Umwandlung von Biomasse

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, deren Verwendung, ein Verfahren und ein System zur kontinuierlichen Umwandlung von Biomasse, insbesondere betrifft die o vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung, ein Verfahren und ein System, bei dem

Biomasse getrocknet, entgast, verkohlt und gesammelt wird.

Im Folgenden wird der Stand der Technik kurz zusammengefasst.

5 Die DE 10 2005 038 135 B3 offenbart eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Holzkohle in einem Wanderbett aus Holz oder anderer Biomasse. Die Vorrichtung umfasst eine Zufuhrvorrichtung für Holz oder andere Biomasse, einen Schacht, in dem das Wanderbett aus Holz oder anderer Biomasse aufgenommen, getrocknet, entgast und verkohlt wird, ein oder mehrere im unteren Bereich des Schachts angeordnete o Luftzuführungsmittel und einen im unteren Bereich des Schachts angeordneten Gitterrost.

Die den Gitterrost passierende Holzkohle wird darunter in einem Wasserbecken aufgefangen, abgekühlt, aus dem Wasserbecken gefördert und muss vor der weiteren Verwendung getrocknet werden.

5 Die DE 3517972 Al offenbart eine kombinierte Austrags- und Kühleinrichtung für Holzkohle aus Gegenstromverkohlungsanlagen. Zur Verringerung der thermischen Belastung der Austragsorgane sowie zur Vermeidung von Falschlufteintritt in den Verkohlungsbehälter und damit verbundenem unkontrollierten Abbrand der Holzkohle wird die Holzkohle an den wassergekühlten Wänden eines Troges vorgekühlt, bevor sie in eine Austragsschnecke im Bodenbereich des Troges gelangt, welche die Holzkohle aus dem seitlich offenen Trog herausfördert.

Die EP 1 473 351 Al offenbart eine Verfahren und ein System zur rauchlosen Herstellung von Kohle. Das Ausgangsmaterial, z.B. Holz oder Bambus, wird dabei großer Hitze ausgesetzt. Die Hitze entsteht durch Verbrennen der Gase, die durch Erhitzen des Materials frei werden. Das Material wird nicht vollständig verbrannt, sondern der Abbrand durch Luftzufuhr geregelt. Dieses System umfasst eine Materialladeöffnung, über die das Material eingebracht wird. Das Material wird dann sequentiell in einer Kammer karbonisiert, wobei es zunächst entgast bzw. getrocknet wird. Dabei wird Kohlendioxid,

Kohlenmonoxid und Holzessig frei, wobei die Abgase seitlich am Boden der Kammer in einem parallel zur Kammer verlaufenden Kamin nach oben abgeführt werden. Das poröse Kohlenstoffprodukt (Holzkohle) fällt durch ein Gitter im Boden der Kammer auf eine Führungsrutsche und dann über ein Fördermittel in einen Sammelbehälter. Die Wandung der Rutsche wird von Kühlflüssigkeit durchflössen und kühlt dadurch das poröse

Kohlenstoffprodukt. Der gefüllte Sammelbehälter ist zum Leeren über eine Klappe nach außen entnehmbar.

Die EP 1 508 607 offenbart einen Reaktor zur Erzeugung von Holzkohle. Der Reaktor ist in einem kontinuierlichen Betrieb von oben mit Einfüllgut (Holz) beschickbar, und an der

Unterseite des Reaktors erfolgt der Austrag verkohlter Produkte durch eine Förderanlage in einen dicht verschließbaren Aufnahmebehälter. Die Verkohlung im Reaktor ist durch eine Luftzutrittseinrichtung steuerbar. Im unteren Teil diese Reaktors ist ein gelochter Korb angeordnet, in dem das Kohlungsgut verkohlt wird. Die Öffnungen des gelochten Korbs ermöglichen Frischluftzufuhr. Der Korb ist konisch ausgeführt und weist eine kleine Öffnung nach unten auf. Die konische Form dient zur Steuerung der Verweilzeit des Kohlungsguts im Bereich des Gitterkorbs. Das beim Kohlungsprozess entstehende Rauchgas wird im oberen Bereich des Reaktors über eine Rauchabzug abgeführt und zu einem Separator geleitet, der Holzöl abscheidet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte und vereinfachte Vorrichtung, deren Verwendung, ein Verfahren und System zur kontinuierlichen Umwandlung von Biomasse bereitzustellen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Varianten und bevorzugte Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen.

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Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 umfasst einen Zufiihrbereich zur Aufnahme eines Wanderbetts aus Biomasse, insbesondere Holz, mit: einem oberen Abschnitt zum Trocknen, einem mittleren Abschnitt, einer Flammzone, zum Entgasen und einem unteren Abschnitt, einer Glimmzone, zum Verkohlen der Biomasse zu einem festen o Umwandlungsprodukt, insbesondere Holzkohle; einem Gitterrost, der das Wanderbett abstützt und der für das feste Umwandlungsprodukt nach unten durchlässig ist, wobei ein Sammelbehälter zum Sammeln des festen Umwandlungsprodukts vorgesehen ist, der unter dem Gitterrost angeordnet, gasdicht zur Umgebung mit dem Zufuhrbereich koppelbar ist und einen Wandbereich mit einer Kühleinrichtung aufweist. 5

Damit kann ein Wasserbecken zum Stoppen des Verkohlungsprozesses entfallen. Es ist lediglich ein dichter, kühlender Sammelbehälter erforderlich. Das feste Umwandlungsprodukt, ein Kohlenstoffkonzentrat, d.h. ein Umwandlungsprodukt, das im wesentlichen Kohlenstoff umfasst, z.B. Holzkohle, muss also nicht mehr nass aus einem o kühlenden Wasserbecken entnommen werden und anschließend getrocknet werden, sondern kann sofort nach dem Abkühlen im Sammelbehälter weiter genutzt werden.

