Karbonisierunq

Technisches Gebiet Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Zu- und Abführvorrichtung zum Ein- und Ausschleusen von feststoffbeladenem Prozessmedium in einen Karbonisierungsbehälter für die hydrothermale Karbonisierung, umfassend eine Einschleuskammer, koppelbar an einen Einfüllkanal des Karbonisierungsbehälters in welchen Prozessmedium einpressbar ist und eine Ausschleuskammer, welche zur Entnahme von Prozessmedium an einen Auslasskanal des Karbonisierungsbehälters koppelbar ist, sowie ein Verfahren zum Einschleusen von Edukten in einen Karbonisierungsbehälter und daran gekoppeltes Ausschleusen von Produkten aus dem Karbonisierungsbehälter.

Stand der Technik

Unter hydrothermalen Karbonisierung (HTC) oder auch nasser Verkohlung versteht man die Veredelung von nasser oder feuchter Biomasse in wässriger meist saurer Umgebung bei erhöhten Temperaturen um 200°C und erhöhten Drücken von mehr als 18 bar in einem druckdichten Karbonisierungsbehälter. Um die hydrothermale Karbonisierung zu starten, muss das aus Biomasse, Wasser und katalytisch wirkenden Stoffen zu Beginn einmalig auf die erhöhte Temperatur erhitzt werden. Anschliessend reagieren die Edukte zu Zwischenprodukten und letztlich zu Karbonisierungsprodukten, welche in Form einer Biokohle- oder Braunkohlesuspension vorliegen, die neben Kohle auch Prozesswasser und Restsubstanzen enthält. Mittels hydrothermaler Karbonisierung wird der natürlich Prozess der Kohlebildung innerhalb von einigen Stunden technisch nachgebildet und vor allem die hohe Kohlenstoffeffizienz zeichnet die HTC aus.

In der vorliegenden Anmeldung wird als vergärbare Biomasse und damit als Teil der Edukte, die durch die hydrothermale Karbonisierung zu Kohle verarbeitet werden kann, bevorzugt eine Mischung aus Klärschlamm und Grünschnittabfällen verstanden. In dem beschriebenen Reaktor können aber auch andere biogene Reststoffe, insbesondere nachwachsende Rohstoffe, wie Holzhackschnitzel, Grünschnitt aus der Landschaftspflege, Pflanzen, Stroh, Silage, und organische Reststoffe aus der Land- und Forstwirtschaft sowie der Nahrungsmittelindustrie und Entsorgungswirtschaft, sowie auch Torf, Rohbraunkohle, Papierschlämme, zu Massen mit hohem Anteil von Kohle veredelt werden.

Da die beschriebene Reaktion eines hochviskosen und feststoffbeladenen Prozessmediums einer mit Biomasse versetzten Flüssigkeit und damit eines Fest-Flüssig-Gemisches in Reaktionszeiten von einigen Stunden unter hohem Druck und erhöhten Temperaturen abläuft, sind speziell angepasste Reaktoren nötig, um einen gewünschten kontinuierlichen oder quasikontinuierlichen Reaktionsablauf gesichert zu ermöglichen. Reaktoren mit Karbonisierungsbehältern und Rühr- und Fördereinrichtungen aus benachbarten Gebieten der Verfahrenstechnik sind darum in der Regel unbrauchbar und müssten grundsätzlich stark angepasst werden, um für die hydrothermale Karbonisierung einsetzbar zu sein.

Aufgrund des feststoffbeladenen Prozessmediums welches ein- und ausgeschleust wird, werden an die Zu- und Abführvorrichtung hohe Anforderungen gestellt. Es muss gewährleistet sein, dass Edukte möglichst engstellenfrei von einer Einschleuskammer in den Karbonisierungsbehälter einbringbar und Produkte durch eine Ausschleuskammer aus dem Karbonisierungsbehälter ausbringbar sind, wobei Edukte und Produkte feststoffbeladene Flüssigkeiten sind.

Das deutsche Patent DE102008047883 offenbart einen Karbonisierungsbehälter in welchem die hydrothermale Karbonisierung kontinuierlich bzw. quasikontinuierlich durchführbar ist. Mittels Zuführeinheit werden Edukte in Form von Biomasse, Katalysator und Wasser dem Karbonisierungsbehälter zugeführt, wobei Druck und Temperatur im Karbonisierungsbehälter im Wesentlichen unbeeinflusst bleiben. Dazu wird die Zuführeinheit an einer Seite des Karbonisierungsbehälters angeordnet. Die Zuführeinheit weist neben einer Zuflusskammer eine Einschleuskammer auf, die jeweils druckdicht gegeneinander mittels mehreren Verschlussvorrichtungen gekoppelt sind. Eine in der Einschleuskammer angeordnete Kolbenpumpe ermöglicht das Einpressen der Edukte aus der Einschleuskammer in den Karbonisierungsbehälter, wobei eine weitere Verschlussvorrichtung zwischen Einschleuskammer und Karbonisierungsbehälter angeordnet ist. Um möglichst wenig Druckabfall im Karbonisierungsbehälter zu erreichen, wird die Verschlussvorrichtung zwischen Einschleuskammer und Karbonisierungsbehälter mit einer Steuereinrichtung erst dann betätigt, wenn die Kolbenpumpe einen geeigneten Druck auf die Edukte aufgebaut hat. Zur Entnahme der Produkte aus dem Karbonisierungsbehälter ist eine Abführeinheit vorgesehen, die von der Zuführeinheit getrennt an der gegenüberliegenden Seite des Karbonisierungsbehälters angeordnet ist. Hier sind weitere Verschlussvorrichtungen mit weiteren Motoren zu betätigen, welche mit der Steuereinheit koppelbar sind.

