Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines kohlenstoffhaltigen Brennstoffs. Derartige Brennstoffe können beispielsweise zur Umwandlung kohlenstoffhaltiger Rohstoffe in bevorzugt flüssige Kraftstoffe verwendet wer- den. Dabei ist es aus dem Stand der Technik lange bekannt, Biomasse zu vergasen, um auf diese Weise Brennstoffe zu gewinnen. So sind beispielsweise aus der DE 102 27 074 A1 ein Verfahren zur Vergasung von Biomasse und eine Anlage hierzu bekannt. Dabei werden die Substanzen in einer von einem Vergasungsreaktor gasdicht getrennten Verbrennungskammer verbrannt, und die Wärmeenergie aus der Verbrennungskammer in den Vergasungsre- aktor eingeführt.

Es ist im Stand der Technik bekannt, dass nachwachsende Rohstoffe wie Holz, Stroh, Heu und ölhaltige Pflanzen als Ersatz für fossile Energieträger wie Heizöl und Erdgas verwendet werden können. Daneben werden allgemein auch Müll und Abfälle verstärkt als Sekundär- rohstoffe entdeckt und einer thermischen Verwertung zugeführt.

Aus der EP 1837390 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbereiten von Rohholz und dergleichen Brenngut bekannt. Dabei durchläuft dieses Brenngut eine Trocknungsphase und kann dann zur Wärmegewinnung bereitgestellt werden. Dabei ist vorgesehen, dass das rein biologische Brenngut unter Zugabe von Branntkalk aufbereitet wird und dieses Gemisch direkt oder nach einer an das Mischen anschließenden Verdichtung zur Wärmege- winnung genutzt wird. Durch die Zugabe von Branntkalk soll eine Reduktion des Wassergehaltes im Brenngut erreicht werden.

Dies ist beispielsweise bekannt für Klärschlämme, die aufgrund von weltweiten restriktiven Entsorgungsrichtlinien zunehmend als Rohstoff für eine thermische Vergasung Verwendung finden. Aber auch herkömmliche Primärrohstoffträger wie Kohle gewinnen eine zukünftige höher werdende Bedeutung als Energieträger. Die Umwandlung von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen kann in thermische Energie direkt erfolgen oder auch zur Herstellung höherwer- tiger Brennstoffe oder auch Gas oder Biokraftstoffe verwendet werden.

Insoweit bekannte Verfahren sind die Vergärung, die Verbrennung, die Verölung und die Vergasung derartiger Brennstoffe. Dabei ist ebenfalls bekannt, thermische Umwandlungen derartiger Brennstoffe in einen Hochtemperaturbereich ab ca. 800 ⁰ C vorzunehmen. Um diese Umwandlung durchzuführen, sollten die Rohstoffe eine geringe Feuchtigkeit aufweisen. Dabei ist es bekannt, die Rohstoffe vor der Verwendung zu zerkleinern, wie beispielsweise zu häckseln, schreddern, hacken und sie anschließend zu trocknen und zu pressen und in komprimierter Form dem Umwandlungsprozess zuzuführen. Das Pressen des Rohstoffs wird dabei im Stand der Technik beispielsweise mit hydraulischen oder mechanischen Pressen durchgeführt, was zu einer leichteren Handhabung für den nachfolgenden Verarbeitungspro- zess führt.

Bei den eigentlichen thermischen Umwandlungsprozessen, wie beispielsweise einer Verbrennung oder Vergasung, kann es jedoch im Stand der Technik zu einem Verklumpen, Verschlacken oder Verglasen der Asche kommen, was wiederum erhöhte Schwierigkeiten bei der Reinigung entsprechender Anlagen mit sich bringt. Daher ist es aus dem Stand der Technik bekannt, dass dem Brennstoff Kalk oder Dolomit zugegeben wird, um auf diese Weise eine Erhöhung des Ascheschmelzpunktes beziehungsweise Ascheerweichungspunktes zu erreichen.

So verfügen einige Biomassen wie beispielsweise Stroh über einen hohen Chlorid- oder Kaliumanteil, dessen Ascheerweichungspunkt mit rund 800 ⁰ C deutlich unter dem von beispielsweise Holz mit 1.200 °C liegt. Auch bei Pressungen aus Wald- und Restholz erhöht eine Zugabe von Kalk den Ascheschmelzpunkt beziehungsweise den Ascheerweichungspunkt und erlaubt auf diese Weise einen Einsatz der Brennstoffpresslinge bei Temperaturen im thermischen Umwandlungsprozess über 1.200 ⁰ C. Dies gilt entsprechend auch für Press- linge aus Abfällen und Klärschlämmen mit hohem mineralischem Anteil.

