DE102009020200A1

DE102009020200A1 - Verfahren zum Betreiben einer Biogasanlage sowie Biogasanlage

Info

Publication number: DE102009020200A1
Application number: DE102009020200A
Authority: DE
Inventors: Michael Niederbacher
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-05-07
Filing date: 2009-05-07
Publication date: 2010-11-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Biogasanlage sowie eine Biogasanlage, bei dem beziehungsweise der eine definierte Menge eines flüssigen oder feuchten Gärsubstrates aus wenigstens einem Fermenter der Biogasanlage (1) einer Trocknungseinrichtung (5) zugeführt wird, wobei anschließend eine definierte Menge des getrockneten Gärsubstrates einer Synthesegaseinrichtung (6) zugeführt wird, in der das getrocknete Gärsubstrat zur Erzeugung eines Synthesegases bei einer definierten Temperatur vergast wird, und wobei eine definierte Menge des bei der Vergasung erzeugten Synthesegases einem Gasmotor (8) zugeführt wird. Erfindungsgemäß wird das flüssige oder feuchte Gärsubstrat aus dem wenigstens einen Fermenter (2, 3, 4) der Biogasanlage der Trocknereinrichtung (5) ohne eine vorhergehende, mittels eines Separators durchgeführte Separierung zugeführt, wobei das flüssige oder feuchte Gärsubstrat in der Trocknungseinrichtung (5) auf einen eine definierte Restfeuchte aufweisenden Trockensubstanzgehalt, bevorzugt auf einen Trockensubstanzgehalt von 70 bis 90% TS, höchst bevorzugt von 80 bis 85% TS, getrocknet wird. Ferner wird eine definierte Menge des in der Synthesegaseinrichtung (6) erzeugten Synthesegases, ohne Vermischung mit dem in dem wenigstens einen Fermenter (2) der Biogasanlage (1) erzeugten Biogas, einem Synthesegasmotor (8) zugeführt wird, der unabhängig von einem das Biogas verbrennenden Biogasmotor (9) betrieben wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Biogasanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine Biogasanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
Eine gattungsbildende Biogasanlage ist aus der DE 10 2006 048 159 A1 bekannt, bei der ein Gärsubstrat aus einem Fermenter einer Biogasanlage einem Separator zugeführt wird, in dem das Gärsubstrat in einen Feststoffstrom und in einen Flüssigkeitsstrom aufgeteilt wird. Die Feststoffe werden einem Trockner zugeführt, in dem ein getrocknetes Gärsubstrat erzeugt wird, welches dann anschließend einem thermischen Vergaser zugeführt wird. Das im Vergaser produzierte Synthesegas wird einem Gaswäscher zugeführt, in dem das Synthesegas mit der Flüssigphase aus dem Separator gewaschen wird. Das aus dem Gaswäscher abgezogene Gas wird dann mit dem vom Fermenter kommenden Biogas gemischt und einem Gasmotor zugeführt. Mit einer derartigen Verfahrensführung soll eine Erhöhung der Gasproduktion in Biogasanlagen bewirkt werden. Problematisch bei einer derartigen Verfahrensführung ist jedoch, dass es durch die Mischung des gereinigten Synthesegases mit dem Biogas zu Problemen bei der Verbrennung in den Gasmotoren kommt, die vor allem daher rühren, dass das gereinigte Synthesegas einen sehr hohen Anteil an Wasserstoffen und Teer-Rückständen aufweist, welche Teer-Rückstände auch nach dem Gaswäscher noch in hohen Mengen im Synthesegas vorhan den sind. Dadurch wird die Lebensdauer der Gasmotoren erheblich reduziert, so dass die zuvor beschriebene Verfahrensführung unpraktikabel ist.
Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Biogasanlage sowie eine Biogasanlage zur Verfügung zu stellen, mittels dem beziehungsweise der eine Vergasungseinrichtung für getrocknetes Gärsubstrat in einer solchen Weise mit einer Biogasanlage gekoppelt werden kann, dass eine optimierte und effektive Verbrennung eines Synthesegases und ein funktionssicheres Betreiben eines Gasmotors möglich ist.
Diese Aufgabe wird jeweils gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 und 11. Vorteilhafte Ausgestaltungen hierzu sind jeweils Gegenstand der darauf rückbezogenen Unteransprüche.
