DE102007056916B4 - Plant and process for the production of biogas - Google Patents
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Abstract
Anlage zur Herstellung von Biogas durch Fermentation umfassend: – wenigstens einen Fermentationsreaktor (18), in dem fermentierbare Substanzen durch Bakterien unter Bildung von Biogas fermentiert werden, – eine erste Eindickvorrichtung (20), wobei die erste Eindickvorrichtung (20) ein Scheibenfilter oder ein rotierender Schwerkrafteindicker ist, – eine zweite Eindickvorrichtung (22), wobei die zweite Eindickvorrichtung eine Schneckenpresse oder eine Siebbandpresse ist, sowie – eine Flotationseinrichtung (26), wobei die Flotationseinrichtung (26) eine einen Druckentspannungsflotationsreaktor (52) aufweisende Druckentspannungsflotationseinrichtung, welche wenigstens eine Zufuhrleitung (66) für Druckluft aufweist, ist, wobei i) der Fermentationsreaktor (18) eine Zufuhrleitung (36) zur Zuführung einer fermentierbare Substanzen enthaltenden Suspension, eine Gasabfuhrleitung (38) für Biogas und eine Abfuhrleitung (40) für fermentierte Suspension umfasst, wobei die Abfuhrleitung (40) für fermentierte Suspension mit der ersten Eindickvorrichtung (20) verbunden ist, welche eine erste Abfuhrleitung (44) für ein erstes Filtrat und eine zweite Abfuhrleitung (42) für eingedickte Suspension aufweist, wobei die zweite Abfuhrleitung (42) für eingedickte Suspension der ersten Eindickvorrichtung (20) mit der zweiten Eindickvorrichtung (22) verbunden ist, welche eine erste Abfuhrleitung (48) für ein zweites Filtrat und eine zweite Abfuhrleitung (46) für eingedickte Suspension aufweist, und wobei die erste Abfuhrleitung (44) für das erste Filtrat der ersten Eindickvorrichtung (20) mit der Flotationseinrichtung (26) verbunden ist, oder ii) der Fermentationsreaktor (18) eine Zufuhrleitung (36) zur Zuführung einer fermentierbare Substanzen enthaltenden Lösung, eine Gasabfuhrleitung für Biogas (38) und eine Abfuhrleitung (40) für fermentierte Mischung umfasst, wobei die Abfuhrleitung (40) für die fermentierte Mischung mit der Flotationseinrichtung (26) verbunden ist, welche eine erste Abfuhrleitung (74) für Suspension und eine zweite Abfuhrleitung (30) für ein erstes Filtrat aufweist, wobei die ...Plant for producing biogas by fermentation, comprising: - at least one fermentation reactor (18), in which fermentable substances are fermented by bacteria to form biogas, - a first thickening device (20), the first thickening device (20) being a disc filter or a rotating one Gravity thickener, - a second thickening device (22), the second thickening device being a screw press or a belt press, and - a flotation device (26), the flotation device (26) having a pressure release flotation reactor (52) having a pressure release flotation device which has at least one feed line ( 66) for compressed air, wherein i) the fermentation reactor (18) comprises a supply line (36) for supplying a suspension containing fermentable substances, a gas discharge line (38) for biogas and a discharge line (40) for fermented suspension, the discharge line ( 40) for fermented suspension is connected to the first thickening device (20), which has a first discharge line (44) for a first filtrate and a second discharge line (42) for thickened suspension, the second discharge line (42) for thickened suspension of the first Thickening device (20) is connected to the second thickening device (22), which has a first discharge line (48) for a second filtrate and a second discharge line (46) for thickened suspension, and wherein the first discharge line (44) for the first filtrate first thickening device (20) is connected to the flotation device (26), or ii) the fermentation reactor (18) has a supply line (36) for supplying a solution containing fermentable substances, a gas discharge line for biogas (38) and a discharge line (40) for fermented Mixture comprises, the discharge line (40) for the fermented mixture being connected to the flotation device (26) which has a first discharge line (74) for suspension and a second discharge line (30) for a first filtrate, the ...
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage sowie ein Verfahren zur Herstellung von Biogas durch Fermentation.The present invention relates to a plant and a process for the production of biogas by fermentation.
Aufgrund der Verknappung und Verteuerung der fossilen Brennstoffe gewinnt die regenerative Energiegewinnung zunehmend an Bedeutung. Ein bekanntes Verfahren zur regenerativen Energiegewinnung ist die Herstellung von Biogas aus vergärbaren, biomassehaltigen Ausgangsmaterialien, wie Reststoffen, beispielsweise Klärschlamm, Bioabfall oder Speiseresten, aus Wirtschaftsdünger, wie Gülle und Mist, oder aus Pflanzen, wie Mais und dergleichen. Bei diesen Verfahren wird durch anaerobe Fermentation der organischen Ausgangsstoffe Biogas erzeugt, also eine Mischung aus den Hauptkomponenten Methan und Kohlendioxid. Neben Methan und Kohlendioxid kann Biogas auch andere Gase enthalten, wie beispielsweise Wasserstoff, Ammoniak und Stickstoff, wobei der energetisch genutzte Anteil das Methan ist.Due to the shortage and increase in the price of fossil fuels, regenerative energy production is becoming increasingly important. A known method for regenerative energy production is the production of biogas from fermentable, biomass-containing starting materials, such as residues, such as sewage sludge, biowaste or food waste, from manure, such as manure and manure, or from plants, such as corn and the like. In these processes, biogas is produced by anaerobic fermentation of the organic starting materials, ie a mixture of the main components methane and carbon dioxide. In addition to methane and carbon dioxide, biogas may also contain other gases, such as hydrogen, ammonia and nitrogen, with the energetic part being methane.
