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Die
vorliegende Erfindung befasst sich mit einem Verfahren und einer
Anlage zur Steigerung der Biogasausbeute eines abbaubaren Substrats,
insbesondere mit einem Verfahren und einer Anlage, bei denen die
jeweiligen Stufen bei optimalen Bedingungen betrieben werden.
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Derartige
Biogasanlagen und Verfahren sind aus der
EP 99968313.9 bekannt. Ein ähnliches
Verfahren ist weiterhin aus der
FR
2 711 980 bekannt geworden. Diese bekannten Verfahren weisen
zwar auch zwei anaerobe Faulstufen auf, zwischen die eine sogenannte
thermische Desintegrationsstufe geschaltet ist, haben jedoch den
Nachteil, dass das anfängliche Verhältnis von
FOS(flüchtige organische Säuren)/TAC (total anorganic
carbon) in der ersten Faulstufe so gut wie nicht bekannt ist und
man von einer etwa gleichen Konzentration des FOS-Wertes und des
TAC-Wertes von ca. 10.000 mg/l ausgehen kann, wobei die FOS-Konzentration
im Laufe der Ausfaulprozesse aufgrund des Säureverbrauchs
zur Methangasbildung abnimmt und die TAC-Konzentration zunimmt.
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Als
nachteilig wird dabei empfunden, dass bereits in der ersten Stufe
Methangas in nicht unerheblichem Umfang gebildet wird, was sich
nachteilig auf die mechanische Konstruktion der Anlage auswirkt.
Ferner ist in den aus dem Stand der Technik bekannten Anlagen der
pH-Wert in der ersten Ausfaulstufe verhältnismäßig
hoch, wodurch in den nachfolgenden Stufen die Methangasbildung eingeschränkt
wird.
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Die
aus der
EP 99968313.9 im
Stand der Technik bekannt gewordene Anlage zur Biogasgewinnung weist
ein horizontal liegendes zylindrisches Berhältnis auf,
dessen Durchmesser ca. 3,80 m und eine Länge von ca. 24
m aufweist, wodurch fertigungstechnische Schwierigkeiten auftreten
können. An der Außenseite des Behältnisses
ist sowohl eine Isolierung von 60 mm Dicke als auch ein Heizsystem angeordnet.
Das Heizsystem besteht aus aufgeschweißten U-Stählen,
welche an der Außenseite des Zylinders längsseits
verlaufen, was eine relativ geringe Wärmeübertragung
an das zu beheizende Substrat liefert. Eine weitere nachteilige
Ausstattung des Behälters ist die Rührwelle, die
zweigeteilt ist und jeder Teil etwa 12 m lang ist. Die Rührwelle
ist ausgestattet mit sogenannten Paddeln, die in einem Durchmesser
von 3,60 m innerhalb des Behältnisses rotieren. Der Antrieb
der Rührwelle wird durch einen Getriebemotor mit einer
Leistung von 3 KW betrieben. Die Drehzahl der Rührwelle
ist auf drei bis fünf Umdrehungen pro Minute begrenzt.
Die Abdichtung der Rührwellen gegenüber dem ausfaulbaren
Substrat erfolgt mit einer sogenannten Gleitringdichtung, die mit
einer Federkraft aufeinandergepresst wird. Die keramischen Planflächen
bilden eine dynamische Abdichtung. Innerhalb des Behältnisses
sind weitere Lagerungen der Welle enthalten. Die Lagerungen sind
mit Gleitlagern aus Kunststoff versehen.
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Als
nachteilig an diesem System wird es angesehen, dass der Hauptfermenter
in zwei Teilen von ca. 12 m Länge angeliefert werden muss,
um dann vor Ort zusammengesetzt zu werden. Die Trennstelle, die
in diesem Falle eine Flanschverbindung darstellt, wird beim Aufstellen
justiert und von innen flüssigkeitsdicht verschweißt.
Die Arbeiten an der Baustelle, um diese Verbindung herzustellen,
sind verhältnismäßig aufwendig und zeitintensiv.
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Ferner
ist es nicht unproblematisch, die Schweißnähte
und Prüfungen so herzustellen, dass sie den Anforderungen
einer Biogasanlage entsprechen.
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Weiterhin
wird die thermische Desintegrationsstufe mittels eines Wassermantels,
der um das Behältnis, in dem sich die zu erwärmende
Biomasse befindet, herumgelegt. Dieser Wassermantel besteht aus
einer druckfesten Außenhülle und einer druckfesten
Innenhülle. Durch den sich ergebenden Ringraum wird das
Wasser der Heizungsanlage gepumpt.
