DE10110861A1

DE10110861A1 - Anlage zur Erzeugung von Biogas unter Verwendung von schüttbaren Agrarprodukten

Info

Publication number: DE10110861A1
Application number: DE10110861A
Authority: DE
Inventors: Hans-Hermann Jacobs
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-03-07
Filing date: 2001-03-07
Publication date: 2002-09-12
Also published as: DE20104931U1

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Anlage zur Erzeugung von Biogas unter Verwendung von schüttbaren Agrarprodukten, mit einem ein Gärmedium (10) aufnehmenden Gärbehälter (12) und mit einem die zur Vergärung vorgesehenen schüttbaren Agrarprodukte aufnehmenden Vorratsbehälter (20). Eine Anlage zur Erzeugung von Biogas unter Verwendung von kostengünstig zu erzeugenden schüttbaren Agrarprodukten zu schaffen, die eine personalsparende Beschickung des Gärbehälters mit Agrarprodukten ermöglicht, wird durch eine die Agrarprodukte selbsttätig, kontrolliert und gesteuert in den Gärbehälter (12) einbringende Beschickungsvorrichtung (18) erreicht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zur Erzeugung von Biogas unter Verwendung von schüttbaren Agrarprodukten, mit einem ein Gärmedium aufnehmenden Gärbehälter und mit einem die zur Vergärung vorgesehenen schüttbaren Agrarprodukten aufnehmenden Vorratsbehälter.

Bei der Erzeugung von Biogas (überwiegend Methan) werden biologische Abfälle wie beispielsweise Gülle, Altfette, Bioabfälle, Essensreste oder dergleichen in einem Gärbehälter vergoren. Das dabei entstehende Biogas wird anschließend in einem Verbrennungsmotor, vorzugsweise einem auf Schwachgas umgerüsteten Dieselmotor, verbrannt und über einen Generator in elektrische Energie umgewandelt. Die dabei entstehende Abwärme des Motors wird dabei, wenn überhaupt, nur extensiv genutzt.

Bei der aus der DE-OS 29 24 387 bekannten Biogasanlage befindet sich im Gärbehälter (auch Fermenter genannt) ein Gärmedium, mittels dem das später zu verbrennende Biogas erzeugt wird. Dabei füllt das Gärmedium den Gärbehälter nur teilweise, denn auf dem Gärmedium befindet sich eine Schwimmdecke und oberhalb der Schwimmdecke muss ein Raum zur Aufnahme des Biogases verbleiben. Da die zur Vergärung benötigten Ausgangsstoffe wie beispielsweise Gülle, Altfette, Speiseabfälle oder andere gärbare Flüssigkeiten nicht unbegrenzt zur Verfügung stehen, werden zunehmend schüttbare Feststoffe, wie beispielsweise Mais, Rüben, Obst, Gemüse, Getreide oder andere Agrarprodukte eingesetzt. Diese schüttbaren Feststoffe können kostengünstig auf stillgelegten und/oder kontaminierten Agrarflächen angebaut werden, um so einen kostengünstigen Rohstoff zu erhalten. Diese unbegrenzt nachwachsenden Rohstoffe werden in einer Vorgrube verflüssigt, um sie dann dem Gärbehälter zuzuführen. Auch ist es möglich, die zur Vergährung vorgesehenen Agrarprodukte direkt in den Gärbehälter einzugeben, jedoch muss hierbei auf eine vergleichsweise genaue Dosierung geachtet werden. Aus diesem Grunde muss das Bedienpersonal eine vorbestimmte Menge der Agrarprodukte innerhalb bestimmter Zeitintervalle aus einem Vorratsbehälter in Gärbehälter transportieren. Dies ist nicht nur sehr arbeitsintensiv, sondern erfordert auch ein permanent anwesendes Bedienpersonal.

Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde eine Anlage zur Erzeugung von Biogas unter Verwendung von kostengünstig zu erzeugenden schüttbaren Agrarprodukten zu schaffen, die eine personalsparende Beschickung des Gärbehälters mit schüttbaren Agrarprodukten ermöglicht.

