AT361015B

AT361015B - Verfahren zur herstellung von biogas und anlage zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: AT361015B
Application number: AT272379A
Authority: AT
Original assignee: Weymelka Walter
Priority date: 1979-04-12
Filing date: 1979-04-12
Publication date: 1981-02-10
Also published as: ATA272379A

Description

Mittels bekannter Verfahren zur Biogasgewinnung und deren technischen Anlagen, gewinnt man aus den pro Tag ausgeschiedenen Exkrementen einer Grossvieheinheit, in der Folge GVE genannt, nach einer wirtschaftlich vertretbaren Gärdauer von 20 bis 60 Tagen, zirka 0, 2 bis 1, 5 m3 Biogas pro Tag, in einer
Zusammensetzung von zirka 50 bis 65% CH4, 50 bis 35% C02, wovon etwa 1/3 dieser gewonnenen
Gasmengen zur Gärkesselbeheizung verwendet werden muss.

Viele bekannte Verfahren verwenden Einzelkonverter, in welchen die Gärung bei kontinuierlichem
Durchfluss der Biomassen in Gang gehalten wird. Auf die bedeutenden Unterschiede in den Ausgärzeiten der einzelnen artspezifischen Sorten des anfallenden Materials, kann in keinem dieser konventionellen
Verfahren Rücksicht genommen werden.

Die im kontinuierlichen Zufluss ständig neu zugeführten Biomassen müssen durch Wärmezufuhr auf die notwendige Gärtemperatur gebracht werden. Auch der Energieverbrauch des mechanischen Rührvorganges vermindert die Wirtschaftlichkeit solcher Anlagen.

Die nach der Biomethangärung im Substrat noch vorhandenen bedeutenden Restenergiemengen werden im allgemeinen nicht genutzt.

Das der Erfindung zugrundeliegende Biogasgewinnungsverfahren berücksichtigt die verfahrens- spezifischen Verschiedenheiten der an verschiedenen Materialien ablaufenden, unterschiedlichen
Einzelprozesse, so dass diese Prozesse sich unter jeweils günstigen Verhältnissen möglichst optimal entwickeln können.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Biogas bei Vorliegen mehrerer verschiede- ner vergärbarer organischer Stoffe bzw. Abfallmaterialien, insbesondere in landwirtschaftlichen Betrieben bei Vorliegen von Grünpflanzen, Ernteabfällen, Stallmist und andern, in einer Kompaktanlage, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man die zu kompostierenden Materialien einzeln, getrennt nach Sorten, zuerst aerob (unter Luftzufuhr) bis zur Erreichung einer artspezifischen Gärtemperatur, d.

s. etwa
25 bis 28 C, in einem eigenen Behälter mit Belüftungsvorrichtung angären lässt, dann das Material in einem nächsten Behälter solange unter Luftabschluss hält, bis der im Material befindliche freie Sauerstoff abgebaut ist, dass man das Material, sobald es eine, durch den Gärprozess bewirkte Temperaturerhöhung auf 30 bis 32 C erreicht hat, sodann in einen Behälter einer Serie von Gärbehältern einführt und unter anaeroben, methanbildenden Bedingungen hält (Beimpfung mit rückgeführtem, anaerob nachgärendem oder einem anderem geeignetem Mikroorganismenmaterial, Einstellung des geeigneten Milieus und Temperatur u. a.), wobei sich bildendes Biogas in eine, mehreren Behältern gemeinsame,

Brenngasleitung und vorzugsweise weiter in einen Sammelbehälter abgeführt wird, während anderes kompostierbares Material (Material anderer Sorte) ebenso vorbehandelt, dann jedoch in einen andern Gärbehälter der Serie zur Methangärung geleitet wird und so weiter, und dass nach Abgärung des Materials aus jedem Behälter eine Überführung in einen im wesentlichen luftdichten, gemeinsamen Absitzkessel erfolgt, wobei auch eine Vermischung verschiedener Materialien aus verschiedenen Serienbehältern erfolgen kann, bzw.

wohin aus verschiedenen Serienbehältern stammendes und vermischtes Gut eingeführt werden kann, dort sich noch bildendes Biogas der gemeinsamen Brenngasleitung zugegeben wird, wonach eine Überführung des Materials in einen belüfteten, wärmeisolierten Behälter erfolgt, in welchem die Prozesswärme der aeroben Nachgärung des gemischten Restmaterials über Wärmetauscher zur Einstellung der Gärtemperatur in den Serienbehältern benutzt wird.

