prozessabwassers derart in das Verfahren rückgeführt wird, dass mit diesem Teil des rückgeführten Prozessabwassers die Biomasse vorzugsweise auf einen Wert von 5-20 Gew. % Trockensubstanz (TS) verdünnt wird, wobei jedoch zuvor der überwiegende Teil der anorganischen Salze aus dem Prozessabwasser abgetrennt wurde.
  • In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die Schritte a) bis i).
  • Zunächst wird gemäß Schritt a) der überwiegende Teil des Prozessabwassers, das praktisch frei von anorganischen Salzen ist, aber organische Reaktionsrückstände beinhaltet, auf eine Temperatur von über 600 °C erhitzt, wobei ein Druck höher als 22,1 MPa herrscht.
  • Ebenso wird gemäß Schritt b) die Biomasse auf eine Temperatur bis zur pseudokritischen Temperatur erhitzt, wobei vorzugsweise der gleiche Druck wie beim Prozessabwasser eingestellt wird. Die vom Druck abhängige pseudokritischen Temperatur des Wassers ist definiert als Temperatur, bei der die Dichte steil abfällt. Die pseudokritische Temperatur stimmt im Allgemeinen nicht mit der kritischen Temperatur des thermodynamischen Systems überein. Insbesondere verschiebt sich die pseudokritische Temperatur bei höherem Druck zu höheren Werten.
  • Anschließend werden gemäß Schritt c) die beiden Stoffströme, d.h. der gemäß Schritt b) erhitzte Biomasse-Strom und der gemäß Schritt a) behandelte Prozessabwasser-Strom, derart im Reaktor vermischt, dass die Biomasse verdünnt wird.
  • Im Reaktor erfolgt gemäß Schritt d) die Reaktion der organischen Materie mit dem Wasser, wobei als Reaktionsprodukte Produktgase sowie Prozessabwasser, das anorganische Salze und organische Rückstände enthält, gebildet werden.
  • Dann werden gemäß Schritt e) die anorganischen Salze vorzugsweise aus dem unteren Teil des Reaktors entfernt. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist der Reaktor hierzu einen Sumpfabzug oder einen Salzabscheider auf, aus dem der salzreiche Teilstrom vom salzarmen Hauptstoffstrom aus Produktgasen und salzarmem Prozessabwasser abgetrennt wird.
  • Zur Durchführung dieses Verfahrensschritts kann z.B. eine Vorrichtung gemäß der DE 202 20 307 U1 eingesetzt werden. Hierzu wird ein kleiner salzreicher Teilstrom an einer geeigneten Stelle des Reaktors wie z.B. dem Sumpfabzug oder dem Salzabscheider vom Hauptstoffstrom abgetrennt. Der von der Salzfracht befreite Hauptstoffstrom ist salzarm und wird für das erneute Verdünnen von Biomasse direkt oder als zweiter Eduktstrom im Sinne der der DE 102 10 178 C1 oder der DE 202 20 307 U1 eingesetzt. Bei erneutem Durchlauf des Prozessabwassers ist der größte Teil an organische Rückstände abgebaut, so dass keine Anreicherung an Kohlenstoff-Verbindungen erfolgt.
  • Nun werden gemäß Schritt f) die Reaktionsprodukte, d.h. die Produktgase und das salzarme Produktabwasser, abgekühlt und das Produktgas wird gemäß Schritt g) vom Abwasser abgetrennt. Damit kann anschließend gemäß Schritt h) das salzarme Produktabwasser in das Verfahren gemäß Schritt a) rückgeführt werden.
  • Abschließend erfolgt gemäß Schritt i) das Entsorgen des verbleibenden Restanteils des Prozessabwassers, das nicht bereits gemäß Schritt h) rückgeführt wurde. Auf diese Weise werden im Laufe der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die anorganischen Komponenten aus dem Verfahren abgetrennt und verworfen bzw. entsorgt.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird Prozessabwasser anstelle von Frischwasser wie in der DE 102 10 178 C1 oder der DE 202 20 307 U1 eingesetzt. Hierbei werden aufgrund der hohen Temperaturen im Vorwärmer, d.h. vor der Vermischung beider Stoffströme im Reaktor, die organischen Bestandteile des Prozessabwassers vollständig vergast.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren weist insbesondere die folgenden Vorteile auf.
  • Da das Prozessabwasser nach der Salzabtrennung praktisch salzfrei ist, verringert sich die Gefahr von Stromunterbrechungen aufgrund ausfallender Salze erheblich. Ebenso wird die durch anorganische Salze verursachte Korrosion des Reaktors vermindert.
  • Durch die Reduzierung der Abwassermenge wird es möglich, auf vollständige chemische Umsätze in jedem einzelnen Reaktionszyklus zu verzichten. Dies resultiert in einer Absenkung der benötigten Reaktionstemperatur und der Verweilzeit im Reaktor, was kleinere Reaktorvolumina für einen gegebenen Massenstrom ermöglicht. Dadurch ergeben sich Kosteneinsparungen beim Reaktormaterial und beim Reaktorvolumen.
