DE10005390C2 - Verfahren zur Methanisierung von Substraten unterschiedlicher Konsistenz in einem kontinuierlich bzw. semikontinuierlich arbeitenden Gleitschichtfermenter - Google Patents

Verfahren zur Methanisierung von Substraten unterschiedlicher Konsistenz in einem kontinuierlich bzw. semikontinuierlich arbeitenden Gleitschichtfermenter

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Description

Zur Biogasgewinnung werden methanisierbare Biomassen (z. B. Gülle oder Klärschlämme) entweder in flüssiger Form (Nass-Vergärung) oder in halbfeuchter Form (Trocken Vergärung) in Fermentern mikrobiologisch genutzt. Die im landwirtschaftlichen oder kommunalen Bereich favorisierte Naß- Vergärung von Gülle oder Klärschlamm ist vorwiegend auf deren betriebsinterne Verwertung abgestellt. Wegen der geringen Energiedichte z. B. der Gülle lohnt sich kein Transport, was im Regelfall über die Größe dieser Anlagen deren Wirtschaftlichkeit begrenzt. Zudem müssen ausbeutungswürdige Biomassen (z. B. Rasenschnitte, Gras, Maishäcksel, Bioabfall) erst in einen pumpfähigen Zustand gebracht, laufend homogenisiert und auch als Flüssigkeit auf den landwirtschaftlichen Nutzflächen verteilt werden. Die vorgestellte Erfindung bezieht sich vorzugsweise auf eine Trocken-Vergärung.
Zur Trockenen Vergärung sind mehrere Verfahrensvarianten bekannt:
  • - Diskontinuierliche Batch-Verfahren und
  • - Kontinuierliche bzw. semikontinuierliche Verfahren
Dem kontinuierlichen bzw. semikontinuierlichen Trocken-Gär-Verfahren ist gemeinsam, dass der Substrattransport im Fermenter entweder über Schwerkraft (fall-down-Prinzip), bzw. mechanisch (Transportschnecke oder Zinkenförderer) oder in geschobenen Spezialbehältern (Gärkanalverfahren) erfolgt.
In bekannten Gär-Verfahren erfolgt der Transport des Substrats in der Vorrichtung durch mechanisch bewegte Misch-, und Transportelemente wie Transportschnecken wie in FR 2 461 747 A1 und DE 38 14 442 A1, oder durch rotierende Trommeln wie in DE 197 33 813 A1, EP 0 794 247 A1 und EP 0 307 500 A1 dargestellt.
Die bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Gewinnung von Biogas beschränken sich nur auf pumpfähige Substrate wie in DE 38 14 442 A1, EP 0 241 357 A1, EP 0 307 500 A1 und US 005773526 A dargestellt.
Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein Verfahren zur Trocken-Vergärung in einem Gleitschicht-Fermenter, welcher im Längsprofil (Fig. 1) und Querschnitt (Fig. 2) vorgestellt wird. Dabei wird von einem stufenlos steuerbaren kontinuierlich arbeitenden einphasigen Vergärungsverfahren ausgegangen, welches ohne mechanisch bewegte Misch- bzw. Transportelemente und mit einem Minimum an technischen Vorrichtungen auskommt. Bei der Trocken-Vergärung werden Substanzen eingesetzt, deren Feuchtigkeit unterhalb der Pumpfähigkeitsgrenze liegt.
Über eine Einschleusungsvorrichtung (Syphon, Preßkolben oder Mischerschnecke) wird das Gärgut kontinuierlich oder semikontinuierlich dem auf einer schiefen Ebene angeordneten Gleitschicht-Fermenter zugeführt. Das Substrat gleitet dabei im Sinne des Hangabtriebs auf einer flüssigen Gleitschicht, wobei die "Fließgeschwindigkeit" vom Neigungswinkel des Fermenters, dem Substrat-Gewicht, insbesondere der Ausbildung und Qualität der Gleitflüssigkeit (Faulschlamm), der Reibung an den Fermenterwänden, vor allem aber der Einstellung einer mechanischen, pneumatischen oder hydraulischen Bremsvorrichtung im Ausschleusungsbereich abhängt.
Somit hat die Vorrichtung einen 3-teiligen Aufbau:
  • - eine Einschleusungsvorrichtung,
  • - einen quaderförmigen oder röhrenförmigen modular erweiterbaren Fermenter-Teil und
  • - einen Ausschleusungsteil.
Die Einschleusungsvorrichtung liegt bei dieser Vorrichtung auf einem Höheren Niveau als das Ausschleusungsteil. Im vorzugsweise gasdichten Einschleusungsteil kann auch eine Vortemperierung und Inoculation des Substrates erfolgen. Der sich langsam voranschiebende Masse-Strom gelangt in den Fermenterteil, in dessen vorderem Bereich sich eine Vorrichtung (z. B. ein mit Preßluft beaufschlagbares Luftkissen) zur evtl. erforderlich werdenden Überwindung der anfänglichen Haftreibung sowie eine Vorrichtung (z. B. Rechen) zur Totalentleerung befinden können. Auf dem Fermenterboden bildet sich - vornehmlich durch die laufende Rezirkulation des entstehenden Perkolats - eine Gleitschicht, auf welcher das Substrat gleitend aufschwimmt. Der Fermenterteil schließt so ab, daß der Erhalt des Gleitfilms garantiert ist. Das Sammeln des Biogases und das Einbringen des Perkolats im oberen Fermenterbereich erfolgt vorzugsweise über längsverlaufende und überlappend angeordnete Abdeckelemente, Rohre, Schläuche, etc. Der Ausschleusungsteil besteht vorzugsweise aus einer luftdichten formlabilen Haube mit einer versteifbaren Rückwand, durch welche über einstellbare Preßdrücke die Fließgeschwindigkeit des Substrat-Stroms reguliert werden kann, oder einem zweckdienlichen Formteil. Dabei kann die Ausschleusung soweit gedrosselt werden, daß auch fließfähiges Substrat verarbeitet werden kann. Gleichzeitig befindet sich im Ausschleusungsteil eine Abtropfvorrichtung (z. B. eine Rollenstrecke oder perforierter Boden) zum Sammeln des Perkolats, welches über einen Wärmetauscher temperiert rezirkuliert wird. Für eine allenfalls notwendig werdende Mischung von Faulsubstrat (Restgut) mit Biomasse (Frischsubstrat) befindet sich entweder im Ein- oder Auschleusungsteil eine temperierbare Mischvorrichtung.
Bezugszeichenliste
1
Einschleusungsteil
2
Fermenter
3
Gleitschicht
4
Rost zur Phasentrennung
5
a Perkolateinspeisung
5
b Perkolatabzug
6
Staunase
7
Anschubhilfe (Luftkissen)
8
Entleerungsschlitten
9
Perkolatverteilung
10
Gasdom
11
flexible gasdichte Abdeckung für Unterdruck
12
Brems- und Abpressvorrichtung
13
beheizbare Einspeisevorrichtung
14
Nachhygienisierung

