DE102005041798A1

DE102005041798A1 - Rührwerk für einen Fermenter, Fermenter und Verfahren zum Betreiben eines Fermenters

Info

Publication number: DE102005041798A1
Application number: DE102005041798A
Authority: DE
Inventors: Johann Dr. Friedmann; Christian Heck
Original assignee: Agraferm Technologies AG
Current assignee: Agraferm De GmbH
Priority date: 2005-09-02
Filing date: 2005-09-02
Publication date: 2007-03-08
Anticipated expiration: 2025-09-03
Also published as: CA2621460C; US8293523B2; WO2007025739A2; US20080248519A1; CA2621460A1; EP2064308B1; EP2064308A2; WO2007025739A3; DE102005041798B4; PL2064308T3; ATE541031T1; ES2379623T3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Rührwerk für einen Fermenter, einen Fermenter und ein Verfahren zum Betreiben eines Fermenters. DOLLAR A Das Rührwerk weist eine Rührwelle auf, die erfindungsgemäß etwa senkrecht im Fermenter steht. Hierdurch wird das im Fermenter befindliche Substrat in horizontalen Ebenen umgewälzt. Dies erlaubt die Einstellung mehrerer geschichteter Abbauzonen. DOLLAR A Weiterhin ist das Rührwerk vorzugsweise so ausgebildet, dass es während des laufenden Betriebes aus dem Fermenter nach oben herausgezogen werden kann. Hierdurch ist es nicht notwendig, für Wartungsarbeiten am Rührwerk den Fermenter zu entleeren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rührwerk für einen Fermenter, einen Fermenter und einem Verfahren zum Betreiben eines Fermenters.

Zur Erzeugung von Biogas werden Fermenter als Gärbehälter verwendet, wobei das entstehende Biogas in Kesseln oder Motoren zur Stromerzeugung verbrannt wird. Als Ausgangsstoffe für die Biogaserzeugung kommen grundsätzlich alle Arten von Biomasse in Frage, deren Hauptkomponenten Kohlenhydrate, Eiweiße, Fette sowie Zellulose sind. Die für die Biogasproduktion nutzbaren organischen Stoffe sind zumeist Rest- oder Nebenprodukte verschiedener Branchen und Bereiche. Beispielsweise werden aus der Landwirtschaft Flüssig- und Festmist, Reststoffe der Pflanzenproduktion, aber auch extra hierfür angebaute Pflanzen wie beispielsweise Mais verwendet. Ferner können pflanzliche Rückstände der Brauerein und der gemüseverarbeitenden Industrie sowie organische Schlämme und Abwasser der industriellen Aufarbeitung verwendet werden. Darüber hinaus ist es auch möglich, tierische Erzeugnisse oder Erzeugnisse der Kommunalentsorgung zu verwenden.

Biogas ist ein durch den anaeroben, mikrobioellen Abbau von organischen Stoffen entstehendes Gasgemisch, das zu 50 % bis 70 % aus dem hochwertigen Energieträ ger Methan (CH₄) besteht. Weitere Bestandteile sind 30 % bis 40 % Kohlenstoffdioxid (CO₂) sowie Spuren von Schwefelwasserstoff, Stickstoff, Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid.

Auf Grund des relativ hohen Energiegehalts lässt sich Biogas als Energieträger für die Wärme- und Krafterzeugung nutzen. Der durchschnittliche Heizwert von Biogas beträgt etwa 6 000 kcal/m³ (= 25 000 kJ/m³). Der Heizwert eines m³ Biogases entspricht demzufolge etwa 0,6 l Heizöl.

Bekannt ist es, in Biogasanlagen Fermenter einzusetzen, die beispielsweise ein Volumen von 150 m³ bis 3 000 m³ haben. Die Fermenter können im Einzellfall auch wesentlich größer sein. So ist ein Fermenter für eine Biogasanlage mit einem Volumen von 8 000 m³ bekannt. Im Fermenter verweilt das Substrat mehrere Tage, wobei durch die Aktivität der Mikroorganismen Biogas gebildet wird. Durch biochemische Umwandlungen wird im Fermenter das Biogas entschwefelt, wobei Schwefelwasserstoff in elementaren Schwefel umgewandelt wird wenn dem Fermenter im Gasraum Sauerstoff zugeführt wird. Um die Bildung von Schwimmdecken und Sinkschichten zu verhindern, wird das Substrat je nach Zusammensetzung gerührt. Hierdurch wird zusätzlich das Entweichen der entstehenden Gase erleichtert. Das vergorene Substrat wird anschließend in ein Endlager abgeführt, das möglichst geschlossen sein sollte, da Restbiogas ausgasen kann.

Das frisch erzeugte Biogas wird anschließend getrocknet und mit einem Sicherheitsfilter gereinigt. Die aus der Vergärung übrig gebliebene Biomasse eignet sich als biologischer Dünger. Bezüglich des Aufbaus einer Biogasanlage wird auf das Deutsche Gebrauchsmuster DE 20 2005 012 340 verwiesen.

