DE102010010091B4

DE102010010091B4 - Bioliquid-Verfahren

Info

Publication number: DE102010010091B4
Application number: DE102010010091.9A
Authority: DE
Inventors: Thilo Lehmann
Original assignee: LEHMANN MASCHB GmbH; LEHMANN MASCHINENBAU GmbH
Current assignee: LEHMANN MASCHB GmbH; LEHMANN MASCHINENBAU GmbH
Priority date: 2010-03-04
Filing date: 2010-03-04
Publication date: 2017-07-27
Anticipated expiration: 2030-03-05
Also published as: DE102010010091A1

Abstract

Verfahren zur Aufbereitung biogener Rohstoffe zur Gewinnung eines Flüssigsubstrates für die Fermentation und einer faserhaltigen biogenen Masse für die stoffliche oder energetische Nutzung a) bei dem die Rohstoffe in einem Annahmedosierer (1) einem Wasch- und Störstoffausleseprozeß unterzogen werden, wobei eine Dekompaktierung während des Wasch- und Störstoffausleseprozesses durch Lufteinpressung und Ultraschall erfolgt, b) bei dem in der nächsten Verfahrenstufe durch Verdichtung Überschußwasser abgepresst und in den Annahmedosierer rückgeführt und dabei der faserige Substratanteil auf 22% bis 25% Trockensubstanz eingestellt wird, c) bei dem der faserige Substratkuchen einem Extruder zugeführt und thermomechanisch bzw. hydrothermal durch wechselnde Druck- und Entspannungszonen aufgefasert und aufgeschlossen wird, wobei der Extruder als Doppelschneckenextruder ausgebildet ist, welcher im ersten Teil ein Entwässerungssieb aufweist und eine Vorzerkleinerung des teilweise langfasrigen Materials durch die Wolfszähne und die ineinander laufenden Schnecken erreicht wird, wobei unter Erhöhung des Druckes durch Veränderung der Gangzahl und der Steigung des Gutes im Funktionsraum der Inputstoff thermomechanisch bzw. hydrothermal aufgeschlossen und systematisch durch wechselnde Druck- und Entspannungszonen aufgefasert wird, d) bei dem das extrudierte Material über ein Förderaggregat einer kontinuierlichen Intensivrotte zugeführt wird, in der es mittels warmer Prozesswasser perkoliert und mit warmer Luft durchströmt wird, e) und bei dem das intensiv gerottete und hydrolysierte Material unter weiterer Auswaschung löslicher Substanzen einer Separationspresse zur Phasentrennung in Restfeststoff und Flüssigsubstrat zugeführt wird, f) wobei die entstehenden Flüssigphasen einem Perkolat-/Prozesswassertank zugeleitet und dort gesammelt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung biogener Rohstoffe.
Im Stand der Technik sind gattungsgemäße Verfahren bekannt.
So offenbart die DE 10 2004 054 468 A1 ein Verfahren zur Herstellung von Biogas durch anaerobe Vergärung pflanzlicher Substrate in einem Reaktor. Bei dem Verfahren handelt es sich um ein modifiziertes einstufiges Nassgärverfahren zur Biogaserzeugung mit optimierter Gasertragsrate bei verstärkter oder ausschließlicher Nutzung pflanzlicher Biomasse und deren aufbereitungstechnischer Vorbehandlung mittels Extrusion. Dabei wird dem Vergärungsprozess eine aufbereitungstechnische Vorstufe außerhalb des Reaktors vorgeschaltet, wobei durch Extrusion der pflanzlichen Substrate eine hochgradig homogenisierte Biomasse erzeugt wird, deren Zellgefüge weitgehend zerstört ist. Durch gezielte Oberflächenvergrößerung des biogenen Materials wird den Gärungs- und methanbildenden Bakterien eine höhere Nährstoffverfügbarkeit ermöglicht, womit eine größere Gasbildungsrate erreicht wird.