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Dadurch
ergibt sich eine Wärmeübertragung vom äußeren
thermischen erhitzten Ringraumvolumen zum inneren Nutzvolumen.
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Der
Nachteil an einer derartig konstruierten Ringraumheizung für
die thermische Desintegrationsstufe besteht darin, dass infolge
der relativ hohen Drücke innerhalb des Ringraumes die Wandungen verhältnismäßig
stark ausgelegt werden müssen, was kostspielig und technisch
aufwendig ist.
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Ferner
ist es nachteilig, dass die Wärmeleitung des Heizmediums
innerhalb des Mantels nicht ausreichend ist, da infolge der Anordnung
der Strömungsbleche innerhalb des Mantels die Wärmeverteilung
ungleichmäßig ist.
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Aus
der
FR 2 711 980 A1 ein
Verfahren bekannt, bei welchem in einem einstufigen Faulprozess nach
der ersten Phase, in welcher die Hydrolyse- und Säurebildung
stattfindet, noch vor der zweiten Phase, in der das Methangas gebildet
und eine thermische Behandlung eingeschoben wird, was sich als nachteilig
im Hinblick auf die Gesamtausbeute an Biogas auswirkt.
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Im
Hinblick auf die ständig steigenden Anforderungen zur Vermeidung
und Minderung von Abfall- und Schadstoffen, ist es unerlässlich,
sich Gedanken zum weitergehenden Abbau energiehaltiger Stoffe zu machen.
Aus weltpolitischen und Ökonomischen Gründen,
sollten neue Anlagenkonzepte und Technologien zu einer Verbesserung
der Gesamtbilanz erstellt werden. Bei steigenden Substratkosten
für Biomasseanlagen ist es wichtig, dass die eingesetzten Substrate
in optimal. auf die einzelnen Prozessstufen abgestimmten Bedingungen,
mit einem deutlich höheren Abbaugrad abgebaut werden. Dieser
Aspekt der besseren Gesamtnutzung der eingesetzten Substrate ist
von großer Bedeutung für die Umwelt und die Wirtschaftlichkeit.
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Daher
ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, aufgrund einstellbarer
Parameter des anfangs eingeführten Substrats die Konstruktion
der Biogasanlage zu vereinfachen und die CO2-Gesamtbilanz zu
verringern, sodass die Anlage insgesamt kostengünstiger
in der Herstellung ist und effektiver in den einzelnen Abbauprozessen
arbeitet.
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Diese
Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Hauptansprüche
gelöst.
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Erfindungsgemäß ist
das Verfahren zur Steigerung der Biogasausbeute eines biologisch
abbaubaren Substrats mit mindestens einer Hydrolysestufe und mindestens
einer thermischen Desintegrationsstufe, die zwischen der mindestens
einen Hydrolysestufe und mindestens einer Methanstufe angeordnet wird
dadurch gekennzeichnet, dass durch Einstellung der einzelnen Parameter
mindestens in der mindestens einen Hydrolysestufe die Bildung von
Methangas verhindert wird.
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Vorteilhaft
ist es dabei, dass die mindestens eine Hydrolysestufe zwischen 35°C
und 45°C betrieben wird, vorzugsweise jedoch bei ca. 38°C.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, die mindestens eine Hydrolysestufe mit einem
pH-Wert zwischen 5 und 7,5 zu betreiben, vorzugsweise zwischen 5,5
bis 6,5.
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Ferner
ist es vorteilhaft, den FOS zu TAC-Faktor in der Hydrolysestufe
zwischen 1 bis 4 zu halten, vorzugsweise zwischen 2 bis 3.
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Ferner
ist es vorteilhaft, die Verweilzeit (VWZ) des Substrats in der mindestens
einen Hydrolysestufe substratabhängig zwischen 5 Stunden
bis zehn Tagen zu wählen, vorzugsweise zwischen 2 bis 10
Tagen.
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Ferner
ist es vorteilhaft, dass das Anfangssubstrat einen Trockensubstanzanteil
von > 30% aufweist.
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Weiterhin
ist es auch vorteilhaft, dass die thermische Desintegrationsstufe
mit einem pH-Wert zwischen pH = 5,0 und pH = 7,5 betrieben wird,
vorzugsweise zwischen 5,5 bis 7.
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Ferner
ist es vorteilhaft, den FOS/TAC-Faktor der thermischen Desintegrationsstufe
zwischen 1 und 3 zu halten, vorzugsweise zwischen 1,5 bis 2,5.
