DE102007007510B4 - Method for emission-reduced treatment of hazardous substrates from fermentation installations for biogas to fuel, using the energy of existing incinerators - Google Patents

Method for emission-reduced treatment of hazardous substrates from fermentation installations for biogas to fuel, using the energy of existing incinerators

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DE102007007510B4 DE200710007510 DE102007007510A DE102007007510B4 DE 102007007510 B4 DE102007007510 B4 DE 102007007510B4 DE 200710007510 DE200710007510 DE 200710007510 DE 102007007510 A DE102007007510 A DE 102007007510A DE 102007007510 B4 DE102007007510 B4 DE 102007007510B4
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Abstract

Verfahren zur simultanen Entfernung von korrosiven und gesundheitsschädlichen Schadstoffen aus Gärsubstraten und Verbrennungsabgasen aus Vergärungsanlagen und nachgeschalteten Verbrennungsanlagen und deren anschließende Umwandlung in unschädliche, nichtkorrosive Verbindungen bei paralleler Trocknung des Gärsubstrats, dadurch gekennzeichnet, dass der Schadstoffstrom 9 aus dem zu trocknenden Gärsubstrat in der Vakuumkammer 7 und die Schadstoffe aus dem Abgasstrom 4 einer Verbrennungsanlage 3 in einem Reaktor 22 miteinander zur Reaktion gebracht werden, so dass die Schadstoffe eliminiert werden und das Gärsubstrat aus Vakuumkammer 7 mit dem Abgasstrom 4' emissionsarm sowie der Abwärme aus dem Kühlkreislauf 18 der Verbrennungsanlage 3 und der durch Kondensation des in dem Trockner 10 aufgenommenen Wassers aus dem Abgasstrom 4'' und im Kondensationswärmetauscher 11 zurück gewonnene Wärme in einem mehrstufigen Prozess getrocknet wird. A process for the simultaneous removal of corrosive and harmful pollutants from fermentation substrates and combustion exhaust gases from fermentation plants and downstream incinerators and their subsequent conversion into harmless, non-corrosive compounds in parallel drying of the fermentation substrate, characterized in that the pollutant stream 9 from the material to be dried fermentation substrate in the vacuum chamber 7 and the pollutants from the exhaust stream 4 of an incinerator 3 in a reactor 22 are reacted with each other, so that the pollutants are eliminated, and the fermentation substrate from the vacuum chamber 7 'emissions with the exhaust gas stream 4, as well as the waste heat from the cooling circuit 18 of the incinerator 3, and by condensation of the water stored in the dryer 10 from the exhaust gas stream 4 '' and in the condensing heat exchanger 11 heat recovered is dried in a multistage process.

Description

  • Im Zuge der wachsenden Zahl an Biogasanlagen fehlt es den Biogasanlagenbetreibern zunehmend an Flächen, um das als Reststoff anfallende Gärsubstrat auf Anbauflächen als Dünger wieder auszubringen und ein Transport des zu bis zu 95% Wasser enthaltenden Gärsubstrats auf weiter entfernte Gebiete ist zu kostenintensiv. As part of the growing number of biogas plants lacking the biogas plant operators increasingly surfaces to discharge the obtained as waste material fermentation substrate on farmland as fertilizer again and a transport of to up to 95% water-containing fermentation substrate to more distant areas is too costly. Die Betreiber von Abwasseraufbereitungsanlagen stehen zukünftig mit ihrem erzeugten Klärschlamm der gleichen Problematik gegenüber. The operators of sewage treatment plants available in the future with their sewage sludge produced the same problem over. Es wird daher nach wirtschaftlichen Möglichkeiten gesucht, die Gärsubstrate zu verwerten. It is therefore sought economic opportunities to exploit the fermentation substrates. Voraussetzung für die weitergehende Nutzung ist die Trocknung dieser Substrate. Prerequisite for the further use is the drying of these substrates. Der verbleibende Feststoff kann dann einer Verbrennung zugeführt werden oder auf weiter entfernte Ackerflächen aufgebracht werden, da der Transport um ein vielfaches günstiger geworden ist. The remaining solid can then be supplied to a combustion or applied to more remote areas of arable land, since the transportation is made convenient by a multiple.
  • Die Trocknung von Gärsubstraten bzw. Klärschlämmen kann derzeit nur durch vorheriges entwässern mittels Dekantern oder Filterpressen durchgeführt werden, da die wirtschaftlich zu nutzende Abwärme aus den Energieerzeugern nicht ausreicht, das Wasser des anfallenden Gärsubstrats zu entfernen. The drying of sewage sludge or fermentation substrates can be carried out at present only by previously dewater by decanters or filter presses, since the economical to-use waste heat from the power generators is not sufficient to remove the water of the resulting fermentation substrate. Die Biogasanlagenbetreiber müssen das zurückbehaltene Wasser jedoch noch einer weiteren Verwendung zuführen, eine Rückführung des Wassers in den Prozess verbietet sich durch die damit verbundene Aufkonzentration der Schadstoffe, so dass sich deren Problemlage durch diese Verfahrensweise nicht wesentlich verbessert. However, the biogas plant operators have to perform yet another use of the retained water, a recirculation of water in the process is ruled out by the associated concentration of contaminants so that the problem situation is not significantly improved by this procedure. Die geruchsentwickelnden Stoffe bleiben hauptsächlich in der flüssigen Phase, so dass der nasse Feststoff gegenwärtig in unterschiedlich aufgebauten Trockenanlagen getrocknet werden kann. The odor developing substances remain primarily in the liquid phase, so that the wet solid can be dried in drying equipment currently differently constructed. Bei Klärschlamm sind es bevorzugt solare Trocknungsanlagen. When sewage sludge are preferred solar drying systems. Dabei handelt es sich um Hallen, die durch die Sonne erwärmt werden und durch die ein gegebenenfalls erwärmter Luftstrom geführt wird. It is halls, which are heated by the sun and is passed through the an optionally heated air stream. Die flüssige Phase wird wieder der Wasseraufbereitung zugeführt. The liquid phase of the water treatment is recycled. Die bei der Trocknung entstehende mit Geruchs- und Schadstoffen beladene Luft bzw. Gasphase muss behandelt werden. The resulting when drying laden with odor and harmful air or gas phase must be treated.
