DE102009007903A1

DE102009007903A1 - Rohrsystem und Verwendung eines Rohrsystems

Info

Publication number: DE102009007903A1
Application number: DE102009007903A
Authority: DE
Inventors: Uwe Köppchen
Original assignee: Hobas Engineering GmbH
Current assignee: Amiblu Holding At GmbH
Priority date: 2009-02-06
Filing date: 2009-02-06
Publication date: 2010-08-12

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rohrsystem für eine Biogasanlage zur Erzeugung von Gas aus einem Substrat mit - mindestens einem Zersetzungsrohr für einen Zersetzungsreaktionsabschnitt ZRA zur Zersetzung des Substrats, und/oder - mindestens einem Methanbildungsrohr für einen Methanbildungsreaktionsabschnitt MRA zur Bildung von Methan aus dem im Zersetzungsreaktionsabschnitt ZRA zersetzten Substrat, wobei das Zersetzungsrohr und/oder das Methanbildungsrohr Teil einer zumindest überwiegend kontinuierlichen Strömungsstrecke sind. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Verwendung eines Methanbildungsrohrs und/oder eines Zersetzungsrohrs in einer zumindest überwiegend kontinuierlichen Strömungsstrecke einer Biogasanlage zur Erzeugung von Gas aus einem Substrat.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rohrsystem für eine Biogasanlage zur Erzeugung von Gas aus einem Substrat gemäß Patentanspruch 1 sowie eine korrespondierende Verwendung gemäß Patentanspruch 15.
Biogasanlagen dienen zur Erzeugung von Biogas aus Biomasse, wobei als Nebenprodukt Dünger produziert wird. In vielen Fällen wird das entstandene Biogas zur Strom- und Wärmeerzeugung in einem angeschlossenen Kraftwerk genutzt.
Bei bekannten Biogasanlagen werden verschiedene Rohstoffe, beispielsweise Bioabfall, Gülle, Klärschlamm, Fette und/oder Pflanzen in einen möglichst luftdicht verschlossenen Fermenter eingebracht. Dort entsteht durch Anaerobier- oder Fäulnisprozesse das Biogas, das je nach Ausgangsstoff aus 40 bis 70% Methan, 25–55% Kohlendioxid, bis zu 10% Wasserdampf sowie darüber hinaus aus geringen Anteilen Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Ammoniak und Schwefelwasserstoff besteht.
Derzeit wird Biogas vor allem zur dezentralen gekoppelten Strom- und Wärmeerzeugung in Blockheizkraftwerken genutzt (Kraft-Wärme-Kopplung).
In dem gesteuerten Prozess der Biogasbildung sind verschiedene Arten von Anaerobmikroorganismen beteiligt, deren Mengenverhältnis zueinander durch Ausgangsstoffe, pH-Wert, Temperatur- und Faulungsverlauf beeinflusst wird. Auf Grund der Anpassungsfähigkeit dieser Mikroorganismen an die Prozessbedingungen können nahezu alle organischen Stoffe durch Zersetzung abgebaut werden. Das genaue Zusammenspielen der Mikroorganismen ist nur unzureichend bekannt, zumal in verschiedenen Phasen der Biogaserzeugung aus den Rohstoffen auch verschiedene Mikroorganismen beteiligt sind.
Man unterscheidet dabei vier parallel beziehungsweise nacheinander ablaufende und ineinander greifende biochemische Einzelprozesse, die den anaeroben Abbau biogener Stoffe ermöglichen:

1.) Hydrolyse:
Biopolymere werden in monomere Grundbausteine oder andere lösliche Abbauprodukte zerlegt/zersetzt.
2.) Acidogenese:
Umsetzung von Fett etc. in niedrige Alkohole.
3.) Acetogenese:
Umsetzung von Fett- und Karbonsäuren sowie niederen Alkoholen zu Essigsäure.
4.) Methanogenese:
Essigsäure wird durch acetoklastische Methanbildner in Methan umgewandelt.

Ziel einer Biogasanlage ist die Erzeugung eines Biogases mit einem möglichst hohen Methangehalt, vorzugsweise > 98%. Wie oben beschrieben enthält das bei den vorbeschriebenen Prozessen erzeugte Biogas im Durchschnitt nur etwa 60% Methananteil sowie weitere, unerwünschte Bestandteile wie Kohlendioxid, Wasserdampf, Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Ammoniak und Schwefelwasserstoff. Je höher der Anteil an Methan ist, desto energiereicher ist das Gas. Insbesondere Schwefelwasserstoff und Ammoniak sind problematisch, da Gasmotoren beispielsweise von den chemisch aggressiven Stoffen angegriffen werden.
Bei bekannten Biogasanlagen beziehungsweise Herstellungsverfahren für Biogas wird das erzeugte Biogas daher immer einer aufwendigen Nachreinigung unterzogen.
Rohrsysteme für Biogasanlagen sind nicht bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Rohrsystem für eine Biogasanlage beziehungsweise eine korrespondierende Verwendung anzugeben, durch welche ein möglichst hochwertiges Biogas bereits unmittelbar nach dem Schritt der Methanbildung bereitgestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird mit einem Rohrsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einer Verwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei in der Beschreibung, in den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen. Soweit Wertebereiche beziehungsweise Grenzwerte angegeben sind, sollen auch alle im Wertebereich liegenden Werte als Zwischenwerte als offenbart gelten.
Grundidee der vorliegenden Erfindung ist es, die Hydrolyse und Methanogenese in unterschiedlichen Abschnitten eines Rohrsystems ablaufen zu lassen, und zwar in einem kontinuierlichen beziehungsweise semikontinuierlichen Vorgang. Mit anderen Worten: Die Gaserzeugung beziehungsweise die einzelnen Stufen laufen nicht im Batch-Verfahren.
Substrat im Sinne der Erfindung ist das im jeweiligen Verfahrensstadium vorliegende, sich kontinuierlich verändernde Gemisch, das Gegenstand der diversen beschriebenen Reaktionen ist.
Durch eine kontinuierliche Anordnung eines Zersetzungsrohrs für einen Zersetzungsreaktionsabschnitt (beispielsweise der Hydrolyse) und/oder eines Methanbildungsrohrs für einen Methanbildungsreaktionsabschnitt (beispielsweise der Methanogenese) entlang einer überwiegend kontinuierlichen Strömungsstrecke ist es möglich, im Zersetzungsreaktionsabschnitt freiwerdende, überwiegend unerwünschte Gase wie Kohlendioxid auf einfache Weise abzutrennen, insbesondere abzusaugen. Diese sind dann bei dem anschließenden Schritt der Methanbildung im Methanbildungsreaktionsabschnitt nicht mehr vorhanden und müssen demnach auch nicht abgetrennt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Zersetzungsrohr aus glasfaserverstärktem Kunststoff, insbesondere zylinderförmig, gebildet. Zylinderförmige Behältnisse sind einfach herzustellen und können ebenfalls auf einfache Art und Weise druckdicht ausgebildet werden. Dies ist bei herkömmlichen Fermentern schwierig. Häufig sind diese mit Planen abgedeckt, die dem Gasdruck erfahrungsgemäß nur bedingt standhalten.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das, insbesondere aus glasfaserverstärktem Kunststoff gebildete, vorzugsweise zylinderförmige, Methanbildungsrohr von dem Zersetzungsrohr räumlich trennbar ist.