Die Erfindung betrifft ausserdem eine Anlage in Form einer Anordnung mehrerer, zu einer Kesselgruppe zusammengestellter Kessel, welche mit einem gemeinsamen Isoliermantel versehen ist, zur Durchführung dieses Verfahrens. Die Anzahl und die Grösse der Kessel ergibt sich aus dem Raumbedarf, der den einzelnen artspezifischen Biomassen entsprechenden, natürlichen Gärzeiten hinsichtlich der aufeinanderfolgenden Folgeprozessen.

Der Vorteil der aus dieser gegenständlichen Erfindung erwächst, liegt in einer höheren Gasausbeute und einem niedrigeren Energiebedarf gegenüber bekannten Verfahren. Darüber hinaus ist die Möglichkeit der verschiedensten Variationen bei Gebrauch der Anlage gegeben, was aus dem Umstand resultiert, dass mehrere Kesseln vorhanden sind. So können z. B. die Gärkesseln, die für einzelne bestimmte Materialsorten vorgesehen sind, verschieden hoch gefüllt werden, was auch den Vorteil mit sich bringt, dass bei einer derartigen Anlage die Unzukömmlichkeit, Gärmaterial offen lagern zu müssen, bzw. hiefür Lagerplätze vorzusehen, eingeschränkt ist.

Das austretende Gärmaterial ist ein guter Dünger.

Weiters wird mit dem erfindungsgemässen Verfahren eine Verkürzung der normalerweise üblichen Gärzeiten erreicht.

Das erfindungsgemässe Biogasgewinnungsverfahren besteht aus 5 wesentlichen Verfahrensstufen
EMI2.1
statt, indem das zerkleinerte, auf optimale Gärfähigkeit abgemischte Gärsubstrat durch Einblasen von
Sauerstoff, bzw. Luft in aerobe Gärung versetzt wird. Sobald das Gärsubstrat durch die dabei entstehende Prozesswärme die Einfülltemperatur, d. s. 25 bis 28 C, erreicht hat, wird dieses angegorene
Substrat in einen geschlossenen Kessel (Fig. l/11-V), zur 2. Prozessstufe befördert, in welchem ein den
Restsauerstoff aufzehrender 2. aerober Vorprozess abläuft.

Sobald der gesamte Sauerstoff verbraucht ist, was an einem Temperaturabfall festgestellt werden kann, wird das Gärsubstrat zur 3. Verfahrensstufe in einen geschlossenen Kessel (Fig. 1/III, G, Fig. 2/G, Fig. 3/G), in welchem anaerobe Verhältnisse herrschen, befördert und dort mit einem Stamm obligat anaerober Bakterien geimpft. In diesem nunmehr anaeroben Milieu vermehren sich die methanproduzieren- den Bakterien und bauen abbaubare Substanzen ab. Sobald der Gasertrag absinkt, ist das Ende dieser anaeroben Prozessstufe angezeigt.

Das Gärsubstrat wird nun vom Kessel"G"in den Absetzkessel"A"zur 4. Prozessstufe befördert.

(Fig. 1/IV, A, Fig. 2 und 3). Das sich in dieser 4. Prozessstufe im Kessel ansammelnde Sediment wird als
Impfmasse in die Kesseln "G" befördert, das restliche Substrat wird in ein Nachgärgefäss gepumpt, (Fig. l/V, N,) in welchem nun die 5. Verfahrensstufe durch Lufteinblasen in Gang gebracht wird. Die in dieser aeroben Prozessstufe entstehende Prozesswärme wird über ein wärmetransportierendes Medium eines
Wärmetauschers, zur Beheizung der Kesseln"V","G"und"A", in die Multikesselanlage transportiert.

