DE102012211781A1 - Treating biomass containing chicken excrement, comprises subjecting biomass to ammonia fermentation, and removing ammonia during fermentation by stripping gas and/or precipitation as magnesium ammonium phosphate, from the biomass - Google Patents

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Abstract

Treating biomass containing nitrogen, preferably biomass containing chicken excrement, comprises (a) subjecting the biomass at a dry matter content of less than 70%, preferably less than 50%, to an ammonia fermentation, and (b) removing ammonia during the ammonia fermentation by a stripping gas and/or by precipitation, preferably as magnesium ammonium phosphate, from the biomass. An independent claim is included for an apparatus for treating biomass containing nitrogen, preferably for executing the method, comprising at least one container, which is suspended and/or fixed on a support and/or contains immobilized microorganisms and/or enzymes for ammonia fermentation.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Biogas aus stickstoffhaltiger Biomasse, insbesondere aus Hühnerexkrement enthaltender Biomasse.The invention relates to a process for the production of biogas from nitrogen-containing biomass, in particular biomass containing chicken excrement.

In der gegenwärtigen weltweiten Praxis werden Ammoniakemissionen, zum Beispiel aus Harnsäure enthaltenden Hühnerkot, so schnell wie möglich durch Trocknung des Kotes unterdrückt. Die Trocknung beginnt bereits direkt nach der Ablage des Hühnerkots auf ein Förderband in der Käfighaltung. Der frische Hühnerkot wird schließlich vollständig getrocknet, um eine Ammoniakemission auf fast null zu reduzieren. Ammoniak ist eine giftige Substanz, die Pflanzenwachstum rund um die Legehennen- oder Masthähnchenställe herum schädigen kann.In current worldwide practice, ammonia emissions, for example from chicken feces containing uric acid, are suppressed as quickly as possible by drying the feces. The drying process begins immediately after the chicken droppings have been placed on a conveyor belt in the cages. The fresh chicken droppings are finally completely dried to reduce ammonia emission to almost zero. Ammonia is a toxic substance that can damage plant growth around laying hen or broiler stables.

Masthähnchen und Legehennen geben zwischen 70 und 200 g Kot pro Tag und Tier ab. Der Stickstoffgehalt in Hühnerkot von 3 bis 6 % in der Trockensubstanz ist einer der höchsten aller Kotarten. Hühnerkot emittiert einen starken Ammoniakgeruch. Wenigstens 50 % des gesamten Stickstoffgehalts, in vielen Hühnerkotproben bis zu 80 %, liegen als Harnsäure vor, welche den Hühnerkot zu einer reichhaltigen Ammoniakquelle macht.Broilers and laying hens spend between 70 and 200 g of feces per day and animal. The nitrogen content in chicken manure of 3 to 6% in the dry matter is one of the highest of all feces. Chicken droppings emit a strong smell of ammonia. At least 50% of the total nitrogen content, up to 80% in many chicken gut samples, is present as uric acid, which makes the chicken feces a rich source of ammonia.

Alle bisher bekannten Maßnahmen zielen auf die Eliminierung der Emissionen von Ammoniak ab. Die Anstrengungen dazu sind erheblich und können letztendlich nur zum Erfolg führen, wenn der Hühnerkot vollständig getrocknet wird.All previously known measures are aimed at eliminating the emissions of ammonia. The effort involved is substantial and can ultimately only be successful if the chicken droppings are completely dried.

Die DE 20 2004 003 883 U1 beschreibt eine Belüftungsvorrichtung für Kotbänder in Geflügelanlagen. Mit der Belüftungsvorrichtung kann eine Abtrocknung von bewegbaren Kotbändern über die gesamte flächige Ausdehnung des Kotbandes erfolgen.The DE 20 2004 003 883 U1 describes a ventilation device for manure belts in poultry plants. With the aeration device can be carried out a drying of movable Kotbändern over the entire areal extent of the Kotbandes.

Die DE 38 39 599 C1 offenbart eine Vorrichtung zum Trocknen von Hühnerkot. Die Vorrichtung weist ein Kotförderungsband und einen umlaufend angetriebenen Walzenkörper als Kotlockerungsvorrichtung auf, mit welchem der Abtrocknungsvorgang verbessert werden kann.The DE 38 39 599 C1 discloses a device for drying chicken droppings. The device has a Kotförderungsband and a circumferentially driven roller body as Kotlockerungsvorrichtung, with which the drying process can be improved.

Ferner sind Verfahren zur Strippung von Ammoniak aus flüssiger Gülle bekannt. So beschreibt die DE 41 03 308 A1 ein Verfahren zur Gülle-Entsorgung. Das Verfahren umfasst die enzymatische Hydrolyse des Harnstoffs zu Ammoniumcarbonat mit Urease-Präparationen, die Flockung von suspendierten und kolloidal gelösten Inhaltsstoffen mit organisch-chemischen Polyelektrolyten, die Flotation der Flocken durch thermische Zersetzung des gelösten Ammoniumcarbonates, das Austreiben des Ammoniaks und seine Absorption in Mineralsäure sowie das Einspeisen der nunmehr stickstoffarmen Restflüssigkeit in die Denitrifizierungsstufe einer Kläranlage.Furthermore, methods for stripping ammonia from liquid manure are known. That's how it describes DE 41 03 308 A1 a method for manure disposal. The process comprises the enzymatic hydrolysis of the urea to ammonium carbonate with urease preparations, the flocculation of suspended and colloidally dissolved ingredients with organochemical polyelectrolytes, the flotation of the flocs by thermal decomposition of the dissolved ammonium carbonate, the expulsion of the ammonia and its absorption in mineral acid and the feeding of the now nitrogen-poor residual liquid in the denitrification of a sewage treatment plant.

