DE102011114232A1

DE102011114232A1 - Verfahren und Anlage zur Verwertung von Biomasse

Info

Publication number: DE102011114232A1
Application number: DE102011114232A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-09-26
Filing date: 2011-09-26
Publication date: 2013-03-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwertung von Biomasse, insbesondere landwirtschaftlichen, forstwirtschaftlichen und pflanzlichen Gewerbe- und anderen biologischen Abfällen. Die Erfindung betrifft ferner eine Anlage zur Verwertung von Biomasse, insbesondere zur Herstellung von komprimiertem Biomassebrennstoff. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass bei diesem ausschließlich reine Biomasse und Biomasseabfälle als Ausgangsstoffe dienen und durch das Waschen, Zerkleinern und Erhitzen ein steriler, gleichmäßig zerkleinerter und getrockneter Rohstoff aus den biologischen Abfällen gewonnen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwertung von Biomasse, insbesondere landwirtschaftlichen, forstwirtschaftlichen und pflanzlichen Gewerbe- und anderen biologischen Abfällen. Die Erfindung betrifft ferner eine Anlage zur Verwertung von Biomasse, insbesondere zur Herstellung von komprimiertem Biomassebrennstoff.
Der Mist aus landwirtschaftlicher Nutztierhaltung wird derzeitig auf Feldern, Wiesen, Weiden und Äckern als Dünger verwertet, was bei der kontinuierlich ansteigenden Tierhaltung zur Übersäuerung der Böden führt. Außerdem ist eine ganzjährige Verwendung als Dünger für Felder, Wiesen, Weiden und Äcker nicht möglich. Mist fällt aber immer in konstanter Menge an. Durch diese Problematik wird Mist zum Teil kompostiert, in Biogasanlagen angereichert und in Müllverbrennungsanlagen entsorgt. Für Pferdemist speziell gibt es zusätzliche Verwertungsmöglichkeiten. Er wird z. B. auf Champignon-Plantagen als Dünger verwendet.
Die zusätzlich verwertbaren Stoffe wie z. B. Laub, Zweige, Wurzeln, Holz, Getreide, Stroh, Heu, Melasse, Obst, Gemüse und andere Pflanzenprodukte, sowie Nass- und Trockenvergärungsabfälle werden kompostiert. Holzabfallprodukte werden in verschiedenen Formen als Brennstoff eingesetzt z. B. Stückholz, Hackschnitzel, Pellets und Briketts. Die anderen biologischen Abfälle wie Pappe, Papier und andere textile Naturfasern werden wiederverwertet oder verbrannt.
Bei der Verbrennung von unbehandelter Biomasse gibt es Probleme mit der Bestimmung eines gleichbleibenden Heizwertes, dies liegt u. a. an dem unterschiedlichen Feuchtegehalt der Biomasse sowie Verunreinigung durch Bakterien und andere Störstoffe.
Aus der DE 10 2006 006 701 B3 ist ein Verfahren zur Herstellung von Pellets aus Pferdemist bekannt, das die folgenden Schritte aufweist: a) Deponieren von frischem Pferdemist in einem allseits geschlossenem Sammelbehälter, der eine definierte Luftführung aufweist, b) Vortrocknen des frischen Pferdemistes in dem Sammelbehälter derart, dass der Pferdemist mindestens über einen Zeitraum von einer Stunde einer Temperatur von mehr als 70°C ausgesetzt ist, c) Zerkleinern des auf einen Restfeuchtegehalt von maximal 45% bezogen auf die Gesamtmasse vorgetrockneten Pferdemists derart, dass der Pferdemist eine mittlere Faserlänge von maximal 120 mm aufweist, d) Nachtrocknen des zerkleinerten Pferdemists auf einen Restfeuchtegehalt im Bereich von 4% bis 12% bezogen auf die Gesamtmasse des zerkleinerten Pferdemists, e) Befeuchten des nachgetrockneten und zerkleinerten Pferdemistes derart, dass der Wassergehalt des resultierenden befeuchteten Pferdemistes im Bereich von 14% bis 24% bezogen auf die Gesamtmasse beträgt und f) Pelletieren des in Schritt e) befeuchteten Pferdemists.
Die DE 10 2005 004 634 B4 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Brennstoff aus gepresster Biomasse, bei dem als Biomasse Silageprodukte und andere biologische Abfälle dienen. Das offenbarte Verfahren weist die folgenden Schritte auf: a) Sammeln von Biomasse, b) Erste Zerkleinerung der Biomasse, c) Entfernen von Verunreinigungen, d) Entwässern, e) Zweites Zerkleinern, f) Trocknen und g) Pelletieren des Endprodukts.
