DE102010035316B4

DE102010035316B4 - Verfahren zur Behandlung von Biomasse für die Biovergärung

Info

Publication number: DE102010035316B4
Application number: DE102010035316.7A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: REIFLOCK ABWASSERTECHNIK GmbH
Current assignee: REIFLOCK ABWASSERTECHNIK GmbH
Priority date: 2010-08-24
Filing date: 2010-08-24
Publication date: 2016-03-10
Anticipated expiration: 2030-08-25
Also published as: DE102010035316A1

Abstract

Verfahren zur Hygienisierung von pumpfähiger Biomasse in einem kommunalen Klärwerk, mit dem Schritt des Erwärmens der Biomasse auf eine erhöhte Temperatur dadurch gekennzeichnet, dass die pumpfähige Biomasse mit Dampf vermischt wird, der zuvor auf eine Geschwindigkeit beschleunigt wurde, die über seiner Schallgeschwindigkeit liegt und dass dann in dem sich ergebenen Gemisch in einem Verdichtungsstoß der Dampf kondensiert wird und das Gemisch auf eine Geschwindigkeit gebremst wird, die unterhalb der Schallgeschwindigkeit des Gemisches liegt, wobei die pumpfähige Biomasse vor der Vermischung mit dem Dampf vorerwärmt wird auf eine Temperatur von mindestens 60°C.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Hygienisierung von pumpfähiger Biomasse für die Verwendung bei der Erzeugung von Biogas.
Für die Erzeugung von Biogas wird bekannterweise Biomasse aus unterschiedlichsten Herkunftsstellen vergoren und derartige Biomasse ist insbesondere unter seuchenhygienischen Aspekten zu hygienisieren, um einer unerwünschten Ausbreitung von Krankheiten o. ä. entgegenzuwirken.
Diesbezüglich wird in der EU-Richtlinie 1774/2002 für derartig zu hygienisierende Stoffe eine Behandlung vorgeschrieben, bei der diese chargen- oder batchweise für mindestens eine Stunde auf Temperaturen von mehr als 70°C gehalten werden. Nur derartig vorbehandelte Biomasse darf für die anschließende Gärung zur Gewinnung von Biogas verwandt werden.
Eine Vorrichtung, mit der eine richtlinienkonforme Behandlung durchführbar ist, wird in der EP 1 555 255 beschrieben.
Es wird in diesem Zusammenhang als nachteilig empfunden, dass die batch- oder chargenweise Erwärmung auf die genannten Temperatur bereits erhebliche Zeit in Anspruch nimmt, so dass von dem Zeitpunkt, von dem begonnen wird, eine Charge zu befüllen, bis zum Ende der genannten mind. 60-minütigen Haltedauer ein erheblich längerer Zeitraum vergeht, als nur die genannten 60 Minuten. Insbesondere muss bis zum Beginn der Haltedauer außerdem eine Durcherwärmung der gesamten Charge auf mindestens 70°C gewährleistet sein. Daraus ergibt sich, dass ein erheblicher insbesondere auch behältermäßiger Aufwand betrieben werden muss, um bei dem chargenweisen Betrieb die beispielsweise in kommunalen Anlagen anfallenden Mengen kontinuierlich bzw. quasi-kontinuierlich verarbeiten zu können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Hygienisierung von pumpfähiger Biomasse anzugeben, bei dem die Biomasse auf eine erhöhte Temperatur gebracht wird, das schneller und damit insbesondere auch im Hinblick auf die vorzusehenden Lagervolumen mit geringerem Aufwand betreibbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die pumpfähige Biomasse mit Dampf vermischt wird, der zuvor auf eine Geschwindigkeit beschleunigt wurde, die über seiner Schallgeschwindigkeit liegt, und dass dann in dem sich ergebenden Gemisch in einem Verdichtungsstoß der Dampf kondensiert und das Gemisch auf eine Geschwindigkeit gebremst wird, die unterhalb der Schallgeschwindigkeit des Gemisches liegt, wobei die Biomasse zuvor insbesondere auf eine Temperatur von mindestens ca. 60°C vorerwärmt wird.
Durch die Vermischung des mit Überschall strömenden Dampfes mit der pumpfähigen Biomasse wird zunächst eine besonders gleichmäßige Verteilung des Dampfes innerhalb der Mischung bewirkt. Der Erfindung liegt dabei die besondere Erkenntnis zugrunde, dass die Vermischung von mit Überschallgeschwindigkeit strömendem Dampf mit der pumpfähigen Biomasse eine extrem homogene Mischung ergibt.
Hierfür wird zum einen der hohe Geschwindigkeitsunterschied zwischen dem Dampf, der Überschallgeschwindigkeit hat, und der pumpfähigen Biomasse, die eine demgegenüber vernachlässigbare Geschwindigkeit aufweist, verantwortlich gemacht. Hinzu kommt aber auch, dass sich die Schallgeschwindigkeit eines 2-Phasen-Gemisches – wie es bei dem Dampf-Biomassen-Gemisch vorliegt – über dessen prozentuale Zusammensetzung verändert, aber nicht linear. Das heißt, die Schallgeschwindigkeit ist bei 100% Dampf anders als bei 100% Flüssigkeit und ändert sich in Abhängigkeit des Verhältnisses von Dampf zu Flüssigkeit. Dabei ist die Schallgeschwindigkeit sowohl bei 100% Dampf als auch bei 100% Flüssigkeit höher als bei Vorliegen eines Gemisches. Damit strömt letztlich sowohl der für das Mischen zugeführte Dampf mit einer Geschwindigkeit, die größer ist als die (für Dampf spezifische) Schallgeschwindigkeit, als auch das entstehende Gemisch, dessen Geschwindigkeit ebenfalls höher ist als die (für das Gemisch spezifische) Schallgeschwindigkeit. Obwohl also die absolute Geschwindigkeit des Gemisches erheblich niedriger ist als die absolute Geschwindigkeit des Dampfes, strömen beide erfindungsgemäß jeweils mit (allerdings spezifischen, unterschiedlichen) Überschallgeschwindigkeiten.
Durch die anschließende Kondensation des Dampfes innerhalb der 2-Phasenströmung in einem Verdichtungsstoß wird einerseits die dabei frei werdende Kondensationswärme dann auf den Biomassenanteil des Gemisches übertragen, wodurch dieser in kürzester Zeit auf die gemäß den Hygienisierungsvorschriften benötigte Temperatur von über 70°C gebracht wird.
Andererseits ergibt sich dabei aber aufgrund des in einem Verdichtungsstoß lokal eng begrenzten Überganges von der Überschallströmung auf die Unterschallstörung bei gleichzeitigem Übergang von einer Zwei-Phasenströmung zu einer Ein-Phasenströmung an dieser Steile kontinuierlich eine erhebliche lokale Druckerhöhung. Hierdurch wird der weitere Vorteil erreicht, dass hier auf die einzelnen Partikel der Biomasse hohe Scherkräfte wirken, die zu deren Aufbrechen, Zerkleinerung und Zerfaserung führen.
Eine derart aufgebrochene, zerkleinerte und zerfaserte Biomasse verspricht insbesondere eine höhere Ausbeute an Biogas in der anschließenden Vergärung, Aufgrund dieses Druckstoßes ist außerdem sogar davon auszugehen, dass die Mikroorganismen, die bei der bekannten Hygienisierung abgetötet werden sollen, bereits zum großen Teil – wenn nicht sogar vollständig – quasi mechanisch zerstört werden. Aus der WO 01/39604 A1 ist insofern zwar ein ähnliches Verfahren bekannt, bei dem aber nur relativ homogene Stoffe, wie Milch oder Sahne behandelt werden.
Bei der Erfindung wird außerdem die pumpfähige Biomasse vor der Vermischung mit dem Dampf in einem Wärmetauscher vorerwärmt auf eine Temperatur von ca. 60°C.
Dies hat zum einen den Vorteil, dass Wärme, die der Biomasse, die zur Vergärung fließt, entnommen wird, in dem Verfahren weiter genutzt werden kann. Zum anderen ist damit auch zu erreichen, dass die Temperatur des wie oben beschrieben auf Unterschallgeschwindigkeit gebremsten Gemisches entsprechend höher ist. Damit kann dann insbesondere auf eine Zwischenlagerung des Gemisches in einem Tank verzichtet werden, da die höhere Temperatur eine Sterilisation bewirkt und durch ein Lagern des erwärmten Biomassegemisches bei einer Pasteurisierungstemperatur von 70°C die gewünschte Hygienisierung nicht mehr zu verbessern ist. In diesem Fall kann das Verfahren auch kontinuierlich betrieben werden und die Biomasse muss nicht batch- oder chargenweise behandelt werden. Dies bringt weitere erhebliche apparative Einsparungen.
Unabhängig davon ist es dennoch möglich, das wie oben beschrieben abgebremste Gemisch in einem Tank zwischenzulagern, bevor es zur Weiterverarbeitung in der Vergärungsanlage gepumpt wird.
Es ist dabei im Rahmen der Erfindung, die Temperatur in dem Tank auf einem Wert von > 70°C zu halten, um den gesetzlichen Forderungen buchstabengetreu Folge zu leisten. Alternative Haltetemperaturen sind dann insbesondere auch 95°C/100°C/105°C/110°C.
Die Erfindung hat dann gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass die Erwärmung der Biomasse in einem erheblich kürzeren Zeitraum möglich ist und aufgrund der beschriebenen Desintegration der Biomasse auch die Durcherhitzung vollständig gewährleistet ist.
Unter diesen Gesichtspunkten ist es sichergestellt, dass die Zwischenlagerungen in den Tanks auch wirklich nur etwa eine Stunde dauert.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Dabei zeigt
1 die Prinzipskizze einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In der 1 erkennt man die Prinzipskizze einer Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Claims