Aus dem Stand der Technik ist es weiterhin bekannt, das Rohmaterial vorab mit dem Zu- satzmittel, beispielsweise pulverförmigem Kalk, zu vermischen und anschließend zu ver- pressen. Hieraus ergeben sich jedoch Nachteile bei dem Verpressungsvorgang, das heißt, die Festigkeit der Presslinge wird durch diesen Vorgang beeinträchtigt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Brennstoff für Verga- sungsanlagen zu verbessern. Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, mittels dessen dem Brennstoff ein Zusatzmittel zugeführt werden kann, welcher die Möglichkeit für seine Vergasung verbessert. Daneben soll eine Möglichkeit geschaffen werden, um derartige Zusatzmittel dosiert oder in variierbaren Mengen zuführen zu können. Weiterhin soll ein staubarmes Verfahren zur Verfügung gestellt werden, um das Rohmaterial beispielsweise mit Kalk zu versorgen.

Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 10 erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines kohlestoffartigen Brennstoffs, insbesondere als Rohstoff für eine thermische Verwertung, wird der Brennstoff durch Ver- pressung von kohlenstoffhaltigem Rohmaterial und Zugabe eines eine thermische Verwertung des Brennstoffs fördernden Zusatzmittels in einer vorgegebenen Menge gebildet, wobei das Zusatzmittel eine chemische Verbindung aus den Elementen Kalzium und/oder Magnesium mit oder ohne Kohlenstoff enthält. Allgemein könnten Erdalkalisalze Anwendung finden.

Erfindungsgemäß wird in einem ersten Schritt das kohlenstoffhaltige Rohmaterial verpresst und auf diese Weise ein Brennstoffpressling hergestellt, und anschließend wird wenigstens einem Bereich und bevorzugt wenigstens einer Oberfläche dieses Brennstoffpresslings das Zusatzmittel zugeführt. Diese Zuführung erfolgt jedoch bevorzugt noch vor der thermischen Verwertung, also insbesondere noch vor dem Einführen des Brennstoffs in einen Vergaser. Durch das erfindungsgemäße Zuführen des Zusatzmittels nach dem Verpressen des Rohstoffs kann die Menge des Zusatzmittels, das dem Brennstoffpressling zugeführt wird, genauer dosiert werden. Damit ist vorgesehen, dass der Brennstoff beispielsweise aus Primärrohstoffen wie schnell nachwachsenden Energiehölzern, Rest- und Abfallholz, Waldholz, Holzspänen, Stroh, Heu aber auch Rohstoffen fossilen Ursprungs wie Kohle und Sekundärrohstoffen wie Abfall und Müll in komprimierter Form als Pressung durch die anschließende Zugabe des Zusatzmittels wie beispielsweise Kalk, aufbereitet und dadurch eine Erhöhung des Ascheschmelzpunktes bzw. Ascheerweichungspunktes in einem thermischen Verwer- tungsprozess erzielt wird.

Da, wie erwähnt, sich bevorzugt ein thermischer Verwertungsprozess anschließt, ist es möglich, das Zusatzmittel über eine Oberfläche des Brennstoffpresslings zuzuführen. Es wäre jedoch auch möglich, dem Brennstoffpressling das Zusatzmittel nicht über eine Oberfläche zuzuführen, sondern beispielsweise über eine Kanüle oder dergleichen in das Innere des Brennstoffpresslings einzuführen. Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist auch der Mengenanteil des Verhältnisses von dem Zusatzmittel zu dem Brennstoff flexibel veränderbar und weiterhin verändert sich - wie oben erwähnt - die Stabilität des Brennstoffpresslings durch die Zugabe des Zusatzmittels nicht nachteilhaft.

Je nach mineralischer Zusammensetzung des Brennstoffs kann das Zusatzmittel im gewünschten Mengenanteil nach dem eigentlichen Herstellungsprozess, das heißt, dem Pressen des Brennstoffs, auf den Brennstoffpressling aufgetragen werden, so dass der Ascheschmelzpunkt beziehungsweise Ascheerweichungspunkt des Brennstoffpressling im thermischen Verwertungsprozess auf ein verfahrensoptimales Niveau brennstoffindividuell ange- passt werden kann, wobei dieses Niveau ein Verklumpen, ein Verschlacken oder Verglasen der Asche verhindert.