Um Engstellen für das Prozessmedium beim Zu- und Abführen zu vermeiden ist der Karbonisierungsbehälter rohrförmig und die Ein- und Ausschleuskammern ebenfalls rohrförmig, bestenfalls mit gleich grossem Querschnitt wie der Karbonisierungsbehälter ausgeführt. Damit ist ein nahezu widerstandsfreies Zu- und Abführen erreichbar und das Prozessmedium einfach ein- und ausbringbar.

Zur Optimierung des Karbonisierungsvorganges muss das Prozessmedium möglichst schnell auf die Zieltemperatur, welche bei etwa 200° C liegt, gebracht werden.

In der DE102008047883 ist ein Heizmantel im Eingangsbereich des Karbonisierungsbehälters vorgesehen, welcher das eingeschleuste Prozessmedium nach dem Einschleusvorgang auf die Zieltemperatur vorheizt. Für diesen Aufheizprozess wird Wärmeenergie von einem Thermofluid auf den Karbonisierungsbehälter und damit indirekt auf das Prozessmedium übertragen. In dem grossvolumigen Karbonisierungsbehälter ist nur eine schlechte Wärmeübertragung durch den Heizmantel möglich, sodass entsprechend die Energie ineffizient genutzt wird und aufgrund der Rohrgrösse mit langen Aufheizzeiten zu rechnen ist.

Eine Vorheizung des Prozessmediums vor dem Einschleusen in den Karbonisierungsbehälter ist nicht vorgesehen, sodass das Prozessmedium erst nach der Zuführung in den Karbonisierungsbehälter aufheizbar ist, was nach jeder neuen Befüllung von neuem energieineffizient durchgeführt werden muss.

Um den Karbonisierungsprozess zu beschleunigen ist es sinnvoll das Prozessmedium vor dem Einschleusen in den Karbonisierungsbehälter vorzuheizen. Dies ist in der EP1970431 durch eine Heizung realisiert, welche die Einschleuskammer teilweise umgibt und vor dem Karbonisierungsbehälter angebracht ist. Diese Heizung kann Restwasser aus einem bereits abgelaufenen Karbonisierungsprozess nutzen. Die Heizung ist in Form eines Mantels um die Einschleuskammer vor dem Einlass in den Karbonisierungsbehälter angeordnet, wobei keine weiteren Angaben gemacht werden, wie diese Heizung gesteuert wird . Die Wärmeübertragung ist aufgrund geringerer Abmessungen und geringerem Abstandes des Prozessmediums zur Wand der Einschleuskammer verbessert. Es ist aber nur ein kleiner Abschnitt der Einschleuskammer ummantelt und damit nur eine geringe Fläche zur Wärmeübertragung von dem Mantel der Heizung auf das in der Einschleuskammer befindliche Prozessmedium nutzbar. Es ist eine beinahe engstellenfreie Zu- und Abführung mit dieser Vorrichtung möglich, die Wärmeübertragung ist aber zur Optimierung der Karbonisierung verbesserungsbedürftig.

Darstellung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt eine Zu- und Abführvorrichtung für einen Karbonisierungsbehälter zu schaffen, welche ein energieeffizientes Vorheizen von Edukten bereits in der Einschleuskammer erlaubt, wodurch der Prozess der hydrothermalen Karbonisierung aufgrund verbesserter Wärmeübertragung auf die Edukte beschleunigt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Zu- und Abführvorrichtung derart gestaltet, dass die Einschleuskammer direkt mit der Ausschleuskammer und darin befindlichen Karbonisierungsprodukten bzw. dem Prozesswasser der Karbonisierungsprodukte in Kontakt bringbar ist, wobei die Einschleuskammer und die Ausschleuskammer wirkverbindbar sind . Damit ist ein direktes Vorheizen der Edukte durch Mischung mit heissem Prozesswasser ohne grossen Aufwand möglich.

Die Einschleuskammer und die Ausschleuskammer sind jeweils relativ zueinander rotierbar gelagert und definiert in verschiedene Positionen bringbar.

Durch eine besondere Ausgestaltung der Einschleuskammer und der Ausschleuskammer sind vorgeheizte Edukte und Karbonisierungsprodukte engstellenfrei ohne Verwendung einer externen Vorheizungsvorrichtung und ohne Verwendung von Pumpenoder Schleusensystemen ein- und austragbar.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachstehend im Zusammenhang mit den anliegenden Zeichnungen beschrieben.

Figur la zeigt eine perspektivische Ansicht eines Aussenbehälters eines Reaktors, der auf einer Reaktorlagervorrichtung gelagert ist und an eine Zu- und Abführvorrichtung gekoppelt ist, während

Figur lb eine Seitenansicht des Aussenbehälters mit Blick auf den

Basisboden zeigt.

Figur 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Reaktors mit angeschlossener Zu- und Abführvorrichtung, wobei die Reaktorlagervorrichtung weggelassen wurde, während Figur 3 eine Seitenansicht des Reaktors aus Figur 2 zeigt.

Figur 4 zeigt einen Horizontalschnitt durch den Reaktor gemäss

Linie C-C aus Figur 3, wobei der Karbonisierungsbehälter im Innenraum des Aussenbehälters deutlich wird.

Figur 5a zeigt einen Vertikal schnitt des Reaktors gemäss Figur la, wobei der besseren Übersichtlichkeit wegen, die Zu- und Abführvorrichtung weggelassen wurde und

Figur 5b zeigt einen Schnitt in perspektivischer Ansicht durch den

Reaktor gemäss Figur 5a. Figur 6 zeigt eine perspektivische Ansicht der Zu- und Abführvorrichtung gemäss Figur 2 ohne Reaktor.