Als technische Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Anlage mit den Merkmalen des Anspruches 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Anlage sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Eine nach dieser technischen Lehre ausgebildete Anlage hat den Vorteil, dass die Beschickungsvorrichtung eine vorher eingestellte Menge der schüttbaren Agrarprodukte genau kontrolliert und selbsttätig, d. h. ohne Zutun des Bedienpersonals in den Gärbehälter einbringt. Folglich muss das Bedienpersonal lediglich dafür Sorge tragen, dass im Vorratsbehälter genügend Agrarprodukte zur Verfügung stehen. Dabei ist es möglich, den Vorratsbehälter so zu dimensionieren, dass ein für mehrere Tage ausreichender Vorrat eingefüllt werden kann. Hierdurch kann beispielsweise am Wochenende auf Bedienpersonal verzichtet werden.

Die Einbindung des Preßrohres in den Gärbehälter unterhalb der Schwimm decke hat den Vorteil, dass durch das Preßrohr keine im Gärbehälter befindlichen Gase austreten können, da die Mündung des Preßrohres vollständig vom Gärmedium abgedeckt wird.

Mittels der Preßvorrichtung werden die schüttbaren Agrarprodukte verdichtet und in das Preßrohr eingedrückt. Hierdurch bilden die verdichtenden Agrarprodukte eine Art Pfropfen und verhindern, dass Gase und/oder üble Gerüche aus dem Gärbehälter ins Freie dringen. Dieser Effekt wird dadurch noch weiter verstärkt, dass das Aufnahmerohr der Preßvorrichtung einen größeren Druchmesser, als das Preßrohr selbst aufweist. Hierdurch muss dieser Pfropfen beim Austritt des Aufnahmerohres und bei dem Eintritt in das Preßrohr nochmals verdichtet werden, so dass der Pfropfen noch weniger Gase und/oder Gerüche durchlässt.

Die Anordnung der Preßvorrichtung höher als das Gärmedium hat den Vorteil, dass kein Gärmedium über das Preßrohr und die Preßvorrichtung aus dem Gärbehälter austreten kann.

Durch die Anordnung eines Schubbodens im Vorratsbehälter kann eine vorbestimmte Menge Agrarprodukte zuverlässig und gleichmäßig ausgetragen werden. Durch die Anbringung eines entsprechenden Schiebers über der Austragsöffnung des Vorratsbehälters kann die ins Freie gelangende Menge der schüttbaren Agrarprodukte reguliert werden.

Eine zwischen dem Vorratsbehälter und der Preßvorrichtung vorgesehen Schubstange hat den Vorteil, dass hierdurch ein präziserer und weniger Verlust aufweisender Transport der schüttbaren Agrarprodukte vom Vorratsbehälter in die Preßvorrichtung erreicht wird, da die Schubstange die auftretenden schüttbaren Agrarprodukte gleich portioniert und kontrolliert in die Preßvorrichtung transportiert.

Das Erwärmen der Agrarprodukte außerhalb des Gärbehälters hat den Vorteil, dass vorzeitig ein Teilaufschluß der langkettigen Kohlenstoffverbindungen erfolgt. Hierdurch wird der Gärprozess beschleunigt und es wird eine vollständigere Vergärung ermöglicht, was zu einer um bis zu 15% höheren Biogasausbeute führt. Insbesondere wird hierdurch der CH₄ Anteil des Biogases erhöht, was auch zu einer verbesserten Produktqualität führt. Dabei hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, die Feststoffe auf ca. 70°C zu erwärmen.

Werden die derart erwärmten schüttbaren Agrarprodukte im erwärmten Zustand in den Gärbehälter eingebracht, so braucht dieser entsprechend weniger aufgeheizt zu werden, was zu einer Einsparung von Wärmeenergie führt.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass zur Erwärmung der schüttbaren Agrarprodukte die in der Regel im Überfluß vorhandene Abwärme der Biogas-Verbrennungsmotoren verwendet werden kann, so dass keine zusätzlichen Energiekosten anfallen.