  • Der Verbrauch an Frischwasser wird reduziert und die anfallende Abwassermenge verringert. Wird besonders salzarmes Prozessabwasser an Stelle von Frischwasser wie in der DE 102 10 178 C1 oder der DE 202 20 307 U1 eingesetzt, kann bei dieser Art der Verfahrensführung auf Frischwasser verzichtet werden.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • Versuche haben gezeigt, dass die Abtrennung von anorganischen Salzen im Hochtemperaturteil des Prozesses überraschend gut funktioniert und damit das Prozessabwasser praktisch frei von anorganischen Komponenten ist. Nur Spuren der ursprünglich in der Biomasse enthaltenen Salze gelangen in den wässrigen Produktstrom des Verfahrens. Der größere Anteil kann über eine in das Verfahren integrierte Vorrichtung gemäß der DE 102 10 178 C1 oder der DE 202 20 307 U1 abgetrennt werden. Diese Beobachtung eröffnet erstmals die Möglichkeit der Rückführung des salzarmen Abwassers.
    Tabelle 1
    Element im Stoffstrom Feed [g/h] Produkt [g/h] Elementmenge im Produkt [%]
    Na 2,09 0,285 13,64
    K 90,48 8,08 8,93
    Mg 9,6 0,035 0,36
    Ca 13,53 0,055 0,41
    P 256,3 16 6,24
  • Tabelle 1 zeigt experimentell ermittelte Elementmengen bei einem Versuch mit Mais-Silage bei folgenden Parametern: Durchsatz 50 kg/h, Feedkonzentration 9,2 Gew. %, Reaktionstemperatur 640 °C, Druck 28 MPa. Der Umsatz der Kohlenstoffvergasung lag bei 90 %. Der Großteil der anorganischen Salze wurde über einen Sumpfabzug als Vorrichtung zur Salzabtrennung entfernt; ein kleinerer Anteil ist vor der Salzabtrennung im Vorheizer ausgefallen.
  • Wie Tabelle 1 zeigt, gelangt von den in der Biomasse enthaltenen Metallen nur das leichter lösliche Kalium in nennenswerter Konzentration von ca. 8 g/h in das wässrige Produkt. Derart niedrige Elementkonzentrationen verursachen weder Korrosion noch stören sie den Anlagendurchfluss. Damit ist dieser Stoffstrom einsetzbar für die Verdünnung des Eduktes Biomasse.
  • Die nachfolgenden Tabellen 2 und 3 zeigen rechnerische Beispiele für Massenströme. Dabei wird ein Kohlenstoff-Vergasungsumsatz von nur 70% zugrunde gelegt. In beiden Fällen erreicht man über die Rückführung eines Teils des Prozessabwassers einen Gesamt-Kohlenstoff-Vergasungsumsatz von knapp 90%.
    Tabelle 2
    Biomasse Feed 100 kg/h
    organische TS 30 kg/h
    Salz 3 kg/h
    Rückführungsstrom Abwasser 200 kg/h
    organische TS 7,5 kg/h
    Salz 6 kg/h
    Reaktionsmischung Hauptstoffstrom 300 kg/h
    organische TS 37,5 kg/h
    Salz 9 kg/h
    Intermediäres Abwasser Hauptstoffstrom 300 kg/h
    organische TS 11,25 kg/h
    Salz 9 kg/h
    Abwasser für Entsorgung Hauptstoffstrom 100 kg/h
    organische TS 3,75 kg/h
    Salz 3 kg/h
    Salzabtrennung keine
  • Tabelle 2 zeigt ein rechnerisches Beispiel für den Massenstrom bei der konventionellen Verfahrensführung ohne Abtrennung der Salze. TS bedeutet Trockensubstanz.
    Tabelle 3
    Biomasse Feed 100 kg/h
    organische TS 30 kg/h
    Salz 3 kg/h
    Rückführungsstrom Abwasser 200 kg/h
    organische TS 7,9 kg/h
    Salz 0,22 kg/h
    Reaktionsmischung Hauptstoffstrom 300 kg/h
    organische TS 37,9 kg/h
    Salz 3,2 kg/h
    Intermediäres Abwasser Hauptstoffstrom 288 kg/h
    organische TS 11,4 kg/h
    Salz 0,3 kg/h
    Abwasser für Entsorgung Hauptstoffstrom 88 kg/h
    organische TS 3,5 kg/h
    Salz 0,1 kg/h
    Salzabtrennung Massenstrom 12 kg/h
    4 % der Gesamtmasse
    organische TS 0,5 kg/h
    Salz 2,9 kg/h
    Effizienz 90 %
  • Tabelle 3 zeigt ein rechnerisches Beispiel für den Massenstrom im erfindungsgemäßen Verfahren mit Abtrennung der Salze.
  • Die Salzkonzentration in der Reaktionsmischung gemäß Tabelle 2 liegt mit 9 kg/h etwa dreifach höher als der entsprechende Wert von 3,2 kg/h in Tabelle 3. Ein derart hoher Wert für die Salzkonzentration verhindert einen störungsfreien Betrieb und kann Korrosion verursachen. Vor allem die hohe Salzkonzentration von 6 kg/h im Rückführungsstrom macht den Einsatz des Abwasserstroms ohne Salzabtrennung als Ersatz für den Wasserstrom nach der DE 102 10 178 C1 oder der DE 202 20 307 U1 unmöglich.
  • Ein Vergleich der Menge an Prozessabwasser ergibt, dass bei einer Verfahrensführung gemäß Tabelle 2, jedoch ohne Rückführung des Prozessabwassers 300 kg/h (intermediäres) Abwasser anfallen, während bei einer Verfahrensführung gemäß Tabelle 3 mit Rückführung des Abwassers nur 88 kg/h Abwasser für die Entsorgung anfallen. Hieraus ergibt sich eine wesentliche Einsparung von ca. 2/3 der Abwassermenge.
  • Der aus der Salzabtrennung stammende kleinere Stoffstrom mit 12 kg/h wird gesondert entsorgt.