Als Fermenter für die Trockenfermentation wurden bisher vor allem liegende Fermenter eingesetzt. Solche liegenden Fermenter sind beispielsweise aus einem sehr langen, schlanken Hohlkörper ausgebildet, in dem ein Rührwerk mit einer einzigen Welle angeordnet ist, das sich über die gesamte Länge des Fermenters erstreckt. Die Länge eines solchen Fermenters kann beispielsweise bis zu 25 m betragen. Die Enden der Rührwelle des Rührwerkes sind in den gegenüberliegenden Wandungen des Fermenterkörpers gelagert. Eine derart lange Rührwelle ist mechanisch schwer beherrschbar, da beträchtliche Momente an der Welle auftreten. Deshalb gibt es auch Fermenter, mit mehreren Rührwellen, die jeweils horizontal verlaufend und quer zur Längsrichtung des Fermenters angeordnet sind. Die mechanische Beanspruchung der einzelnen Rührwellen ist hierbei wesentlich geringer. Jedoch ist für jede Rührwelle ein separater Antriebsmechanismus vorzusehen, was wiederum erhebliche Kosten verursacht. Weiterhin ist die Abdichtung der Lagerung der Wellen in den Seitenwandungen des Fermenters höchst problematisch. Auch dieser Fermenter bildet einen langgestreckten Kanal, bei dem an einem Ende die Inputstoffe zugeführt werden und am anderen Ende die Gärprodukte abgezogen werden. Ein solcher Kanal weist üblicherweise einen rechteckförmigen Querschnitt auf und ist aus Betonsegmenten zusammengesetzt. Die Herstellung eines rechteckförmigen Betonkanals ist teuer.

Unabhängig von der Bauweise des Fermenters besteht bei diesen bekannten Fermentern das Problem, dass zum Austauschen eines Rührwerkes es notwendig ist, den Fermenter zu entleeren, um die sich im Fermenterkörper befindlichen Lagerstellen zugänglich zu machen. Da die Rührwerke einem unvermeidlichen Verschleißen unterliegen, muss der Betrieb des Fermenters in regelmäßigen Abständen unterbrochen werden um die Rührwerke warten zu können.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein Rührwerk für einen Fermenter, einen Fermenter und ein Verfahren zum Betreiben eines Fermenters zu schaffen, die einen einfacheren und effizienteren Betrieb des Fermenters erlauben.

Die Aufgabe wird durch ein Rührwerk mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einem Fermenter mit den Merkmalen des Anspruchs 12 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 20 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.

Das erfindungsgemäße Rührwerk für einen Fermenter, insbesondere einem Fermenter für die Trockenfermentation, umfasst
eine etwa vertikal angeordnete Rührwelle, an welcher zumindest ein Paddel angeordnet ist,
einen Antriebsmechanismus zum Drehen der Rührwelle, wobei der Antriebsmechanismus am oberen Endbereich der Rührwelle angreift, und
ein Zentrierlager zum Zentrieren des unteren Endes der Rührwelle.

Das Rührwerk zeichnet sich dadurch aus, dass das Zentrierlager derart lösbar von der Rührwelle ist, dass diese durch Einschieben in das Zentrierlager zentrierbar ist und alleine durch die Schwerkraft der Rührwelle im Zentrierlager gehalten wird.

Hierdurch ist es möglich, die Rührwelle während des Betriebes der Fermenters aus dem Zentrierlager nach oben herauszuziehen und aus dem Fermenter zu entfernen. Diese Rührwelle kann dann gewartet und wieder in den Fermenter in das Zentrierlager eingeführt werden oder durch eine andere Rührwelle ausgetauscht werden. Hierbei muss der Fermenter nicht entleert werden, weshalb die Rührwelle wesentlich schneller austauschbar ist, als dies bei herkömmlichen Fermentern der Fall ist. Weist der Fermenter eine oder mehrere weitere Rührwellen auf, so kann der Betrieb weiter aufrecht erhalten werden.

Vorzugsweise weist das Zentrierlager einen trichterförmigen Einfuhrbereich auf, der das Einführen der Rührwelle in das Zentrierlager erleichtert.

Zweckmäßigerweise ist im unteren Endbereich in der Rührwelle ein Wellenstummel angeordnet, der mittels eines Lagers drehbar gegenüber der übrigen Rührwelle gelagert ist. Dieses Lager zum Drehen der Welle stellt das wartungsintensivste Teil dar Rührwelle dar. Üblicherweise ist das Lager am Fermenterkörper befestigt. Bei der Anordnung des Lagers in der Rührwelle kann das Lager zusammen mit der Rührwelle aus dem Fermenter herausgezogen und gewartet werden.