Soweit die Strömungsstrecke zumindest überwiegend aus Strömungsabschnitten mit einem Gefälle von weniger als 60° zur Horizontalen, insbesondere weniger als 45°, vorzugsweise weniger als 30°, noch bevorzugter weniger als 10°, gebildet ist, kann das Fließverhalten des Substrats in vorteilhafter Weise für eine kontinuierliche Vorwärtsbewegung des Substrats genutzt werden. Durch die liegende Anordnung der Strömungsstrecke, beispielsweise des kanalförmigen Zersetzungsreaktionsbehältnisses und/oder des kanalförmigen Methanbildungsreaktionsbehältnisses ist ein Rohrsystem oder eine Biogasanlage mit mehreren Stockwerken realisierbar, die besonders platzsparend anordenbar ist. Aus der Anordnung in mehreren Stockwerken ergeben sich darüber hinaus noch weitere Synergieeffekte, die weiter unten beschrieben sind. Als erstes ist bereits die Optimierung von Leitungsstrecken zu nennen sowie die Reduzierung von Arbeitswegen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Rohrsystem Rückströmverhinderungsmittel aufweist, damit das Substrat die Biogasanlage entlang der Strömungsstrecke, insbesondere im Methanbildungsreaktionsabschnitt, zumindest teilweise, insbesondere überwiegend, in einer kontinuierlichen Vorwärtsbewegung durchfließend ausgebildet ist. Als Rückströmverhinderungsmittel kann zum einen das oben genannte Gefälle, aber auch Pumpen, Ventile und Klappen dienen. Entscheidend ist hierbei, dass es sich nicht um ein bekanntes Batch-Verfahren handelt. Das Substrat bewegt sich demnach örtlich dynamisch in dem Rohrsystem bzw. der Biogasanlage fort. Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist dem Zersetzungsreaktionsabschnitt ein Silierungsabschnitt, insbesondere als Teil der Strömungsstrecke, vorgeschaltet, der vorzugsweise durch mindestens ein kanalförmiges Silierungsbehältnis gebildet ist. Durch Integration des Silierungsabschnittes in das Rohrsystem kann die Zuführung der Silage zum Zersetzungsreaktionsabschnitt automatisiert werden und besonders vorteilhaft ist es, wenn die Silage in kanalförmigen, insbesondere rohrförmigen Silierungsbehältnissen erfolgt. Auf diese Weise ist eine Flüssigsilierung möglich, bei der auf Grund des Einsatzes organischer Säuren und des hier möglichen Entzugs von Sauerstoff eine besonders lagerstabile Aufbewahrung möglich ist. Soweit das Silierungsbehältnis vor Sonnenlicht geschützt angeordnet ist, insbesondere im Boden, kann auch ein negativer Einfluss von Sonnenlicht ausgeschlossen werden. Verluste in den Futterstoffen werden durch die vorgenannten Maßnahmen minimiert.
Die kanalförmige beziehungsweise rohrförmige Ausgestaltung der Zersetzungsreaktions-, Methanbildungsreaktions- und Silierungsbehältnisse, die als eigenständige Erfindung zu betrachten ist, bringt den weiteren Vorteil mit sich, dass auf Grund von Erfahrungen im Abwasserbereich optimale, insbesondere säure- und laugenbeständige Materialien wie beispielsweise glasfaserverstärkter Kunststoff vorhanden sind. Mit diesen Materialien sind große Querschnitte von mehr als 0,5 m, insbesondere mehr als 1 m, vorzugsweise mehr als 2 m Durchmesser realisierbar. Darüber hinaus können die Behältnisse auf diese Weise druckstabil ausgeführt werden. Außerdem sind Rohrlängen von über 10 m, insbesondere über 25 m, vorzugsweise 40 m bis 70 m, im Rahmen der Erfindung realisierbar.
Indem Zerkleinerungsmittel, insbesondere Ultraschallzerkleinerungsmittel, vorgesehen sind, die insbesondere dem Methanbildungsabschnitt vorgeschaltet sind, vorzugsweise im Silierungsabschnitt und/oder im Zersetzungsreaktionsabschnitt, lässt sich eine höhere Ausbeute erzielen und das Substrat erhält eine definierte Rheologie und ist leichter pumpfähig. Durch Ultraschallzerkleinerung ergibt sich der weitere Vorteil einer effizienten Ausgasung des Substrats, wodurch die Gasabtrennung nach dem Zersetzungsreaktionsabschnitt noch weiter optimiert wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass dem Silierungsabschnitt mindestens eine Zuführeinrichtung zum Zuführen von, vorzugsweise vorzerkleinerten, Rohstoffen vorgeschaltet ist, wobei die Zuführeinrichtung insbesondere gebildet ist durch:

– mindestens ein Förderrohr mit einer Mischschnecke zum Fördern der Rohstoffe in Richtung eines Ausgangs der Zuführeinrichtung und
– mindestens ein zwischen der Mischschnecke und dem Ausgang angeordnetes Rückführrohr zur Rückführung der Rohstoffe zur Mischschnecke.

Durch die Rückführung der Rohstoffe zur Mischschnecke wird eine kontinuierliche Durchmischung der vorzerkleinerten Rohstoffe innerhalb der Zuführeinrichtung gewährleistet und ein zweiter Effekt der Rückführung ist die flexible Weitergabe der Rohstoffe, die gemäß einer weiteren Ausführungsform durch eine am Ausgang der Zuführeinrichtung vorgesehene Pumpe zur definierten Weitergabe der Rohstoffe in den Silierabschnitt erfolgt. An der Pumpe kann mit Vorteil eine Siliermittelzugabeeinrichtung vorgesehen sein, mit der mit Vorteil in Abhängigkeit der Menge der von der Pumpe geförderten Rohstoffmenge Siliermittel zu den Rohstoffen zugegeben werden kann. Hierdurch wird die Dosierung stark vereinfacht und insbesondere automatisierbar. Die Mischung aus Rohstoffen, Siliermittel und gegebenenfalls Melasse ist das Substrat in diesem Abschnitt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass vor dem Methanbildungsreaktionsabschnitt, insbesondere im Zersetzungsreaktionsabschnitt, vorzugsweise am Ende des Zersetzungsreaktionsabschnitts, Gasabtrennungsmittel zur zumindest teilweisen Gasabtrennung vorgesehen sind, vorzugsweise in Form mindestens eines Steigrohres. Durch die liegende Anordnung der Strömungsstrecke kann auf besonders einfache Art und Weise unter geringst möglicher Energieaufwendung eine optimale Gasabtrennung, beispielsweise Gasabsaugung, an neuralgischen Punkten des Rohrsystems bzw. der Biogasanlage vorgenommen werden.