Gemäß Anspruch 1 wird das flüssige oder feuchte Gärsubstrat aus dem wenigstens ein Fermenter der Biogasanlage der Trocknereinrichtung ohne eine vorhergehende, mittels eines Separators durchgeführte Separierung zugeführt, wodurch der Bauteilaufwand und damit die Verfahrensführung wesentlich vereinfacht werden kann. Zudem wird das flüssige oder feuchte Gärsubstrat in der Trocknungseinrichtung auf einen eine definierte Restfeuchte aufweisenden Trockensubstanzgehalt, bevorzugt auf einen Trockensubstanzgehalt von 70 bis 90% TS, höchst bevorzugt von 80 bis 85% TS, getrocknet. Wie umfangreiche erfinderseitige Versuche gezeigt haben, wird bei einer derartigen Trocknung auf einen definierten Restfeuchtegehalt eine energetisch optimierte Trocknung erzielt, bei der nicht unkontrolliert auf zum Beispiel einen Restfeuchtegehalt von 0% getrocknet wird, für welchen ein sehr hoher Energieeinsatz erforderlich wäre, der die Trocknung energetisch unwirtschaftlich machen würde.
Weiter erfindungsgemäß wird schließlich eine definierte Menge des in der Synthesegaseinrichtung erzeugten Synthesegases, ohne eine Vermischung mit dem in dem wenigstens einen Fermenter der Biogasanlage erzeugten Biogas, einem Synthesegasmotor zugeführt, der unabhängig von einem das Biogas verbrennenden Biogasmotor betrieben wird. Damit kann die Verbrennung im Synthesegasmotor exakt auf die jeweilige Synthesegaszusammensetzung abgestimmt werden, so dass sich hierdurch eine insgesamt praktikable Verfahrensführung ergibt.
Besonders bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Verfahrensführung, bei der die dem Synthesegasmotor zugeführten Verbrennungsgase vor dem Eintritt in den Synthesegasmotor mittels einer Kühleinrichtung auf eine vorgegebene Verbrennungstemperatur, bevorzugt auf eine Verbrennungstemperatur von unter 70°C, höchst bevorzugt auf eine Verbrennungstemperatur von unter 35°C abgekühlt werden. Bei derartigen Verbrennungstemperaturen arbeitet der Synthesegasmotor in einem optimalen Bereich und es kommt daher zu weniger Reparatur- bzw. Servicefällen am Synthesegasmotor, so dass dadurch insgesamt die Lebensdauer des Synthesegasmotors wesentlich verlängert wird. Gemäß einer hierzu besonders bevorzugten konkreten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Kühleinrichtung wenigstens einen, mit flüssigem sowie mit Bakterien, insbesondere mit Methanbakterien, versetztem Gärsubstrat aus wenigstens einem Fermenter der Biogasanlage, insbesondere mit Gülle, beschickten Kühlbehälter oder Kühlturm aufweist, in dem das heiße Verbrennungsgas abgekühlt und gereinigt wird. Dies erfolgt vorteilhaft dergestalt, dass das heiße Synthesegas aus der Synthesegaseinrichtung direkt durch das flüssige Gärsubstrat hindurchgeführt wird, so dass definierte Rückstände, insbesondere Teer, aus dem Synthesegas ausgewaschen und/oder von den Bakterien zersetzt werden. Die Teer-Rückstände fallen insbesondere bei der Abkühlung des Synthesegases auf Temperaturen von unter 650°C an. Wie erfinderseitige Versuche gezeigt haben, können mit dieser besonders bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahrensführung insbesondere die für den Synthesegasmotor schädlichen Teer-Bestandteile zuverlässig und sicher aus dem Synthesegas beseitigt werden. Denn im Gegensatz zur Verfahrensführung gemäß dem Stand der Technik, bei dem der Gaswäscher lediglich mit der vom Separator abgetrennten Flüssigphase des Gärsubstrates beschickt wird, hat die hier vorgeschlagene erfindungsgemäße Verfahrensführung bei der der Kühlbehälter beziehungsweise der Kühlturm mit dem nicht separierten, flüssigen sowie mit Bakterien, insbesondere mit Methanbakterien, versetzten Gärsubstrat beschickt wird, den Vorteil, dass sich im Kühlbehälter beziehungsweise im Kühlturm wesentlich mehr Bakterien, insbesondere Methanbakterien, befinden, als dies bei der separierten Flüssigphase gemäß dem Stand der Technik der Fall ist, so dass eine effektive Reinigung des Synthesegases von Verunreinigungen, insbesondere von Teer-Rückständen erfolgen kann. Denn durch den relativ hohen Trockensubstanzgehalt im Gärsubstrat des Kühlbehälters beziehungsweise Kühlturms steht den zur Beseitigung der Rückstände, insbesondere der Teer-Rückstände, im Synthesegas benötigten Bakterien, insbesondere Methanbakterien, erheblich mehr Substrat und somit Nährmedium zur Verfügung, das die Bakterien zur Vermehrung beziehungsweise zum Leben benötigen. Mit der erfindungsgemäßen Verfahrensführung ist somit eine besonders effektive Reinigung des Synthesegases möglich, so dass der Synthesegasmotor mit erheblich reinerem Synthesegas beschickt werden kann, was die zuvor bereits genannten Vorteile in Verbindung mit dem Betrieb und der Lebensdauer des Synthesegasmotors zur Folge hat.