Vorzugsweise weist das Zentrierlager im unteren Bereich eine Öffnung auf, aus welcher Material beim Einführen der Rührwelle in das Zentrierlager verdrängt werden kann.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist an der Rührwelle zumindest ein Rührpaddel angeordnet, das mit unterschiedlichen Neigungen gegenüber der Vertikalen einstellbar ist. So kann die Verdrängungswirkung der Viskosität des im Fermenter befindlichen Substrates angepasst werden. Hierbei ist es auch möglich mehrere Paddel unterschiedlicher Neigung an der Rührwelle anzuordnen, so dass unterschiedlich stark viskose Substratschichten entsprechend unterschiedlich stark beaufschlagt werden.

Der erfindungsgemäße Fermenter umfasst
ein Gehäuse mit zumindest einer Bodenplatte und einer oder mehreren die Bodenplatte umschließenden Seitenwandungen,
ein Rührwerk zum Rühren des im Fermenter befindlichen Substrats,
eine Eintragseinrichtung zum Zuführen von Inputstoffen, und
eine Entnahmeöffnung, wobei die Eintragseinrichtung zum Zuführen der Inputstoffe am oberen Bereich des Fermenters und die Entnahmeöffnung am unteren Bereich des Fermenters angeordnet sind.

Der erfindungsgemäße Fermenter wird somit von oben nach unten durchströmt, was einen kontinuierlichen Betrieb ermöglicht, wobei sich im Fermenter drei Zonen mit unterschiedlich dichtem Material bilden können. Die oberste Zone ist die Verflüssigungszone, in welcher das eingebracht Substrat verflüssigt wird. Die mittlere Zone ist die Methanisierungszone, in welcher das bereits verflüssigte und etwas verdichtete Material den größten Anteil an Methan freisetzt. In der untersten Zone, der Entnahmezone, befindet sich das bereits vollständig bzw. fast vollständig abgebaute Substrat, das die größte Dichte aufweist. Durch die Durchströmung von oben nach unten wird eine hydraulische Entkopplung der Abbauschritte erzielt, wodurch die Biogasausbeute optimiert wird.

Bei der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fermenters ist das Rührwerk mit einer vertikal angeordneten Rührwelle ausgebildet. Hierdurch werden mit der Rührwelle verbundene Paddel jeweils in einer horizontalen Ebene bewegt und das im Fermenter befindliche Substrat wird in Horizontalebenen gerührt. Dies fördert die Einstellung der oben beschriebenen geschichteten Abbauzonen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Fermenters, insbesondere eines Fermenters für die Trockenfermentation für Biogasanlagen, zeichnet sich dadurch aus, dass am oberen Bereich des Fermenters Inputstoffe für die Trockenfermentation zugeführt werden, und dass am unteren Bereich des Fermenters das vergorene Substrat abgezogen wird.

Durch die Durchströmung von oben nach unten wird die oben erwähnte Zonenbildung ermöglicht.