Ebenso einfach ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ausführbar, zwischen dem Zersetzungsreaktionsabschnitt und dem Methanbildungsreaktionsabschnitt Methanbildnerzugabemittel zur definierten Zugabe von methanbildenden Bakterien, vorzugsweise in Form von Gülle, vorzusehen. Indem die methanbildenden Bakterien erst nach der Hydrolyse und nach der Abtrennung unerwünschter Gase aus der Hydrolyse, Acetogenese und/oder Acidogenese zugegeben werden, kann außer der oben beschriebenen Gasabtrennung auch eine optimale pH-Führung und Temperaturführung in optimalen pH- und Temperaturbedingungen für die genannten Reaktionen erfolgen.
Hierbei ist es gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung von Vorteil, Temperaturerhöhungsmittel zur Erhöhung der Temperatur des Substrats im Methanbildungsreaktionsabschnitt, insbesondere im Gegenstrom, vorzusehen. Hierfür eignet sich in besonderer Weise eine Wärmepumpe, die in einem thermodynamischen Kreisprozess sowohl für die Aufwärmung des Substrats im Methanbildungsreaktionsabschnitt als auch für die Kühlung des Gases am Ende der des Rohrsystems der Biogasanlage und/oder die Kühlung des Gases aus der Gasabtrennung sorgen kann. Die Wärmepumpe kann auch noch weitere Heiz- und Kühlfunktionen in dem Rohrsystem bzw. der Biogasanlage übernehmen und somit den Wirkungsgrad der Biogasanlage weiter erhöhen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist dem Methanbildungsreaktionsabschnitt ein Gasabtrennungsabschnitt zur, insbesondere druckgesteuerten, Gasabtrennung nachgeschaltet. Die Gasabtrennung erfolgt dabei mit Vorteil in einem Steigrohr bei einem Gasdruck < 200 bar, insbesondere < 50 bar, vorzugsweise < 20 bar, optimal zwischen 15 und 25 bar.
Da das Substrat am Ende des Methanbildungsreaktionsabschnittes mit methanbildenden Bakterien angereichert ist, ist mit Vorteil vorgesehen, dass im Gasabtrennungsabschnitt vom Gas getrenntes Substrat durch Substratrückführmittel zumindest teilweise zu dem Substrat im Methanbildungsabschnitt rückführbar ist. Hierdurch wird Substrat am Beginn des Methanbildungsreaktionsabschnittes mit höher konzentriertem Substrat geimpft mit der Folge einer beschleunigten Methanbildung.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Verwendung eines Methanbildungsrohrs und/oder eines Zersetzungsrohrs in einer zumindest überwiegend kontinuierlichen Strömungsstrecke einer Biogasanlage zur Erzeugung von Gas aus einem Substrat. Durch die Verwendung von Rohren sind die hier beschriebenen Vorteile erstmals in dieser Form umsetzbar und ein Rohrsystem eignet sich in hervorragender Weise für die besonderen Eigenheiten der in einer Biogasanlage ablaufenden Reaktionen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:
1: ein schematisches Ablaufdiagramm betreffend ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Biogasanlage BGA mit einem erfindungsgemäßen Rohrsystem,
2: eine schematische Querschnittansicht eines erfindungsgemäßen Rohrsystems,
3a: eine schematische Aufsicht auf eine Zuführeinrichtung ZUF des erfindungsgemäßen Rohrsystems,
3b: eine schematische Seitenansicht der Zuführeinrichtung ZUF,
4a: eine schematische Querschnittansicht eines Methanbildungsrohrs des erfindungsgemäßen Rohrsystems,
4b: eine schematische Längsschnittansicht des Methanbildungsrohrs gemäß 4a und
5: eine schematische, geschnittene Ansicht eines Verteilers für Druckrohre des erfindungsgemäßen Rohrsystems.
In den Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Bauteile/Bestandteile mit demselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
In 1 ist ein Ablauf zum Betreiben einer Biogasanlage mit einem erfindungsgemäßen Rohrsystem mit den erfindungsgemäßen Merkmalen als schematisches Ablaufdiagramm dargestellt, wobei der Ablauf in 1 oben links mit der Anlieferung von nachwachsenden Rohrstoffen (NAWARO) möglichst in vorzerkleinerter Form beginnt, wobei eine Einlagerung als Mischsilage und die Aufteilung als Winterzwischenfruchtanbau und Ernte im Mai und Sommeranbau und Ernte im September/Oktober angestrebt wird, da auf Grund der Bauart des erfindungsgemäßen Rohrsystems für eine Biogasanlage im Gegensatz zu der bisher überwiegend verwendeten Silierung unter Planen (im Freien) oder in Silos eine ganzjährige Einlagerung in dem Rohrsystem möglich ist, die nur zweimal im Jahr erfolgen muss, aber jeden Tag erfolgen kann. Aus der Industrie können ebenfalls zu beliebiger Zeit Zusatzstoffe angeliefert werden, die durch ihren Zuckergehalt die Silierung begünstigen sowie flüssig und energiereich sind, beispielsweise Melasse, Biertreber und/oder Rübenschnitzel.
Über, insbesondere integral mit dem Rohrsystem gebildete, Annahmetrichter wird das angelieferte Material direkt von den Fahrzeugen einer als eigenständige Erfindung zu betrachtenden Zuführeinrichtung ZUF gemäß 3a und 3b zugeführt, in der das Aufbereiten und Mischen der angelieferten Materialen/Rohstoffe über eine Mischschnecke in einem oder mehreren parallelen Kreisläufen erfolgt. Ziel des Aufbereitens und Mischens ist es, dass das Siliergut pumpfähig wird, wobei je nach verwendeten Rohstoffen zusätzliche Einrichtungen wie eine Hammermühle, ein Getreidemuser, ein Extruder und/oder Hackfruchtmuser zum Einsatz gebracht werden können. An dieser Stelle ist ein Sandaustrag von Vorteil. Die Annahmetrichter sind mit Vorteil aus glasfaserverstärktem Kunststoff gebildet.