Das Problem bei der Verbrennung von den in den oben genannten Dokumenten genannten Biomassen ist die Einhaltung der vorgeschriebenen Grenzwerte und die Bestimmung des Heizwerts. Brennstoffe müssen gewisse Normen erfüllen in Bezug auf den Gesamtgehalt an Wasser, den Aschegehalt, den Gehalt an Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Schwefel, Chlor und Spurenelementen (As, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mn, Mo, Ni, Pb, Sb, V und Zn).
In einem nichtindustriellen Gebrauch von festen Biobrennstoffen sind die oben genannten Brennstoffspezifikationsgrenzwerte noch geringer und durch verschiedene weitere Kriterien ergänzt, z. B. mechanische Festigkeit des komprimierten Brennstoffes.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verwertung von Biomasse zur Verfügung zu stellen, welche die Herstellung eines reinen Biomasse-Rohstoffs ermöglichen, der zur Herstellung von komprimiertem Biomassenbrennstoff geeignet ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, welches die folgenden Schritte umfasst:

a) Lagern und Mischen der Biomasse, vorzugsweise von Mist;
b) Entwässern der Biomasse, insbesondere Rückgewinnung von Flüssigkeit (z. B. Gülle) und pastösen Stoffen (z. B. Dung);
c) optional Zugabe weiterer Biomasse;
d) Zerkleinern der Biomasse auf eine mittlere Faserlänge von 80 bis 100 mm, vorzugsweise 90 mm;
e) Waschen, Reinigen und Mischen der zerkleinerten Biomasse, insbesondere Abscheiden von Störstoffen;
f) Entwässern der Biomasse bis auf eine Restfeuchte von ungefähr 30 bis 60%, vorzugsweise 40 bis 50%, bezogen auf die Gesamtmasse;
g) Zerkleinern der Biomasse auf eine mittlere Faserlänge von 10 bis 20 mm, vorzugsweise 12 bis 16 mm;
h) Erhitzen der Biomasse auf eine Temperatur von mindestens 100°C;
i) Trocknen der Biomasse bis zu einer vorbestimmten Restfeuchte;

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass bei diesem ausschließlich reine Biomasse und Biomasseabfälle als Ausgangsstoffe dienen und durch das Waschen, Zerkleinern und Erhitzen ein steriler, gleichmäßig zerkleinerter und getrockneter Rohstoff aus den biologischen Abfällen gewonnen wird.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das erfindungsgemäße Verfahren durch einen oder mehrere der folgenden zusätzlichen Schritte ergänzt wird:

j) Lagern und Rühren der getrockneten Biomasse zur Pufferung und Materialbevorratung;
k) Mahlen der getrockneten Biomasse auf eine mittlere Korngröße von 2 bis 6 mm, vorzugsweise 3 bis 5 mm, insbesondere 4 mm;
l) Pressen, Verdichten, Stempeln und/oder Komprimieren der getrockneten Biomasse zur Herstellung von komprimierten Formstücken;
m) Trocknen und Kühlen der Biomasse mit einer Austrittstemperatur von 10–15 K über Umgebungstemperatur;
n) Transportieren der komprimierten Formstücke aus den Schritten l) oder m);
o) trockene Lagerung der komprimierten Formstücke aus den Schritten l), m) oder n).

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in Schritt c) optional eine Zusammenführung verschiedener Biomassen erfolgt, vorzugsweise von verbrauchtem biologischem Stalleinstreu (das Einstreu ist mit Jauche und Dung von landwirtschaftlichen Nutztieren wie z. B. Kühen, Pferden, Hasen, Ziegen usw. verunreinigt), biologischen Abfällen aus Land- und Forstwirtschaft, Garten-, Park- und Friedhofsabfällen (z. B. Laub, Zweige, Wurzeln, Holz, Getreide, Stroh, Heu, Melasse, Obst, Gemüse und andere Pflanzenprodukte z. B. Nass- und Trockengährungsabfälle) und anderen biologische Abfällen (z. B. Pappe, Papier und andere textile Naturfasern, die zuvor so bearbeitet worden sein müssen, dass Sie eine ähnliche Beschaffenheit vorweisen). Ein besonderer Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass eine Kombination von Biomassenabfällen verwertet wird, was eine möglichst gute Qualität des Endproduktes ermöglicht. Die Beschaffenheit der Biomasse aus landwirtschaftlichen, forstwirtschaftlichen, Garten-, Park- und Friedhofsabfällen sowie Nass- und Trockengährungsabfällen und anderen biologischen Abfällen ist sehr unterschiedlich und kann je nach Beschaffenheit des Endproduktes ggf. verschieden kombiniert werden. Zusätzlich kann eine Vorbehandlung beispielsweise durch Siebung oder Zerkleinerung erforderlich sein, bevor die einzelnen Biomassenabfälle der aufgeführten Schrittkette zugeführt werden.
