DE102008030653B4 - Process and plant for increasing the biogas yield of a substrate - Google Patents

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Abstract

mindestens einer Hydrolysestufe (2) und mindestens einer thermischen Desintegrationsstufe (4) und mindestens einer anaeroben Methanstufe (5), bei der das Substrat über eine Zuführleitung der ersten mindestens einen Hydrolysestufe (2) zugeführt wird, im Anschluss an die Hydrolysestufe (2) in eine thermische Desintegrationsstufe (4) gelangt und im Anschluss an die thermische Desintegrationsstufe (4) in die erste mindestens eine Methanstufe gelangt, wobei die Hydrolysestufe (2) ein längliches Behältnis (6) aufweist, dessen Längsachse im Wesentlichen waagerecht liegt und in dem mindestens eine waagerecht liegende Rührwelle (2') und mindestens ein Heizungsrohr (23) parallel zur Längsachse (21) des Behältnisses (6) angeordnet sind, wobei an der Rührwelle (2') mehrere Rohrelemente (4') angeordnet sind und die einzelnen Rührelemente (4') wendelförmig auf der Welle angeordnet sind, wobei die Rührwelle (2') als Schwimmwelle ausgebildet ist, innen hohl ist und der Hohlraum mit einem Gas gefüllt ist, wobei die Längsachse der thermischen Desintegrationsstufe (4) senkrecht steht und in der thermischen Desintegrationsstufe (4) eine zweite Rührwelle (29) auf einem Lagerbock (18) angeordnet ist, wobei innerhalb der thermischen Desintegrationsstufe (4) mindestens zwei Flüssigkeiten aufnehmende Einrichtungen (15, 17) angeordnet sind, wobei mindestens eine davon rohrschlangenförmig ausgebildet ist und wobei die rohrschlangenförmig ausgebildete, Flüssigkeit aufnehmende Einrichtung (15) von einem Wassermantel (17) umgeben ist und wobei die Anlage mit einem Verfahren betrieben werden kann, in dem die mindestens eine Hydrolysestufe (2) mit einem pH-Wert zwischen 5,0 und 7,5 betrieben wird, vorzugsweise zwischen 5,5 und 6,5,...at least one hydrolysis stage (2) and at least one thermal disintegration stage (4) and at least one anaerobic methane stage (5), in which the substrate is fed via a feed line to the first at least one hydrolysis stage (2), following the hydrolysis stage (2) in a thermal disintegration stage (4) arrives and, after the thermal disintegration stage (4), reaches the first at least one methane stage, the hydrolysis stage (2) having an elongated container (6), the longitudinal axis of which is essentially horizontal and in which at least one horizontal stirrer shaft (2 ') and at least one heating pipe (23) are arranged parallel to the longitudinal axis (21) of the container (6), several pipe elements (4') being arranged on the stirrer shaft (2 ') and the individual stirrer elements (4 ') are arranged helically on the shaft, the agitator shaft (2') being designed as a floating shaft, is hollow on the inside and the cavity with a Gas is filled, the longitudinal axis of the thermal disintegration stage (4) being vertical and in the thermal disintegration stage (4) a second stirring shaft (29) being arranged on a bearing block (18), with at least two liquids receiving within the thermal disintegration stage (4) Devices (15, 17) are arranged, at least one of which is tubular-snake-shaped and wherein the tubular-snake-shaped, liquid-absorbing device (15) is surrounded by a water jacket (17) and the system can be operated using a method in which the at least one hydrolysis stage (2) is operated with a pH between 5.0 and 7.5, preferably between 5.5 and 6.5, ...

Description

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.The present invention relates to a method and a plant for increasing the biogas yield of a degradable substrate, in particular with a method and a plant in which the respective stages are operated under optimum conditions.

Derartige Biogasanlagen und Verfahren sind aus der DE 198 58 187 A1 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.Such biogas plants and processes are from the DE 198 58 187 A1 known. A similar process is still from the FR 2 711 980 known. Although these known processes also have two anaerobic digestion stages, between which a so-called thermal disintegration stage is connected, they have the disadvantage that the initial ratio of FOS (volatile organic acids) / TAC (total inorganic carbon) in the first digestion stage is as good as is unknown and one can assume an approximately equal concentration of the FOS value and the TAC value of about 10,000 mg / l, wherein the FOS concentration decreases in the course of the Ausfaulprozesse due to the acid consumption for methane gas production and the TAC concentration increases ,

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.A disadvantage is felt that even in the first stage methane gas is formed to a considerable extent, which adversely affects the mechanical design of the system. Furthermore, in the plants known from the prior art, the pH in the first stage of precipitation is relatively high, which limits methane gas formation in the subsequent stages.

Die aus der DE 198 58 187 A1 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 aufeinander gepresst 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.The from the DE 198 58 187 A1 In the prior art known plant for biogas production has a horizontally lying cylindrical Berverhältnis, the diameter of about 3.80 m and a length of about 24 m, whereby manufacturing difficulties may occur. On the outside of the container, both an insulation of 60 mm thickness and a heating system is arranged. The heating system consists of welded U-steels, which run alongside on the outside of the cylinder, which provides a relatively low heat transfer to the substrate to be heated. Another disadvantageous feature of the container is the stirrer shaft, which is divided into two parts and each part is about 12 m long. The agitator shaft is equipped with so-called paddles, which rotate within a diameter of 3.60 m inside the container. The drive of the stirrer shaft is operated by a geared motor with a power of 3 KW. The speed of the stirrer shaft is limited to three to five revolutions per minute. The sealing of the stirrer shafts with respect to the ausfaulbaren substrate is carried out with a so-called mechanical seal, which is pressed against each other with a spring force. The ceramic plane surfaces form a dynamic seal. Within the container further bearings of the shaft are included. The bearings are provided with plain bearings made of plastic.

