DE10110862A1 - Fermentation process involves pre-heating organic bulk particulate solid residues prior to release into fermentation tank - Google Patents

Fermentation process involves pre-heating organic bulk particulate solid residues prior to release into fermentation tank

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Abstract

Fermentation (M1) process comprising pre-heating organic bulk particulate solid residues prior to release into fermentation tank, is new. The residues are warmed to preferably 70 deg C by effluent heat from an internal combustion engine powered by biogas generated by the fermentation process. An Independent claim is also included for an assembly (I) with a fermentation vessel (12) holding the pre-heated bulk organic residues (10). Bulk organic residues are discharged from a hopper (20) through a pipe (22) under piston (28) pressure. The pipe has a jacket (44) heated by the heat liberated from the fermentation products.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Biogas unter Verwendung von schüttbaren Agrarprodukten und eine Anlage hierzu mit einem ein Gärmedium aufnehmenden Gärbehälter. The present invention relates to a method for producing biogas using pourable agricultural products and an attachment to this with a fermentation tank holding a fermentation medium.  

Bei der Erzeugung von Biogas (überwiegend Methan) werden biologische Abfälle wie beispielsweise Gülle, Altfette, Bioabfälle, Essensreste oder dergleichen in einem Gärbehälter vergoren. Das dabei entstehende Biogas wird anschließend in einem Verbrennungsmotor, vorzugsweise einem auf Schwachgas umgerüsteten Dieselmotor, verbrannt und über einen Generator in elektrische Energie umgewandelt. Die dabei entstehende Abwärme des Motors wird dabei, wenn überhaupt, nur extensiv genutzt.When generating biogas (mainly methane), biological Waste such as liquid manure, waste fats, organic waste, leftovers or the like fermented in a fermentation tank. The resulting biogas is then in an internal combustion engine, preferably one Lean gas converted diesel engine, burned and over a Generator converted into electrical energy. The resulting one Waste heat from the engine is only used extensively, if at all.

Da das Aufkommen an Gülle, Altfetten, Bioabfällen und Essensresten begrenzt ist werden zur Steigerung der Biogasproduktion zunehmend schüttbare Agrarprodukte wie beispielsweise Mais, Rüben, Gräser, Obst, Gemüse, Getreide oder andere Agrarprodukte eingesetzt. Weil derartige unbegrenzt nachwachsende Rohstoffe speziell angebaut werden müssen, ist man zum wirtschaftlichen Betrieb der Biogasanlage bestrebt, aus den vorhandenen Agrarprodukten eine größtmögliche Menge Biogas zu erzeugen.Since the emergence of liquid manure, waste fats, organic waste and leftovers is increasingly limited to increase biogas production pourable agricultural products such as corn, beets, grasses, fruit, Vegetables, cereals or other agricultural products are used. Because such unlimited renewable raw materials have to be specially cultivated, one strives for the economical operation of the biogas plant, from the existing agricultural products with the greatest possible amount of biogas produce.

Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und eine Anlage zur Erzeugung von Biogas unter Verwendung von schüttbaren Agrarprodukten zu schaffen, die bei gleichem Einsatz von Agrarprodukten eine erhöhte Ausbeute an Biogas erreicht.Proceeding from this, the present invention is based on the object using a method and a plant for producing biogas of pourable agricultural products that can be used with the same Agricultural products achieved an increased yield of biogas.

Als technische Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 und eine Anlage mit den Merkmalen des Anspruches 5 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens und der Anlage sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.According to the invention, a method is used as a technical solution to this problem with the features of claim 1 and a system with the features of claim 5 proposed. Advantageous further developments of the Procedures and the system are to the respective subclaims remove.

Ein nach dieser technischen Lehre ausgebildetes Verfahren und eine nach dieser technischen Lehre ausgebildete Anlage haben den Vorteil, dass durch die der Vergärung vorgeschaltete Erwärmung der Agrarprodukte vorzeitig ein Teilaufschluß der langkettigen Kohlenstoffverbindungen erfolgt. Hierdurch wird der Gärprozess beschleunigt und es wird eine vollständigere Vergärung ermöglicht, was zu einer um bis zu 15% höheren Biogasausbeute führt. Insbesondere wird hierdurch der CH4 Anteil des Biogases erhöht, was auch zu einer verbesserten Gasqualität führt. Dabei hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, die schüttbaren Agrarprodukte auf ca. 70°C zu erwärmen.A method designed according to this technical teaching and a system designed according to this technical teaching have the advantage that the heating of the agricultural products prior to fermentation results in a partial digestion of the long-chain carbon compounds. This speeds up the fermentation process and enables more complete fermentation, which leads to a biogas yield that is up to 15% higher. In particular, this increases the CH 4 content of the biogas, which also leads to improved gas quality. It has proven advantageous to heat the pourable agricultural products to approx. 70 ° C.