Das Entwässern in Schritt b) kann in vorteilhafter Weise zur Gewinnung von flüssigen und pastösen Stoffen genutzt werden, die in Tanks gesammelt und auf Feldern, Äckern, Weiden und Wiesen als Dünger eingesetzt, einer Gülle-Verwertungsanlage zugeführt oder in einer Biogasanlage angereichert werden können.
Das Lagern und Mischen der Biomasse in Schritt a) und die Entwässerung in Schritt f) vor einer Zerkleinerung erfolgt zur Sicherstellung einer kontinuierlichen Beschickung, damit eine annähernd gleichbleibende Zusammensetzung der Biomasse gewährleistet ist.
Dem Waschen, Reinigen und Mischen, sowie der Abscheidung von Störstoffen in Schritt e) kann zur Qualitätssteigerung des Endproduktes und zur Sicherstellung der Auswaschung störender Stoffe in vorteilhafter Weise in Schritt f) eine Entwässerung nachgeschaltet sein.
Der Kochvorgang in Schritt h) wird in vorteilhafter Weise mit einer Temperatur von über 100°C durchgeführt, damit das Biomassegemisch in vorteilhafter Weise vorgetrocknet und sterilisiert wird.
Das Nachtrocknen in Schritt i) auf einen bevorzugten Wassergehalt des Biomassengemisches erfolgt in vorteilhafter Weise derart, dass keine Nachbefeuchtung der Biomasse nötig ist.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird die getrocknete Biomasse aus Schritt i) zu Isolationsmaterial, Brennstoff oder Bauelementen weiterverarbeitet.
Ein weiterer vorteilhafter Aspekt der Erfindung ist die Verwendung der getrockneten Biomasse aus Schritt i) zur Energiegewinnung, vorzugsweise zur Selbstversorgung mit thermischer und elektrischer Energie.
Weiterhin kann das erfindungsgemäße verfahren um zusätzliche Schritte jeglicher Weiterverarbeitung der Biomasse zu beispielsweise Isolationsmaterial, Brennstoff, Bauelemente/Bauplatten usw. ergänzt werden.
Um das Kriterium eines reinen Biomassen-Rohstoffes zu erlangen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass in dem Verfahren in den laufenden Prozess nur reine Biomasse zugeführt wird, ohne Verunreinigungen wie z. B. Kunststoffe. Zur Sicherstellung dieses Kriteriums ist kann es notwendig sein, Trennungs-, Abscheidungs-, Sieb- und Sortierungseinrichtungen ggf. dem Verfahren vorzuschalten.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß ferner durch eine Anlage der eingangs genannten Art gelöst, welche die folgenden Komponenten umfasst:

– mindestens eine Lagereinrichtung mit mindestens einer Mischvorrichtung zur kontinuierlichen Beschickung und Durchmischung der Biomasse;
– mindestens eine Entwässerungsvorrichtung zur Rückgewinnung der flüssigen und pastösen Bestandteile der Biomasse;
– mindestens eine Zerkleinerungsvorrichtung mit mindestens einer Dosiereinrichtung zum Zerkleinern der Biomasse;
– mindestens eine kombinierte Wasch-, Reinigungs-, Misch- und Abscheidungsvorrichtung, zum Abscheiden von Störstoffen;
– mindestens eine Heizvorrichtung zum Erhitzen der Biomasse, insbesondere zur Sterilisation und Vortrocknung der Biomasse;
– mindestens eine Trocknungseinrichtung zum Nachtrocknen der Biomasse bis auf eine vorbestimmte Restfeuchte.

Die erfindungsgemäße Anlage zeichnet sich insbesondere durch eine neuartige kombinierte Wasch-, Reinigungs-, Misch- und Abscheidungsvorrichtung aus, so dass ein reiner und gleichmäßig zerkleinerter Rohstoff aus biologischen Abfällen gewonnen werden kann.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die kombinierte Wasch-, Reinigungs-, Misch- und Abscheidungsvorrichtung mindestens eine Steinabscheidungstrommel und mindestens einen Mischkonditionierer umfasst.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zusätzlich mindestens eine Press-, Verdichtungs-, Stempel- und/oder Komprimierungsvorrichtung zur Weiterverarbeitung der getrockneten Biomasse vorgesehen ist.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass zusätzlich mindestens eine Einrichtung zur Regenwasser- und Prozesswasserrückgewinnung vorgesehen ist.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zusätzlich mindestens eine Einrichtung zur Bereitstellung elektrischer und thermischer Energie zum Betrieb der Anlage vorgesehen ist, vorzugsweise mindestens eine Einrichtung aus der Gruppe bestehend aus einer Biogasanlage, einem Blockheizkraftwerk, einer thermischen und/oder elektrischen Solaranlage und einer Wärmepumpe.