Über eine, vorzugsweise in das Rohrsystem integrierte, Feststoffpumpe wird zu gegebener Zeit aus dem Mischschneckenkreislauf der Zuführeinrichtung Substrat für die Einlagerung und Silage abgezogen, vorzugsweise mit einer Feststoffpumpe, wobei an einem weiteren Anschluss der Feststoffpumpe Siliermittel zu dem Substrat zugegeben werden kann. Die Silierung kann teilweise auch in der Zuführeinrichtung ZUF erfolgen.
Ähnlich einem in das Ruhrsystem integrierten Heizkreislauf wird das Substrat zu einem als eigenständige Erfindung zu betrachtenden Silierungsabschnitt SIA gepumpt, und zwar vorzugsweise über eine oben liegende Verteilleitung in unterhalb der Verteilleitung angeordnete rohrförmige Silierungsbehältnisse. Vor der Pumpe kann mit Vorteil eine Ultraschallzerkleinerung zur Sicherung des Zulaufs und zum Lösen eingebundener Gasblasen aus dem Substrat vorgesehen sein.
Die Anordnung der Verteilleitung oberhalb des Silierungsabschnittes ist deshalb vorteilhaft, da dann die Ventile der Verteilleitung ganzjährig im Wesentlichen drucklos geführt werden können. Die Silage kann außerdem nicht versehentlich auslaufen.
Als Feststoffpumpe können Dickstoffpumpen oder Betondoppelkolbenpumpen beziehungsweise Exzenterschneckenpumpen mit Rückschlagventil vorgesehen sein.
Soweit mehrere Annahmeeinheiten in dem Rohrsystem der Biogasanlage vorgesehen sind, ist gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung eine Pumpe mehreren Zuführeinrichtungen in Kombination zugeordnet, wodurch eine weitere Durchmischung des Substrats erfolgt.
Durch die Verteilung über eine oberhalb der Silierungsbehältnisse/Silorohre liegende Verteilleitung ist die Verteilleitung optimal entleerbar, so dass einerseits eine maximale Ausbeute gewährleistet ist und andererseits Undichtheiten vermieden werden.
Soweit das Rohrsystem (wie in der bevorzugten Ausführungsform ausgeführt) mehrere Etagen aufweist, sind in der untersten Etage mehrere Zuführeinrichtungen ZUF angeordnet und in der zweiten und dritten Etage befindet sich der Silierungsabschnitt SIA mit oberhalb der dritten Etage befindlicher Verteilleitung. Die Zuführeinrichtung ZUF kann gleichzeitig als Teil des Silierungsabschnitts dienen.
Oberhalb der Verteilleitung ist mit Vorteil eine Isolierung vorgesehen, die das Substrat möglichst temperaturneutral hält, um dieses möglichst lange lagerstabil zu konservieren. Das Substrat muss teilweise ein halbes Jahr im Silierungsabschnitt SIA verweilen, da es nach und nach verarbeitet wird.
Durch Zugabe von Milchsäure kann die Lagerstabilität weiter erhöht werden und das Substrat wird darüber hinaus besser aufgeschlossen, so dass die Gaserträge bei gleich bleibender Substratmenge steigen. Die Substrate können außerdem unabhängig von Jahreszeiten oder Ernteterminen eingelagert werden.
Durch die Anwendung von Flüssigkonservierung und den Einsatz organischer Säuren sowie dem Entzug und/oder der Verdrängung von Sauerstoff kann verhindert werden, dass Fäulnisbakterien, Schimmelpilze und Hefen zum Verderb der Rohstoffe beziehungsweise des Substrats führen.
Die Zuführeinrichtung ZUF und/oder der Silierungsabschnitt SIA werden aus mehreren Rohren, vorzugsweise aus einem säurefesten Material gebildet, damit die während der Silage entstehenden Säuren beziehungsweise die zugegebenen Säuren die Lebensdauer der Biogasanlage nicht negativ beeinflussen. Hier eignet sich in besonderer Weise glasfaserverstärkter Kunststoff.
Auf Grund der vorhandenen Verteilleitungen können einzelne oder mehrere Rohre des Silierungsabschnittes SIA nach deren Entleerung später als Endsubstratlager (Dünger) genutzt werden, so dass eine gesonderte Endsubstratlagerung entfällt (Rückflusssubstrat, Einlagerung in den Silorohren).
Auch im Silierungsabschnitt SIA sind demnach mehrere Silierungsbehältnisse/Silorohre parallel geschaltet. Die Silorohre sind mit Vorteil aus glasfaserverstärktem Kunststoff gebildet, da dieser besonders säurefest ist.
Aus dem Silierungsabschnitt SIA, in dem überwiegend durch Hydrolyse eine Zersetzung des Substrats stattgefunden hat, wird das durch die Hydrolyse verflüssigte Substrat über ein Entnahmerohr, das bevorzugt als Steigrohr ausgebildet ist, entnommen, wobei eine Ultraschallzerkleinerung für einen verbesserten Aufschluss durch die Säurebakterien und durch Lösen von Gas für Auftrieb im Entnahmerohr und damit einen Transport des Substrats sorgt (Nachzerkleinerung). Die Zersetzung erfolgt im Zersetzungsreaktionsabschnitt ZRA, zu dem teilweise bereits der Silierungsabschnitt SIA, das Entnahmerohr sowie ein an das Entnahmerohr anschließendes Säurerohr zählen kann. Im Entnahmerohr erfolgt durch Abzug von Gas eine erste Gasreinigung durch Gasabtrennmittel GAM (erste Gasreinigungsstufe), da zu diesem Zeitpunkt noch kein Methan gebildet wurde. Bevor am Ende des Säurerohrs beim Übergang des Substrats zu mindestens einem als eigenständige Erfindung zu betrachtenden Methanbildungsrohr eines Methanbildungsreaktionsabschnitt MRA (siehe 4a und 4b) die Zugabe von Gülle aus dem Stall erfolgt, können weitere Gasabtrennmittel GAM vorgesehen sein (zweite Gasreinigungsstufe). Die Methanbildungsrohre sind mit Vorteil aus glasfaserverstärktem Kunststoff gebildet, da dieser neben seiner säurefesten Eigenschaft gleichzeitig besonders alkalifest ist.
Am Ende des Zersetzungsreaktionsabschnitts ZRA befindet sich das Substrat bevorzugt im oberen Bereich, insbesondere im fünften Stock, des Rohrsystems der Biogasanlage und wird über Steigrohre/Fallrohre, in welchen die Gasabtrennungsmittel GAM integriert sind, zusammen mit der Gülle dem Methanbildungsreaktionsabschnitt MRA zugeführt, dessen Beginn bevorzugt im unteren Bereich des Rohrsystems der Biogasanlage angeordnet ist, insbesondere im untersten Stock.
Die über die Gasabtrennungsmittel GAM während des Zersetzungsreaktionsabschnitts ZRA abgetrennten Gase, beispielsweise Schwefelgase, CO₂ etc. können durch Biofilter einer Abgasneutralisation zugeführt werden.
