HTC/VTC Verfahren der Schlitt GmbH & Co. KG

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1 HTC/VTC Verfahren der Schlitt GmbH & Co. KG Biokohle Klimaretter oder Mogelpackung? Risiken und Chancen für die Abfallwirtschaft Berlin, Antrifttal, den

2 Hydrothermale Carbonisierung von Biomasse Reaktorkonzept Versuchsreaktor im Planungsstadium Zufuhr im 5- min-takt Reaktion bei 12 bar, 187 C 4 bis 8 Stunden Heizung mittels Thermoöl 3 Kühlsyteme Entnahme im 5-min- Takt

3 Schlitt-DBU-Versuchsreaktor Reaktor im Stahlgerüst, teilisoliert Reaktordeckel mit Anschlußflanschen 3

4 Schlitt-DBU-Versuchsreaktor Entnahme unten mittels Abzugspresse Presslinge bei Entnahme aus der Abzugspresse Rainer Schlitt und Fritz Richart und nach Trocknung 4

5 Schlitt-DBU-Versuchsreaktor RI-Schema 5

6 Energiebilanz am HTC-Reaktor Aus den Erfahrungen mit dem Versuchsreaktor wurde das nebenstehende Projektbeispiel für einen Durchlaufreaktor mit einer Tageskapazität von ca. 50 t Biomasse (80 % Wasseranteil) abgeleitet. Der Durchlaufreaktor mit 1,2 m Durchmesser und 18 m Länge wird mit ca. 2 t/h Biomasse (w = 80 %) beschickt. Durch Prozesswasserrecycling und interne Wärmerückgewinnung wird eine ausgeglichene Energiebilanz erreicht: Die feuchte Biomasse wird ohne Zufuhr von externer Wärme mittels Prozesswasserwärme, Abkühlwärme aus dem Reaktor und Reaktionswärme auf die erforderliche Prozesstemperatur (197 C) erwärmt. Voraussetzung dafür sind jedoch: eine Reaktionswärme von ca. 2,3 MJ/kg (ca. 12% des Heizwertes) sowie eine aufwändige Wärmerückgewinnung (> 60%) innerhalb des Reaktors von den heißen Zonen in der Nähe des Austritts zu den kühlen Zonen in Eintrittsnähe. 6

7 Wärme-Überschuss bzw. Defizit für das Projektbeispiel Der Wassergehalt der Biomasse stellt eine hohe Belastung für die Energiebilanz dar: Je höher der Wassergehalt umso schwieriger wird es, einen energieautarken Betrieb zu erreichen. Andererseits muss die Biomasse für einen Durchlaufreaktor fluidisiert werden, d. h. auf > 90 % Wassergehalt verdünnt werden. Anders lässt sich die Anhebung des Drucks von Umgebung auf Prozessniveau nicht realisieren. Damit wird eine sehr hohe, mit derzeitigen apparativen Möglichkeiten kaum zu erreichende Rückwärmequote (>> 80 %) benötigt, wenn der Prozess halbwegs energieautark betrieben werden soll. Diese Fakten waren der Anlass, den HTC-Prozess weiter zu entwickeln: Umstellung auf Batch-Verfahren Verwendung von Dampf als Wärmeträger- und Reaktionsmedium Damit war eine neue Carbonisierungstechnik für Biomasse gefunden worden: Die Vapothermale Carbonisierung (VTC) 7

8 Vapothermale Carbonisierung (VTC) - die wasserarme Prozessvariant der HTC Autoklav (ca. 77 m 3 ) zur Durchführung von Großversuchen mit der Vapothermalen Carbonisierung in Ohmes

9 Vapothermale Carbonisierung (VTC) - die wasserarme Prozessvariant der HTC Großversuche im HTC-Entwicklungszentrum in Ohmes Siebbehälter mit carbonisierter Biomasse

10 VTC-Schaltschema mit 3 Autoklaven und 1 Ruthsspeicher Dampfleitungen Prozesswasserleitungen

11 VTC - Zeitgang bei 3 Autoklaven Zyklusdauer 360 Minuten

12 VTC - Druck-Zeit-Ganglinie beim Aufheizen Start Vorheizen Reaktion (Brüten 1) A 1 wird mit Dampf aus B aufgeheizt A2 expandiert in A1 Ende der Vorheizphase, Beginn der Reaktion

13 VTC Druck -Zeit-Ganglinie Ruthsspeicher Autoklav 1 Autoklav 2 Autoklav 3

14 Zusammenfassung Das hier eingangs vorgestellte Verfahren der HTC von Biomasse wurde von der Schlitt GmbH & Co. KG mit Förderung der DBU von 2007 bis 2009 entwickelt. Damit lassen sich in einem Quasi -Durchlaufverfahren diverse Arten von Biomasse hydrothermal carbonisieren. Die Betriebserfahrungen zeigen, dass die HTC wegen der hohen Wassermengen, die dabei als Prozesswasser verwendet werden müssen, eine energieautarke Prozessführung nicht zulassen. Die Auswaschung von Biomasse in der wässrigen Umgebung ergibt hohe CSB-Werte und feinste Kohlepartikel im Prozesswasser, die den Betrieb und die Abwasserentsorgung erheblich belasten. Wegen der großen spezifischen Wassermengen ist eine Anwendung der HTC in einem größeren industriellen Maßstab kaum vorstellbar. Aufgrund von umfangreichen Laborversuchen (3-Liter-Reaktor, 70 Liter-Reaktor) und mehreren erfolgreichen Großversuchen in einem 77-Kubikmeter-Reaktor wurde die Vapothermale Carbonisierung (VTC) als wasserarme Variante der HTC entwickelt, mit der im diskontinuierlichen Prozess durch Wechsel von Heisswasser zu Hochdruckdampf als Wärmeträger das Energie- und das Abwasserproblem nachhaltig gelöst werden kann. Wesentliches Merkmal dieser Verfahrensweise ist der Einsatz von Dampfgefällespeichern ( Ruthsspeichern ) für die Energierückgewinnung. Neben der weitaus günstigeren Energiebilanz weist die VTC noch andere Vorteile sicherheits- und betriebstechnischer Art auf. Mit der VTC steht damit ein Verfahren zur Verfügung, das in naher Zukunft eine großtechnische Anwendung der Carbonisierung von Biomasse unter betriebswirtschaftlich auskömmlichen Bedingungen ermöglicht.

15 Ausblick Die HTC bedarf noch weiterer Forschungs- und Entwicklungsarbeiten. Das HTC- Entwicklungszentrum Ohmes verfügt über mehrere Einrichtungen, die zukünftig für diese Aufgaben eingesetzt werden. Neben dem DBU-Versuchsreaktor können Reihenuntersuchungen in kleineren Autoklaven bis zu einem Druck von 60 bar durchgeführt werden. Ein Forschungsvorhaben zusammen mit der Technischen Hochschule Mittelhessen (früher FH Giessen-Friedberg) ist in Vorbereitung, u. a. mit dem Ziel, Biokohle aus der HTC/VTC für die energetische Verwertung auf dem Wärmemarkt aufzubereiten. Die Entstehung einer Mogelpackung soll damit verhindert werden. Die Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten werden nicht auf die HTC/VTC begrenzt, sondern auf andere Gebiete ausgedehnt. Inhalte und Ziele dieser Aktivitäten sind: Forschung Entwicklung - Projektierung Nachhaltige Energie- und Umwelt-Technik der RICHARTS + SCHLITT GBR Kirchstraße 42 D Antrifttal-Ohmes