In der DE 10 2010 033 251 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Ammoniumcarbonat, Feststoffdünger und Brauch-/Trinkwasser aus Gülle von Nutztieren oder Gärresten aus Biogasanlagen bekannt. Bei dem Verfahren werden flüssige Gülle aus Tierhaltungen oder flüssigen Bestandteilen von Gärresten aus Biogasfermentern mit dem Enzym Urease zusammengeführt.In the DE 10 2010 033 251 A1 is a process for the production of ammonium carbonate, solid fertilizer and industrial / drinking water from manure of livestock or digestate from biogas plants known. In the process liquid manure from livestock or liquid constituents of fermentation residues from biogas fermenters are combined with the enzyme urease.

Es bestehen sowohl nationale als auch europaweite Bestrebungen, die Stickstoffemission bei der Geflügelhaltung zu verringern. Die Fermentation von Ammoniak, d. h. die Herstellung von Ammoniak durch Mikroorganismen oder Enzyme, kann einen signifikanten Beitrag zur Emissionsminderung bei der Tierhaltung, insbesondere der Geflügelhaltung, leisten.There are both national and European efforts to reduce nitrogen emissions from poultry farming. The fermentation of ammonia, d. H. the production of ammonia by microorganisms or enzymes can make a significant contribution to the reduction of emissions in animal husbandry, in particular poultry production.

Vorteilhaft wäre eine Kombination der Ammoniakfermentation mit der Biogasfermentation bei der Verwertung stickstoffhaltiger Biomasse, insbesondere Hühnerexkrement enthaltender Biomasse. Die Ammoniakfermentation und die Biogasfermentation unterscheiden sich insbesondere durch die Fähigkeiten der jeweiligen Mikroorganismen. Die Mikroorganismen in der Ammoniakfermentation, welche zu einem großen Prozentsatz zu den Firmicutes gehören, können auf den Abbauprodukten des Stickstoffwechsels als alleinige Stickstoff- und Energiequelle leben, haben also einen hohen Stickstoffumsatz. Zu den Firmicutes zählen aerobe Bakterien und anaerobe bis aerotolerante Clostridien sowie auch Mollicutes.A combination of the ammonia fermentation with the biogas fermentation would be advantageous in the utilization of nitrogen-containing biomass, in particular biomass containing chicken dung. The ammonia fermentation and the biogas fermentation differ in particular by the capabilities of the respective microorganisms. The microorganisms in the Ammoniakfermentation, which belong to a large percentage of the Firmicutes, can live on the degradation products of nitrogen exchange as the sole source of nitrogen and energy, so have a high nitrogen turnover. Firmicutes include aerobic bacteria and anaerobic to aerotolerant clostridia as well as mollicutes.

Die Mikroorganismen in der Methanfermentation, die zu den Archaeen gehören, haben Essigsäure als hauptsächliche Quelle der Methanbildung und somit einen hohen Säureumsatz. Die Methanbildner werden in den Klassen Methanobacteria, Methanococci und Methanomicrobia zusammengefasst.The microorganisms in the methane fermentation, which belong to the archaea, have acetic acid as the main source of methane formation and thus a high acid conversion. The methanogens are summarized in the classes Methanobacteria, Methanococci and Methanomicrobia.

In der Ammoniakfermentation und der Biogasfermentation stehen die Mikroorganismen am Ende der jeweiligen Abbauproduktkette und liefern einerseits reduzierten Stickstoff (NH3) und andererseits reduzierten Kohlenstoff (CH4). Aus energetischen Gründen ist die Reduktion von Stickstoff zu NH3 besser und erfolgt, bevor Kohlenstoff zu CH4 reduziert wird. Stickstoff ist der bessere Protonenakzeptor als Kohlenstoff. Deshalb können die Ammoniakproduzenten in der Ausfaulung besser existieren als die methanogenen Mikroorganismen in der Ammoniakfermentation.In ammonia fermentation and biogas fermentation, the microorganisms are at the end of the respective degradation product chain and on the one hand deliver reduced nitrogen (NH 3 ) and, on the other hand, reduced carbon (CH 4 ). For energetic reasons, the reduction of nitrogen to NH 3 is better and occurs before carbon is reduced to CH 4 . Nitrogen is the better proton acceptor than carbon. Therefore, the ammonia producers can exist better in the digestion than the methanogenic microorganisms in the ammonia fermentation.

