Verfahren und Vorrichtung zur energiesparenden und umweltschonenden Verarbeitung von Ölsaaten

Abstract

 Das Verfahren und die Vorrichtung dienen zur energiesparenden und umweltschonenden Verarbeitung von Ölsaaten. Abwärme aus mindestens einem Verfahrensschritt der Ölgewinnung wird zur Vorkonditionierung der dem Prozeß zugeführten Saat genutzt. Ein Vorwärmer für die Ölsaat ist hierzu über einen Wärmeübertrager mit einem Kühler für warme Preßkuchen verbunden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Konditionierung von Ölsaaten.

[0002] Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung zum Vorwärmen von Ölsaaten und zum Reinigen von Gasströmen.

[0003] Ölsaaten werden typischer Weise zu Futtermitteln für die Tierernährung, zu Öl für die menschliche Ernährung oder zu Produkten für technische Anwendungen, wie zum Beispiel Waschmittel, Schmieröle oder Kraftstoffe, verarbeitet. Die wesentlichen Verfahrensschritte dieser Verarbeitung sind die Reinigung, die mechanische Aufbereitung und die thermische Konditionierung (Trocknung und Erwärmung) der Saat sowie die Separation der Flüssigphase und die Kühlung der Endprodukte vor der Lagerung.

[0004] Diese Verfahrensweise erfordert einen hohen Aufwand an elektrischer und thermischer Energie in Form von hoch gespanntem Wasserdampf. Die Kühlung der Endprodukte erfolgt mit Kühlwasser für die Flüssigphase (Öl) oder mit Kühlluft für die feste Phase (Presskuchen, Ölschrote).

[0005] Die thermische Konditionierung der Saat erfolgt mit hoch gespanntem Dampf in indirekt beheizten Apparaten. Vor einem Eintritt in diese Apparate wird die Saat in Brech- und Quetschwalzwerken zerkleinert, um die thermische Konditionierung zu erleichtern. Da der Luftsauerstoff das Öl in der zerkleinerten Saat schädigt, wird während der Konditionierung die Luft nur in einem für die Saattrocknung erforderliche Maß zugelassen.

[0006] Um die Heizflächen der indirekten Beheizung möglichst klein zu halten, wird der Heizdampf beispielsweise auf 183 °C bei 10 bar gespannt. Die aus der Saat austretenden Wasserdampfbrüden sind mit Geruchsstoffen beladen, vermischen sich mit der für die Trocknung notwendigen Luft und werden nach einer mechanischen Reinigung von Staub an die Umwelt abgegeben.

[0007] Neuere Anlagen mit größerer Durchsatzleistung setzen für eine zusätzliche Geruchsbeseitigung Brüdenwäscher, Biobeete oder Biofilter ein, um Klagen der Bevölkerung zu vermeiden.

[0008] Die warme Kühlluft aus dem Feststoffkühler, das Wasserdampf- Luftgemisch (Brüden) aus der konditionierten Saat und das erwärmte Kühlwasser von der Flüssigkeitskühlung werden ohne Nutzung des Energieinhaltes an die Umwelt abgegeben.

[0009] Darüber hinaus entsteht von dem, in der thermischen Konditionierung eingesetzten, hoch gespannten Dampf ein Kondensat mit einer Temperatur entsprechend dem Siededruck des Wasserdampfes. Wird der Druck des Kondensats auf Umgebungsdruck entspannt, entsteht eine erhebliche Nachverdampfung. Dieser Dampf wird in vielen Fällen ohne Nutzung des Energieinhaltes an die Umwelt abgegeben.

[0010] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der einleitend genannten Art derart zu verbessern, daß ein verminderter Energieverbrauch für die Verarbeitung der Ölsaaten realisiert und damit ein Beitrag zum Klimaschutz durch verminderte CO2 Abgabe geleistet wird.

[0011] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Abwärme aus mindestens einem Verfahrensschritt der Ölgewinnung zur Vorkonditionierung der dem Prozeß zugeführten Saat genutzt wird.

[0012] Weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art derart zu konstruieren, daß verminderte Betriebskosten unterstützt werden.

[0013] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Vorwärmer für die Ölsaat über einen Wärmeübertrager mit einem Kühler für warme Preßkuchen verbunden ist.

[0014] Die Nutzung des Energieinhaltes der Abwärmequellen wurde gemäß dem Stand der Technik bisher nicht realisiert, da die Übertragung der Energie zu großen und wegen geringer Temperaturdifferenzen zwischen dem Heizmedium und dem zu erwärmenden Produkt indirekten Heizflächen führt und zusätzliche hohe Investitionen erfordert, die sich erst nach langer Betriebszeit amortisieren. Das Temperaturniveau dieser Abwärme ist für indirekte Übertragung zu gering und der Einsatz dieser Energie deshalb nicht wirtschaftlich.