Vorzugsweise wird das Substrat des Fermenters radial vermischt, was die Zonenbildung fördert. Hierzu ist es auch förderlich, dass das Rühren langsam, beispielsweise mit einer Drehgeschwindigkeit der Rührwelle(n) im Bereich von 0 bis 20 U/min bzw. bis maximal 60 U/min durchgeführt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft näher anhand der Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigen schematisch:
1 einen erfindungsgemäßen Fermenter in einer Schnittdarstellung zusammen mit einer Eintragseinrichtung,
2 einen Schnitt durch den Fermenter aus 1 im Bereich eines Rührwerks,
3 im Teilschnitt den unteren Endbereich eines Rührwerks,
4 das Zentrierlager mit einem Einführtrichter aus den 1 bis 3 mit Blickrichtung von schräg oben,
5 das Einführen eines Rührwerks in den Fermenter in sechs Teilschritten,
6 den Fermenterkörper mit teilweise geöffneter Decke,
7 einen Schnitt durch den Fermenterkörper aus 6 in einem unteren Eckbereich,
8 den Aufbau einer Biogasanlage mit dem erfindungsgemäßen Fermenter,
9 ein Verfahrensfließbild der in der Biogasanlage aus 8 ablaufenden Prozesse, und
10 die Strömungen im Fermenter aus 1.
Ein Fermenter 1 weist eine Fermenterkörper 2 zur Aufnahme eines Substrates 3 auf (1).
Der Fermenterkörper 2 ist aus einer in der Draufsicht kreisförmigen Bodenplatte 4, einer die Bodenplatte 4 umschließenden Seitenwandungen 5 und einer Decke 6 ausgebildet (6, 7). Die Seitenwandungen 5 und die Decke 6 sind aus Fertig-Betonteilen zusammengesetzt.
7 zeigt eine Schnittdarstellung durch einen unteren Eckbereich des Fermenterkörpers mit einem Ringfundament 7, der aus Stahlbeton ausgebildeten Bodenplatte 4 und der aus Stahlbeton ausgebildeten Seitenwandungen 5. Das Ringfundament 7 und die Bodenplatte 4 lagern auf einer aus Makrobeton hergestellten Sauberkeitsschicht 8. Die einzelnen Beton-Fertigteile der Seitenwandungen 5 sind miteinander verspannt, wobei in den Segmenten der Seitenwandungen 5 Kanäle ausgebildet sind, in welchen die Spanngurte (nicht dargestellt) verlaufen.
Auch die Decke ist aus mehreren Beton-Fertigteilen hergestellt, die jeweils einzelne Kreissegmente bilden. Die Deckenteile lagern mit dem breiten Ende auf der Seitenwandung 5 und mit dem schmalen Ende auf einer zentrisch im Fermenterkörper 2 angeordneten Stützsäule 9. Einige Segmente der Decke 6 sind mit einer Öffnung 10 versehen, deren Funktion unten näher erläutert wird.
Der Fermenter 1 weist zumindest ein Rührwerk 11 auf. Das Rührwerk 11 umfasst
eine etwa vertikal angeordnete Rührwelle 12,
einen Antriebsmechanismus 13, der am oberen Endbereich der Rührwelle 12 angreift,
mehrere Paddel 14, die jeweils mittels einer Paddelstange 15 an der Rührwelle 12 befestigt sind, und
ein Zentrierlager 16, das auf der Bodenplatte 4 zur Aufnahme des unteren Endbereichs der Rührwelle 12 angeordnet ist.
Der Antriebsmechanismus 13 ist aus einem Elektromotor und einem Antriebsgetriebe ausgebildet und ist oberhalb der Decke 6 angeordnet. Der Antriebsmechanismus 13 ist an einer Deckelplatte 17 befestigt, mit der die Öffnung 10 der Decke 6 abgedeckt ist. Die Durchführung der Rührwelle 12 durch die Deckelplatte 17 erfolgt mit einem herkömmlichen Lager. Zusätzliche Abdichtungselemente sind nicht notwendig, da das Substrat im Normalbetrieb nicht mit der Decke 6 und der Deckelplatte 17 in Kontakt kommt.
Die Rührwelle 12 ist aus einem Stahlrohr ausgebildet, das sich von der Decke 6 bis knapp über die Oberfläche der Bodenplatte 4 erstreckt. Die Paddelstangen 15 sind an die Rührwelle 12 geklemmt. Diese Klemmung kann an einer an sich beliebigen Stelle der Rührwelle 12 erfolgen. Deshalb ist es möglich, die Anzahl und die Anordnung der Paddel zu variieren. Die Paddel müssen nicht, wie es in 1 und 2 gezeigt ist, in einer Ebene angeordnet sein. Sie können in beliebigen Winkel zueinander versetzt an der Rührwelle 12 angeordnet sein.
die Paddel 14 und die Paddelstangen 15 weißen jeweils Flansche mit korrespondierenden Bohrungen auf (nicht dargestellt), die mittels Schraubverbindung miteinander befestigbar sind. Hierdurch ist es auch möglich, die Paddel 14 gegenüber der Vertikalen mit unterschiedlichen Neigungswinkeln an den Paddelstangen 15 zu befestigen. Hierdurch kann die effektive Verdrängungsfläche der Paddel 14 in dem im Fermenter befindlichen Substrat 3 verändert werden. Je steiler die Paddel 14 angeordnet sind, desto größer ist die effektive Verdrängungsfläche.
3 zeigt den sich im Zentrierlager 16 befindlichen unteren Endbereich der Rührwelle 12 in einer Schnittdarstellung. Das Zentrierlager 12 weist einen Einführtrichter 19 auf, der in den darunter angeordneten Zentrierabschnitt mündet. Der Zentrierabschnitt 20 ist in der Draufsicht quadratisch und wird durch vier Seitenwandungen ausgebildet. Grundsätzlich ist jede Form für den Zentrierabschnitt möglich, die zu einer drehfesten In-Eingreifnahme mit einem korrespondierend ausgebildeten Koppelelement 28 führt. Insbesondere kann die Form des Zentrierabschnittes und des korrespondierenden Koppelelements die Form eines beliebigen anderen Polyeders annehmen. Der Zentrierabschnitt 20 ist mit einem Abstand h über einer Basisplatte 21 angeordnet. Der Zentrierabschnitt 20 und der Einführtrichter 19 werden von Stützwandungen 22 gehalten, die sich vom Zentrierabschnitt 20 etwa radial nach außen erstrecken. Da der Zentrierabschnitt 20 mit dem Abstand h über der Basisplatte 21 angeordnet ist, ist zwischen dem Zentrierabschnitt 20 und der Basisplatte 21 ein Freiraum bzw. sind mehrere Öffnungen ausgebildet, durch welche sich im Zentrierlager 16 befindliches Substrat hindurch gedrängt werden kann, wenn eine Rührwelle 12 in das Zentrierlager 16 eingeführt wird.