Die Mikroorganismen der Ammoniakfermentation und die Mikroorganismen der Biogasfermentation haben unterschiedliche Ansprüche an die jeweilige chemische Umgebung. So wird in der Ammoniakfermentation ein pH-Wert von 8 bis 9 bevorzugt, während bei der Biogasfermentation ein pH-Wert von 7 bevorzugt wird. Die methanogenen Mikroorganismen können bei einem hohen pH-Wert nicht richtig arbeiten, während die Mikroorganismen in der Ammoniakfermentation bei einem niedrigen pH-Wert nicht richtig arbeiten können. Die methanogenen Mikroorganismen in der Biogasfermentation werden durch eine geringe Konzentration an Ammoniak, bereits ab 2 g Ammoniak pro Liter, inhibiert, auch wenn eine gewisse Gewöhnung der methanogenen Mikroorganismen (bis etwa 5 g Ammoniak pro Liter) eintreten kann.The microorganisms of ammonia fermentation and the microorganisms of biogas fermentation have different demands on the respective chemical environment. So will in the Ammonia fermentation, a pH of 8 to 9 is preferred, while in the biogas fermentation, a pH of 7 is preferred. The methanogenic microorganisms can not work properly at a high pH, while the microorganisms in the ammonia fermentation can not work properly at a low pH. The methanogenic microorganisms in the biogas fermentation are inhibited by a low concentration of ammonia, already from 2 g ammonia per liter, even if a certain habituation of the methanogenic microorganisms (up to about 5 g ammonia per liter) can occur.

Inhibierend wirken entweder Ammoniak (NH3) oder das undissoziierte Salz Ammoniumhydrogencarbonat (NH4HCO3). Es stellt sich ein pH- und temperaturabhängiges Gleichgewicht nach der Formel ein: ↑NH3 ↔ NH4 + + HCO3 ↔ NH4HCO3. Either ammonia (NH 3 ) or the undissociated salt of ammonium bicarbonate (NH 4 HCO 3 ) act as inhibitors. It adjusts a pH and temperature-dependent equilibrium according to the formula: ↑ NH 3 ↔ NH 4 + + HCO 3 - ↔ NH 4 HCO 3 .

Bei einem hohen pH-Wert verschiebt sich das Gleichgewicht zu flüchtigem NH3, bei einem niedrigen pH-Wert zu dem undissoziierten Salz Ammoniumhydrogencarbonat (NH4HCO3).At a high pH, the equilibrium shifts to volatile NH 3 , at a low pH to the undissociated salt ammonium bicarbonate (NH 4 HCO 3 ).

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zur Erzeugung von Biogas aus stickstoffhaltiger Biomasse, insbesondere aus Hühnerexkrement enthaltender Biomasse, bereitzustellen, bei welchem die Biomasse sowohl einer Ammoniakfermentation als auch einer Biogasfermentation unterzogen wird und insbesondere eine Inhibierung der Biogasfermentation durch Ammoniak reduziert wird. The object of the invention is to provide an improved process for producing biogas from nitrogen-containing biomass, in particular biomass containing chicken excrement, in which the biomass is subjected to both an ammonia fermentation and a biogas fermentation and, in particular, an inhibition of the biogas fermentation by ammonia is reduced.

Die Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren.The object is achieved with the subject matter of claim 1. Advantageous developments emerge from the dependent claims, the description and the figures.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung von Biogas aus stickstoffhaltiger Biomasse, insbesondere aus Hühnerexkrement enthaltender Biomasse, wird die Biomasse bei einem Trockenmassegehalt von weniger als 70 %, insbesondere einem Trockenmassegehalt von weniger als 50 %, einer Ammoniakfermentation unterzogen. Während der Ammoniakfermentation wird Ammoniak, bevorzugt mittels eines Strippgases, insbesondere Luft und/oder Biogas und/oder CO2 oder CO2-haltiges Gas und/oder Verbrennungsabgas, aus der Biomasse entfernt, insbesondere kontinuierlich während der gesamten Dauer der Ammoniakfermentation. Das Strippgas kann durch und/oder über die Biomasse geleitet werden. In einem sich anschließenden Schritt wird die durch die Ammoniakfermentation im Stickstoffgehalt abgereicherte Biomasse einer Biogasfermentation unterzogen.In the method according to the invention for producing biogas from nitrogen-containing biomass, in particular from biomass containing chicken dung, the biomass is subjected to an ammonia fermentation at a dry matter content of less than 70%, in particular a dry matter content of less than 50%. During the ammonia fermentation, ammonia, preferably by means of a stripping gas, in particular air and / or biogas and / or CO 2 or CO 2 -containing gas and / or combustion exhaust gas, is removed from the biomass, in particular continuously during the entire duration of the ammonia fermentation. The stripping gas can be passed through and / or over the biomass. In a subsequent step, the biomass depleted in the nitrogen content of the ammonia fermentation is subjected to biogas fermentation.

Die stickstoffhaltige Biomasse wird in einem ersten Schritt durch eine Ammoniakfermentation im Stickstoffgehalt abgereichert und in einem zweiten Schritt einer Biogasfermentation unterzogen. Auf diese Weise wird auch eine Erzeugung von Biogas aus Biomasse ermöglicht, welche ausschließlich aus Hühnerexkrementen besteht. Selbstverständlich kann die Biomasse neben Hühnerexkrementen auch andere biogene Materialien, wie zum Beispiel Klärschlamm, Bioabfall, Gülle oder Mist, insbesondere aus der Rinder- und Schweinehaltung, enthalten. The nitrogen-containing biomass is depleted in a first step by an ammonia fermentation in the nitrogen content and subjected in a second step of a biogas fermentation. In this way, a generation of biogas from biomass is made possible, which consists exclusively of chicken excrement. Of course, in addition to chicken excrement, the biomass may also contain other biogenic materials, such as sewage sludge, biowaste, manure or manure, especially from cattle and pig farming.