  • Die Abwärme einer Verbrennungseinheit wird bisher in einen Kühlkreislauf überführt und dann gegebenenfalls einer weiteren Nutzung zugeführt, wie z. The waste heat of a combustion unit is previously transferred to a cooling circuit and then optionally fed to a further use, such. B. zur Erwärmung von Gebäuden und des Fermenters. As for heating buildings and the fermenter. Die Abwärme im Abgas wird nur in Einzelfällen genutzt. The waste heat in the exhaust gas is used only in individual cases. Im Allgemeinen wird diese ungenutzt an die Umgebung abgegeben. Generally, this is released to the environment unused. Eine möglichst vollständige Nutzung der Abwärme gewinnt erst in jüngster Zeit mit dem Willen der Trocknung von Gärsubstrat an Relevanz. The fullest possible use of waste heat wins only recently with the will of the drying of the fermentation substrate relevance. Allerdings stehen der Trocknung des Gärsubstrats wirtschaftliche Erwägungen und eine hohe Schadstoffbelastung der Luft entgegen. However, the drying of the fermentation substrate economic considerations and high levels of air pollution are opposed.
  • Die Trocknung anfallenden Gärsubstrats muss mit Nutzung aller vorhandenen Abwärme aus der Verbrennungseinheit und mit Lösung aller Probleme hinsichtlich der vorhandenen Schadstoffe durchführbar sein. The drying resulting fermentation substrate must be carried out with use of all existing waste heat from the combustion unit and to solve all problems regarding the existing pollutants. Das getrocknete Gärsubstrat muss bei seiner thermischen Verwertung schadstoffarm verbrannt werden können. The dried fermentation substrate must be able to be burned low emissions at its thermal recycling.
  • Als Inhaltsstoffe und Problemstoffe aus dem Gärsubstrat, die einer weiteren Verarbeitung insbesondere der Trocknung im Wege stehen, sind insbesondere das Ammoniak und sulfidische Schwefelverbindungen, in der Hauptsache Schwefelwasserstoff ausgemacht worden. As ingredients and problematic substances from the fermentation substrate, that are a further processing, in particular in the drying paths, in particular ammonia and sulphide sulfur compounds have been identified in the main hydrogen sulfide. Da diese Verbindungen auch Bestandteil des Biogases sind, werden bei seiner Verbrennung vergleichsweise große Mengen der Oxide dieser Verbindungen emittiert. Since these compounds are also part of the biogas, comparatively large amounts of the oxides of these compounds are emitted during combustion. So dass auch hier Handlungsbedarf besteht. So that here too there is need for action.
  • Bei der Herstellung von Biogas, wird das Biogas unter anaeroben Bedingungen hergestellt, die sauerstoffarme und wasserstoffreiche Verbindungen entstehen lassen. In the production of biogas, the biogas is produced under anaerobic conditions, leave the low-oxygen and hydrogen-rich compounds. Als Hauptprodukt entsteht der Kohlenwasserstoff Methan. The main product of the hydrocarbon produces methane. Als Nebenprodukte entstehen die oben genannten Stoffe Ammoniak und Schwefelwasserstoff sowie große Mengen Kohlendioxid, die sich durch eine Gleichgewichtseinstellung zwischen dem wässrigen Substrat und der darüber stehenden Gasphase in unterschiedlicher Konzentration in diesen beiden Medien verteilen. the above substances as well as ammonia and hydrogen sulfide which are spread by an equilibrium between the aqueous substrate and the supernatant gas phase in varying concentrations in these two media large quantities of carbon dioxide formed as by-products. Das entstandene Kohlendioxid bildet beim Auflösen in Wasser kleine Mengen Kohlensäure. The resulting carbon dioxide forms carbonic acid when dissolved in small amounts of water. Wobei bei der Reaktion mit dem gelösten Ammoniak gelöstes Ammoniumcarbonat bzw. Ammoniumbicarbonat entsteht. Being formed in the reaction with the dissolved ammonia dissolved ammonium carbonate or ammonium bicarbonate. Ammoniak reagiert auch, wenn es in Wasser aufgelöst wird, zu einem geringen Teil zu Ammoniumhydroxid, das den Beitrag zum erhöhten pH-Wert von 8 erbringt. Ammonia also react when it is dissolved in water to a small extent to ammonium hydroxide which provides the contribution to the elevated pH. 8 Schwefelwasserstoff als schwache Säure bildet in wässriger Lösung geringe Mengen Hydrogensulfid. Hydrogen sulfide as a weak acid forms in aqueous solution, small amounts of hydrogen sulfide. Die Schwefelwasserstoffsäure ist demnach genau wie die Kohlensäure in der Lage einen Teil des gelösten Ammoniaks zu neutralisieren. The hydrogen sulfide is therefore to neutralize exactly as the carbonic acid in the position a part of the dissolved ammonia. Alle beteiligten Substanzen stehen in Abhängigkeit ihrer Konzentration in der Gasphase der Biogasanlage miteinander im Gleichgewicht. All substances involved are depending on their concentration in the gas phase of the biogas plant are in equilibrium. Der Austrag von Gärsubstrat aus der Biogasanlage und die damit verbundene Veränderung des Gleichgewichts der gelösten Gase mit der Gasphase führt zu ihrer teilweisen Freisetzung und damit verbundenen Immissionen. The discharge of the fermentation substrate from the biogas plant and the associated change in the balance of dissolved gases with the gas phase leading to its partial release and associated emissions.