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.A disadvantage of this system, it is considered that the main fermenter must be delivered in two parts of about 12 m in length, and then assembled on site. The separation point, which represents a flange connection in this case, is adjusted during installation and welded from the inside liquid-tight. The work on the site to make this connection are relatively expensive and time-consuming.

Ferner ist es nicht unproblematisch, die Schweißnähte und Prüfungen so herzustellen, dass sie den Anforderungen einer Biogasanlage entsprechen.Furthermore, it is not without problems, the welds and tests to produce such that they meet the requirements of a biogas plant.

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.Furthermore, the thermal disintegration stage by means of a water jacket, which is placed around the container in which the biomass to be heated, around. This water jacket consists of a pressure-resistant outer shell and a pressure-resistant inner shell. Through the resulting annulus, the water of the heating system is pumped.

Dadurch ergibt sich eine Wärmeübertragung vom äußeren thermischen erhitzten Ringraumvolumen zum inneren Nutzvolumen.This results in a heat transfer from the outer thermal heated annulus volume to the inner effective volume.

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.The disadvantage of such designed annulus heating for the thermal disintegration stage is that due to the relatively high pressures within the annulus, the walls must be designed relatively strong, which is costly and technically complex.

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.Furthermore, it is disadvantageous that the heat conduction of the heating medium within the shell is not sufficient, since due to the arrangement of the flow plates within the shell, the heat distribution is non-uniform.

Aus der FR 2 711 980 A1 ist 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.From the FR 2 711 980 A1 a method is known in which in a one-stage digestion process after the first phase in which takes place the hydrolysis and acidification, even before the second phase in which the methane gas is formed and a thermal treatment is inserted, which is disadvantageous in terms the overall yield of biogas affects.

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 der Anlagen.In view of the ever-increasing requirements for the prevention and reduction of waste and pollutants, it is essential to think about the further degradation of energy-containing substances. For world political and economic reasons, new plant concepts and Technologies to improve the overall balance. With increasing substrate costs for biomass plants, it is important that the substrates used are degraded in conditions optimally adapted to the individual process stages, with a significantly higher degree of degradation. This aspect of better overall utilization of the substrates used is of great importance for the environment and the economic efficiency of the plants.

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.It is therefore an object of the present invention to simplify the design of the biogas plant due to adjustable parameters of the initially introduced substrate and to reduce the overall CO 2 balance, so that the plant is more cost-effective to manufacture and works more effectively in the individual degradation processes.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Hauptansprüche gelöst.This object is solved by the features of the main claims.

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 der mindestens einen Methanstufe angeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass durch Einstellung der einzelnen Parameter wenigstens in der mindestens einen Hydrolysestufe die Bildung von Methangas verhindert wird, wobei die mindestens eine Hydrolysestufe mit einem pH-Wert zwischen 5,0 bis 7,5 betrieben wird, vorzugsweise zwischen 5,5 bis 6,5 und die mindestens eine Hydrolysestufe mit einem FOS/TAC-Faktor zwischen 1 bis 4 betrieben wird, vorzugsweise zwischen 2 bis 3.According to the invention, the method for increasing the biogas yield of a biodegradable substrate having at least one hydrolysis stage and at least one thermal disintegration stage, which is arranged between the at least one hydrolysis stage and the at least one methane stage, characterized in that by adjusting the individual parameters at least in the at least one Hydrolysis stage, the formation of methane gas is prevented, wherein the at least one hydrolysis stage is operated with a pH of between 5.0 to 7.5, preferably between 5.5 to 6.5 and the at least one hydrolysis step with a FOS / TAC factor is operated between 1 to 4, preferably between 2 to 3.

Vorteilhaft ist es dabei, dass die mindestens eine Hydrolysestufe zwischen 35°C und 45°C betrieben wird, vorzugsweise jedoch bei ca. 38°C.It is advantageous that the at least one hydrolysis is operated between 35 ° C and 45 ° C, but preferably at about 38 ° C.

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.Furthermore, it is advantageous to choose the residence time (VWZ) of the substrate in the at least one hydrolysis step depending on the substrate between 5 hours to 10 days, preferably between 2 to 10 days.

Ferner ist es vorteilhaft, dass das Anfangssubstrat einen Trockensubstanzanteil von > 30% aufweist.Furthermore, it is advantageous that the initial substrate has a dry matter content of> 30%.

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.Furthermore, it is also advantageous that the thermal disintegration stage is operated with a pH between pH = 5.0 and pH = 7.5, preferably between 5.5 to 7.

Ferner ist es vorteilhaft, den FOS/TAC-Faktor der thermischen Desintegrationsstufe zwischen 1 und 3 zu halten, vorzugsweise zwischen 1,5 bis 2,5.Furthermore, it is advantageous to keep the FOS / TAC factor of the thermal disintegration stage between 1 and 3, preferably between 1.5 and 2.5.

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.Another advantage is seen in the fact that the residence time of the substrate in the thermal disintegration stage is between 0.5 and 1.5 hours, but preferably at one hour.

Ferner ist es vorteilhaft, dass die thermische Desintegrationsstufe bei Temperaturen zwischen 65°C und 80°C, vorzugsweise jedoch bei ca. 70°C betrieben wird.Further, it is advantageous that the thermal disintegration stage at temperatures between 65 ° C and 80 ° C, but preferably at about 70 ° C is operated.

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.Another advantage is seen in that the at least one methane stage is operated at a pH between pH 7 and pH 8.5, preferably between 7.5 to 8.0.

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.It is also advantageous that the FOS / TAC factor of the methane level is between 0.2 and 0.4, preferably at a FOS / TAC factor of about 0.3.

Vorteilhaft ist es ferner, dass die Methanstufe zwischen 45°C bis 60°C betrieben wird, vorzugsweise zwischen 50°C bis 55°C.It is also advantageous that the methane stage is operated between 45 ° C to 60 ° C, preferably between 50 ° C to 55 ° C.