In bevorzugten Ausführungsformen können die Ammoniakfermentation und die Biogasfermentation in separaten Schritten, bevorzugt in separaten Vorrichtungen, durchgeführt werden. So kann die Ammoniakfermentation direkt auf einem Förderband oder in einem gerührten Kessel durchgeführt werden. Die Biogasfermentation kann davon unabhängig in einem ersten oder zweiten gerührten Kessel durchgeführt werden.In preferred embodiments, the ammonia fermentation and biogas fermentation may be performed in separate steps, preferably in separate devices. Thus, the ammonia fermentation can be carried out directly on a conveyor belt or in a stirred vessel. The biogas fermentation can be carried out independently in a first or second stirred vessel.

Durch die Ammoniakfermentation kann der Stickstoffgehalt der Biomasse auf die Hälfte bis ein Viertel des ursprünglichen Stickstoffgehaltes gesenkt werden. Auf diese Weise kann eine Inhibierung der methanogenen Mikroorganismen in der Biogasfermentation reduziert bzw. vermieden werden. Insbesondere kann eine Hemmschwellenkonzentration von 5 g Ammoniak pro Liter in der Biogasanlage dauerhaft unterschritten werden.By ammonia fermentation, the nitrogen content of the biomass can be reduced to half to one quarter of the original nitrogen content. In this way, inhibition of the methanogenic microorganisms in the biogas fermentation can be reduced or avoided. In particular, an inhibition threshold concentration of 5 g of ammonia per liter in the biogas plant can be permanently undershot.

Ammoniak, welcher während der Ammoniakfermentation entfernt wird, kann als Ausgangsmaterial für eine Vielzahl verschiedenster Produkte verwendet werden, etwa Düngemittel, Sprengstoffe, Kunstharze, Reinigungs- und Haarfärbemittel sowie Arzneimittel. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können Hühnerexkremente als Monosubstrat in Biogasanlagen eingesetzt werden. Hohe Energie- und Trocknungskosten für die Trocknung von Hühnerexkrementen können reduziert bzw. vermieden werden. Insbesondere kann eine Vergiftung eines Biogasfermenters durch Ammoniak vermieden werden, welche einen Ausfall der Biogasanlage von mehreren Monaten zur Folge haben könnte.Ammonia, which is removed during the ammonia fermentation, can be used as a starting material for a variety of different products, such as fertilizers, explosives, resins, detergents and hair dyes, and pharmaceuticals. With the aid of the method according to the invention chicken excrements can be used as monosubstrate in biogas plants. High energy and drying costs for the drying of chicken excrement can be reduced or avoided. In particular, a poisoning of a biogas fermenter can be avoided by ammonia, which could have a failure of the biogas plant of several months result.

Der beim Verfahren anfallende flüssige Gärrest kann direkt zur Verdünnung von Biomasse verwendet werden. Aufgrund der niedrigen Stickstoffkonzentration entfällt dabei eine kostenintensive Behandlung der ausgefaulten Stoffe mit Ultrafiltration oder Membranprozessen. Ferner kann aufgrund der vorgeschalteten Ammoniakfermentation der Fermenterraum bei der Biogasfermentation um bis zu 50 % reduziert werden. Vorteilhaft kann auch der Lagerraum, welcher für eine Lagerdauer von mindestens 180 Tagen bereitgestellt werden muss, reduziert werden. The liquid digestate produced during the process can be used directly for the dilution of biomass. Due to the low nitrogen concentration, this eliminates a costly treatment of the digested substances with ultrafiltration or membrane processes. Furthermore, due to the upstream ammonia fermentation, the fermenter space in biogas fermentation can be reduced by up to 50%. Advantageously, the storage space, which must be provided for a storage period of at least 180 days, can be reduced.

Durch das Entfernen von Ammoniak während der Ammoniakfermentation wird das Gleichgewicht zur Produktion von Ammoniak hin verschoben. Auf diese Weise kann die Abreicherung der Biomasse im Stickstoffgehalt erhöht werden. Bevorzugt erfolgt die Entfernung des Ammoniaks mittels eines Strippgases, insbesondere Luft und/oder Biogas und/oder CO2 oder CO2-haltigem Gas und/oder Verbrennungsabgas. Ammoniak kann anschließend von dem Strippgas durch einen Wäscher getrennt werden. Vorteilhaft können Abgase aus Blockheizkraftwerken und/oder Abgase, welche bei der Aufbereitung von Biogas auf Erdgasqualität anfallen, zum Strippen des Ammoniaks verwendet werden. Bei der Verwendung von Biogas als Strippgas kann eine Produktion von Biogas während der Ammoniakfermentation durch Verschieben des Gleichgewichts zur Eduktseite hin reduziert bzw. vermieden werden. Selbstverständlich kann eine Kombination der oben genannten Gase als Strippgas für Ammoniak verwendet werden. By removing ammonia during ammonia fermentation, the equilibrium is shifted towards the production of ammonia. In this way, the depletion of the biomass in the nitrogen content can be increased. The removal of the ammonia preferably takes place by means of a stripping gas, in particular air and / or biogas and / or CO 2 or CO 2 -containing gas and / or combustion exhaust gas. Ammonia can then be separated from the stripping gas by a scrubber. Advantageously, exhaust gases from combined heat and power plants and / or exhaust gases, which are incurred in the treatment of biogas to natural gas quality, are used for stripping the ammonia. When biogas is used as the stripping gas, production of biogas during ammonia fermentation can be reduced or avoided by shifting the equilibrium to the educt side. Of course, a combination of the above-mentioned gases can be used as the stripping gas for ammonia.