Erfindungsgemäß wird beispielsweise folgende Biomasse verarbeitet:

• verbrauchtes biologisches Stalleinstreu, das Einstreu ist mit Jauche und Dung von landwirtschaftlichen Nutztieren wie z. B. Kühen, Pferden, Hasen, Ziegen usw. verunreinigt,
• zusätzlich können biologische Abfälle aus Land- und Forstwirtschaft, Garten-, Park- und Friedhofsabfälle wie z. B. Laub, Zweige, Wurzeln, Holz, Getreide, Stroh, Heu, Melasse, Obst, Gemüse und andere Pflanzenprodukte,
• sowie Nass- und Trockengährungsabfälle und andere biologische Abfälle wie Pappe, Papier und andere textile Naturfasern dem Verfahren zugeführt werden.

Die Beschaffenheit des Mists aus der Tierhaltung ist sehr unterschiedlich. Die Unterscheidungskriterien sind u. a. von dem verwendeten Einstreu (z. B. Strohart, Holzmehl), von der Einstreuweise (z. B. tägliches oder wöchentliches Misten) und von dem Nutztier, welches das Einstreu verunreinigt, abhängig. Die Beschaffenheit schwankt z. B. in der Halmlänge, in dem Feuchtegehalt und in den pastösen Bestandteilen des Mistes. Die Lagerung sollte eine direkte oder anschließende Durchmischung des Mistes ermöglichen, so dass eine gleichmäßige Beschaffenheit des Mistes erreicht wird.
Nach erfindungsgemäßem Einsatz einer Entwässerung bzw. Reduzierung unerwünschter Flüssigkeiten (Gülle) und pastösen Stoffen (Dung) können diese in Tanks gesammelt und auf Feldern, Äckern, Weiden und Wiesen als Dünger eingesetzt werden, einer Gülle-Verwertungsanlage zugeführt oder in einer Biogasanlage angereichert werden. Die Verzögerung des Entwässerungsprozesses wird durch die Verweildauer des Biomassen-Gemisches in der Wasch- und Abscheidungseinrichtung kompensiert.
Die erste Entwässerung des Mistes wird in keinem bisher bekannten Verfahren zur Gewinnung der Gülle durchgeführt, sondern als mechanische Vortrocknung des Mistes. In diesem Verfahren wird sie an dieser Stelle durchgeführt, um die Gülle als Rohstoff vor der weiteren Zerkleinerung, Vermischung und anschließenden Waschung zu gewinnen und weiter zu verarbeiten.
Die genannte Gülle-Verwertungsanlage trennt das Wasser von den Düngerbestandteilen, so kann das Wasser anschließend dem Prozess wieder zugeführt werden. Der konzentrierte Dünger kann getrocknet und über entsprechende Fördereinrichtungen in ein Silo gefördert werden. Der entstandene Trockendünger kann anschließend in entsprechende Düngerstreuer und Silofahrzeuge gefüllt werden oder in Säcke oder Big-Packs verpackt werden.
Die genannte Anreicherung in einer Biogasanlage kann zur Energieerzeugung (elektrische wie thermische Energie) genutzt werden und zur Versorgung des vorliegenden Verfahrens genutzt werden.
Die Zerkleinerungseinrichtung sollte eine Zugabe von mehreren Fördereinrichtungen ermöglichen und sollte so leistungsstark sein, dass sie ggf. auch Steine und Metalle zerkleinert. Sie sollte so fein zerkleinern, dass eine Häckselgutgröße von 120 mm nicht überschritten wird. Dies ist möglich durch den Einsatz von z. B. einer Mühle oder einem Schredder. Der Austritt sollte bestenfalls so beschaffen sein, dass er eine direkte Beschickung der Wasch- und Abscheidungseinrichtung ermöglicht, welches den Einsatz von einer Förderungseinrichtung nicht ausschließt.
Die oben genannte Zerkleinerungseinrichtung besitzt Dosierungsmöglichkeiten für andere Biomassen/-gemische, damit man, wie oben bereits erwähnt, schon an dieser Stelle alle qualitätserhaltenden und -steigernden Biomassen dem Mist zuführen kann. Das unterscheidet dieses Verfahren von allen bereits gängigen.
Bei allen genannten Biomassen ist es nicht bekannt, dass sie für den erfindungsgemäßen Verwendungsbereich einer Erstentwässerung zur Rückgewinnung der flüssigen und pastösen Stoffe im Mist, sowie einer Waschung zur Reinigung und Abscheidung der Störstoffe, einer anschließenden Entwässerung zur Reduzierung der noch enthaltenen qualitätsstörenden Flüssigkeiten und anschließendem Kochverfahren zur Sterilisation eingesetzt werden. Das ist neu an diesem Verfahren, da hier jegliche Biomassen bereits zur Zerkleinerungseinrichtung hinzugegeben und zusammen weiterverarbeitet werden, solange gewährleistet ist, dass das komprimierte Endprodukt keine Qualität einbüßt.
