DE102010006080A1 - Plant, useful for processing biomass and producing biogas, comprises mixing- and crushing device for incorporating solid biomass and fermentation liquid, fermentor for promoting fermentation of biomass mash and phase separation device - Google Patents

Plant, useful for processing biomass and producing biogas, comprises mixing- and crushing device for incorporating solid biomass and fermentation liquid, fermentor for promoting fermentation of biomass mash and phase separation device Download PDF

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Abstract

Plant (10) comprises: a mixing- and crushing device (30) for incorporating a mixture of a solid biomass and a fermentation liquid and for mixing and crushing the mixture to a biomass mash; a fermentor (40) connected to the mixing- and crushing device for incorporating the biomass mash, and to promote the fermentation of the biomass mash; and a phase separation device (60) connected to the fermentor to accommodate the fermented biomass mash, which is designed to separate the fermented biomass mash into a liquid phase and a solid phase. Plant (10) comprises: a mixing- and crushing device (30) for incorporating a mixture of a solid biomass and a fermentation liquid and for mixing and crushing the mixture to a biomass mash; a fermentor (40) connected to the mixing- and crushing device for incorporating the biomass mash, and to promote the fermentation of the biomass mash; and a phase separation device (60) connected to the fermentor to accommodate the fermented biomass mash, which is designed to separate the fermented biomass mash into a liquid phase and a solid phase. The phase separation device is connected to the mixing- and crushing device such that the liquid phase in the mixing- and crushing device, is used as fermentation liquid for producing the biomass mash. An independent claim is also included for processing biomass and producing biogas, comprising: mixing the solid biomass and fermentation liquid, crushing the obtained mixture to a biomass mash in the mixing- and crushing device; feeding the biomass mash into the fermentor and subjecting the mash for fermentation; feeding the fermented biomass mash from the fermentor into the phase separation device, which is connected to the fermentor, and separating the fermented biomass mash into the liquid phase and solid phase; and producing the biomass mash by using the liquid phase as the fermentation liquid in the mixing- and crushing device.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft eine Anlage und ein Verfahren zur energetischen Verwertung von nachwachsenden Rohstoffen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Biogasanlage, in welcher bevorzugt Biomasse biochemisch aufbereitet und zur Biogaserzeugung verwendet wird, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Biogasanlage.The invention relates to a system and a method for the energetic utilization of renewable resources. In particular, the invention relates to a biogas plant, in which preferably biomass is processed biochemically and used for biogas production, and a method for operating such a biogas plant.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Als Biomasse werden Bestandteile von organischem Material bezeichnet, welche in einem definierten Ökosystem vorhanden sind, das biochemisch synthetisiert wurde. Derartige Biomasse, in der insbesondere biochemisch gespeicherte Sonnenenergie gebunden ist, kann auch als ein sich selbst erneuernder Energielieferant, d. h. als sogenannte ”nachwachsende Energiequelle” bezeichnet werden.Biomass refers to constituents of organic material that are present in a defined ecosystem that has been biochemically synthesized. Such biomass, in which in particular biochemically stored solar energy is bound, can also be used as a self-renewing energy supplier, i. H. be referred to as a so-called "renewable energy source".

Hierbei sind Pflanzen als sogenannte Primärproduzenten durch die Photosynthese in der Lage, aus für die Energiegewinnung nicht nutzbaren Stoffen (CO2, H2O, Mineralstoffe) unter Energiezufuhr große Mengen von Biomasse aufzubauen, welche nach der Umformung insbesondere in Form von Kohlehydraten zur Verfügung gestellt werden.Here are plants as so-called primary producers by photosynthesis in a position to build up from the non-renewable energy sources (CO 2 , H 2 O, minerals) while supplying energy with large amounts of biomass, which made available in particular in the form of carbohydrates after the transformation become.

Nicht nur in Entwicklungsländern, sondern in steigendem Masse auch in den Industrieländern sind derartige Biomassen in Form von Holz, pflanzlichen Stoffen und Dung zu einer wichtigen Energiequelle geworden.Not only in developing countries, but to an increasing extent also in the industrialized countries, such biomass in the form of wood, vegetable matter and manure have become an important source of energy.

Die Anlagen zur Verwertung von Biomassen werden als Bioreaktor oder auch als Biogasanlage bezeichnet. Sie weisen mindestens einen Behälter, den sogenannten Fermenter, auf, in dem bestimmte Mikroorganismen unter möglichst optimalen Bedingungen in einem Nährmedium kultiviert werden, um entweder die Zellen selbst, Teile von ihnen oder eines ihrer Stoffwechselprodukte, insbesondere das sogenannte Biogas, zu gewinnen und als Energieträger in großem Maße industriell oder in Haushalten nutzbar zu machen.The plants for the utilization of biomass are called bioreactor or biogas plant. They have at least one container, the so-called fermenter, in which certain microorganisms are cultured under optimal conditions in a nutrient medium, either to win the cells themselves, parts of them or one of their metabolites, especially the so-called biogas, and as an energy source to be used industrially or in households to a great extent.

Die vorgenannten, meist mehrstufig aufgebauten Bioreaktoren sind für einen Dauerbetrieb konzipiert und arbeiten kontinuierlich über mehrere Jahre. Derartige Biogaserzeuger weisen oftmals mehrere, stehend angeordnete, meist als zylindrische Hohlkörper ausgebildete Fermenter auf. Diese Fermenter besitzen ein Fassungsvermögen von bis zu mehreren tausend Kubikmetern.The aforementioned, mostly multi-stage bioreactors are designed for continuous operation and work continuously over several years. Such biogas generators often have several, standing arranged, usually designed as a cylindrical hollow body fermenter. These fermenters have a capacity of up to several thousand cubic meters.