Die Biomasse kann vorzugsweise Hühnerexkrement enthalten und besonders bevorzugt ausschließlich aus Hühnerexkrement bestehen. Ferner kann die Biomasse Schlachthofabfälle oder Abfälle, welche bei der Verarbeitung von Häuten oder Schalentieren anfallen, umfassen. Auch häuslicher Abfall oder industrielle Schlämme können in der Biomasse enthalten sein. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann eine Erzeugung von Biogas aus Biomasse mit hohem Stickstoffgehalt ermöglicht werden.The biomass may preferably contain chicken excrement and more preferably consist solely of chicken excrement. Further, the biomass may include slaughterhouse waste or wastes incurred in the processing of hides or shellfish. Domestic waste or industrial sludge may also be present in the biomass. By the method according to the invention, a generation of biogas from biomass with a high nitrogen content can be made possible.

Besonders bevorzugt wird Ammoniak kontinuierlich während der gesamten Dauer der Ammoniakfermentation entfernt, wodurch die Abreicherung der Biomasse im Stickstoffgehalt erhöht wird.Particularly preferably, ammonia is removed continuously throughout the duration of the ammonia fermentation, whereby the depletion of the biomass in the nitrogen content is increased.

Bei einem Trockenmassegehalt der Biomasse größer 15 % kann die Ammoniakfermentation als Trockenfermentation durchgeführt werden. Vorteilhaft müssen bei der Trockenfermentation von Hühnerkot keine Mikroorganismen von außen zugeführt werden. Bevorzugt kann die Trockenfermentation auf einem Förderband durchgeführt werden. Während der Trockenfermentation kann Ammoniak aus der Biomasse entfernt werden, indem ein Strippgas über und/oder durch die Biomasse geleitet wird. Dabei kann die Biomasse umgewälzt, insbesondere kontinuierlich umgewälzt werden. With a dry matter content of the biomass greater than 15%, the ammonia fermentation can be carried out as dry fermentation. Advantageously, in the dry fermentation of chicken manure no microorganisms must be supplied from the outside. Preferably, the dry fermentation can be carried out on a conveyor belt. During dry fermentation, ammonia can be removed from the biomass by passing a stripping gas over and / or through the biomass. The biomass can be circulated, in particular continuously circulated.

Das Strippgas kann vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von höher als 0.2 m/s über die Biomasse geleitet werden und etwa 50 % bis 80 % des während der Ammoniakfermentation gebildeten Ammoniaks aus der Biomasse entfernen. Die Trockenfermentation kann bei einem geringen Unterdruck durchgeführt werden. Der Unterdruck kann dazu beitragen, dass Ammoniak aus der Biomasse sowohl durch Unterdruckdestillation als auch durch Strippen entfernt wird. The stripping gas may preferably be passed over the biomass at a rate of greater than 0.2 m / s and remove about 50% to 80% of the ammonia formed during the ammonia fermentation from the biomass. The dry fermentation can be carried out at a low negative pressure. The negative pressure may help to remove ammonia from the biomass by both vacuum distillation and stripping.

Eine geringfügige Trocknung der Biomasse während der Trockenfermentation kann in Kauf genommen werden. Bevorzugt wird das Strippgas jedoch befeuchtet, um ein Austrocknen der Biomasse während der Trockenfermentation zu verhindern. Zum Befeuchten der Biomasse kann vorteilhaft Urin verwendet werden. Insbesondere weist das Strippgas einen Feuchtanteil von 60 % bis 100 % auf. Alternativ oder zusätzlich zum Befeuchten des Strippgases kann die Biomasse selbst während der Ammoniakfermentation befeuchtet werden. Durch Befeuchten der Biomasse und/oder des Strippgases kann eine Aktivität der Mikroorganismen aufrechterhalten werden. Des Weiteren kann sich Ammoniak in der Feuchtigkeit auflösen und somit effizienter aus dem Gleichgewicht durch Strippung entfernt werden.A slight drying of the biomass during the dry fermentation can be accepted. Preferably, however, the stripping gas is humidified to prevent drying out of the biomass during dry fermentation. For moistening the biomass can be advantageously used urine. In particular, the stripping gas has a moisture content of 60% to 100%. Alternatively, or in addition to wetting the stripping gas, the biomass itself may be humidified during the ammonia fermentation. By moistening the biomass and / or the stripping gas, an activity of the microorganisms can be maintained. Furthermore, ammonia can dissolve in the moisture and thus more efficiently be removed from equilibrium by stripping.

Die Ammoniakfermentation kann als Nassfermentation ausgestaltet sein. Der Trockenmassegehalt der Biomasse kann dabei unter 15 % sein, bevorzugt 1 bis 5 % sein. Die Ammoniakfermentation kann mittels auf einem Träger fixierter und/oder immobilisierter Mikroorganismen und/oder Enzyme durchgeführt werden. Während dieser Ausgestaltung der Ammoniakfermentation kann Ammoniak aus der Biomasse entfernt werden, indem ein Strippgas durch die Biomasse geleitet, insbesondere geblubbert wird.The ammonia fermentation can be configured as a wet fermentation. The dry matter content of the biomass can be below 15%, preferably 1 to 5%. The ammonia fermentation can be carried out by means of microorganisms and / or enzymes fixed and / or immobilized on a support. During this embodiment of the ammonia fermentation, ammonia can be removed from the biomass by passing a stripping gas through the biomass, in particular by bubbling it.