Claims (6)

  1. Verfahren zur hydrothermalen Vergasung von Biomasse in überkritischem Wasser, wobei die Biomasse verdünnt wird und als Reaktionsprodukte Produktgase sowie Prozessabwasser, das anorganische Salze und organische Rückstände enthält, entstehen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Prozessabwassers rückgeführt, nachdem hieraus zuvor ein überwiegender Teil der anorganischen Salze abgetrennt wurde, und mit diesem Teil die Biomasse verdünnt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Verfahrensschritte umfasst:
    a) Aufheizen des rückgeführten Prozessabwassers bei einem Druck oberhalb von 22,1 MPa auf eine Temperatur von über 600 °C,
    b) Aufheizen der Biomasse bei einem Druck oberhalb von 22,1 MPa auf eine Temperatur bis einschließlich zur pseudokritischen Temperatur,
    c) Ansetzen der erhitzten Biomasse in einem Reaktor mit dem rückgeführten und erhitzten Prozessabwasser, wodurch die Biomasse verdünnt wird,
    d) Reagierenlassen der verdünnten Biomasse zu den Reaktionsprodukten,
    e) Abtrennen der anorganischen Salze aus den Reaktionsprodukten,
    f) Abkühlen der verbleibenden Reaktionsprodukte,
    g) Abtrennen des Produktgases vom Prozessabwasser,
    h) Rückführen des Teils des Prozessabwassers und
    i) Entsorgen des verbleibenden Teils des Prozessabwassers.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der überwiegende Teil des Prozessabwassers rückgeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Biomasse mit dem Prozessabwasser auf einen Wert im Bereich von 5 - 20 Gew. % Trockensubstanz verdünnt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtrennen der anorganischen Salze aus dem unteren Teil des Reaktors erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtrennen der anorganischen Salze mittels eines Sumpfabzugs oder eines Salzabscheiders erfolgt.
EP07017818A 2006-09-20 2007-09-12 Verfahren zur Vergasung von Biomasse Withdrawn EP1903091A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200610044116 DE102006044116B3 (de) 2006-09-20 2006-09-20 Verfahren zur hydrothermalen Vergasung von Biomasse in überkritischem Wasser