Figur 7a zeigt eine schematische Seitenansicht der Zu- und

Abführvorrichtung, während

Figur 7b einen Schnitt durch die Einschleuskammerhalterung bei weggelassenem Zuführzylinder in der Befüllungsposition zeigt. Figur 8 zeigt eine schematische Seitenansicht der Zu- und

Abführvorrichtung, wobei sich Einschleuskammer in der Vorheizposition und die Ausschleuskammer in der Wärmerückführungsposition befinden. Figur 9a zeigt eine schematische Seitenansicht der Zu- und

Abführvorrichtung mit Einschleuskammerhalterung und Einschleuskammer in Einpressposition, während Figur 9b einen Schnitt durch den Zuführzylinder bei in die

Einpressposition rotierter Einschleuskammer zeigt.

Figur 10 zeigt eine schematische Seitenansicht der Zu- und

Abführvorrichtung, wobei sich die Ausschleuskammer in der Restwasseraustragsposition befindet, während

Figur 11 eine schematische Seitenansicht der Zu- und

Abführvorrichtung zeigt, wobei die sich die Ausschleuskammer in der Biokohleaustragsposition befindet. Beschreibung

Die vorliegende Anmeldung beschreibt eine hydrothermale Karbonisierungsanlage, umfassend einen mehrteiligen Reaktor 1 in welchem die hydrothermale Karbonisierung eines hochviskosen und/oder feststoffbeladenen Prozessmediums effizient und kontinuierlich durchführbar ist. Das hochviskose und/oder feststoffbeladene Prozessmedium umfasst Füllgut, welches aus Rohbiomasse verschiedener Zusammensetzung und Konsistenz, Prozesswasser und Zusatzstoffen, z. B. Katalysatoren besteht. Das Prozessmedium liegt aufgrund seiner Zusammensetzung als Suspension oder als Schlamm vor, wobei Flüssigkeitsanteile mit Feststoffen gemischt sind. Der Füllgutanteil des Prozessmediums wird auch als Edukt betrachtet, da es ein fest-flüssig Gemisch bildet welches im Verlauf der hydrothermalen Karbonisierung in Karbonisierungsprodukte, umfassend verkohlte Biomasse umgewandelt wird . Die Karbonisierungsprodukte bilden einen verkohlten Teil des Prozessmediums, welcher eine ähnliche fest-flüssige Konsistenz hat, wie die Edukte, wobei die festen Bestandteile bestenfalls vollständig in Braunkohle umgesetzt wurden.

Die Edukte werden in den Reaktor 1 der Karbonisierungsanlage eingeschleust, unter hohem Druck und erhöhter Temperatur, wie aus den Grundlagen der hydrothermalen Karbonisierung bekannt, verkohlt nach dem Vorgang als Karbonisierungsprodukte aus dem Reaktor 1 ausgeschleust. Das Ein- und Ausschleusen bzw. die Zu- und Abführung der Edukte und Karbonisierungsprodukte kann bei laufendem Betrieb des Karbonisierungsverfahrens portionsweise stattfinden, wobei der Karbonisierungsprozess nicht wesentlich gestört wird und keinesfalls unterbrochen wird und damit quasikontinuierlich ablaufen kann.

Der Reaktor 1 umfasst einen Aussenbehälter 10, welcher starr ausgebildet ist und als Druckbehälter dient. Der Aussenbehälter 10 ist auf einer Reaktorlagervorrichtung 2 um die Aussenbehälterlängsachse La rotierbar gelagert. Auf zwei Gestellen 20 sind Drehlager 21 angeordnet, sodass der Aussenbehälter 10 durch mindestens einen Rotationsantrieb 22 gesteuert rotierbar ist. Als Rotationsantrieb 22 dienen beispielsweise entsprechend dimensionierte Elektromotoren. Diese rotierbare Lagerung des Reaktors 1 dient der Unterstützung des Karbonisierungsprozesses, ist aber nicht zwingend notwendig.

In der hier dargestellten Ausgestaltung weist der Aussenbehälter 10 einen Aussenbehältermantel 100 mit einem zylindrischen Mittelstück 1003 auf, welches von einem ebenen Basisboden 1001 durch einen Basisflansch 1002 lösbar abschliessbar und flüssigkeitsdicht und druckdicht verschlossen ist. Von der Seite des Basisbodens 1001 wird das Prozessmedium zu- und abgeführt. Auf der dem Basisboden 1001 gegenüberliegenden Seite des Aussenbehältermantels 100 wird das zylindrische Mittelstück 1003 durch einen gewölbt ausgeführten Deckelboden 1005 mittels Deckelbodenflansch 1004 lösbar flüssigkeits- und druckdicht verschlossen. Der Aussenbehälter 10 wird liegend gelagert, wobei die Aussenbehälterlängsachse La etwa horizontal zur Ebene des Untergrunds am Aufstellungsort verläuft. Der Aussenbehälter 10 ist lösbar verschliessbar und damit der Prozess der hydrothermalen Karbonisierung durch den Aussenbehälter 10 im Reaktor 1 von der Umwelt abgeschlossen.

Der Aussenbehälter 10 ist aus Stabilitätsgründen starr und bevorzugt aus Stahl hergestellt, wobei die Wanddicken so gewählt sind, dass auch Fluiddrücke von mehreren bar gefahrlos innerhalb des Aussenbehäiters 10 ausbildbar sind, welche der Aussenbehälter 10 aushalten kann. Je nach geplanter Anlagengrösse und Menge der umzusetzenden Edukte wird die Grösse des Aussenbehälterinnenraums 103 gewählt.