Ein Erfindungsgegenstand ist ferner ein Verfahren zur Erzeugung von Biogas aus stickstoffhaltiger Biomasse, insbesondere Hühnerexkrement enthaltender Biomasse, mit den Merkmalen a) und c) des Anspruchs 1 und dem weiteren Merkmal, dass die Ammoniakfermentation mittels auf einem Träger fixierter und/oder immobilisierter Mikroorganismen und/oder Enzyme durchgeführt wird, d. h. ein Verfahren, bei dem dieses Merkmal das Merkmal b) des Anspruchs 1 ersetzt. Der weitere Erfindungsgegenstand kann allerdings vorteilhafterweise um das Merkmal b) des Anspruchs 1 der vorliegenden Anmeldung ergänzt werden. Der weitere Erfindungsgegenstand lautet somit:A subject of the invention is furthermore a method for producing biogas from nitrogen-containing biomass, in particular biomass containing chicken dung, having the features a) and c) of claim 1 and the further feature that the ammonia fermentation is immobilized by means of microorganisms fixed and / or immobilized on a support and / or or enzymes is performed, d. H. a method in which this feature replaces the feature b) of claim 1. However, the further subject of the invention can advantageously be supplemented by feature b) of claim 1 of the present application. The further subject of the invention is thus:

Verfahren zur Erzeugung von Biogas aus stickstoffhaltiger Biomasse, insbesondere aus Hühnerexkrement enthaltender Biomasse, bei dem

  • a) die Biomasse bei einem Trockenmassegehalt von weniger als 70 %, insbesondere einem Trockenmassegehalt von weniger als 50 %, einer Ammoniakfermentation unterzogen wird,
  • b) die Ammoniakfermentation mittels auf einem Träger fixierter und/oder immobilisierter Mikroorganismen und/oder Enzyme durchgeführt wird und
  • c) die durch die Ammoniakfermentation im Stickstoffgehalt abgereicherte Biomasse in einem sich anschließenden Schritt einer Biogasfermentation unterzogen wird;
  • d) wobei optional Ammoniak während der Ammoniakfermentation, bevorzugt mittels eines Strippgases, insbesondere Luft und/oder Biogas und/oder CO2 oder CO2-haltigen Gas und/oder Verbrennungsabgas, aus der Biomasse entfernt wird, insbesondere kontinuierlich während der gesamten Dauer der Ammoniakfermentation entfernt wird.
Process for the production of biogas from nitrogen-containing biomass, in particular from biomass containing chicken excrement, in which
  • (a) the biomass is subjected to ammonia fermentation at a dry matter content of less than 70%, in particular a dry matter content of less than 50%;
  • b) the ammonia fermentation is carried out by means of carriers and / or immobilized microorganisms and / or enzymes, and
  • c) the biomass depleted in nitrogen content by the ammonia fermentation is subjected to a biogas fermentation in a subsequent step;
  • d) wherein optionally ammonia during the ammonia fermentation, preferably by means of a Stripping, in particular air and / or biogas and / or CO 2 or CO 2 -containing gas and / or combustion exhaust gas is removed from the biomass, in particular continuously during the entire duration of the ammonia fermentation is removed.

Dieser weitere Erfindungsgegenstand wird durch jedes der hier offenbarten weiteren Merkmale, einzeln und in jeder Merkmalskombination, vorteilhaft weitergebildet, wobei das Strippen betreffende weitere Merkmale das vorstehende Merkmal d) voraussetzen können. This further subject of the invention is advantageously further developed by each of the further features disclosed herein, individually and in each combination of features, wherein further features concerning the stripping can assume the above feature d).

Das auf einem Träger fixierte und/oder immobilisierte Enzym kann insbesondere Urease oder Uricase sein. Gegebenenfalls können auch weitere Enzyme, wie Coenzyme, auf einem Träger fixiert und/oder immobilisiert sein. Auf dem Träger können ferner Cofaktoren oder Cofermente fixiert und/oder immobilisiert sein. Die Enzyme können insbesondere an einem Harnstoffabbau oder einem Harnsäureabbau beteiligt sein. Die Enzyme können als organisches Material in hoher Reinheit oder als weitgehend gereinigtes Material, also in technischer Reinheit vorliegendes Material, verwendet werden. Die Enzyme können aus totem organischem Material, etwa durch Trocknen und Mahlen, einer Bakterienmischung gewonnen werden. Insbesondere können die Enzyme durch mechanisches Aufschließen einer Bakterienmischung gewonnen werden. Bei der Ammoniakfermentation können die Enzyme aber auch in lebenden Organismen wirken, indem Mikroorganismen auf einem Träger fixiert und/oder immobilisiert werden, ohne an Oberflächen fixiert zu sein. Durch den Einsatz von auf einem Träger fixierter und/oder immobilisierter Mikroorganismen und/oder Enzyme kann eine Ammoniakausbeute erzielt werden, welche die Ammoniakausbeute einer bloßen Strippung übersteigt.The enzyme fixed and / or immobilized on a carrier can be in particular urease or uricase. Optionally, other enzymes, such as coenzymes, can be fixed on a carrier and / or immobilized. Furthermore, cofactors or coferments can be fixed and / or immobilized on the support. In particular, the enzymes may be involved in urea degradation or uric acid degradation. The enzymes can be used as organic material in high purity or as a largely purified material, ie, in technical purity present material. The enzymes can be recovered from dead organic material, such as by drying and milling, a bacterial mixture. In particular, the enzymes can be obtained by mechanical disruption of a bacterial mixture. In ammonia fermentation, however, the enzymes can also act in living organisms by fixing and / or immobilizing microorganisms on a support without being fixed to surfaces. Through the use of microorganisms and / or enzymes fixed and / or immobilized on a support, an ammonia yield can be achieved which exceeds the ammonia yield of a mere stripping.