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Ein
weiterer Vorteil wird darin gesehen, dass die Verweilzeit des Substrats
in der thermischen Desintegrationsstufe zwischen 0,5 und 1,5 Stunden
liegt, vorzugsweise jedoch bei einer Stunde.
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Ferner
ist es vorteilhaft, dass die thermische Desintegrationsstufe bei
Temperaturen zwischen 65°C und 80°C, vorzugsweise
jedoch bei ca. 70°C betrieben wird.
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Ein
weiterer Vorteil wird darin gesehen, dass die mindestens eine Methanstufe
bei einem pH-Wert zwischen pH 7 und pH 8,5 betrieben wird, vorzugsweise
zwischen 7,5 bis 8,0.
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Vorteilhaft
ist es ferner, dass der FOS/TAC-Faktor der Methanstufe zwischen
0,2 und 0,4 liegt, vorzugsweise bei einem FOS/TAC-Faktor von ca.
0,3.
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Vorteilhaft
ist es ferner, dass die Methanstufe zwischen 45°C bis 60°C
betrieben wird, vorzugsweise zwischen 50°C bis 55°C.
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Weiterhin
ist es auch vorteilhaft, dass die Methanstufe mit einer Verweilzeit
des Substrats zwischen 15 bis 35 Tagen betrieben wird, vorzugsweise zwischen
20 bis 35 Tagen, wobei die tatsächliche Verweilzeit vom
jeweiligen Substrat abhängig ist.
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Ein
wesentlicher Vorteil wird darin gesehen, dass die anfängliche
Konzentration des FOS-Faktors bei etwa 15.000 mg/l und am Ende bei
etwa 5.000 mg/l und die Konzentration des TAC-Faktors bei anfänglich
etwa 5.000 mg/l und am Ende der Verweilzeit bei etwa 15.000 mg/l
liegt.
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Die
an das erfindungsgemäße Verfahren angepasste Anlage
zur Steigerung der Biogasausbeute eines eingesetzten Substrats mit
mindestens einer Hydrolysestufe und mindestens einer thermischen Desintegrationsstufe
und mindestens einer Methanstufe, die nach dem o. g. Verfahren erstellt
sind, zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen der mindestens einen
im Wesentlichen waagerecht liegenden Hydrolysestufe und der mindestens
einen Methanstufe mindestens mit seiner Längsachse senkrecht
stehende thermische Desintegrationsstufe angeordnet ist, wobei die
Hydrolysestufe und die thermische Desinintergationsstufe so konstruiert
ist, dass sie bei der Fertigung betriebsbereit erstellt werden können
und in kürzester Zeit bereits geprüft vor Ort aufgestellt
und betrieben werden kann.
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Dabei
ist es vorteilhaft, dass die Längsachse der mindestens
einen Hydrolysestufe im Wesentlichen waagerecht angeordnet ist.
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Vorteilhaft
ist es ferner, dass die Rührwelle innen hohl ist und der
Hohlraum mit einem Gas gefüllt ist.
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Ein
weiterer Vorteil wird darin gesehen, dass der Durchmesser der Rührwelle
zwischen 25 cm und 50 cm liegt, der im Wesentlichen von der Größe
der Hydrolysestufe bzw. der Anlage abhängig ist.
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Vorteilhaft
ist es ferner dass die gesamte mindestens eine Rührwelle
innerhalb des Behältnisses der Hydrolysestufe angeordnet
ist.
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Ganz
besonders vorteilhaft ist es, dass die Hydrolysestufe ein längliches
Behältnis aufweist, in dem mindestens eine Rührwelle
und mindestens ein Heizungsrohr parallel zur Längsachse
angeordnet ist, wobei an der Rührwelle mindestens ein Rührelement
angeordnet ist und die einzelnen Rührelemente wendelförmig
auf der Welle angeordnet sind.
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Vorteilhaft
ist es ferner dass an der Rührwelle mindestens ein Trockenlager
angeordnet ist.
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Vorteilhaft
ist es auch, dass die Rührwelle an einem Ende mit einem
Loslager und das andere Ende mit einem Festlager mit axialer Abdichtung
gelagert ist.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, dass der Boden des Behältnisses eine
schwache Neigung aufweist und in einem Endbereich des Behältnisses
mindestens ein Sandaustragungselement angeordnet ist.
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Ein
weiterer Vorteil wird darin gesehen, dass die Längsachse
der thermischen Desintegrationsstufe senkrecht und die zweite Rührwelle
auf einem Lagerbock angeordnet ist.