[0015] Der Einsatz von großen Luftmengen als Wärmeüberträger bei zerkleinerter Saat ist wegen der Schädigung der Ölqualität und des möglichen Staubanteiles nicht ratsam.

[0016] Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, die Energie aus den verschiedenen Abwärmequellen einer Ölgewinnungsanlage für die Ölsaatenverarbeitung zu nutzen und die Emissionen an die Umwelt sowie die Verarbeitungskosten zu reduzieren. Die Übertragung der Energie kann mittels einem für die Saat unschädlichen Wärmeträgermedium erfolgen.

[0017] Eine Betrachtung des erforderlichen Energieaufwandes für eine Tonne Rohsaat und die daraus resultierenden einzelnen Energieströme und deren Temperaturniveau führt zu der Überzeugung, dass unter Verwendung eines Gases als direkt eingesetztes nicht kondensierbares Wärmeträgermedium eine bemerkenswerte Rückgewinnung der eingesetzten Energie möglich ist.

[0018] Eine einfache Verfahrensdurchführung wird dadurch unterstützt, daß das Gas als Luft ausgebildet ist.

[0019] Eine ausreichend intensive Kühlung der Preßkuchen und Erwärmung der Saat wird dadurch unterstützt, daß zur Vorgabe einer Gasströmung eine Gasfördereinrichtung verwendet ist.

[0020] Zur Minimierung von Wärmeverlusten und Reduzierung von Umweltbelastungen durch Staub und Geruch wird vorgeschlagen, daß das Gas mindestens teilweise in einem geschlossenen Umlauf gefördert wird.

[0021] Eine weitere Verfahrensoptimierung erfolgt dadurch, daß ein Ausgang des Vorwärmers mit einem gasdurchströmten Konditionierer verbunden ist.

[0022] Zur weiteren Optimierung der Energiebilanz wird vorgeschlagen, daß dem Konditionierer entströmendes Gas nach einer Abkühlung und Kondensation des im Gas enthaltenen Wasserdampfanteiles mindestens teilweise in den Bereich des Vorwärmers zurückgeführt wird.

[0023] Zur Vermeidung von Verunreinigungen der Wärmetauschflächen wird vorgeschlagen, daß das Gas zwischen dem Konditionierer und dem Vorwärmer von Feststoffen und sonstigen haftenden Begleitstoffen gereinigt wird.

[0024] In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1

Ein Diagramm zur Veranschaulichung des Energiebedarfes bei eine Fertigpressung von Raps,

Fig. 2

ein Diagramm ähnlich zu Fig. 1 für den Energiebedarf bei einer Vorpressung von Raps und

Fig. 3

ein Funktionsdiagramm zur Veranschaulichung der wesentlichen Komponenten zur Verfahrensdurchführung.

[0025] Die Realisierung der Erfindung wird nachfolgend am Beispiel der Verarbeitung von Raps zu Presskuchen und rohem Pflanzenöl beschrieben.

[0026] Der Energiebedarf an elektrischer und thermischer Energie für die Herstellung von Rapspresskuchen (mit ca. 7-8 Gew. % Restöl) und Rapsöl beträgt ca. 156 kWh je Tonne Saat mit ca. 8 Gew. % Wasser. Beim Vorpressen der Rapssaat auf ca. 18-20 Gew.- % Restfett im Presskuchen werden ca. 96 kWh/t an thermischer und elektrischer Energie in der Vorpressanlage benötigt.

[0027] Von der eingesetzten Energie werden bei der Fertigpressung von Raps nahezu 59% (ca. 90 kWh/t) über die Nachverdampfung, Pressölkühlung, Brüdenkondensation und Kuchenkühlung in Form von Abwärme abgegeben. Fig. 1 zeigt beispielhaft die Aufteilung der Energieströme. Die abgegebene Energie hat ein Temperaturniveau von ca. 80 bis 110°C. Die angegebene Abwärme von ca. 90 kWh/t entspricht einer Dampfmenge von ca. 162 kg 10 bar Solldampf je Tonne Saat. Bei Dampfkosten von 0,035 EUR/kg lassen sich die Verarbeitungskosten, bei Einsatz einer Energierückgewinnung, um ca. 5,67 EUR pro Tonne Saat reduzieren. Hierbei ist der Wirkungsgrad des Dampfkessels noch nicht berücksichtigt.