Die DE 199 093 53 A1 offenbart ein Verfahren zur Aufbereitung eines Strukturanteile und Organik enthaltenen Stoffgemisches, wobei das Stoffgemisch impulsartig oder periodisch mit einer Kraft beaufschlagt wird, sodass die Bildung von Strömungskanälen für eine Auswaschflüssigkeit oder Prozessluft in einem Haufwerk verhindert wird. Die Kräfte werden vorzugsweise vom Randbereich des Reaktors, beispielsweise über eine in geeigneter Weise ausgebildete Austragseinrichtung oder durch eingeblasenes Gas, vorzugsweise Druckluft eingeleitet. Insbesondere bei der Verwendung von Druckluft wird das Haufwerk auch mit Scherkräften beaufschlagt, über die die Oberfläche der Schüttung umgebildet und Stoffgemischpartikel aufgefasert werden. Die zur Perkolation oder Extraktion der organischen Bestandteile des Stoffgemisches verwendete Auswaschflüssigkeit (Wasser) wird über den Verteiler in den Reaktor eingespeist und über den Austritt abgezogen. Die aus dem Reaktor austretende Auswaschflüssigkeit wird danach über eine Abwasseraufbereitungseinrichtung (Anaerobfilter) aufbereitet und dann im Kreislauf zurück zum Verteiler geführt. Die von den Störstoffen befreite und kolloidale organische Verbindungen in wässriger Phase enthaltende Auswaschflüssigkeit wird hierzu einem Anaerobfermenter, beispielsweise einer Biogas- oder Faulturmanlage zugeführt. In dieser anaeroben Abwasserbehandlung werden als Stoffwechselendprodukte Methan und Kohlendioxid und ggf. in geringen Mengen Schwefelwasserstoff gebildet.
Die DE 10 2006 009 165 A1 offenbart ein Verfahren zur biologischen Aufbereitung von Organik enthaltenden Abfallstoffen. Dabei erfolgt das Aufbrechen der Biozellen und Freisetzen von organischen Substanzen im Wesentlichen alleine durch Zugabe von Prozesswasser, wobei diese ohne Belüftung durchgeführte Perkolation bei einer erhöhten Temperatur im thermophilen Bereich (beispielsweise zwischen 40 und 80°C) abläuft. Diese erhöhte Temperatur kann durch Aufwärmen des Prozesswassers, durch Beheizen des Perkolators oder auf sonstige Weise erfolgen. Das zur Einstellung der Feuchtigkeit und zum Auswaschen der organischen Bestandteile im Reaktor verwendete Prozesswasser wird dabei vorzugsweise als Umlaufwasser geführt.
Weiterhin offenbart das Dokument DE 196 021 89 A1 ein Verfahren zum Recyclieren von weich- und/oder hartorganischen Stoffen, wobei die organischen Stoffe in einem Doppelkammerextruder behandelt oder verarbeitet und danach einer weiteren Verwendung zugeführt werden. In dem Doppelkammerextruder erfolgt durch zwei zusammenwirkende Extruderwellen ein Aufschließen, insbesondere Auffasern der organischen Stoffe, wobei die Zellwände geöffnet werden. Bei dem Auffasern wird gleichzeitig erhebliche Wärme erzeugt, die dazu führt, dass der organische Stoff in dem Doppelkammerextruder hygienisiert wird.
Schließlich offenbart die DE 10 2004 003 458 A1 ein Verfahren zur Aufbereitung von Abfallstoffen, insbesondere Restmüll, wobei das Verfahren einen Prozesswasseraufbereitungsschritt enthält bei dem eine Entstickung des von Organik befreiten Prozesswassers erfolgt, so dass dieses entstickte Prozesswasser wieder dem Prozess oder einer weiteren Aufbereitung zuführbar ist. Diese Entstickung erfolgt vorzugsweise in einer Strippereinrichtung mit einer Stripperkolonne, in die im Gegenstrom zum eingedüsten Prozesswasser Luft eingeblasen wird und der eine Katalysatorkolonne zu Umsetzung des Ammoniakgases in Stickstoff nachgeschaltet ist. Eine andere Alternative sieht eine Strippereinrichtung mit einer Stripperkolonne vor, in die im Gegenstrom zum eingedüsten Prozesswasser Sattdampf eingedüst wird und der ein Kühler zum Kondensieren des austretenden Dampfgemisches nachgeschaltet ist.
Bei dem Verfahren handelt es sich um einen mehrstufigen Prozess, mit deren Hilfe ein energiereiches Wasser für die Fermentation und eine faserhaltige biogene Masse für die stoffliche oder energetische Nutzung gewonnen wird.