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Vorteilhaft
ist es auch dass innerhalb der thermischen Desintegrationsstufe
mindestens zwei Flüssigkeitsdurchlauf-Einrichtungen angeordnet sind,
wobei mindestens eine davon rohrschlangenförmig ausgebildet
ist.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, dass die rohrschlangenförmige Flüssigkeitsdurchlauf-Einrichtung von
einem Wassermantel umgeben ist.
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Im
nun Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren
und die dazugehörige Anlage anhand von Zeichnungen im Detail
näher erläutert. Es zeigt
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1:
eine schematische Blockdarstellung einer erfindungsgemäßen
Anlage (1);
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2:
ein Diagramm, das den qualitativen funktionalen Zusammenhang zwischen
der Konzentration (ml/l) des FOS und des TAC in Abhängigkeit von
der Zeit (t)/Raum (r) darstellt;
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3:
den prinzipiellen technischen Aufbau der Anlage (1) mit
einer Hydrolysestufe (2), einer thermischen Desintegrationsstufe
(4) sowie einer Methanstufe (5);
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4:
den prinzipiellen technischen Aufbau einer Hydrolysestufe (2);
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5:
eine Detaildarstellung aus dem Innern der Hydrolysestufe (2);
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6:
den prinzipiellen technischen Aufbau einer thermischen Desintegrationsstufe
(4);
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In 1 ist
eine schematische Blockdarstellung einer erfindungsgemäßen
Anlage 1 gezeigt. Das eingesetzte Substrat wird über
eine Zufuhrleitung 3 einer ersten Hydrolysestufe 2 zugeführt,
in der das eingeleitete Substrat bei optimalen Hydrolysebedingungen
aufgeschlossen und für die weitere Verarbeitung in den
folgenden Stufen vorbereitet wird. Die Besonderheiten bei dieser
Hydrolysestufe 2 sind zum einen der optimale pH-Wert von
5,5 bis 6,5 und zum anderen ist es sinnvoll, den FOS/TAC-Wert auf
ca. einen Faktor 3 im Vergleich zu einer typischen Biogasanlage
einzustellen, in welcher der FOS/TAC-Wert ca. 0,3 bis 1 beträgt.
Durch diese optimale Bedingung kann das Substrat sehr gut aufgeschlossen
werden. Die substratabhängige Verweilzeit von 5 Stunden
bis zehn Tagen verstärkt den Effekt der Hydrolyse deutlich.
In dieser Hydrolysestufe 2 wird fast ausschließlich
das eingesetzte Substrat aufgeschlossen, wobei so gut wie keine
Methanbildung stattfindet. Im Anschluss an die Hydrolysestufe 2 gelangt
das abbaubare Substrat in eine Desintegrationsstufe 4,
in der das abbaubare eingebrachte Substrat einer weiteren Aufschlussbehandlung
unterzogen wird, das in der Hydrolysestufe bereits vor aufgeschlossenem
Substrat auf eine bevorzugte Temperatur von ca. 70°C erhitzt
wird und etwa eine Stunde bei dieser Temperatur gehalten wird. Im
Allgemeinen wird die Aufschlussbehandlung bei einer erhöhten
Temperatur zwischen ca. 60°C und ca. 95°C in einem
Zeitintervall von etwa 30 Minuten bis 120 Minuten durchgeführt, so
dass der Aufschluss des Substrats erst erfolgt, wenn das Substrat
die üblichen Abbauprozesse durchlaufen hat. Bei der thermischen
Desintegration werden nicht nur Krankheitserreger und Parasiten weitgehend
abgetötet, sondern auch die aerobe Biozönose aus
der Hydrolysestufe 2 weitgehend abgetötet und
somit einem schnelleren anaeroben Abbau in der folgenden Stufe zugänglich
gemacht. Im Anschluss an die thermische Desintegration gelangt das
Substrat in mindestens eine erste Methanstufe 5, in der
infolge des vorangegangenen kompletten Aufschlusses des Substrats
durch die thermophilen Methanbakterien Biogas erzeugt wird. Die
Methanstufe 5 wird bei optimalen Bedingungen zwischen 45°C und
60°C betrieben, wobei der günstigste Bereich zwischen
50°C und 55°C liegt. In diesen Temperaturbereichen
ist die Umsatzrate sowie die bakterielle Verdopplungszeit deutlich
höher als bei mesophilen Bakterien. In einer Zeit von 20
bis 35 Tagen wird nun das Substrat fast vollständig abgebaut.