Besonders bevorzugt ist hier weiter eine Verfahrensführung, bei der das im Kühlbehälter oder Kühlturm aufgenommene flüssige Gärsubstrat zu definierten Zeiten und in vorgegebener Menge wieder im Kreislauf zurück zur Biogasanlage und damit zu wenigstens einem der Fermenter der Biogasanlage geführt ist. An dieser Stelle soll ausdrücklich erwähnt werden, dass der Begriff Fermenter im Sinne der vorliegenden Erfindung umfassend zu verstehen ist, das heißt er umfasst den eigentlichen Fermenter ebenso wie Nachgären oder auch Endlager. Bei dieser Erfindungsvariante, bei der von wenigstens einem Fermenter der Biogasanlage wenigstens eine Vorlaufleitung zum Kühlbehälter oder Kühlturm geführt und weiter vom Kühlbehälter oder Kühlturm wenigstens eine Rücklaufleitung zu wenigstens einem Fermenter der Biogasanlage rückgeführt ist, ergibt sich der Vorteil, dass das flüssige und zur Reinigung des Synthesegases benötigte Gärsubstrat somit im Kreislauf von der Biogasanlage zum Kühlbehälter oder Kühlturm und wieder zurück zur Biogasanlage geführt werden kann, insbesondere mittels wenigstens einer Fördereinrichtung, wie zum Beispiel einer Pumpeinrichtung gepumpt werden kann, wodurch zum einen sichergestellt ist, dass sich stets eine ausreichend mit Methanbakterien versetzte Menge an Gärsubstrat im Kühlbehälter bzw. Kühlturm befindet und zum anderen stets „kaltes” Gärsubstrat nachgeliefert wird, welches das heiße Synthesegas auf die gewünschte, vorgegebenen Temperatur abkühlt.
Ob das flüssige Gärsubstrat dabei kontinuierlich im Kreislauf gefördert wird oder lediglich ein chargenweises Über- beziehungsweise Umpumpen zwischen den einzelnen Behältern stattfindet, kann im jeweiligen Einzelfall anhand der praktisch vorgegebenen Biogasanlagenparameter definiert werden.
Um insbesondere zu vermeiden, dass sich das flüssige Gärsubstrat im Kühlturm beziehungsweise Kühlbehälter aufgrund der heißen Verbrennungsgase beziehungsweise Synthesegase auf solche hohe Temperaturen aufheizt, die gegebenenfalls zu einer Beschädigung beziehungsweise Zerstörung der Bakterienkulturen im Kühlturm beziehungsweise im Kühlbehälter führen, ist gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass in Verbindung mit dem Kühlbehälter beziehungsweise dem Kühlturm wenigstens ein zusätzliches Kältemittel vorgesehen ist, mittels dem eine definierte Wärmemenge aus dem im Kühlbehälter oder Kühlturm aufgenommenen oder vom heißen Synthesegas aufgeheizten flüssigen Gärsubstrat abgeführt wird. Diese zusätzliche Kühleinrichtung kann zum Beispiel in Form von äußeren, wandseitig umlaufenden und/oder in Form von inneren, durch das flüssige Gärsubstrat geführten Kühlschlangen und/oder in Form eines äußeren wandseitigen Kühlmantels ausgebildet sein. Zusätzlich dazu könnte auch noch eine Kühlungsmöglichkeit im Bereich des Einlasses und/oder im Bereich des Auslasses des Gärsubstrates in den zum Beispiel Kühlturm vorgesehen sein, beziehungsweise entlang einer definierten Wegstrecke des Strömungsweges des Gärsubstrates.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine definierte Menge der bei der Verbrennung des Synthesegases im Synthesegasmotor erzeugten Wärmeenergie der Trocknungseinrichtung als Trocknungsenergie zugeführt wird. Damit kann eine erhebliche Energieeinsparung in Verbindung mit der erforderlichen Trocknungseinrichtung erzielt werden.
Selbstverständlich kann auch die bei der Verbrennung im Synthesegasmotor erzeugte elektrische Energie in ein Stromnetz eingespeist werden, bevorzugt in das gleiche Stromnetz, in das auch die vom Biogasmotor durch Verbrennung der Biogase aus den wenigstens einen Fermenter der Biogas erzeugte elektrische Energie eingespeist wird.