(1) Substratwäsche, Störstoffauslese, die lignin-, zellulose- und hemizellulosehaltigen biogenen Stoffe werden in einer wässrigen Lösung einem Waschprozess unterzogen, um einerseits Störstoffe durch Sedimentation zu lösen und abzuscheiden. Dieser Vorgang wird erfindungsgemäß unter Nutzung durch Luftlanzen eingepresster Pressluft und Ultraschall beschleunigt. Für die Wäsche wird in der Nachführung des zur Austragung gelangten Flüssigkeitsbedarfs angewärmtes Wasser (angewärmt mithilfe der Abwärme aus Blockheizkraftwerken) nachgeführt. Durch den Wärmeeintrag wird das je nach Jahreszeit vorliegende Material aufgewärmt und im Austrag aus dem Gefäß in Form von einem Doppelpfropfenströmer durch
(2) mittels Schnecken, die sowohl den Transport realisieren, als auch das Substrat wieder auf eine Restfeuchte zwischen 22 bis 25% TS abquetschen und das Wasser von fasrigem Inputmaterial trennen. Dieses
(3) abgepresste biogene Material wird mittels Stopf- und Zufuhrschnecke dem Extruder zugeführt. Erfindungsgemäß ist der Extruder als der Doppelschneckenextruder ausgebildet und hat im ersten Teil ein Entwässerungssieb und erreicht eine Vorzerkleinerung des teilweise langfasrigen Materials durch die Wolfszähne und die ineinander laufenden Schnecken und fordert unter Erhöhung des Druckes durch Veränderung der Gangzahl und der Steigung des Gutes im Funktionsraum. In diesem Raum wird thermomechanisch bzw. hydrothermal der Inputstoff aufgeschlossen und aufgefasert und systematisch durch wechselnde Druck- und Entspannungszonen aufgefasert. Das damit aktivierte Material wird in
(4) einem kontinuierlichen Intensiv-Rotte-Prozess unter Zuführung von angewärmtem Prozesswasser aus dem Behältnis I perkoliert. Dem Prozesswasser können für eine schnellere aerobe Kompostierung wahlweise Stickstoff oder und Enzyme zugesetzt werden. Durch die bei der Intensivrotte entstehende höhere Temperatur aufgrund des Aufschlusses, aber auch der biologischen Aktivität der Microorganismen in einem aaeroben Fermentationsprozess erfolgt die Erwärmung im kürzesten Zeitraum auf weitgehendst natürlichem und energieeffizientem Wege. Das auf eine Temperatur zwischen 60 und 80°C erwärmte angerottete und vorversäuerte Material, denn in diesem Gefäß findet auch eine Hydrolysespaltung und Anreicherung mit Wasser statt, ob kontinuierlich
(5) einer Schneckenpresse zugeführt. Die Presse wird einem Filterkuchen mit einem TS-Gehalt von 40-knapp 60% (je nach biogenem Material) erreichen. Das Fugat wird dem Presssaftbehältnis, das Filtermaterial wird einem Mischer zugeführt und
(6) mit trockenem Mischgut auf einen Trockensubstanzgehalt von insgesamt größer 60% TS hergestellt. Dieses Material wird der Kompaktiereinheit zugeführt und
(7) nass kompaktiert (TS-Gehalt größer 60%). Anschließend wird das Gut in einem Trockenboden aufgrund der homogenen Form, je nach Größe in einer abgestimmten Zeit auf ca. 90% TS-Gehalt getrocknet und für weitere energetische oder Düngeprozesse bereitgestellt. Der Energiegehalt ist dabei hoch und entspricht dem des Holzes.

Erfindungsgemäß werden die entstehenden Flüssigphasen einem Perkolat-/Prozesswassertank zugeleitet und dort gesammelt.
Die wässrige Lösung wird im Behälter I gesammelt, für Perkolationszwecke benutzt und kann wahlweise mit Nährstoffen und Enzymen angereichert werden, um den Rotteprozess zu optimieren. Die sich bildende Überschusslösung wird mit einem Anteil an fasrigem Material, das sowohl aus dem Extrudierprozess, als auch von der Separationspresse abgeschieden wird, einem Fermenter zugeführt.