Bei den bekannten Verfahren zur Herstellung von Biogas wird der fermentierbare Ausgangsstoff zunächst mit Wasser zu einer Suspension vermischt, bevor diese Suspension in einem Fermentationsreaktor unter anaeroben Bedingungen unter Bildung von Biogas fermentiert wird. Um dieses Verfahren möglichst wirtschaftlich durchzuführen, wird dieses häufig kontinuierlich durchgeführt, wobei ein Teil des eingesetzten Wassers als Prozesswasser im Kreislauf geführt wird. Bei einem solchen Verfahren wird nach dem Abführen der fermentierten Mischung aus dem Fermentationsreaktor ein Teil des in der abgeführten Mischung enthaltenen Wassers von der Suspension abgetrennt, gereinigt und erneut zur Suspendierung der Ausgangsstoffe eingesetzt. Allerdings ist bei den bekannten Anlagen zur Herstellung von Biogas häufig der erzielte Reinigungsgrad für das Prozesswasser ungenügend, so dass nur ein vergleichsweise geringer Anteil des Prozesswassers im Kreislauf geführt werden kann und mithin erhebliche Mengen an Frischwasser notwendig sind. Andere Verfahren, welche eine ausreichende Reinigung des Prozesswassers erreichen, so dass ein vergleichsweise großer Anteil des Prozesswassers im Kreislauf geführt werden kann, nutzen Reinigungsvorrichtungen, welche sowohl hohe Investitionskosten als auch hohe Betriebskosten erfordern, und/oder können nur mit einem vergleichsweise geringen Durchsatz betrieben werden.In the known processes for the production of biogas, the fermentable starting material is first mixed with water to form a suspension, before this suspension is fermented under anaerobic conditions in a fermentation reactor to form biogas. To carry out this process as economically as possible, this is often carried out continuously, with a portion of the water used is recycled as process water. In such a method, after the removal of the fermented mixture from the fermentation reactor, part of the water contained in the discharged mixture is separated from the suspension, purified and reused to suspend the starting materials. However, in the known plants for the production of biogas, the degree of purification achieved for the process water is often insufficient, so that only a comparatively small proportion of the process water can be circulated and consequently considerable amounts of fresh water are necessary. Other methods which achieve sufficient purification of the process water so that a comparatively large portion of the process water can be recirculated use cleaning devices which require both high investment costs and high operating costs, and / or can only be operated at a comparatively low throughput ,
Eine entsprechende Anlage und ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung von Biogas ist beispielsweise aus der
Aus der
In der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine kostengünstige Anlage zur kontinuierlichen Herstellung von Biogas mittels Fermentation bereitzustellen, bei der das Prozesswasser, insbesondere auch, wenn die Anlage mit einem hohen Durchsatz betrieben wird, effizient gereinigt wird, so dass ein großer Anteil des Prozesswassers im Kreislauf geführt werden kann, ohne dass sich Verunreinigungen in dem Prozesswasser anreichern, und nur geringe Mengen an Frischwasser zugeführt werden müssen, so dass die Anlage effizient und wirtschaftlich betrieben werden kann. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines kontinuierlichen Verfahrens zur Herstellung von Biogas mittels Fermentation, welches mit einem hohen Durchsatz und mit geringen Betriebskosten effizient und wirtschaftlich durchgeführt werden kann.The object of the present invention is therefore to provide a cost-effective plant for the continuous production of biogas by means of fermentation, in which the process water, especially if the plant is operated at a high throughput, is cleaned efficiently, so that a large proportion of the process water in the Circulation can be performed without impurities accumulate in the process water, and only small amounts of fresh water must be supplied so that the system can be operated efficiently and economically. Another object of the present invention is to provide a continuous process for the production of biogas by means of fermentation, which can be carried out efficiently and economically with a high throughput and with low operating costs.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Anlage gemäß dem Patentanspruch 1 und insbesondere durch eine Anlage zur Herstellung von Biogas durch Fermentation umfassend:
- – wenigstens einen Fermentationsreaktor, in dem fermentierbare Substanzen durch Bakterien unter Bildung von Biogas fermentiert werden,
- – eine erste Eindickvorrichtung, wobei die erste Eindickvorrichtung ein Scheibenfilter oder ein rotierender Schwerkrafteindicker ist,
- – eine zweite Eindickvorrichtung, wobei die zweite Eindickvorrichtung eine Schneckenpresse oder eine Siebbandpresse ist, sowie
- – eine Flotationseinrichtung, wobei die Flotationseinrichtung eine einen Druckentspannungsflotationsreaktor aufweisende Druckentspannungsflotationseinrichtung, welche wenigstens eine Zufuhrleitung für Druckluft aufweist, ist,
- i) der Fermentationsreaktor eine Zufuhrleitung zur Zuführung einer fermentierbare Substanzen enthaltenden Suspension, eine Gasabfuhrleitung für Biogas und eine Abfuhrleitung für fermentierte Suspension umfasst, wobei die Abfuhrleitung für fermentierte Suspension mit der ersten Eindickvorrichtung verbunden ist, welche eine erste Abfuhrleitung für ein erstes Filtrat und eine zweite Abfuhrleitung für eingedickte Suspension aufweist, wobei die zweite Abfuhrleitung für eingedickte Suspension der ersten Eindickvorrichtung mit der zweiten Eindickvorrichtung verbunden ist, welche eine erste Abfuhrleitung für ein zweites Filtrat und eine zweite Abfuhrleitung für eingedickte Suspension aufweist, und wobei die erste Abfuhrleitung für das erste Filtrat der ersten Eindickvorrichtung mit der Flotationseinrichtung verbunden ist,
- ii) der Fermentationsreaktor eine Zufuhrleitung zur Zuführung einer fermentierbare Substanzen enthaltenden Lösung, eine Gasabfuhrleitung für Biogas und eine Abfuhrleitung für fermentierte Mischung umfasst, wobei die Abfuhrleitung für die fermentierte Mischung mit der Flotationseinrichtung verbunden ist, welche eine erste Abfuhrleitung für Suspension und eine zweite Abfuhrleitung für ein erstes Filtrat aufweist, wobei die erste Abfuhrleitung für Suspension mit der ersten Eindickvorrichtung verbunden ist, welche eine erste Abfuhrleitung für ein zweites Filtrat und eine zweite Abfuhrleitung für eingedickte Suspension aufweist, wobei die zweite Abfuhrleitung für eingedickte Suspension der ersten Eindickvorrichtung mit der zweiten Eindickvorrichtung verbunden ist, welche eine erste Abfuhrleitung für ein drittes Filtrat und eine zweite Abfuhrleitung für eingedickte Suspension aufweist, wobei die erste Abfuhrleitung für das zweite Filtrat von der ersten Eindickvorrichtung in die Abfuhrleitung für die fermentierte Mischung des Fermentationsreaktors führt und die erste Abfuhrleitung für das dritte Filtrat der zweiten Eindickvorrichtung in die Abfuhrleitung für die fermentierte Mischung des Fermentationsreaktors führt.