Außerdem erlaubt die Anordnung des Sammelbehälters (direkt) unter dem Gitterrost, dass das feste Umwandlungsprodukt allein durch die Schwerkraft in den Sammelbehälter fällt. 5 Ein zusätzliches Fördermittel und eine ggf. dazu erforderliche Kühlung des etwaigen

Fördermittels, wie es bei der DE 3517972 Al eingesetzt wird, oder einer gekühlten Führungsrutsche wie bei der EP 1 473 351 Al können dadurch ebenfalls entfallen.

Durch den einfachen Aufbau der erfindungsgemäßen Umwandlungsvorrichtung ist auch o die Abdichtung zur Umgebung an der Schnittstelle zwischen Sammelbehälter und

Zufuhrbereich leicht zu realisieren. Sie bewirkt, dass der Umwandlungsprozess im Sammelbehälter zuverlässig gestoppt wird, indem zum einen die Temperatur herabgesenkt wird und zum anderen Verbrennungsgase bzw. Luftsauerstoff im Zufuhrbereich verbleiben (Kaminwirkung) und so der Verkohlungsprozess in zweifacher Weise unterbrochen wird.

Im Wesentlichen eignet sich jede Art von biologischen Festbrennstoffen, gemäß DIN 5 preEN 14961-1 :2009 insbesondere die Herkunftsklassen zerkleinertes Wald-, Plantagen-, Industrie-, oder Gebrauchtholz bzw. Mischungen daraus. Diese Herkunftsklassen können hinsichtlich ihrer Handelsform weiter unterschieden werden: Stückholz, z.B. Scheite; Hackschnitzel (im Folgenden auch allgemein als Hackgut bezeichnet), z.B. mit schneidenden Werkzeugen zerkleinertes Holz; Schreddergut, z.B. mit stumpfen, o zertrümmernden Werkzeugen zerkleinertes Holz; Pellets oder Briketts.

Wald- und/oder Plantagenholz umfasst insbesondere Vollbäume, Stammholz, Waldrestholz, Stümpfe, Rinde und holzartige Biomasse aus der Landwirtschaftspflege. Industrieholz kann chemisch unbehandelte Holzrückstände, chemisch behandelte 5 Holzrückstände und faserige Abfälle aus der Zellstoff- und Papierindustrie umfassen.

Gebrauchtholz umfasst im Wesentlichen chemisch behandeltes und unbehandeltes Holz.

Zerkleinerte holzartige Biomasse ist preiswert, da sie maschinell z.B. aus Abfallprodukten der Forstwirtschaft herstellbar ist. Die zerkleinerte holzartige Biomasse kann weniger o sperrig als unzerkleinerte holzartige Biomasse sein und dadurch leichter zu transportieren.

Neben holzartiger Biomasse ist auch Halmgutartige Biomasse, z.B. Getreide, Gräser etc., und Biomasse von Früchten geeignet.

5 Auch begrenzt lagerungsfähiges Hackgut hoher Feuchtigkeit, insbesondere Hackgut mit einer Feuchtigkeit von > 30%, ist geeignet.

Wird Hackgut beispielsweise aus zerkleinertem erntefrischen Holz hoher Feuchtigkeit von über 30% oder von über 50% hergestellt, so kann sich das angehäufte Hackgut bei o Lagerung durch biologische Umsetzungsprozesse bis zur Selbstentzündung erhitzen.

Ferner können gesundheitsschädliche Schimmelpilze entstehen. Holzzersetzende Pilze können bei hoher Feuchtigkeit ebenfalls gute Bedingungen vorfinden und dadurch den Energiegehalt des Hackguts verringern. Daher wird unzerkleinertes Holz oft vorgetrocknet und als zerkleinertes Hackgut dann weiter getrocknet. Dies ist jedoch zeitaufwendig, erfordert viel evtl. überdachte und durchlüftete Lagerkapazität sowie bereits qualitativ hochwertig hergestelltes Hackgut, d.h. 5 Hackgut mit einer Feuchtigkeit < 30% in grober scharfkantiger Form mit einer

Kantenlänge von etwa 5 cm, bei dem Grünanteile und Feinmaterial aussortiert wurden, sodass bei geschütteter Lagerung genügend Zwischenräume zur Luftzirkulierung und weiteren Trocknung bleiben.

o Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll auch qualitativ schlechter hergestelltes Hackgut, d.h. Hackgut mit einer Feuchtigkeit von > 30% und/oder Feinmaterialanteil und/oder Grünanteilen und/oder zerbreitem Zustand und/oder viel Nadel- und/oder Blattanteil zu wertvoller Holzkohle umwandeln. Dadurch erspart bzw. verringert die erfindungsgemäße Vorrichtung beispielsweise das Vortrocknen des unzerkleinertes Holzes; das weitere 5 Trocknen des Hackguts; das Aussortieren etwaiger Feinanteile, Grünanteile, Nadel- und Blattanteile; sowie Zeitaufwand und Lagerkapazität. Ferner ist das Gewicht pro Brennwert bei dem Umwandlungsprodukt Holzkohle niedriger als bei Hackgut, sodass im Allgemeinen geringere Transportkosten für Holzkohle anfallen.

