DE10354597A1

DE10354597A1 - Verfahren zum Erzeugen von Biogas sowie Anlage zum Durchführen dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE10354597A1
Application number: DE10354597A
Authority: DE
Inventors: Joachim Voigt; Oliver Dipl.-Ing. Nacke
Original assignee: Eisenmann Anlagenbau GmbH and Co KG
Current assignee: Nacke Oliver Dipl-Ing De
Priority date: 2003-11-21
Filing date: 2003-11-21
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2023-11-22
Also published as: DE10354597B4

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Anlage zum Erzeugen von Biogas beschrieben, bei denen in bekannter Weise feste und flüssige organische Substrate in einem Fermentierbehälter unter Ausschluß von Luft und unter Wärmezufuhr verfault werden. Die festen Substrate werden bereits vor dem Einbringen in den Fermentierbehälter in die flüssigen Substrate eingemischt und in den flüssigen Substraten zerkleinert, so daß eine homogene Mischung entsteht. Die festen Substrate sind auf diese Weise im Fermentierbehälter für die dort wirksamen Bakterien besser zugänglich, so daß sie vollständiger aufgeschlossen und in Biogas umgesetzt werden können.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Biogas, bei dem flüssige und feste organische Substrate zusammengeführt und in einem Fermentierbehälter unter Ausschluß von Luft und unter Wärmezufuhr verfault werden,
sowie
eine Anlage zum Erzeugen von Biogas mit einem einen Luftausschluß gewährleistenden und beheizten Fermentierbehälter, in den feste und flüssige Substrate zum Faulprozeß eingebracht werden können.

Es ist bekannt, in Fermentierbehältern neben flüssigen Substraten, insbesondere Güllen aus unterschiedlichen Tierhaltungsbetrieben, feste Substrate zu verfaulen, um auch aus diesen Biogas zu gewinnen. Bei diesen festen Substraten, die auch Co-Substrate genannt werden, handelt Es sich im allgemeinen um Festmist oder Silagen aus Mais, Getreide usw.. Die Umwandlung von festen organischen Substraten in Biogas gewinnt in jüngster Zeit auch zunehmende Bedeutung unter dem Gesichtspunkt der nachwachsenden Rohstoffe und erfährt eine entsprechende staatliche Förderung.

Bei den bisher bekannten Verfahren und Anlagen der eingangs genannten Art werden die flüssigen und festen Substrate in dem Fermentierbehälter selbst vermischt, wobei allenfalls eine gewisse Vorzerkleinerung der fe sten Substraten in Hackern oder ähnlichen Geräten stattfindet. Dies ermöglicht jedoch keine optimale Aufschließung der festen Substrate.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bzw. eine Anlage der eingangs genannten Art anzugeben, mit denen insbesondere die festen Substrate vollständiger in Biogas umgewandelt werden können.

Diese Aufgabe wird, was das Verfahren angeht, dadurch gelöst, daß die festen Substrate vor dem Einbringen in den Fermentierbehälter in die flüssigen Substrate eingemischt und in den flüssigen Substraten zerkleinert werden, so daß eine homogene Mischung entsteht.

Erfindungsgemäß findet also die Vermischung von festen und flüssigen Substraten nicht im Fermentierbehälter selbst sondern in einer vorgeschalteten Behandlungsstufe statt, in der zusätzlich eine Zerkleinerung der festen Substrate erfolgt. Es entsteht auf diese Weise eine brei- oder musartige Masse, die in den Fermentierbehälter eingebracht und von den dort befindlichen Bakterien besser zersetzt werden kann, als dies bei herkömmlichen Fermentieranlagen der Fall war. Ergebnis ist eine vollständigere Aufschließung und Zersetzung insbesondere der festen Substrate bei einer entsprechend erhöhten Ausbeute an Biogas.

Zweckmäßigerweise werden die festen Substrate vor dem Einmischen in die flüssigen Substrate aufgelockert. Hierdurch wird insbesondere erreicht, daß die festen Substrate nicht zusammengeballt auf den flüssigen Substraten aufschwimmen, sondern tatsächlich mit den flüssigen Substraten vermischt und dann in dieser Mischung zerkleinert werden können.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die flüssigen Substrate den festen Substraten so zudosiert, daß ein etwa konstanter Feststoffanteil eingehalten wird. Für jede Art von festen und flüssigen Substraten gibt es einen unter den vorliegenden Umständen experimentell zu ermittelnden optimalen Feststoffanteil, bei dem die Biogaserzeugung mit dem höchsten Wirkungsgrad abläuft.