Im Anschluss an die Methanstufe 5 wird das fast vollständig
abgebaute Substrat in ein Auffangbehältnis 7 geleitet,
in dem das Substrat zur weiteren technischen Verwendung bereitgestellt
wird. Auf diese hier geschilderte Weise lässt sich mit
der erfindungsgemäßen Anordnung bzw. Anlage der
einzelnen Einrichtungen eine wesentlich günstigere Gesamtbilanz
der gesamten Anlage erzielen.
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2 zeigt
ein Diagramm, das den qualitativen funktionalen Zusammenhang zwischen
der Konzentration (mg/l) des FOS-Wertes und des TAC-Wertes in Abhängigkeit
von der Zeit (t) und Raum (r) darstellt. Auf der senkrechten Achse
ist die Konzentration in mg/l und auf der waagerechten Achse die
Zeit (t) bzw. die räumliche Anordnung der einzelnen Stufen
qualitativ dargestellt. Das Besondere an der erfindungsgemäßen
Anlage ist einerseits, dass der FOS-Wert in der Hydrolysestufe 2 anfänglich
bei einer Konzentration von ca. 15.000 mg/l beginnt und kontinuierlich
im Laufe der Zeit und Raum bis zu einer Konzentration von ca. 5.000
mg/l abnimmt. Im Gegensatz dazu beginnt der TAC-Wert mit einer Konzentration
von 5.000 mg/l und nimmt kontinuierlich im Laufe der Zeit und Raum
bis zum Ende der Verweilzeit des Substrats in der Methanstufe 5 in
der Anlage bis zu einem Wert von etwa 15.000 mg/l zu. Daraus geht
hervor, dass die neu konzipierte Biogasanlage in der Hydrolysestufe
die eingesetzten Substrate deutlich besser aufschließt,
was durch den relativ hohen Säureanteil von 15.000 mg/l
gekennzeichnet ist. Denn je besser das Substrat von den Hydrolysebakterien
aufgespalten wird, desto mehr Säuren werden gebildet, die
für die Methangaserzeugung maßgeblich verantwortlich
sind. Um den höheren Säuregehalt auch mit einen
hohen Wirkungsgrad zu nutzten. wurde die Anlage optimal auf diese
Betriebsweise abgestimmt.
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In
der Methanstufe 5, in der die Verweilzeit vorzugsweise
20–35 Tage beträgt, werden nun die gebildeten
Säuren sehr schnell von den Methanbakterien verwertet und
das gewünschte Biogas erzeugt.
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Infolge
dieser Verfahrensweise, erfolgt durch den fast vollständigen
Voraufschluss des Substrats in der Hydrolysestufe 2 und
der Thermische Desintegrationsstufe 4 eine deutlich effektiverere
Gasausbeute als in konventionellen Biogasanlagen.
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Eine
Besonderheit an dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist es, dass infolge einer größeren Dichte des
abbaubaren Substrats in der Hydrolysestufe 2 eine relativ
starke Versäuerung in relativ kurzer Verweilzeit eintritt,
wodurch der Zeitpunkt des Abbaus der Säuren fast ausschließlich
in die zeitlich am Ende des gesamten Prozesses liegende Methanstufe 5 verlegt
wird, in der dann ein effizienter und vollständigerer Abbau
des eingebrachten Substrats gewährleistet wird. Insbesondere
wird dadurch auch die Gesamtbilanz der CO2-Erzeugung
durch Biogasanlagen verbessert, weil das aus der Biogasanlage ausgetragene
Restsubstrat weniger abbaubare Substanz enthält, die dann
auf den Feldern zur unkontrollierten Methangasbildung abgebaut werden.
Das neue Verfahren und die dazu gehörige verbesserte Anlage
stellen einen neuen Schritt in Richtung einer positiveren Gesamtbilanz
von Biomasseanlagen dar.
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3 zeigt
den prinzipiellen technischen Aufbau der Anlage 1 mit einer
Hydrolysestufe 2, einer thermischen Desintegrationsstufe 4 und
einer Methanstufe 5. Die Hydrolysestufe 2 besteht
aus einem etwa 18 m langen, fast waagerecht liegenden Behälter
mit einem Innendurchmesser von ca. 3,80 m, der mit einer Rührwelle 2',
die wendelförmig von Rührpaddeln 4' besetzt
ist, durchdrungen ist. Parallel zu der Rührwelle 2' verlaufen
im Innern des Behältnisses 6 im Randbereich der
Wandungen die Heizrohre 12, mit denen das eingefüllte
Substrat auf eine bestimmte gleichmäßige Temperatur
zwischen 25°C und 45°C gebracht wird. Infolge
des direkten Kontakts der Heizungsrohre 12 mit dem Substrat
wird eine sehr viel wirksamere Wärmeübertragung
in das Substrat eingeleitet. Der FOS/TAC-Wert beträgt etwa 2
bis 3, während der pH-Wert zwischen 5,6 und 6,5 liegt.