Dem Gas kann durch eine Wärmepumpe Wärme entzogen werden, die an anderer Stelle, beispielsweise im Methanbildungsreaktionsabschnitt MRA zum Wärmen genutzt werden kann.
Das, vorzugsweise gekühlte, CO₂ kann in dem Silierungsabschnitt SIA, insbesondere von unten in Silierungsbehältnisse, beispielsweise Silorohre 11, eingebracht werden und dort den schädlichen Sauerstoff beziehungsweise die Luft verdrängen, da Sauerstoff/Luft ein geringeres spezifisches Gewicht als CO₂ aufweist.
Durch die Verwendung von Rohren und die kontinuierliche Anordnung erfolgt die Gasabtrennung durch die Gasabtrennungsmittel GAM auf natürliche Weise auf Grund des spezifischen Gewichts.
Da die in der Gülle enthaltenen Methanbildner optimal bei höheren Temperaturen arbeiten, wird das Substrat zu Beginn des Methanbildungsreaktionsabschnitts vorgewärmt, in einem ersten Schritt dadurch, dass die beigemischte Gülle (Gülle vom Stall) bereits eine höhere Temperatur aufweist als das aus dem Zersetzungsreaktionsabschnitt ZRA zugeführte Substrat. Zusätzlich kann Wärme von einer Wärmepumpe genutzt werden (Vorwärmen).
Neben der Temperaturerhöhung durch die Zugabe von Gülle wird der pH-Wert des Substrats durch Zugabe von Gülle auf etwa pH 7 angehoben.
In einem ersten Schritt und während beziehungsweise durch das Vorwärmen und die Aufnahme der Methanproduktion durch die Methanbildner entsteht Gas, insbesondere Methangas, wodurch der Druck entlang der Strömungsstrecke im Methanbildungsreaktionsabschnitt MRA ansteigt.
Das Substrat wird einerseits durch Neigung beziehungsweise Gefälle im Methanbildungsreaktionsabschnitt am Rückfließen gehindert und soweit Substrat im Gegenstrom, also gegen das Gefälle laufen soll, wird durch weitere Maßnahmen ein Rückfließen verhindert. Solche Maßnahmen sind beispielsweise Pumpen oder in einer Richtung wirkende Ventile, wobei im letztgenannten Fall durch den entstehenden Druck ein Vortrieb erzeugt wird. Der Druck kann demnach energiesparend für die Förderung des Substrats eingesetzt werden.
In einer zweiten Druckstufe steigt der Druck weiter bis auf etwa 20 bar, wobei in diesem Stadium bevorzugt Rohre mit geringerem Querschnitt zum Einsatz kommen, damit die Rohre dem Druck standhalten.
Zu diesem Zweck ist im Methanbildungsreaktionsabschnitt eine Substratverteileinrichtung zur Verteilung des Substrat-Gas-Gemisches aus der ersten Druckstufe in Druckrohre der zweiten Druckstufe vorgesehen.
Eine als eigenständige Erfindung zu betrachtende Bakterienanreicherung durch zumindest teilweise Substratrückführung kann mit Vorteil dazwischen geschaltet sein.
Nach der zweiten Druckstufe des Methanbildungsreaktionsabschnitts MRA und definierter Verweilzeit des Substrat-Gas-Gemischs in den Druckrohren, die vorzugsweise einen kleineren Querschritt als die Rohre der ersten Druckstufe aufweisen, wird das gebildete, hochreine Methangas in einem Gasabtrennraum abgeführt in an den Methanbildungsreaktionsabschnitt anschließende Druckrohre zur Speicherung des Methangases, wobei das erzeugte Methangas auf verschiedene Druckrohre verteilt wird (Gasabtrennabschnitt).
Anschließend wird das Gas in den Druckrohren durch einen die Druckrohre umgebenden Wassermantel gekühlt, wobei hier die Wärmepumpe im thermodynamischen Kreislauf Energie für das Aufheizen des Substrats zu Beginn des Methanbildungsreaktionsabschnitts MRA bereitstellt.
Beim Abkühlen des Gases (Gasreinigung, Abkühlung) in den Gasdruckrohren oder bereits vorher kann durch Sprühnebel im Methangas vorliegendes CO₂-Gas im Wasser gebunden werden (Druckwasserreinigung/Gasreinigung Sprühnebel).
Das abgekühlte, in den als eigenständige Erfindung zu betrachtenden Gasdruckrohren vorliegende Methangas weist einen Methangehalt von > 90%, idealer Weise > 95% noch bevorzugter > 98% auf. Das unter Druck stehende Methangas kann unmittelbar zur Einspeisung in das Gasnetz eines Erdgasnetzbetreibers bereitgehalten werden, ohne dass eine weitere Verdichtung notwendig wäre (Übergabe an Erdgasnetzbetreiber).
Im Gasabtrennraum verbleibt Endsubstrat, das kontinuierlich in leere Silagebehälter zurückgepumpt wird (Rückfluss/Substrat) und dort lagern kann (Einlagerung in den Silorohren), bis das Endsubstrat als Dünger von der Landwirtschaft abgerufen wird (Ausbringung auf dem Feld oder Agrargenossenschaft). Hier kann auch das gebundene, CO₂ enthaltende Kondenswasser aus der Druckwasserreinigung zugeführt werden (Kondenswasserabfluss).
2 ist eine schematische Darstellung des Rohrsystems der Biogasanlage mit einer Vielzahl von durch Rohre 1 gebildeten Strömungsabschnitten STA einer Strömungsstrecke, wobei die Strömungsstrecke auch parallel zueinander laufende Strömungsabschnitte STA umfasst.
Die Rohre 1 des Rohrsystems der Biogasanlage BGA sind als Zylinderohre, insbesondere mit kreisförmigen Querschnitt, ausgestaltet und weisen einen Durchmesser von 2,4 m und eine Länge von etwa 50 m auf. Die Rohre 1 sind in fünf Etagen ETG kaskadenförmig gestapelt, wobei die unterste, in 2 dargestellte Etage ETG als erste Etage ETG und die oberste als fünfte Etage ETG bezeichnet wird. Die untersten zwei oder drei Etagen ETG können mit Vorteil im Erdboden versenkt angeordnet sein. Die Rohre 1 werden beim Aufbau gestützt durch Verstrebungen (nicht dargestellt) zwischen den Rohren, wobei die Rohre 1 zumindest teilweise bevorzugt aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) und die Verstrebungen aus Beton gebildet sein können. Nach Fertigstellung und gegebenenfalls Prüfung werden die Rohre 1 zumindest teilweise in Beton gegossen, insbesondere der über den Erdboden befindliche Teil (ETG 4 und 5), vorzugsweise der Gesamtkomplex aus Rohren.