Die Vergasung des erfindungsgemäß vorgetrockneten Gärsubstrates erfolgt bevorzugt in Verbindung mit einer Thermolyse, bei der das getrocknete Gärsubstrat bei einer Temperatur von größer 500°C, bevorzugt bei einer Temperatur zwischen 500°C bis 600°C, vergast wird.
Das getrocknete Gärsubstrat wird zudem bevorzugt in der Trocknungseinrichtung selbst oder in einer der Trocknungseinrichtung nachgeschalteten sowie der Vergasungsanlage vorgeschalteten Pelletiereinrichtung zu Pellets verarbeitet, so dass das getrocknete Gärsubstrat der Trocknungseinrichtung in einfach handzuhabener Weise in Form von Pellets zugeführt wird.
Die sich in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Biogasanlage ergebenden Vorteile wurden bereits zuvor in Verbindung mit der Verfahrensführung be schrieben oder ergeben sich in analoger Weise aus den zuvor in Verbindung mit der Verfahrensführung genannten Vorteilen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
1 schematisch einen konkreten Aufbau einer erfindungsgemäßen Biogasanlage mit einer erfindungsgemäßen Verfahrensführung,
2a schematisch eine beispielhafte Ausführung eines großvolumigen, erfindungsgemäßen Kühlturms der Biogasanlage gemäß 1, und
2b eine alternative Ausgestaltung des Kühlturms gemäß 2a.
In der 1 ist schematisch eine Biogasanlage 1 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, die einen Fermenter 2 und einem dem Fermenter nachgeschalteten Nachgarer 3 aufweist. Optional kann dem Nachgärer 3 auch noch ein Endlager 4 nachgeschaltet sein, das hier lediglich schematisch und strichliert eingezeichnet ist.
Wie dies der beispielhaften Ausführungsform der 1 weiter entnommen werden kann, ist dem Nachgärer 3 ein Trockner 5, zum Beispiel ein Bandtrockner nachgeschaltet, dem Wiederrum eine Synthesegaseinrichtung 6 nachgeschaltet ist.
Ferner umfasst die Biogasanlage 1 noch einen Kühlturm 7, einen Synthesegasmotor 8 sowie einen Biogasmotor 9.
Mit einer derartigen Biogasanlage 1 kann beispielsweise die nachfolgend im Detail beschriebene erfindungsgemäße Verfahrensführung durchgeführt werden:
So kann flüssiges Gärsubstrat aus dem Fermenter 2 über eine Leitung 10 in üblicher Weise in den Nachgärer 3 eingebracht werden, von dem ausgehend dann eine definierte Menge eines mit Methanbakterien versetzten Gärsubstrates über die Leitung 11 zum Trockner gefördert, zum Beispiel gepumpt wird.
Wie dies durch die strichlierte Leitung 12 angedeutet ist, kann zusätzlich oder alternativ dazu der Trockner 5 auch mit flüssigem sowie mit Methanbakterien versetztem Gärsubstrat aus dem Fermenter 2 gespeist werden. Die entsprechende Steuerung beziehungsweise Regelung der Beschickung des Trockners mit einem derartigen flüssigen Gärsubstrat wird bevorzugt mittels einer Steuerund/oder Regeleinrichtung gesteuert beziehungsweise geregelt, die hier allerdings nicht dargestellt ist.
Im Trockner 5 wird das flüssige und mit Methanbakterien versetzte Gärsubstrat dann vorzugsweise auf einen Trockensubstanzgehalt von 80 bis 85% TS getrocknet und anschließend zum Beispiel pelletiert, so dass der Synthesegaseinrichtung 6 Pellets zugeführt werden können. Die Zuführung der Pellets zur Synthesegaseinrichtung 6 erfolgt mittels der Fördereinrichtung 13, die hier ebenfalls nur äußerst schematisch in Form eines Doppelpfeils dargestellt ist.
In der Synthesegaseinrichtung 6 wird eine Thermolyse bei Temperaturen von bevorzugt 500°C bis 650°C durchgeführt, so dass das in Form von Pellets vorliegende, getrocknete Gärsubstrat vergast wird.
Das in der Synthesegaseinrichtung 6 erzeugte Synthesegas gelangt über die Gasleitung 14 in den Kühlturm 7, der, wie dies auch aus der 2 ersichtlich ist, in einem vorgegebenen Maße mittels eines flüssiges und mit Methanbakterien versetztes Gärsubstrats 15 befüllt ist. Bei dem Gärsubstrat handelt es sich bevorzugt um Gülle, zum Beispiel Rinder- oder Schweinegülle aus der Rinder- oder Schweinehaltung.