  • Bei der thermischen Verwertung des Biogases zur Energieerzeugung in der Verbrennungsanlage werden die Verbindungen, die sich mit dem Methan in der Gasphase befinden, mit Ausnahme des Kohlendioxids mittels Luftsauerstoff oxidiert und in ihre sauerstoffreichen Verbindungen überführt. In the thermal utilization of the biogas for energy production in the incinerator, the compounds that are located with the methane in the gas phase, are oxidized with the exception of carbon dioxide by means of atmospheric oxygen and converted into its oxygen rich compounds. Diese Verbindungen werden mit dem Abgas emittiert und gelten als Luftschadstoffe, deren Konzentration erheblich höher ist als im Abgas der Erdgasverbrennung. These compounds are emitted with the exhaust gas and are considered as air pollutants, whose concentration is significantly higher than in the exhaust gas of the combustion. Der Anteil der Luftschadstoffe muss daher reduziert werden. therefore the percentage of air pollutants must be reduced.
  • Des Weiteren bilden die entstandenen Oxide mit Wasser Säuren, die bei der Rückgewinnung der Abwärmeenergie durch Kondensation des im Abgas vorhandenen Wassers zu Korrosion an den Anlagen führt. Furthermore, forming the resulting oxides with water acid, by condensation of the water present in the exhaust gas resulting in the recovery of the waste heat energy to corrosion of the equipment. Die stärksten Säuren sind die der Stickstoffoxide aus dem Ammoniak und des Schwefeldioxids aus dem Schwefelwasserstoff. The strongest acids are the oxides of nitrogen from the ammonia and the sulfur dioxide from the hydrogen sulfide.
  • Ein Verfahren zur Trocknung von Gärsubstrat und Substraten ähnlicher Konsistenz und Zusammensetzung muss als technisch sinnvolles Verfahren nach den oben beschriebenen Randbedingungen folgende Kriterien erfüllen. A method for the drying of the fermentation substrate and substrates of similar consistency and composition must meet to be technically useful method according to the above-described boundary conditions the following criteria.
    • 1. Die Trocknung des Gärsubstrats darf nur mit vorhandener Abwärme erfolgen. 1. The drying of the fermentation substrate must be performed with existing waste heat.
    • 2. Bei der Trocknung dürfen keine Schadstoffe an die Umgebung abgegeben werden 2. During drying no pollutants to the environment is to be presented
    • 3. Das getrocknete Gärsubstrat muss schadstoffarm sein 3. The dried fermentation substrate must be low in pollutants
    • 4. Der technologische Aufwand zur Trocknung des Gärsubstrats darf die Wirtschaftlichkeit der energetischen Nutzung von Biogas nicht beeinträchtigen. 4. The technological effort to dry the fermentation substrate must not impair the efficiency of energy use of biogas.
  • Im Weiteren soll ein Verfahren vorgestellt werden, dass die Anforderungen einer emissionsarmen Trocknung unter optimaler Nutzung der vorhandenen Abwärme mit geringem technischen Aufwand erfüllt. Furthermore, a method is presented that the requirements of a low-emission drying, making best use of the available waste heat met with little technical effort.
  • Bei der Erzeugung und Verbrennung von Biogas entstehen, wie schon beschrieben demnach zwei Gruppen von Verbindungen. , Resulting from the generation and combustion of biogas as already described, therefore, two groups of compounds. Die Verbindungen aus der Biogasanlage sind mit Ausnahme des Kohlendioxids Reduktionsmittel und die Verbindungen aus der Verbrennung des Biogases Oxidationsmittel. The compounds from the biogas plant, with the exception of the carbon dioxide reducing agent and the compounds from the combustion of the biogas oxidant.