In vielen Fällen ist es günstig, wenn der Feststoffanteil bei etwa 25 Gewichtsprozent liegt.

Die oben genannte Aufgabe wird, was die Anlage angeht, dadurch gelöst, daß

a) dem Fermentierbehälter eine Homogenisierungseinrichtung vorgeschaltet ist, die einen Vorlagebehälter, dem die flüssigen Substrate zuführbar sind, und eine Zuführeinrichtung aufweist, mit welcher die festen Substrate in die in dem Vorlagebehälter befindlichen flüssigen Substrate einmischbar sind;
b) eine Zerkleinerungseinrichtung vorgesehen ist, welcher die im Vorlagebehälter befindliche Mischung aus festen und flüssigen Substraten zuführbar ist und welche die festen Substrate in der Mischung zerkleinert und die Mischung homogenisiert.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Anlage entsprechen sinngemäß den oben geschilderten Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Auch die in den Ansprüchen 7 bis 10 angegebenen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Anlage sind mit Vorteilen behaftet, die oben erwähnten Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; die einzige Zeichnung zeigt schematisch eine Homogenisierungseinrichtung zur Verwendung bei einer Biogas-Fermentieranlage.
Die Homogenisierungseinrichtung, die insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet ist, umfasst ein nach oben offenes Maschinengehäuse 2, in welchem in noch zu beschreibender Weise zu verfaulende feste und flüssige Substrate zusammengeführt werden. In einem etwas vertieften Bereich 2a des Maschinengehäuses 2 sind zwei Behälter 3, 4 vorgesehen, die durch eine vertikale Wand 5 voneinander getrennt sind.
In den in der Zeichnung linken Behälter 3, der nachfolgend "Vorlagebehälter" genannt wird, führt eine Zuführleitung 6 für flüssige Substrate, also beispielsweise Gülle aus der Rinder- Schweine- oder Geflügelhaltung; die Zufuhr geschieht mit Hilfe einer steuerbaren Pumpe 7.
Die festen Substrate, auch "Co-Substrate" genannt, gelangen über die obere Öffnung 8 des Gehäuses 2 in dessen Innenraum und fallen dort auf einen insgesamt mit dem Bezugszeichen 9 gekennzeichneten Räumboden. Der Räumboden 9 besteht im wesentlichen aus einem Endlos-Förderband 10, dessen oberes Trum mit Hilfe eines nicht dargestellten Motors in Richtung des Pfeiles 11 angetrieben werden kann. Das Endlosförderband 10 weist in regelmäßigen Abständen Mitnehmer 12 auf. Das in der Zeichnung rechte Ende des Räumbodens 9 befindet sich oberhalb des Vorlagebehälters 3, so daß von dem Räumboden 9 im Sinne des Pfeiles 11 zugeführte feste Substrate am rechten Ende des Räumbodens 9 nach unten in den Vorlagebehälter 3 fallen können.
In der Nähe dieses rechten Endes des Räumbodens 9 und über diesem sind mehrere angetriebene Stachelwalzen 13, 14, 15 vorgesehen, welche in noch zu beschreibender Weise der Auflockerung der festen Substrate dienen.
Der in der Zeichnung rechte Behälter 4 im unteren Bereich 2a des Maschinengehäuses 2, der nachfolgend "Überlaufbehälter" genannt wird, ist über eine Leitung 16 mit einer Zerkleinerungseinrichtung 17 verbunden. Von der Zerkleinerungseinrichtung 17 wird die Substratmischung mit Hilfe einer Pumpe 18 über eine Leitung 19 wieder in den Vorlagebehälter 3 zurückgeführt.
Die im Vorlagebehälter 3 befindliche Substratmischung kann mit Hilfe einer weiteren Pumpe 20 über eine Leitung 21 entnommen und dem nicht mehr dargestellten Fermentierbehälter zugeführt werden.
Die oben beschriebene Homogenisierungseinrichtung 1 arbeitet wie folgt:
Feste Substrate werden über die obere Öffnung 8 des Maschinengehäuses 2 auf den Räumboden 9 aufgeschüttet. Dieser bewegt die festen Substrate in der Zeichnung nach rechts, wo sie in den Bereich der Stachelwalzen 13, 14 und 15 gelangen. Diese lockern die festen Substrate auf und "zerreissen" Zusammenballungen, so daß die festen Substrate verteilt in den Vorlagebhälter 3 fallen. Über die Leitung 6 wird mit Hilfe der Pumpe 7 nunmehr so viel flüssiges Substrat zudosiert, daß sich innerhalb des Vorlagebehälters 3 ein bestimmter Feststoffanteil von beispielsweise 25 Gewichtsprozent ergibt. Durch die Auflockerung der festen Substrate mittels der Stachelwalze 13, 14, 15 schwimmen die festen Substrate in dem Vorlagebehälter 3 nicht auf, sondern verteilen sich in den flüssigen Substraten.
Der Vorlagebehälter 3 wird im Überlaufbetrieb gefahren. Dies bedeutet, daß der Vorlagebehälter 3 durch Zufuhr von festen Substraten über die Öffnung 8 und den Räumboden 9 sowie von flüssigen Substraten über die Leitung 6 bis zum oberen Rand der Wand 5 gefüllt wird und über diesen oberen Rand in den Überlaufbehälter 4 überläuft. Der Überlaufbehälter 4 enthält somit ebenfalls eine Mischung aus vorzerteilten festen und flüssigen Substraten. Diese Mischung wird durch ständige Kreisführung über die Leitung 16, den Zerkleinerer 17 und die Pumpe 18 weiter homogenisiert. Dabei werden die festen Substrate feiner zerkleinert, so daß eine mus- oder breiartige Substanz entsteht, die über den Vorlagebehälter 3, den Überlaufbehälter 4 sowie die Zerkleinerungseinrichtung 17 und die Pumpe 18 zirkuliert. Die mittlere Teilchengröße der festen Substrate, bei faserigen Substraten also die mittlere Faserlänge, sollte nach der Zerkleinerung kleiner als 5 mm, vorzugsweise kleiner als 2 mm sein.
Diese homogenisierte Substratmischung wird über die Leitung 21 dem Vorlagebehälter 3 entnommen und durch die Pumpe 20 dem Fermentierbehälter zugeführt. Auf Grund der sehr guten Homogenität dieser Substratmasse und der feinen Zerkleinerung der festen Substrate ist dort ein guter Angriff der Bakterien und somit eine gute Biogasausbeute möglich.