Es sind im Wesentlichen drei unterschiedliche Verfahren zur Einbringung von Biomasse in einen Fermenter einer Biogasanlage bekannt. Erstens ist es bekannt, die im Wesentlichen feste Biomasse über Schnecken- oder Pressvorrichtungen direkt aus einem Vorratsbehälter in den Fermenter einzubringen. Damit es zu einer Vergärung im Fermenter kommt, wird oftmals zusätzlich eine Gärflüssigkeit (z. B. Gülle) in den Fermenter gepumpt. Zweitens ist es bekannt, die im Wesentlichen feste Biomasse in einer Mischpumpe mit Gärflüssigkeit zu vermischen und dieses Gemisch dem Fermenter zuzuführen. Derartige Mischpumpen werden beispielsweise von der Firma Vogelsang unter dem Produktnamen ”Quickmix”, von der Firma Börger unter dem Produktnamen ”SSR” und von der Firma Wangen unter dem Produktnamen ”Biomix” vertrieben. In einer Abwandlung dieses Verfahrens ist es drittens bekannt, die feste Biomasse und die Gärflüssigkeit in einer Vorgrube vorzumischen und dieses Gemisch dem Fermenter zuzuführen, beispielsweise ebenfalls mittels einer Pumpe.There are essentially three different methods for introducing biomass into a fermenter of a biogas plant known. First, it is known to introduce the substantially solid biomass via screw or pressing devices directly from a reservoir into the fermenter. In order to ferment it in the fermenter, a fermentation liquid (eg liquid manure) is often pumped into the fermenter. Secondly, it is known to mix the substantially solid biomass in a mixing pump with fermentation liquid and to supply this mixture to the fermenter. Such mixing pumps are marketed, for example, by Vogelsang under the product name "Quickmix", by Börger under the product name "SSR" and by the company Wangen under the product name "Biomix". Third, in a modification of this method, it is known to pre-mix the solid biomass and the fermentation liquid in a pre-pit and to supply this mixture to the fermenter, for example likewise by means of a pump.

Es ist ferner bekannt, bei den vorstehend beschriebenen herkömmlichen Verfahren weitere Verfahrensschritte zur Zerkleinerung der im Wesentlichen festen Biomasse vorzusehen, bevor diese in den Fermenter eingebracht wird, um den Gärprozess zu beschleunigen.It is also known, in the conventional methods described above, to provide further method steps for comminuting the substantially solid biomass before it is introduced into the fermenter in order to accelerate the fermentation process.

Bei den vorstehend beschriebenen Verfahren zur Einbringung der Biomasse in den Fermenter sind große Gärvolumina erforderlich, d. h. es wird ein Fermenter mit einem großen Fassungsvermögen benötigt, da die bei der Vergärung anfallende Flüssigkeit bzw. die hohen Wasseranteile von eingebrachter Gülle aufgrund der notwendigen Einhaltung der Verweilzeit im Fermenter nicht ausgeschleust werden können. Ein großes Fassungsvermögen des Fermenters bedeutet eine größere Oberfläche des Fermenters und somit einen hohen Energieverlust. Mit anderen Worten: die Effizienz der Biogasanlage wird reduziert. Bei herkömmlichen Verfahren, bei denen keine Vorzerkleinerung der Biomasse stattfindet, verstärkt sich dieser nachteilige Effekt dadurch, dass unzerkleinerte Biomassepartikel aufgrund ihrer geringen spezifischen Oberfläche lange Verweilzeiten im Fermenter bedingen. Ferner steigt mit der Zunahme des Fassungsvermögens eines Fermenters die Energiemenge, die dazu benötigt wird, die im Fermenter vergärende Biomasse zu verrühren, was wiederum zu einer Reduzierung der Effizienz der Biogasanlage führt. Schließlich führt auch das bei einigen bekannten Biogasanlagen erforderliche Einbringen von in der Regel kalter Gülle in den Fermenter zu einer Reduzierung der Effizienz solcher Anlagen.In the methods described above for introducing the biomass into the fermenter large fermentation volumes are required, d. H. It is a fermenter with a large capacity required because the resulting liquid in the fermentation or the high water content of introduced manure can not be discharged due to the necessary compliance with the residence time in the fermenter. A large capacity of the fermenter means a larger surface of the fermenter and thus a high energy loss. In other words: the efficiency of the biogas plant is reduced. In conventional processes in which no pre-comminution of the biomass takes place, this disadvantageous effect is intensified by the fact that un-shredded biomass particles cause long residence times in the fermenter due to their low specific surface area. Furthermore, as the capacity of a fermenter increases, the amount of energy needed to agitate the fermenting biomass in the digester increases, which in turn reduces the efficiency of the biogas plant. Finally, the introduction of usually liquid manure into the fermenter, which is required in some known biogas plants, also leads to a reduction in the efficiency of such plants.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine verbessere (insbesondere energetisch effizientere) Anlage zur Vergärung von Biomasse sowie ein solches Verfahren bereitzustellen. Insgesamt sollen die Vorteile der bekannten unterschiedlichen Anlagen zur Vergärung von Biomasse beibehalten werden, ohne dass deren Nachteile in Kauf genommen werden müssen.The present invention is therefore based on the object of providing an improved (in particular more energy-efficient) plant for the fermentation of biomass and to provide such a process. Overall, the advantages of the known different biomass fermentation plants are maintained without their disadvantages having to be accepted.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Diese Aufgabe wird bei durch eine Anlage zur Vergärung von Biomasse gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zur Vergärung von Biomasse gemäß Anspruch 10 gelöst.This object is achieved by a plant for the fermentation of biomass according to claim 1 and a method for the fermentation of biomass according to claim 10.