In dem Basisboden 1001 ist eine Einfülldurchführung 104 und eine Ausgabedurchführung 105 vollständig querend angeordnet, wodurch ein Zugang in den Aussenbehälter 10 von aussen bei ansonsten geschlossenem Aussenbehälter 10 ermöglicht ist. In Figur lb ist ein Rührwerkantriebsmittel 132 gezeigt, welches im Zusammenhang mit einer Rühr- und Fördereinrichtung noch erläutert wird.

Figur 2 zeigt einen Reaktor 1 mit einer möglichen Ausführungsform einer angeschlossenen Zu- und Abführvorrichtung 4. Auf die Reaktorlagervorrichtung 2 ist in dieser perspektivischen Ansicht verzichtet worden. Hier dargestellt weist die Ausführungsform der Zu- und Abführvorrichtung 4 einen Zuführzylinder 40 und einen Entnahmezylinder 41 auf, welche jeweils mit der Einfülldurchführung 104 und der Ausgabedurchführung 105 lösbar wirkverbindbar sind .

Zu Wartungszwecken kann die Zu- und Abführvorrichtung 4 vollständig von dem Reaktor 1 getrennt werden und im Betriebszustand entsprechend flüssigkeits- und druckdicht mit dem Reaktor 1 verbunden sein. Die Zu- und Abführvorrichtung 4 ist lösbar durch Flanschverbindungen am Reaktor 1 befestigt. Ein Vorrichtungslager 42 ist derart ausgeführt, dass die Zu- und Abführvorrichtung 4 relativ zum Reaktor 1 ausgerichtet gelagert wird . Da der hier erläuterte Reaktor 1 bevorzugt bei ablaufendem Karbonisierungsprozess um die Aussenbehälterlängsachse La rotiert wird, ist das Vorrichtungslager 42 so ausgestaltet, dass die Zu- und Abführvorrichtung 4 bei Rotation des Reaktors 1 um die Aussenbehälterlängsachse La bei angeschlossener Zu- und Abführvorrichtung 4 mit rotierbar ist. Um eine Rotation zu erleichtern, ist das Vorrichtungslager 42 höhenverstellbar ausgestattet. Ein Kraftregler kann die Höhe des Vorrichtungslagers 42 optimal einstellen, damit eine Rotation erreichbar ist. Damit das Prozessmedium in Form der Edukte zuführbar und in Form der Karbonisierungsprodukte ein- bzw. abführbar ist, sind Antriebsmittel 43 an der Zu- und Abführvorrichtung 4 vorgesehen. Das Prozessmedium kann dadurch mit einer nicht dargestellten Steuerung kontrolliert transferiert werden.

Wie in dem Horizontalschnitt durch den Reaktor 1 gemäss Figur 4 gezeigt, ist innerhalb des Aussenbehälters 10 der erwähnte Karbonisierungsbehälter 11 vollständig eingelassen gelagert, wobei die Karbonisierungsbehälterlängsachse Lp mit der

Aussenbehälterlängsachse La zusammen fällt. Dieser Karbonisierungsbehälter 11 ist mit dem Einfüllkanal 1141 und dem Ausgabekanal 1142 fest mit dem Basisboden 1001 des Aussenbehälters 10 verbunden und damit in den Aussenbehältermantel 100 hineinragend relativ zum Aussenbehälter 10 unbewegbar gelagert.

Der Karbonisierungsbehälter 11 weist einen Karbonisierungsbehältermantel 111 auf, welcher im Betriebszustand von einem Fluid 3 vollständig umgeben bzw. umspült wird. Im Innenraum des Karbonisierungsbehälters 11 befindet sich im Betriebszustand das Prozessmedium 5 in den unterschiedlichen Zuständen. Der Karbonisierungsbehälter 11 umfasst einen zentralen Mantelabschnitt, welcher zwischen einem Deckelteil 1101 und einem Bodenteil 1105 angeordnet ist. Der zentrale Mantelabschnitt ist zylindrisch geformt ausgestaltet und der Deckelteil 1101 mittels Deckelflansch 1102 und der Bodenteil 1105 mittels Bodenflansch 1106 am zentralen Mantelabschnitt lösbar befestigt. Der gesamte Karbonisierungsbehälter 11 wird im Betriebszustand mit dem Prozessmedium 5 unter Druck beaufschlagt und ist entsprechend flüssigkeits- und druckdicht ausgeführt.

An den Bodenteil 1105 anschliessend ist ein Ausgabekanal 1142 angeschlossen, welcher aus dem Innenraum des Karbonisierungsbehälters 11 herausführt. Nach Einbau des Karbonisierungsbehälters 11 in den Aussenbehälter 10 ist der Ausgabekanal 1142 so angeordnet, dass er durch die Ausgabedurchführung 105 des Basisbodens 1001 geführt ist.

Wie in Figur 5a gezeigt ist ein Einfüllkanal 1141 an den Bodenteil 1105 angeschlossen, der entsprechend durch die Einfülldurchführung 104 im Basisboden 1001 des Aussenbehälters 10 durchführbar ist. Der Ausgabekanal 1142 und der Einfüllkanal 1141 sind durch den Basisboden 1001 hindurchragend unlösbar durch eine stoffschlüssige Schweissverbindung oder lösbar durch Flanschverbindungen am Basisboden 1001 befestigbar. Durch an den Einfüllkanal 1141 und den Ausgabekanal 1142 angeformte Befestigungsflansche 115 können die Kanäle 1141, 1142 mit der Zu- und Abführvorrichtung 4 verbunden werden, welche in den Figuren 5a und 5b der besseren Übersichtlichkeit halber weggelassen wurde.