Im Zentrum des Zentrierlagers 12 ist ein Auflager 23 in Form eines massiven Metallsockels angeordnet. Das Auflager ist mit einer nach oben gerichteten Zentrierspitze 24 versehen.
Sowohl das Auflager 23 als auch das Zentrierlager 16 sind mit der Basisplatte 21 verschweißt und werden als Baueinheit an vorbestimmten Stellen auf der Bodenplatte 4 des Fermenters 1 befestigt.
Das untere Ende der Rührwelle 12 umfasst einen Wellenstummel 25, der drehbar in dem rohrförmigen Wellenkörper 26 der Rührwelle 12 gelagert ist. Der Wellenstummel 25 ist aus einem massiven, langgestreckten Stab 27 und einem am unteren Endbereich des Stabes 27 angeordneten Koppelelement 28 ausgebildet. Das Koppelelement 28 steht radial am Stab 27 vor und ist mit seinen äußeren Begrenzungsflächen in der Draufsicht derart quadratisch geformt, das es mit geringem Spiel in den Zentrierabschnitt 20 passt. Am unteren umlaufenden Rand des Koppelelements 28 sind Einführschrägen 29 ausgebildet. Die untere Stirnfläche des Stabes 27 ist als kegel förmige Ausnehmung ausgeformt, die formschlüssig auf die Zentrierspitze 24 passt. Der Wellenstummel 25 ist somit durch das Zentrierlager 16 und das Auflager 23 zentriert gelagert und die formschlüssige In-Eingriffnahme zwischen dem Zentrierabschnitt 20 und dem Koppelelement 28 bewirkt eine drehfeste Anordnung des Wellenstummels 25.
In dem rohrförmigen Wellenkörper 26 ist ein kreisscheibenförmiger Anschlag 30 etwas oberhalb der oberen Stirnfläche des Wellenstummels 25 angeordnet. Zwischen dem Anschlag 30 und dieser Stirnfläche befindet sich ein Pendelrollenlager 31, über das die Last der Rührwelle 12 auf den Wellenstummel 25 übertragen wird und das ein Drehen des Wellenkörpers 26 bezüglich des Wellenstummels 25 erlaubt.
Im Bereich zwischen dem Pendelrollenlager 31 und dem Koppelelement 28 sind Nadellager 32 und Kunststoffhülsen 33 abwechselnd angeordnet, die den Wellenstummel 25 umschließen. An der Innenfläche des Wellenkörpers 26 ist im Bereich unterhalb des Anschlages 30 ein Einschubrohr 34 angeordnet, das einerseits zum Einschieben des Wellenstummels 25 mit den Lagern 31, 32 in den unteren Endbereich des Wellenkörpers 26 dient und zum anderen den Wellenstummel mit den Lagern 31, 32 und den Kunststoffhülsen exakt im Wellenkörper 26 positioniert.
Im Bereich zwischen dem Koppelelement 28, dem Einschubrohr 34 und dem untersten Nadellager 32 ist eine Dichtungsanordnung 35 vorgesehen, welche mehrere Dichtungselemente umfasst, vorgesehen, die das Eindringen von Substrat in den Zwischenbereich zwischen dem Wellenstummel 25 und dem Wellenkörper 26 verhindert.
Die erfindungsgemäße Rührwelle 12 kann während des Betriebes des Fermenters nach oben herausgezogen werden, wobei das Koppelelement 28 aus dem Zentierlager 16 herausgleitet. Im Fermenter 1 verbleiben lediglich das Zentrierlager 16 und das Auflager 23. Dies sind starke Stahlteile, die keinen nennenswerten Verschleiß unterliegen und nicht regelmäßig gewartet werden müssen. Die wesentlich wartungsintensiveren Lager 31, 32 werden zusammen mit der Rührwelle 12 aus dem Fermenter entfernt und können außerhalb des Fermenters gewartet werden, ohne dass der Betreib des Fermenters unterbrochen werden muss.
Beim Herausziehen und Einführen der Rührwelle sind die Paddel 14 und die dazugehörigen Paddelstangen 15 jeweils so auszurichten, dass sie durch die Öffnung 10 der Decke 6 des Fermenters 1 geführt werden. Das Einführen des Rührwerkes 11 in den Fermenter 1 ist schematisch in 5 dargestellt.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weisen die Paddel 14 und die Paddelstangen 15 eine gesamte Länge von jeweils 1,4 m auf. Die Öffnung 10 ist vorzugsweise mit einer geringfügig größeren Weite von z.B. 1,5 ausgebildet, wodurch die Festigkeit der Decke 6 nicht beeinträchtigt ist und zugleich das Rührwerk 11 mit der Rührwelle 12 herausgenommen und wieder eingeführt werden kann. Der vollständige Austausch eines Rührwerkes dauert wenige Stunden.
Zum Zuführen von Inputstoffen in den Fermenter 1 ist eine Eintragseinrichtung 36 vorgesehen (1), die einen Vorratsbehälter 37, eine Förderschnecke 38 und einen Förderkanal 39 umfasst. Der Förderkanal mündet im oberen Bereich des Fermenters. Er kann entweder in einer Öffnung der Decke 6 münden, oder am oberen Randbereich der Seitenwandung 5. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Öffnung 40 am oberen Randbereich der Seitenwandung 5 angeordnet. Zur Entnahme des vergoren Materials aus dem Fermenter ist eine Entnahmeöffnung 41 am unteren Randbereich der Seitenwandung 5 des Fermenters 1 angeordnet. An der Entnahmeöffnung 41 ist eine Förderpumpe (nicht dargestellt) gekoppelt, die das vergorene Material zur weiteren Verarbeitung befördert.
Da die Zuführöffnung 40 oben und die Entnahmeöffnung 41 unten am Fermenter angeordnet sind, wird der Fermenter von oben nach unten beschickt. Vorzugsweise sind die Zuführöffnung 40 und die Entnahmeöffnung 41 diametral gegenüberliegend am Fermenter angeordnet, so dass das Substrat beim Durchfluss durch den Fermenter diesen einmal vollständig queren muss.
Der Betrieb des Fermenters 1 wird nachfolgend anhand der schematischen Darstellung aus 10 näher erläutert, die eine Draufsicht des kreisförmigen Fermenter 1 mit zwei Rührwerken 11 zeigt.
Die Inputstoffe werden oben am Fermenter 1 durch die Zuführöffnung 40 zugeführt. Geeignete Inputstoffe für die Trockenfermentation sind im wesentlichen alle verwertbaren stapelfähigen Biomassen mit einem Trockenstoff-Gehalt von zumindest 25 %. Geeignete Inputstoffe sind z.B. Silomais, Getreide-GPS, Grassilage, Zuckerrübensilage, Futterrübensilage und Getreide (Rogen, Triticale, Gerste, Weizen).
