DD256799A3 - Mesothermes verfahren zur erzeugung von biogas aus verschiedenen substraten in einem kompaktreaktor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Biogas durch anaeroben Fermentation in verschiedenen Temperaturbereichen aus heterogenen organischen Substanzen der Land-, Forst- und Nahrungsgueterwirtschaft, der Kommunalwirtschaft, der chemischen Industrie und aller weiteren Industriebereiche, in denen geeignete organische Substrate anfallen.
Description
Hierzu 2 Seiten Zeichnungen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Biogas durch anaerobe Fermentation in verschiedenen Temperaturbereichen.
Die heterogenen organischen Substanzen als Ausgangsstoffe der Fermentation können über einen vorgeschalteten Säurereaktor auf die Fermentationstemperatur durch Wärmetausch vorgewärmt werden und das dabei entstandene H2S abgesondert werden. Nachfolgend sind zwei Betriebsweisen des mesothermen Verfahrens möglich, entweder die thermophile Fermentation mit anschließender mesophiler Nachgärung oder die mesophile Fermentation unter nachgeschalteter thermophiler Restgärung.
Durch die Kombination beider Temperaturbereiche in einem Reaktor ist eine Minimierung der Prozeßenergie für Heizzwecke zuverzeichnen.
Die Erfindung ist in den Bereichen der Land-, Forst- und Nahrungsgüterwirtschaft, der Kommunalwirtschaft, der chemischen Industrie und allen weiteren Industriebereichen, in denen geeignete organische Substanzen anfallen, anwendbar.
Alle bisher bekannten Verfahren verlaufen ohne die Kombination verschiedenerTemperaturbereichethermophil-mesophil oder umgekehrt. Der günstige Wärmehaushalt der Kombination verschiedener Temperaturbereiche blieb bisher unberücksichtigt, da die verschiedenen Reaktoren dezentral angeordnet sind und nicht in einem Reaktor vereint als ein Kompaktreaktor ausgelegt
Die bisher dargelegten Verfahren bedürfen Vorrichtungen mit hochwertigen Baumaterialien und Anlagenteilen, dagegen das mesotherme Verfahren in einer Vorrichtung unter durchgängiger Verwendung einfachster Baumaterialien und Anlagenteile vorgenommen werden kann.
Eine Trennung in Säure- und Methanphase ist in mehreren Erfindungsbeschreibungen enthalten (DE 3102739, DE 2641750, DE 2821796, CH 495302, US 4022665, US 4040953, US 4053395, US 4067801, US 4318993, GB 2013170), doch eine wechselweise auszulegende Kombination verschiedener Temperaturbereiche in einem Intensivreaktor ist bisher nicht bekannt.
Das Zielder Erfindung besteht in der Nutzung der ökonomischen, energetischen und ökologischen Vorteilswirkung aus der Kombination verschiedener Temperaturbereiche in einem Kompaktreaktor.
Das Erreichen der technischen Faulgrenze ist innerhalb optimaler Zeiten möglich. Die Varianz verschiedener Verweilzeiten im thermophilen oder mesophilen Temperaturbereich ist je nach Substrat möglich.
Durch die vorgeschaltete Säuerungsphase ist der Abzug des entstehenden aggressiven Schwefelwaserstoffs möglich, so daß ein Biogas mit geringem H2S-Anteil als Endprodukt entsteht.
Das Wesen der Erfindung besteht in einer wechselseitigen, nach Substrat und Betriebsspezifik wahlweisen Anordnung von Verfahrensstufen in einem Kompaktreaktor unter dem Gesichtspunkt der maximalen Ausnutzung der technischen Faulgrenze. Die Reduzierung des Prozeßenergiebedarfs auf unter 10% bezogen auf den Energiegehalt des produzierten Bruttogases erfolgt
durch Ausnutzung der energetisch optimierten Führung der Medien im Prozeß unter Ausschaltung zusätzlicher Vorrichtungen ' zur Durchmischung und Förderung.
Die Anordnung von Wärmetauschern im Reaktor ermöglicht eine Substratvorwärmung im sauren Bereich.
Die Trennung des sauren Vorwärmebereiches ermöglicht den Abzug des in dieser Phase entstehenden Gasgemisches mit hohem Anteil an Schwefelwasserstoff, so daß als Endprodukt ein fast H2S-freies Biogas gewonnen wird.