o Die Größe von Bestandteilen in der Biomasse und/oder die Schüttdichte der Biomasse (d.h. das Gewicht/Volumen der Biomasse im geschütteten Zustand) können unter anderem das Fließverhalten des Wanderbetts aus Biomasse beeinflussen. Insbesondere führt eine hohe Schüttdichte einer Biomasse im Zufuhrbereich zu einem höheren Druck auf den Gitterrost als eine Biomasse mit niedrigerer Schüttdichte - bei gleichem Volumen - verursachen 5 würde. Der Druck auf den Gitterrost kann unter anderem durch folgende Maßnahmen verändert werden: Vergrößern oder Verkleinern des Zufuhrbereichs; hohe oder niedrige Füllhöhe der im Zufuhrbereich aufgenommenen Biomasse; Verdichten oder Auflockern der Biomasse mit einer Verdichtungsvorrichtung (z.B. Häcksler, Presse) oder Auflockerungsvorrichtung (z.B. Rechen) oder Verändern der Größe der Öffnungen des o Gitterrosts. Dazu sind Öffnungen des Gitterrosts im Zufuhrbereich beispielsweise verstellbar ausgeführt, sodass die Kohlengröße bzw. die Fließrate der Biomasse durch die Größe der Öffnungen steuerbar ist. Ferner kann der Gitterrost gegen einen anderen Gitterrost ausgetauscht oder durch einen zusätzlichen Gitterrost erweitert werden, um verschieden große Öffnungen realisieren zu können.

Gemäß einer Weiterbildung steht der Sammelbehälter über einen sich zum Zufuhrbereich 5 hin aufweitenden Trichter und/oder eine Rohrleitung mit dem Zufuhrbereich in Verbindung.

Es können drei alternative Ausführungsformen, wie der Sammelbehälter mit dem Zufuhrbereich in Verbindung steht, unterschieden werden: 0

Erstens, der Sammelbehälter steht über eine Rohrleitung mit dem Zufuhrbereich in Verbindung. Der Vorteil, dass das feste Umwandlungsprodukt durch die Schwerkraft in den Sammelbehälter fällt und dort gesammelt werden kann, bleibt erhalten. Durch die Rohrleitung, ggf. mit geringerem Querschnitt, wird aber die Temperaturdifferenz zwischen 5 dem gekühlten Sammelbehälter und der Glimmzone im Zufuhrbereich erhöht, da so die Strahlungswärme aus der Glimmzone besser abgeschirmt wird. Damit wird die Kühlung im Sammelbehälter erleichtert und auch der Umwandlungsprozess im Zufuhrbereich erfolgt mit geringeren thermischen Verlusten.

o Zweitens, der Sammelbehälter kann über einen sich zum Zufuhrbereich hin aufweitenden Trichter mit dem Zufuhrbereich in Verbindung stehen. Das hat den Vorteil, dass der Behälter nur eine kleine abzudichtende Öffnung braucht und trotzdem das feste Umwandlungsprodukt durch die Schwerkraft in den Sammelbehälter fällt und dort gesammelt werden kann. Dies vereinfacht die Konstruktion und verbessert ebenfalls die 5 thermische Entkopplung zwischen Sammelbehälter und Zufuhrbereich.

Drittens, der Sammelbehälter kann über eine Rohrleitung und einen sich an die Rohrleitung anschließenden und zum Zufuhrbereich hin aufweitenden Trichter mit dem Zufuhrbereich in Verbindung stehen. Dadurch können die zu Erstens und Zweitens o genannten Vorteile kombiniert werden.

Weiterhin können im Trichter- und Rohrleitungsbereich weitere Einrichtungen (Austragmittel, Belüftung, Temperaturmessung etc.) angeordnet werden. Gemäß einer Weiterbildung ist der Sammelbehälter abnehmbar mit dem Zufuhrbereich gekoppelt und/oder eine Entladevorrichtung ist am Sammelbehälter angeordnet, um das feste Umwandlungsprodukt auszutragen. Vorzugsweise kann der Sammelbehälter auch mit 5 einem Wechseleinsatz versehen.

Der Sammelbehälter kann durch bekannte Mechanismen (wie z.B. Muffe, Dichtleiste, Manschette) mit dem Zufuhrbereich gekoppelt sein. Bei Bedarf wird der Mechanismus geöffnet bzw. entfernt, um den Sammelbehälter vom Zufuhrbereich zu entkoppeln. 0

Der Sammelbehälter kann außerdem mit Rädern, Rollen oder dergleichen ausgestattet sein, sodass ein erster Sammelbehälter, wenn er mit dem festen Umwandlungsprodukt gefüllt und dieses darin abgekühlt ist, gegen einen zweiten leeren Sammelbehälter ausgetauscht werden kann. Ein Vorteil austauschbarer Sammelbehälter liegt darin, dass solche Behälter 5 zugleich als Transportbehälter dienen können.

Ferner kann das im Sammelbehälter gesammelte und abgekühlte feste Umwandlungsprodukt durch eine am oder im Sammelbehälter angeordnete Entladevorrichtung, wie z.B. eine Klappe, ein Schieber, eine Zellenradschleuse oder o dergleichen ausgetragen werden.