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.Furthermore, it is also advantageous that the methane stage is operated with a residence time of the substrate between 15 to 35 days, preferably between 20 to 35 days, wherein the actual residence time of the respective substrate is dependent.

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.A significant advantage is seen in that the initial concentration of FOS factor is about 15,000 mg / l and at the end about 5,000 mg / l and the concentration of the TAC factor is initially about 5,000 mg / l and at the end of the residence time at about 15,000 mg / l.

Die Anlage, in der an das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird, zur Steigerung der Biogasausbeute eines eingesetzten Substrats mit mindestens einer Hydrolysestufe und mindestens einer thermischen Desintegrationsstufe und mindestens einer Methanstufe, in denen das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird, zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen der mindestens einen, im Wesentlichen waagerecht liegenden Hydrolysestufe und der mindestens einen Methanstufe mindestens eine, mit seiner Längsachse senkrecht stehende thermische Desintegrationsstufe angeordnet ist, wobei die Hydrolysestufe und die thermische Desinintergationsstufe so konstruiert sind, dass sie bei der Fertigung betriebsbereit erstellt werden können und in kürzester Zeit bereits geprüft vor Ort aufgestellt und betrieben werden kann.The plant in which the process according to the invention is carried out to increase the biogas yield of a substrate used with at least one hydrolysis stage and at least one thermal disintegration stage and at least one methane stage in which the inventive method is carried out, is characterized in that between the at least a substantially horizontally lying hydrolysis stage and the at least one methane stage at least one, with its longitudinal axis vertical thermal disintegration stage is arranged, wherein the hydrolysis and the thermal Desinintergationsstufe are constructed so that they can be prepared ready for production and in the shortest possible time can be installed and operated on site.

Ferner ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, dass die Rührwelle innen hohl ist und der Hohlraum mit einem Gas gefüllt ist.Furthermore, it is advantageous according to the invention that the stirrer shaft is hollow inside and the cavity is filled with a gas.

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. Another advantage is seen in the fact that the diameter of the stirring shaft is between 25 cm and 50 cm, which is essentially dependent on the size of the hydrolysis stage or the plant.

Vorteilhaft ist es ferner dass die gesamte mindestens eine Rührwelle innerhalb des Behältnisses der Hydrolysestufe angeordnet ist.It is also advantageous that the entire at least one stirring shaft is arranged within the container of the hydrolysis step.

Ferner ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, dass die Hydrolysestufe ein längliches Behältnis aufweist, in dem mindestens eine Rührwelle und mindestens ein Heizungsrohr parallel zur Langsachse angeordnet ist, wobei an der Rührwelle mindestens ein Rührelement angeordnet ist und die einzelnen Rührelemente wendelförmig auf der Welle angeordnet sind.Furthermore, it is advantageous according to the invention that the hydrolysis step has an elongated container in which at least one stirring shaft and at least one heating tube is arranged parallel to the longitudinal axis, wherein at least one stirring element is arranged on the stirring shaft and the individual stirring elements are arranged helically on the shaft.

Vorteilhaft ist es ferner dass an der Rührwelle mindestens ein Trockenlager angeordnet ist.It is also advantageous that at least one dry bearing is arranged on the stirrer shaft.

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.It is also advantageous that the agitator shaft is mounted at one end with a floating bearing and the other end with a fixed bearing with axial seal.

Weiterhin ist es vorteilhaft, dass der Boden des Behältnisses eine schwache Neigung aufweist und in einem Endbereich des Behältnisses mindestens ein Sandaustragungselement angeordnet ist.Furthermore, it is advantageous that the bottom of the container has a slight inclination and at least one sand discharge element is arranged in an end region of the container.

Ferner ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, dass die Längsachse der thermischen Desintegrationsstufe senkrecht und die zweite Rührwelle auf einem Lagerbock angeordnet ist.Furthermore, it is advantageous according to the invention that the longitudinal axis of the thermal disintegration stage is arranged perpendicularly and the second stirring shaft is arranged on a bearing block.

Weiterhin ist es erfindungsgemäß, dass innerhalb der thermischen Desintegrationsstufe mindestens zwei Flüssigkeitsdurchlauf-Einrichtungen angeordnet sind, wobei mindestens eine davon rohrschlangenförmig ausgebildet ist.Furthermore, it is according to the invention that within the thermal disintegration stage at least two liquid flow devices are arranged, wherein at least one of them is formed like a pipe coil.

Ferner ist es erfindungsgemäß, dass die rohrschlangenförmige Flüssigkeitsdurchlauf-Einrichtung von einem Wassermantel umgeben ist.Furthermore, it is according to the invention that the tube-shaped liquid flow device is surrounded by a water jacket.

Im nun Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren und die dazugehörige Anlage anhand von Zeichnungen im Detail näher erläutert. Es zeigtIn the following, the method and the associated system according to the invention will be explained in detail with reference to drawings. It shows

1: eine schematische Blockdarstellung einer erfindungsgemäßen Anlage (1); 1 : a schematic block diagram of a system according to the invention ( 1 );

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; 2 : a diagram showing the qualitative functional relationship between the concentration (ml / l) of the FOS and the TAC as a function of time (t) / space (r);

3: den prinzipiellen technischen Aufbau der Anlage (1) mit einer Hydrolysestufe (2), einer thermischen Desintegrationsstufe (4) sowie einer Methanstufe (5); 3 : the basic technical structure of the plant ( 1 ) with a hydrolysis step ( 2 ), a thermal disintegration stage ( 4 ) and a methane level ( 5 );

4: den prinzipiellen technischen Aufbau einer Hydrolysestufe (2); 4 : the basic technical structure of a hydrolysis stage ( 2 );

5: eine Detaildarstellung aus dem Innern der Hydrolysestufe (2); 5 : a detailed representation from the inside of the hydrolysis stage ( 2 );

6: den prinzipiellen technischen Aufbau einer thermischen Desintegrationsstufe (4). 6 : the basic technical structure of a thermal disintegration stage ( 4 ).