Bevorzugt handelt es sich bei dem Zusatzmittel um Kalk oder eine Kalk enthaltende Substanz. Es wären jedoch auch andere Kalzium und/oder Magnesium mit oder ohne Kohlen- stoff enthaltende Verbindungen und insbesondere Kalziumkarbonat - Gesteine verwendbar, wie beispielsweise Kreide oder Dolomit, aber auch Magnesiumoxid und/oder Kalziumoxid.

Vorzugsweise wird eine flüssige Substanz auf den Brennstoffpressling aufgebracht, wobei diese flüssige Substanz das Zusatzmittel enthält oder das Zusatzmittel ist. Damit werden die Brennstoffpresslinge dadurch behandelt und hergestellt, dass den Pressungen, die beispielsweise auch in Form von Briketts oder Pellets vorliegen können, das Zusatzmittel in insbesondere flüssiger Konsistenz und/oder unterschiedlicher Stärke, bevorzugt auf deren Oberfläche aufgetragen wird.

Durch die Aufbringung des Zusatzmittels in flüssiger Form kann verhindert werden, dass während des weiteren Transports des Brennstoffpresslings mit dem Zusatzmittel dieses wieder herabgeblasen beziehungsweise abgetragen wird.

Vorzugsweise wird das Zusatzmittel mehreren Oberflächen oder Oberflächensegmenten des Brennstoffpresslings zugeführt. Dies bedeutet, dass die Auftragung des Zusatzmittels ganz oder partiell, einseitig oder mehrseitig oder auch innen- oder außenseitig auf der Oberfläche erfolgen kann.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren erfolgt das Zuführen des Zusatzmittels auf die Oberfläche durch ein Aufstreichen des Zusatzmittels, ein Aufsprühen des Zusatzmittels, ein Aufdrücken des Zusatzmittels, ein Eintauchen des Brennstoffpresslings in das Zusatzmittel, Kombinationen hieraus oder dergleichen. Dabei ist es beispielsweise möglich, dass das Auftragen des Zusatzmittels, beispielsweise von Kalk, über eine Druck-, Streich-, Tauch- oder Sprühvorrichtung, beispielsweise eine Rolle, einen Pinsel, mittels eines Tauchbads oder mittels einer Düse erfolgt.

Wie oben erwähnt, liegt das Zusatzmittel beim Auftragen in flüssiger Konsistenz vor, wobei es sich dabei sowohl um eine zähe als auch dünnflüssige Konsistenz halten kann. Dies rich- tet sich auch nach dem verfahrensoptimalen Mengenanteil des Verhältnisses von Zusatzmittel zu Brennstoff.

Vorzugsweise wird damit neben der eigentlichen, die thermische Verwertung fördernden Substanz, wie beispielsweise Kalk, eine weitere Substanz, wie beispielsweise Wasser und/oder ein Bindemittel zugeführt. Das Zusatzmittel setzt sich in diesem Fall aus Kalk und Wasser zusammen.

Bevorzugt ist der Anteil von Kalk in dem Zusatzmittel veränderbar, wodurch auf unterschiedliche Verfahrensrahmenbedingungen reagiert werden kann. Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren enthält das Zusatzmittel Wasser oder Bindemittel. Auch wäre es möglich, dass beispielsweise Kalk in flüssiger Form vorliegt, und neben Wasser auch Bindemittel enthält, welche eine Änderung der Konsistenz des flüssigen Zu- Stands möglich machen. Dabei wäre es auch möglich, dass zunächst auf dem

Brennstoffpressling eine klebende Schicht aufgetragen wird und auf dieser wiederum das Zusatzmittel.

Weiterhin wird beim Auftragen des Zusatzmittels die eine raue Oberfläche des Brenn- stoffpresslings ausgenutzt. Dabei ist es auch möglich, dass ein entsprechend dünnflüssiges Zusatzmittel in das Innere des Brennstoffpresslings eintritt, bzw. diesen durchsetzt. Vorzugsweise wird dem Brennstoffpressling das Zusatzmittel in einer solchen Menge zugeführt, dass der Gewichtsanteil der die thermische Verwertung fördernden Substanz zwischen 0,5% und 10%, bevorzugt zwischen 1% und 3% (bezogen auf das Gesamtgewicht des Brennstoffpresslings) liegt.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird der Brennstoffpressling entlang einer vorgegebenen Transportstrecke transportiert. Dabei ist es möglich, dass der Brennstoffpressling zunächst durch Pressung erzeugt und anschließend gefördert wird. Wie erwähnt, erfolgt durch die Zugabe des Zusatzmittels und insbesondere von Kalk auf die Oberfläche des Brennstoffpresslings eine brennstoffindividuelle Anpassung bzw. Erhöhung des Ascheschmelzpunkts bzw. Ascheerweichungspunkts in einem nachfolgenden thermischen Verwer- tungsprozess.