Die Ammoniakfermentation mittels auf einem Träger fixierter und/oder immobilisierter Mikroorganismen und/oder Enzyme kann insbesondere in einem gerührten Kessel durchgeführt werden. In bevorzugten Ausführungsformen kann der Träger inertes Material, insbesondere Kunststoff oder Alginat, umfassen und/oder porös ausgebildet sein. Der Träger kann durch einen stationären Träger, insbesondere ein Festbett, gebildet werden. Ferner kann der Träger durch die Biomasse selbst gebildet sein. Dies gilt insbesondere für eine Ammoniakfermentation als Trockenfermentation. Alternativ oder zusätzlich kann ein Träger, welcher in der Biomasse suspendiert wird und im Anschluss an die Ammoniakfermentation von der Biomasse, insbesondere mittels Schwerkrafttrennung, abgetrennt wird, verwendet werden. The ammonia fermentation by means of microorganisms and / or enzymes immobilized on a support and / or immobilized can be carried out in particular in a stirred vessel. In preferred embodiments, the carrier can comprise inert material, in particular plastic or alginate, and / or be porous. The carrier can be formed by a stationary carrier, in particular a fixed bed. Furthermore, the carrier may be formed by the biomass itself. This applies in particular to an ammonia fermentation as dry fermentation. Alternatively or additionally, a carrier which is suspended in the biomass and separated from the biomass after the ammonia fermentation, in particular by means of gravity separation, can be used.

Die Fixierung und/oder Immobilisierung der Mikroorganismen und/oder Enzyme kann an inneren und/oder äußeren Oberflächen des Trägers erfolgen. Vor der Nassfermentation kann die Biomasse insbesondere mittels eines Pressschneckenseparators von suspendierten Stoffen befreit werden. Die Ammoniakfermentation kann dann an einer Biomasse durchgeführt werden, welche im Wesentlichen aus Urin besteht. In diesem Fall ist eine Ammoniakfermentation mittels trägerfixierter und/oder immobilisierter Mikroorganismen besonders vorteilhaft, wenn der Träger in der Biomasse suspendiert wird.The fixation and / or immobilization of the microorganisms and / or enzymes can take place on inner and / or outer surfaces of the carrier. Before the wet fermentation, the biomass can be freed of suspended matter, in particular by means of a press screw separator. The ammonia fermentation can then be carried out on a biomass consisting essentially of urine. In this case, an ammonia fermentation by means of carrier-fixed and / or immobilized microorganisms is particularly advantageous when the carrier is suspended in the biomass.

Die auf einem Träger fixierten und/oder immobilisierten Mikroorganismen und/oder Enzyme können nach der Ammoniakfermentation insbesondere mittels Schwerkrafttrennung, etwa in einem Absetzer, abgetrennt werden und erneut einer stickstoffhaltigen Biomasse zugeführt werden. Die Ammoniakfermentation mittels auf einem Träger fixierter und/oder immobilisierter Mikroorganismen und/oder Enzyme ist besonders für die Ammoniakfermentation von Urin geeignet. Besonders bevorzugt wird dabei das Enzym Urease verwendet.The microorganisms and / or enzymes fixed and / or immobilized on a carrier can be separated after the ammonia fermentation, in particular by means of gravity separation, for example in a settler, and fed again to a nitrogen-containing biomass. The ammonia fermentation by means of microorganisms and / or enzymes fixed and / or immobilized on a carrier is particularly suitable for the ammonia fermentation of urine. The enzyme urease is particularly preferably used.

Wie oben beschrieben, kann die Ammoniakfermentation als Trockenfermentation oder Nassfermentation ausgebildet sein. Die Fermentation kann aerob oder anaerob sein. As described above, the ammonia fermentation may be formed as dry fermentation or wet fermentation. The fermentation can be aerobic or anaerobic.

Vorzugsweise findet während der Ammoniakfermentation kein anderer Fermentationsprozess statt. Insbesondere weist die Ammoniakfermentation eine Dauer von 10 Minuten bis 48 Stunden, bevorzugt von einer Stunde bis fünf Stunden, auf. Die Dauer der Ammoniakfermentation kann insbesondere so eingestellt sein, dass ein Verlust an organischer zu Biogas abbaubarer Masse so gering wie möglich ist.Preferably, no other fermentation process takes place during the ammonia fermentation. In particular, the ammonia fermentation has a duration of 10 minutes to 48 hours, preferably from one hour to five hours. The duration of the ammonia fermentation can be adjusted in particular so that a loss of organic to biodegradable mass is as low as possible.

Die Ammoniakfermentation kann unter mesophilen oder thermophilen Bedingungen durchgeführt werden. Insbesondere kann die Ammoniakfermentation bei einer Temperatur von 30 °C bis 75 °C, bevorzugt von 35 °C bis 60 °C, durchgeführt werden.The ammonia fermentation can be carried out under mesophilic or thermophilic conditions. In particular, the ammonia fermentation at a temperature of 30 ° C to 75 ° C, preferably from 35 ° C to 60 ° C, are performed.