Ein weiterer Vorteil der vorzeitigen Erwärmung der schüttbaren Agrarprodukte besteht darin, dass hierdurch eine Hygienisierung und/oder eine Pasteurisierung der Agrarprodukte erfolgt, so dass die in den Gärbehälter eingebrachten Agrarprodukte hygienisch einwandfrei sind. Hierdurch wird eine Verunreinigung des Gärmediums mit unerwünschten Bakterien vermieden.

Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Anlage ergeben sich aus der beigefügten Zeichnung und den nachfolgend beschriebenen Ausführungs formen. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln oder in beliebigen Kombinationen miteinander verwendet werden. Die erwähnten Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische dargestellte Seitenansicht einer ersten erfindungsgemäßen Anlage;

Fig. 2 eine schematische dargestellte Draufsicht einer zweiten erfindungsgemäßen Anlage;

Fig. 3 eine teilweise Frontansicht auf die Anlage gemäß Fig. 2.

Die in Fig. 1 dargestellte erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Biogasanlage umfasst einen teilweise mit Gärmedium 10 gefüllten Fermen ter oder Gärbehälter 12, wobei auf dem Gärmedium 10 eine schwimmende Schwimmdecke 14 ausgebildet ist. Auf dem Gärmedium 10 schwimmt weiterhin ein schwimmendes Rührwerk 16, welches die Oberfläche des Gärmediums 10 regelmäßig umrührt.

Weiterhin umfasst diese erste Biogasanlage eine Beschickungsvorrichtung 18 und einen Vorratsbehälter 20, wobei die Beschickungsvorrichtung 18 ein unterhalb der Schwimmdecke 14 in den Gärbehälter 12 mündendes Preßrohr 22 umfasst, an dessen anderem Ende sich ein Aufnahmerohr 24 anschließt. In diesem Aufnahmerohr 24 befindet sich eine Öffnung 26 zur Aufnahme der schüttbaren Agrarprodukte und ein Preßkolben 28. Durch die Öffnung 26 gelangt eine vorbestimmte Menge Agrarprodukte in das Aufnahmerohr 24, in dem diese dann durch den Preßkolben 28 zusammengepreßt werden. Mit der Zeit verdichten sich die Agrarprodukte derart, dass quasi ein Pfropfen entsteht, so dass aus dem Gärbehälter 12 keine Gase oder Gerüche ins Freie gelangen können. Dieser Pfropfen gelangt vom etwas weiteren Aufnahmerohr 24 in das schmalere Preßrohr 22, so dass sich die schüttbaren Agrarprodukte hier weiter verdichten und einen noch dichteren Pfropfen bilden. Dabei ist die Preßvorrichtung mit dem Aufnahmerohr 24 und dem Preßkolben 28 höher als das Gärmedium 10 angeordnet, damit das Gärmedium 10 nicht über das Preßrohr 22 aus dem Gärbehälter 12 herausfließen kann. Gleichzeitig ist aber auch die Mündung des Preßrohres 22 unterhalb der Schwimmdecke 14 angeordnet, damit keine etwaig im Gärbehälter 12 vorhandenen Gase durch das Preßrohr 22 ins Freie gelangen können. Hierdurch entsteht ein Sauerstoffabschluss.