Die Wasch und Abscheidungseinrichtung besteht aus einer Kombinationsanlage aus Trommelsteinabscheidungseinrichtung und einem Mischkonditionierer. Die genannten Einzeleinrichtungen sind in dieser Kombination als Gesamteinrichtung nicht bekannt und es ist auch neu, diese unter dem erfindungsgemäßen Verwendungsbereich zu kombinieren und in das Verfahren zu integrieren als unverzichtbaren Bestandteil.
Die erneute Entwässerung dient in diesem Verfahren nicht nur als mechanische Vortrocknung, sondern zusätzlich als Abscheidung der flüssigen und pastösen Stoffe und wird unter erfindungsbezogenen Gesichtspunkten durchgeführt, um die Qualität des weiter zu verarbeitenden Biomassengemisches zu steigern und ggf. weiterhin qualitätsmindernde Bestandteile im Biomassengemisch zu reduzieren. Die nachgeschaltete Zerkleinerungseinrichtung wird den Rohstoff verfeinern, so dass er eine mittlere Größe von vorzugsweise 14 mm vorweist, um die weitere Verarbeitung zu erleichtern.
Der Entwässerung folgt eine Sterilisation. Dabei wird das Biomassengemisch auf eine Temperatur von über 100°C erhitzt und somit sterilisiert. Dieser Schritt ist neu und kommt in keinem bisher genannten Verfahren zur Verarbeitung von Biomassenabfällen zur Anwendung. Die Kocheinrichtung kann zu diesem Verwendungszweck bei jeder Art von Biomasse eingesetzt werden. Sie wurde bis dato noch nicht zur Behandlung von Biomassenabfällen verwendet.
Direktes Trocknen des Biomassengemisches auf einen bevorzugten Restfeuchtegehalt, da aufgrund erfolgter Sterilisation ein niedrigerer Restfeuchtegehalt unnötig wird und nachrangiges Befeuchten bis auf einen höheren, zur Pelletierung notwendigen Restfeuchtegehalt, wie in den anderen Verfahren notwendig, somit ebenfalls entfällt.
Welche Form die komprimierten Formstücke erhalten ist frei wählbar. Die gängigsten Größen der Komprimierung in den Anwendungsbereichen von kleinen und großen Verbrennungsanlagen sind Pellets, Presslinge oder Briketts. Erfindungsgemäß werden diese Formen der Komprimierung empfohlen, was wiederum andere Pressungen, Komprimierungen, Verdichtungen oder Stempelungen nicht ausschließt.
Die Erfindung wird im Weiteren anhand der nachfolgend beschriebenen Abbildungen beispielhaft näher erläutert.
Es zeigen
1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Anlage und
2 eine Seitenansicht (a) und einen Längsschnitt (b) einer erfindungsgemäßen Wasch-, Reinigungs-, Misch- und Abscheidungsvorrichtung.
1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage und des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von komprimiertem Biomassenbrennstoff in Form von z. B. Pellets und deren Produktion sowie den entsprechenden Versorgungsbeispielen der Produktionsmittel wie z. B. Wasser, thermische und elektrische Energie. Es wird in diesem Ausführungsbeispiel eine energetische und wassertechnische Selbstversorgung angestrebt.
Schritt a): Der Mist wird in verschiedene Lager angeliefert und dort gelagert. Die Lager sollten so beschaffen sein, dass eine kontinuierliche Versorgung der Folgeeinrichtungen und Durchmischung des Mistes sichergestellt ist. Eine Ausführungsvariante wären Mulden oder Flachlager, die, mit einem hydraulischen Schubboden ausgestattet, die einzelnen Mist-Zusammensetzungen in eine Förder- und Misch-Schnecke fördern.
Schritt b): Die oben beschriebene Entwässerung könnte z. B. durch eine Schneckenpresse umgesetzt werden, die nach folgendem Ausführungsbeispiel funktioniert: Der zu entwässernde Rohstoff wird über den Einfüllschacht auf die Schnecke gegeben und von dieser in Richtung Pressenausgang gefördert. Der Pressenausgang wird durch einen konischen Ring verschlossen, welcher über einen Pneumatikbalgzylinder einen einstellbaren Gegendruck auf die Auswurfseite ausübt. Der Konus öffnet sich erst dann, wenn der in der Presse aufgebaute Druck den vorab eingestellten Gegendruck des Pneumatikbalgzylinders übersteigt. Durch diese Regelung wird die erforderliche Verdichtung bzw. Kompaktierung der zugeführten Feststoffe erreicht. Die Schneckenwelle ist von einem Siebkorb umgeben. Durch den in der Schneckenpresse aufgebauten Druck werden die flüssigen/pastösen Bestandteile der zugeführten Stoffe durch die Lochungen des Siebmantels herausgepresst. Der Feststoff wird zurückgehalten und von der Schnecke durch den Pressenausgang heraus gefördert und in eine Zerkleinerungseinrichtung geführt. Der Einsatz einer zwischengeschalteten Fördereinrichtung wird nicht im Sinne der Erfindung ausgeschlossen. Der in Schritt b) gewonnene flüssig/pastöse Rohstoff kann, wie oben geschildert, weiter eingesetzt oder verwertet werden.