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 einen Faktor von ca. 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 zu 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 aufgeschlossene Substrat wird auf eine bevorzugte Temperatur von ca. 70°C erhitzt und etwa eine Stunde bei dieser Temperatur gehalten. 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 einem Auffangbehältnis 7 zugeführt, 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.In 1 is a schematic block diagram of a system according to the invention 1 shown. The substrate used is via a supply line 3 a first hydrolysis step 2 in which the introduced substrate is digested under optimum hydrolysis conditions and prepared for further processing in the following stages. The special features of this hydrolysis step 2 On the other hand, it makes sense to set the FOS / TAC value to a factor of about 3 compared to a typical biogas plant in which the FOS / TAC Value is about 0.3 to 1. By this optimal condition, the substrate can be very well digested. The substrate-dependent residence time of 5 hours to ten days significantly enhances the effect of the hydrolysis. In this hydrolysis step 2 Almost exclusively, the substrate used is digested, with virtually no methane formation takes place. Following the hydrolysis step 2 the degradable substrate enters a disintegration stage 4 in which the degradable incorporated substrate is subjected to a further digestion treatment, the substrate already digested in the hydrolysis step is heated to a preferred temperature of about 70 ° C and held at this temperature for about one hour. In general, the digestion treatment is carried out at an elevated temperature between about 60 ° C and about 95 ° C in a time interval of about 30 minutes to 120 minutes, so that the digestion of the substrate occurs only when the substrate has undergone the usual degradation processes , In the thermal disintegration, not only pathogens and parasites are largely killed, but also the aerobic biocenosis from the hydrolysis step 2 largely killed and thus made available for faster anaerobic degradation in the following stage. Following thermal disintegration, the substrate enters at least a first stage of the methane 5 in which biogas is produced as a result of the previous complete digestion of the substrate by the thermophilic methane bacteria. The methane level 5 is operated in optimal conditions between 45 ° C and 60 ° C, with the most favorable range between 50 ° C and 55 ° C. In these temperature ranges, the conversion rate and the bacterial doubling time are significantly higher than for mesophilic bacteria. At a time of 20 to 35 days, the substrate is now almost completely degraded. Following the methane level 5 the almost completely degraded substrate becomes a collecting container 7 fed, in which the substrate is provided for further technical use. In this way described here can be achieved with the inventive arrangement or investment of the individual facilities a much better overall balance of the entire system.

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 einem hohen Wirkungsgrad zu nutzen, ist die Anlage optimal auf diese Betriebsweise abzustimmen. 2 shows a diagram representing the qualitative functional relationship between the concentration (mg / l) of the FOS value and the TAC value as a function of time (t) and space (r). On the vertical axis, the concentration in mg / l and on the horizontal axis, the time (t) or the spatial arrangement of the individual stages is qualitatively represented. The special feature of the system according to the invention is, on the one hand, that the FOS value in the hydrolysis step 2 initially begins at a concentration of about 15,000 mg / l and continuously decreases over time and space up to a concentration of about 5,000 mg / l. In contrast, the TAC value starts at a concentration of 5,000 mg / L and increases continuously over time and space until the end of the residence time of the substrate in the methane stage 5 in the plant up to a value of about 15,000 mg / l too. This shows that the newly designed biogas plant in the hydrolysis stage opens up the substrates used much better, which is characterized by the relatively high acid content of 15,000 mg / l. For the better the substrate is split by the hydrolysis bacteria, the more acids are formed, which are responsible for the methane gas production significantly. In order to use the higher acid content with a high degree of efficiency, the system is optimally adapted to this mode of operation.

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.In the methane level 5 in which the residence time is preferably 20-35 days, the acids formed are now utilized very quickly by the methane bacteria and the desired biogas is produced.

Infolge der oben beschriebenen Verfahrensweise erfolgt durch den fast vollständigen Voraufschluss des Substrats in der Hydrolysestufe 2 und anschließend in der thermischen Desintegrationsstufe 4 eine deutlich effektiverere Gasausbeute als in konventionellen Biogasanlagen.As a result of the procedure described above takes place by the almost complete pre-digestion of the substrate in the hydrolysis step 2 and then in the thermal disintegration stage 4 a significantly more effective gas yield than in conventional biogas plants.

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 positiven Gesamtbilanz von Biomasseanlagen dar.A special feature of the method according to the invention is that due to a greater density of the degradable substrate in the hydrolysis step 2 a relatively strong acidification occurs in a relatively short residence time, whereby the time of degradation of the acids almost exclusively in the temporally at the end of the entire process lying Methanstufe 5 is laid, in which then a more efficient and complete degradation of the introduced substrate is ensured. In particular, this also improves the overall balance of CO 2 production by biogas plants, because the discharged from the biogas plant residual substrate contains less degradable substance, which are then degraded in the fields for uncontrolled methane gas formation. The new process and the associated improved plant represent a new step towards a positive overall balance of biomass plants.