  • Werden die im Gärsubstrat vorhandenen Verbindungen Ammoniak und Schwefelwasserstoff mit den aus der Verbrennung entstandenen Verbindungen zur Reaktion gebracht, reagieren die beiden Substanzgruppen zu Verbindungen wie Luftstickstoff, Schwefel und Wasser, die keine immissionsrechtliche Relevanz besitzen. Be present in the fermentation substrate compounds ammonia and hydrogen sulfide with the resulting from the combustion compounds reacted react the two groups of substances into compounds such as air, nitrogen, sulfur and water that have no relevance immissionsrechtliche. Vorteilhafter Weise verliert das Abgas durch die Reduktion seiner Schadstoffoxide seine sauren Eigenschaften, so dass die Kondensation des Wassers aus dem Abgas möglich wird, ohne die Werkstoffe zu schädigen. Advantageously, the exhaust gas loses by reducing its pollutant oxides its acidic properties, so that the condensation of the water is possible from the exhaust gas, without damaging the materials. Im Gärsubstrat vorhandene Reste an Methan unterstützen die Reaktion. In the fermentation substrate residues present in methane, the reaction support. Die Reaktionen 1 und 2 stehen Beispielhaft für viele weitere mögliche Redoxreaktionen die in dem mit reduzierenden Gas aus dem Gärsubstrat dotierten Abgas ablaufen. The reactions 1 and 2 are examples of many other possible redox reactions that occur in the doped with reducing gas from the fermentation substrate of the exhaust gas. Reaktion 1 reaction 1
    Figure DE102007007510B4_0002
    Reaktion 2 reaction 2
    Figure DE102007007510B4_0003
  • Erfindungsgemäß werden dem Gärsubstrat die gelösten Gase in der Hauptsache Ammoniak, Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid in einer Vakuumkammer bei einer Temperatur von vorteilhaft etwa 60°C entzogen. According to the invention the dissolved gases in the main, ammonia, hydrogen sulfide and carbon dioxide are removed in a vacuum chamber at a temperature of advantageously about 60 ° C the fermentation substrate. Das Gärsubstrat enthält aber erheblich mehr Ammoniak als zur Reaktion mit dem Abgas aus der Verbrennungsanlage benötigt werden. but the fermentation substrate contains considerably more ammonia than to react with the exhaust from the incinerator are needed. Dies erfordert die Einstellung des stöchiometrischen Gleichgewichts der Verbindungen aus dem Gärsubstrat und denen im Abgas. This requires the adjustment of the stoichiometric balance of the compounds from the fermentation substrate and those in the exhaust gas. Um dieses zu erreichen gibt es mehrere Möglichkeiten. To achieve this there are several possibilities.
  • Zum einen kann ein Teil des Ammoniaks aus dem Gärsubstrat, das in einem Vorratsbehälter bevorzugt unter Atmosphärendruck steht, aber auch unter leichtem Überdruck stehen kann, erfindungsgemäß in einer Brennkammer mit Luft zu Stickstoffoxid umgesetzt werden. Firstly, a portion of the ammonia from the fermentation substrate, that is in a storage container preferably under atmospheric pressure, but may also be under slight excess pressure, according to the invention are implemented in a combustion chamber with air to nitrogen oxide. Die Umsetzung wird bevorzugt katalytisch durchgeführt. The reaction is preferably carried out catalytically. Die zur Katalyse benötigte Wärme kann dem Abgas entnommen werden. The heat required for catalysis can be found in the exhaust gas. Der andere Teil des Ammoniaks wird mit den in der Brennkammer und der Verbrennungsanlage entstandenen Abgasen gemischt, so dass die entstandenen Stickstoffoxide mit dem Ammoniak in einem im Abgasstrom befindlichen Reaktionsraum zu Stickstoff und Wasser reagieren können. The other part of the ammonia is mixed with the resultant in the combustion chamber and the incinerator exhaust gases, so that the resulting nitrogen oxide with the ammonia can react in a located in the exhaust stream to nitrogen and water reaction chamber. Die Einstellung des stöchiometrischen Gleichgewichts im Reaktionsraum zur Umsetzung der Schadstoffe wird durch die Messung mindestens eines Gasbestandteils des Abgases und Regelung der Ammoniakzufuhr erreicht. The adjustment of the stoichiometric balance in the reaction chamber for conversion of the pollutants is achieved by measuring at least one gas component of exhaust gas and controlling the supply of ammonia. Zum anderen kann ein Teil des Ammoniaks aus dem Gärsubstrat mit dem Biogas in der Verbrennungsanlage umgesetzt werden und der andere Teil des Ammoniaks wird dann dem Abgasstrom der Verbrennungsanlage zugemischt. On the other hand, a portion of the ammonia will be implemented from the fermentation substrate to the biogas in the incinerator and the other part of the ammonia is then added to the exhaust stream of the incinerator. Auch hier wird das stöchiometrische Verhältnis über die Messung mindestens eines Abgasbestandteils über Dosiereinrichtungen eingestellt. Here too, the stoichiometric ratio by the measurement of at least one exhaust component via metering is adjusted.
  • Die Reaktion des Gasstroms aus der Verbrennungsanlage mit dem aus dem Gärsubstrat kann nach verschiedenen Verfahren erfolgen. The reaction of the gas stream from the incinerator with the from the fermentation substrate can be done by various methods. Zum einen wird das Gemisch auf 800–1100°C erwärmt, um die nichtkatalytischen Reaktionen zu zünden, zum anderen kann das Gemisch über einen Katalysator bei der gegebenen Abgastemperatur von 300–500°C zur Reaktion gebracht werden. Firstly, the mixture is heated to 800-1100 ° C, to fire the non-catalytic reactions, on the other hand, the mixture can be reacted over a catalyst at the given exhaust gas temperature of 300-500 ° C. Bei der Verwendung von Katalysatoren müssen beide Gasströme gegebenenfalls von Schwefelverbindungen befreit werden, da der sich bildende Schwefel die Katalysatoren vergiften kann. When using catalysts both gas streams have to be freed of sulfur compounds, where appropriate, as the forming sulfur may poison the catalysts. Die Substitution der Schwefelverbindungen geschieht bevorzugt mit Eisen-II-Verbindungen, die schwerlösliches Eisensulfid bilden. The substitution of the sulfur compounds is preferably done with ferrous compounds which form sparingly soluble iron sulphide. Andere Verfahren wie zum Beispiel Membranverfahren sind auch möglich. Other methods such as membrane processes are also possible.