Werden die derart erwärmten Agrarprodukte im erwärmten Zustand in den Gärbehälter eingebracht, so braucht dieser entsprechend weniger aufgeheizt zu werden, was zu einer Einsparung von Wärmeenergie führt.Are the agricultural products heated in this way in the heated state in the Fermentation tanks introduced, this needs accordingly less to be heated, which leads to a saving of thermal energy.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass zur Erwärmung der Agrarprodukte in der Regel im Überfluss vorhandene Abwärme der Biogas-Verbrennungs­ motoren verwendet werden kann, so dass keine zusätzlichen Energiekosten anfallen.Another advantage is that for heating the agricultural products in usually excess waste heat from the biogas combustion motors can be used, so no additional energy costs attack.

Ein weiterer Vorteil der vorzeitigen Erwärmung der Agrarprodukte besteht darin, dass hierdurch eine Hygienisierung und/oder eine Pasteurisierung der schüttbaren Agrarprodukte erfolgt, so dass die in den Gärbehälter eingebrachten Agrarprodukte hygienisch einwandfrei sind. Hierdurch wird eine Verunreinigung des Gärmediums mit unerwünschten Bakterien vermieden.Another advantage of premature heating of agricultural products is in that this results in a hygienization and / or pasteurization of the pourable agricultural products, so that in the fermentation tank introduced agricultural products are hygienically perfect. This will contamination of the fermentation medium with unwanted bacteria avoided.

Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsge­ mäßen Anlage ergeben sich aus der beigefügten Zeichnung und den nach­ folgend beschriebenen Ausführungsformen. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln oder in beliebigen Kombinationen miteinander verwendet werden. Die erwähnten Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter. Further advantages of the method according to the invention and of the invention The annex shows from the attached drawing and the following Embodiments described below. Likewise, the above mentioned and the features explained further according to the invention used individually or in any combination with each other become. The embodiments mentioned are not intended to be final To understand enumeration, but rather have exemplary character.  

Dabei zeigt die Zeichnung eine schematische dargestellte Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Anlage.The drawing shows a schematic side view a system according to the invention.

Die in der Zeichnung dargestellte Ausführungsform einer erfindungs­ gemäßen Biogasanlage umfasst einen teilweise mit Gärmedium 10 gefüllten Fermenter oder Gärbehälter 12, wobei auf dem Gärmedium 10 eine schwimmende Schwimmdecke 14 ausgebildet ist. Auf dem Gärmedium 10 schwimmt weiterhin ein schwimmendes Rührwerk 16, welches die Oberfläche des Gärmediums 10 regelmäßig umrührt.The embodiment of a biogas plant according to the Invention shown in the drawing comprises a partially filled with fermentation medium fermenter 10 fermenter or 12, wherein in the fermentation medium 10 a floating scum is formed fourteenth A floating agitator 16 , which regularly stirs the surface of the fermentation medium 10, continues to float on the fermentation medium 10 .

Weiterhin umfasst diese Biogasanlage eine Beschickungsvorrichtung 18 und einen Vorratsbehälter 20, wobei die Beschickungsvorrichtung 18 ein unterhalb der Schwimmdecke 14 in den Gärbehälter 12 mündendes Preßrohr 22 umfasst, an dessen anderem Ende sich ein Aufnahmerohr 24 anschließt. In diesem Aufnahmerohr 24 befindet sich eine Öffnung 26 zur Aufnahme der schüttbaren Agrarprodukte und ein Preßkolben 28. Durch die Öffnung 26 gelangt eine vorbestimmte Menge Agrarprodukte in das Aufnahmerohr 24, in dem die Agrarstoffe dann durch den Preßkolben 28 zusammengepreßt werden. Mit der Zeit verdichten sich die Agrarprodukte derart, dass quasi ein Pfropfen entsteht, so dass aus dem Gärbehälter 12 keine Gase oder Gerüche ins Freie gelangen können. Dieser Pfropfen gelangt vom etwas weiteren Aufnahmerohr 24 in das schmalere Preßrohr 22, so dass sich die Agrarprodukte hier weiter verdichten und einen noch dichteren Pfropfen bilden. Dabei ist die Preßvorrichtung mit dem Aufnahmerohr 24 und dem Preßkolben 28 höher als das Gärmedium 10 angeordnet, damit das Gärmedium 10 nicht über das Preßrohr 22 aus dem Gärbehälter 12 herausfließen kann. Gleichzeitig ist aber auch die Mündung des Preßrohres 22 unterhalb der Schwimmdecke 14 angeordnet, damit keine etwaig im Gärbehälter 12 vorhandenen Gase durch das Preßrohr 22 ins Freie gelangen können. Hierdurch entsteht ein Sauerstoffabschluss. Furthermore, this biogas plant comprises a charging device 18 and a storage container 20 , the charging device 18 comprising a press pipe 22 which opens into the fermentation tank 12 below the floating cover 14 and at the other end of which a receiving pipe 24 is connected. In this receiving tube 24 there is an opening 26 for receiving the pourable agricultural products and a plunger 28 . A predetermined amount of agricultural products passes through the opening 26 into the receiving tube 24 , in which the agricultural materials are then pressed together by the plunger 28 . Over time, the agricultural products condense in such a way that grafting occurs, so that no gases or odors can escape from the fermentation tank 12 . This stopper passes from the somewhat further receiving tube 24 into the narrower press tube 22 , so that the agricultural products further compact here and form an even denser stopper. The press device with the receiving tube 24 and the plunger 28 is arranged higher than the fermentation medium 10 , so that the fermentation medium 10 cannot flow out of the fermentation tank 12 via the press pipe 22 . At the same time, however, the mouth of the press tube 22 is also arranged below the floating cover 14 , so that no gases which may be present in the fermentation tank 12 can escape into the open through the press tube 22 . This creates an oxygen seal.