Die Anordnung der sauren Vorwärmbereiche erfolgt räumlich versetzt, so daß durch eine zeitlich versetzte Zuführung des Substrates in den Hauptreaktor ein Durchmischungseffekt erzielt wird.
Bei der Zuführung aus dem sauren Vorwärmbereich direkt in den thermophilen Hauptreaktor wird durch räumlich versetzte Dampfinjizierung eine Substraterwärmung und eine Pfropfenströmung erzielt, die im thermophilen Hauptreaktor bei entsprechender Bodenausbildung einen Dralleffekt zur Durchmischung hervorruft.
Durch die räumlich und zeitlich versetzte Dosierung wird ein weiterer Durchmischungseffekt erzielt.
Der Substrataustrag aus dem thermophilen Reaktor erfolgt ebenfalls entsprechend der Dosierung räumlich und zeitlich versetzt, so daß eine Schwimmdeckenbildung vermieden wird. Der Substrataustrag aus dem thermophilen Reaktor erfolgt in den mesophilen Nachgärbereich. Das entstehende Biogas aus dem thermophilen Reaktor wird über Wärmetauscher zur Vorwärmung durch den sauren Vorwärmbereich geführt und am Boden des mesophilen Nachgärbereiches räumlich versetzt eingeleitet, so daß der Effekt einer pneumatischen Durchmischung erzielt wird.
Über den Kompaktreaktor befinden sich eine halbkugelförmige o. ä. Abdeckung, die als Gassammeiraum für das Biogas aus der thermophilen und mesophilen Phase dient.
Der Biogasabzug erfolgt im Gassammeiraum. Zur Vermeidung von Sandablagerungen im mesophilen Nachgärbereich erfolgt der Abzug des ausgefaulten Substrats am Boden räumlich versetzt, wodurch die Durchmischung entsprechend der Dosierung aus dem thermophilen Reaktor verstärkt wird.
Die Zuführung aus dem sauren Vorwärmbereich in den mesophilen Bereich erfolgt über den unten offen gestalteten sauren Vorwärm bereich räumlich und zeitlich versetzt, so daß eine Durchmischung erzielt wird. Eine zusätzliche Durchmischung erfolgt analog der vorher beschriebenen umgekehrten Betriebsweise durch das eingeleitete Biogas aus dem thermophilen Reaktor.
Das entstehende Biogas wird im Gassammeiraum gestaut und abgezogen.
Der Substratabzug aus dem mesophilen Bereich und somit die Dosierung für den thermophilen Bereich erfolgt über ein Schiebersystem räumlich und zeitlich versetzt entsprechend der Dosierung des mesophilen Bereiches, so daß der Durchmischungseffekt verstärkt wird. Durch räumlich und zeitlich versetzte Dampfinjizierung im Bodenbereich des thermophilen Reaktors wird einerseits eine Dralldurchmischung ähnlich der vorher umgekehrten Variante erzielt und andererseits ein Wärmeenergieeintrag zur Erzielung der erforderlichen Prozeßenergie vorgenommen.
Die Temperatur des in den thermophilen Reaktor dosierten Substrats liegt durch den Wärmetausch an den Grenzflächen bereits über der mesophilen Fermentationstemperatur.
Durch den Wärmeeintrag durch Dampfinjizierung und das Aufsteigen stark aufgewärmter Substratteilchen ist die Temperaturkonstanz kurzfristig hergestellt und ein zusätzlicher Durchmischungseffekt erzielt." Der Abzug des thermophil bis annähernd an die technische Faulgrenze ausgefaulten Substrats erfolgt über die Leitung der Dampfinjizierung, aber räumlich entgegengesetzt und wird über Wärmetauscher geleitet, um die Wärmeenergie zur Prozeßenergie zu gewinnen.
Bei Verweilzeiten im Verhältnis thermophil zu mesophil wie eins zu zwei und der Auslegung des sauren Bereiches zum unmittelbar nachgeschalteten Hauptreaktor im umgekehrten Verhältnis zu den Abbauraten vo ca. eins zu zehn ergeben sich bei umgekehrter Fahrweise des mesothermen Biogasreaktors keine volumenmäßigen Veränderungen des mesophilen bzw. thermophilen Bereiches, sondern lediglich die sauren Vorwärmer sind in ihrem Volumen um ein Vielfaches urnzudimensionieren.