- At least one fermentation reactor in which fermentable substances are fermented by bacteria to form biogas,
- A first thickening device, wherein the first thickening device is a disc filter or a rotating gravity thickener,
- - A second thickening device, wherein the second thickening device is a screw press or a belt press, and
- A flotation device, wherein the flotation device is a pressure-release flotation device having a pressure-release flotation reactor and having at least one compressed air supply line,
- i) the fermentation reactor comprises a feed line for feeding a fermentable substance-containing suspension, a gas discharge line for biogas and a discharge line for fermented suspension, wherein the discharge line for fermented suspension is connected to the first thickening device, which comprises a first discharge line for a first filtrate and a second Having discharge line for thickened suspension, wherein the second discharge line for thickened suspension of the first thickening device with the second thickening device is connected, which has a first discharge line for a second filtrate and a second discharge line for thickened suspension, and wherein the first discharge line for the first filtrate first thickening device is connected to the flotation device,
- ii) the fermentation reactor comprises a feed line for supplying a fermentable substance-containing solution, a gas discharge line for biogas and a discharge line for fermented mixture, wherein the discharge line for the fermented mixture is connected to the flotation device, which comprises a first discharge line for suspension and a second discharge line for a first filtrate, wherein the first discharge line for suspension is connected to the first thickening device having a first discharge line for a second filtrate and a second discharge line for thickened suspension, wherein the second thickened suspension discharge line of the first thickening device is connected to the second thickening device which has a first discharge line for a third filtrate and a second discharge line for thickened suspension, wherein the first discharge line for the second filtrate from the first thickening device into the The discharge line for the fermented mixture of the fermentation reactor leads and leads the first discharge line for the third filtrate of the second thickening device in the discharge line for the fermented mixture of the fermentation reactor.
Indem die Anlage neben dem wenigstens einen Fermentationsreaktor eine Reinigungsvorrichtung für Prozesswasser umfasst, welche zwei Eindickvorrichtungen und eine Flotationseinrichtung aufweist, kann das in der Anlage im Kreislauf geführte Prozesswasser effizient gereinigt werden, so dass das Prozesswasser vollständig bzw. zumindest nahezu vollständig im Kreislauf geführt werden kann, ohne dass sich durch die Kreislaufführung Verunreinigungen in dem Prozesswasser anreichern. Insbesondere kann so zuverlässig ein benötigter Reinheitsgrad des Prozesswassers mit einer kontrollierten Partikelgröße etwaig enthaltender Feststoffe gewährleistet werden. Dies erlaubt eine Minimierung des Frischwasserbedarfs der Anlage. Insbesondere kann aufgrund der Flotationseinrichtung, welche das Prozesswasser enthärtet, zuverlässig eine Anreicherung von Kalk in dem Prozesswasser verhindert werden. Ferner kann die erfindungsgemäße Anlage aufgrund der hohen Reinigungseffizienz mit einem hohen Durchsatz betrieben werden. Zudem sind die Investitionskosten für die Anlage, bezogen auf den Durchsatz, gering, weil es sich bei den einzelnen zur Reinigung des Prozesswassers eingesetzten Bauteilen, nämlich den beiden Eindickvorrichtungen und der Flotationseinrichtung, um vergleichsweise kostengünstige Anlagenteile handelt. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, das die für die Reinigung des Prozesswassers notwendigen Vorrichtungen, insbesondere die beiden Eindickvorrichtungen, nur wenig Platz beanspruchen.By the plant next to the at least one fermentation reactor comprises a cleaning device for process water, which has two thickening devices and a flotation, the run in the plant process water can be efficiently cleaned, so that the process water can be completely or at least almost completely recycled , without contaminants accumulating in the process water due to the circulation. In particular, a required degree of purity of the process water with a controlled particle size of solids possibly containing can be ensured so reliably. This allows a minimization of the fresh water requirement of the system. In particular, owing to the flotation device which softens the process water, accumulation of lime in the process water can be reliably prevented. Furthermore, the plant according to the invention can be operated at a high throughput due to the high cleaning efficiency. In addition, the investment costs for the plant, based on the throughput, low, because it is in the individual components used to clean the process water, namely the two thickeners and the flotation, are relatively inexpensive parts of the system. A further advantage of the present invention is that the devices required for the purification of the process water, in particular the two thickening devices, require only little space.