Außerdem kann der Sammelbehälter einen entnehmbaren Einsatz umfassen. Der Einsatz kann als ein nach oben offener Behälter (Trog) ausgelegt sein, der im Sammelbehälter so angeordnet ist, dass er das feste Umwandlungsprodukt sammeln und/oder abkühlen kann. 5 Der Einsatz kann aus dem Sammelbehälter durch eine dort angeordnete gasdicht zur

Umgebung verschließbare Klappe oder dergleichen entnommen werden und gegen einen anderen leeren Einsatz ausgetauscht werden. Der Zwischenraum zwischen Sammelbehälter und Einsatz kann dann zusätzlich ein Kühlmedium aufnehmen.

o Beispielsweise kann der Sammelbehälter auch als drehbares Wechselmagazin ausgeführt sein. In diesem Fall kann ein Magazinteil, wenn er mit dem festen Umwandlungsprodukt gefüllt ist und das feste Umwandlungsprodukt darin abgekühlt ist, von der Rohrleitung, dem Trichter und/oder dem Zufuhrbereich weggedreht werden und gleichzeitig ein leeres Magazinteil hingedreht werden und gasdicht zur Umgebung angekoppelt werden. Damit ist ein weitgehend kontinuierlicher Betrieb ohne Entnahmeverluste möglich.

Gemäß einer Weiterbildung ist eine Luftzufuhr zwischen Gitterrost und Sammelbehälter 5 vorgesehen, über welche eine steuerbare Luftmenge zuführbar ist. Die Luftzufuhr ist vorzugsweise durch zwei passend ineinander angeordnete Rohrstücke ausgebildet, die jeweils in Ihrer Wandung Längsschlitze aufweisen.

Ein Rohrstück, z.B. das innenliegende Rohrstück, kann zum anderen, z.B. das äußere o Rohrstück, drehbar und/oder längsverschiebbar angeordnet sein. Eines der Rohrstücke ist an einer Stirnseite verschlossen. Die Längsschlitze der beiden Rohrstücke können so in den Seitenwänden angeordnet sein, dass sie bei einer bestimmten Stellung der Rohrstücke zueinander fluchten. Die Luftzufuhr ist geöffnet. In einer anderen Drehstellung können jeweils die Zwischenräume des einen Rohrstücks die Schlitze des anderen überdecken. Die 5 Luftzufuhr ist verschlossen.

Fluchten die Schlitze der beiden Rohrstücke miteinander, so wird eine maximale Öffnung zum Einlass von Luft in die Vorrichtung gebildet. Wird dann beispielsweise das innenliegende Rohrstück verdreht oder längsverschoben, so verringern sich die o Überlappungen der Schlitze und damit die Öffnung zum Einlass von Luft in die

Vorrichtung. Das innenliegende Rohrstück kann so weit verdreht oder verschoben werden, dass keine Überlappung der Schlitze mehr vorliegt, d.h. keine Öffnung zum Einlass von Luft mehr zur Verfügung steht.

5 Die Luftzufuhr kann die in die Vorrichtung einströmende Luftmenge und dadurch den

Prozess der Verkohlung von Biomasse im Zuftihrbereich steuern.

Als weitere Implementierungen der Luftzufuhr kann beispielsweise eine Klappe, ein Ventil oder dergleichen verwendet werden. Auch bekannte Belüftungsrosetten können o vorgesehen werden. Gemäß einer Weiterbildung ist die Kühleinrichtung ein passives

Wärmeübertragungsmittel, wie eine bestimmte Form oder Oberfläche des Wandbereichs, und/oder ein aktives Wärmeübertragungsmittel, wie eine elektrische Kühleinrichtung.

5 Der Vorteil einer Kühleinrichtung, die durch die Form oder Oberfläche des Wandbereichs, wie z.B. Sicken und Ausbuchtungen, gebildet wird, liegt darin, dass die passive Kühlwirkung der Umgebung optimal nutzbar ist (Wind, kalte oder feuchte Luft, Regen etc.). Eine solche Form kann z.B. eine mit dem Wandbereich integral ausgebildete bzw. thermisch gekoppelte Kühlrippe oder dergleichen sein. Die Oberfläche des gesamten o Wandbereichs des Sammelbehälters kann z.B. im Verhältnis zu dessen Volumen maximiert sein, um z.B. von Umgebungsluft umströmt als Kühleinrichtung zu wirken.

Vorzugsweise kühlt die Kühleinrichtung das im Sammelbehälter gesammelte feste Umwandlungsprodukt wenigstens so stark ab, dass es gefahrlos, d.h. ohne sich bei der 5 Entnahme selbst zu entzünden, der Umgebungsluft ausgesetzt werden kann. Die

Zündtemperatur ist dabei die Temperatur, bei der sich das feste Umwandlungsprodukt in Umgebungsluft gerade noch selbst entzünden würde.

Gemäß einer Weiterbildung ist die Kühleinrichtung eine Fluidkühleinrichtung, die o vorzugsweise am Wandbereich angeordnet ist. Die Fluidkühleinrichtung kann aktiv, z.B. mit einer Umwälzpumpe, oder passiv, z.B. durch Konvektion, betrieben werden.

Gemäß einer Weiterbildung ist wenigstens im Inneren der Vorrichtung unterhalb des Wanderbetts wenigstens eine Auffangeinrichtung vorgesehen, insbesondere eine Rinne, 5 zum Auffangen und Ableiten eines an einer vertikalen Seitenwand der Vorrichtung kondensierten flüssigen Umwandlungsprodukts, insbesondere Holzessig, Wasser, Essigsäure, Aceton, Essigsäuremethylester, Acetaldehyd oder Methanol, nach außen.