Die beiden Rührwerke 11 werden in gleicher Drehrichtung betrieben. Die Drehgeschwindigkeit ist gering. Sie beträgt maximal 60 U/min. Typischerweise liegt die Drehgeschwindigkeit im Normalbetrieb im Bereich von 0 bis 20 U/min. Es hat sich gezeigt, dass bei dieser Anordnung mit vertikal ausgerichteter Rührwelle und einer langsamen, kontinuierlichen Drehung des Rührwerkes das gesamte Substrat 3 des Fermenters 1 bewegt wird (siehe Pfeile 42). Hierfür ist es vorteilhaft, wenn der Fermenter in seiner Draufsicht kreisförmigen ausgebildet ist.
Es hat sich zudem gezeigt, dass zum Bewegen des vollständigen Substrates lediglich ein einziges Rührwerk notwendig ist. Aus Sicherheitsgründen sind vorzugsweise jedoch zwei oder mehrere Rührwerke eingebaut, um beim Ausfall eines Rührwerkes das Substrat kontinuierlich in Bewegung halten zu können. Hierdurch wird ein Ansteigen des Flüssigkeitsspiegels im Fermenter durch Biogaseinschlüsse in den Schwimmdecken verhindert.
Bei der kontinuierlichen rotatorischen Umwälzung des Substrates im Fermenter stellen sich drei Abbauzonen 43, 44, 45 ein (1). Die drei Abbauszonen sind übereinander geschichtet. Die oberste Zone ist eine Verflüssigungszone 43, die mittlere Zone eine Methanisierungszone 44 und die untere Zone eine Entnahmezone 45.
In der Verflüssigungszone befindet sich das noch wenig abgebaute Substrat, das aufgrund des hohen Organikgehalts die geringste Dichte aufweist. Das Material sinkt mit fortschreitender Verflüssigung durch den biologischen Abbau aus der Verflüssi gungszone in die Methanisierungszone ab. In der Methanisierungszone wird das meiste Methan freigesetzt. Stark abgebautes Substrat gelangt auf Grund der höheren Dichte in die Entnahmezone, aus welcher es durch die Entnahmeöffnung 41 abgeführt wird.
Das hierbei entstandene Biogas sammelt sich unterhalb der Decke 6 an und wird an einer Öffnung 46 in der Decke 6 abgeführt.
Der Füllstand im Fermenter wird mittels einer Radarsonde (nicht dargestellt) überwacht. Übersteigt der Füllpegel ein bestimmtes Niveau, schaltet sich automatisch die Förderpumpe für die Entnahme des abgebauten Materials ein.
Der Fermenter 1 wird kontinuierlich mittels der Eintragseinrichtung 36 beschickt. Der Vorratsbehälter 37 der Eintragseinrichtung 36 kann vom Betreiber diskontinuierlich gefüllt werden, wobei die Steuereinrichtung die kontinuierliche Beschickung mittels der Förderschnecke 38 steuert. Mittels der durch die Radarsonde gesteuerten Entnahme erfolgt die Abförderung des abgebauten Materials auch kontinuierlich.
Die typische mittlere hydraulische Verweilzeit des Substrates beträgt etwa 40 Tage im Fermenter. Die spezifische Raumbelastung liegt bei 8 kg oTS/m³/d.
Vorzugsweise ist der Fermenter 1 mit einer Heizeinrichtung ausgestattet, die die Temperierung des Substrats im Fermenter erlaubt, so dass eine optimale Gärtempeqratur im Fermenter gehalten werden kann.
Nachfolgend wird eine Biogasanlage mit dem erfindungsgemäßen Fermenter erläutert. Die Biogasanlage weist einen Fermenter 1 mit der Eintragseinrichtung 36, eine kombinierten Nachgärer/Gasspeicher 47, eine Pumpenstation 48, einen Lagerplatz für die festen Gärprodukte 49, zwei Blockheizkraftwerke 50, einen Öltank 51, eine Biogasnotfackel 52, eine Trafostation 53 und einen Abfüllplatz 54 für die flüssigen Gärprodukte.
Im Vorratsbehälter 37 der Eintragseinrichtung 36 wird Silage mit Fermentationshilfsstoffen gemischt und diese Mischung wird als Inputstoffe dem Fermenter 1 zugeführt. Das im Fermenter erzeugt Biogas wird über die Pumpenstation 48 dem kombinierten Nachgärer/Gasspeicher 47 zugeführt. Die vergärten Substrate werden über die Pumpenstation 48 entweder dem Nachgärer/Gasspeicher 47 direkt oder über ein Zerkleinerungsaggregat 55 dem Nachgärer/Gasspeicher 47 zugeführt. Der Nachgärer/Gasspeicher 47 ist ein großvolumiger Speicherbehälter mit einer Doppelmembran, wobei sich zwischen den beiden Membranen das Biogas befindet und unterhalb der unteren Membran das flüssige Gärprodukt. Das flüssige Gärprodukt kann dem Nachgärer/Gassspeicher 47 und/oder dem Fermenter 1 entommen und über einen Separator 56 von seinen Festbestandteilen getrennt werden, die als organischer Dünger verwendbar sind, wonach das aufgetrennte flüssige Gärprodukt dem Nachgärer/Gasspeicher 47 zugeführt wird. Somit kann der Trockensubstanzgehalt im Nachgärer/Gasspeicher 47 durch den Seperator 56 gesteuert werden Dieser Dünger weist typischerweise einen Trockenstoffgehalt von 30 % bis 35 % auf.
Das im Fermenter 1 abgebaute Substrat kann auch direkt als organischer Dünger verwendet werden. Dies ist ein flüssiger Dünger mit einem Trockenstoffgehalt von 10 % bis 15 %.
Das im Nachgärer/Gasspeicher 47 gespeicherte Biogas wird über eine Kondensatabscheider 57 den Blockheizkraftwerken 50 zur Erzeugung von Strom und Wärme zugeführt. Der Öltank 51 ist dazu vorgesehen, die Blockheizkraftwerke 50 mit Zündöl zu versorgen. Weiterhin kann mit einer Notfackel 52 Biogas verbrannt werden, wenn die Blockheizkraftwerke die anfallende Biogasmenge nicht verarbeiten können.
Die Erfindung kann folgendermaßen kurz zusammengefasst werden:
Die Erfindung betrifft ein Rührwerk für einen Fermenter, einen Fermenter und ein Verfahren zum Betreiben eines Fermenters.
Das Rührwerk weist eine Rührwelle auf, die erfindungsgemäß etwa senkrecht im Fermenter steht. Hierdurch wird das im Fermenter befindliche Substrat in horizonta len Ebenen umgewälzt. Dies erlaubt die Einstellung mehrerer geschichteter Abbauzonen.
Weiterhin ist das Rührwerk vorzugsweise so ausgebildet, dass es während des laufenden Betriebes aus dem Fermenter nach oben herausgezogen werden kann. Hierdurch ist es nicht notwendig, für Wartungsarbeiten am Rührwerk den Fermenter zu entleeren.