Erfindungsgemäß wird vor dem Einbringen in den Fermenter die im Wesentlichen feste Biomasse, z. B. Maispflanzen, zusammen mit aus dem Fermenter stammender Gärflüssigkeit in einer Misch- und Zerkleinerungsvorrichtung zu einem Biomassebrei verarbeitet. Dabei bewirkt die Misch- und Zerkleinerungsvorrichtung, dass die Zellen der Biomassebestandteile zumindest zum Teil aufgebrochen werden und Zellinhaltsstoffe austreten, was zu einer besseren Vergärung des anschließend in den Fermenter eingebrachten Biomassebreis führt.According to the invention prior to introduction into the fermenter, the substantially solid biomass, z. B. corn plants, processed together with originating from the fermenter fermentation liquor in a mixing and crushing device to a biomass pulp. The mixing and crushing device causes the cells of the biomass components are at least partially broken and leak out cell contents, which leads to a better fermentation of the subsequently introduced into the fermenter biomass pulp.

Eine Phasentrennvorrichtung ist derart mit dem Fermenter verbunden, dass vergorener Biomassebrei aus dem Fermenter der Phasentrennvorrichtung zugeführt werden kann und die Phasentrennvorrichtung den Biomassebrei aus dem Fermenter in eine Feststoffphase und eine Flüssigphase trennen kann. Die von der Phasentrennvorrichtung bereitgestellte Flüssigphase stellt die aus dem Fermenter stammende Gärflüssigkeit dar, mit der weitere Biomasse in der Misch- und Zerkleinerungsvorrichtung zu einem Biomassebrei verarbeitet werden kann, um diesen wiederum dem Fermenter zuzuführen.A phase separation device is connected to the fermenter so that fermented biomass pulp from the fermenter can be fed to the phase separation device and the phase separation device can separate the biomass pulp from the fermentor into a solid phase and a liquid phase. The liquid phase provided by the phase separation device represents the fermentation liquid originating from the fermenter, with which further biomass in the mixing and comminution device can be processed into a biomass pulp, in order to feed it to the fermenter again.

Vorzugsweise wird bei der erfindungsgemäßen Anlage zur Vergärung von Biomasse die im Wesentlichen feste Biomasse zunächst in eine Einspeisungs- und Vorzerkleinerungsvorrichtung eingespeist. Vorzugsweise handelt es sich bei den Einspeisungs- und Vorzerkleinerungsvorrichtung um einen Behälter mit einem Einspeisungstrog und einer Rachenpumpe in Kombination mit einem Schneidsieb, wobei über den Einspeisungstrog in den Behälter eingebrachte Biomasse in die Rachenpumpe fällt und von der Rachenpumpe in Richtung des Lochsiebs befördert und durch dieses hindurch gedrückt wird. Dabei erfolgen vorteilhafter Weise eine Vorzerkleinerung der Biomasse und eine Aussortierung von Fremdkörpern, die Dimensionen aufweisen, die größer als der Durchmesser der Löcher des Lochsiebs sind.Preferably, in the plant according to the invention for the fermentation of biomass, the substantially solid biomass is first fed into a feed and pre-crushing device. Preferably, the feeding and pre-crushing device is a container having a feed trough and a throat pump in combination with a cutting screen, wherein biomass introduced into the container via the feed trough falls into the throat pump and is conveyed by the throat pump in the direction of the perforated screen and therethrough is pushed through. In this case, a pre-shredding of the biomass and a sorting out of foreign bodies, which have dimensions which are larger than the diameter of the holes of the perforated screen, are advantageously carried out.

Stromabwärts des Lochsiebs befindet sich die Misch- und Zerkleinerungsvorrichtung, in welche die vorzerkleinerte Biomasse zusammen mit der von der Phasentrennvorrichtung bereitgestellten Gärflüssigkeit aus dem Fermenter eingebracht wird. Vorzugsweise wird in der Misch- und Zerkleinerungsvorrichtung das Gemisch aus vorzerkleinerter Biomasse und aus dem Fermenter stammender Gärflüssigkeit mittels wenigstens einer rotierenden Messerscheibe vermischt und weiter zerkleinert. Dabei ist die Messerscheibe vorzugsweise derart ausgestaltet, dass die Zerkleinerung so stark ist, dass die Zellen der Pflanzenbestandteile der Biomasse zumindest zum Teil aufgebrochen werden und Zellinhaltsstoffe austreten. Der dabei entstehende Brei aus Biomasse und aus dem Fermenter stammender Gärflüssigkeit ist besonders gut dazu geeignet, im Fermenter vergoren zu werden.Downstream of the perforated screen is the mixing and crushing device, in which the pre-shredded biomass is introduced from the fermenter together with the fermentation liquid provided by the phase separation device. Preferably, in the mixing and crushing device, the mixture of pre-shredded biomass and fermenter liquid originating from the fermenter is mixed by means of at least one rotating cutter disk and further comminuted. In this case, the cutting disc is preferably designed such that the comminution is so strong that the cells of the plant constituents of the biomass are at least partially broken up and cell contents escape. The resulting slurry from biomass and from the fermenter derived fermentation liquid is particularly well suited to be fermented in the fermenter.

Es hat sich in Testversuchen gezeigt, dass je nach Substrat eine Messerumfanggeschwindigkeit zwischen ungefähr 26 und 35 m/s die besten Ergebnisse liefert, und zwar bei einem Durchmesser des Messers von 60 cm. Die Verweilzeit in der Misch- und Zerkleinerungsvorrichtung sollte je nach Faserlänge und dem Feststoffgehalt der Biomasse zwischen 100 und 200 s liegen, vorzugsweise zwischen 120 und 180 s. Bei Testversuchen hat sich ein Fassungsvermögen der Misch- und Zerkleinerungsvorrichtung von 1500 Liter als vorteilhaft erwiesen.It has been shown in test experiments that, depending on the substrate, a knife peripheral speed of between approximately 26 and 35 m / s gives the best results, namely with a diameter of the knife of 60 cm. The residence time in the mixing and comminution device should be between 100 and 200 s, preferably between 120 and 180 s, depending on the fiber length and the solids content of the biomass. In tests, a capacity of the mixing and crushing device of 1500 liters has proved to be advantageous.