Das flüssige Gärsubstrat gelangt hier über die Leitung 16 in den Kühlturm 7, wobei zur Förderung des Gärsubstrates 15 beispielsweise eine hier nicht gezeigte Pumpe verwendet wird. Wie weiter gezeigt, kann in dieser Vorlaufleitung 16 kühlbehältereingangsseitig eine durch zum Beispiel einen Wärmetauscher 16a gebildete Kühleinrichtung angeordnet sein, um das Gärsubstrat 15 vor dessen Eintritt in den Kühlturm 7 auf eine gewünschte, vorgegebene Temperatur abzukühlen.
Alternativ oder zusätzlich zu der Beschickung des Kühlturms 7 mit flüssigem Gärsubstrat 15 aus dem Fermenter 2 kann auch hier Wiederrum vorgesehen sein, das flüssige Gärsubstrat 15 nach dem Nachgärer 3 abzuziehen. Die Art und Weise beziehungsweise die Menge der Zudosierung des flüssigen Gärsubstrates 15 in den Kühlturm 7 wird auch hier Wiederrum bevorzugt in einer hier nicht dargestellten Steuer- und/oder Regeleinrichtung gesteuert beziehungsweise geregelt. Bei dieser Steuer- und/oder Regeleinrichtung handelt es sich um bevorzugt die gleiche Steuer- und/oder Regeleinrichtung wie sie in Verbindung mit der Zudosierung von flüssigem Gärsubstrat 5 eingesetzt wird.
Wie dies insbesondere aus der 2a ersichtlich ist, wird das heiße Synthesegas 17 dem Kühlturm 7 zum Beispiel sumpfseitig zugeführt, und zwar dergestalt, dass das Synthesegas direkt in das flüssige Gärsubstrat 15 eingedüst wird, so dass das Synthesegas 17 in einen direkten Kontakt mit dem flüssigen Gärsubstrat 15 gelangt. Das Synthesegas durchblubbert somit das flüssige Gärsubstrat 15 und steigt im Kühlturm 7 nach oben hin auf, wo es als gereinigtes Synthesegas 18 abgezogen und über die Leitung 19 (1) dem Synthesegasmotor 8 zur Verbrennung zugeführt wird.
Alternativ dazu kann das heiße Synthesegas 17 aber auch kopfseitig dem Kühlturm 7 zugeführt werden, zum Beispiel mittels einer oder mehrerer Gaslanzen 28 in den Bodenbereich des Kühlturms 7 geführt werden, von wo aus es dann wieder durch das Gärsubstrat 15 nach oben blubbert (Bezugszeichen 17a) und über eine Gasleitung gekühlt und gereinigt abgezogen wird (2b). Diese Variante hat den Vorteil, dass das heiße Synthesegas hier dann in den voneinander beabstandeten Gaslanzen 28 bereits gekühlt wird, bevor es zur Reinigung und weiteren Kühlung in unmittelbarem Kontakt mit dem Gärsubstrat durch dieses hindurchgeführt wird. Wie ersichtlich, erfolgt die Gasverteilung hier über ein Verteilerrohr 29.
Im Kühlturm 7 werden definierte Rückstände und Verunreinigungen des Synthesegases 17, insbesondere für den Synthesegasmotor 8 schädliche Teer-Rückstände, von den Methanbakterien zersetzt beziehungsweise vom Synthesegas 17 abgetrennt, so dass dem Synthesegasmotor 8 ein von den insbesondere Teer-Rückständen gereinigtes Synthesegas 18 zugeführt werden kann.
Im Kühlturm 7 wird das Synthesegas ferner auf eine Temperatur von bevorzugt unter 35°C abgekühlt. Der Kühlturm 7 ist deshalb hier bevorzugt relativ großvolumig ausgelegt, um eine große Menge an flüssigem Gärsubstrat 15 als Kühlmittel im Inneren des Kühlturms 7 aufzunehmen. Beispielsweise kann ein derartiger Turm eine Höhe von 5 bis 10 Metern beziehungsweise einen Durchmesser von ca. 3 bis 8 Metern aufweisen.