Die Verweilzeit des Substrats liegt vorzugsweise substratabhängig
zwischen zwei bis zehn Tagen. Das anfängliche zugeführte
Substrat beinhaltet etwa 30% Trockensubstanz. Durch Zusatz von pH-Wert regulierenden
oder ähnlichen Substanzen wird der pH-Wert auf einen idealen
Wert für das gegebene abbaubare Substrat optimal eingestellt.
Nach einer typischen Verweilzeit zwischen zwei und zehn Tagen wird
das Substrat über eine Leitung 30 in die thermische
Desintegrationsstufe 4 gepumpt. Die thermische Desintegrationsstufe 4 besteht
aus einem senkrecht stehenden zylindrischen Behältnis,
das von einer zweiten Rührwelle 29 durchdrungen
ist. Das Substrat verweilt etwa eine Stunde mit einem FOS/TAC-Wert
von 1,5 bis 2,5 bei 70°C und einem pH-Wert zwischen 5,5
und 7 in der thermischen Desintegrationsstufe 4. Im Anschluss
daran wird das Substrat über die Leitung 29' in
die Methanstufe 5 transportiert. Die Methanstufe 5 besteht
aus einem relativ großen zylindrischen Sockelbehältnis 31, über das
eine gasdichte Haube 25, in der Regel bestehend aus Kunststoff,
gespannt ist. In der Methanstufe 5 wird das komplett aufgeschlossene
Substrat mittels der thermophilen Methanbakterien zu Biogas bei
einer Idealtemperatur zwischen 50°C bis 55°C,
einem FOS/TAC-Wert von ca. 0,3 und einem pH-Wert zwischen 7,5 und
8,0 abgebaut. Die Verweilzeit in der Methanstufe beträgt
etwa 20 bis 35 Tage.
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Die 4 zeigt
den prinzipiellen technischen Aufbau einer erfindungsgemäßen
Hydrolysestufe 2. Die Hydrolysestufe 2 besteht
aus einem Behältnis 6, das etwa 18 m bis 20 m
lang ist und einen Durchmesser von ca. 3,5 m bis 4 m aufweist. Die
Rührwelle 2' ist mit einer Vielzahl von Rührpaddeln 4' auf
dem Umfang wendelförmig besetzt. Die Rührwelle 2' selbst
ist innen hohl und mit einem geeigneten Gas gefüllt. In
der Regel ist das geeignete Gas normale Luft. Die Enden der Rührwelle 2' werden
jeweils durch zwei spezielle Lager 1' und 5' gelagert.
Der Außenmantel des Behältnisses 6 ist
mit einer hoch wirksamen Isolierung von ca. 80 mm versehen. Im Innern des
Mantels befindet sich die Heizung bzw. die Heizungsrohre 12,
die aus drei längs gerichteten Rohren mit Rechteckprofil
bestehen. Die Heizungsrohre sind am Innenzylinder längs
des Behältnisses 6 angelegt und durch Schweißverbindungen
miteinander verbunden. Das Luftvolumen der Rührwelle 2' ist
so ausgelegt, dass die Auftriebskraft in etwa dem Wellengewicht
der Rührwelle 2 entspricht. Infolge dieser technischen
Maßnahme sind keine weiteren Auflager während
des Betriebs der Hydrolysestufe 2 innerhalb des Behältnisses 6 erforderlich.
Lediglich für die Inbetriebnahme der Hydrolysestufe 2,
in der zu diesem Zeitpunkt noch kein Substrat eingefüllt
ist, sind zwei Abstützgleitlager im Abstand von ca. 6 m
angeordnet. Die Abstützlager 3' werden nur mit
einer geringen Reibung beaufschlagt, solange das Gewicht der Rührwelle
so groß ist, dass sich diese durchbiegt und eine Berührung
mit den Gleitlagern 3' erfolgt. Die Wellenabdichtung gegenüber
dem Medium an der Antriebseite ist mit mehrfach hintereinander angeordneten
Radial-Wellendichtringen 5' realisiert. Zwischen dem dritten
und vierten Radial-Wellendichtring befindet sich eine Kammerung.