Bei der Phasentrennvorrichtung zur Erzeugung von Gärflüssigkeit aus dem Fermenter handelt es sich vorzugsweise um eine Pressschnecke, an die ein Pufferbehälter für die Aufbewahrung der von der Pressschnecke erzeugten Gärflüssigkeit angeschlossen ist. Der von der Phasentrennvorrichtung erzeugte Presskuchen (d. h. die Festphase) kann in einem weiteren Pufferbehälter für eine weitere Verwendung zwischengelagert werden oder entsorgt werden. Alternativ kann der in der Phasentrennvorrichtung anfallende Presskuchen (Festphase) wiederum in den Fermenter eingebracht werden.The phase separation device for producing fermentation liquid from the fermenter is preferably a compression screw, to which a buffer container is connected for the storage of the fermentation liquid produced by the pressing screw. The presscake (i.e., the solid phase) produced by the phase separator may be stored in a further buffer container for further use or disposed of. Alternatively, the obtained in the phase separation device press cake (solid phase) can be introduced into the fermenter again.

Weitere Vorteile der Erfindung und bevorzugte Ausgestaltungen ergeben sich aus der nachfolgenden gegenständlichen Beschreibung, den Merkmalen der Unteransprüche und der Zeichnung.Further advantages of the invention and preferred embodiments will become apparent from the following objective description, the features of the dependent claims and the drawings.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in den beigefügten Zeichnungen dargestellt.A preferred embodiment of the invention is illustrated in the accompanying drawings.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Biogasanlage. 1 shows a schematic representation of a preferred embodiment of a biogas plant according to the invention.

2 zeigt eine Detailansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Misch- und Zerkleinerungsvorrichtung der erfindungsgemäßen Biogasanlage. 2 shows a detailed view of a preferred embodiment of a mixing and crushing device of the biogas plant according to the invention.

Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform Detailed Description of a Preferred Embodiment

Die Erfindung soll nun anhand einer bevorzugten Ausführungsform näher erläutert werden.The invention will now be explained in more detail with reference to a preferred embodiment.

1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Biogasanlage 10. Die Biogasanlage 10 umfasst eine Einspeisungs- und Vorzerkleinerungsvorrichtung 20 zur Einspeisung von Biomasse in die Biogasanlage 10. Hierzu weist die Einspeisungs- und Vorzerkleinerungsvorrichtung 20 vorzugsweise einen Einspeisungstrog 22 auf, der über einen Sammelbehälter zu einer Rachenpumpe 24 führt. Mittels der Rachenpumpe 24 wird die in die Einspeisungs- und Vorzerkleinerungsvorrichtung 20 eingespeiste Biomasse durch ein Lochsieb 26 gedrückt. Dabei ist das Lochsieb 26 vorzugsweise derart ausgestaltet, dass eine Vorzerkleinerung der Biomasse und eine Aussortierung von Fremdkörpern erfolgt, die Dimensionen aufweisen, die größer als der Durchmesser der Löcher des Lochsiebs 26 sind. 1 shows a preferred embodiment of a biogas plant according to the invention 10 , The biogas plant 10 includes a feed and pre-crushing device 20 for feeding biomass into the biogas plant 10 , For this purpose, the feed and Vorzerkleinerungsvorrichtung 20 preferably a feed trough 22 up, over a collecting tank to a throat pump 24 leads. By means of the throat pump 24 is the in the feed and Vorzerkleinerungsvorrichtung 20 fed biomass through a perforated screen 26 pressed. Here is the perforated screen 26 preferably configured such that a pre-comminution of the biomass and a sorting out of foreign bodies takes place, having dimensions greater than the diameter of the holes of the perforated screen 26 are.

Stromabwärts des Lochsiebs 26 befindet sich eine Misch- und Zerkleinerungsvorrichtung 30, in welche die durch das Lochsieb 26 vorzerkleinerte Biomasse eingebracht wird. Zusätzlich zu der zwar vorzerkleinerten, aber im Wesentlichen festen Biomasse wird in die Misch- und Zerkleinerungsvorrichtung 30 eine Gärflüssigkeit eingebracht. Diese Gärflüssigkeit wird durch eine nachstehend detaillierter beschriebene Phasentrennvorrichtung 60 bereitgestellt, mittels der der aus einem Fermenter 40 stammende vergorene Biomassebrei, der flüssige und feste Bestandteile aufweist, in eine Festphase und eine Flüssigphase getrennt werden kann.Downstream of the perforated screen 26 is a mixing and crushing device 30 into which through the perforated sieve 26 pre-shredded biomass is introduced. In addition to the pre-shredded, but substantially solid biomass is in the mixing and crushing device 30 introduced a fermentation liquid. This fermentation liquor is passed through a phase separation apparatus described in more detail below 60 provided by means of the from a fermenter 40 derived fermented biomass pulp, which has liquid and solid components, can be separated into a solid phase and a liquid phase.