Wie dies der 1 und auch den 2a, 2b weiter zu entnehmen ist, ist vom Kühlturm 7 ausgehend eine Rücklaufleitung 20 hier beispielhaft zum Fermenter 2 rückgeführt; über die zum Beispiel ebenfalls Wiederrum gesteuert oder geregelt mittels der zuvor genannten Steuer- und/oder Regeleinrichtung, zu vorgegebenen Zeiten eine vorgegebene Menge des Gärsubstrats 15 aus dem Kühlturm 7 wieder in den Fermenter 2, beispielsweise mittels einer Pumpein richtung zurückgepumpt wird. Die Rückführung von flüssigem Gärsubstrat 15 in den Fermenter 2 kann hier zum Beispiel dergestalt gesteuert beziehungsweise geregelt werden, dass jedesmal dann, wenn über die dann eine Vorlaufleitung bildende Leitung 16 frisches, flüssiges Gärsubstrat 15 in den Kühlturm 7 eingebracht wird, eine entsprechende Gärsubstratmenge aus dem Kühlturm 7 abgezogen wird. Mittels eines derartigen Kreislaufs kann dann auf einfache Weise sichergestellt werden, dass sich stets ausreichend kühles und auch in ausreichender Weise mit Methanbakterien versetztes Gärsubstrat im Kühlturm 7 befindet. Auch hier kann Wiederrum in der Rücklaufleitung 20, bevorzugt kühlturmauslassseitig, eine zum Beispiel durch einen Wärmetauscher 20a gebildete Kühleinrichtung vorgesehen sein, um das Gärsubstrat 15 auf eine vorgegebene, definierte Temperatur zu kühlen.
Um insbesondere sicherzustellen, dass sich das flüssige Gärsubstrat 15 im Kühlturm 7 nicht zu sehr aufheizt, was insbesondere bei kleinvolumigeren Kühltürmen der Fall sein könnte und was gegebenenfalls zu einer Beeinträchtigung der Methanbakterien führen könnte, ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass im Kühlturm 7 Kühlschlangen 26 angeordnet sind, in denen ein Kältemittel 27, beispielsweise Wasser, geführt ist. Das Kältemittel 27 wird hier in der 2 beispielhaft sumpfseitig zugeführt, durchströmt dann die Kühlschlangen 26 nach oben zur Kopfseite des Kühlturms 7 hin, wo es dann im aufgeheizten Zustand abströmt. Im Verlauf des Durchströmens der Kühlschlangen 26 wird von dem Kältemittel 27 Wärme aus dem flüssigen Gärsubstrat aufgenommen, so dass dieses in einem definierten Temperaturfenster gehalten werden kann.
Wie dies über die strichlierte Leitung 21 schematisch und beispielhaft angedeutet ist, kann selbstverständlich Wiederrum gesteuert beziehungsweise geregelt über wenigstens eine der in Verbindung mit der Biogasanlage 1 vorgesehenen Steuer- und/oder Regeleinrichtung auch eine Rückführung des flüssigen Gärsubstrats 15 aus dem Kühlturm 7 in den Nachgarer 3 erfolgen, und zwar unabhängig davon, ob die Beschickung des Kühlturms 7 mit flüssigem Gärsubstrat 15 über den Fermenter 2 und/oder den Nachgarer 3 erfolgt. Selbstverständlich kann in die zuvor geschilderten Stoffströme auch das Endlager 4 eingebunden werden, falls dies für die jeweilige Prozessführung mit erforderlich sein sollte beziehungsweise eine Option darstellen sollte. Dies soll ausdrücklich vom Schutzumfang umfasst sein, auch wenn dies nicht explizit beschrieben beziehungsweise dargestellt ist.
Durch die Verbrennung des gereinigten Synthesegases 18 im Synthesegasmotor 8 wird elektrische Energie erzeugt, die über eine Stromleitung 22 einem hier nicht dargestellten Stromnetz zugeführt wird. In analoger Weise wird das im Fermenter 2 erzeugte Biogas über eine Gasleitung 23 dem vollständig separat und unabhängig vom Synthesegasmotor 8 betriebenen Biogasmotor 9 zugeführt und dort verbrannt. Die im Biogasmotor 9 erzeuget elektrische Energie wird dann ebenfalls über eine Stromleitung 24 dem hier nicht dargestellten Stromnetz zugeführt beziehungsweise in dieses eingespeist.
