DE3042964A1 - Verfahren zur eliminierung von heteroatomen aus biologischem material und organischen sedimenten zur konvertierung zu festen und fluessigen brennstoffen - Google Patents
Verfahren zur eliminierung von heteroatomen aus biologischem material und organischen sedimenten zur konvertierung zu festen und fluessigen brennstoffenInfo
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- C10L9/00—Treating solid fuels to improve their combustion
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Description
Verfahren zur Eliitiinierung von Heteroatomen aus biologischem
Material und organischen Sedimenten zur Konvertierung zu festen und flüssigen Brennstoffen
Die fossilen Brennstoffe Kohle und Erdöl sind aus Biomasse entstanden.
Formal sind hierbei Heteroatome enthaltende Funktionen eliminiert worden, sodaß Kohlenstoff bzw. Kohlenwasserstoffe als
Brennstoffe zurückblieben.
Kohle ist aus vorwiegend pflanzlichem Material mit hohem Cellulosegehalt
und Erdöl aus Bakterienmasse entstanden.Wenn man den Vorgang
der Bildung fossiler Brennstoffe formal als Eliminierung von Heterofunktionen betrachtet, ist die offenbar unter relative milden
Bedingungen verlaufene Entstehung verständlich. Es müssen weder Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen gespalten werden noch oxidative
oder reduktive Prozesse ablaufen.
Gegenstand dieser Erfindung ist nun ein Verfahren, bei dem unter relativ milden Bedingungen aus Biopolymeren, wie Eiweiß, Kohlehydraten,
Huminsäuren sowie aus Biomasse mikrobiellen, pflanzlichen oder tierischen Ursprungs Heteroatome abgespalten werden
und dadurch der Kohlenstoffgehalt so erhöht wird, daß öle und
Kohle mit hohen Verbrennungswärmen entstehen.
Erfindungsgemäß werden für die Eliminierung der Heteroatome S, N, O aus Biopolymeren und Biomasse und für die Gewinnung von öl und
Kohle Temperaturen von 200 bis maximal 500° C benötigt. Das Verfahren
wird bei Ausschluß von Sauerstoff durchgeführt. Die Eliminierung der Heterofunktionen verläuft bei Verwendung von Katalysatoren
erfindungsgemäß meist mit besseren Ausbeuten, sodaß die entstehenden öle und Kohle höhere Kohlenstoffgehalte und gleichzeitig
höhere Brennwerte besitzen. Als Katalysatoren werden erfindungsgemäß
Aluminiumoxide, Silikate, Kieselgel, Phosphorsäure, Metalloxide, Phosphate, Borate oder Mischungen dieser Katalysatore]
verwendet. So haben sich beispielsweise Mischkatalysatoren aus Aluminiumoxid/Kupferoxid bzw. Aluminiumoxid/Vanadinpentoxid be-
währt. Die Bildung von fester Kohle ist besonders bei Kohlehydraten
und Biomasse mit großem Kohlehydratanteil, z.B. pflanzlichen
Ursprungs bevorzugt. Proteine und Biomasse von Mikroorganismen liefern neben Kohle größere Anteile an öl. Insgesamt
werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren der Eliminierung der Heteroatome aus biologischen Materialien 70 - 90 % des ursprünglich
vorhandenen Kohlenstoffs zu Kohle und öl umgesetzt. Der restliche Kohlenstoff tritt gasförmig als ein Gemisch von
CO2, CO, CH. und niederen Kohlewasserstoffen aus. Die Verbrennungswärme
der öle liegt je nach Ausgangsmaterial, Reaktionsbedingungen und Katalysator zwischen 7.000 - 10.000 kcal/kg. Die
Verbrennungswärmen der Kohle schwanken je nach dem Gehalt in der Biomasse bereits vorhandener anorganischer Rückstände sehr stark
und liegen zwischen 3.000 - 8.000 kcal/kg. Die öle sind frei von anorganischen Rückstanden und relativ Schwefel-arm (0.05 - 1.0 %
S). Die öle setzen sich aus einer Vielzahl organischer Stoffe zusammen.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird jede Biomasse zu öl
und Kohle umgesetzt. So kann das Verfahren erfindungsgemäß zur Eliminierung von Heterofunktionen aus Klärschlämmen und Faulschlämmen
wie sie in Anlagen zur biologischen Abwasserreinigung entstehen und damit zur Bildung von festen und flüssigen Brennstoffe
aus Klärschlamm eingesetzt werden. Auch die organischen Anteile von Hausmüll können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
in Kohle und öl umgewandelt werden. Huminsäuren aus Faulschlämmen,
Bodensedimenten, Torf und Braunkohle werden erfindungsgemäß ebenfalls zu Kohle und öl umgesetzt.