Unter einer Eindickvorrichtung wird im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung verstanden, welche aus Mischungen, wie Suspensionen, Wasser abtrennt, so dass Wasser bzw. Filtrat und eine eingedickte Suspension, d. h. eine Suspension mit einem im Vergleich zu dem Feststoffanteil der Suspension vor der Eindickung erhöhten Feststoffanteil, resultiert. Insofern bezeichnet Eindickung im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Entwässerung einer Mischung, insbesondere einer Suspension.For the purposes of the present invention, a thickening device is understood to be a device which separates from mixtures, such as suspensions, of water so that water or filtrate and a thickened suspension, ie. H. a suspension with a compared to the solids content of the suspension before thickening increased solids content results. In this respect, thickening in the sense of the present invention refers to a dehydration of a mixture, in particular a suspension.
Bei der erfindungsgemäßen Anlage wird eine besonders effektive Eindickung bei gleichzeitig geringem Platzbedarf und bei geringen Investitionskosten für die Vorrichtung, welche dennoch eine hohe Eindickkapazität aufweist, erreicht, indem als erste Eindickvorrichtung ein rotierender Scheibeneindicker oder ein rotierender Schwerkrafteindicker eingesetzt wird. Ein bevorzugtes Beispiel für einen Scheibeneindicker ist ein Scheibenfilter, wohingegen ein Vorseichtisch ein bevorzugtes Beispiel für ein Schwerkrafteindicker ist. Ein Vorteil bei der Verwendung eines Scheibenfilters liegt darin, dass dieser durch Einstellung des inneren Flüssigkeitsvolumens und durch Einstellung der Umdrehungen der rotierenden Scheiben pro Zeiteinheit auf etwaig unterschiedliche Zuführungsgeschwindigkeiten der Suspension eingestellt werden kann.In the system according to the invention a particularly effective thickening with low space requirement and low investment costs for the device, which nevertheless has a high thickening capacity, achieved by a rotating disc thickener or a rotating gravity thickener is used as a first thickening device. A preferred example of a disc thickener is a disc filter, whereas a prefessure is a preferred example of a gravity thickener. An advantage of using a disk filter is that this can be adjusted by adjusting the internal volume of liquid and by adjusting the revolutions of the rotating disks per unit time to any different feed rates of the suspension.
Aus den vorgenannten Gründen ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die zweite Eindickvorrichtung eine Schneckenpresse oder eine Siebbandpresse ist.For the aforementioned reasons, it is provided according to the invention that the second thickening device is a screw press or a wire belt press.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die erste Eindickvorrichtung ein Scheibenfilter und die zweite Eindickvorrichtung eine Schneckenpresse. Die Kombination eines Scheibenfilters und einer Schneckenpresse ist platzsparend und ermöglicht eine effiziente und hohe Eindickung einer Suspension, beispielsweise bis zu einem Feststoffgehalt von mindestens 35%.According to a particularly preferred embodiment of the present invention, the first thickening device is a disc filter and the second thickening device is a screw press. The combination of a disc filter and a screw press saves space and allows efficient and high thickening of a suspension, for example up to a solids content of at least 35%.
Zudem wird mit der erfindungsgemäßen Anlage eine besonders gute und effektive Entfernung von Verunreinigungen in dem Prozesswasser, insbesondere auch bei einem hohen Durchsatz, erreicht, weil die Flotationseinrichtung als eine einen Druckentspannungsflotationsreaktor aufweisende Druckentspannungsflotationseinrichtung vorgesehen ist.In addition, with the system according to the invention a particularly good and effective removal of impurities in the process water, in particular at a high throughput, achieved because the flotation is provided as a Druckentspannungsflotationsreaktor having Druckentspannungsflotationseinrichtung.
Vorzugsweise weist die Druckentspannungsflotationseinrichtung wenigstens eine Zufuhrleitung für ein pH-Einstellmittel, wie eine Base, beispielsweise Natronlauge, auf, um in dem Prozesswasser einen für eine effiziente und vollständige Abtrennung von Verunreinigungen aus dem Prozesswasser in der Flotationseinrichtung optimalen pH-Wert einzustellen. Auf diese Weise kann insbesondere auch die Härte des Prozesswassers effizient verringert werden.The pressure-release flotation device preferably has at least one feed line for a pH-adjusting agent, such as a base, for example sodium hydroxide solution, in order to set an optimum pH in the process water for efficient and complete removal of impurities from the process water in the flotation device. In this way, in particular, the hardness of the process water can be reduced efficiently.
Aus dem gleichen Grund ist es bevorzugt, in der Druckentspannungsflotationseinrichtung wenigstens eine Zufuhrleitung für ein Fällungsmittel und/oder für ein Flockungshilfsmittel vorzusehen.For the same reason, it is preferable to provide at least one feed line for a precipitant and / or for a flocculation aid in the pressure-release flotation device.