Im Betriebszustand wird das Prozessmedium 5 durch den Einfüllkanal 1141 in den Innenraum des Karbonisierungsbehälters 11 eingefüllt und nach einer Verweil- bzw. Reaktionszeit durch den Ausgabekanal 1142 aus dem Karbonisierungsbehälter 11 ausgeschleust. Entsprechend sind Einfüll- und Ausgabekanal 1141, 1142 während des Betriebes nur zeitweise kontrolliert geöffnet, um die exotherme Reaktion der hydrothermalen Karbonisierung nur kurzzeitig zu beeinflussen. Damit wird der Innendruck und die Temperatur im Karbonisierungsbehälter 10 nur kurzzeitig gestört.

Während im Karbonisierungsbehälter 11 die hydrothermale Karbonisierung unter erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck abläuft, umgibt das Fluid 3, welches insbesondere ein Thermoöl ist, den Karbonisierungsbehälter 11 innerhalb des geschlossenen Aussenbehältermantels 100.

Das Thermoöl 3 dient bei der hydrothermalen Karbonisierung hier unter anderem als Wärmeübertragungsfluid. Ein am Aussenbehälter 10 angeordneter Beaufschlagungsstutzen 106 dient zur Befüllung und zur Beaufschlagung des Aussenbehälterinnenraums 103 mit dem Fluid 3. Am Beaufschlagungsstutzen 106 sind im Aussenbehälterinnenraum 103 spinnenartig verlegte Rohre 109 zur Strömungsführung des Thermoöl 3 vorgesehen. Mittels Entlüftungsstutzen 108 kann die Luft aus dem Aussenbehälterinnenraum 103 während der Befüllung abgelassen werden. Damit kann extern aufgeheiztes Thermoöl 3 aus einem Thermoöltank zugeführt werden, womit der Karbonisierungsbehälter 11 auf eine zur Karbonisierung notwendige Temperatur gebracht werden kann. Durch die Temperaturerhöhung des Thermoöls 3 wird die exotherme Reaktion gestartet und aufrechterhalten, da diese erst ab einer Mindesttemperatur stattfindet. Durch eine Messung der Temperatur und der Möglichkeit des Austausches des Fluids 3 kann die Temperatur im Karbonisierungsbehälter 11 gesteuert werden.

Das Thermoöl im Aussenbehälter 10 und der Karbonisierungsbehälter

11 bilden einen Wärmeübertrager. Die hochviskosen feststoffbeladenen Edukte 5 und Produkte 5 im Innenraum des Karbonisierungsbehälters 11 geben ihre Wärme teilweise durch den Karbonisierungsbehältermantel 110 während der hydrothermalen Karbonisierung an das umgebende Thermoöl 3 ab. Das Thermoöl 3 umströmt den Karbonisierungsbehälter 11 und kann Wärme aufnehmen und abgeben. Sollte der Karbonisierungsbehälter 11 abgekühlt werden, kann entsprechend überschüssige Wärmeenergie mittels Thermoöl 3 extern genutzt werden.

Um den Durchgang des Prozessmediums 5 durch den Innenraum des Karbonisierungsbehälters 11 zu gewährleisten ist eine Rühr- und Fördereinrichtung umfassend ein Rührwerk 13 den Innenraum mindestens teilweise querend angeordnet. Im Betrieb kann mittels Rührwerk 13 eine ständige Durchmischung des Prozessemediums 5, der Edukte und Karbonisierungprodukte von aussen gesteuert stattfinden. Das Rührwerk 13 dient auch als Fördereinrichtung des Prozessmediums 5. Das Rührwerk 13 kann auf unterschiedliche Arten ausgeführt sein. Rührwerkantriebsmittel 132 sind vorgesehen, um das Rührwerk 13 von aussen gesteuert in Betrieb zu nehmen. Durch eine Antriebsdurchführung 107 im Aussenbehälter 10 und eine querende Antriebsvorrichtung 119 welche bis zum Rührwerk 13 im Karbonisierungsbehälter 11 führt, wird das Rührwerk 13 gesteuert angetrieben. Da der Karbonisierungsbehälter 11 mehrteilig ausgebildet ist kann das Rührwerk 13 einfach in den Karbonisierungsbehälter 11 eingebracht, dort drehbar mittels Rührwerklager 133 gelagert befestigt und von ausserhalb des Reaktors 1 gesteuert betätigt werden. Das Rührwerk 13 ist hier mit einem Reibradantrieb ausgestattet, was in Figur 5b eingekreist dargestellt ist. Am Rührwerk 13 sind Blätter als Stromstörer und/oder zur Unterstützung der axialen Förderung angeordnet.

Der Karbonisierungsbehälter 11 und das darin befindliche Rührwerk 13 sind so ausgebildet, dass das Prozessmedium 5, welches Biomasse in Form von Klärschlamm und Grüngutabfall umfasst, während des Karbonisierungsprozesses förderbar ist. Die Biomasse wird vor der Zuführung in den Reaktor extern zerkleinert, es verbleiben aber weiterhin Feststoffe mit einer maximalen Stückgrösse von 2,5cm x 2,5cm x 2,5cm als Teil des Prozessmediums 5 vorhanden . Durch diese Feststoffbeladung werden an den Karbonisierungsbehälter 11 und das Rührwerk 13 spezielle Anforderungen gestellt.