Zwischen der dritten und vierten Etage ist eine Isolierung 2 vorgesehen, da die erste bis dritte Etage zumindest überwiegend kühl und die vierte und fünfte Etage zumindest überwiegend bei warmen Temperaturen, d. h. zwischen 20 und 60°C, sein sollen.
Das Rohrsystem weist vier oben beschriebene Annahmetrichter 3 auf, die an jeweils ein Förderrohr 4 von Zuführeinrichtungen ZUF angeschlossen sind, so dass das Rohrsystem hier vier Zuführeinrichtungen ZUF aufweist.
Die als eigenständige Erfindung zu betrachtende Zuführeinrichtung ZUF besteht gemäß 3a und 3b aus einem am Annahmetrichter 3 angeschlossenen Zulauf 5 und einem am gegenüberliegenden Ende des Förderrohrs 4 angeordneten Pumpenausgang 6.
Eine am Zulauf 5 angeordnete Mischschnecke 7 dient der Förderung der Rohstoffe in die Zuführeinrichtung ZUF und entlang des Fördererohrs 4 vom Zulauf 5 in Richtung Pumpenausgang 6, wobei zwei Rückführrohre 8, 8' zur Durchmischung der in die Zuführeinrichtung ZUF zugeführten Rohstoffe vorgesehen sind. Durch die Mischschnecke 7 und gegebenenfalls zusätzlich vorgesehene, hier nicht dargestellte Hammermühle, Getreidemuser, Extruder, Hackfruchtmesser oder Schnecken wird das in der Zuführeinrichtung im Kreis laufende Material zerkleinert und zumindest grob pumpfähig gemacht.
Die Bewegung der Masse ist durch Pfeile 9 dargestellt. Die Mischschnecke 7 wird durch ein durch Pfeil 35 dargestelltes Gefälle vom Zulauf 5 zum Pumpenausgang 6 unterstützt.
Je zwei Pumpenausgänge 6 von benachbarten Zuführeinrichtungen ZUF führen über eine Feststoffpumpe 10 zu der nicht dargestellten, oberhalb oder im oberen Bereich der dritten Etage liegenden Verteilleitung, von der aus die in der dritten Etage dargestellten Silorohre 11 des Silierungsabschnittes SIA beliefert werden. Die Anordnung oberhalb ist vorteilhaft, damit Ventile der Verteilleitung leichter gewartet werden können, da sie ganzjährig drucklos bleiben können. An den Feststoffpumpen 10 kann Melase und/oder Siliermittel zugegeben werden.
Von den Silorohren 11 wird das Substrat unter Zugabe von Säurebakterien zur weiteren Zersetzung des Substrats im Zersetzungsreaktionsabschnitt ZRA zu einem Futterentnahmerohr 13 gefördert. Das Futterentnahmerohr 13 ist als Steigrohr ausgebildet und im Steigrohr werden Hydrolysegase abgesaugt (Gasabtrennmittel GAM). Der durch das Gas entstehende Druck drückt das Substrat in die fünfte Etage ETG in ein Säurerohr 14, wobei hier aus einem Zwischenrohr 16 Melasse zugegeben werden kann. Die Strömungsstrecke ist zum Teil durch Pfeile in 2 gekennzeichnet. Im Säurerohr 14 liegt der pH-Wert bei ca. pH 3 und am Ende des Säurerohrs 14 findet eine weitere Gasabsaugung statt, bevor dem Substrat Gülle aus dem Säurerohr 14 benachbarten Güllerohren 15 zugeführt wird. Das Substrat aus dem Säurerohr 14 wird zusammen mit der Gülle aus den Güllerohren 15 in ein als Steigrohr ausgebildetes Vorgrubenrohr 18 gefördert, insbesondere durch das produzierte Gas.
Nach der Neutralisation des Substrats mit Gülle erfolgt eine weitere Gasabsaugung in dem Vorgrubenrohr 18, insbesondere an dessen oberen Ende. Das Vorgrubenrohr 18 bildet gleichzeitig den Beginn des Methanbildungsreaktionsabschnitts MRA und ist Teil des Methanbildungsreaktionsbehälters MRB.
Soweit Rohre des Rohrsystems der Biogasanlage BGA nicht als Steig-/Fallrohre beschrieben sind, sind diese liegend, vorzugsweise mit einem Gefälle, angeordnet.
Im Vorgrubenrohr 18 wird durch Methanbildung eine erste Druckstufe von 2 bis 10 bar erreicht. In dem Vorgrubenrohr 18 ist mindestens eine Pumpe 17 vorgesehen, die einerseits zum Mischen des Substrats und andererseits zum Fördern des Substrats dient.
Vom Vorgrubenrohr 18 wird das Substrat-Gas-Gemisch zu zwei in der vierten Etage angeordneten, jeweils aus mehreren Rohren mit unterschiedlichem Durchmesser bestehenden als eigenständige Erfindung zu betrachtenden Methanbildungsrohren 19 gefördert.
Die Methanbildungsrohre 19 sind in 4a und 4b näher erläutert und ebenfalls Teil des Methanbildungsreaktionsabschnitts MRA beziehungsweise des Methanbildungsreaktionsbehälters MRB.
4a zeigt ein im Querschnitt dargestelltes Methanbildungsrohr 19 mit einem Gefälle von 3° gegenüber der Horizontalen: Das Gefälle ist in 4b durch einen Pfeil 35 dargestellt. Das Methanbildungsrohr 19 steigt demnach von einem ersten Ende 24 zu einem zweiten Ende 25 an. Jedes Methanbildungsrohr 19 besteht aus einem Außenrohr 20, das im Durchmesser den oben beschriebenen Rohren, beispielsweise dem Vorgrubenrohr 18 entspricht.
Im Außenrohr 20 ist zentrisch zum Außenrohr 20 ein Innenrohr 21 angeordnet, das wiederum von einer Vielzahl von Druckrohren 22 umgeben ist. Die Fixierung kann durch Erhebungen auf dem Innenrohr, einen Lagerkäfig, einen Rohrkäfig oder Distanzstücke erfolgen. Die Druckrohre 22 befinden sich demnach in einem durch das Außenrohr 20 und das Innenrohr 21 begrenzten Zylinderringraum 23.
Das Substrat vom Vorgrubenrohr 18 wird zunächst in die beiden Innenrohre 21 der dem Vorgrubenrohr 18 zugeordneten Methanbildungsrohre 19 geführt (siehe Pfeile 35 in 2 von Pumpe 17 ausgehend), und zwar von dem unten liegenden ersten Ende 24 der Methanbildungsrohre 19.
Im Innenrohr 21 befinden sich zum Mischen des Substrats, insbesondere stationäre, Mischer 36. Die Mischer 36 sind mit Vorteil in einem Abstand von 6 m gleichmäßig über das Innenrohr 21 verteilt angeordnet.