1: Fermenter
2: Fermenterkörper
3: Substrat
4: Bodenplatte
5: Seitenwandung
6: Decke
7: Ringfundament
8: Sauberkeitsschicht
9: Stützsäule
10: Öffnung
11: Rührwerk
12: Rührwelle
13: Antriebsmechanismus
14: Paddel
15: Paddelstange
16: Zentrierlager
17: Deckelplatte
18
19: Einführtrichter
20: Zentrierabschnitt
21: Basisplatte
22: Stützwandungen
23: Auflager
24: Zentrierspitze
25: Wellenstummel
26: Wellenkörper
27: Stab
28: Koppelelement
29: Einführschräge
30: Anschlag
31: Pendelrollenlager
32: Nadellager
33: Kunststoffhülse
34: Einschubrohr
35: Dichtungsanordnung
36: Eintragseinrichtung
37: Vorratsbehälter
38: Förderschnecke
39: Förderkanal
40: Zuführöffnung
41: Entnahmeöffnung
42: Pfeil
43: Verflüssigungszone
44: Methanisierungszone
45: Entnahmezone
46: Öffnung
47: Nachgärer/Gasspeicher
48: Pumpenstation
49: Lagerplatz
50: Blockheizkraftwerk
51: Öltank
52: Biogasnotfackel
53: Trafostation
54: Abfüllplatz
55: Zerkleinerungsaggregat
56: Separator
57: Kondensatabscheider

