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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Biogas, bei welchem organische Stoffe mit Abfallmaterialien, insbesondere aus landwirtschaftlichen Betrieben, in mehreren Stufen zu Methangas vergoren werden.
Bei einem bekannten Verfahren dieser Art wird jedes Material für sich behandelt und einem eigenen Methangärbehälter zugeführt. Dies hat den Nachteil, dass eine Vielzahl von Methangärbehältern notwendig ist, in denen dann die Bedingungen für die Methangärung exakt eingehalten werden müssen, um eine Störung im Stoffwechsel der methanbildenden Bakterien zu verhindern, da diese Bakterien hinsichtlich der Einhaltung ihrer Lebensbedingungen sehr anspruchsvoll sind. Ausserdem können bei diesem bekannten Verfahren nicht alle anfallenden Materialien in gleich effizienter Weise zu Methan vergoren werden.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem mit wenigen Methangärbehältern das Auslangen gefunden werden kann und die eingesetzten Materialien mit besserer Ausbeute zu Methan vergoren werden können.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass in an sich bekannter Weise kohlenstoffhaltiges Gas, vorzugsweise CO, nach entsprechender Konditionierung direkt in die Methangärung eingeleitet wird, und dass andere prozessfremde organische Stoffe und Abfallmaterialien in die Vorstufen, u. zw. gegebenenfalls die festen Substanzen in die erste Vorgärstufe und die flüssigen Substanzen in die zweite Vorgärstufe, eingebracht werden. Durch das gezielte Einbringen der verschiedenen Materialien an den entsprechenden Stellen des Verfahrensablaufes kann mit einem einzigen Methangärbehälter das Auslangen gefunden werden, da die prozessfremden Substanzen bereits in den Vorgärstufen optimal aufbereitet und in eine ideal laufende Methangärung eingebracht werden, was eine bestmögliche Umsetzung dieser prozessfremden Ausgangsmaterialien zu Methan ergibt.
Es ist also mit dem erfindungsgemässen Verfahren die Möglichkeit gegeben, in eine mit einem bestimmten, ständig anfallenden, artspezifischen Gärmaterial betriebene aktive Biomethangärung auch Materialien anderer Art zur Umsetzung zu Methan einzuführen.
Diese Materialien könnten zwar an sich auch allein vergärbar sein, jedoch ist das erfindungsgemässe Verfahren insbesondere auch dazu geeignet, selbst solche Materialien in Methan umzusetzen, die allein nicht vergärbar wären. Es ist dabei allerdings wesentlich, dass das Gärsubstrat der Stammgärung zum Zeitpunkt der Fremdmaterialeinführung einen für die Umsetzung geeigneten Gärzustand hat, und dass die einzuführenden Substanzen an diesen Gärzustand entsprechend angeglichen, also konditioniert sind.
Wie angeführt, ist es bereits an sich bekannt, kohlenstoffhaltiges Gas direkt in die Methangärung einzuleiten und zu Methan umzusetzen. Bei dem betreffenden bekannten Verfahren wird Koksofengas, welches hauptsächlich aus Wasserstoff und Kohlenmonoxyd besteht, in eine einstufige Methangärung eingebracht. Bei einem einstufigen Verfahren besteht jedoch der Nachteil, dass die Methangärung überaus empfindlich gegen Fremdsubstanzen ist, und dass das eingebrachte Gut nur unvollkommen zu Methan umgesetzt werden kann.
Vorteilhafterweise kann das kohlenstoffhaltige Gas durch den Aufschluss der organischen Stoffe und Abfallmaterialien in der Vorgärstufe gewonnen werden. Dadurch werden die in den Vorgärstufen als Abfall zusätzlich anfallenden Gase ebenfalls ausgenutzt und der Energiegewinnung zugänglich gemacht. Dabei können die in die Methangärung eingebrachten Gase in einer Nachgärstufe durch Umsetzung von in letztere eingeleiteten kohlenstoffhaltigen Gasen gewonnen und zu einem Gasgemisch aufbereitet werden, das in der Methangärstufe umsetzbar ist. Dadurch werden auch die in der Nachgärstufe anfallenden, aus beim ersten Durchgang durch die Methangärung nicht verarbeiteten Gärmaterialien stammenden Gase in die Methangärung rückführbar, wodurch eine noch bessere Ausnutzung der eingesetzten Substanzen erreicht ist.