Der in Schritt c) folgende Zerkleinerungsschritt sollte den oben genannten Anforderungen entsprechen. Die Zerkleinerungseinrichtung kann beispielsweise eine Mühle, ein Shredder oder jegliche andere Zerkleinerungseinrichtung sein, je nach Verwendungszweck.
Im nächsten Verfahrensschritt d) ermöglicht eine entsprechende Einrichtung ein Waschen, Reinigen und Mischen des zerkleinerten Ausgangsmaterials und die Abscheidung von Störstoffen. Eine beispielhafte Ausführungsform der Wasch-, Reinigungs-, Misch- und Abscheidungsvorrichtung ist in 2 dargestellt.
In Schritt e) kommt eine Entwässerungs-, Abscheidungs- und mechanische Vortrocknungseinrichtung zum Einsatz, die ebenfalls als Schneckenpresse ausgeführt sein kann. Um ein möglichst gutes Ergebnis der geschilderten Eigenschaften zu erreichen, wird folgende spezielle Ausführung einer Schneckenpresse bevorzugt. Damit ist allerdings der Einsatz von möglichen anderen Einrichtungen, die die benannten Voraussetzungen erfüllen, nicht ausgeschlossen. Die Schneckenpresse reduziert den Wassergehalt der Faserstoffe sowie des Einstreus auf einen Feuchtigkeitsgehalt von maximal 50%. Die Schneckenpresse muss wahrscheinlich für die Entwässerung auf den höchsten Trockengehalt (und konstanten Trockengehalt) konzipiert sein. Die Schneckenpresse wird über den Aufgabe- bzw. Zulaufschacht beschickt. Die Schnecke fördert den zu entwässernden Stoff in Richtung Pressenausgang. Der Pressenausgang wird durch einen wendellosen Bereich gebildet, die so genannte Presszone. In der Presszone findet durch Reibung des Feststoffs an Siebkorb und Schneckenwelle eine Drosselung des Stoffaustrittes statt, so dass sich ein Gegendruck für den fördernden Schneckenabschnitt aufbaut. Der erzeugte Druck fördert das freie Wasser des Stoffes durch die Löcher des Siebmantels. Die Stärke der Drosselung und damit die Höhe des Druckaufbaus werden durch die Länge der Presszone und die Charakteristik des Stoffes bestimmt. Durch Stellen der Presszonenlänge kann die Schneckenpresse unabhängig von Stoffcharakteristik und Durchsatz immer mit gleichbleibendem Drehmoment betrieben werden. Dadurch wird ein weitgehend konstanter Trockengehalt erreicht. Die Schneckenpresse fördert den auf maximal 50% feuchtigkeitsreduzierten Rohstoff in eine Pelletieranlage.
Der folgende Zerkleinerungsschritt f), auf den oben bereits eingegangen wurde, kann mittels einer Mühle oder eines Shredders sowie jede andere Zerkleinerungseinrichtung, die die gewünschten Eigenschaften erfüllt, durchgeführt werden.
Die Sterilisation und Kocheinrichtung wird in den Fertigungsschritten unter g) z. B. als hydrothermische Kochanlage ausgeführt. Diese erlaubt eine Hygienebehandlung von bis zu 150°C, sterilisiert und trocknet das Produkt.
Der Trockner im nächsten Schritt der Produktion h) muss den Rohstoff auf eine Restfeuchte reduzieren bzw. trocknen- bezogen auf die Gesamtmasse. Eine Umsetzungsvariante ist eine Trocknungsanlage mit einem Bandtrockner, der mit einer Bandwascheinrichtung für die Nassreinigung des Gewebebandes betrieben wird. Drei Wärmetauscher, die mit Wasser betrieben werden, arbeiten und mit einer Vorlauftemperatur von 90°C und einer Rücklauftemperatur von 70°C. Die Trocknungsluft kann somit auf einer Temperatur von ca. 85°C konstant gehalten werden.
Die folgende Anlagenkomponente i) sollte ein geschlossenes Zwischenlager sein, welches ggf. mit einem Rührwerk zur kontinuierlichen Durchmischung ausgestattet ist.
Der anschließende Zerkleinerungsschritt j) zerfasert den Rohstoff mittels einer Mahlanlage auf eine Korngröße von ca. 4 mm. Dies kann beispielsweise durch eine Hammermühle umgesetzt werden.
Der folgende Komprimierungsschritt k) kann zum Beispiel mittels einer Flachmatrizen-Presse für die Herstellung von Presslingen durchgeführt werden beispielsweise einem Pressen-Auslaufkasten.