Wie dies der 1 weiter schematisch zu entnehmen ist, wird die bei der Verbrennung des Synthesegases 17 im Synthesegasmotor 8 zusätzlich zur elektrischen Energie anfallende Abwärme q wenigstens teilweise, bevorzugt ganz, dem Trockner 5 zugeführt, wie dies durch die Pfeile 25 schematisch dargestellt ist. Die Zuführung der Wärme kann beispielsweise über eine hier nicht im Detail dargestellte Wärmeleitung erfolgen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102006048159 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Biogasanlage, bei dem eine definierte Menge eines flüssigem oder feuchten Gärsubstrates aus wenigstens einem Fermenter der Biogasanlage (1) einer Trockungseinrichtung (5) zugführt wird, wobei anschließend eine definierte Menge des getrockneten Gärsubstrates einer Synthesegaseinrichtung (6) zugeführt wird, in der das getrocknete Gärsubstrat zur Erzeugung eines Synthesegases bei einer definierten Temperatur vergast wird, und wobei eine definierte Menge des bei der Vergasung erzeugten Synthesegases einem Gasmotor (8) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige oder feuchte Gärsubstrat aus dem wenigstens einen Fermenter (2, 3, 4) der Biogasanlage der Trocknereinrichtung (5) ohne eine vorhergehende, mittels eines Separators durchgeführte Separierung zugeführt wird, dass das flüssige oder feuchte Gärsubstrat in der Trocknungseinrichtung (5) auf einen eine definierte Restfeuchte aufweisenden Trockensubstanzgehalt, bevorzugt auf einen Trockensubstanzgehalt von 70 bis 90% TS, höchst bevorzugt von 80 bis 85% TS, getrocknet wird, und dass eine definierte Menge des in der Synthesegaseinrichtung (6) erzeugten Synthesegases, ohne Vermischung mit dem in dem wenigstens einen Fermenter (2) der Biogasanlage (1) erzeugten Biogas, einem Synthesegasmotor (8) zugeführt wird, der unabhängig von einem das Biogas verbrennenden Biogasmotor (9) betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine definierte Menge der bei der Verbrennung des Synthesegases im Synthesegasmotor (8) erzeugten Wärmeenergie der Trocknungseinrichtung (5) als Trocknungsenergie zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der Verbrennung im Synthesegasmotor (8) erzeugte elektrische Energie in ein Stromnetz eingespeist wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Synthesegasmotor (8) zugeführten Verbrennungsgase vor dem Eintritt in den Synthesegasmotor (8) mittels einer Kühleinrichtung (7) auf eine vorgegebene Verbrennungstemperatur, bevorzugt auf eine Verbrennungstemperatur von unter 70°C, höchst bevorzugt auf eine Verbrennungstemperatur von unter 35°C abgekühlt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung wenigstens einen mit flüssigem sowie mit Bakterien, insbesondere Methanbakterien, versetztem Gärsubstrat aus wenigstens einem Fermenter der Biogasanlage, insbesondere mit Gülle, beschickten Kühlbehälter oder Kühlturm (7) aufweist, in dem das heiße Verbrennungsgas abgekühlt und gereinigt wird, dergestalt, dass das heiße Synthesegas aus der Synthesegaseinrichtung (6) direkt durch das flüssige Gärsubstrat (15) hindurchgeführt wird, so dass definierte Rückstände, insbesondere Teer, aus dem Synthesegas ausgewaschen und/oder von den Bakterien zersetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das im Kühlbehälter oder Kühlturm (7) aufgenommene flüssige Gärsubstrat (15) zu definierten Zeiten und in vorgegebener Menge wieder im Kreislauf zurück zur Biogasanlage (1) und damit zu wenigstens einem Fermenter (1, 3) der Biogasanlage (1) geführt ist.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gärsubstrat vor dem Eintritt und/oder nach dem Austritt aus dem Kühlbehälter oder Kühlturm (7) mittels wenigstens einer zusätzlichen Kühleinrichtung (16a, 20a) auf eine definierte Temperatur abgekühlt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein zusätzliches Kühlmittel (26) vorgesehen ist, mittels dem eine definierte Wärmemenge aus dem im Kühlbehälter oder Kühlturm (7) aufgenommenen und vom heißen Synthesegas aufgeheizten flüssigen Gärsubstrat (15) abgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Synthesegaseinrichtung (6) eine Thermolyse durchgeführt wird, bei der das getrocknete Gärsubstrat bei einer Temperatur von größer 500°C, bevorzugt bei einer Temperatur von 500°C bis 650°C, vergast wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das getrocknete Gärsubstrat in der Trocknungseinrichtung (5) oder in einer der Trocknungseinrichtung (5) nachgeschalteten sowie der Synthesegaseinrichtung (6) vorgeschalteten Pelletiereinrichtung zu Pellets verarbeitet wird dergestalt, dass das getrocknete Gärsubstrat der Trocknungseinrichtung (5) in Form von Pellets zugeführt wird.