  • Das Schadstoff abgereicherte Wasser aus dem Gärsubstrat kann zum einen durch den direkten Kontakt mit dem schadstoffreduzierten Abgas verdunstet werden. The pollutant-depleted water from the fermentation substrate can be evaporated to a through direct contact with the pollutant-reduced exhaust gas. Eine Mischung des Abgases mit Frischluft zur Absenkung der Temperatur zur Verhinderung der Selbstentzündung getrockneten Gärsubstrats ist gegebenenfalls sinnvoll. A mixture of the exhaust gas with fresh air to lower the temperature to prevent the spontaneous ignition of dried fermentation substrate is optionally useful. Zum anderen kann die Energie aus dem Abgas auch auf ein zweites System übertragen und damit das Gärsubstrat getrocknet werden. Secondly, the energy can be transferred from the exhaust gas on a second system, and thus the fermentation substrate to be dried. Der Wärmeträger des zweiten Systems kann eine Flüssigkeit bevorzugt Wasser oder ein Gas bevorzugt Luft sein je nach Art der zu nutzenden Trocknungsanlage. The heat carrier of the second system may be a liquid, preferably water or a gas preferably air be depending on the type of the to-use drying plant. Das verdunstete Wasser wird durch Kondensation zurück gewonnen. The evaporated water is recovered by condensation. Die bei der Kondensation frei werdende Energie wird bevorzugt zur Verdunstung des im Gärsubstrat verbleibenden Wassers verwendet. The released energy in the condensation is preferably used for evaporation of the remaining water in the fermentation substrate. Die Nutzung an anderer Stelle wie zum Beispiel zum Erwärmen des Fermenters ist auch möglich. The use elsewhere such as for heating the fermenter is also possible. Das bei der Kondensation wieder gewonnene, mit Stickstoffverbindungen abgereicherte Wasser kann in den Prozess der Biogasgewinnung zurückgeführt werden. The recovered during the condensation, depleted with nitrogen compounds, water may be recycled in the process of biogas production. Der erhaltene schadstoffarme, getrocknete Feststoff des Gärsubstrats ist ein hervorragender Brennstoff, so dass dieses Material intern oder extern zur weiteren Energiegewinnung genutzt werden kann. The low-emission, dried solid of the fermentation substrate obtained is an excellent fuel, so that this material can be used internally or externally for further energy generation.
  • Wie in As in dargestellt, wird das in einem Fermenter shown, in one fermenter 1 1 erzeugte Biogas über eine Leitung Biogas produced via a line 2 2 einer Verbrennungsanlage an incinerator 3 3 z. z. B. einem Blockheizkraftwerk zugeführt. B. fed to a cogeneration system.
  • Das Gärsubstrat wird aus dem Fermenter The fermentation substrate is removed from the fermenter 1 1 über eine Leitung via a conduit 6 6 der Vakuumkammer the vacuum chamber 7 7 zugeführt und dort auf vorteilhaft etwa 60°C zur Zersetzung des gelösten Ammoniumcarbonats bzw. Ammoniumbicarbonats erwähnt. supplied and there mentioned advantageous to about 60 ° C to decompose the dissolved ammonium carbonate or ammonium bicarbonate. Die im Gärsubstrat gelösten Gase werden mittels einer Vakuumpumpe The dissolved gases in the fermentation substrate by means of a vacuum pump 8 8th dem Gärsubstrat entzogen und über die Leitung extracted from the fermentation substrate and via line 9 9 in einen Vorratsbehälter in a reservoir 26 26 geleitet. directed. Als Wärmequelle zur Beheizung der Vakuumkammer As a heat source for heating the vacuum chamber 7 7 wird bevorzugt Abwärme der Verbrennungsanlage is preferably waste heat from the combustion plant 3 3 verwendet, die auf ein Wärmeübertragungssystem used on a heat transfer system 24 24 übertragen wird. is transmitted. In In ist beispielhaft der Kühlmittelkreislauf is exemplary of the coolant circuit 18 18 als Wärmeübertragungssystem einer Verbrennungsanlage as a heat transfer system of a combustion system 3 3 dargestellt. shown. Bei Verbrennungsanlagen ohne Kühlmittelkreislauf wie z. In combustion plants without coolant circuit such. B. Turbinen oder Dampfanlagen ist die Wärme dem Abgas oder dem Dampf bzw. dem Kondensat zu entnehmen. B. turbines or steam systems is to remove the heat from the exhaust gas or the steam and the condensate.
  • Das überschüssige Ammoniak aus dem Gärsubstrat wird aus dem Vorratsbehälter The excess ammonia from the fermentation substrate is from the reservoir 26 26 mittels einer Dosiereinheit by means of a metering unit 29 29 in einer Brennkammer in a combustion chamber 27 27 mit Luft with air 28 28 zu Stickstoffoxiden verbrannt. burned to nitrogen oxides. Der in der Brennkammer The in the combustion chamber 27 27 entstandene Abgasstrom resulting exhaust stream 16 16 wird in der Mischkammer is in the mixing chamber 30 30 dem Abgasstrom the exhaust gas stream 4 4 der Verbrennungsanlage the incinerator 3 3 und dem Ammoniakstrom and the stream of ammonia 31 31 aus dem Vorratsbehälter from reservoir 26 26 hinzugefügt. added. Die Regelung der Ammoniakströme The control of the ammonia flows 31 31 und and 32 32 zur Einstellung des stöchiometrischen Gleichgewichts im Reaktionsraum to the stoichiometric balance adjustment in the reaction chamber 22 22 wird über ein Messsystem is a measuring system 33 33 und einer Steuerung and a controller 34 34 , die die Dosiereinheiten That dosing the 29 29 und and 17 17 ansteuert, gewährleistet. actuates ensured. Das in der Mischkammer That in the mixing chamber 30 30 erzeugte Gasgemisch strömt in einen Reaktionsraum Produced gas mixture flows into a reaction chamber 22 22 , in dem die Komponenten der Gasströme miteinander reagieren, sodass ein schadstoffarmer Abgasstrom In which the components of the gas streams react with one another, so that a low-emission exhaust stream 4' 4 ' entsteht. arises. Das gereinigte Abgas wird dann zur Trocknung des von schädlichen Gasen befreiten Gärsubstrats verwendet. The purified exhaust gas is then used to dry the freed of harmful gases fermentation substrate. In In und and ist nur die direkte Beaufschlagung des Trockners is only the direct exposure of the dryer 10 10 mit heißem Abgas über Leitung with hot exhaust gas via line 4' 4 ' beispielhaft dargestellt. exemplified.