Bei der Druckentspannungsflotation wird das zu behandelnden Prozesswasser vorzugsweise zunächst durch Zugabe eines pH-Einstellmittels, beispielsweise Natronlauge, auf einen für die Ausfällung von Feststoffen, wie Kalk, geeigneten neutralen oder alkalischen pH-Wert, welcher vorzugsweise zwischen 7 und 10, besonders bevorzugt zwischen 7 und 9 und ganz besonders bevorzugt zwischen 7,5 und 8,5 liegt, eingestellt. Optional können dem Wasser zur Erleichterung der Kalkbildung und zur Bildung von Präzipitaten aus anderen Verunreinigungen Fällungsmittel und/oder Flockungshilfsmittel zugesetzt werden. Während sich als Fällungsmittel Polyaluminiumchlorid bewährt hat, ist ein bevorzugtes Beispiel für ein geeignetes Flockungshilfsmittel Polyacrylamid. Anschließend wird der so erzeugten Mischung Druckluft zugesetzt und wird diese Mischung mit Druck beaufschlagt, bevor die mit Druck beaufschlagte Mischung in einem Druckentspannungsflotationsreaktor entspannt bzw. einem verminderten Druck ausgesetzt wird, wodurch die vorher zugesetzte Druckluft zumindest weitestgehend in Form von Gasblasen aus dem Prozesswasser ausperlt und nach oben strömt. Dabei reißen die Gasblasen die in dem Wasser enthaltenen Flocken aus Verunreinigungen mit, so dass diese von dem Wasser abgetrennt werden. Aus diesem Grund weist die Druckentspannungsflotationseinrichtung vorzugsweise wenigstens eine Zufuhrleitung für ein Druckluft und eine Gaslösungseinrichtung, welche mit dem Druckentspannungsflotationsreaktor über eine Leitung verbunden ist und in welche die Druckgaszufuhrleitung mündet, auf.In Druckentspannungsflotation the process water to be treated is preferably first by adding a pH adjusting agent, for example sodium hydroxide, to a suitable for the precipitation of solids, such as lime, neutral or alkaline pH, which is preferably between 7 and 10, more preferably between 7 and 9, and most preferably between 7.5 and 8.5. Optionally, precipitants and / or flocculants may be added to the water to facilitate calcification and to form precipitates from other contaminants. While polyaluminum chloride has proven to be a precipitant, a preferred example of a suitable flocculant is polyacrylamide. Subsequently, compressed air is added to the mixture thus produced, and this mixture is pressurized before the pressurized mixture is expanded in a pressure-release flotation reactor or subjected to reduced pressure, whereby the previously added compressed air at least largely bubbles out of the process water in the form of gas bubbles and flows upwards. The gas bubbles tear the impurities contained in the water from impurities, so that they are separated from the water. For this reason, the pressure-release flotation device preferably has at least one supply line for a compressed air and a gas-solution device which is connected to the pressure-release flotation reactor via a line and into which the compressed gas supply line opens.
Um eine effiziente Abtrennung von Verunreinigungen, wie Kalk, zu erreichen, wird in Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgeschlagen, die Druckentspannungsflotationsvorrichtung so auszulegen, dass die Druckdifferenz zwischen der Druckbeaufschlagung und der Entspannung wenigstens 2 bar, bevorzugt wenigstens 3 bar, besonders bevorzugt wenigstens 4 bar und ganz besonders bevorzugt wenigstens 5 bar beträgt. Je größer die vorgenannte Druckdifferenz ist, desto kleiner sind die bei der Entspannung entstehenden Gasperlen, so dass aufgrund des größeren Oberflächen- zu Volumenverhältnisses der Gasblasen eine erhöhte Abtrennung von Verunreinigungen erreicht wird.In order to achieve an efficient separation of impurities, such as lime, it is proposed in a further development of the invention to design the pressure-release flotation device such that the pressure difference between the pressurization and the expansion is at least 2 bar, preferably at least 3 bar, more preferably at least 4 bar and all more preferably at least 5 bar. The larger the aforementioned pressure difference, the smaller are the gas beads formed during the expansion, so that an increased separation of impurities is achieved on account of the larger surface area to volume ratio of the gas bubbles.
Mithin umfasst die Druckentspannungsflotationsvorrichtung vorzugsweise eine Fällungseinrichtung, in der durch Zugabe einer aus der aus pH-Einstellmitteln, Fällungsmitteln, Flockungshilfsmitteln und beliebigen Kombinationen hiervon bestehenden Gruppe ausgewählten Substanz Verunreinigungen aus dem Prozesswasser ausgefällt werden, sowie eine Feststoffabtrenneinrichtung, in der die ausgefällten Feststoffe aus dem Prozesswasser abgetrennt werden. Beispielsweise kann die Fällungseinrichtung, wie vorstehend ausgeführt, eine pH-Wert-Einstelleinrichtung sowie eine Zufuhrleitung für Fällungsmittel und/oder Flockungshilfsmittel umfassen, wohingegen die Feststoffabtrenneinrichtung vorzugsweise eine Zumischeinheit für Druckgas, einen Gaslösungsreaktor zur physikalischen Lösung des Druckgases in dem Prozesswasser sowie einen Druckentspannungsflotationsreaktor aufweist.Thus, the pressure release flotation device preferably comprises a precipitation device in which impurities are precipitated from the process water by addition of a substance selected from the group consisting of pH adjusters, precipitants, flocculants, and any combinations thereof, as well as a solids separation device in which the precipitated solids from the process water be separated. For example, as stated above, the precipitator may comprise a pH adjuster and a precipitant and / or flocculation aid feed line, whereas the solids separator preferably comprises a pressurized gas admixing unit, a gas solution reactor for physically dissolving the pressurized gas in the process water, and a pressure flotation flotation reactor.