Über so eine Auffangeinrichtung kann neben dem festen Umwandlungsprodukt ein o flüssiges Umwandlungsprodukt entnommen werden. Bei der Umwandlung von Biomasse können auch direkt flüssige Umwandlungsprodukte anfallen oder zunächst gas- /dampfförmig entstehen und dann wenigstens teilweise kondensieren; meist an kühleren Bereichen, insbesondere den Seitenwänden des Zufuhrbereichs. Das flüssige Umwandlungsprodukt fließt dann nach unten und gelangt in die Auffangeinrichtung. Die Auffangeinrichtung, z.B. eine Rinne, kann in sich so geneigt sein, dass das flüssige Umwandlungsprodukt/-e darin zu deren tiefstliegenster Stelle fließen und von dort abgeleitet werden kann/können.

Vorzugsweise ist die Rinne innerhalb der Vorrichtung unterhalb des Gitterrosts am Trichter und/oder am Rohr vorgesehen. Die Rinne kann auch am oder nahe dem Gitterrost vorgesehen sein. Ferner können mehrere Rinnen an mehreren Stellen innerhalb der Umwandlungsvorrichtung vorgesehen sein.

Gemäß einer Weiterbildung leitet ein Ableitmittel, insbesondere ein Siphon, das flüssige Umwandlungsprodukt ab. Der Siphon, z.B. ein Röhrensiphon oder Flaschensiphon, kann den Eintritt von Gasen, z.B. Luftsauerstoff, in die Umwandlungsvorrichtung und den Austritt eines gasförmigen Umwandlungsprodukts aus der Umwandlungsvorrichtung verhindern und gleichzeitig das flüssige Umwandlungsprodukt ableiten.

So werden Flüssigkeiten nur in eine Richtung aus der Vorrichtung abgeleitet, wobei jedoch weder Gas von außen durch das Ableitmittel in die Vorrichtung gelangt, noch etwaige gasförmige Umwandlungsprodukte aus der Vorrichtung nach außen.

Gemäß einer Weiterbildung werden im Betrieb Abgase nach oben durch den Zufuhrbereich abgeführt und oberhalb des Zufuhrbereichs in eine Kolonne oder einen Destillator geleitet. Dort ist wenigstens ein flüchtiges Umwandlungsprodukt wenigstens teilweise abscheidbar. Dazu ist ein Ableitmittel (z.B. Siphon) vorgesehen, welches das abgeschiedene Umwandlungsprodukt ableitet.

So kann die Vorrichtung sowohl feste, flüssige als auch gasförmige bzw. flüchtige Umwandlungsprodukte aus der Umwandlung von Biomasse extrahieren und diese austragen bzw. ableiten.

Der Vorteil einer Kolonne, d.h. eines Mehrfachdestillators zur Destillation und Fraktionierung von Gasen mit unterschiedlichen Kondensationstemperaturen, liegt darin, verschiedene, während der Umwandlung vorliegende gas-/dampfförmige Umwandlungsprodukte zu destillieren und zu fraktionieren bzw. abzuscheiden, wie z.B. Wasser, Essigsäure, Aceton, Essigsäuremethylester, Acetaldehyd oder Methanol. Der Vorteil eines (einfachen) Destillators liegt darin, ein flüchtiges Gemisch aus Umwandlungsprodukten abzuscheiden, z.B. Holzessig, der im Wesentlichen Essigsäure 5 und Wasser umfasst.

Gemäß einer Weiterbildung destilliert die Kolonne oder der Destillator Holzessig.

Der Holzessig oder die darin umfasste Essigsäure kann beispielweise einer Biogasanlage zur Methanogenese zugeführt werden. 0

Ein Verfahren zur kontinuierlichen Umwandlung von Biomasse weist gemäß Anspruch 13, die Schritte auf: Zuführen eines Wanderbetts aus Biomasse, insbesondere Holz, in einen Zufuhrbereich; Trocknen des Wanderbetts in einem oberen Abschnitt des Zufuhrbereichs; Entgasen des Wanderbetts in einer Flammzone in einem mittleren Abschnitt des 5 Zufuhrbereichs; Verkohlen des Wanderbetts in einer Glimmzone in einem unteren Abschnitt des Zufuhrbereichs zu einem festen Umwandlungsprodukt, insbesondere Holzkohle; Abstützen des Wanderbetts auf einem im unteren Bereich des Schachts angeordneten Gitterrost und Durchlassen des festen Umwandlungsprodukts nach unten; gekennzeichnet durch Sammeln das festen Umwandlungsprodukts in einem o Sammelbehälter, Anordnen des Sammelbehälters unter dem Gitterrost, Koppeln des Sammelbehälters mit dem Zufuhrbereich gasdicht zur Umgebung und Kühlen eines Wandbereichs des Sammelbehälters.

Gemäß einer Weiterbildung umfasst die Biomasse für das erfindungsgemäße Verfahren 5 zerkleinertes Wald- und/oder Plantagenholz und/oder Industrieholz und/oder

Gebrauchtholz oder Mischungen daraus.

Gemäß einer Weiterbildung umfasst die Biomasse für das erfindungsgemäße Verfahren zerkleinertes begrenzt lagerungsfähiges Hackgut hoher Feuchtigkeit, insbesondere Hackgut o mit einer Feuchtigkeit von > 30%.