In der 1. und 2. Prozessstufe entsteht vorwiegend Cl2, welches über eine eigene Gasleitung abgezogen wird. In der 3. und 4. Prozessstufe wird überwiegend CH4 produziert und dieses Gas wird über eine, nur mit den Kesseln"G"und"A"verbundene Gasleitung abgezogen.

Die Kesseln"V"und"G"der Multikesselanlage werden durch zwei ungleich temperierte Thermo- syphone derart beheizt, dass die einander gegenüberliegenden Kesselwände ungleich temperiert werden.

Die dabei durch Thermozirkulation entstehende Bewegung des Gärsubstrates erzeugt einen ausreichenden
Rühreffekt zur Vermeidung einer Schwimmdeckenbildung, welcher noch durch eine in der Kesselmitte senkrecht angebrachte Leitwand"T"verstärkt wird. (Fig. 1/11, III, Fig. 4). An der Leitwand sind überdies noch Querschlitze angebracht mit darüberstehenden Gasleitflächen, (Fig. 4), welche die im absteigenden
Substratstrom aufsteigenden Gasblasen abfangen und durch die Querschlitze in den aufsteigenden
Substratstrom leiten, so dass dadurch der Umlaufeffekt der Thermozirkulation zwangsläufig verstärkt wird.

Während man bei den auf dem Markt befindlichen Anlagen bei der Vermischung des Gärmaterials und bei deren gemeinsamer Vergärung Ausgärzeiten von 30 und mehr Tagen benötigt, können mit der beispielsweise angeführten erfindungsgemässen Anlage, Ausgärzeiten von lediglich 6 Tagen erreicht werden.

Die Anlage kann in der verschiedensten Weise variiert werden und abgeändert werden, auch ist sie in der Ausführung nicht an bestimmte Werkstoffe gebunden. Zur Durchführung der Belüftung kann jede geeignete Belüftungsvorrichtung benutzt werden. Auch der Einsatz von mit Sauerstoff angereicherter Luft ist möglich.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist aus den Zeichnungen ersichtlich. Hiebei stellt die Fig. 1 ein Fliessbild einer erfindungsgemässen Anlage dar, Fig. 2 enthält einen Querschnitt durch eine Kompaktanlage mit mindestens 3 Kesseln, die Fig. 3 einen Querschnitt einer Anlage, in welcher Gärkessel, Vorgärkessel und der Absetzkessel in einer Kompaktanlage angeordnet sind, Fig. 4 stellt ein Leitblech in einer bevorzugten Mischeinrichtung für die Führung des Gärmaterials dar.

In den Zeichnungen ist eine beispielsweise Ausführungsform des der Erfindung zugrundeliegenden Verfahrens dargestellt und auch die der Erfindung zugrundeliegende Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Die Fig. 1 zeigt die Gliederung der einzelnen Verfahrensstufen, die Fig. 2 zeigt eine mögliche Ausführungsform der Multikesselanlage in der Draufsicht, desgleichen die Fig. 3 ; die Fig. 4 zeigt den in Fig. 2 und 3 eingezeichneten Bestandteil --T--.

In der Fig. 2 und auch in der Fig. 3 ist dargestellt, dass der Kessel-A-allseitig gleich temperiert ist und keine Leiteinrichtung trägt, und die dem Kessel - zugewendeten Seiten der Kesseln --V und G-- einen wärmeren Wärmeträgerkreislauf berühren als

die dem Aussenmantel zugewendeten Seiten dieser Kesseln, welche von einem kälteren Wärmeträgerkreislauf temperiert werden. An der Aussenseite des Aussenmantels ist ein Teilstück der umschliessenden Isolierung dargestellt.

PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Biogas bei Vorliegen mehrerer verschiedener vergärbarer organischer Stoffe bzw. Abfallmaterialien, insbesondere in landwirtschaftlichen Betrieben bei Vorliegen von Grünpflanzen, Ernteabfällen, Stallmist und andern, in einer Kompaktanlage, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man die zu kompostierenden Materialien einzeln, getrennt nach Sorten, zuerst aerob (unter Luftzufuhr) bis zur Erreichung einer artspezifischen Gärtemperatur in einem eigenen Behälter mit Belüftungsvorrichtung angären lässt, das Material dann in einem nächsten Behälter solange unter Luftabschluss hält, bis der im Material befindliche freie Sauerstoff abgebaut ist, wobei man entstehendes Gärgas ableitet, dass man das Material sodann in einen Gärbehälter einer Serie von Gärbehältern einführt und unter anaeroben,

methanbildenden Bedingungen hält (Beimpfung mit rückgeführtem, anaerob nachgärendem oder anderem geeigneten Mirkoorganismenmaterial, Einstellung des geeigneten Milieus und Temperatur u. a.) wobei sich bildendes Biogas in eine, mehreren Methangärbehältern gemeinsame, Brenngasleitung und vorzugsweise weiter in einen Sammelbehälter abgeführt wird, während anderes kompostierbares Material (Material anderer Sorte) ebenso vorbehandelt, dann jedoch in einen andern Gärbehälter der Serie zur Methangärung geleitet wird und so weiter, und dass nach Abgärung des Materials aus jedem Behälter eine Überführung in einen im wesentlichen luftdichten, gemeinsamen Absetzkessel erfolgt, wobei auch eine Vermischung verschiedener Materialien aus verschiedenen Serienbehältern erfolgen kann, bzw.

Claims

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aerobe Vorgärung im Vorbehälter wie auch die anaerobe Gärung in den Gärbehältern der Serie unter Umwälzung der Biomassen vorgenommen wird. EMI3.1 mit den Biomassen im Wärmekontakt stehenden, einander gegenüberliegenden Kesselwänden, mittels zweier ungleich temperierter Wasserkreisläufen, erzeugt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h - net, dass die aus der nachgeschalteten aeroben Stufe gewonnene Wärmeenergie über Wärmetauscher mittels strömenden Wassers oder eines andern geeigneten Wärmetransportmediums zur Beheizung der Gärkesseln verwendet wird.

5. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4, welche eine Vorbehandlungsanlage für die aerobe Angärung und mehrere Gärkessel zu einer Anlage vereinigt enthält, dad u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass sie aus einem wärmeisolierten Einlaufbecken besteht, welches mit Einrichtungen zur Belüftung von Biomassen versehen ist, wobei dieses Becken über Temperaturmessgeräte verfügt, dass sie weiters aus einem Kessel besteht, in welchen das belüftete Material einführbar ist, und welcher Mittel zur Abführung des sich bildenden Gärgases besitzt, wobei dieser erste Kessel Einrichtungen hat, welche die Überführung des im Kessel behandelten Materials wechselweise in einen der folgenden Gärbehälter ermöglicht, dass weiters mehrere wechselweise aus dem ersten Kessel beschickbar Gärbehälter, gegebenenfalls von verschiedener Grösse,

vorhanden sind, dass weiters ein Absetzkessel zur Aufnahme des weitgehend ausgegorenen Materials vorhanden ist, in welchen das Gärgut aus den Gärkesseln der Serie einführbar ist und der über einen Auslass in ein Nachgärbecken verfügt, wobei alle Gärkessel und der Absetzkessel an eine gemeinsame Brenngasleitung anschliessbar sind und wobei das Nachgärbecken über Mittel zur Einführung von Luft verfügt und einen Wärmetauscher aufweist, <Desc/Clms Page number 4> der die im Nachgärbecken sich bildende Wärme zur Beheizung der Gärkessel und gegebenenfalls des Absetzkessels über ein Wärmetauschmedium zulässt.

6. Anlage nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass Vorrichtungen vorhanden sind, die es gestatten, aus dem Absetzkessel Impfmaterial in die einzelnen Gärkesseln zu überführen.

7. Anlage nach Anspruch 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kessel über eine Vorrichtung zur Umwälzung des Gärmaterials verfügen.