Die gebildeten öle können als flüssige Brennstoffe verwendet werden
oder als Ausgangsprodukte für die Gewinnung einer Vielzahl organischer Substanzen. Die Kohle kann verbrannt oder vergast
werden.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung verdeutlichen ohne sie zu beschränken.
10g Albumin werden 3 Stunden lang unter Luftausschluß auf
230° C erhitzt. Es werden 3.0 g öl und 4.2 g festes, kohleartiges Produkt erhalten.
öl: C70.5 %; H 12.1 %; Verbrennungswärme 7.500 kcal/kg
Kohlerückstand: C 79 %; Verbrennungswärme 8.200 kcal/kg
10 g getrockneter Klärschlamm (C 44 %; H 6.66 %; N 8.39 %;
20 % Rückstand) werden bei 320° C 2.5 Stunden unter Luftausschluß erhitzt. Es werden 3.5 g öl und 4.1 g festes kohlehaltiges
Produkt erhalten.
öl: C 66.1 %; H 8.4 %; N 7.5 %; S 0.32 %; Verbrennungswärme 7.100 kcal/kg
öl: C 66.1 %; H 8.4 %; N 7.5 %; S 0.32 %; Verbrennungswärme 7.100 kcal/kg
Kohlerückstand: 35.39 % C; 1.7 % H; 5.76 % N Rückstand: 49.85 %; Verbrennungswärme 3.1 00 kcal/kg
10g getrockneter Klärschlamm werden mit 0.5 g Al2O3 und 0.01 g
CuO vermischt und 3 Stunden auf 300° C unter Luftausschluß erhitzt. Es werden 4.2 g öl und 3.9 g kohlehaltiges Festprodukt
erhalten.
öl: C 75.9 %; H 10.2 %; N 2.08 %; S 0.05 %; Verbrennungswärme:
8.900 kcal/kg
Kohlehaltiger Rückstand: C 40.1 %; H 1.8 %; N 4.8 %; S 1.26 %; Rückstand 42.5 %; Verbrennungswärme 3.6 00 kcal/kg
10g getrocknete Bakterienmasse (Streptomyces species) werden
mit 0.5 g wasserfreiem Montmorillonit 2 Stunden auf 350° C unter
Luftausschluß erhitzt. Es werden 4.7 g öl und 3.4 g feste, kohlehaltiger
Rückstand erhalten.
öl: C 62 %; H 12.5 %; N 3.2 %; S 0.3 'i; Verbrennungswärme
7.800 kcal/kg
Kohlehaltiger Rückstand: C 52 %; H 1.5 %; N 3.2 %; S 0.5 %;
Rückstand 30.7 %; Verbrennungswärme 5.100 kcal/kg
10g getrockneter Klärschlamm werden mit 0.1 Al2O3 und 0.001 g
V20r vermengt und auf 4000C unter Luftaasschluß 3 Stunden lang
erhitzt. Es werden 3.3 g öl und 5.9 g Rückstand erhalten.
öl: C 75.2 %; H 11.2 %; N 5.06 %; S 0.15 % Kohlehaltiger Rückstand: C 37.2 %; H 1.6 %; Rückstand 47.2 %
An Stelle von V2O5 können auch 0.01 g NiO zugegeben werden.
10g Klärschlamm werden mit 0.1 g Al2O3 vermengt und 2 Stunden
auf 2800C erhitzt. Es werden 2.9 g öl und 5.1 g festes, kohlehaltiges
Produkt erhalten.