In Schritt l) findet eine Trocknungs- und Kühleinrichtung Anwendung, die z. B. als Bandaggregat ausgeführt sein kann. Die Kühlung erfolgt nach der Konvektionskühlung und der Verdunstungskühlung. Die Kalt- bzw. Warmluft strömt von unten quer zur Laufrichtung der Förderbänder durch das Produkt nach oben. Dabei wird die Luft zunehmend erwärmt und es wird eine schonende Trocknung bzw. Kühlung ohne Rissbildung bei den Presslingen erreicht.
Anschließend werden die Presslinge in Schritt m) in einem trockenen, geschlossenen Silo o. ä. gelagert.
Zwischen den Einzelkomponenten der erfindungsgemäßen Anlage werden ggf. Fördereinrichtungen wie z. B. Förderbänder oder Schneckenfördersysteme eingesetzt, um einen reibungslosen Ablauf der Produktion zu gewährleisten.
1 zeigt ferner die oben beschriebene Vorreinigung sowie die Dosierungsmöglichkeit von reiner Biomasse 1. Die Komponenten 2–4 sind energetische Versorgungsmöglichkeiten der Produktion. Es ist in bevorzugter Ausführungsform eine Biogasanlage 2 vorgesehen, auf die oben bereits als Verwertung der gewonnenen flüssigen und pastösen Stoffe eingegangen wurde. Die in der Biogasanlage 2 produzierte Energie könnte beispielsweise zur Versorgung der Produktion eingesetzt werden. Zu diesen Punkten kommt hinzu, dass die Abfallstoffe der Biogasanlage 2 über die Dosierungsmöglichkeit 1 zur Wiederverwertung in die laufende Produktionskette zugefügt werden können. Die Komponenten 3, 3.1 und 4 sind Beispiele für die Energieversorgung der Produktion, die ergänzend zur Biogasanlage 2 oder alleine die Versorgung sicherstellen können. Die Bezugsziffern 3 und 3.1 deuten zwei voneinander getrennte Heizkraftwerke an, die jeweils über eine Feststoffverfeuerung verfügen. Durch diese Einrichtungen kann Biomasse, wie z. B. Holzabfall, direkt verfeuert werden. Auch kann ggf. das in dem Verfahren hergestellte Endprodukt verbrannt werden und somit zusätzlich die Produktion mit Energie versorgen. Mit der Bezugsziffer 4 ist eine Solar- oder Photothermieanlage angedeutet, zur zusätzlichen thermischen Energieversorgung, wodurch ggf. im Sommer die Abschaltung eines Kraftwerkes möglich wäre. Die Bezugsziffer 5 stellt die Aufbereitung des Wassers dar, welches aus der Wasch-, Reinigungs-, Misch- und Abscheidungsvorrichtung extrahiert wird. Sie stellt eine kontinuierliche Aufbereitung des Wassers sicher. Mit Bezugsziffer 6 wird eine Bevorratung des aufzubereitenden Wassers angedeutet. Bezugsziffer 7 deutet eine Regenwasser- und Bevorratungseinrichtung an, die die Produktion sowie die allgemeine Versorgung an Wasser ganz oder teilweise erfüllen soll. Durch diese ergänzenden Komponenten zur Produktion wird eine teilweise, wenn nicht sogar komplett autarke Energie- und Wasserversorgung sichergestellt.
2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wasch-, Reinigungs-, Misch- und Abscheidungsvorrichtung 10. Die Skizze zeigt die Grundkomponenten auf, jegliche Modifizierung und mögliche Ergänzung um weitere Bauteile ist möglich. Der Rohstoff wird über Fördereinrichtungen 11, 14 in die Wasch-, Reinigungs-, Misch- und Abscheidungsvorrichtung 10 zu- sowie abgeführt. Die Wasch-, Reinigungs-, Misch- und Abscheidungsvorrichtung 10 ermöglicht verschiedene steuerbare Fließgeschwindigkeiten des Wassers 15, besitzt mindestens einen Einlauf 16 für das gereinigte Wasser aus der Wasseraufbereitung 18 und einen Auslauf 17 zur Wasseraufbereitung. Die Abscheidungseinrichtung funktioniert nach dem Schwerkraftprinzip und ermöglicht alle Störstoffe 19 wie z. B. Sand, Steine, Glas, FE- und NE-Metalle, korrosive Bestandteile und chemische Zusatzstoffe aus dem Rohstoff zu entfernen. Die schweren Störstoffe 19 werden in einem Trichter 20 unterhalb der Siebtrommel gesammelt. Die Trommel 12 sollte zumindest aus Siebtrommelblechen 13 bestehen, die mit Zinken 21 versehen sind, und somit in der Lage sein, durch Rührung, Mischung und Auflockerung des Rohstoffes störende Flüssigkeiten, die die Qualität des Endproduktes beeinflussen könnten, auszuwaschen. Zur Sicherstellung dieser Auswaschung vor der Trocknung sollte nach erfindungsgemäßer Verwendung eine Entwässerung nachgeschaltet sein. Die erfindungsgemäße Wasch-, Reinigungs-, Misch- und Abscheidungsvorrichtung 10 ist so beschaffen, dass jede weitere Abscheidung von Störstoffen überflüssig ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102006006701 B3 [0005]