Durch eine mengenanteilsvariable Zugabe von Kalk auf die Oberfläche des Brennstoffpresslings kann eine brennstoffindividuelle Anpassung des Ascheschmelzpunkts beziehungsweise Ascheerweichungspunkts zur Einhaltung einer verfahrensoptimalen Reaktortemperatur im thermischen Verwertungsprozess ermöglicht werden. Hierbei ist auch zu beachten, dass die erwähnten Brennstoffpresslinge je nach deren Zusammensetzung unterschiedliche Asche- Schmelzpunkte oder Ascheerweichungspunkte aufweisen können.

Auch die Form der Presslinge kann verschieden sein, beispielsweise rund, oval oder eckig, auch in verschiedenen Stärken und Längen. Die durch ein starkes Verdichten erzeugten gebildeten Brennstoffpresslinge bleiben bei der Lagerung über mehrere Monate formstabil und auch ein Verklumpen, Verbacken oder Zusammenwachsen der Presslinge findet nicht statt. Daher ist eine günstige Schutt- und Rieselfähigkeit sowie Dosierbarkeit der erfindungsgemäßen Presslinge auch nach längeren Lagerzeiten gegeben. Aufgrund der längeren Lagerzeiten empfiehlt sich auch die Zugabe von Kalk zu den Brennstoffpresslingen durch ein kalkstaubfreies Verfahren.

Die Bindung des Zusatzmittels beziehungsweise Kalks an die Oberfläche des Brennstoffpresslings wird dadurch verbessert, dass die Presslinge nach dem Pressvorgang eine hohe Temperatur aufweisen und daher das Zusatzmittel vergleichsweise schnell trock- net. Die so behandelten kalkhaltigen Brennstoffpresslinge weisen keine Nachteile hinsichtlich der Festigkeit und Stabilität gegenüber Pressungen ohne Zusatz auf, da - wie erwähnt - das Zusatzmittel vorzugsweise auf deren Oberfläche aufgetragen ist.

Weiterhin ist es auch möglich, eine Änderung des Mengenanteils des Verhältnisses von Zu- satzmittel zu Brennstoff durch eine unterschiedlich große Auftragungsfläche zu erreichen, wobei der Kalk auf dem Pressung auch mehrseitig aufgetragen werden kann und eine Zugabe in flüssiger Form, das heißt dünnflüssig bis dickflüssig, Staubbildung verhindert. Weiterhin erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren eine Anpassung der aufzutragenden Menge an Kalk in der oben beschriebenen Weise mit kurzer Reaktionszeit, so dass der Ascheschmelz- punkt beziehungsweise der Ascheerweichungspunkt je nach mineralischer Zusammensetzung des Brennstoffs schnell beeinflussbar ist.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zum Umwandeln kohlenstoffhaltiger Produkte in bevorzugt flüssige Kraftstoffe, wobei in einem ersten Verfahrens- schritt ein kohlenstoffhaltiger Brennstoff gemäß einem Verfahren der oben beschriebenen Art erzeugt wird und anschließend der Brennstoff in einem Vergaser und bevorzugt einem Festbettvergaser vergast wird.

Es wäre jedoch hier auch eine andere thermische Behandlung des auf diese Weise herge- stellten Brennstoffs möglich.

Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf eine Vorrichtung zur Herstellung eines kohlenstoffhaltigen Brennstoffs gerichtet, die eine Presseinrichtung aufweist, die ein kohlenstoffhaltiges Rohmaterial zu Brennstoffpresslingen presst sowie eine Zugabeeinrichtung, welche dem Rohmaterial ein eine thermische Verwertung des Brennstoffs förderndes Zusatzmittel zuführt. Erfindungsgemäß ist die Zugabeeinrichtung in einer Förderrichtung des Brennstoffs stromabwärts bezüglich der Presseinrichtung angeordnet und derart gestaltet, dass sie das Zusatzmittel wenigstens einer Oberfläche oder einem Bereich des Brennstoffpresslings zu- führt.