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. 3 shows the basic technical structure of the system 1 with a hydrolysis step 2 , a thermal disintegration stage 4 and a methane level 5 , The hydrolysis step 2 consists of an approximately 18 m long, almost horizontally lying container with an inner diameter of about 3.80 m, with a stirrer shaft 2 ' , the helical of stirring paddles 4 ' is occupied, is penetrated. Parallel to the stirrer shaft 2 ' run inside the container 6 in the edge region of the walls, the heating pipes 12 with which the filled substrate is brought to a certain uniform temperature between 25 ° C and 45 ° C. As a result of the direct contact of the heating pipes 12 With the substrate, a much more efficient heat transfer is introduced into the substrate. The FOS / TAC value is about 2 to 3 while the pH is between 5.6 and 6.5. The residence time of the substrate is preferably substrate-dependent between two to ten days. The initial supplied substrate contains about 30% dry matter. By adding pH-adjusting or similar substances, the pH is optimally adjusted to an ideal value for the given degradable substrate. After a typical residence time of between two and ten days, the substrate is passed through a conduit 30 in the thermal disintegration stage 4 pumped. The thermal disintegration stage 4 consists of a vertical cylindrical container, that of a second stirring shaft 29 is permeated. The substrate lingers for about one hour with a FOS / TAC of 1.5 to 2.5 at 70 ° C and a pH of between 5.5 and 7 in the thermal disintegration step 4 , Following this, the substrate is passed over the line 29 ' into the methane stage 5 transported. The methane level 5 consists of a relatively large cylindrical base container 31 over which a gas-tight hood 25 , usually made of plastic, is stretched. In the methane level 5 the fully digested substrate is degraded by the thermophilic Methanbakterien to biogas at an ideal temperature between 50 ° C to 55 ° C, a FOS / TAC value of about 0.3 and a pH between 7.5 and 8.0. The residence time in the methane stage is about 20 to 35 days.

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 2' 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.The 4 shows the basic technical structure of a hydrolysis step according to the invention 2 , The hydrolysis step 2 consists of a container 6 . which is about 18 m to 20 m long and has a diameter of about 3.5 m to 4 m. The stirring shaft 2 ' is with a variety of stirring paddles 4 ' helically occupied on the circumference. The stirring shaft 2 ' itself is hollow inside and filled with a suitable gas. As a rule, the suitable gas is normal air. The ends of the stirrer shaft 2 ' are each provided by two special bearings 1' and 5 ' stored. The outer jacket of the container 6 is provided with a highly effective insulation of about 80 mm. Inside the jacket is the heating or the heating pipes 12 consisting of three longitudinal tubes with rectangular profile. The heating pipes are on the inner cylinder along the container 6 created and connected by welded joints. The air volume of the stirrer shaft 2 ' is designed so that the buoyancy force is approximately equal to the shaft weight of the stirrer shaft 2 equivalent. As a result of this technical measure, there are no further supports during the operation of the hydrolysis step 2 inside the container 6 required. Only for the commissioning of the hydrolysis stage 2 , in which at this time no substrate is filled, two Abstützgleitlager are arranged at a distance of about 6 m. The support bearings 3 ' Only a small amount of friction is applied as long as the weight of the stirrer shaft is so great that it bends and makes contact with the plain bearings 3 ' he follows. The shaft seal against the medium on the drive side is equipped with multiple radial shaft sealing rings arranged one behind the other 5 ' realized. There is a chamber between the third and fourth radial shaft seal. The chamber is pressurized with a barrier liquid. The opposite side of the stirrer shaft 2 ' is stored with a so-called floating bearing, which is located within the substrate, so that the substrate itself lubricates the bearing. Due to the relatively low mechanical load, this floating bearing 1' a relatively long life, the wear is extremely low. The maintenance of the camp is with little technical effort at half drained level of the container 6 possible. The support bearings 3 ' inside the container 6 , which are required for commissioning and in the event that the shaft is not yet in the floating state, consist of two V-shaped plates made of PTFE. This material is relatively low friction. The V-bearing is below the flange connection of the stirrer shaft 2 ' arranged. The bottom of the container 6 is aligned almost horizontally with a slight slope, with the ends of the container on foundation blocks 11 be stored. At one end of the container are Sandaustragungseinrichtungen 7 provided by the possible sand and rock fragments, which are deposited at the end of the container, sucked and executed. At one end of the container 6 is the filler neck 9 arranged for the solids of the substrate. At the other end of the container 6 is the so-called gas dome 8th arranged, which represents a collecting volume for the gas formation and a discharge valve for forming gases. The advantage of such an overall construction of the hydrolysis step 2 Among other things is that the entire container can be made in one piece and complete with the stirrer shaft 2 ' is delivered. It is also advantageous in this construction that the entire hydrolysis 2 already tried and tested at the production site. This results in a relatively rapid construction of the entire system at the final location.

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.The 5 shows a fragmentary perspective view of the basic technical structure of a sliding bearing 3 ' that the stirrer shaft 2 ' at start-up of the hydrolysis stage 2 supported. The plain bearing 3 ' is meaningful way below a flange 21 arranged, which is the two shaft parts of the stirrer shaft 2 ' connects with each other. The storage consists essentially of two V-shaped interconnected carriers 22 , which in a suitable place a lubricious material, for example PTFE plastic 23 take up. These support bearings 3 ' are loaded only as long as no substrate in the hydrolysis step 2 is introduced.