Verfahren zur Hygienisierung von pumpfähiger Biomasse in einem kommunalen Klärwerk, mit dem Schritt des Erwärmens der Biomasse auf eine erhöhte Temperatur dadurch gekennzeichnet, dass die pumpfähige Biomasse mit Dampf vermischt wird, der zuvor auf eine Geschwindigkeit beschleunigt wurde, die über seiner Schallgeschwindigkeit liegt und dass dann in dem sich ergebenen Gemisch in einem Verdichtungsstoß der Dampf kondensiert wird und das Gemisch auf eine Geschwindigkeit gebremst wird, die unterhalb der Schallgeschwindigkeit des Gemisches liegt, wobei die pumpfähige Biomasse vor der Vermischung mit dem Dampf vorerwärmt wird auf eine Temperatur von mindestens 60°C.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das abgebremste Gemisch in einem Tank (14) zwischengelagert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur in dem Tank (14) auf einem Wert von > 70°C gehalten wird.
Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlagerung wenigstens eine Stunde dauert.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die pumpfähige Biomasse vor der Vermischung mit dem Dampf auf eine maximale Teilchengröße von 8 mm zerkleinert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die pumpfähige Biomasse vor der Vermischung mit dem Dampf vorerwärmt wird auf eine Temperatur von 70°C oder aber 80°C.