Damit ist auch die erfindungsgemäße Vorrichtung derart gestaltet, dass zunächst der Brennstoffpressling erzeugt wird, und anschließend diesem, bevorzugt über seine Oberflächen, das Zusatzmittel zugeführt wird.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen der Presseinrichtung der Zugabeeinrichtung eine vorgegebene Transportstrecke angeordnet, entlang derer der Brennstoffpressling transportierbar ist. Dabei kann entlang der Transportstrecke der Brennstoffpressling auch abgekühlt werden.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Zugabeeinrichtung eine Dosiereinrichtung auf, um die Menge des Zusatzmittels zu dosieren. Dabei kann die Dosiereinrichtung so gestaltet sein, dass sie beispielsweise den Kalkanteil innerhalb des Zusatzmittels variiert, es wäre jedoch auch möglich, dass die Dosiereinrichtung so gestaltet ist, dass die Menge an Zusatzmittel in seiner Gesamtheit, welche auf den Brennstoffpressling gelangt, variabel ist. Bevorzugt weist die Zugabeeinrichtung eine Sprüheinrichtung oder eine Streicheinrichtung auf, welche das Zusatzmittel auf die Brennstoffpresslinge aufbringt.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Zugabeeinrichtung oberhalb eines Transportpfades des Brennstoffpresslings angeordnet. Dabei kann diese Zugabeeinrichtung derart gestaltet sein, dass sie einen kontinuierlichen Strang des Presslings beaufschlagt.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus der beigefügten Figur. Diese zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1. Diese Vorrichtung 1 weist eine Presseinrichtung 12 auf, der über eine Zuführeinrichtung 22 ein Rohmaterial 2 zuführbar ist. Die Presseinrichtung 12 erzeugt aus diesem Rohmaterial einen Brennstoffpressling 6, der durch ein Rohr 13 der Presseinrichtung 12 aus dieser herausgeschoben werden kann.

Das Bezugszeichen 14 kennzeichnet eine Zugabeeinrichtung, welche den bereits gepress- ten Brennstoffpresslingen Zusatzmittel 4 zuführt. Dabei kann diese Zugabeeinrichtung ein Reservoir 15 zur Aufbewahrung des Zusatzmittels aufweisen. Weiterhin ist es möglich, dass die Zugabeeinrichtung 14 einen oder eine Vielzahl von Sprühköpfen bzw. Düsen 8 aufweist, um das Zusatzmittel auf die Brennstoffpresslinge 6 aufzutragen.

Daneben kann eine (nicht gezeigte) Mischeinrichtung vorgesehen sein, welche das Zusatzmittel mischt, beispielsweise die die thermische Verwertung fördernde Substanz mit einer weiteren Substanz, wie beispielsweise Wasser. Dabei kann mit dieser Mischeinrichtung auch ein vorbestimmter Anteil der die thermische Verwertung fördernden Substanz eingestellt werden.

In der Transportrichtung T schließt sich an die Zugabeeinrichtung eine Abkühl- und Transportstrecke 18 an, entlang derer eine Abkühlung der Brennstoffpresslinge 6 erfolgt. Weiterhin könnte eine Auftrageinrichtung vorgesehen sein, und welche zwischen der Presseinrichtung 12 und der Zugabeeinrichtung 14 angeordnet ist, und welche dem Brennstoffpressling ein weiteres Zusatzmittel wie beispielsweise einen Klebstoff zuführt. Der Brennstoffpressling 6, der entlang seines Transportpfades stromabwärts der Zugabeeinrichtung bereits mit dem Zusatzmittel beaufschlagt ist, wird - wie in Fg. 1 gezeigt - auf einem Gestell 20 geführt.

Der so hergestellte und mit dem Zusatzmittel beaufschlagte Brennstoffpressling könnte gela- gert oder auch unmittelbar einem (nicht gezeigten) Vergaser zugeführt werden.

Bedingt durch die hohen Temperaturen des Brennstoffpresslings trocknet das Zusatzmittel schnell. In die Presseinrichtung 12 wird hingegen kein Zusatzmittel eingefügt, so dass Abrieb auf diese Weise verhindert werden kann.

Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind. Bezugszeichenliste

1 Vorrichtung

2 Rohmaterial

4 Zusatzmittel

6 Brennstoffpressling

8 Sprühkopf

12 Presseinrichtung

13 Rohr

14 Zugabeeinrichtung

15 Reservoir

18 Transportstrecke

20 Gestell

22 Zuführeinrichtung

T Transportrichtung