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 herkömmlichem 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 19 des Behältnisses 16 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.The 6 shows the basic technical structure of a thermal disintegration stage 4 , The thermal disintegration stage consists of a vertical cylindrical container 16 which is surrounded by a plurality of sheaths. The thermal disintegration stage 4 or the container 16 is from a second stirrer shaft 29 pervaded, at the a stirrer 14 is arranged. The wave 29 is at its lower end on a bearing block 18 stored and is arranged with a arranged at the top of the container drive 13 connected via a gearbox. The thermal disintegration stage 4 consists of an inner and an outer jacket, which are made of different materials. The inner jacket 20 is made of stainless steel. The outer jacket is made of conventional structural steel. The inner jacket 20 has a wall thickness of about 3 mm. Also the agitator 14 and the agitator bearing is made of stainless steel. The substrate will be on the bottom side 19 of the container 16 initiated. On the output side, the substrate is by means of an overflow 32 into the methane stage 5 transported. The parts in contact with the substrate are all inside the thermal disintegration stage 4 made of stainless steel. Between outer cylinder and inner cylinder there is a heating coil 15 , which is made of a pressure-resistant tube. The coil is traversed by heated water, which comes from the cogeneration unit, not shown here. The outer jacket is made of simple structural steel. This results in an annular space between the inner and outer cylinders, in which the heating coils 15 are located. To the outside, the cylinder is covered with a strong highly effective insulating layer. The remaining annulus is filled with a heat transfer medium, in the simplest case water with antifreeze. The carrier liquid has the task, the heat from the heating coil to the inner shell 20 the thermal disintegration stage 4 transferred to. Since the carrier medium is only acted upon thermally and there is a non-pressurized copy, the production of the container wall can be made with smaller wall thicknesses. In addition, the construction is not carried out according to the pressure vessel regulation. The pressure test refers only to the built-in coils 15 , The material of the coils is normal steel and is used in commercial execution. This advantage also affects the design of the stainless steel parts contacted by the substrate. Due to the non-pressurized outer shell construction, it is possible to carry out the inner shell with low wall thicknesses and thus to reduce the construction costs. The inner jacket 20 the thermal disintegration stage 4 should be made of stainless steel because of the low pH levels in the methane level 5 are given, an increased risk of corrosion within the container can be expected. The operating temperatures are between 70 ° C and 90 ° C. The separation between the stainless steel parts and the structural steel parts is made by means of suitable flange connections. The vertical agitator 14 the thermal disintegration stage 4 is powered by a geared motor 13 , which is located on the top of the container, drives and regulates the fixed bearing side. In the interior of the cylinder is a grid agitator 14 , Since the stirrer shaft 29 in the present case is about 4 m long, it must be stabilized at the bottom of the container by a plain bearing. This sliding bearing can be replaced if necessary by emptying by opening the lower flange. Here is the bearing block 18 welded with a tripod on the lower flange plate of the entire container and can be complete with the flange plate 19 be removed, so that the bearing material in this case PTFE can be replaced with at the same time. The transport of the substrate takes place in a known manner with a screw eccentric pump, which is not shown here and between the methane stage 5 and the thermal disintegration stage 4 is arranged. The thermal disintegration stage 4 is traversed at predetermined time intervals in the so-called batch process, so that the substrate can be subjected to thermal disintegration.

Claims (18)