Anspruch 16 betrifft ein System mit einer erfindungsgemäßen Umwandlungsvorrichtung, in der das Verfahren zur kontinuierlichen Umwandlung von Biomasse gemäß Anspruch 13 durchführbar ist und einer Biogasanlage und/oder einem Blockheizkraftwerk, wobei ein flüssiges Umwandlungsprodukt aus der Umwandlung von Biomasse, insbesondere Holzessig oder Essigsäure, der Biogasanlage zuführbar ist und/oder ein festes Umwandlungsprodukt aus der Umwandlung von Biomasse, insbesondere Holzkohle, 5 einem Blockheizkraftwerk zuführbar ist.

So eine Kombination aus Umwandlungsvorrichtung, Biogasanlage und Blockheizkraftwerk führt zu einem flexiblen System, das unter Nutzung erneuerbarer Energien mit hohem Wirkungsgrad Wärmeenergie und elektrischen Strom erzeugen kann. o Die Umwandlungsvorrichtung kann neben Holzkohle für das Blockheizkraft, das seinerseits u.a. elektrischen Strom erzeugt, auch Holzessig oder Essigsäure zur Verwendung in einer Biogasanlage erzeugen. Die Essigsäure kann der Biogasanlage zur Methanogenese zugeführt werden. Im Blockheizkraftwerk ist die nahezu rußfreie Verbrennung von Holzkohle nützlich, da insbesondere deren Brennkammer und 5 Wärmetauscher nicht mehr so stark verrußen und daher seltener gewartet werden müssen. Die Biogasanlage kann ebenfalls von einem Nebenprodukt der Holzkohleherstellung profitieren, indem ihr der Holzessig oder Essigsäure zur Steuerung der bei ihr ablaufenden chemischen Reaktionen zugeführt wird.

o Anspruch 17 betrifft eine Verwendung der erfϊndungsgemäßen Umwandlungsvorrichtung zur Umwandlung von Holzhackgut in Holzkohle.

Nachstehend werden weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen: 5

Fig. 1 eine schematische Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen

Vorrichtung

Fig. 2a und 2b jeweils eine Ansicht einer Luftzufuhr und

Fig. 3 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Systems 0

Fig. 1 zeigt eine Umwandlungsvorrichtung 100 zur kontinuierlichen Umwandlung von Biomasse 102 mit einem senkrecht stehenden, zylinderförmigen Zufuhrbereich 104, der einen Innenraum 106 definiert, einer Wandung 108 und einem einen Boden bildenden Gitterrost 110 und ein am Deckel 112 des Zufuhrbereichs 104 angeordneten Einfülltrichter 1 14, der durch eine Klappe 1 16 gasdicht zur Umgebung verschließbar ist. Der Einfülltrichter 1 14 steht mit dem Innenraum 106 des Zufuhrbereichs 104 in Verbindung.

5 Ferner ist am Deckel 1 12 eine Kolonne 1 18 angeordnet, die mit dem Zufuhrbereich 104 in Verbindung steht. Unter dem Gitterrost 1 10 ist ein sich nach unten verjüngender Trichter 120 mit seiner Trichterwandung 122 mit dem Zufuhrbereich 104 verbunden.

Innen an der Trichterwandung 122 ist eine umlaufende Auffangrinne 124 angeordnet. Sie o ist in sich so geneigt, dass sie eine tiefste Stelle 126 hat. An dieser tiefsten Stelle 126 führt ein Leitung durch die Trichterwandung 122 nach außen zu einem Siphon 128.

An das untere enge Ende des Trichters 120 ist eine weiter nach unten führende Rohrleitung 130 angeschlossen. Die Rohrleitung 130 hat eine Rohrwandung 132, in die auf halber 5 Höhe von einer Luftzufuhr 134 eingesetzt ist. An die Rohrleitung 130 schließt nach unten ein quaderförmiger Sammelbehälter 136 an, der entfernbar und gasdicht von der Umgebung mit der Rohrleitung 130 koppelbar ist. Stützen 138, von den zwei in Fig. 1 sichtbar sind, tragen die Umwandlungsvorrichtung 100. Wandbereiche des Sammelbehälters 136 sind mit Kühlrippen 160 versehen. 0

Durch den Einfülltrichter 114 gelangt Biomasse 102, z.B. Holz, Holzpellets, Holzhackschnitzel oder andere kohlenstoffhaltige Ausgangsprodukte, kontinuierlich oder chargenweise in den Innenraum 106. Beim Anfahren wird die Vorrichtung zu etwa ³ A mit Biomasse 102 gefüllt, die dann entzündet wird. Hat die Biomasse 102 eine niedrige 5 Schüttdichte, wie z.B. Hobelspäne oder Stroh (z.B. Schüttdichte von 100 kg/m ³ ), so wird die Biomasse 102 durch eine Presse gepresst, dann durch den Einfülltrichter 114 zugeführt und der Innenraum 106 nahezu vollständig gefüllt. Im eingefahrenen Betrieb weist der Zufuhrbereich 104 drei Abschnitte auf: einen oberer Abschnitt 140, in der die Biomasse 102 durch aufsteigende warme Dämpfe und Gase 144 im Zufuhrbereich 104 getrocknet o wird. Unter dem oberen Abschnitt 140 schließt ein mittlerer Abschnitt 142 an, eine

Flammzone, in der die Dämpfe, z.B. Holzdämpfe bzw. -gase 144 aus der Biomasse entweichen und teilweise an der von unten durch die Luftzufuhr 134 einströmenden Luft verbrennen. Unter dem mittleren Abschnitt 142 schließt ein unterer Abschnitt 146 an, eine Glimmzone, in der die Temperatur durch einströmende Luft durch die gesteuerten Luftzufuhr 134 auf eine Temperatur von 500 - 600°C reguliert wird und in der weiter in der Biomasse vorhandene Produkte verbrannt und/oder verdampft werden, wobei dabei im Wesentlichen ein Kohlenstoffkonzentrat 158, z.B. Holzkohle, übrigbleibt, das so bröckelig 5 ist, dass er durch den Gitterrost 1 10 fällt.