Die Kammerung ist mit einer Sperrflüssigkeit drucklos beaufschlagt.
Die gegenüberliegende Seite der Rührwelle 3' wird
mit einem sogenannten Loslager, das sich innerhalb des Substrats
befindet, gelagert, sodass das Substrat selbst das Lager schmiert.
Infolge der relativ geringen mechanischen Belastung weist dieses
Loslager 1' eine verhältnismäßig
lange Standzeit auf, wobei der Verschleiß extrem gering
ist. Die Wartung der Lager ist mit geringem technischem Aufwand
bei halb abgelassenem Füllstand des Behältnisses 6 möglich. Die
Stützlager 3' innerhalb des Behälters 6,
die für die Inbetriebnahme und für den Fall, dass
sich die Welle noch nicht im Schwimmzustand befindet, benötigt
werden, bestehen aus zwei V-förmig angeordneten Platten
aus PTFE. Dieses Material ist verhältnismäßig
reibungsarm. Das V-Lager ist unterhalb der Flanschverbindung der
Rührwelle 2' angeordnet. Der untere Boden des
Behältnisses 6 ist nahezu waagerecht mit einem
geringen Gefälle ausgerichtet, wobei die Enden des Behältnisses
auf Fundamentblöcken 11 gelagert werden. An einem
Ende des Behältnisses sind Sandaustragungseinrichtungen 7 vorgesehen, durch
die mögliche Sand- und Gesteinsstückchen, die
sich am Ende des Behältnisses ablagern, abgesaugt und ausgeführt
werden. An dem einen Ende des Behältnisses 6 ist
der Einfüllstutzen 9 für die Feststoffe
des Substrats angeordnet. Am anderen Ende des Behältnisses 6 ist
der sogenannte Gasdom 8 angeordnet, der ein Sammelvolumen
für die Gasbildung und ein Auslassventil für sich
bildende Gase darstellt. Der Vorteil einer derartigen Gesamtkonstruktion
der Hydrolysestufe 2 liegt u. a. darin, dass das gesamte
Behältnis in einem Stück gefertigt werden kann
und komplett mit der Rührwelle 2' geliefert wird.
Vorteilhaft ist es ferner bei dieser Konstruktion, dass die gesamte
Hydrolysestufe 2 bereits an der Produktionsstätte
ausprobiert und geprüft werden kann. Hierdurch ergibt sich
ein relativ rascher Aufbau der gesamten Anlage am endgültigen
Standort.
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Die 5 zeigt
ausschnittsweise in perspektivischer Darstellung den prinzipiellen
technischen Aufbau eines Gleitlagers 3', das die Rührwelle 2' bei Inbetriebnahme
der Hydrolysestufe 2 unterstützt. Das Gleitlager 3' ist
sinnvoller weise unterhalb eines Flansches 21 angeordnet,
der die zwei Wellenteile der Rührwelle 2' miteinander
verbindet. Die Lagerung besteht im Wesentlichen aus zwei V-förmig
miteinander verbundenen Trägern 22, die an geeigneter Stelle
ein gleitfähiges Material, zum Beispiel PTFE-Kunststoff 23 aufnehmen.
Diese Stützlager 3' werden nur so lange belastet,
solange noch kein Substrat in die Hydrolysestufe 2 eingeführt
ist.
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Die 6 zeigt
den prinzipiellen technischen Aufbau einer thermischen Desintegrationsstufe 4. Die
thermische Desintegrationsstufe besteht aus einem senkrecht stehenden
zylindrischen Behältnis 16, das von einer Mehrzahl
Ummantelungen umgeben ist. Die thermische Desintegrationsstufe 4 bzw. das
Behältnis 16 ist von einer zweiten Rührwelle 29 durchzogen,
an der ein Rührwerk 14 angeordnet ist. Die Welle 29 wird
an ihrem unteren Ende auf einem Lagerbock 18 gelagert und
ist mit einem an der Oberseite des Behältnisses angeordneten
Antrieb 13 über ein Getriebe verbunden. Die thermische
Desintegrationsstufe 4 besteht aus einem Innen- und einem
Außenmantel, die in verschiedenen Materialien ausgeführt
sind. Der Innenmantel 20 wird aus nicht rostendem Stahl
hergestellt. Der Außenmantel wird aus herkömmlichen
Baustahl gefertigt. Der Innenmantel 20 hat eine Wandstärke
von ca. 3 mm. Auch das Rührwerk 14 und die Rührwerkslagerung
ist aus nicht rostendem Stahl gefertigt. Das Substrat wird an der unteren
Seite des Behältnisses eingeleitet. Ausgangsseitig wird
das Substrat mittels eines Überlaufs 32 in die
Methanstufe 5 transportiert. Die mit dem Substrat in Berührung
kommenden Teile sind sämtlich im Innenbereich der thermischen
Desintegrationsstufe 4 aus nicht rostendem Stahl gefertigt.