Im Vorratsbehälter 20 ist eine größere Menge Mais, Gräser oder andere schüttbare Agrarprodukte gelagert, so dass die Biogasanlage hiermit mehrere Tage oder gar Wochen betrieben werden kann. Dabei wird der Mais oder die anderen schüttbaren Agrarprodukte durch eine Klappe 30 in den Vorratsbehälter 20 eingefüllt und dort gelagert. Unter den Agrarprodukten ist ein sogenannter Schubboden 32 vorgesehen, auf dessen Oberseite eine Vielzahl von im Querschnitt dreieckförmigen Mitnehmern 34 angebracht ist. Dieser Schubboden 32 ragt in eine im Vorratsbehälter 20 vorgesehene Austragsöffnung 36 hinein und kann zur Austragsöffnung 36 hin und von dieser weg bewegt werden. Während diesen Hin- und Herbewegungen gleiten die Mitnehmer 34 mit ihrer flachen Seite unter den Agrarprodukten hinweg und nehmen eine gewisse Menge dieser Agrarprodukte mit ihren steilen Seiten während der nächsten Bewegung nach vorne mit. Hierdurch wird eine gewisse Menge der schüttbaren Agrarprodukte ausgetragen. Dabei kann die auszutragende Menge durch einen am Vorratsbehälter 20 angebrachten, vertikal verfahrbaren Schieber 38 reguliert werden. Die aus der Austragsöffnung 36 heraustretenden schüttbaren Agrarprodukte fallen dann direkt durch die Öffnung 26 in das Aufnahmerohr 24 und werden dort durch den Preßkolben 28 verdichtet. In einer hier nicht dargestellten Ausführungsform ist auf dem Aufnahmerohr 24 ein Trichter vorgesehen, so dass die Agrarprodukte zuverlässig und verlustfrei in die Preßvorrichtung eingeleitet werden.

Um das Preßrohr 22 herum ist ein rohrförmiger Heizmantel 44 vorgesehen, der das Preßrohr 22 zumindest in einem Teilabschnitt umhüllt, um die darin befindlichen Agrarprodukte auf ca. 70°C zu erwärmen. Hierdurch werden in den Agrarprodukten die langkettigen Kohlenstoffverbindungen teilweise vorzeitig aufgeschlossen und hygienisiert, was unter anderem zu einer höheren Gasausbeute führt. Dieser Heizmantel 44 wird mit vom Verbrennungsmotor 46 erwärmten Abwasser gespeist, wobei das Abwasser zwischen Heizmantel 44 und Preßrohr 22 fließt. Das System arbeitet in Zeitintervallen, das heißt, der Preßrohrinhalt wird ähnlich einem Chargenbetrieb zweistündlich gefüllt, erhitzt und dann durch die nächste Charge herausgedrückt. Dieses System ist somit gleichzeitig ein Agrarprodukthygienisierungs- (bzw. -pasteurisierungs-) System.

Die in den Fig. 2 und 3 dargestellte zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Biogasanlage entspricht in wesentlichen Teilen der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform, jedoch ist in dieser zweiten Aus führungsform zwischen dem Vorratsbehälter 20 und dem Aufnahmerohr 24 der Preßvorrichtung eine sogenannte Schubstange 40 zwischengeschaltet und es fehlt der Heizmantel. An dieser Schubstange 40 ist eine Vielzahl von in eine Richtung wegdrehbaren Mitnehmern 42 vorgesehen, die die aus der Austragsöffnung 36 herausfallenden Agrarprodukte in kleineren Portionen aufnehmen und über die Öffnung 26 ins Aufnahmerohr 24 transportieren. Dabei ist oberhalb der Schubstange 40 eine Reißwelle 42 angeordnet, mit der die zum Vorratsbehälter 20 heraustretenden Agrarprodukte aufgelockert werden, so dass eine die Öffnung 26 des Aufnahmerohres 24 verstopfende Klumpenbildung vermieden wird.