  • In In ist die Verfahrensvariante der Verbrennung des überschüssigen Ammoniaks in der Verbrennungsanlage is the process variant, the combustion of the excess ammonia in the incinerator 3 3 beispielhaft dargestellt. exemplified. Dabei wird das Ammoniak über eine Dosiereinheit Here, the ammonia via a metering 22 22 in einer Mischkammer in a mixing chamber 5 5 bevorzugt der Luft preferably, the air 21 21 zugemischt und mit dem Biogas in der Verbrennungsanlage and admixed with the biogas in the incinerator 3 3 oxidiert. oxidized. Das in der Verbrennungsanlage That in the incinerator 3 3 erzeugte Abgas exhaust gas produced 4 4 wird dann in einem Reaktionsraum is then in a reaction chamber 22 22 mit dem Ammoniak aus dem Vorratsbehälter with the ammonia from the reservoir 26 26 umgesetzt. implemented.
  • Das von schädlichen Gasen befreite Gärsubstrat wird anschließend aus der Vakuumkammer The freed of harmful gases fermentation substrate is then removed from the vacuum chamber 7 7 über eine Leitung via a conduit 19 19 zur Trocknung einem Trockner for drying a dryer 10 10 zugeführt. fed. Das mit Wasser beladene Abgas, dass den Trockner verlässt, strömt über Leitung The water-laden exhaust gas that leaves the dryer, flows via line 4'' 4 '' in einen Kondensationswärmetauscher in a condensing heat exchanger 11 11 , in dem das Wasser kondensiert, dass größtenteils wieder zum Anmischen zugeführten frischen Substrats verwendet und über die Leitung In which the condensed water that mostly again supplied for mixing fresh substrate used and on the line 15 15 dem Prozess der Biogaserzeugung zurückgeführt wird. is returned to the biogas production process. Als Kühlmittel für den Kondensatwärmetauscher dient kalte Außenluft As a coolant for the condensation heat exchanger cold outdoor air is 12 12 . , Die erwärmte Außenluft The heated outdoor air 12' 12 ' wird zur Entfernung von Restfeuchtigkeit im Gärsubstrat in einem zweiten Trocknungsschritt im Trockner is used to remove residual moisture in the fermentation substrate in a second drying step in the dryer 13 13 genutzt. used.
  • Falls die Verbrennungsanlage If the incinerator 3 3 einen Kühlkreislauf besitzt, wie dies bei Verbrennungsmotoren der Fall ist, wird die Wärme aus dem Kühlkreislauf a cooling circuit has, as is the case in internal combustion engines, the heat from the cooling circuit is 18 18 auch zur Trocknung des Gärsubstrats herangezogen. also used for the drying of the fermentation substrate. Dieser Schritt ist erforderlich, da die Energiemenge, die zur Trocknung des Gärsubstrates benötigt wird, größer ist als im Abgas vorhanden. This step is necessary because the amount of energy required for drying of the fermentation substrate is greater than present in the exhaust. Dabei wird das Kühlwasser mittels Luft In this case, the cooling water by means of air 12 12 in Wärmetauschern in heat exchangers 20 20 gekühlt und die erwärmte Luft cooled and the heated air 23 23 dann dem Trockner then the dryer 13 13 zugeführt. fed. Der Abgasstrom aus der Verbrennungsanlage sowie auch die anderen Luftströme, die die Trockner verlassen, werden an die Umgebung The exhaust gas stream from the incinerator as well as the other air streams leaving the dryer, are to the environment 12 12 abgegeben. issued. Das Gärsubstrat wird in einem Behälter The fermentation substrate in a container 14 14 für seine weitere Verwendung gesammelt wie zum Beispiel die Verbrennung zur Nutzung der in der Trockensubstanz vorhandenen Energie. collected for its further use, such as incineration for use of existing in the dry matter energy.
  • Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
  • 1 1
    Fermenter fermenter
    2 2
    Biogasleitung biogas line
    3 3
    Verbrennungsanlage incinerator
    4 4
    Abgasleitung exhaust pipe
    4' 4 '
    Abgasleitung für schadstoffarmes Abgas Exhaust pipe for low-emission exhaust
    4'' 4 ''
    Abgasleitung für schadstoffarmes wasserbeladenes Abgas Exhaust pipe for low-emission water-laden exhaust
    5 5
    Mischkammer Luft-Ammoniak Mixing chamber air-ammonia
    6 6
    Leitung für Gärsubstrat Line for fermentation substrate
    7 7
    Vakuumkammer vacuum chamber
    8 8th
    Vakuumpumpe vacuum pump
    9 9
    Leitung für Ammoniak Line for ammonia
    10 10
    Trockner dryer
    11 11
    Wärmetauscher heat exchangers
    12 12
    Umgebung Surroundings
    13 13
    Trockner dryer
    14 14
    Behälter für trockenes Gärsubstrat Container for dry fermentation substrate
    15 15
    Wasserleitung water pipe
    16 16
    Abgasleitung aus Brennkammer Flue pipe combustion chamber
    17 17
    Dosiereinrichtung metering
    18 18
    Kühlwasserkreislauf Cooling water circuit
    19 19
    Förderleitung für Gärsubstrat zum Trockner Delivery line for fermentation substrate to the dryer
    20 20
    Wärmetauscher heat exchangers
    21 21
    Luft für Verbrennungsanlage Air for combustion plant
    22 22
    Reaktionsraum zur Abgasreinigung Reaction chamber for exhaust gas purification
    23 23
    Warmluftleitung Hot air duct
    24 24
    Wärmeübertrager für Vakuumkammer Heat exchangers for vacuum chamber
    25 25
    Datenleitung zur Steuerung Data line for control
    26 26
    Vorratskammer für Ammoniakgas Pantry for ammonia gas
    27 27
    Brennkammer combustion chamber
    28 28
    Luftzufuhr für Brennkammer Air supply to the combustion chamber
    29 29
    Dosiereinrichtung metering
    30 30
    Mischkammer für Abgas und Ammoniak Mixing chamber for gas and ammonia
    31 31
    Ammoniakleitung ammonia line
    32 32
    Ammoniakleitung ammonia line
    33 33
    Messeinrichtung measuring device
    34 34
    Steuerung control

Claims (19)

  1. Verfahren zur simultanen Entfernung von korrosiven und gesundheitsschädlichen Schadstoffen aus Gärsubstraten und Verbrennungsabgasen aus Vergärungsanlagen und nachgeschalteten Verbrennungsanlagen und deren anschließende Umwandlung in unschädliche, nichtkorrosive Verbindungen bei paralleler Trocknung des Gärsubstrats, dadurch gekennzeichnet, dass der Schadstoffstrom A process for the simultaneous removal of corrosive and harmful pollutants from fermentation substrates and combustion exhaust gases from fermentation plants and downstream incinerators and their subsequent conversion into harmless, non-corrosive compounds in parallel drying of the fermentation substrate, characterized in that the pollutant stream 9 9 aus dem zu trocknenden Gärsubstrat in der Vakuumkammer from the fermentation substrate to be dried in the vacuum chamber 7 7 und die Schadstoffe aus dem Abgasstrom and pollutants from the exhaust stream 4 4 einer Verbrennungsanlage an incinerator 3 3 in einem Reaktor in a reactor 22 22 miteinander zur Reaktion gebracht werden, so dass die Schadstoffe eliminiert werden und das Gärsubstrat aus Vakuumkammer are reacted with each other, so that the pollutants are eliminated, and the fermentation substrate from the vacuum chamber 7 7 mit dem Abgasstrom with the exhaust stream 4' 4 ' emissionsarm sowie der Abwärme aus dem Kühlkreislauf emissions as well as the waste heat from the cooling circuit 18 18 der Verbrennungsanlage the incinerator 3 3 und der durch Kondensation des in dem Trockner and by condensation of the in the dryer 10 10 aufgenommenen Wassers aus dem Abgasstrom captured water from the exhaust stream 4'' 4 '' und im Kondensationswärmetauscher and condensing heat exchanger 11 11 zurück gewonnene Wärme in einem mehrstufigen Prozess getrocknet wird. Heat recovered is dried in a multistage process.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gelösten gesundheitsschädlichen Gase durch Anlegen eines Vakuums an die Vakuumkammer A method according to claim 1, characterized in that the dissolved noxious gases by applying a vacuum to the vacuum chamber 7 7 aus dem Gärsubstrat entfernt werden. be removed from the fermentation substrate.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gelösten gesundheitsschädlichen Gase durch Erwärmen des Gärsubstrats in Behälter A method according to claim 1, characterized in that the dissolved noxious gases by heating the fermentation substrate in the container 7 7 entfernt werden. be removed.
  4. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gelösten gesundheitsschädlichen Gase durch Erwärmen des Gärsubstrats in Behälter A method according to claims 1 and 3, characterized in that the dissolved noxious gases by heating the fermentation substrate in the container 7 7 mittels des Kühlkreislaufs by means of the cooling circuit 18 18 der Verbrennungsanlage the incinerator 3 3 entfernt werden. be removed.
  5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die gelösten gesundheitsschädlichen Gase durch Erwärmen des Gärsubstrats und Anlegen eines Vakuums an Behälter Process according to claims 1 to 4, characterized in that the dissolved noxious gases by heating of the fermentation substrate and applying a vacuum to the container 7 7 mittels einer Vakuumpumpe by a vacuum pump 8 8th entfernt werden. be removed.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gesundheitsschädlichen Gase des Gärsubstrats aus der Vorratskammer A method according to claim 1, characterized in that the harmful gases of the fermentation substrate from the storage chamber 26 26 mit dem Abgas with the exhaust gas 4 4 aus der Verbrennungsanlage from the incineration plant 3 3 in einer Mischkammer in a mixing chamber 30 30 in einem stöchiometrisch richtigen Verhältnis gemischt werden. are mixed in a stoichiometric ratio correct.
  7. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung aus Ammoniak und Abgas in einer Reaktionskammer A method according to claims 1 and 6, characterized in that the mixture of ammonia and flue gas in a reaction chamber 22 22 miteinander zur Reaktion gebracht wird. is caused to react with each other.