Weiters kann der für die Umsetzung der kohlenstoffhaltigen Gase notwendige Wasserstoff aus dieser Nachgärstufe bzw. einer der Vorgärstufen gewonnen werden, wodurch eine noch grössere Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemässen Verfahrens erzielt ist. Zur Erzielung einer besonders hohen Ausbeute und einer vollständigen Ausnutzung der eingesetzten Gase kann bei Zufuhr von prozessfremdem
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<tb>
<tb> Edukte <SEP> (Ausgangsstoffe) <SEP> Produkte
<tb> n. <SEP> = <SEP> n.H2 <SEP> XH2 <SEP> n <SEP> . <SEP> CO2 <SEP> : <SEP> n <SEP> . <SEP> CH4 <SEP> XCH4
<tb> 1 <SEP> 2,0 <SEP> 0,667 <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 1,0 <SEP> 0,500
<tb> 1 <SEP> 2,2 <SEP> 0,686 <SEP> 1 <SEP> :
<SEP> 1,1 <SEP> 0,524
<tb> 1 <SEP> 2, <SEP> 4 <SEP> 0, <SEP> 706 <SEP> 1 <SEP> 1, <SEP> 2 <SEP> 0, <SEP> 546 <SEP>
<tb> 1 <SEP> 2, <SEP> 6 <SEP> 0, <SEP> 722 <SEP> 1 <SEP> 1, <SEP> 3 <SEP> 0, <SEP> 565 <SEP>
<tb> 1 <SEP> 2, <SEP> 8 <SEP> 0, <SEP> 737 <SEP> 1 <SEP> 1, <SEP> 4 <SEP> 0, <SEP> 583 <SEP>
<tb> 1 <SEP> 3,0 <SEP> 0,750 <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 1,5 <SEP> 0,600
<tb> 1 <SEP> 4,0 <SEP> 0,800 <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 2,0 <SEP> 0,667
<tb> 1 <SEP> 5,0 <SEP> 0,830 <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 2,5 <SEP> 0,714
<tb> 1 <SEP> 6,0 <SEP> 0,875 <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 3,0 <SEP> 0,750
<tb> 1 <SEP> 10, <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 909 <SEP> 1 <SEP> 5, <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 833 <SEP>
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ständige Umsetzung des vorhandenen Kohlenstoffes zu erzielen.
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren können auch Saccharide, Alkohole, Aceton, organische Säuren, Harnstoff u. dgl. in Methan umgesetzt werden, wenn sie entsprechend konditioniert an der geeigneten Stelle in die Methangärung eingeführt werden. Die Abbaugeschwindigkeit für die Materialien ist dabei von der Bakterienpopulation und der Art der, in einer für diese eingeführten Materialien in geeigneter Weise assimilierten Bakterienstämme in der Stammgärung abhängig.
Beispiel : In einem mehrstufigen Biogasreaktor werden eine oder mehrere Vorgärstufen, eine Hauptgärstufe, also eine Methangärung, und wenigstens eine Nachgärstufe voneinander getrennt geführt. Die Vorgärstufen dienen dabei im wesentlichen dazu, um das Gärmaterial aerob aufzuschliessen und dann den enthaltenen freien Sauerstoff zu verarbeiten, da die Methanbakterien sehr anfällig gegen freien Sauerstoff sind und durch denselben leicht abgetötet werden können.
Wird in eine in voller Gärung befindliche Biomethangärung eine Nachfüllcharge, wie z. B.
Stallmist, Grünpflanzen, organische Abfälle aus Müll od. dgl., eingeführt, so wird dieses Material zunächst in einer Zerkleinerungsmaschine zermahlen, wobei dieses Material gleichzeitig mit Wasser auf 10% Trockensubstanz verdünnt und während des Mahlvorgangs zwangsläufig mit feinblasig eingebrachter Luft, u. zw. in einer Menge von 201/m3 Gärmaterial und Stunde Verweilzeit, angereichert wird. Diese Mischung wird nun in ein Vorgärbecken eingebracht, wobei die Verweilzeit in dieser ersten Vorgärstufe, je nach dem artspezifischen Gärverhalten des verwendeten Materials, etwa 2 bis 48 h beträgt.
Sobald der gesamte freie Sauerstoff verbraucht ist, wird das fliessfähige aufgeschlämmte, noch aerob gärende Material in einen Vorgärkessel, in welchem anaerobe Bedingungen herrschen, eingeleitet, wobei das sich in dieser zweiten Vorgärstufe bildende Gas, sowie auch aus andern Quellen stammende, keinen freien Sauerstoff enthaltende, zur Umsetzung in Methan geeignete Gase, die sich vorwiegend aus CO, CO,H,H S u. a. zusammensetzen, wie z. B. Pyrolysegas, Raffinerieabgase u. dgl., in das sich in der eigentlichen Methangärung befindliche Material eingeblasen werden.
Die Verweilzeit in der eigentlichen Methangärstufe beträgt, je nach Art des verwendeten Materials, etwa 20 bis 200 h.
In einer ersten Nachgärstufe wird aus dem von der eigentlichen Methangärung stammenden Material das noch vorhandene unverarbeitete Gas ausgetrieben und in die zweite Vorgärstufe rückgeführt, wo es für die Verarbeitung in der eigentlichen Methangärung aufbereitet wird.
Das abgearbeitete Material wird anschliessend in einer weiteren Nachgärstufe analog wie in der ersten Vorgärstufe belüftet und nochmals in eine aerobe Rotte übergeführt, um jene gärfähigen Materialien, die während des Durchgangs durch die vorhergehenden Prozessstufen infolge der kurzen Verweilzeit nicht abgebaut wurden, d. s. z. B. in Lignin- oder andere Mantelstrukturen eingeschlossene Materialien, doch noch zur Energiegewinnung nutzbar zu machen.
Dieser Nachgärprozess dauert 10 bis 60 Tage. Das sich dabei bildende Gas wird in die erste Vorgärstufe rückgeführt, um einen eventuell vorhandenen Rest an freiem Sauerstoff zu verarbeiten.
Die in diesem Nachgärprozess entstehende Prozesswärme steht als Bestandteil des Gesamtenergieertrages zur wirtschaftlichen Nutzung zur Verfügung.
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