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1903091A1 true EP1903091A1 (de) 2008-03-26

Family

ID=38870251

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP07017818A Withdrawn EP1903091A1 (de) 2006-09-20 2007-09-12 Verfahren zur Vergasung von Biomasse

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP1903091A1 (de)
DE (1) DE102006044116B3 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010003655A2 (en) 2008-07-11 2010-01-14 John Kinney Method and apparatus for extracting energy from biomass
CN101736631B (zh) * 2008-11-12 2011-12-28 熊鹏 一种高效预处理木质纤维素的工艺
WO2022060228A1 (en) * 2020-09-17 2022-03-24 Aqua Fluid Biotech Group AS Cleaning wastes and effluents by supercritical technology

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018104595A1 (de) 2017-07-10 2019-01-10 Vpc Gmbh Verfahren zur Vergasung und Verstromung von feuchter Biomasse mit überkritischem Wasser
EP3434382B1 (de) 2017-07-27 2019-09-11 iGas energy GmbH Fraktionierte abscheidung von wertstoffen aus wässrigen vielkomponentengemischen
EP3789475A1 (de) * 2019-09-05 2021-03-10 SUEZ Groupe Kombination von anaerober behandlung von kohlenstoffhaltigem material mit hydrothermischer vergasung zur maximierung der rückgewinnung von mehrwertprodukten
EP3940041A1 (de) 2020-07-17 2022-01-19 iGas energy GmbH Reaktor zur überkritischen hydrothermalen vergasung von biomasse

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3705781A1 (de) * 1987-02-24 1988-09-01 Kjeld Andersen Methode zur vergasung von organischem material
US5100560A (en) * 1991-05-31 1992-03-31 Abb Lummus Crest Inc. Apparatus and method for supercritical water oxidation
DE4443077A1 (de) * 1994-12-03 1996-06-05 Karlsruhe Forschzent Verfahren zum Schutz von Wandungen in Behältern vor dem Angriff korrosiver Medien und Vorrichtung
US5558783A (en) * 1993-02-05 1996-09-24 Mcguinness; Thomas G. Supercritical oxidation reactor
JP2000109850A (ja) * 1998-10-07 2000-04-18 Mitsubishi Materials Corp 重質油の発電設備用流体燃料への転換方法及びその装置
EP1001002A2 (de) * 1998-11-11 2000-05-17 Center for Coal Utilization, Japan Tokyo Nissan Building 7F Methode zur Herstellung von Wasserstoff mittels thermochemischer Zersetzung
EP1050511A2 (de) * 1999-05-06 2000-11-08 General Atomics Hydrothermisches Verfahren mit Phosphatzusatz
US20020162332A1 (en) * 2001-05-01 2002-11-07 Hazlebeck David A. Hydrothermal conversion and separation
DE20220307U1 (de) * 2002-03-07 2003-04-30 Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, 76133 Karlsruhe Anlage zur Behandlung von fließfähigen Stoffen in überkritischem Wasser

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10015620A1 (de) * 2000-03-29 2001-10-04 Abb Patent Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von Wärme
DE10210178C1 (de) * 2002-03-07 2003-06-12 Karlsruhe Forschzent Verfahren zur Behandlung von fließfähigen Stoffen in überkritischem Wasser

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3705781A1 (de) * 1987-02-24 1988-09-01 Kjeld Andersen Methode zur vergasung von organischem material
US5100560A (en) * 1991-05-31 1992-03-31 Abb Lummus Crest Inc. Apparatus and method for supercritical water oxidation
US5558783A (en) * 1993-02-05 1996-09-24 Mcguinness; Thomas G. Supercritical oxidation reactor
DE4443077A1 (de) * 1994-12-03 1996-06-05 Karlsruhe Forschzent Verfahren zum Schutz von Wandungen in Behältern vor dem Angriff korrosiver Medien und Vorrichtung
JP2000109850A (ja) * 1998-10-07 2000-04-18 Mitsubishi Materials Corp 重質油の発電設備用流体燃料への転換方法及びその装置
EP1001002A2 (de) * 1998-11-11 2000-05-17 Center for Coal Utilization, Japan Tokyo Nissan Building 7F Methode zur Herstellung von Wasserstoff mittels thermochemischer Zersetzung
EP1050511A2 (de) * 1999-05-06 2000-11-08 General Atomics Hydrothermisches Verfahren mit Phosphatzusatz
US20020162332A1 (en) * 2001-05-01 2002-11-07 Hazlebeck David A. Hydrothermal conversion and separation
DE20220307U1 (de) * 2002-03-07 2003-04-30 Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, 76133 Karlsruhe Anlage zur Behandlung von fließfähigen Stoffen in überkritischem Wasser