Vorzugsweise wird in der Misch- und Zerkleinerungsvorrichtung 30 das Gemisch aus vorzerkleinerter Biomasse und mittels der Phasentrennvorrichtung 60 hergestellter Gärflüssigkeit aus dem Fermenter 40 durch wenigstens eine rotierende Messerscheibe vermischt und weiter zerkleinert. Dabei ist die rotierende Messerscheibe der Misch- und Zerkleinerungsvorrichtung 30 vorzugsweise derart ausgestaltet, dass die Zerkleinerung der (bereits durch die Einspeisungs- und Vorzerkleinerungsvorrichtung 20 vorzerkleinerten) Biomasse so stark ist, dass die Zellen der Pflanzenbestandteile der Biomasse zumindest zum Teil aufgebrochen werden und Zellinhaltsstoffe austreten.Preferably, in the mixing and crushing device 30 the mixture of pre-shredded biomass and by means of the phase separation device 60 produced fermentation liquid from the fermenter 40 mixed by at least one rotating cutter disc and further crushed. In this case, the rotating cutter disk of the mixing and crushing device 30 Preferably configured such that the crushing of (already by the feed and Vorzerkleinerungsvorrichtung 20 pre-shredded) biomass is so strong that the cells of the plant components of the biomass are at least partially broken and leak out cell contents.

2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Misch- und Zerkleinerungsvorrichtung 30 im Detail. Diese bevorzugte Ausführungsform der Misch- und Zerkleinerungsvorrichtung 30 besteht im Wesentlichen aus einem Mischbehälter 31 und einem Rührwerk 33 mit einem Motor 34 und einer Messerscheibe 32. Das Rührwerk 33 lässt sich mittels einer Schwenkeinrichtung 35 zwischen einer Betriebsposition, in der die Messerscheibe 32 innerhalb des Mischbehälters 31 angeordnet ist, und einer Endposition verschwenken, in der die Messerscheibe 32 außerhalb des Mischbehälters 31 angeordnet ist. Befindet sich das Rührwerk 33 in der Betriebsposition, so kann mittels des Motors 34 die Messerscheibe 32 in Rotation versetzt werden, so dass sich in dem Mischbehälter 31 befindende Biomasse und Gärflüssigkeit aufgrund der Rotation der Messerscheibe 32 vermischt und zerkleinert werden und ein Biomassebrei hergestellt werden kann. Die Misch- und Zerkleinerungsvorrichtung 30 verfügt ferner über Anschlüsse 36 für das Zuführen von Biomasse und Gärflüssigkeit in den Mischbehälter 31 hinein bzw. für das Abführen von Biomassebrei aus dem Mischbehälter 31 heraus. 2 shows a preferred embodiment of a mixing and crushing device 30 in detail. This preferred embodiment of the mixing and crushing device 30 consists essentially of a mixing container 31 and a stirrer 33 with a motor 34 and a knife disk 32 , The agitator 33 can be by means of a pivoting device 35 between an operating position in which the cutter disc 32 inside the mixing container 31 is arranged, and pivot an end position in which the knife disc 32 outside the mixing container 31 is arranged. Is the agitator located? 33 in the operating position, so can by means of the engine 34 the knife disk 32 be set in rotation, so that in the mixing container 31 located biomass and fermentation liquid due to the rotation of the knife disc 32 be mixed and crushed and a biomass pulp can be produced. The mixing and crushing device 30 also has connections 36 for feeding biomass and fermentation liquid into the mixing container 31 into or for the removal of biomass pulp from the mixing container 31 out.

Bei der in 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsform einer Misch- und Zerkleinerungsvorrichtung 30 hat es sich in Testversuchen gezeigt, dass je nach Substrat eine Messerumfanggeschwindigkeit zwischen ungefähr 26 und 35 m/s die besten Ergebnisse liefert, und zwar bei einem Durchmesser des Messers von ungefähr 60 cm. Die Verweilzeit in der Misch- und Zerkleinerungsvorrichtung sollte je nach Faserlänge (z. B. bei der Verwendung von Maispflanze als Biomasse) und dem Feststoffgehalt der Biomasse zwischen 100 und 200 s liegen, vorzugsweise zwischen 120 und 180 s. Bei Testversuchen hat sich ein Fassungsvermögen der Misch- und Zerkleinerungsvorrichtung 30 von 1500 Liter als vorteilhaft erwiesen. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass je nach Anforderung an die Chargengrößen das Fassungsvermögen sowie die weiteren Parameter der Misch- und Zerkleinerungsvorrichtung 30 beliebig skaliert werden können.At the in 2 illustrated preferred embodiment of a mixing and crushing device 30 It has been shown in tests that, depending on the substrate, a knife peripheral speed between about 26 and 35 m / s gives the best results, with a diameter of the knife of about 60 cm. The residence time in the mixing and comminution device should be between 100 and 200 s, preferably between 120 and 180 s, depending on the fiber length (eg when using maize plant as biomass) and the solids content of the biomass. In tests, a capacity of the mixing and crushing device 30 of 1500 liters proved to be advantageous. However, those skilled in the art will recognize that, depending on the batch size requirements, the capacity and other parameters of the mixing and crushing apparatus 30 can be scaled arbitrarily.

Der in der Misch- und Zerkleinerungsvorrichtung 30 hergestellte Brei aus Biomasse und aus dem Fermenter 40 stammender Gärflüssigkeit wird sodann dem Fermenter 40 zugeführt (beispielsweise mittels einer Pumpe). Der Fermenter 40 weist die dem Fachmann wohl bekannte Ausgestaltung zur Bereitstellung geeigneter Vergärungsbedingungen auf, beispielsweise ein Rührwerk und eine Heizeinrichtung, so dass diese nicht detaillierter beschrieben werden muss. Beispielsweise kann der Fermenter 40 ein Fassungsvermögen von 1800 m3 und einen Durchmesser von 20 m aufweisen.The in the mixing and crushing device 30 prepared porridge from biomass and from the fermenter 40 fermentation liquor is then the fermenter 40 supplied (for example by means of a pump). The fermenter 40 has the configuration well known to those skilled in the art for providing suitable fermentation conditions, for example, an agitator and a heater, so that they need not be described in more detail. For example, the fermenter 40 have a capacity of 1800 m 3 and a diameter of 20 m.