öl: C 70.2 %; H 10.1 %; N 6.1 %; S 0.4 %; Verbrennungswärme
6.950 kcal/kg
Kohlehaltiger Rückstand: C 38.9 %; H 3.3 %; N 6.4 %; S 1.4 %; Rückstand 42.1 %
10g Cellulose werden unter Luftausschluß 3 Stunden bei 250°C
erhitzt. Es werden 0.5 g öl und 5.0 kohlehaltiger Rückstand erhalten.
Kohlehaltiger Rückstand: C 80.5 %; H 2.4 %; Verbrennungswärme 7.100 kcal/kg
100 g Stärke werden mit 0.5 g Al2O3 unter Luftausschluß 3 Stunden
lang auf 2100C erhitzt. Ausbeute 5.2 g kohlehaltiger Rückstand
und 0.4 g öl.
Kohlehaltiger Rückstand: C 78.8 %; H 3.2 %; Verbrennungswärme
7.0 00 kcal/kg
100 g Braunkohlehuminsäure werden mit 1 g Al2O3 und 0.1 g CuO
gemischt und unter Luftausschluß auf 3900C erhitzt. Ausbeute
18 g öl und 51 g kohlehaltiger Rückstand.
-γ
öl: C 78.9 %; H 11.4 %; N 1.5 %; S 0.1 %; Verbrennungswärme
9.200 kcal/kg
Kohlehaltiger Rückstand: C 80.1 %; H 3.2 %; N 1.5 %; S 0.3 %;
Verbrennungswärme 7.100 kcal/kg
100 g feinvermahlener, getrockneter Hausmüll werden mit 1 g Al2O3
und 0.1 g CuO vermengt und 4 Stunden unter Luftausschluß auf 3600C erhitzt. Es werden 20 g öl und 51 g kohlehaltiger Rückstand
erhalten.
öl: C 71.2 %; H 11.3 %; N 1.0 %; S 0.3 % Kohlehaltiger Rückstand: C 43.4 %; H 3.75 %; N 1.5 %; S 0.7 %;
Rückstand 37.0 %.
Claims (9)
1. Verfahren zur Gewinnung von festen und flüssigen Brennstoffen
aus biologischem Material dadurch gekennzeichnet, daß die Heteroatome Stickstoff, Schwefel und Sauerstoff durch Erhitzen
des biologischen Materials auf mindestens 2000C jedoch höchstens 6000C eliminiert werden, dadurch der Kohlenstoffgehalt
erhöht wird und Kohle und öl mit hohem Heizwert erhalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß Kohlehydrate,
Lipide, Proteine, Huminsäuren zu festen und flüssigen Brennstoffen umgewandelt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß Pflanzenmasse,
Bakterienmasse, Algenmasse, organische Sedimente zu festen und flüssigen Brennstoffe umgewandelt werden.
4. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 3, dadurch .gekennzeichnet, daß
Frischschlamm, Klärschlamm und Faulschlamm aus Anlagen zur Abwasserreinigung zu festen und flüssigen Brennstoffen umgewandelt
werden.
5. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 3 dadurch gekennzeichnet, daß die organischen Bestandteile von Hausmüll zu festen und flüssigen
Brennstoffen umgewandelt werden.
6. Verfahren nach Ansprüchen 1-3 dadurch gekennzeichnet, daß Huminsäure-haltige Bodensedimente, Torf und Braunkohle zu
festen und flüssigen Brennstoffen umgewandelt werden.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1-6 dadurch gekennzeichnet, daß zur Beschleunigung der Eliminierung und Bildung von festen und
flüssigen Brennstoffen Aluminiumoxid, Aluminiumsalze, Phosphorsäure, Phosphate, Silikagel, Silikate oder Oxide der Übergangsmetalle als Katalysatoren zugegeben werden.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1-7 dadurch gekennzeichnet, daß Mischkatalysatoren aus zwei oder mehreren Katalysatoren
des Anspruchs 7 verwendet werden.
9. Verfahren nach Ansprüchen 1-8 dadurch gekennzeichnet, daß die Biomasse einen zeitabhängigen Temperatürgradienten zwischen
200 - 500° C durchläuft.
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