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DINJUS ECKHARD ; BOUKIS NIKOLAUS ; ABELN JOHANNES ; KRUSE ANDREA: "Conversion of organic streams in supercritical water", MATERIALS RESEARCH SOCIETY SYMPOSIUM PROCEEDINGS, vol. 884, 1 April 2005 (2005-04-01), San Francisco, CA, USA, pages GG5.3.1 - GG5.3.13, XP009094330 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010003655A2 (en) 2008-07-11 2010-01-14 John Kinney Method and apparatus for extracting energy from biomass
WO2010003655A3 (en) * 2008-07-11 2011-03-03 John Kinney Method and apparatus for extracting energy from biomass
CN101736631B (zh) * 2008-11-12 2011-12-28 熊鹏 一种高效预处理木质纤维素的工艺
WO2022060228A1 (en) * 2020-09-17 2022-03-24 Aqua Fluid Biotech Group AS Cleaning wastes and effluents by supercritical technology

Also Published As

Publication number Publication date
DE102006044116B3 (de) 2008-04-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE68923422T2 (de) Lignocellulose-degradation.
DE3842825C2 (de)
DE69702482T2 (de) Verfahren zur schnellen säurehydrolyse eines lignocellulosischen materials und hydrolysereaktor
EP1903091A1 (de) Verfahren zur Vergasung von Biomasse
DE3204733A1 (de) Verfahren zur dehydratisierung eines alkohols mit niedrigem molekulargewicht
DE3216004C2 (de)
EP3390590B1 (de) Verfahren zur faulung und hydrothermalen karbonisierung von klärschlamm
DE10393609B4 (de) Verfahren zur Entmineralisierung von Kohle
DE1609007B2 (de) Kontinuierliches verfahren zum herstellen eines stabilen, geruchfreien abwasserschlammes mit optimalen verarbeitungseigenschaften
WO2010020441A1 (de) Kontinuierliches verfahren zur extraktion von polyamid-6
WO2014090973A1 (de) Verfahren und anlage zur aufbereitung und verarbeitung von wässern
EP3209829A1 (de) Verfahren zur fällung von lignin aus organosolv-kochlaugen
DE2260393B2 (de) Verfahren zur dehydrochlorierung von polyvinylchlorid
DE4243063C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur pyrolytischen Zersetzung von Kunststoff, insbesondere von Kunststoffabfällen
EP3628650B1 (de) Verfahren und anlage zur stofflichen verwertung eines ammonium- , phosphat- und feststoffhaltigen mediums
AT263661B (de) Verfahren zum Abbau von Holz, Rinde oder andern Pflanzenmaterialien
DE1493051A1 (de) Hydrierverfahren
DE2645251C2 (de) Verfahren zur Herstellung und Gewinnung von Diisopropanolamin aus einem 1-(2-Hydroxypropyl)-4-methyl-oxazolidon-(2) enthaltenden Gemisch
DE2444827C2 (de) Verfahren zur Hydrierung von Kohle zusammen mit Schweröl und/oder Rückstand aus der Erdölverarbeitung
EP3484846B1 (de) Verfahren zur katalytischen erzeugung von ameisensäure und regeneration des dabei eingesetzten katalysators bei geringem überdruck
DE102017123807A1 (de) Verbessertes Verfahren zur Kohlenstoffdioxid-Extraktion von Phosphaten aus Rohstoffen
EP1575931A1 (de) Verfahren zur herstellung von trioxan
EP0346836A2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von 2-Furaldehyd, Cellulose und Lignin aus Lignocellulosematerialien
WO2006042760A1 (de) Verfahren zur behandlung von triazinhaltigem wasser einer melaminanlage
DE2821995C2 (de) Verfahren zur Gewinnung von wiederbenutzbaren Harnstoff-Kreislauflösungen in Harnstoff-Entparaffinierungsanlagen

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MT NL PL PT RO SE SI SK TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL BA HR MK YU

AKX Designation fees paid
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20080927

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: 8566