Claims

Rührwerk für einen Fermenter, mit – einer etwa vertikal angeordneten Rührwelle (12), an welcher zumindest ein Paddel (14) angeordnet ist, – einem Antriebsmechanismus (13) zum Drehen der Rührwelle (12), wobei der Antriebsmechanismus (13) am oberen Endbereich der Rührwelle (12) angreift, und – ein Zentrierlager (16) zum Zentrieren des unteren Endes der Rührwelle (12), und das Zentrierlager (16) derart lösbar von der Rührwelle (12) ausgebildet ist, dass diese durch Einschieben in das Zentrierlager (16) zentrierbar ist und alleine durch die Schwerkraft der Rührwelle im Zentrierlager (16) gehalten wird.
Rührwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierlager (16) einen Einführtrichter (19) aufweist.
Rührwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierlager (16) einen Zentrierabschnitt (20) aufweist, der in der Draufsicht die Form eines Polyeders, insbesondere eines Quadrates, besitzt.
Rührwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierlager (16) am unteren Bereich eine Öffnung aufweist, aus welcher Material beim Einführen der Rührwelle (12) in das Zentrierlager (16) verdrängt werden kann.
Rührwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Zentrierlagers (16) ein Auflager (23) angeordnet ist.
Rührwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Auflager (23) mit einer nach oben gerichteten Zentrierspitze (24) versehen ist.
Rührwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im unteren Endbereich in der Rührwelle (12) eine Wellenstummel (25) angeordnet ist, der drehbar gegenüber der übrigen Rührwelle mittels eines Lagers (31) gelagert ist.
Rührwerk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rührwelle (12) einen rohrförmigen Wellenkörper (26) umfasst, in dem der Wellenstummel (25) gelagert ist, wobei der Wellenstummel (25) ein Stück am Wellenkörper (26) vorsteht und ein radial vorstehendes Koppelelement (28) aufweist, das mit etwas Spiel formschlüssig in das Zentrierlager (16) passt.
Rührwerk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Wellenstummel (25) und dem Wellenkörper (26) ein oder mehrere Kugel-, Wälz-, Rollen- und/oder Nadellager (32) vorgesehen sind.
Rührwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an der Rührwelle (12) zumindest ein Rührpaddel (14) angeordnet ist, wobei das Rührpaddel (14) mit unterschiedlichen Neigungen gegenüber der Vertikalen anordbar ist.
Rührwerk nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Rührpaddel (14) an frei wählbaren Positionen der Rührwelle (12) an dieser befestigbar sind.
Fermenter, mit – einem Gehäuse (2) umfassend zumindest eine Bodenplatte (4) und eine oder mehrere die Bodenblatte (4) umschließenden Seitenwandungen (5), – einem Rührwerk (11), – einer Eintragseinrichtung (26) zum Zuführen von Inputstoffen, und – eine Entnahmeöffnung (41), wobei die Eintragseinrichtung (36) zum Zuführen der Inputstoffe am oberen Bereich des Fermenters (1) und die Entnahmeöffnung (41) am unteren Bereich des Fermenters (1) angeordnet sind.
Fermenter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahmeöffnung (41) am Fermenter (1) diametral gegenüberliegend zur Eintragseinrichtung (36) angeordnet ist.
Fermenter nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Rührwerk (11) eine vertikal angeordnete Rührwelle (12) aufweist.
Fermenter nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Rührwerk (11) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgebildet ist.
Fermenter nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Fermenter (1) mehrere Rührwerke (11) aufweist.
Fermenter nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwandung (5) in der Draufsicht kreisförmig ausgebildet ist.
Fermenter nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Fermenter (1) eine Decke (6) aufweist.
Fermenter nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwandung (5) und ggfs. die Decke (6) aus Beton-Fertigteilen ausgebildet sind.
Verfahren zum Betreiben eines Fermenters nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass am oberen Bereich des Fermenters (1) Inputstoffe für eine Trockenfermentation zugeführt werden, und dass am unteren Bereich des Fermenters (1) das vergorene Substrat abgezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Inputstoffe einen Trockenstoff-Gehalt von mindestens 25% aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Inputstoffe Silomais, Getreide-GPS, Grassilage, Zuckerrübensilage, Futterrübensilage und/oder Getreide umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat des Fermenters (1) mit dem Rührwerk (11) radial vermischt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass eine im Fermenter befindliche Rührwelle (12) mit einer Drehgeschwindigkeit von maximal 60 U/min betrieben wird.