Biogasanlage, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit wenigstens einem mit einem flüssigen oder feuchten Gärsubstrat befüllten Fermenter (2, 3, 4), mit einer Trocknungseinrichtung (5), in der eine definierte Menge eines flüssigen oder feuchten Gärsubstrates trockenbar ist, mit einer Synthesegaseinrichtung (6), in der eine definierte Menge des getrockneten Gärsubstrates vergasbar ist, und mit einem Gasmotor (8), dem eine definierte Menge des Synthesegases zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknungseinrichtung (5) dem wenigstens einen Fermenter (2, 3, 4) so nachgeschaltet ist, dass das flüssige oder feuchte Gärsubstrat aus dem wenigstens einen Fermenter (2, 3, 4) der Trocknungseinrichtung (5) ohne vorherige, mittels eines Separators durchgeführte Separierung zuführbar ist, dass der Gasmotor, dem eine definierte Menge des Synthesegases zuführbar ist, durch einen separaten Synthesegasmotor (8) gebildet ist, der unabhängig von einem das Biogas aus dem wenigstens einen Fermenter (2) der Biogasanlage verbrennenden Biogasmotor (9) betrieben wird, und dass die Trocknungseinrichtung (5) so ausgelegt ist, dass das flüssige oder feuchte Gärsubstrat in der Trocknungseinrichtung (5) auf einen eine definierte Restfeuchte aufweisenden Trockensubstanzgehalt von 70 bis 90% TS, höchst bevorzugt auf einen Trockensubstanzgehalt von 80 bis 85% TS, getrocknet wird.
Biogasanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Synthesegasmotor (8) mittels wenigstens einer Wärmeleitung mit der Trocknungseinrichtung (5) gekoppelt ist dergestalt, dass die Motorabwärme der Trocknungseinrichtung (5) als Wärmeenergie zuführbar ist.
Biogasanlage nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Synthesegasmotor (8) mittels wenigstens einer Stromleitung (22) mit einem Stromnetz gekoppelt ist dergestalt, dass die bei der Verbrennung der Synthesegase im Synthesegasmotor (8) erzeugte elektrische Energie in ein Stromnetz einspeisbar ist.
Biogasanlage nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass dem Synthesegasmotor (8) wenigstens eine Kühleinrichtung (7) vorgeschaltet ist, in der die heißen Verbrennungsgase aus der Synthesegaseinrichtung (6) auf eine definierte Verbrennungstemperatur abkühlbar sind.
Biogasanlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung wenigstens einen mit flüssigem sowie mit Bakterien, insbesondere Methanbakterien, versetzten Gärsubstrat aus wenigstens einem Fermenter der Biogasanlage (1), insbesondere mit Gülle, befüllten Kühlbehälter oder Kühlturm (7) aufweist, durch den das heiße Verbrennungsgas vor dessen Zuführung zum Synthesegasmotor (8) direkt und im unmittelbaren Kontakt mit dem Gärsubstrat hindurchführbar ist.
Biogasanlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass von wenigstens einem Fermenter (2, 3) der Biogasanlage (1) wenigstens eine Vorlaufleitung (16) zum Kühlbehälter oder Kühlturm (7) hingeführt und vom Kühlbehälter oder Kühlturm (7) wenigstens eine Rücklaufleitung (20) zu wenigstens einem Fermenter (2, 3) der Biogasanlage (1) rückgeführt ist dergestalt, dass das flüssige Gärsubstrat im Kreislauf von der Biogasanlage (1) zum Kühlbehälter oder Kühlturm (7) und wieder zurück zur Biogasanlage (1) führbar, insbesondere mittels wenigstens einer Fördereinrichtung förderbar ist.
Biogasanlage nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlbehälter oder Kühlturm (7) wenigstens eine zusätzliche Kühleinrichtung, bevorzugt in Form von äußeren, wandseitig umlaufenden und/oder in Form von inneren, durch das flüssige Gärsubstrat geführten Kühlschlangen (26) und/oder in Form eines äußeren wandseitigen Kühlmantels, aufweist, mittels der die von dem flüssigen Gärsubstrat aufgenommene Wärme an ein in den Kühlschlangen (26) oder im Kühlmantel geführtes Kältemittel abgebbar und abführbar ist.
Biogasanlage nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vorlaufleitung (16), vorzugsweise im Bereich eines Kühlbehälter- oder Kühlturmeinlasses, und/oder in der Rücklaufleitung (20), vorzugsweise im Bereich eines Kühlbehälter- oder Kühlturmauslasses, wenigstens eine zusätzliche Kühleinrichtung, vorzugsweise wenigstens ein Wärmetauscher (16a, 20a), angeordnet ist.
Biogasanlage nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das heiße Synthesegas (17) dem Kühlbehälter oder Kühlturm (7) kopfseitig zugeführt wird, insbesondere dergestalt, dass das heiße Synthesegas (17) mittels wenigstens einer vom Kopfbereich ausgehenden und bevorzugt bis zum Bodenbereich geführten Gaslanze (28) in das Gärsubstrat (15) eingedüst wird.
Biogasanlage nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere voneinander beabstandete und über ein Verteilerrohr (29) gespeiste Gaslanzen (28) vorgesehen sind.