Zwischen Außenzylinder und Innenzylinder befindet sich eine
Heizschlange 15, die aus einem druckfesten Rohr gefertigt
ist. Die Rohrschlange wird durchflossen von beheiztem Wasser, das
aus dem hier nicht gezeigten Blockheizkraftwerk kommt. Der Außenmantel,
ist aus einfachem Baustahl gefertigt. Somit ergibt sich ein Ringraum
zwischen dem Innen- und Außenzylinder, in dem sich die
Heizschlangen 15 befinden. Nach außen ist der
Zylinder mit einer starken hochwirksamen Isolierschicht ummantelt.
Der restliche Ringraum wird mit einem Wärmeträgermedium, im
einfachsten Fall Wasser mit Frostschutzmittel, befüllt.
Die Trägerflüssigkeit hat die Aufgabe, die Wärme
von der Heizschlange zum Innenmantel 20 der thermischen
Desintegrationsstufe 4 zu übertragen. Da das Trägermedium
nur thermisch beaufschlagt ist und eine drucklose Ausfertigung vorliegt,
kann die Fertigung der Behälterwand mit geringeren Wandstärken
erfolgen. Außerdem ist die Bauausführung nicht
nach der Druckbehälterverordnung vorzunehmen. Die Druckprüfung
bezieht sich lediglich auf die eingebauten Rohrschlangen 15.
Das Material der Rohrschlangen ist Normalstahl und wird in handelsüblicher
Ausführung verwendet. Dieser Vorteil wirkt sich auch auf
die Ausführung der von dem Substrat berührten
Teile aus nicht rostendem Stahl aus. Infolge der drucklosen Außenmantelkonstruktion
ist es möglich, den Innenmantel mit geringen Wandstärken auszuführen
und damit die Baukosten zu reduzieren. Der Innenmantel 20 der
thermischen Desintegrationsstufe 4 sollte aus nicht rostendem
Stahl gefertigt werden, da aufgrund der niedrigen pH-Werte, die
in der Methanstufe 5 vorgegeben sind, eine erhöhte Korrosionsgefahr
innerhalb des Behältnisses erwartet werden kann. Die Betriebstemperaturen
liegen zwischen 70°C und 90°C. Die Trennung zwischen den
Edelstahlteilen und den Baustahlteilen wird mittels geeigneter Flanschverbindungen
hergestellt. Das Vertikalrührwerk 14 der thermischen
Desintegrationsstufe 4 wird durch einen Getriebemotor 13,
der sich auf der Oberseite des Behältnisses befindet, angetrieben
und regelt die Festlagerseite. Im Innenraum des Zylinders befindet
sich ein Gitterrührwerk 14. Da die Rührwelle 29 im
vorliegenden Fall etwa 4 m lang ist, muss diese an der Unterseite
des Behältnisses durch ein Gleitlager stabilisiert werden.
Dieses Gleitlager kann im Bedarfsfall nach Entleerung durch Öffnen
der unteren Flanschverbindung ausgewechselt werden. Dabei ist der
Lagerbock 18 mit einem Dreibein auf der unteren Flanschplatte
des gesamten Behältnisses verschweißt und kann
komplett mit der Flanschplatte 19 entnommen werden, sodass das
Lagermaterial in diesem Falle PTFE gleichzeitig mit ausgetauscht
werden kann. Der Transport des Substrats erfolgt in bekannter Weise
mit einer Schneckenexzenterpumpe, die hier nicht gezeigt ist und zwischen
der Methanstufe 5 und der thermischen Desintegrationsstufe 4 angeordnet
ist. Die thermische Desintegrationsstufe 4 wird in vorbestimmten Zeitintervallen
im sogenannten Batch-Verfahren durchflossen, sodass das Substrat
einer thermischen Desintegration unterzogen werden kann.
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 99968313 [0002, 0004]
- - FR 2711980 [0002]
- - FR 2711980 A1 [0011]