Das im Innenrohr 21 strömende Substrat wird durch im Zylinderringraum 23 strömendes warmes Wasser, insbesondere im Gegenstrom, aufgeheizt, damit eine schonende und gleichmäßige Aufheizung des Substrats im Innenrohr 21 gewährleistet ist. Der Temperaturgradient zwischen dem Heizwasser im Zylinderringraum 23 und dem Substrat im Innenrohr 21 wird durch die Mischer 36 optimiert. Dichtungen 48 sind am Anfang und Ende der Druckrohre 22 am Umfang der Druckrohre 22 vorgesehen, um den Wasserkreislauf abzudichten.
Um die Darstellbarkeit zu vereinfachen, wird nur die Strömungsstrecke einer der beiden parallel laufenden Strömungen in den dargestellten Methanbildungsrohren 19 durch Pfeile gekennzeichnet (siehe 4b).
Das Substrat strömt von dem ersten Ende 24 durch den von den Pumpen 17 erzeugten Druck in Richtung des weiter oben liegenden zweiten Endes 25 des Methanbildungsrohres 19. Am zweiten Ende 25 sind Substratrückführmittel zur Rückführung von mit methanbildenden Bakterien angereichertem Substrat, insbesondere aus dem Gasabtrennabschnitt, zu Substrat in der ersten und/oder zweiten Druckstufe, vorzugsweise zwischen der ersten und der zweiten Druckstufe, vorgesehen. Die Substratrückführmittel sind gebildet aus mehreren, jeweils einem oder mehreren Methanbildungsrohren 19 zugeordneten, als eigenständige Erfindung zu betrachtenden Bakterienanreichungsrohren 37.
Jedes Bakterienanreicherungsrohr 37 besteht aus einem Endsubstratrohr 38 und einem das Endsubstratrohr 38 umgebenden Frischsubstratrohr 39. Durch das Endsubstratrohr 38 über den in 2 dargestellten Substratablauf 29 strömt nach dem Gasabtrennabschnitt verbleibendes Substrat auf seinem Weg zur Lagerung für die Ausbringung auf das Feld als Dünger. Teile des Substrats aus dem Endsubstratrohr 38 gehen durch, insbesondere schlitzförmige, Öffnungen 40 im Endsubstratrohr 38 in einen durch das Endsubstratrohr 38 und das Frischsubstratrohr 39 gebildeten Frischsubstratringraum 41 über. Hierdurch wird das Substrat im Frischsubstratringraum 41 mit methanbildenden Bakterien geimpft/angereichert.
Mit einem Ausgang des Frischsubstratringraumes 41 sind Druckrohre 22 des zugeordneten, insbesondere benachbarten, Methanbildungsrohres 19 verbunden, so dass das Substrat vorzugsweise aus dem einen Methanbildungsrohr 19 in das andere Methanbildungsrohr 19 übergeht und umgekehrt.
Während das Substrat im Innenrohr 21 und anschließend in den Druckrohren 22 strömt, wird durch die methanbildenden Bakterien ständig Methan erzeugt, wodurch der Druck im Druckrohr 22 auf etwa 20 bar ansteigt, bis das Substrat die Druckrohre 22 am zweiten Ende 25 verlässt.
Das Substrat aus dem Frischsubstratringraum 41 wird mittels einer in 5 dargestellten Substratverteileinrichtung 26 auf die Druckrohre 22 verteilt, und zwar vom ersten Ende 24 her. Jedes Druckrohr 22 erhält einen Schieber 33, damit die Verweilzeit des Substrats und der Durchfluss des Substrats genau vorgebbar und überprüfbar sind.
In Fließrichtung sind alle Rohre 1 offen, damit der Druck in Fließrichtung entweichen kann.
Die Substratverteileinrichtung 26 weist einen Gas-Substratzulauf 27 und ein Verteilrohr 28 auf.
Vom Verteilrohr 28 zweigen die Druckrohre 22 ab und an dessen oberen Ende 31 ist eine Drucküberwachungseinrichtung vorgesehen. Diese ist zur Regelung/Steuerung der Schieber 33 vorgesehen, damit die Druckrohre 22 nacheinander oder parallel mit dem Substrat befüllt werden können, indem die Schieber 33 geöffnet werden. In jedem Druckrohr 22 sind im Anschluss an die Schieber 33 Rückströmverbindungsmittel, hier Rückschlagventile 30, angeordnet, damit ein Zurückströmen des Substrats verhindert wird. Während der Verweilzeit des Substrats im Druckrohr 22 wird weiter Gas gebildet.
Die Druckrohre 22 sind an dem ersten Ende 24 gegenüberliegenden Ende zu einem, insbesondere durch das Außenrohr 20 gebildeten, Gasabtrennraum 42 offen, so dass sich das gebildete Gas und das Substrat dort sammeln. Zur Abdichtung gegenüber dem Wasserkreislauf sind die Dichtungen 48 vorgesehen. Der Gasabtrennraum 42 ist als schmaler Rohrabschnitt mit größerem Durchmesser als das Außenrohr 20 ausgebildet, damit sich in einem Kopfraum 43 das Gas und in einem Sumpfraum 44 das Substrat ansammeln.
Im Gasabtrennraum 42 kann zur weiteren Gasreinigung eine Bindung von CO₂-Gas an Wasser, beispielsweise durch einen vom Kopfraum 43 nach unten gerichteten Wassersprühstrahl erfolgen (Druckwasserreinigung). Durch den im Gasabtrennraum 42 vorherrschenden Druck wird das CO₂ im Wasser gebunden, während das Methan als unpolares Molekül weiter nach oben steigt.
Das gereinigte Gas wird durch einen Gasabgang 45 in Gasdruckrohre 46 geleitet und in mehrere Gasdruckrohre 46 aufnehmenden Gaskühlrohren 34 abgekühlt, vorzugsweise auf Minusgrade, indem im Gaskühlrohr 34 kühles Wasser von der Wärmepumpe entlang den Gasdruckrohren 46 strömt, insbesondere im Gegenstrom. Die Gaskühlrohre 34 sind insbesondere im Erdboden, vorzugsweise in der ersten Etage des Rohrsystems der Biogasanlage BGA angeordnet.
Das im Sumpfraum 44 angesammelte Substrat wird über einen Endsubstratabgang 47 zu den Bakterienanreicherungsrohren 37 geleitet, und zwar in die Endsubstratrohre 38. Das Substrat ist optimal als Dünger zu gebrauchen und wird anschließend in freien Silorohren 11 gelagert. Die Verteilung kann durch die Verteilleitung der Silorohre 11 erfolgen.