Beispielsweise mittels einer Pumpe kann vergorener Biomassebrei aus dem Fermenter 40, der feste und flüssige Bestandteile aufweist, der Phasentrennvorrichtung 60 zugeführt werden. Optional kann zwischen dem Fermenter 40 und der Phasentrennvorrichtung 60 noch ein Pufferbehälter 50 zur Aufbewahrung von vergorenem Biomassebrei aus dem Fermenter 40 vorgesehen sein. Über diesen Pufferbehälter 50 kann, falls dies erwünscht ist, vergorener Biomassebrei auch wieder in den Fermenter 40 zurückgeführt werden, wie dies in der 1 durch die gestrichelten Pfeile angedeutet ist.For example by means of a pump fermented biomass pulp from the fermenter 40 containing solid and liquid components, the phase separation device 60 be supplied. Optionally, between the fermenter 40 and the phase separator 60 another buffer tank 50 for storing fermented biomass pulp from the fermenter 40 be provided. About this buffer tank 50 If desired, fermented biomass pulp may also be returned to the fermenter 40 be traced back as in the 1 indicated by the dashed arrows.

Vorzugsweise handelt es sich bei der Phasentrennvorrichtung 60 um eine Pressschnecke, mit der der vergorene Biomassebrei aus dem Fermenter 40, der feste und flüssige Bestandteile aufweist, in eine Flüssigphase (Gärflüssigkeit bzw. Pressflüssigkeit) und eine Festphase (Presskuchen) getrennt wird. Der Fachmann wird jedoch erkenne, dass viele weitere Vorrichtungen als Phasentrennvorrichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen können. Beispielsweise kann hierzu ein Rohrsieb mit innen liegender Förderschnecke verwendet werden. Dabei wird der vergorene Biomassebrei auf dem einen Ende des Rohrsiebes aufgegeben und mittels der innen liegenden Förderschnecke umgewälzt und weiter durch das Rohrsieb transportiert. An dem anderen Ende des Rohrsiebs wird mit Hilfe eines Staukörpers die Festphase aufgestaut, um einen geeigneten Innendruck im Rohrsieb aufzubauen. Die Flüssigphase wird durch den erhöhten Druck und durch das ständige Umwälzen durch das Rohrsieb aus diesem herausgedrückt.Preferably, the phase separation device is 60 to a press screw, with which the fermented biomass porridge from the fermenter 40 , which has solid and liquid components, is separated into a liquid phase (fermentation liquid or pressing liquid) and a solid phase (press cake). However, those skilled in the art will recognize that many other devices can be used as the phase separation device in the sense of the present invention. For example, this can be used a tubular sieve with internal screw conveyor. In this case, the fermented biomass pulp is abandoned on one end of the tube screen and circulated by means of the internal screw conveyor and further transported through the tube screen. At the other end of the tubular sieve, the solid phase is dammed up with the help of a bluff body in order to build up a suitable internal pressure in the tubular sieve. The liquid phase is pushed out of it by the increased pressure and by the constant circulation through the tubular sieve.

Bei Bedarf, wenn beispielsweise weitere Biomasse in die Einspeisungs- und Vorzerkleinerungsvorrichtung 20 eingespeist wird, kann die von der Phasentrennvorrichtung 60 bereitgestellte, aus dem Fermenter 40 stammende Gärflüssigkeit zu der von der Einspeisungs- und Vorzerkleinerungsvorrichtung 20 vorzerkleinerten Biomasse hinzugefügt werden, so dass das daraus entstehende Gemisch aus vorzerkleinerter Biomasse und aus dem Fermenter 40 stammender Gärflüssigkeit in der Misch- und Zerkleinerungsvorrichtung 30 zu einem Biomassebrei verarbeitet werden und anschließend dem Fermenter 40 zur Vergärung wiederum zugeführt werden kann, wie dies vorstehend bereits beschrieben worden ist, so dass eine Art von Kreislauf entsteht, der im Wesentlichen von der Misch- und Zerkleinerungsvorrichtung 30, dem Fermenter 40 und der Phasentrennvorrichtung 60 ausgebildet wird.If necessary, if, for example, further biomass in the feed and Vorzerkleinerungsvorrichtung 20 can be fed from the phase separator 60 provided, from the fermenter 40 fermentation liquor to that of the feed and Vorzerkleinerungsvorrichtung 20 pre-crushed biomass are added so that the resulting mixture of pre-shredded biomass and from the fermenter 40 originating fermentation liquid in the mixing and crushing device 30 be processed into a biomass pulp and then the fermenter 40 can be supplied to the fermentation turn, as has already been described above, so that a kind of cycle is formed, which is essentially from the mixing and crushing device 30 , the fermenter 40 and the phase separator 60 is trained.

Optional kann zwischen der Phasentrennvorrichtung 60 und der Misch- und Zerkleinerungsvorrichtung 30 ein weiterer Pufferbehälter 70 zur Aufbewahrung der von der Phasentrennvorrichtung 60 bereitgestellten Gärflüssigkeit vorgesehen sein. Der von der Phasentrennvorrichtung 60 erzeugte Presskuchen (d. h. die Festphase) kann in einem weiteren Pufferbehälter 80 für eine weitere Verwendung zwischengelagert werden oder entsorgt werden. Alternativ kann der in der Phasentrennvorrichtung 60 anfallende Presskuchen (Festphase) wiederum in den Fermenter 40 eingespeist werden, wie dies durch die punktierten Pfeile in 1 angedeutet ist.Optionally, between the phase separator 60 and the mixing and crushing device 30 another buffer tank 70 for storage of the phase separation device 60 be provided provided fermentation liquid. That of the phase separator 60 produced press cake (ie the solid phase) can in another buffer tank 80 be stored or disposed of for further use. Alternatively, in the phase separation device 60 accumulating press cake (solid phase) in turn into the fermenter 40 be fed as indicated by the dotted arrows in 1 is indicated.