Claims

Verfahren zum Erzeugen von Biogas, bei dem flüssige und feste organische Substanzen zusammengeführt und in einem Fermentierbehälter unter Ausschluß von Luft und unter Wärmezufuhr verfault werden, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Substrate vor dem Einbringen in den Fermentierbehälter in die flüssigen Substrate eingemischt und in den flüssigen Substraten zerkleinert werden, so daß eine homogene Mischung entsteht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung von festen und flüssigen Substraten zur Homogenisierung und Zerkleinerung auf einem Kreisweg durch eine Zerkleinerungseinrichtung geführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Substrate vor dem Einmischen in die flüssigen Substrate aufgelockert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssigen Substrate den festen Substraten so zudosiert werden, daß ein etwa konstanter Feststoffanteil eingehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoffanteil bei etwa 25 Gewichts prozent liegt.
Anlage zur Erzeugung von Biogas mit einem einen Luftausschluß gewährleistenden und beheizten Fermentierbehälter, in den feste und flüssige Substrate zum Faulprozeß eingebracht werden können, dadurch gekennzeichnet, daß a) dem Fermentierbehälter eine Homogenisierungseinrichtung (1) vorgeschaltet ist, die einen Vorlagebehälter (3), dem die flüssigen Substrate zuführbar sind, und eine Zuführeinrichtung (9) aufweist, mit welcher die festen Substrate in die in dem Vorlagebehälter (3) befindlichen flüssigen Substrate einmischbar sind; b) eine Zerkleinerungseinrichtung (17) vorgesehen ist, welcher die im Vorlagebehälter (3) befindliche Mischung aus festen und flüssigen Substraten zuführbar ist und welche die festen Substrate in der Mischung zerkleinert und die Mischung homogenisiert.
Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerkleinerungseinrichtung (17) in einem Kreisweg liegt, der von dem Vorlagebehälter (3) ausgeht und wieder zu diesem zurückführt, wobei eine Pumpe (20) vorgesehen ist, welche die homogenisierte Mischung dem Vorlagebehälter (3) entnimmt und dem Fermentierbehälter zuführt.
Anlage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinrichtung für die festen Substrate ein Räumboden (9) ist, auf welchen die festen Substrate von oben auffallen können und der diese in seitlicher Richtung zum Vorlagebehälter (3) abtransportiert.
Anlage nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lockerungseinrichtung (13, 14, 15) vorgesehen ist, welche die festen Substrate vor dem Einbringen in den Vorlagebehälter (3) auflockert.
Anlage nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Vorlagebehälter (3) und der Zerkleinerungseinrichtung (17) ein Überlaufbehälter (4) angeordnet ist, der durch Überlauf des Vorlagebehälters (3) befüllbar ist.