Claims (12)

1. Verfahren zur Methanisierung von Substraten unterschiedlicher Konsistenz mit einem Trockensubstanzgehalt über der Pumpfähigkeitsgrenze in einem kontinuierlich bzw. semikontinuierlich arbeitenden Gleitschichtfermenter, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat durch die einzelnen Prozessstufen Substrateinschleusung, Methanisierung und Substratausschleusung des schrägliegenden Fermenters selbständig ohne technische Antriebsvorrichtungen auf einer sich ausbildenden hydraulischen Gleitschicht gefördert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat während der Substrateinschleusung, und/oder Substratausschleusung beheizt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat während der Substratausschleusung hygienisiert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Phasentrennung im Substratausschleusungsprozess erfolgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das temperierte Perkolat zirkuliert wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Inoculation des Perkolats in das Substrat im Substrateinschleusungsprozess durch Diffusion erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fliessgeschwindigkeit des Substrats stufenlos steuerbar ist, wobei die Fließgeschwindigkeit vom Neigungswinkel des Fermenters, dem Substrat-Gewicht, insbesondere der Ausbildung und Qualität der Gleitflüssigkeit (Faulschlamm), der Reibung an den Fementerwänden, vor altem aber der Einstellung einer mechanischen, pneumatischen oder hydraulischen Bremsvorrichtung im Ausschleusungsbereich abhängt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Gleitschicht durch Staunasen und Staurechen manipuliert wird.
9. Verwendung eines Gleitschichtfermenters zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Fermenter eine Substrateinschleusungseinrichtung, eine Methanisierungszone und eine Ausschleusungseinrichtung ohne mechanisch bewegte Misch- bzw. Transportelemente sowie eine Vorrichtung zur Gasentnahme aufweist und die Substrateinschleusungseinrichtung höher als die Ausschleusungseinrichtung gelagert ist.
10. Verwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Fermenter in der Substrateinschleusungs- und/oder -ausschleusungseinrichtung eine Heiz- und/oder Hygienisierungsvorrichtung aufweist.
11. Verwendung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, gekennzeichnet durch Staunasen und Staurechen im Fermenter.
12. Verwendung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Totalentleerung im Fermenter.
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