Der Kohlenstoff 158 fällt durch den Druck der darüber befindlichen und kontinuierlich nachrückenden Biomasse 102 sowie durch die Schwerkraft bedingt durch den Gitterrost 1 10 hindurch. Öffnungen des Gitterrosts 1 10 sind verstellbar ausgeführt, sodass die o Kohlengröße bzw. die Fließrate der Biomasse 102 und des Kohlenstoffs 158 durch die

Größe der Öffnungen steuerbar ist. Kleine Öffnungen mit etwa 5 mm lichter Weite eignen sich z.B. für Kohle aus P16A Holzhackschnitzeln (s. Tabelle 1). Große Öffnungen mit einer lichten Weite von etwa 10 mm z.B. für Kohle aus P45A Holzhackschnitzeln (s. Tabelle 1). Der Kohlenstoff 158 fällt aufgrund der Schwerkraft durch den Trichter 120 und 5 die Rohrleitung 130 direkt in den Sammelbehälter 136. Ist der Sammelbehälter 136 voll, wird er gegen einen anderen leeren Sammelbehälter (nicht gezeigt) ausgetauscht.

Die in Fig. 1 gezeigte Luftzufuhr 134 in der Rohrleitung 130 steuert die Zufuhr von Luft bzw. Sauerstoff in den Innenraum 106. Durch die konvektiv erzeugte Gasströmung nach o oben im Zufuhrbereich 104 wird durch die geöffnete Luftzufuhr 134 Umgebungsluft angesaugt und durch die Rohrleitung 130 und den Trichter 120 nach oben in den Innenraum 160 gezogen. In den Sammelbehälter 136 gelangt keine Luft, da er selbst gasdicht zur Umgebung ausgebildet und gasdicht zur Umgebung mit der Rohrleitung 130 gekoppelt ist und daher kein Zug oder Kamineffekt entstehen kann, der Umgebungsluft 5 nach unten in den Sammelbehälter 136 fördern könnte. Die Holzkohle 158 bzw. der

Kohlenstoff wird also im Sammelbehälter weitgehend unter Luftabschluss gekühlt. Dadurch klingt der Verkohlungsprozess im Sammelbehälter schnell ab.

Teilweise kondensieren die bei der Umwandlung entstehenden gasförmigen o Umwandlungsprodukte 144 an der Wandung 108 und fließen gemeinsam mit anderen flüssigen Umwandlungsprodukten 156 (gepunktete Linien) entlang der Wandung 108 aufgrund der Schwerkraft nach unten, durch den Gitterrost 1 10 hindurch und von dort im oberen Bereich des Trichters 120 in die Rinne 124. Dort fließen alle flüssigen Umwandlungsprodukte 156 zur tiefsten Stelle 126 und werden von dort über den Siphon 128 aus der Umwandlungsvorrichtung 100 abgeleitet. Im Siphon 128 stehende Flüssigkeit bildet einen gasdichten Verschluss zwischen Umgebung und dem Innenraum des Trichters 120.

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Der Sammelbehälter 136 ist von lamellenartigen Kühlrippen 160 umgeben, die an Wandbereichen des Sammelbehälters 136 ausgebildet sind. Die Kühlrippen 160 vergrößern die Wandoberfläche, die effektiv mit der Umgebung in Kontakt steht. Da der Sammelbehälter 136 heiße Kohlestücke 158 sammelt, wird die in ihm vorhandene Wärme o über die Wandbereiche und die Kühlrippen 160 an die Umgebung abgegeben.

Dämpfe, bzw. flüchtige Umwandlungsprodukte 144 steigen teilweise im Innenraum 106 mit den Abgasen weiter nach oben in die Kolonne 118 und werden dort zum Teil abgeschieden und zu Stoffen 148 - 154 fraktioniert (Anzahl beispielhaft). Die 5 fraktionierten Stoffe 148 - 154 werden jeweils über Siphons (nicht gezeigt) aus der

Kolonne 118 abgeleitet. Die so gereinigten Restabgase treten aus der Kolonne 118 aus und werden in die Umgebung abgegeben oder ggf. weiter behandelt.

Als Biomasse 102 können alle Arten von Holzhackschnitzel eingesetzt werden. Die o Herkunft, Handelsform und Eigenschaften von Holzhackschnitzeln sind in der DIN prEN

14961-1 :2009 bzw. der bisher üblichen österreichischen Norm ÖNORM M 7133 klassifiziert, siehe Tabellen 1 und 2.

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0 Tabelle 1 : Holzhackschnitzelklassen - Korngrößenverteilung, gemäß DIN prEN 14961-1 :2009

Tabelle 2: Wassergehalt gemäß DIN prEN 14961-1 :2009

Die Umwandlungsvorrichtung 100 wandelt sowohl kleine und trockene Hackschnitzel, d.h. solche der Klassen P16A bis P45A bzw. MIO bis M30, in Holzkohle um als auch große und feuchte Hackschnitzel, d.h. solche der Klassen P45B bis PlOO bzw. M35 bis M55 oder

M55+ .