[0028] Bei der Vorpressung von Raps werden von der eingesetzten Energie nahezu 46% (ca. 44 kWh/t) über die Nachverdampfung, Pressölkühlung, Brüdenkondensation und Kuchenkühlung in Form von Abwärme abgegeben. Fig. 2 zeigt beispielhaft die Aufteilung der Energieströme. Die abgegebene Energie hat ein Temperaturniveau von ca. 80 bis 110°C. Die angegebene Energieeinsparung von ca. 44 kWh/t entspricht einer Dampfmenge von ca. 79 kg 10 bar Solldampf je Tonne Saat. Bei Dampfkosten von 0,035 EUR/kg lassen sich die Verarbeitungskosten, bei Einsatz einer Energierückgewinnung, um ca. 2,77 EUR pro Tonne Saat reduzieren. Hierbei ist der Wirkungsgrad des Dampfkessels noch nicht berücksichtigt.

[0029] Gemäß der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, die Energie aus den genannten Abwärmequellen mit einem Temperaturniveau von 80-100 °C zur Erwärmung der in die Anlage eintretenden Saat mit einem Temperaturniveau von 10 bis 15°C zu nutzen. Hierzu wird Luft mit der Energie aus den Abwärmequellen erwärmt und anschließend durch eine Schüttung von gereinigter, ungebrochener Saat geleitet. Die Luft wird in optimal dimensionierten Wärmetauschern durch das im Gegenstrom geleitete heiße Pressöl, den Dampf aus der Nachverdampfung oder den Brüden aus den Saat- bzw. Presskuchenkonditionierapparaten, erwärmt. Die erwärmte Luft aus dem Kuchenkühler wird ohne weiteren Wärmetauscher in die Saatschüttung geleitet.

[0030] Beispielsweise hat die ganze ungebrochene Rapssaat eine spezifische Oberfläche von ca. 3,2 m²/kg. Eine Schüttung von beispielsweise 2.000 kg hat eine natürliche Wärmeaustauschfläche von ca. 6.400 m². Die Energie aus der erwärmten Luft kann also mit einer sehr geringen Temperaturdifferenz an die Saat übergeben und für die anschließende thermische Konditionierung vorgewärmt und getrocknet werden. Da bei diesem Verfahrensschritt die Saat unzerkleinert vorliegt, wird das Pflanzenöl in der vorhandenen Zellstruktur vor Oxidation mit dem Luftsauerstoff geschützt.

[0031] Das vorgeschlagene Verfahren wird anhand des folgenden und in Fig. 3 dargestellten Schemas beschrieben.

[0032] Die kalte Saat gelangt über eine Zellradschleuse in den Vorwärmer (10) und wird im Gegenstrom von Warmluft durchströmt. Der Vorwärmer (10) ist z.B. so konzipiert, dass eine vorgewählte Saatmenge vorgehalten wird, um eine maximale Wärmeübertragung von der Warmluft auf die Saat zu gewährleisten. Über eine gewichtsabhängige Austragsvorrichtung wird der Vorwärmer (10) automatisch teilweise entleert und anschließend wieder befüllt. Diese Art der Erwärmung kann auch in anderen Gegenstromapparaten mit kontinuierlicher Austragung realisiert werden.

[0033] Die Warmluft wird mit einem Ventilator (6) aus dem Kühler (11) für Feststoff und dem Wärmetauscher (5) für die Erhitzung des Gasstromes abgesaugt und in den Vorwärmer (10) geleitet. Hier durchströmt die Warmluft die kalte Saatschüttung im Gegenstrom und gibt die Energie an das Produkt ab. Da die Saatschüttung aus gereinigter, ganzer ungebrochener Saat besteht, werden mitgeführte Bestandteile aus dem Kuchenkühler (11) oder anderen Quellen von der Schüttung aufgenommen und reduzieren mögliche Staubemissionen in die Umwelt.

[0034] Das Kondensat aus dem Konditionierer (12) und dem Wärmetauscher (4) werden in einem Kondensattank (hier nicht dargestellt) gesammelt und dem Kesselhaus zur Wiederverwendung bereitgestellt.