Im Vorratsbehälter 20 ist eine größere Menge Mais, Gräser oder andere Agrarprodukte gelagert, so dass die Biogasanlage hiermit mehrere Tage oder gar Wochen betrieben werden kann. Dabei wird der Mais oder die anderen Agrarprodukte durch eine Klappe 30 in den Vorratsbehälter 20 eingefüllt und dort gelagert. Unter den Agrarprodukten ist ein sogenannter Schubboden 32 vorgesehen, auf dessen Oberseite eine Vielzahl von im Querschnitt dreieckförmigen Mitnehmern 34 angebracht ist. Dieser Schubboden 32 ragt in eine im Vorratsbehälter 20 vorgesehene Austragöffnung 36 hinein und kann zur Austragsöffnung 36 hin und von dieser weg bewegt werden. Während diesen Hin- und Herbewegungen gleiten die Mitnehmer 34 mit ihrer flachen Seite unter den schüttbaren Agrarprodukten hinweg und nehmen eine gewisse Menge dieser Agrarprodukte mit ihren steilen Seiten während der nächsten Bewegung nach vorne mit. Hierdurch wird eine gewisse Menge der Agrarprodukte ausgetragen. Dabei kann die auszutragende Menge durch einen am Vorratsbehälter 20 angebrachten, vertikal verfahrbaren Schieber 38 reguliert werden. Die aus der Austragsöffnung 36 heraustretenden Agrarprodukte fallen dann direkt durch die Öffnung 26 in das Aufnahmerohr 24 und werden dort durch den Preßkolben 28 verdichtet. In einer hier nicht dargestellten Ausführungsform ist auf dem Aufnahmerohr 24 ein Trichter vorgesehen, so dass die Agrarprodukte zuverlässig und verlustfrei in die Preßvorrichtung eingeleitet werden.A larger amount of corn, grass or other agricultural products is stored in the storage container 20 , so that the biogas plant can be operated for several days or even weeks. The corn or other agricultural products are filled into the storage container 20 through a flap 30 and stored there. A so-called moving floor 32 is provided under the agricultural products, on the upper side of which a plurality of drivers 34 with a triangular cross section are attached. This moving floor 32 protrudes into an opening provided in the reservoir 20 into the discharge opening 36 and can be moved away to the discharge opening 36 toward and. During these back and forth movements, the carriers 34 slide with their flat side under the pourable agricultural products and take a certain amount of these agricultural products with their steep sides forward during the next movement. As a result, a certain amount of agricultural products is discharged. The amount to be discharged can be regulated by a vertically movable slide 38 attached to the storage container 20 . The agricultural products emerging from the discharge opening 36 then fall directly through the opening 26 into the receiving tube 24 and are compressed there by the plunger 28 . In an embodiment not shown here, a funnel is provided on the receiving tube 24 , so that the agricultural products are introduced into the pressing device reliably and without loss.