Um bei der vorgenannten Ausführungsform eine homogene Vermischung des Prozesswassers mit der aus der aus pH-Einstellmitteln, Fällungsmitteln, Flockungshilfsmitteln und beliebigen Kombinationen hiervon bestehenden Gruppe ausgewählten Substanz zu erreichen, weist die erfindungsgemäße Anlage bevorzugt eine Mischeinheit zur homogenen Einmischung der vorgenannten wenigstens einen Substanz auf.In the aforementioned embodiment, in order to achieve homogeneous mixing of the process water with the substance selected from the group consisting of pH adjusting agents, precipitating agents, flocculants and any combinations thereof, U.S. 4,163,963 Plant according to the invention preferably has a mixing unit for homogeneous mixing of the abovementioned at least one substance.
Zusätzlich zu dem wenigstens einen Fermentationsreaktor, in dem fermentierbare Substanzen durch Bakterien unter Bildung von Biogas fermentiert werden, und zu der Reinigungseinrichtung, welche die erste Eindickvorrichtung, die zweite Eindickvorrichtung sowie die Flotationseinrichtung umfasst, weist die erfindungsgemäße Anlage vorzugsweise ferner einen Mischbehälter zur Vermischung des fermentierbaren Ausgangsstoffs mit Wasser, welches vornehmlich aus im Kreislauf geführten Prozesswasser und ggf. einem kleinen Teil Frischwasser besteht, auf.In addition to the at least one fermentation reactor in which fermentable substances are fermented by bacteria to form biogas, and to the cleaning device comprising the first thickening device, the second thickening device and the flotation, the plant according to the invention preferably further comprises a mixing container for mixing the fermentable Starting material with water, which consists primarily of recirculated process water and possibly a small amount of fresh water, on.
Des weiteren ist es bevorzugt, dass die erfindungsgemäße Anlage einen Hydrolysebehälter umfasst, in dem die aus fermentierbarem Ausgangsstoff und Wasser bestehende Mischung inkubiert wird, um den Ausgangsstoff zu hydrolysieren. Dies kann durch enzymatische Hydrolyse oder durch Acidogenese erfolgen. Während bei der enzymatischen Hydrolyse Polymere, wie beispielsweise Polysaccharide, Polypeptide und Fette, durch aus Mikroorganismen stammende Exoenzyme zu deren Monomeren, wie Zucker, Aminosäuren und Fettsäuren, abgebaut werden, werden diese Monomere bei der Acidogenese durch acidogene Mikroorganismen in organische Säuren, Alkohole, Aldehyde, Wasserstoff und Kohlendioxid umgewandelt. Zudem können in dem Hydrolysebehälter bzw. dem Hydrolysereaktor durch Zugabe geeigneter Nährstoffe und Spurenelemente die für die in dem wenigstens einen nachfolgenden Fermentationsreaktor eingesetzten anaeroben Mikroorganismen geeigneten Wachstumsbedingungen eingestellt werden. Gleichermaßen können in dem Hydrolysebehälter durch Zugabe entsprechender pH-Einstellmittel die für das Wachstum der Mikroorganismen in dem nachfolgenden anaeroben Reaktor geeigneten pH-Werte des Prozesswassers eingestellt werden.Furthermore, it is preferred that the system according to the invention comprises a hydrolysis container in which the mixture consisting of fermentable starting material and water is incubated in order to hydrolyze the starting material. This can be done by enzymatic hydrolysis or by acidogenesis. While in enzymatic hydrolysis polymers, such as polysaccharides, polypeptides and fats, are degraded by microorganism-derived exoenzymes to their monomers, such as sugars, amino acids and fatty acids, these monomers, in acidogenesis by acidogenic microorganisms, become organic acids, alcohols, aldehydes , Converted to hydrogen and carbon dioxide. In addition, in the hydrolysis vessel or the hydrolysis reactor, by adding suitable nutrients and trace elements, the growth conditions suitable for the anaerobic microorganisms used in the at least one subsequent fermentation reactor can be set. Likewise, in the hydrolysis tank, the pH values of the process water suitable for the growth of the microorganisms in the subsequent anaerobic reactor can be adjusted by adding appropriate pH adjusting agents.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der wenigstens eine Fermentationsreaktor der erfindungsgemäßen Anlage eine Zufuhrleitung zur Zuführung einer fermentierbare Substanzen enthaltenden Suspension, eine Gasabfuhrleitung für Biogas und eine Abfuhrleitung für fermentierte Suspension auf, wobei die Abfuhrleitung für fermentierte Suspension mit der ersten Eindickvorrichtung verbunden ist, welche eine erste Abfuhrleitung für ein erstes Filtrat und eine zweite Abfuhrleitung für eingedickte Suspension aufweist, wobei die zweite Abfuhrleitung für eingedickte Suspension der ersten Eindickvorrichtung mit der zweiten Eindickvorrichtung verbunden ist, welche eine erste Abfuhrleitung für ein zweites Filtrat und eine zweite Abfuhrleitung für eingedickte Suspension aufweist, und wobei die erste Abfuhrleitung für das erste Filtrat der ersten Eindickvorrichtung mit der Flotationseinrichtung verbunden ist.According to a first preferred embodiment of the present invention, the at least one fermentation reactor of the system according to the invention comprises a feed line for feeding a fermentable substances containing suspension, a gas discharge line for biogas and a discharge line for fermented suspension, wherein the discharge line for fermented suspension is connected to the first thickening device comprising a first discharge line for a first filtrate and a second discharge line for thickened suspension, wherein the second thickened suspension discharge line of the first thickening device is connected to the second thickening device comprising a first discharge line for a second filtrate and a second thickened suspension discharge line and wherein the first discharge line for the first filtrate of the first thickening device is connected to the flotation device.
Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Anlage gemäß dieser Ausführungsform einen stromaufwärts des Fermentationsreaktors angeordneten Mischbehälter zur Vermischung des fermentierbaren Ausgangsstoffs mit Prozesswasser auf und ist die Flotationseinrichtung eine, einen Druckentspannungsflotationsreaktor aufweisende Druckentspannungsflotationseinrichtung, welche eine erste Abfuhrleitung für Feststoff und eine zweite Abfuhrleitung für ein drittes Filtrat aufweist, wobei die Abfuhrleitung für das dritte Filtrat direkt oder indirekt, d. h. über weitere Vorrichtungsteile, mit dem Mischbehälter verbunden ist.Preferably, according to this embodiment, the plant according to the invention comprises a mixing vessel arranged upstream of the fermentation reactor for mixing the fermentable feed with process water, and the flotation means is a pressure-release flotation device comprising a pressure-release flotation reactor having a first solids discharge line and a second third filtrate discharge line the discharge line for the third filtrate directly or indirectly, d. H. via further device parts, is connected to the mixing container.
Bei dieser Ausführungsform kann die erste Abfuhrleitung für das zweite Filtrat der zweiten Eindickvorrichtung in den Mischbehälter führen oder in die Flotationseinrichtung führen. Des weiteren kann von der zweiten Eindickvorrichtung auch eine Teilstromleitung für das zweite Filtrat in den Mischbehälter führen, wohingegen eine andere Teilstromleitung für das zweite Filtrat in die Flotationseinrichtung führt.In this embodiment, the first discharge line for the second filtrate of the second thickening device may lead into the mixing container or lead into the flotation device. Furthermore, a partial flow line for the second filtrate can also lead from the second thickening device into the mixing tank, whereas another partial flow line for the second filtrate leads into the flotation device.
Zudem kann die zweite Abfuhrleitung für eingedickte Suspension der zweiten Eindickvorrichtung in den Mischbehälter zurückführen oder, was bevorzugt ist, zu einem Entsorgungsbehälter führen. Ferner ist es auch möglich, von der zweiten Eindickvorrichtung eine Teilstromleitung für eingedickte Suspension in den Mischbehälter zu führen, während eine andere Teilstromleitung zu einem Entsorgungsbehälter führt.In addition, the second discharge line for thickened suspension of the second thickening device can be returned to the mixing container or, what is preferred, lead to a disposal container. Furthermore, it is also possible to lead from the second thickening device a partial flow line for thickened suspension in the mixing container, while another partial flow line leads to a disposal container.
Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Fermentationsreaktor der erfindungsgemäßen Anlage eine Zufuhrleitung zur Zuführung einer fermentierbare Substanzen enthaltenden Lösung, eine Gasabfuhrleitung für Biogas und eine Abfuhrleitung für fermentierte Mischung auf, wobei die Abfuhrleitung für die fermentierte Mischung mit der Flotationseinrichtung verbunden ist, welche eine erste Abfuhrleitung für Suspension und eine zweite Abfuhrleitung für ein erstes Filtrat aufweist, wobei die erste Abfuhrleitung für Suspension mit der ersten Eindickvorrichtung verbunden ist, welche eine erste Abfuhrleitung für ein zweites Filtrat und eine zweite Abfuhrleitung für eingedickte Suspension aufweist, wobei die zweite Abfuhrleitung für eingedickte Suspension der ersten Eindickvorrichtung mit der zweiten Eindickvorrichtung verbunden ist, welche eine erste Abfuhrleitung für ein drittes Filtrat und eine zweite Abfuhrleitung für eingedickte Suspension aufweist, wobei die erste Abfuhrleitung für das zweite Filtrat von der ersten Eindickvorrichtung in die Abfuhrleitung für die fermentierte Mischung des Fermentationsreaktors führt und die erste Abfuhrleitung für das dritte Filtrat der zweiten Eindickvorrichtung in die Abfuhrleitung für die fermentierte Mischung des Fermentationsreaktors führt.According to a second preferred embodiment of the present invention, the fermentation reactor of the plant according to the invention comprises a feed line for supplying a fermentable substances containing solution, a gas discharge line for biogas and a discharge line for fermented mixture, wherein the discharge line for the fermented mixture with the flotation device is connected a first discharge line for suspension and a second discharge line for a first filtrate, wherein the first discharge line for suspension with the first thickening device is connected, which has a first discharge line for a second filtrate and a second discharge line for thickened suspension, wherein the second discharge line for thickened suspension of the first thickening device is connected to the second thickening device, which comprises a first discharge line for a third filtrate and a second discharge line for thickened Suspensi on, wherein the first discharge line for the second filtrate from the first thickening device leads into the discharge line for the fermented mixture of the fermentation reactor and the first discharge line for the third filtrate of the second thickening device leads into the fermentation mixture discharge line for the fermentation reactor.
Vorzugsweise weist auch die erfindungsgemäße Anlage gemäß dieser Ausführungsform einen stromaufwärts des Fermentationsreaktors angeordneten Mischbehälter zur Vermischung des fermentierbaren Ausgangsstoffs mit Wasser auf und ist die Flotationseinrichtung eine, einen Druckentspannungsflotationsreaktor aufweisende Druckentspannungsflotationseinrichtung ist, wobei die zweite Abfuhrleitung für das erste Filtrat der Flotationseinrichtung direkt oder indirekt mit dem Mischbehälter verbunden ist.Preferably, the plant according to the invention also has a mixing vessel arranged upstream of the fermentation reactor for mixing the fermentable starting material with water, and the flotation device is a pressure-release flotation device having a pressure-release flotation reactor, the second flotation device's first filtrate leading directly or indirectly to the flotation device Mixing container is connected.