[0035] Der Wärmetauscher (4) dient der Brüdenüberhitzung vor dem Filter (13) zur Abtrennung von Staubpartikeln aus dem Brüdenstrom. Wenn sicher gestellt ist, dass der Taupunkt der Brüden nicht unterschritten wird, kann auf diesen Wärmetauscher (4) verzichtet werden. Das Brüdenfilter (13) ist ebenso durch einen Zyklon für die Abscheidung von Staubteilchen ersetzbar

[0036] Nach der Reinigung der Brüden wird im Wärmetauscher (2) die in den Brüden enthaltene Energie an die Kaltluft abgegeben. Im Wärmetauscher (2) wird die Temperatur der Brüden soweit abgesenkt, dass die gekühlten Brüden (<40°C) in eine biologische Reinigungsstufe übergeben werden können, um die Geruchsstoffe weitergehend abzubauen. Der Wassergehalt und die Geruchsbeladung des Brüdenstromes wird bei Kühlung unter 40°C erheblich reduziert.

[0037] Zur weiteren Minimierung der nicht gesundheitsschädlichen Geruchsstoffe und Ausnutzung des Energieinhaltes ist auch eine Vermischung des Brüdenstromes durch den für die Wärmeübertragung erforderlichen Luftstrom vor dem Saatvorwärmer denkbar.

[0038] Im Wärmetauscher (3) wird die Energie des warmen Pflanzenöles zur Erwärmung eines Teilstromes der Luft genutzt. Die Luftströme aus dem Wärmetauscher (3) und dem Wärmetauscher (2) werden zusammengeführt und dem Wärmetauscher (5) zugeleitet.

[0039] Der bei der Druckabsenkung des Kondensats entstehende Dampf hat das höchste Temperaturniveau und wird für die Beheizung der im Wärmetauscher (2, 3) vorgewärmten Luftteilströme im Wärmetauscher (5) eingesetzt.

[0040] Hinter dem Wärmetauscher (5) wird der Luftstrom mit der erwärmten Kühlluft aus dem Kuchenkühler (11) zusammengeführt und mit dem Ventilator (6) in den Vorwärmer (10) geleitet.

[0041] Mit dem Ventilator (1) werden die Druckverluste der Ausrüstungen ausgeglichen und die nichtkondensierbaren Anteile aus der Brüdenkondensation an die Umwelt abgegeben.

[0042] An der Einspeisung (7) werden die Energieströme aus der Aspiration weiterer Ausrüstungen, wie z. B. Kuchenkonditionierer oder Schneckenpressen, und der Förderelemente (hier nicht dargestellt), eingeleitet.

[0043] Am Ausgang (8) wird überschüssige Luft aus dem Prozess ausgeschleust. Die am Ausgang (8) ausgeschleuste Luft ist aufgrund des Kontaktes mit der Saat zu 100% mit Feuchtigkeit gesättigt. Um ein Ausschleusen der Luft mit möglichen Begleitstoffen zu vermeiden und den gleichen Gasstrom wieder zu verwenden, kann durch weitere Unterkühlung die Luft getrocknet werden.

Ansprüche

1. Verfahren zur Konditionierung von Ölsaaten, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärme aus mindestens einem Verfahrensschritt der Ölgewinnung zur Vorkonditionierung der dem Prozess zugeführten Saat genutzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmeübertrager ein Gas eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Gas Luft verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der eingesetzte Gasstrom mindestens teilweise im System zirkuliert und die auszuschleusenden Gasmengen minimiert werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Vorwärmer (10) der Gasstrom durch die Saatschüttung geleitet wird und dabei Staubbeladungen abfiltriert werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom nach einer Wärmeabgabe an das Saatgut mindestens teilweise erneut dem Kühler (11) zugeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Kühlers (11) Presskuchen gekühlt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den Bereich des Vorwärmers (10) mindestens ein Teil einer Gasströmung geleitet wird, die zuvor einen Konditionierer (12) für das Saatgut durchströmt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasströmung nach einem Verlassen des Konditionierers (12) und vor einer Zuführung zum Vorwärmer (10) gefiltert wird.

10. Vorrichtung zum Vorwärmen von Ölsaaten und zum Reinigen von Gasströmen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vorwärmer (10) für die Ölsaat über einen Wärmeüberträger mit einem Kühler (11) für warme Presskuchen verbunden ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmeüberträger ein Gas verwendet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas als Luft ausgebildet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vorgabe einer Gasströmung eine Gasfördereinrichtung verwendet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strömungsweg für das Gas mindestens teilweise als ein geschlossener Umlauf ausgebildet ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgang des Vorwärmers (10) mit einem gasdurchströmten Konditionierer (12) verbunden ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß für mindestens einen Teil des dem Konditionierer (12) entströmenden Gases eine Rückführung in den Bereich des Vorwärmers (10) angeordnet ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß für das Gas zwischen dem Konditionierer (12) und dem Vorwärmer (10) ein Filter angeordnet ist.

Zeichnung