Ein weiteres Wesen der Erfindung besteht in der universellen Anwendbarkeit durch die Kombination technischer funktioneller Abhängigkeiten aus dem Modellierungsprozeß. Weitere Wesensmerkmale der Erfindung sind die Verkürzung der Verweilzeiten, die hohe Biogasproduktivität, die hohe Biogasausbeute und die Wartungsfreundlichkeit.
Variante thermophile Hauptgärung und mesophile Nachgärung (Figur 1 und 2, linke Seite):
Die Substratzufuhr erfolgt über (18) in die räumlich versetzt angeordneten sauren Vorwärmkammern (3), wobei das sich durch die Säurephase bildende Gasgemisch mit hohem Anteil an Schwefelsauerstoff über den Gasabzug (11) abgezogen werden kann. Eine Substratvorwärmung erfolgt über die Heizspiralen (4) oder ähnliche Wärmetauscher der Vorwärmkammern, die durchströmt werden von erzeugtem Biogas aus dem thermophilen Reaktorteil (1), das über die Gasleitungen (12) zu den Wärmetauschern gelangt.
Das so vorgewärmte Substrat wird über Pfropfenströmung über die Substratzuführleitung (13) durch Dampfinjizierung von Heißdampf durch (16) in den thermophilen Reaktor (1) getrieben und dort über einen Bodenkegel (19) zu einer Drallströmung gebracht, wodurch eine Durchmischung entsteht. Die Drallwirkung wird verstärkt durch die räumlich und zeitlich versetzten Dosierzyklen aus den Vorwärmkammern (3).
Entsprechend der Dosierung des thermophilen Reaktors erfolgt der Substrataustrag aus dem thermophilen Reaktor in den mesophiien Nachgärbereich über räumlich versetzte Überlaufklappen (14), so daß auch die Bildung einer Schwimmschlammdecke vermieden wird. Das im thermophilen Reaktor gebildete Biogas in (5) mit der entsprechenden Temperatur wird über (12) wie vorher beschrieben zur Aufwärmung des Rohsubstrates genutzt. Am Boden des mesophilen Nachgärbereiches (2) wird dieses Biogas aus dem thermophilen Reaktor (1) in den mesophilen Nachgärbereich (2) eingeleitet und als pneumatische Durchmischung genutzt. Gemeinsam mit dem sich im mesophilen Nachgärbereich (2) bildenden Biogas wird das Biogas der pneumatischen Durchmischung im Gasbereich (6) der Dachkonstruktion (10) des Kompaktreaktors gesammelt und über den Gasabzug (17) der weiteren Verwendung zugeführt.
Eine Schwimmdeckenbildung im mesophilen Nachgärbereich (2) wird durch die pneumatische Durchmischung und die räumlich und zeitlich versetzte Dosierung über (14) vermieden.
Zur Vermeidung von Sandablagerungen im Bodenbereich (20) des mesophilen Nachgärbereichen (2) ist dieser entsprechend ausgebildet und es erfolgt ein räumlich und Zeitlich versetzter Substratabzug über (15).
Die Ringfundamente (7), die Wandkonstruktion einschließlich Abdeckung des thermophilen Reaktors (8), die Wandkonstruktion des mesophilen Reaktors (9) sowie die Wandkonstruktion der Vorwärmkammern (21) aus geeigneten Wärmetauschflächen stellen weitere konstruktive Bauteile des mesothermen Kompaktreaktors dar.
Variante mesophile Hauptgärung und thermophile Restgärung (Figur 1 und 2, rechte Seite):
Die Substratzufuhr (18), die Substratvorwärmung im saurem Vorwärmbereich (3) über Wärmetauscher (4) sowie der mögliche Gasabzug, insbesondere H2S über (11) erfolgt analog der vorher beschriebenen Variante.
Die Substratzuführung aus (3) erfolgt über die unten offen ausgebildeten Vorwärmebereiche (3) in den mesophilen Reaktor (2).
Die Durchmischung erfolgt über die räumlich und zeitlich versetzte Dosierung aus den Vorwärmekammern und durch die pneumatische Durchmischung des ausströmenden Biogases aus den Wärmetauschern (4). Entsprechend der Dosierung des mesophilen Reaktors (2), die räumlich und zeitlich versetzt erfolgt, geschieht die Substratzufuhr in den thermophilen Reaktor über Schiebersysteme, die räumlich versetzt angeordnet und zeitlich verschoben geöffnet werden. Das eingeleitete Substrat in den thermophilen Reaktor erhält durch den Wärmetausch an der Wandkonstruktion des thermophilen Reaktors (8) schon eine erhöhte Temperatur. Die thermophile Prozeßtemperatur erfolgt über räumlich und zeitlich versetzte Dampfinjizierung mit Heißdampf, die am Boden (19) des thermophilen Reaktors (1) über einen Drallkegel über die Rohrleitungen (16) eingebracht
Durch die erzielte Drallwirkung erfolgt kurzfristig eine Durchmischung und die Herstellung der Temperaturkonstanz im thermophilen Reaktor.