  8. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die gesundheitsschädlichen Gase aus dem Gärsubstrat mit dem Abgas The method of claims 1, 6 and 7, characterized in that the harmful gases from the fermentation substrate with the exhaust gas 4 4 aus der Verbrennungsanlage from the incineration plant 3 3 durch Erwärmen miteinander in einer Reaktionskammer by heating together in a reaction chamber 22 22 zur Reaktion gebracht werden. are reacted.
  9. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die gesundheitsschädlichen Gase aus dem Gärsubstrat mit dem Abgas The method of claims 1, 6 and 7, characterized in that the harmful gases from the fermentation substrate with the exhaust gas 4 4 aus der Verbrennungsanlage from the incineration plant 3 3 durch Erwähnen des Reaktorraums by mentioning the reactor space 22 22 mittels des abreagierten, aufgeheizten Abgases miteinander zur Reaktion gebracht werden. are brought by means of the fully reacted, the heated exhaust gas to react together.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gesundheitsschädlichen Gase aus dem Gärsubstrat mit dem Abgas A method according to claim 1, characterized in that the harmful gases from the fermentation substrate with the exhaust gas 4 4 aus der Verbrennungsanlage from the incineration plant 3 3 durch Verwendung eines Katalysators im Reaktorraum by using a catalyst in the reactor chamber 5 5 miteinander zur Reaktion gebracht werden. are reacted with each other.
  11. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Ammoniaks aus dem Gärsubstrat durch eine gezielte Verbrennung in einem Brenner A method according to claims 1 and 7, characterized in that a portion of the ammonia from the fermentation substrate by a selective combustion in a burner 27 27 zu Stickstoffoxid verbrannt wird, so dass das stöchiometrische Verhältnis des Anteils an Stickstoffoxiden und Ammoniak für die Reaktion miteinander im Reaktionsraum is burned to nitric oxide, so that the stoichiometric ratio of the content of nitrogen oxides and ammonia to react with each other in the reaction chamber 22 22 optimal eingestellt wird. is optimally adjusted.
  12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Ammoniaks aus dem Gärsubstrat durch eine gezielte Verbrennung in der Verbrennungsanlage zu Stickstoffoxid verbrannt wird, so dass das stöchiometrische Verhältnis des Anteils an Stickstoffoxiden und Ammoniak für die Reaktion miteinander im Reaktionsraum A method according to claim 1, characterized in that part of the ammonia is burned from the fermentation substrate by a selective combustion in the incinerator to nitric oxide, so that the stoichiometric ratio of the content of nitrogen oxides and ammonia to react with each other in the reaction chamber 22 22 optimal eingestellt wird. is optimally adjusted.
  13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gärsubstrat aus Behälter A method according to claim 1, characterized in that the fermentation substrate from vessel 7 7 mit dem heißen von Schadstoffen befreiten Abgas with the hot exhaust gas freed of pollutants 4' 4 ' in einer Trockenanlage in a drying plant 10 10 getrocknet wird. is dried.
  14. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass das heiße von Schadstoffen befreite Abgas Process according to claims 1 and 13, characterized in that the hot exhaust gas freed of pollutants 4' 4 ' zur Abkühlung mit Außenluft for cooling with outside air 12 12 gemischt wird, um das Gärsubstrat in einer Trockenanlage is mixed to the fermentation substrate in a drying plant 10 10 zu trocknen. to dry.
  15. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie durch Kondensation des vom Abgas Process according to claims 1 to 12, characterized in that the energy from the exhaust by condensing the 4'' 4 '' aufgenommenen Wassers zurück gewonnen wird, indem das Abgas captured water is recovered by the exhaust gas 4'' 4 '' in einem Kondensationswärmetauscher in a condensation heat exchanger 11 11 durch Außenluft by outside air 12 12 abgekühlt wird und die zurück gewonnene Energie im Luftstrom is cooled and the energy recovered in the air stream 12' 12 ' wieder zur Trocknung des Gärsubstrats verwendet wird. is again used to dry the fermentation substrate.
  16. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 13, 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie aus der Abwärme und die in dem Kondensationswärmetauscher The method of claims 1, 13, 14 and 15, characterized in that the energy from the waste heat and the condensation heat exchanger in the 11 11 zurück gewonnene Energie in einer Trocknungsanlage Energy recovered in a drying plant 13 13 genutzt wird. is being used.
  17. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 13, 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie aus der Abwärme und die in dem Kondensationswärmetauscher The method of claims 1, 13, 14 and 15, characterized in that the energy from the waste heat and the condensation heat exchanger in the 11 11 zurück gewonnene Energie in miteinander kombinierten Trocknungsanlagen Recovered energy in combined with each other drying equipment 10 10 und and 13 13 genutzt wird. is being used.
  18. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das im Kondensationswärmetauscher Process according to claims 1 to 11, characterized in that the condensation in the heat exchanger 11 11 zurück gewonnene Kondensat Condensate recovered 15 15 wieder dem Gärprozess der Biogasanlage again the fermentation process of the biogas plant 1 1 zugeführt wird. is supplied.
  19. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Parameter der beteiligten Gasströme an geeigneter Stelle gemessen wird, um das stöchiometrische Verhältnis zwischen dem Ammoniakstrom A method according to claim 1, characterized in that at least one parameter of the gas streams involved is measured at a suitable point to the stoichiometric ratio between the ammonia stream 16 16 und dem Abgasstrom and the exhaust gas stream 4 4 in der Mischkammer in the mixing chamber 30 30 richtig einzustellen. adjust properly.
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