Dadurch, dass der Aussenbehälter 10 und der Karbonisierungsbehälter 11 jeweils mehrteilig ausgebildet sind, ist ein einfacher Zusammenbau des Reaktors 1 und damit der gesamten Anlage am Aufstellungsort möglich. Vor allem sind auch Wartungsarbeiten ohne grössere Mühen durchführbar, da kein Mannloch vorgesehen sein muss, um Zugang zu den Behältern 10, 11 zu haben. Alle Wände und Bauteile, die mit dem Prozessmedium 5 direkt in Kontakt kommen, sind aus säurebeständigem Material hergestellt. Hier sind diese Teile in Edelstahl ausgeführt. Da die Zu- und Abführvorrichtung 4 ständig mit dem Reaktor 1 verbunden bleibt, ist das Vorrichtungslager 42 vorgesehen, damit die gesamte Zu- und Abführvorrichtung 4 mit dem Reaktor 1 mitrotierbar ist. In Figur 6 ist zur Vereinfachung die Zu- und Abführvorrichtung 4 vom Reaktor 1 getrennt dargestellt. Es ist eine Haltevorrichtung 44 vorgesehen, welche die Zu- und Abführvorrichtung 4, umfassend einen Zuführteil 4' und einen Abführteil 4", hält.

Innerhalb des starren Zuführzylinders 40 ist eine zylindrische Einschleuskammerhalterung 4001 mit einer später dargestellten linearen Einschleuskammer 400 rotierbar gelagert. Die zylindrische Einschleuskammerhalterung 4001 und die daran befestigte Einschleuskammer 400 können um die Zylinderachse ZI des Zuführzylinders 40 rotiert werden, wozu ein Zuführmotor 43' verwendet wird . Die Einschleuskammerhalterung 4001 ist zylindrisch ausgebildet, damit auch eine dichtende Wirkung erreichbar ist, wenn die Einschleuskammer 400 relativ zum starren Zuführzylinder 40 rotiert wird .

Der Zuführzylinder 40 weist einen offenen Befüllungsstutzen 403 und einen Einpressstutzen 402 mit jeweils einer Öffnung in der Zylinderwand auf. Durch diese Öffnungen hat man Zugang zum Inneren des Zuführzylinders 40. Je nach Rotation der Einschleuskammerhalterung 4001 und der daran befestigten Einschleuskammer 400 kann Prozessmedium in die Einschleuskammer 400 eingefüllt oder durch den Einpressstutzen 402 in den Einfüllkanal 1141 des Karbonisierungsbehälters 11 eingebracht werden. Dies stellt den Zuführteil 4' dar. Innerhalb des starren Entnahmezylinders 41 ist eine zylindrische Ausschleuskammerhalterung 4101 mit einer später dargestellten gekrümmten Ausschleusskammer 410 rotierbar gelagert. Die zylindrische Ausschleuskammerhalterung 4101 und die daran befestigte Ausschleusskammer 410 können um die Zylinderachse Z2 des Entnahmezylinders 41 rotiert werden, wozu ein Entnahmemotor 43" verwendet wird . Die Ausschleuskammerhalterung 4101 ist zylindrisch ausgebildet. Der Entnahmezylinder 41 weist einen offenen Entnahmestutzen 411 und einen Prozesswasserausgang 413 mit jeweils einer entsprechenden Öffnung in der Zylinderwand auf. Der Entnahmestutzen 411 ist mit dem Ausgabekanal 1142 des Karbonisierungsbehäiters 11 koppelbar. Durch die Öffnungen hat man Zugang zum Inneren des Entnahmezylinders 41. Je nach Rotation der Ausschleuskammerhalterung 4101 und der daran befestigten Ausschleusskammer 410 kann Prozessmedium aus dem Karbonisierungsbehälter 11 entnommen und Prozesswasser separiert werden. Dieser untere Teil stellt den Abführteil 4" der Zu- und Abführvorrichtung 4 dar.

Der Zuführteil 4' ist mit dem Abführteil 4" wirkverbunden, indem der Zuführzylinder 40 und die Einschleuskammer 400 mit dem Entnahmezylinder 41 und der Ausschleuskammer 410 verbunden sind, wobei beide Kammern 400, 410 miteinander kommunizieren können. Es resultiert eine kompakte Zu- und Abführvorrichtung 4, welche auf einer Seite des Karbonisierungsbehäiters 11 anordbar ist, sodass der Zuführteil 4' und der Abführteil 4" auf der gleichen Seite des Karbonisierungsbehäiters 11 lagern und um die Karbonisierungsbehälterlängsachse Lp rotierbar sind.

Die zylindrische Einschleuskammerhalterung 4001 ist auf die Innenwandung des Zuführzylinders 40 abgestimmt, sodass eine Rotation erfolgen kann und eine Dichtung der Einschleuskammer 400 gegen den Zuführzylinder 40 erreicht wird . Entsprechend ist die Ausschleusskammerhalterung 4101 auf die Innenwandung des Entnahmezylinders 41 abgestimmt, sodass eine Rotation erfolgen kann und eine Dichtung der Ausschleuskammer 410 gegen den Entnahmezylinder 41 erreicht wird . Damit sind die Einschleuskammer 400 und die Ausschleuskammer 410 miteinander wirkverbindbar und relativ zueinander und relativ zum Einfüllkanal 1141 und Ausgabekanal 1142 rotierbar gelagert.

Der Zuführzylinder 40 weist eine Öffnung zum Einpressstutzen 402, eine Öffnung zum Befüllungsstutzen 403, sowie eine Öffnung zum Übergang 412 auf. Die Einschleuskammer 400 ist innerhalb des Zuführzylinders 40 derart rotierbar, dass die Einschleuskammeröffnung 4002 jeweils in Richtung aller drei Öffnungen 402, 403, 412 rotierbar ist. Ist die Einschleuskammer 400 derart rotiert, dass die Einschleuskammeröffnung 4002 nicht in Richtung einer der drei Öffnungen weist, dann wird die Einschleuskammeröffnung 4002 von der Innenwand des Zuführzylinders 40 druck- und flüssigkeitsdicht abgedichtet.

Der Entnahmezylinder 41 weist eine Öffnung zum Entnahmestutzen 411, eine Öffnung zum Prozesswasserausgang 413, eine Öffnung zum Produktausgang 414, sowie eine Öffnung zum Übergang 412 auf.