Vorteile der erfindungsgemäßen Biogasanlage bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens sind: ein gesteigerter Biogasertrag pro Tonne Biomasse; eine verbesserte Ausnutzung des gegebenen Fassungsvermögens eines Fermenters; die Möglichkeit, kleinere Fermenter einzusetzen; ein erhöhter Methanertrag (13–19%); der Trockenmassegehalt des Biomassebreis im Fermenter lässt sich über den Anteil der zurückgeführten Festphase beliebig einstellen; die Verweilzeit des Biomassebreis ist nicht mehr von der hydraulischen Verweilzeit im Fermenter abhängig, vielmehr wird diese jetzt durch den maximal möglichen Trockenmassegehalt im Biomassebrei bestimmt und somit, bezogen auf das Gärvolumen, stark erhöht; durch die extrem starke Zerkleinerung in der Misch- und Zerkleinerungsvorrichtung wird der Biomassebrei sehr homogen und ist leicht pump- und rührfähig (Energieersparnis).Advantages of the biogas plant according to the invention or of the process according to the invention are: an increased biogas yield per ton of biomass; an improved utilization of the given capacity of a fermenter; the possibility to use smaller fermenters; increased methane yield (13-19%); the dry matter content of the biomass pulp in the fermenter can be adjusted as desired via the proportion of recycled solid phase; the residence time of the biomass pulp is no longer dependent on the hydraulic residence time in the fermenter, but this is now determined by the maximum possible dry matter content in Biomassebrei and thus, based on the fermentation volume, greatly increased; Due to the extremely high degree of comminution in the mixing and crushing device, the biomass pulp becomes very homogeneous and can easily be pumped and stirred (energy saving).

Die vorstehende gegenständliche Beschreibung der Erfindung dient nur Erläuterungszwecken. Die Erfindung ist keinesfalls auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann von einem Fachmann auf eine ihm zweckmäßig erscheinende Weise an individuelle Betriebsanforderungen angepaßt werden, die möglicherweise von den beschriebenen Betriebsbedingungen abweichen. Ferner wird der Fachmann erkennen, dass die hierin verwendeten Begriffe, wie ”vorne” bzw. ”hinten”, ”oben” bzw. ”unten”, ”außen” bzw. ”innen” und dergleichen, nicht dazu gedacht sind, die Orientierung der dadurch näher gekennzeichneten erfindungsgemäßen Elemente in irgendeiner Weise zu beschränken, sondern lediglich dazu dienen, diese Elemente von einander zu unterscheiden.The foregoing objective description of the invention is for explanatory purposes only. The invention is in no way limited to the embodiment described, but may be adapted by a person skilled in a seemingly appropriate manner to individual operating requirements that may differ from the described operating conditions. Further, those skilled in the art will recognize that the terms used herein, such as "forward," "upper," "lower," "outer," and the like, are not intended to indicate the orientation of the In this way, the elements according to the invention which are specified in greater detail are restricted in any way, but merely serve to distinguish these elements from one another.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Biogasanlagebiogas plant
2020
Einspeisungs- und VorzerkleinerungsvorrichtungInfeed and pre-crushing device
2222
Einspeisungstrogfeed trough
2424
Rachenpumperevenge pump
2626
Lochsiebstrainer
3030
Misch- und ZerkleinerungsvorrichtungMixing and crushing device
3131
Mischbehältermixing tank
3232
Messerscheibediameter disc
3333
Rührwerkagitator
3434
Motorengine
3535
SchwenkeinrichtungPivot means
3636
Zufuhr- bzw. AbfuhranschlussSupply and discharge connection
4040
Fermenterfermenter
5050
Pufferbehälter für BiomassebreiBuffer tank for biomass porridge
6060
PhasentrennvorrichtungPhase separator
7070
Pufferbehälter für FlüssigphaseBuffer tank for liquid phase
8080
Pufferbehälter für FestphaseBuffer tank for solid phase

Claims (10)