Bei allen vorgenannten Ausführungsformen ist es bevorzugt, dass stromabwärts des Mischbehälters und stromaufwärts des Fermentationsreaktors, d. h. zwischen dem Mischbehälter und dem Fermentationsreaktor, ein Hydrolysebehälter vorgesehen ist, um den Ausgangsstoff entweder durch enzymatische Hydrolyse und/oder durch Acidogenese zu hydrolysieren. Alternativ dazu ist es auch möglich, den Mischbehälter und den Hydrolysebehälter zu kombinieren, d. h. die Vermischung des Prozesswassers und des Ausgangsstoffs sowie die Hydrolyse der so hergestellten Suspension in einem Behälter bzw. Reaktor durchzuführen.In all the above embodiments, it is preferred that downstream of the mixing vessel and upstream of the fermentation reactor, i. H. between the mixing vessel and the fermentation reactor, a hydrolysis vessel is provided to hydrolyze the starting material either by enzymatic hydrolysis and / or by acidogenesis. Alternatively, it is also possible to combine the mixing vessel and the hydrolysis vessel, i. H. to carry out the mixing of the process water and the starting material and the hydrolysis of the suspension thus prepared in a container or reactor.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Biogas durch Fermentation. Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren die nachfolgenden Schritte:
- – Fermentieren einer fermentierbare Substanzen enthaltenden Mischung durch Bakterien unter Bildung von Biogas,
- – Eindicken wenigstens eines Teilstroms der Mischung oder eines Filtrats der Mischung in einer ersten Eindickvorrichtung,
- – Eindicken wenigstens eines Teilstroms der Mischung oder eines Filtrats der Mischung in einer zweite Eindickvorrichtung sowie
- – Reinigen wenigstens eines Teilstroms der Mischung oder eines Filtrats der Mischung in einer Flotationseinrichtung,
- Fermenting a mixture containing fermentable substances by bacteria to form biogas,
- Condensing at least one partial stream of the mixture or of a filtrate of the mixture in a first thickening device,
- - Thickening at least a partial flow of the mixture or a filtrate of the mixture in a second thickening device and
- Purifying at least one partial stream of the mixture or of a filtrate of the mixture in a flotation device,
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.Hereinafter, the present invention will be described purely by way of example with reference to advantageous embodiments and with reference to the accompanying drawings.
Dabei zeigen:Showing:
Die in der
Der Vorratsbehälter
An dem Fermentationsreaktor
In dem Vorratsgefäß
Die Flotationseinrichtung
Schließlich weist die Anlage
Beim Betrieb der in der
Die aus dem Fermentationsreaktor
Von dem Vorratsgefäß
Aus dem Druckentspannungsflotationsreaktor
Über die Teilstromleitung
Die in der
Aus diesem Grund führt die Abfuhrleitung
Die in der
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Anlage zur Herstellung von BiogasPlant for the production of biogas
- 1212
- Vorratsbehälter für pflanzlichen RohstoffStorage container for vegetable raw material
- 1414
- Mischbehältermixing tank
- 1616
- Hydrolysebehälterhydrolysis tank
- 1818
- Fermentationsreaktorfermentation reactor
- 2020
- erste Eindickvorrichtungfirst thickening device
- 2222
- zweite Eindickvorrichtungsecond thickening device
- 2424
- Vorratsbehälter für FiltratStorage tank for filtrate
- 2626
- Flotationseinrichtungflotation
- 2828
- Feststoffzufuhrleitung für pflanzlichen RohstoffSolid feed line for vegetable raw material
- 3030
- Zufuhrleitung für ProzesswasserSupply line for process water
- 3232
- Suspensionsleitungsuspension line
- 3434
- Zulaufleitung für pH-EinstellmittelInlet line for pH adjustment agent
- 3636
- HydrolysatabfuhrleitungHydrolysatabfuhrleitung
- 3838
- BiogasabfuhrleitungBiogas discharge line
- 4040
- Abfuhrleitung für die fermentierte SuspensionDischarge line for the fermented suspension
- 4242
- SuspensionsabfuhrleitungSuspension removal line
- 4444
- Abfuhrleitung für FiltratDischarge line for filtrate
- 4646
- SchlammabfuhrleitungSludge removal line
- 4848
- Abfuhrleitung für FiltratDischarge line for filtrate
- 50, 50'50, 50 '
- TeilstromleitungPartial flow line
- 5252
- Druckentspannungsflotationsreaktorflotation
- 5454
- Zulaufleitungsupply line
- 5656
- Mischeinheitmixing unit
- 58, 58'58, 58 '
- Zulaufleitung für pH-Einstellmittel, Fällungsmittel und/oder FlockungshilfsmittelInlet line for pH adjusters, precipitants and / or flocculants
- 6060
- KreislaufleitungCircuit line
- 6262
- Zumischeinheitmixing in
- 6464
- GaslösungsreaktorGas solution reactor
- 6666
- DruckgaszufuhrleitungPressure gas supply line
- 68, 68'68, 68 '
- Zulaufleitung für pH-Einstellmittel, Füllungsmittel und/oder FlockungshilfsmittelFeed line for pH adjusters, fillers and / or flocculants
- 7070
- FrischwasserzufuhrleitungFresh water supply line
- 7272
- SchlammabfuhrleitungSludge removal line
- 74, 74', 74''74, 74 ', 74' '
- Leitungmanagement
- 7676
- Leitungmanagement
- 7878
- VoreindickvorrichtungVoreindickvorrichtung
- 8080
- Filtratleitungfiltrate
- 8282
- Abzugsleitungwithdrawal line
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Legal Events
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---|---|---|---|
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R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
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