DE 102005004634 B4 [0006]

Claims

Verfahren zur Verwertung von Biomasse, insbesondere landwirtschaftlichen, forstwirtschaftlichen und pflanzlichen Gewerbe- und anderen biologischen Abfällen, welches die folgenden Schritte umfasst: a) Lagern und Mischen der Biomasse; b) Entwässern der Biomasse, insbesondere Rückgewinnung von Flüssigkeit und pastösen Stoffen; c) optional Zugabe weiterer Biomasse; d) Zerkleinern der Biomasse auf eine mittlere Faserlänge von 80 bis 100 mm; e) Waschen, Reinigen und Mischen der zerkleinerten Biomasse, insbesondere Abscheiden von Störstoffen; f) Entwässern der Biomasse bis auf eine Restfeuchte von ungefähr 30 bis 60% bezogen auf die Gesamtmasse; g) Zerkleinern der Biomasse auf eine mittlere Faserlänge von 10 bis 20 mm; h) Erhitzen der Biomasse auf eine Temperatur von mindestens 100°C; i) Trocknen der Biomasse bis zu einer vorbestimmten Restfeuchte;
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen oder mehrere der folgenden zusätzlichen Schritte: j) Lagern und Rühren der getrockneten Biomasse zur Pufferung und Materialbevorratung; k) Mahlen der getrockneten Biomasse auf eine mittlere Korngröße von 2 bis 6 mm, vorzugsweise 3 bis 5 mm, insbesondere 4 mm; l) Pressen, Verdichten, Stempeln und/oder Komprimieren der getrockneten Biomasse zur Herstellung von komprimierten Formstücken; m) Trocknen und Kühlen der Biomasse mit einer Austrittstemperatur von 10–15 K über Umgebungstemperatur; n) Transportieren der komprimierten Formstücke aus den Schritten l) oder m); o) trockene Lagerung der komprimierten Formstücke aus den Schritten l), m) oder n).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) optional eine Zusammenführung verschiedener Biomassen erfolgt, vorzugsweise von verbrauchtem biologischem Stalleinstreu, biologischen Abfällen aus Land- und Forstwirtschaft, Garten-, Park- und Friedhofsabfällen und anderen biologische Abfällen.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die getrocknete Biomasse aus Schritt i) zu Isolationsmaterial, Brennstoff oder Bauelementen weiterverarbeitet wird.
Verwendung der getrockneten Biomasse aus Schritt i) zur Energiegewinnung, vorzugsweise zur Selbstversorgung mit thermischer und elektrischer Energie.
Anlage zur Verwertung von Biomasse, insbesondere zur Herstellung von komprimiertem Biomassebrennstoff, welche die folgenden Komponenten umfasst: – mindestens eine Lagereinrichtung mit mindestens einer Mischvorrichtung zur kontinuierlichen Beschickung und Durchmischung der Biomasse; – mindestens eine Entwässerungsvorrichtung zur Rückgewinnung der flüssigen und pastösen Bestandteile der Biomasse; – mindestens eine Zerkleinerungsvorrichtung mit mindestens einer Dosiereinrichtung zum Zerkleinern der Biomasse; – mindestens eine kombinierte Wasch-, Reinigungs-, Misch- und Abscheidungsvorrichtung (10), zum Abscheiden von Störstoffen; – mindestens eine Heizvorrichtung zum Erhitzen der Biomasse, insbesondere zur Sterilisation und Vortrocknung der Biomasse; – mindestens eine Trocknungseinrichtung zum Nachtrocknen der Biomasse bis auf eine vorbestimmte Restfeuchte.
Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasch-, Reinigungs-, Misch- und Abscheidungsvorrichtung (10) mindestens eine Steinabscheidungstrommel und mindestens einen Mischkonditionierer umfasst.
Anlage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich mindestens eine Press-, Verdichtungs-, Stempel- und/oder Komprimierungsvorrichtung zur Weitererarbeitung der getrockneten Biomasse vorgesehen ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich mindestens eine Einrichtung zur Regenwasser- und Prozesswasserrückgewinnung vorgesehen ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich mindestens eine Einrichtung zur Bereitstellung elektrischer und thermischer Energie zum Betrieb der Anlage vorgesehen ist, vorzugsweise mindestens eine Einrichtung aus der Gruppe bestehend aus einer Biogasanlage (2), einem Blockheizkraftwerk (3, 3.1), einer thermischen und/oder elektrischen Solaranlage (4) und einer Wärmepumpe.