Anlage (10) zur Verarbeitung von Biomasse und zur Erzeugung von Biogas, umfassend: eine Misch- und Zerkleinerungsvorrichtung (30) zur Aufnahme eines Gemisches aus im Wesentlichen fester Biomasse und einer Gärflüssigkeit und zum Vermischen und Zerkleinern dieses Gemisches zu einem Biomassebrei; einen Fermenter (40), der mit der Misch- und Zerkleinerungsvorrichtung (30) verbunden ist, um den Biomassebrei aufzunehmen, und dazu ausgestaltet ist, die Vergärung des Biomassebreis zu befördern; und eine Phasentrennvorrichtung (60), die mit dem Fermenter (40) verbunden ist, um den vergorenen Biomassebrei aufzunehmen, und dazu ausgestaltet ist, den vergorenen Biomassebrei in eine Flüssigphase und eine Festphase zu trennen; wobei die Phasentrennvorrichtung (60) derart mit der Misch- und Zerkleinerungsvorrichtung (30) in Verbindung steht, dass die Flüssigphase in der Misch- und Zerkleinerungsvorrichtung (30) als Gärflüssigkeit zur Erzeugung des Biomassebreis eingesetzt wird.Investment ( 10 ) for processing biomass and for producing biogas, comprising: a mixing and crushing device ( 30 ) for receiving a mixture of substantially solid biomass and a fermentation liquor and for mixing and comminuting this mixture into a biomass pulp; a fermenter ( 40 ), which with the mixing and crushing device ( 30 ) to receive the biomass pulp and configured to promote the fermentation of the biomass pulp; and a phase separation device ( 60 ) with the fermenter ( 40 ) to receive the fermented biomass pulp and configured to separate the fermented biomass pulp into a liquid phase and a solid phase; wherein the phase separation device ( 60 ) so with the mixing and crushing device ( 30 ) that the liquid phase in the mixing and crushing device ( 30 ) is used as fermentation liquid for the production of biomass pulp. Anlage (10) nach Anspruch 1, wobei die Anlage (10) ferner eine Einspeisungs- und Vorzerkleinerungsvorrichtung (20) umfasst.Investment ( 10 ) according to claim 1, wherein the plant ( 10 ) a feed and pre-crushing device ( 20 ). Anlage (10) nach Anspruch 2, wobei die Einspeisungs- und Vorzerkleinerungsvorrichtung (20) einen Einspeisungstrog (22), eine Rachenpumpe (24) und ein Lochsieb (26) umfasst.Investment ( 10 ) according to claim 2, wherein the feed and pre-crushing device ( 20 ) a feed trough ( 22 ), a throat pump ( 24 ) and a perforated screen ( 26 ). Anlage (10) nach Anspruch 1, wobei die Misch- und Zerkleinerungsvorrichtung (30) aus einem Behälter mit einer darin rotierbar angebrachten Messerscheibe besteht.Investment ( 10 ) according to claim 1, wherein the mixing and crushing device ( 30 ) consists of a container with a rotatably mounted blade disc. Anlage (10) nach Anspruch 1, wobei die Phasentrennvorrichtung (60) eine Pressschnecke umfasst.Investment ( 10 ) according to claim 1, wherein the phase separation device ( 60 ) comprises a press screw. Anlage (10) nach Anspruch 1, wobei zwischen der Phasentrennvorrichtung (60) und der Misch- und Zerkleinerungsvorrichtung (30) ein Pufferbehälter (70) zur Aufbewahrung der Flüssigphase vorgesehen ist.Investment ( 10 ) according to claim 1, wherein between the phase separation device ( 60 ) and the mixing and crushing device ( 30 ) a buffer container ( 70 ) is provided for storage of the liquid phase. Anlage (10) nach Anspruch 1, wobei zwischen dem Fermenter (40) und der Misch- und Zerkleinerungsvorrichtung (3) ein Pufferbehälter (50) zur Aufbewahrung des vergorenen Biomassebreis aus dem Fermenter (40) vorgesehen ist.Investment ( 10 ) according to claim 1, wherein between the fermenter ( 40 ) and the mixing and crushing device ( 3 ) a buffer container ( 50 ) for storing the fermented biomass pulp from the fermenter ( 40 ) is provided. Anlage (10) nach Anspruch 1, wobei die Phasentrennvorrichtung (60) mit einem Pufferbehälter (80) zur Aufbewahrung der Festphase verbunden ist.Investment ( 10 ) according to claim 1, wherein the phase separation device ( 60 ) with a buffer container ( 80 ) is connected to store the solid phase. Anlage (10) nach Anspruch 1, wobei die Phasentrennvorrichtung (60) derart über eine Verrohrung mit dem Fermenter (40) verbunden ist, dass die von der Phasentrennvorrichtung (60) bereitgestellte Festphase in den Fermenter zurückgeführt werden kann.Investment ( 10 ) according to claim 1, wherein the phase separation device ( 60 ) so via a piping to the fermenter ( 40 ), that of the phase separation device ( 60 ) provided solid phase can be returned to the fermenter. Verfahren zum Verarbeiten von Biomasse und zur Erzeugung von Biogas, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: das Vermischen vom im Wesentlichen fester Biomasse und einer Gärflüssigkeit und das Zerkleinern dieses Gemisches zu einem Biomassebrei in einer Misch- und Zerkleinerungsvorrichtung (30); das Einspeisen des Biomassebreis in einen Fermenter (40), um den Biomassebrei einer Vergärung zu unterziehen; das Einspeisen des vergorenen Biomassebreis aus dem Fermenter (40) in eine Phasentrennvorrichtung (60), die mit dem Fermenter (40) verbunden ist, und das Trennen des vergorenen Biomassebreis in eine Flüssigphase und eine Festphase; und das Verwenden der Flüssigphase in der Misch- und Zerkleinerungsvorrichtung (30) als Gärflüssigkeit zur Erzeugung des Biomassebreis.A method of processing biomass and producing biogas, the method comprising the steps of: mixing the substantially solid biomass and a fermentation liquor and comminuting this mixture into a biomass pulp in a mixing and crushing device ( 30 ); Feeding the biomass pulp into a fermenter ( 40 ) to ferment the biomass pulp; the feeding of the fermented biomass pulp from the fermenter ( 40 ) into a phase separation device ( 60 ) with the fermenter ( 40 ), and separating the fermented biomass pulp into a liquid phase and a solid phase; and using the liquid phase in the mixing and crushing device ( 30 ) as fermentation liquid for the production of the biomass pulp.
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ITTO20130914A1 (en) * 2013-11-12 2014-02-11 Lucio Sanasi THERMAL HYDROLISER FOR ORGANIC SUBSTANCE AGENT AT TEMPERATURE, PRESSURE AND AGITATION WITH THE COMBINATION OF THE DISMANTLING OF THE ORGANIC MATERIAL, SUCH AS TO MAKE IT READY FOR FAST BIO-MANAGEMENT. THE ACHIEVEMENT OF TEMPERATURE COMES OPT

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