Da bei der Umwandlung im Zufuhrbereich 104 gleichzeitig eine schnelle Trocknung der 5 Hackschnitzel erfolgt, ist der anfängliche Wassergehalt bzw. die Feuchtigkeit der

Hackschnitzel nachrangig. Die Form (z.B. mit Feinanteilen, Grünanteilen, Nadel- und Blattanteilen) und Größe (z.B. P63, PlOO) der in der Umwandlungsvorrichtung 100 umzuwandelnden Hackschnitzel ist - sofern der Einfülltrichter 114 und der Innenraum 106 groß genug sind - nachrangig , da die daraus hergestellte Holzkohle beispielsweise o gemahlen und zu Holzkohlebriketts gepresst, unabhängig von der Ausgangsform und

-große der Hackschnitzel ist.

Fig. 2a zeigt eine perspektivische Explosionszeichnung einer Luftzufuhr 200. Die Luftzufuhr 200 ist einer Rohrleitung 201 angeordnet und durch zwei passend ineinander 5 angeordnete Rohrstücke 202, 204 ausgebildet, die jeweils in Ihrer Seitenwand

Längsschlitze 206 aufweisen. Das innenliegende Rohrstück 202 ist am von der Rohrleitung 201 abgewandten Ende durch einen Deckel 207 verschlossen. Die der Rohrleitung 201 zugewandten Enden der Rohrstücke 202, 204 sind offen.

o Das innenliegende Rohrstück 202 kann relative zum äußeren Rohrstück 204 so verdreht werden, dass die Längsschlitze 206 beider Rohrstücke 202, 204 miteinander fluchten, oder so, dass die Zwischenräume zwischen den Längsschlitzen 206 eines Rohrstücks 202, 204 die des anderen teilweise oder ganz überdecken.

5 Alternativ oder zusätzlich kann dass innere Rohrstück 202 relativ zum äußeren Rohrstück 206 in Längsrichtung verschoben werden. Auch dadurch können die Längsschlitze 202 der beiden Rohrleitungen 202, 206 miteinander gefluchtet werden oder durch die Zwischenräume zwischen den Längsschlitzen 202 des jeweils anderen Rohrstücks 202, 204 abgedeckt werden. 0

Durch das Drehen und Verschieben des inneren Rohrstücks 202 werden so der effektive Öffnungsquerschnitt zur Umgebung eingestellt und kann die in die Umwandlungsvorrichtung eingesaugte Luftmenge gesteuert. Zum Drehen des innenliegenden Rohrstücks 202 kann ein Betätigungshebel (nicht gezeigt) vorgesehen sein. Außerdem kann das innere Rohrstück an der Rohrleitung 201 angeordnet sein, und das äußere Rohrstück um das innere herum verdrehbar und verschiebbar 5 angeordnet sein. Der Deckel 207 ist dementsprechend dann am äußeren Rohrstück an dem der Rohrleitung 201 abgewandeten Ende angeordnet.

Fig. 2b zeigt eine weitere Luftzufuhr 208 in einer Draufsicht. Die Luftzufuhr 208 ist als Platte 210 mit radial angeordneten Schlitzen 212 ausgelegt. Die Platte 210 ist in der o Rohrleitung 211 angeordnet. Hinter der Platte 210 ist eine Verschlussplatte 214 angeordnet, die drehbar zur Platte 210 gelagert ist. Die Verschlussplatte 214 liegt flächig an der Platte 210 an und weist einen Drehknauf 216 auf, der von hinten durch die Platte 210 hindurch auf die Vorderseite der Platte 210 führt, wie in Fig. 2 gezeigt. Die Verschlussplatte 214 hat die gleichen Schlitze wie die Platte 210. In einer bestimmten 5 Drehstellung der Verschlussplatte 214 relativ zur Platte 210 fluchten die Längsschlitze Platten miteinander, sodass eine maximale Öffnung der Luftzufuhr entsteht und viel Luft in die Umwandlungsvorrichtung 100 eingesaugt werden kann. In einer anderen Drehstellung der Verschlussplatte 214 überdecken Zwischenräume zwischen den Schlitzen 212 der Platten 210, 214 gegenseitig ihre Schlitze 212 teilweise oder ganz, sodass wenig o oder keine Luft zugeführt wird. In einem Bereich zwischen den genannten beiden

Drehstellungen ist die Öffnung zur Luftzufuhr variabel. Über den wirksamen Öffnungsquerschnitt wird die in Umwandlungsvorrichtung 100 einströmende Luftmenge gesteuert. Die Luftzufuhr 134 kann neben der erläuterten Anordnung in der Rohrleitung 130, 201, 211 auch an anderen geeigneten Stellen in der Umwandlungsvorrichtung 100 5 vorgesehen werden, z.B. im Trichter 120 oder in der Wandung 108. Es können auch an mehreren Stellen eine Luftzufuhr vorgesehen werden.

Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Systems 300. In der Umwandlungsvorrichtung 302 wird Biomasse 304 in feste, flüssige und gasförmige o Produkte umgewandelt, darunter Holzkohle 306 und Holzessig 308. Mit der Holzkohle 308 wird ein Blockheizkraftwerk 310 betrieben, das daraus elektrische und/oder Wärmeenergie 312 erzeugt. Der Holzessig 308 wird in einer Biogasanlage 314 zur Methanogenese genutzt. Die Biogasanlage 314 erzeugt Biogas 316. Das Biogas 316 kann neben der Holzkohle 308 im Blockheizkraftwerk 310 verfeuert werden und ebenfalls zur Erzeugung von elektrischer Energie 312 dienen.