Um das Preßrohr 22 herum ist ein rohrförmiger Heizmantel 44 vorgesehen, der das Preßrohr 22 zumindest in einem Teilabschnitt umhüllt, um die darin befindlichen Agrarprodukte auf ca. 70°C zu erwärmen. Dieser Heizmantel 44 wird mit von einem Verbrennungsmotor 46 erwärmten Abwasser gespeist, wobei das Abwasser zwischen Heizmantel 44 und Preßrohr 22 fließt. Hierdurch werden in den Agrarprodukten die langkettigen Kohlen­ stoffverbindungen teilweise vorzeitig aufgeschlossen und hygienisiert, was unter anderem zu einer höheren Gasausbeute führt. A tubular heating jacket 44 is provided around the pressing tube 22 and surrounds the pressing tube 22 at least in a partial section in order to heat the agricultural products therein to approximately 70 ° C. This heating jacket 44 is fed with waste water heated by an internal combustion engine 46 , the waste water flowing between heating jacket 44 and press tube 22 . As a result, the long-chain carbon compounds in the agricultural products are sometimes prematurely digested and hygienized, which among other things leads to a higher gas yield.

Das System arbeitet in Zeitintervallen, das heißt, der Preßrohrinhalt wird ähnlich einem Chargenbetrieb zweistündlich gefüllt, erhitzt und dann durch die nächste Charge herausgedrückt. Dieses System ist somit gleichzeitig ein Agrarprodukthygienisierungs- (bzw. -pasteurisierungs-) System. The system works at time intervals, that is, the press tube content Similar to a batch operation, filled every two hours, heated and then through pushed out the next batch. This system is thus one at the same time Agricultural product hygiene (or pasteurization) system.  

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010

Gärmedium
fermentation medium

1212

Gärbehälter
fermenter

1414

Schwimmdecke
floating roof

1616

Rührwerk
agitator

1818

Beschickungsvorrichtung
loader

2020

Vorratsbehälter
reservoir

2222

Preßrohr
crimp tube

2424

Aufnahmerohr
receiving tube

2626

Öffnung
opening

2828

Preßkolben
plunger

3030

Klappe
flap

3232

Schubboden
Moving floor

3434

Mitnehmer
takeaway

3636

Austragsöffnung
discharge

3838

Schieber
pusher

4444

Heizmantel
heating jacket

4646

Verbrennungsmotor
internal combustion engine

Claims (7)

1. Verfahren zur Erzeugung von Biogas unter Verwendung von schüttbaren Agrarprodukten, dadurch gekennzeichnet, dass die schüttbaren Agrarprodukte vor Eintritt in den Gärbehälter erwärmt werden.1. Process for the production of biogas using pourable agricultural products, characterized in that the pourable agricultural products are heated before entering the fermentation tank. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Agrarprodukte auf 50°C bis 90°C, vorzugsweise 70°C erwärmt werden.2. The method according to claim 1, characterized, that the agricultural products at 50 ° C to 90 ° C, preferably 70 ° C be heated. 3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Agrarprodukte im erwärmten Zustand in den Gärbehälter eingebracht werden.3. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the agricultural products are warmed up in the fermentation tank be introduced. 4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erwärmung der Agrarprodukte die Abwärme aus einem das Biogas verbrennenden Verbrennungsmotor eingesetzt wird.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that to heat the agricultural products, the waste heat from one Biogas-burning internal combustion engine is used. 5. Anlage zur Erzeugung von Biogas unter Verwendung von schüttbaren Agrarprodukten, mit einem ein Gärmedium (10) aufnehmenden Gärbehälter (12) gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Erwärmung der Agrarprodukte vor Eintritt in den Gärbehälter (12). 5. Plant for the production of biogas using pourable agricultural products, with a fermentation medium ( 10 ) receiving fermentation tank ( 12 ) characterized by a device for heating the agricultural products before entering the fermentation tank ( 12 ). 6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Erwärmung der Agrarprodukte über Rohre oder Schläuche mit einem Verbrennungsmotor zur Verbrennung des Biogases verbunden ist, wobei in den Rohren oder den Schläuchen ein Trägermedium fließt, welches die bei der Verbrennung frei werdende Wärme zur Vorrichtung zur Erwärmung der Agrarprodukte transportiert.6. Plant according to claim 5, characterized, that the device for heating the agricultural products via pipes or hoses with an internal combustion engine to burn the Biogas is connected, being in the tubes or the hoses Carrier medium flows, which is released during combustion Heat for the device for heating the agricultural products transported. 7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Erwärmung der Agrarprodukte einen Heizmantel 44 umfasst, der um das Preßrohr 22 geführt ist, so dass das Trägermedium zwischen Heizmantel 44 und Preßrohr 22 fließt.7. Plant according to claim 6, characterized in that the device for heating the agricultural products comprises a heating jacket 44 which is guided around the press tube 22 so that the carrier medium flows between the heating jacket 44 and the press tube 22 .
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