Anlage (1) für biologisch abbaubare Substrate mit mindestens einer Hydrolysestufe (2) und mindestens einer thermischen Desintegrationsstufe (4) und mindestens einer anaeroben Methanstufe (5), bei der das Substrat über eine Zuführleitung der ersten mindestens einen Hydrolysestufe (2) zugeführt wird, im Anschluss an die Hydrolysestufe (2) in eine thermische Desintegrationsstufe (4) gelangt und im Anschluss an die thermische Desintegrationsstufe (4) in die erste mindestens eine Methanstufe gelangt, wobei die Hydrolysestufe (2) ein längliches Behältnis (6) aufweist, dessen Längsachse im Wesentlichen waagerecht liegt und in dem mindestens eine waagerecht liegende Rührwelle (2') und mindestens ein Heizungsrohr (23) parallel zur Längsachse (21) des Behältnisses (6) angeordnet sind, wobei an der Rührwelle (2') mehrere Rohrelemente (4') angeordnet sind und die einzelnen Rührelemente (4') wendelförmig auf der Welle angeordnet sind, wobei die Rührwelle (2') als Schwimmwelle ausgebildet ist, innen hohl ist und der Hohlraum mit einem Gas gefüllt ist, wobei die Längsachse der thermischen Desintegrationsstufe (4) senkrecht steht und in der thermischen Desintegrationsstufe (4) eine zweite Rührwelle (29) auf einem Lagerbock (18) angeordnet ist, wobei innerhalb der thermischen Desintegrationsstufe (4) mindestens zwei Flüssigkeiten aufnehmende Einrichtungen (15, 17) angeordnet sind, wobei mindestens eine davon rohrschlangenförmig ausgebildet ist und wobei die rohrschlangenförmig ausgebildete, Flüssigkeit aufnehmende Einrichtung (15) von einem Wassermantel (17) umgeben ist und wobei die Anlage mit einem Verfahren betrieben werden kann, in dem die mindestens eine Hydrolysestufe (2) mit einem pH-Wert zwischen 5,0 und 7,5 betrieben wird, vorzugsweise zwischen 5,5 und 6,5, in dem die mindestens eine Hydrolysestufe (2) mit einem FOS/TAC-Faktor zwischen 1 bis 4 betrieben wird, vorzugsweise zwischen 2 und 3, in dem die mindestens eine Hydrolysestufe (2) zwischen 35°C und 45°C betrieben wird, vorzugsweise bei 38°C, in dem die Verweilzeit (VWZ) des Substrats in der mindestens einen Hydrolysestufe (2) substratabhängig zwischen 5 Stunden bis zehn Tagen liegt, in dem das Anfangssubstrat in der mindestens einen Hydrolysestufe (2) einen TS-Anteil von 30% aufweist, in dem die thermische Desintegrationsstufe (4) mit einem pH-Wert zwischen pH = 5,0 bis pH = 7,5 betrieben wird, vorzugsweise zwischen 5,5 bis 7, in dem die Verweilzeit des Substrats in der mindestens einen thermischen Desintegrationsstufe (4) zwischen 0,5 bis 1,5 Stunden liegt, vorzugsweise bei einer Stunde, in dem der FOS/TAC-Faktor in der thermischen Desintegrationsstufe (4) zwischen 1 bis 3 liegt, vorzugsweise zwischen 1,5 bis 2,5, in dem die thermische Desintegrationsstufe (4) zwischen 65°C bis 8°C, vorzugsweise bei ca. 70°C betrieben wird, in dem die Methanstufe (5) bei einem pH-Wert zwischen pH 7 bis pH 8,5 betrieben wird, vorzugsweise zwischen 7,5 bis 8,0, in dem die Methanstufe (5) bei einem FOS/TAC-Faktor zwischen 0,2 bis 0,4, vorzugsweise bei 0,3 betrieben wird, in dem die Methanstufe (5) zwischen 45°C bis 57°C betrieben wird, vorzugsweise zwischen 50°C und 55°C, in dem die Verweilzeit in der Methanstufe (5) zwischen 20 bis 35 Tagen liegt, in dem die Konzentration des FOS-Faktors zwischen anfänglich in der Hydrolysestufe (2) etwa 15.000 mg/l und am Ende der Verweilzeit des Substrats in der Methanstufe (5) etwa 5.000 mg/l liegt und indem die Konzentration des TAC-Faktors zwischen anfänglich in der Hydrolysestufe (2) etwa 5.000 mg/l und am Ende der Verweilzeit des Substrats in der Methanstufe (5) etwa 15.000 mg/l liegt.Investment ( 1 ) for biodegradable substrates having at least one hydrolysis step ( 2 ) and at least one thermal disintegration stage ( 4 ) and at least one anaerobic methane ( 5 ), in which the substrate via a supply line of the first at least one hydrolysis step ( 2 ), following the hydrolysis step ( 2 ) into a thermal disintegration stage ( 4 ) and after the thermal disintegration stage ( 4 ) enters the first at least one methane stage, the hydrolysis stage ( 2 ) an elongated container ( 6 ) whose longitudinal axis lies substantially horizontally and in which at least one horizontal stirrer shaft ( 2 ' ) and at least one heating pipe ( 23 ) parallel to the longitudinal axis ( 21 ) of the container ( 6 ) are arranged, wherein at the stirrer shaft ( 2 ' ) a plurality of tubular elements ( 4 ' ) are arranged and the individual stirring elements ( 4 ' ) are arranged helically on the shaft, wherein the agitator shaft ( 2 ' ) is formed as a floating shaft, hollow inside and the cavity is filled with a gas, wherein the longitudinal axis of the thermal disintegration stage ( 4 ) is vertical and in the thermal disintegration stage ( 4 ) a second stirring shaft ( 29 ) on a bearing block ( 18 ), wherein within the thermal disintegration stage ( 4 ) at least two fluid receiving devices ( 15 . 17 ) are arranged, wherein at least one of which is formed like a pipe coil and wherein the tubular coil-shaped, liquid-receiving device ( 15 ) of a water jacket ( 17 ) and wherein the plant can be operated by a process in which the at least one hydrolysis stage ( 2 ) is operated at a pH of between 5.0 and 7.5, preferably between 5.5 and 6.5, in which the at least one hydrolysis step ( 2 ) is operated with a FOS / TAC factor between 1 and 4, preferably between 2 and 3, in which the at least one hydrolysis stage ( 2 ) is operated between 35 ° C and 45 ° C, preferably at 38 ° C, in which the residence time (VWZ) of the substrate in the at least one hydrolysis step ( 2 ) is substrate-dependent between 5 hours to ten days, in which the initial substrate in the at least one hydrolysis step ( 2 ) has a TS content of 30%, in which the thermal disintegration stage ( 4 ) is operated at a pH between pH = 5.0 to pH = 7.5, preferably between 5.5 to 7, in which the residence time of the substrate in the at least one thermal disintegration stage ( 4 ) is between 0.5 to 1.5 hours, preferably at one hour, in which the FOS / TAC factor in the thermal disintegration step ( 4 ) is between 1 and 3, preferably between 1.5 and 2.5, in which the thermal disintegration stage ( 4 ) between 65 ° C to 8 ° C, preferably at about 70 ° C, in which the methane level ( 5 ) is operated at a pH between pH 7 to pH 8.5, preferably between 7.5 to 8.0, in which the methane level ( 5 ) is operated at a FOS / TAC factor between 0.2 to 0.4, preferably at 0.3, in which the methane level ( 5 ) is operated between 45 ° C to 57 ° C, preferably between 50 ° C and 55 ° C, in which the residence time in the methane stage ( 5 ) is between 20 to 35 days, in which the concentration of the FOS factor between initially in the hydrolysis step ( 2 ) about 15,000 mg / l and at the end of the residence time of the substrate in the methane stage ( 5 ) is about 5,000 mg / l and that the concentration of the TAC factor is between initially in the hydrolysis stage ( 2 ) about 5,000 mg / l and at the end of the residence time of the substrate in the methane stage ( 5 ) is about 15,000 mg / l. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Rührwelle (2') anlagenabhängig zwischen 25 cm und 50 cm beträgt.Plant according to claim 1, characterized in that the diameter of the stirrer shaft ( 2 ' ) depends on the installation between 25 cm and 50 cm. Anlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Rührwelle (2') mindestens ein Trockenlager (3') angeordnet ist.Installation according to one of the preceding claims, characterized in that on the stirrer shaft ( 2 ' ) at least one dry storage ( 3 ' ) is arranged. Anlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rührwelle (2') an einem Ende mit einem Loslager (1') und das andere Ende mit einem Festlager (5') mit axialer Abdichtung gelagert ist.Installation according to one of the preceding claims, characterized in that the stirrer shaft ( 2 ' ) at one end with a floating bearing ( 1' ) and the other end with a fixed bearing ( 5 ' ) is mounted with axial seal. Anlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (27) des Behältnisses (6) eine schwache Neigung aufweist und in einem Endbereich des Behältnisses (6) mindestens ein Sandaustragungselement (7) angeordnet ist.Installation according to one of the preceding claims, characterized in that the floor ( 27 ) of the container ( 6 ) has a slight inclination and in one end region of the container ( 6 ) at least one sand discharge element ( 7 ) is arranged. Verfahren zur Steigerung der Biogasausbeute eines abbaubaren Substrats mit mindestens einer Hydrolysestufe (2) und mindestens einer thermischen Desintegrationsstufe (4), die zwischen der mindestens einen Hydrolysestufe (2) und der mindestens einer Methanstufe (5) angeordnet wird, wobei das Verfahren in einer Anlage gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche durchgeführt wird, wobei durch Einstellung der einzelnen Parameter in der mindestens einen ersten Hydrolysestufe (2) die Bildung von Methangas verhindert wird, wobei die mindestens eine Hydrolysestufe (2) mit einem pH-Wert zwischen 5,0 bis 7,5 betrieben wird, vorzugsweise zwischen 5,5 bis 6,5 und die mindestens eine Hydrolysestufe (2) mit einem FOS/TAC-Faktor zwischen 1 bis 4 betrieben wird, vorzugsweise zwischen 2 bis 3.Process for increasing the biogas yield of a degradable substrate having at least one hydrolysis step ( 2 ) and at least one thermal disintegration stage ( 4 ) between the at least one hydrolysis step ( 2 ) and the at least one methane level ( 5 ), wherein the method is carried out in a plant according to one of the preceding claims, wherein by adjusting the individual parameters in the at least one first hydrolysis step ( 2 ) the formation of methane gas is prevented, wherein the at least one hydrolysis step ( 2 ) is operated with a pH between 5.0 to 7.5, preferably between 5.5 to 6.5 and the at least one hydrolysis step ( 2 ) is operated with a FOS / TAC factor between 1 to 4, preferably between 2 to 3. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Hydrolysestufe (2) zwischen 35°C und 45°C betrieben wird, vorzugsweise bei 38°C.A method according to claim 6, characterized in that the at least one hydrolysis step ( 2 ) is operated between 35 ° C and 45 ° C, preferably at 38 ° C. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeit (VWZ) des Substrats in der mindestens einen Hydrolysestufe (2) substratabhängig zwischen 5 Stunden bis zehn Tagen liegt.Method according to one of claims 6 to 7, characterized in that the residence time (VWZ) of the substrate in the at least one hydrolysis step ( 2 ) depends on the substrate between 5 hours to ten days. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Anfangssubstrat in der mindestens einen Hydrolysestufe (2) einen TS-Anteil von > 30% aufweist.Method according to one of claims 6 to 8, characterized in that the initial substrate in the at least one hydrolysis step ( 2 ) has a TS content of> 30%. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Desintegrationsstufe (4) mit einem pH-Wert zwischen pH = 5,0 bis pH = 7,5 betrieben wird, vorzugsweise zwischen 5,5 bis 7.Method according to one of claims 6 to 9, characterized in that the thermal disintegration stage ( 4 ) is operated at a pH between pH = 5.0 to pH = 7.5, preferably between 5.5 to 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeit des Substrats in der mindestens einen thermischen Desintegrationsstufe (4) zwischen 0,5 bis 1,5 Stunden liegt, vorzugsweise bei einer Stunde.Method according to one of claims 6 to 10, characterized in that the residence time of the substrate in the at least one thermal disintegration stage ( 4 ) is between 0.5 to 1.5 hours, preferably at one hour. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der FOS/TAC-Faktor in der thermischen Desintegrationsstufe (4) zwischen 1 bis 3 liegt, vorzugsweise zwischen 1,5 bis 2,5.Method according to one of claims 6 to 11, characterized in that the FOS / TAC factor in the thermal disintegration stage ( 4 ) is between 1 to 3, preferably between 1.5 to 2.5. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Desintegrationsstufe (4) zwischen 65°C bis 80°C, vorzugsweise bei ca. 70°C betrieben wird.Method according to one of claims 6 to 12, characterized in that the thermal disintegration stage ( 4 ) between 65 ° C to 80 ° C, preferably at about 70 ° C is operated. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet dass die Methanstufe (5) bei einem pH-Wert zwischen pH 7 bis pH 8,5 betrieben wird, vorzugsweise zwischen 7,5 bis 8,0.Method according to one of claims 6 to 13, characterized in that the methane stage ( 5 ) is operated at a pH between pH 7 to pH 8.5, preferably between 7.5 to 8.0. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Methanstufe (5) bei einem FOS/TAC-Faktor zwischen 0,2 bis 0,4, vorzugsweise bei 0,3 betrieben wird.Method according to one of claims 6 to 14, characterized in that the methane level ( 5 ) is operated at a FOS / TAC factor between 0.2 to 0.4, preferably at 0.3. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Methanstufe (5) zwischen 45°C bis 57°C betrieben wird, vorzugsweise zwischen 50°C und 55°C.Method according to one of claims 6 to 15, characterized in that the methane level ( 5 ) is operated between 45 ° C to 57 ° C, preferably between 50 ° C and 55 ° C. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeit in der Methanstufe (5) zwischen 20 bis 35 Tagen liegt. Method according to one of claims 6 to 16, characterized in that the residence time in the methane stage ( 5 ) is between 20 to 35 days. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration des FOS-Faktors zwischen anfänglich in der Hydrolysestufe (2) etwa 15.000 mg/l und am Ende der Verweilzeit des Substrats in der Methanstufe (5) etwa 5.000 mg/l liegt und in dem die Konzentration des TAC-Faktors zwischen anfänglich in der Hydrolysestufe (2) etwa 5.000 mg/l und am Ende der Verweilzeit des Substrats in der Methanstufe (5) etwa 15.000 mg/l liegt.Method according to one of claims 6 to 17, characterized in that the concentration of the FOS factor between initially in the hydrolysis step ( 2 ) about 15,000 mg / l and at the end of the residence time of the substrate in the methane stage ( 5 ) is about 5,000 mg / l and in which the concentration of the TAC factor between initially in the hydrolysis step ( 2 ) about 5,000 mg / l and at the end of the residence time of the substrate in the methane stage ( 5 ) is about 15,000 mg / l.
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