Die Einschleuskammer 400 ist gekrümmt ausgestaltet und innerhalb des Entnahmezylinders 41 derart rotierbar, dass die zweite Ausschleuskammeröffnung 4103 jeweils in Richtung des Prozesswasserausgangs 413, des Produktausgangs 414, sowie des Übergangs 412 rotierbar ist. Die erste Ausschleuskammeröffnung 4102 ist dabei jeweils in Richtung des Entnahmestutzens 411, des Prozesswasserausgangs 413 und des Übergangs 412 rotierbar. Hier dichtet der Entnahmezylinder 41 beide Ausschleuskammeröffnungen 4102, 4103 druck- und flüssigkeitsdicht ab, wenn die Ausschleuskammer 410 in Zwischenzustände rotiert ist.

Durch derartige Gestaltung der Einschleuskammer 400 und der Ausschleuskammer 410, welche jeweils gegen die Innenwände des Zuführzylinders 40 und des Entnahmezylinders 41 abdichtbar sind, sind keine Ventile oder die Anordnung Engstellen aufweisender Bauteile nötig. Verfahrensablauf:

Im Folgenden wird ein möglicher Zu- und Abführzyklus im Detail anhand der Figuren 7 bis 11 beschrieben. Dabei bezeichnen Pfeile mit durchgezogenen Linien die nächstfolgende Rotationsrichtung der Einschleuskammer 400 oder der Ausschleuskammer 410. Gestrichelt dargestellte Pfeile kennzeichnen den Weg des Prozessmediums bei den jeweiligen Positionen.

In Figur 7a ist eine schematische Seitenansicht der Zu- und Abführvorrichtung 4 gezeigt, in welcher die Einschleuskammer 400 und die Einschleuskammerhalterung 4001 innerhalb des Zuführzylinders 40 in die Befüllungsposition gedreht ist. Am Boden der Einschleuskammer 400 ist in einer Ruhelage ein Einpresstisch 4003 angeordnet, welcher linear im Innenraum der Einschleuskammer 400 bewegbar ist. Wie in Figur 7b gezeigt, ist die Einschleuskammer 400 durch eine Einschleuskammeröffnung 4002 mit Prozessmedium in Form von Edukten 5', umfassend Rohbiomasse, Wasser und gegebenenfalls Zusätze, füllbar. Diese Befüllung findet durch den Befüllungsstutzen 403 von ausserhalb des Zuführzylinders 40 statt. In der Befüllungsposition können Edukte 5' durch die Öffnung im Bereich des Befüllungsstutzens 403 in die Einschleuskammer 400 gefüllt werden. Die Edukte 5' werden aus einem nicht dargestellten Behälter in die Einschleuskammer 400 in der Regel bei Atmosphärendruck p _at m eingebracht. Die Ausschleuskammer 410 ist in eine Startposition gedreht, wobei hier eine erste Ausschleuskammeröffnung 4102 in Richtung eines Überganges 412 weist und eine zweite Ausschleuskammeröffnung 4103 in Richtung des Prozesswasserausganges 413 weist.

In einem nächsten Schritt wird die Einschleuskammer 400 um 180° gegen den Uhrzeigersinn gemäss Pfeilrichtung Figur 7a oben innerhalb des Zuführzylinders 40 in die Vorheizposition rotiert. Die Einschleuskammeröffnung 4002 wird dabei durch die Innenwand des Zuführzylinders 40 verschlossen, sodass die Edukte 5' nicht entweichen können. Die Einschleuskammeröffnung 4002 wird bis zum Übergang 412, welcher den Zuführzylinder 40 und den Entnahmezylinder 41 verbindet, rotiert. Vorgängig oder gleichzeitig findet eine Rotation der Ausschleuskammer 410 in eine Wärmerückführungsposition statt, Drehrichtung gemäss Pfeil in Figur 7a unten. In dieser Stellung der Ausschleuskammer 410 können heisse Karbonisierungsprodukte PW durch den Entnahmestutzen 411 aus einem nicht dargestellten Ausgabekanal 1142 unter einem hohen Druck pl > > patm in die Ausschleuskammer 410 gelangen. Der Innendruck pl beträgt etwa 25 bar, sodass die heissen Karbonisierungsprodukte PW entsprechend in die Einschleuskammer 400 in welcher Atmosphärendruck patm herrscht, einströmen. In der Vorheizposition und der Wärmerückführungsposition sind die Einschleuskammer 400 und die Ausschleuskammer 410 miteinander verbunden . Der Übergang 412 ist mit Siebmitteln, insbesondere einem Trennsieb ausgestaltet, welches einen Austausch von Flüssigkeit zwischen der Einschleuskammer 400 und der Ausschleuskammer 410 erlaubt. Heisses Prozesswasser W als Bestandteil der heissen Karbonisierungsprodukte PW gelangt von der Ausschleuskammer 410 durch das Trennsieb in die Einschleuskammer 400, wodurch die Edukte 5' direkt vorgeheizt werden können, sodass vorgeheizte Edukte 5" resultieren. Der Austausch fester Bestandteile zwischen beiden Kammern 400, 410 wird durch das Trennsieb verhindert. Nur das heisse Prozesswasser W strömt durch die Ausschleuskammer 410 das Trennsieb und den Übergang 412 querend in die Einschleuskammer 400 unter hohem Druck.

Nach dem Vorheizvorgang wird die Einschleuskammer 400 entgegen dem Uhrzeigersinn weg von dem Übergang 412 rotiert.