In beiden Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Biogasanlage erfolgt die Beschickung des Gärbehälters wie folgt:
Zunächst einmal wird eine größere Menge an Mais, Gras oder anderen zur Vergärung vorgesehenen schüttbaren Agrarprodukten, beispielsweise mittels eines Schaufelladers, Traktors oder Kippladers, in den Vorratsbehälter 20 eingefüllt. Aus diesem Vorratsbehälter 20 wird unter Zuhilfenahme des sich vor- und zurückbewegenden Schubbodens 32 regelmäßig eine kleinere Menge dieser schüttbaren Agrarprodukte durch die Austragsöffnung 36 aus dem Vorratsbehälter 20 heraus transportiert. Dabei kann die heraus zu transportierende Menge über den vertikalen Schieber 38 eingestellt werden. Die ausgetragenen Agrarprodukte gelangen dann über die Schubstange 40 oder direkt in das Aufnahmerohr 24 und werden dort durch den Preßkolben 28 zusammengepreßt und verdichtet. Durch nachfolgende Agrarprodukte werden die zuerst in das Aufnahmerohr 24 gelangten Agrarprodukte weiter verdichtet und ins Preßrohr vorgeschoben. Da das Preßrohr 22 einen kleineren Durchmesser als das Aufnahmerohr 24 aufweist, werden die Agrarprodukte hier weiter verdichtet, so dass der Austritt von Gasen, Gerüchen oder dergleichen aus dem Gärbehälter verhindert wird. Mit der Zeit werden die Agrarprodukte weiter vorangetrieben und gelangen dann über das Preßrohr 22 in den Gärbehälter 12. Hierbei kann die zu transportierende Menge Agrarprodukte so eingestellt werden, dass immer eine zur Gärung ausreichende Menge Agrarprodukte nachgeliefert wird. In dem Preßrohr 22 werden die schüttbaren Agrarprodukte auf ca. 70°C erwärmt und gelangen mit dieser Temperatur in den Gärbehälter, in dem die endgültige Vergärung erfolgt.

Bezugszeichenliste

10

Gärmedium

12

Gärbehälter

14

Schwimmdecke

16

Rührwerk

18

Beschickungsvorrichtung

20

Vorratsbehälter

22

Preßrohr

24

Aufnahmerohr

26

Öffnung

28

Preßkolben

30

Klappe

32

Schubboden

34

Mitnehmer

36

Austragsöffnung

38

Schieber

40

Schubstange

42

Reißwelle

44

Heizschlange

46

Verbrennungsmotor

Claims

1. Anlage zur Erzeugung von Biogas unter Verwendung von schüttbaren Agrarprodukten, mit einem ein Gärmedium (10) aufnehmenden Gärbehälter (12) und mit einem die zur Vergärung vorgesehenen Agrarprodukte aufnehmenden Vorratsbehälter (20) gekennzeichnet durch eine die Agrarprodukte selbstätig in den Gärbehälter (12) einbringende Beschickungsvorrichtung (18).

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschickungsvorrichtung (18) eine Preßvorrichtung und ein Preßrohr (22) umfaßt, wobei dass Preßrohr (22) in den Gärbehälter (12) mündet.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Preßrohr (22) unterhalb einer Schwimmdecke (14) des Gärmediums (10) in den Gärbehälter (12) mündet.

4. Anlage nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Preßvorrichtung ein Aufnahmerohr (24) und einen Preßkolben (28) aufweist, wobei das Aufnahmerohr (24) in das Preßrohr (22) übergeht.

5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Aufnahmerohres (24) größer als der Durchmesser des Preßrohres (22) ausgebildet ist.

6. Anlage nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressvorrichtung höher als das Gärmedium (10) angeordnet ist.

7. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Austragung der schüttbaren Agrarprodukte im Vorratsbehälter (20) ein Schubboden (32) vorgesehen ist.

8. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schubboden (32) die Agrarprodukte durch eine in einer Wandung des Vorratsbehälters (20) befindliche Austragsöffnung (36) austrägt, wobei an der Austragsöffnung (36) ein vertikal verfahrbarer Schieber (38) angebracht ist.

9. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das die Beschickungsvorrichtung (18) weiterhin eine Schubstange (40) umfasst, mit der die aus einer Austragsöffnung (36) des Vorratsbehälters (20) austretenden Agrarprodukte in die Preßvorrichtung gebracht werden.

10. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das an der Beschickungsvorrichtung (18), insbesondere am Preßrohr (22) eine Heizungsvorrichtung zur Erwärmung der schüttbaren Agrarprodukte angebracht ist.

11. Verfahren zur Erzeugung von Biogas mit einer Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die schüttbaren Agrarprodukte vor Einbringen in den Gärbehälter (12) auf 50°C bis 90°C, vorzugsweise 70°C erwärmt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die schüttbaren Agrarprodukte in erwärmten Zustand in den Gärbehälter (12) eingebracht werden.