Bei der Herstellung von Biokohle kommen verschiedene Reaktorkonfigurationen zum Einsatz, die jeweils ihre eigenen Vorteile und Grenzen haben. Die Wahl des Reaktors hängt von mehreren Faktoren ab, unter anderem von den gewünschten Produktqualitäten und der Produktionseffizienz.
Welche Reaktorkonfiguration ist bei der Biokohleherstellung zu bevorzugen? (4 zu berücksichtigende Schlüsselfaktoren)
1. Festbett-Pyrolyse-Reaktoren
Für die einfache Biokohleproduktion werden in der Regel Festbett-Pyrolysereaktoren verwendet. Dazu gehören Grubenöfen, Erdhügelöfen, Ziegelöfen, transportable Metallöfen, Holzkohleöfen nach dem Missouri-Typ und kontinuierliche Mehrherdöfen.
Diese Reaktoren arbeiten ohne Luftzufuhr, was die CO₂-Emissionen und den Energieverlust des Ausgangsmaterials verringert. Das Ergebnis sind energiereiche Produkte wie Biokohle und Biogas.
Die zur Aufrechterhaltung der Temperatur in diesen Reaktoren erforderliche Energie kann durch die Verbrennung der gasförmigen Reaktionsprodukte bereitgestellt werden.
Ungefähr 25-35 % der Erträge aus diesen Reaktoren sind Biokohle.
2. Langsame Pyrolyse für hochqualitative Biokohle
Zur Herstellung hochwertiger Biokohle für die landwirtschaftliche Nutzung ist die langsame Pyrolyse oft die beste Option. Bei diesem Verfahren wird Biomasse in einer sauerstoffarmen oder sauerstofffreien Umgebung bei atmosphärischem Druck erhitzt.
Typische Erhitzungsraten liegen zwischen 1 und 30 °C pro Minute. Die Prozesswärme wird in der Regel von einer externen Quelle zugeführt, z. B. durch die Verbrennung der erzeugten Gase oder die teilweise Verbrennung des Biomasse-Rohstoffs.
Die Ausbeute an Biokohle aus der langsamen Pyrolyse beträgt in der Regel bis zu 30 % des Gewichts des trockenen Ausgangsmaterials. Die Ausbeute und die Eigenschaften der Biokohle hängen von Faktoren wie dem Biomasseeinsatzmaterial, der Erhitzungsrate, der Pyrolysetemperatur und der Verweilzeit des Dampfes ab.
Die höchste Behandlungstemperatur (HTT) im Pyrolysereaktor hat den größten Einfluss auf die Eigenschaften des Endprodukts.
3. Chargenweise Behandlung von Biomasse-Einsatzmaterial
Eine weitere Methode ist die chargenweise Behandlung des Biomasse-Rohstoffs, bei der die für die Pyrolyse erforderliche Wärme durch Verbrennen eines Teils der Biomasse unter Luftzutritt erzeugt wird. Diese Methode wird üblicherweise in Holzkohleöfen eingesetzt und ermöglicht eine langsame Pyrolyse.
Sie ist hauptsächlich für die Herstellung von Holzkohle nützlich, obwohl auch Teer als Nebenprodukt gewonnen werden kann.
4. Industrielle Produktion mit inerten Verbrennungsgasen
Bei der industriellen Produktion wird das Ausgangsmaterial durch inerte Verbrennungsgase unter vollständiger Abwesenheit von Sauerstoff erhitzt. Diese Methode ermöglicht kontinuierliche Prozesse mit hohen Kapazitäten und erreicht Wirkungsgrade von über 30 Gewichtsprozent.
Die Pyrolyse wird durch die Verbrennung von Heizöl eingeleitet, aber sobald brennbare Gase aus der Biomasse freigesetzt werden, werden sie anstelle des Öls verbrannt. Dieser kontinuierliche Prozess ermöglicht eine sorgfältige Kontrolle der Emissionen.
5. Wirbelschichtbrenner (FBC) mit inertem Feststoff
Die dritte Methode verwendet inerte Feststoffe wie Sand in einem Wirbelschichtbrenner (FBC) als Energieträger, um die Biomasse während der Pyrolyse zu erhitzen. Diese Methode eignet sich für die schnelle Erhitzung der Biomasse, insbesondere wenn die Ausbeute an Gas oder flüssigen Produkten im Vordergrund steht.
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