(A) [1] Wäsche/Störstoffauslese
[2] Vorseparation – TS 22–24% (Schnecke)
[3] Nachentwässerung mit kombiniertem Aufschluß
[4] Konditionierung durch Fermentation (aerob) unter Perkolation einer stickstoffhaltigen Flüssigkeit (Dosierung/Steuerung von Stickstoff und Enzymverbindungen)
[5] Hydrolyse
[6] Separation/Trennung
• Preßsaft
• Fasergewinnung
[7] Mischung mit Trockengut
[8] Naßkompaktierung
(B) [I] Preßsaftbehältnis
[II] BG-Erzeugung (anaerob)

Claims

Verfahren zur Aufbereitung biogener Rohstoffe zur Gewinnung eines Flüssigsubstrates für die Fermentation und einer faserhaltigen biogenen Masse für die stoffliche oder energetische Nutzung a) bei dem die Rohstoffe in einem Annahmedosierer (1) einem Wasch- und Störstoffausleseprozeß unterzogen werden, wobei eine Dekompaktierung während des Wasch- und Störstoffausleseprozesses durch Lufteinpressung und Ultraschall erfolgt, b) bei dem in der nächsten Verfahrenstufe durch Verdichtung Überschußwasser abgepresst und in den Annahmedosierer rückgeführt und dabei der faserige Substratanteil auf 22% bis 25% Trockensubstanz eingestellt wird, c) bei dem der faserige Substratkuchen einem Extruder zugeführt und thermomechanisch bzw. hydrothermal durch wechselnde Druck- und Entspannungszonen aufgefasert und aufgeschlossen wird, wobei der Extruder als Doppelschneckenextruder ausgebildet ist, welcher im ersten Teil ein Entwässerungssieb aufweist und eine Vorzerkleinerung des teilweise langfasrigen Materials durch die Wolfszähne und die ineinander laufenden Schnecken erreicht wird, wobei unter Erhöhung des Druckes durch Veränderung der Gangzahl und der Steigung des Gutes im Funktionsraum der Inputstoff thermomechanisch bzw. hydrothermal aufgeschlossen und systematisch durch wechselnde Druck- und Entspannungszonen aufgefasert wird, d) bei dem das extrudierte Material über ein Förderaggregat einer kontinuierlichen Intensivrotte zugeführt wird, in der es mittels warmer Prozesswasser perkoliert und mit warmer Luft durchströmt wird, e) und bei dem das intensiv gerottete und hydrolysierte Material unter weiterer Auswaschung löslicher Substanzen einer Separationspresse zur Phasentrennung in Restfeststoff und Flüssigsubstrat zugeführt wird, f) wobei die entstehenden Flüssigphasen einem Perkolat-/Prozesswassertank zugeleitet und dort gesammelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass faserige, lignozellulosehaltige Rohstoffe zum Einsatz kommen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozesswasser wahlweise mit Harnstoff- und Enzymzugabe versetzt wird.
Verfahren nach jeweils einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterkuchen in einem Mischer mit trockenem Mischgut auf einen Trockensubstanzgehalt größer 60% eingestellt und in einem Kompaktierer (14) gepresst wird.
Verfahren nach jeweils einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nachtrocknung auf einem Trockenboden auf ca. 90% TS erfolgt.
Verfahren nach jeweils einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit energiereichen organischen Verbindungen und Nährstoffen aufgeladene Überschußlösung dem Fermenter einer Biogasanlage für die weitere anaerobe Behandlung und Biogaserzeugung zugeführt wird.
Verfahren nach jeweils einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Intensivrotte eine intensive saure Katalyse des zwischen 60°C und 80°C erwärmten Materials erfolgt.
Verfahren nach jeweils einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Waschwasser für den Wasch- und Störstoffausleseprozess durch BHKW-Abwärme aufgewärmt wird.
Material mit einem Trockengehalt von 90%, erhältlich nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
Verwendung eines Materials nach Anspruch 9 als Festbrennstoff oder Streudünger.