Das erstehende Biogas wird im Gasbereich (5) des thermophilen Reaktors (1) gesammelt und über die Gasleitungen (12) den Wärmetauschern (4) zugeführt. Der Substratabzug aus dem thermophilen Reaktor erfolgt entgegengesetzt der Dampfinjizierung, räumlich und zeitlich versetzt über (16) in den Sammelbehälter für ausgefaultes Substrat. Der Gassammeiraum (6) und der Gasabzug über (17) erfolgt ähnlich der vorher beschriebenen Variante.
Die Bezifferung (7), (8), (9), (10) und (21) stellen wie in vorheriger Variante weitere konstruktive Bauteile des mesothermen Kompaktreaktors dar.
Die Einstauhöhe des Substrates sowie die Anordnung des thermophilen Reaktors unterhalb der Substratoberfläche oder bis in den Gassammeiraum hineinreichend können unterschiedlich ausgelegt werden.
Claims (4)
1. Mesothermes Verfahren zur Erzeugung von Biogas durch anaerobe Fermentation in verschiedenen Temperaturbereichen aus heterogenen organischen Substanzen der Land-, Forst- und Nahrungsgüterwirtschaft, der chemischen Industrie und aller weiteren Industriebereiche, in denen organische Substanzen anfallen, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Verfahren eine Kombination von saurer Faulung, methanogener mesophiler Faulung und methanogener thermophiler Faulung erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß eine auf die bereits im Güllesystem erfolgte Säuerung abgestimmte Restsäuerung in den Vorwärmkammern unter Einbeziehung der bekannten Lösung des H2S-Abzuges erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrieb des Reaktors in den aufeinanderfolgenden Stufen mesophil-sauer, thermophil-methanogen und mesophilmethanogen vorgenommen wird. _
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturkonstanz der thermophilen Faulung durch die mesophile Faulung erreicht wird.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD84267385A DD256799A3 (de) | 1984-09-18 | 1984-09-18 | Mesothermes verfahren zur erzeugung von biogas aus verschiedenen substraten in einem kompaktreaktor |
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Publications (1)
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|---|---|
| DD256799A3 true DD256799A3 (de) | 1988-05-25 |
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ID=5560518
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| DD84267385A DD256799A3 (de) | 1984-09-18 | 1984-09-18 | Mesothermes verfahren zur erzeugung von biogas aus verschiedenen substraten in einem kompaktreaktor |
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| DD (1) | DD256799A3 (de) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1354940A2 (de) * | 2002-04-12 | 2003-10-22 | Larry Raven | Verfahren und Anlage zur Konversion biologisch abbaubarer Materialien in ein Produktgas |
| EP2743340A1 (de) * | 2012-12-17 | 2014-06-18 | Prüf- und Forschungsinstitut Pirmasens E. V. | Energieoptimierter Lager- und Fermentationsbehälter für Energieerzeugungs- und Energiespeicheranlagen sowie Verfahren zur Optimierung der Wärmenutzung in einem solchen Behälter |
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1984
- 1984-09-18 DD DD84267385A patent/DD256799A3/de not_active IP Right Cessation
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| EP1354940A3 (de) * | 2002-04-12 | 2004-03-10 | Larry Raven | Verfahren und Anlage zur Konversion biologisch abbaubarer Materialien in ein Produktgas |
| EP2743340A1 (de) * | 2012-12-17 | 2014-06-18 | Prüf- und Forschungsinstitut Pirmasens E. V. | Energieoptimierter Lager- und Fermentationsbehälter für Energieerzeugungs- und Energiespeicheranlagen sowie Verfahren zur Optimierung der Wärmenutzung in einem solchen Behälter |
| DE102012024552A1 (de) * | 2012-12-17 | 2014-06-18 | Prüf- und Forschungsinstitut Pirmasens e.V. | Energieoptimierter Lager- und Fermentationsbehälter für Energieerzeugungs- und Energiespeicheranlagen sowie Verfahren zur Optimierung der Wärmenutzung in einem solchen Behälter |
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