In vorteilhafter Ausgestaltung kann ein weiterer Teil des mit methanbildenden Bakterien angereicherten Substrats zu dem Substrat am Beginn des Methanbildungsreaktionsabschnitts MRA zugeführt werden.

1: Rohre
2: Isolierung
3: Annahmetrichter
4: Förderrohre
5: Zuläufe
6: Pumpenausgänge
7: Mischschnecken
8, 8': Rückführrohre
9: Pfeile
10: Feststoffpumpen
11: Silorohre
12: Sammelrohre
13: Futterentnahmerohre
14: Säurerohre
15: Güllerohre
16: Zwischenrohre
17: Pumpen
18: Vorgrubenrohre
19: Methanbildungsrohre
20: Außenrohre
21: Innenrohre
22: Druckrohre
23: Zylinderringräume
24: erste Enden (Einlauf)
25: zweite Enden (Auslauf)
26: Substratverteilereinrichtungen
27: Gas-Substratzuläufe
28: Verteilrohre
29: Substratabläufe
30: Rückschlagventile
31: obere Enden
32: Drucküberwachungseinrichtungen
33: Schieber
34: Gaskühlrohre
35: Pfeil (Gefälle)
36: Mischer
37: Bakterienanreicherungsrohre
38: Endsubstratrohre
39: Frischsubstratrohre
40: Öffnungen
41: Frischsubstratringräume
42: Gasabtrennräume
43: Kopfräume
44: Sumpfräume
45: Gasabgänge
46: Gasdruckrohre
47: Endsubstratabgänge
48: Dichtungen
BGA: Biogasanlage
ZRA: Zersetzungsreaktionsabschnitt
ZRB: Zersetzungsreaktionsbehälter
MRA: Methanbildungsreaktionsabschnitt
MRB: Methanbildungsreaktionsbehälter
ZUF: Zuführungseinrichtung
SIA: Silierungsabschnitt
STA: Strömungsabschnitte
GAA: Gasabtrennungsabschnitt
GAM: Gasabtrennmittel

Claims

Rohrsystem für eine Biogasanlage zur Erzeugung von Gas aus einem Substrat mit – mindestens einem Zersetzungsrohr für einen Zersetzungsreaktionsabschnitt ZRA zur Zersetzung des Substrats, und/oder – mindestens einem Methanbildungsrohr für einen Methanbildungsreaktionsabschnitt MRA zur Bildung von Methan aus dem im Zersetzungsreaktionsabschnitt ZRA zersetzten Substrat, wobei das Zersetzungsrohr und/oder das Methanbildungsrohr Teil einer zumindest überwiegend kontinuierlichen Strömungsstrecke sind.
Rohrsystem nach Anspruch 1, bei dem das Zersetzungsrohr aus glasfaserverstärktem Kunststoff, insbesondere zylinderförmig, gebildet ist.
Rohrsystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das, insbesondere aus glasfaserverstärktem Kunststoff gebildete, vorzugsweise zylinderförmige, Methanbildungsrohr vom Zersetzungsrohr räumlich trennbar ist.
Rohrsystem nach Anspruch 1, bei dem die Strömungsstrecke zumindest überwiegend aus Strömungsabschnitten mit einem Gefälle von weniger als 60° zur Horizontalen, insbesondere weniger als 45°, vorzugsweise weniger als 30°, noch bevorzugter weniger als 10°, gebildet ist.
Rohrsystem nach Anspruch 1, in dem Rückströmverhinderungsmittel vorgesehen sind.
Rohrsystem nach Anspruch 1, bei dem dem Zersetzungsrohr mindestens ein, insbesondere zylindrisches, Silorohr für einen Silierungsabschnitt SIA, insbesondere als Teil der Strömungsstrecke, vorgeschaltet ist.
Rohrsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Zerkleinerungsmittel, insbesondere Ultraschallzerkleinerungsmittel, vorgesehen sind, insbesondere dem Methanbildungsreaktionsabschnitt MRA vorgeschaltet, vorzugsweise im Silierungsabschnitt SIA und/oder im Zersetzungsreaktionsabschnitt ZRA.
Rohrsystem nach Anspruch 6 oder 7, bei dem dem Silorohr mindestens eine Zuführeinrichtung ZUF zum Zuführen von, vorzugsweise vorzerkleinerten, Rohstoffen vorgeschaltet ist, wobei die Zuführeinrichtung ZUF insbesondere gebildet ist durch: – mindestens ein Förderrohr (4) mit einer Mischschnecke (7) zum Fördern der Rohstoffe in Richtung eines Pumpenausgangs (6) der Zuführeinrichtung ZUF und – mindestens ein zwischen der Mischschnecke (7) und dem Pumpenausgang (6) angeordnetes Rückführrohr (8, 8') zur Rückführung der Rohstoffe zur Mischschnecke (7).
Rohrsystem nach Anspruch 8, bei dem am Pumpenausgang (6) der Zuführeinrichtung ZUF eine Pumpe, insbesondere eine Feststoffpumpe 10, zur definierten Weitergabe der Rohstoffe in den Silierabschnitt SIA vorgesehen ist.
Rohrsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem vor dem Methanbildungsreaktionsabschnitt MRA, insbesondere im Zersetzungsreaktionsabschnitt ZRA, vorzugsweise am Ende des Zersetzungsreaktionsabschnitts ZRA, Gasabtrennungsmittel GAM zur zumindest teilweisen Gasabtrennung vorgesehen sind, vorzugsweise in Form mindestens eines Steigrohres.
Rohrsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zwischen dem Zersetzungsreaktionsabschnitt ZRA und dem Methanbildungsreaktionsabschnitt MRA Methanbildnerzugabemittel zur definierten Zugabe von methanbildenden Bakterien, vorzugsweise in Form von Gülle, vorgesehen sind.
Rohrsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Temperaturerhöhungsmittel zur Erhöhung der Temperatur des Substrats im Methanbildungsreaktionsabschnitt MRA, insbesondere im Gegenstrom, vorzugsweise durch eine Wärmepumpe, vorgesehen sind.
Rohrsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem dem Methanbildungsreaktionsabschnitt MRA ein Gasabtrennungsabschnitt GGA zur, insbesondere druckgesteuerten, Gasabtrennung nachgeschaltet ist.
Rohrsystem nach Anspruch 13, bei dem im Gasabtrennungsabschnitt vom Gas getrenntes Substrat durch Substratrückführmittel, insbesondere Bakterienanreicherungsrohre 37, zumindest teilweise zu dem Substrat im Methanbildungsreaktionsabschnitt MRA rückführbar ist.
Verwendung eines Methanbildungsrohrs und/oder eines Zersetzungsrohrs in einer zumindest überwiegend kontinuierlichen Strömungsstrecke einer Biogasanlage zur Erzeugung von Gas aus einem Substrat.