Die Einschleuskammerhalterung 4001 dichtet die Ausschleuskammer 410 dabei nach oben hin ab. Nach einer Rotation der Einschleuskammer 400 um 90° weist die Einschleuskammeröffnung 4002 in Richtung Einpressstutzen 402 und befindet sich damit in Einpressposition, wie in Figur 9a gezeigt.

In der Einpressposition der Einschleuskammer 400 und der Einschleuskammerhalterung 4001 wird der Einpresstisch 4003 in Richtung der Einschleuskammeröffnung 4002 verfahren. Dabei muss der vom Einpresstisch 4003 aufgebrachte Druck pein grösser als der

Innendruck pi im Karbonisierungsbehälter 11 sein. Die vorgeheizten Edukte 5" werden dann in den nicht dargestellten Einfüllkanal 1141 eingepresst, wobei der Einpresstisch 4003 linear mit Hilfe eines Antriebes verfahren wird . Nachdem die Einschleuskammer 400 geleert wurde, wird diese in Pfeilrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn wieder in die Startposition rotiert und der Einpresstisch 4003 wieder zum Boden der Einschleuskammer 400 bewegt.

In der Ausschleuskammer 410 befinden sich weiterhin heisse Karbonisierungsprodukte PW unter einem Druck pi, da die Ausschleuskammer 410 immer noch mit dem Ausgabekanal 1142 des Karbonisierungsbehälters 11 verbunden ist und die zweite Ausschleuskammeröffnung 4103 von der Einschleuskammerhalterung 4001 abgedichtet ist. In einem nächsten Schritt wird die Ausschleuskammer 410 gegen den Uhrzeigersinn in die Restwasseraustragsposition rotiert. Dabei ist die zweite Ausschleuskammeröffnung 4103 gegen den Prozesswasserausgang 413 rotiert. Im Prozesswasserausgang 413 ist ein Sieb angeordnet, sodass aus der Ausschleuskammer 410 bei abfallendem Druck Prozesswasser W durch den Prozesswasserausgang 413 ausgelassen wird, welches in einem nicht dargestellten Behälter aufgefangen wird und zur weiteren Verwendung gelangen kann. Durch die Anordnung des Siebes kann gezielt nur der flüssige Anteil der Karbonisierungsprodukte PW, das Prozesswasser W, abgelassen werden. Aufgrund des Überdruckes pw > patm und der Schwerkraft fliesst das Prozesswasser W ohne Zusatzaufwand aus der Ausschleuskammer 410 heraus.

Wenn das Prozesswasser W entnommen ist, wird die Ausschleuskammer 410 gegen den Uhrzeigersinn in die Biokohleaustragsposition rotiert. Dabei weist die zweite Ausschleuskammeröffnung 4103 nach unten in Richtung Produktausgang 414, sodass Biokohle P aufgrund der Schwerkraft durch den Produktausgang 414 aus der Ausschleuskammer 410 ohne Weiteres herausfällt. Die Biokohle P wird in einem weiteren nicht dargestellten Behälter für die spätere Verwendung gesammelt. Der Zyklus kann anschliessend wieder von neuem beginnen.

Die Einschleuskammer 400 und die Ausschleuskammer 410 sind hier mit jeweils länglicher oder längsovaler Querschnittsfläche ausgestaltet, welche im Verlauf der Kammern 400, 410 an jeder Stelle gleich bleibt. Bezugszeichenliste

1 Reaktor

10 Aussenbehälter

100 Aussenbehältermantel

1001 Basisboden

1002 Basisflansch

1003 zylindrisches Mittelstück

1004 Deckelbodenflansch

1005 Deckelboden

103 Aussenbehälterinnenraum

104 Einfülldurchführung

105 Ausgabedurchführung

106 Beaufschlagungsstutzen

107 Antriebsdurchführung

108 Entlüftungsstutzen

109 Rohre

La Aussenbehälterlängsachse

11 Karbonisierungsbehälter

110 Karbonisierungsbehältermantel

1101 Deckelteil

1102 Deckelflansch

1103 erster Mantelteil

1104 zweiter Mantelteil

1105 Bodenteil

1106 Bodenflansch

1141 Einfüllkanal

1142 Ausgabekanal

115 Befestigungsflansche (Karbonisierungsbehälter an Basisboden) 116 Längskanal (längenvariabel, vollständig querend)

119 Antriebsvorrichtung

120 Karbonisierungsbehälterlager

Lp Karbonisierungsbehälterlängsachse

13 Rührwerk

132 Rührwerkantriebsmittel

2 Reaktorlagervorrichtung

20 Gestell

21 Drehlager

22 Rotationsantrieb

3 Fluid und Abführvorrichtung

4' Zuführteil

40 Zuführzylinder (starr, drei Öffnungen)

400 Einschleuskammer

4001 zylindrische Einschleuskammerhalterung

4002 Einschleuskammeröffnung

4003 Einpresstisch

402 Einpressstutzen

403 Befüllungsstutzen

4" Abführteil

41 Entnahmezylinder (starr, vier Öffnungen)

410 Ausschleuskammer

4101 zylindrische Ausschleuskammerhalterung

4102 erste Ausschleuskammeröffnung

4103 zweite Ausschleuskammeröffnung

411 Entnahmestutzen

412 Siebübergang/Trennsieb

413 Prozesswasserausgang

414 Produktausgang

42 Vorrichtungslager (rotierbar)

43 Antriebsmittel

43' Zuführmotor

43" Entnahmemotor

44 Haltevorrichtung

5 Prozessmedium (hochviskos und feststoffbeladen)

5' Edukte (Rohbiomasse, Wasser, Zusatzstoffe)

5" vorgeheizte Edukte

PW Karbonisierungsprodukte (Biokohle, Prozesswasser)

W Prozesswasser

P Biokohle