Bevorzugt kann die Ammoniakfermentation bei einem pH-Wert von 7 bis 9, insbesondere einem pH-Wert von 8,0 bis 8,5, durchgeführt werden. Eine Zugabe von Chemikalien wie Calciumsulfat oder Alkalien ist somit nicht erforderlich.The ammonia fermentation may preferably be carried out at a pH of 7 to 9, in particular a pH of 8.0 to 8.5. An addition of chemicals such as calcium sulfate or alkalis is not required.

Insbesondere wird während der Ammoniakfermentation nicht der gesamte ammoniakalische Stickstoff (GAS-N) zu Ammoniak konvertiert. In bevorzugten Ausführungsformen werden zwischen 20 und 80 % des gesamten ammoniakalischen Stickstoffs zu Ammoniak konvertiert. Vorteilhaft kann ein Teil des gesamten ammoniakalischen Stickstoffs im Substrat belassen werden, um ein bestimmtes Kohlenstoff/Stickstoff-Verhältnis einzustellen. Insbesondere kann durch die Ammoniakfermentation der Kohlenstoffgehalt im Vergleich zum Stickstoffgehalt erhöht werden. Auf diese Weise kann insbesondere auch kohlenstoffarmer Urin im Stickstoffgehalt abgereichert werden und anschließend für eine Biogasfermentation verwendet werden. In particular, not all ammoniacal nitrogen (GAS-N) is converted to ammonia during ammonia fermentation. In preferred embodiments, between 20 and 80% of the total ammoniacal nitrogen is converted to ammonia. Advantageously, a portion of the total ammoniacal nitrogen may be left in the substrate to adjust a particular carbon / nitrogen ratio. In particular, the ammonia fermentation can increase the carbon content compared to the nitrogen content. In this way, in particular Low-carbon urine can be depleted in nitrogen content and then used for biogas fermentation.

Ein weiterer Erfindungsgegenstand ist ein Verfahren zur Erzeugung von Biogas aus Biomasse, bei dem die Biomasse mittels eines warmen Biogasstromes erwärmt wird, insbesondere vorgewärmt wird. Das Verfahren muss keine Ammoniakfermentation beinhalten, kann aber vorteilhafterweise um eine Ammoniakfermentation ergänzt werden. Dieser weitere Erfindungsgegenstand wird durch jedes der hier offenbarten weiteren Merkmale, einzeln und in jeder Merkmalskombination, vorteilhaft weitergebildet. Another subject of the invention is a method for producing biogas from biomass, in which the biomass is heated by means of a warm biogas stream, in particular preheated. The process does not have to include ammonia fermentation, but can advantageously be supplemented by ammonia fermentation. This further subject of the invention is further developed by each of the further features disclosed herein, individually and in any combination of features.

Zumindest ein Teil des bei der Biogasfermentation entstehenden Biogases kann zur Erwärmung der Biomasse verwendet werden. Die Erwärmung der Biomasse kann direkt mittels Durchströmen oder Um- bzw. Überströmen der Biomasse mit einem warmen Biogasstrom und/oder indirekt, insbesondere mittels wenigstens einem Wärmetauscher für indirekten Wärmeaustausch, erfolgen. Biogas aus einem Fermenter ist für gewöhnlich feuchtigkeitsgesättigt. Wenn warmes Biogas mit der kälteren Biomasse in Kontakt kommt, zum Beispiel als Strippgas zum Strippen von Ammoniak, wird durch die Kondensation des Wasserdampfes Energie frei. Diese Energie kann zur Erwärmung der kälteren Biomasse genutzt werden. At least part of the biogas produced in the biogas fermentation can be used to heat the biomass. The heating of the biomass can be carried out directly by means of flowing or circulating or overflowing the biomass with a warm biogas stream and / or indirectly, in particular by means of at least one heat exchanger for indirect heat exchange. Biogas from a fermenter is usually saturated with moisture. When warm biogas comes into contact with the colder biomass, for example as stripping gas for stripping ammonia, the condensation of water vapor releases energy. This energy can be used to heat the colder biomass.

Ferner kann auf eine Entfeuchtung des Biogases durch Kühlung, etwa mit einem Kompressionskälteaggregat, verzichtet werden. Eine Entfeuchtung von Biogas durch Kühlung ist üblicherweise erforderlich, um eine Kondensatbildung in Rohrleitungen zu verhindern. Ferner kann eine Entfeuchtung durch Kühlung nötig sein, um ein Biogas zur Beschickung von Blockheizkraftwerken bereitzustellen, welches einen reduzierten Feuchteanteil von 50 bis 80 % aufweist. Durch den Wegfall eines Kompressionskälteaggregats kann der Eigenstromverbrauch einer Biogasanlage deutlich reduziert werden. Außerdem kann eine für den Verkauf verfügbare Wärmemenge der Biogasanlage erhöht werden. Furthermore, can be dispensed with a dehumidification of the biogas by cooling, such as with a Kompressionskälteaggregat. Dehumidification of biogas by cooling is usually required to prevent condensation in pipelines. Furthermore, dehumidification by cooling may be necessary to provide a biogas for charging cogeneration plants, which has a reduced moisture content of 50 to 80%. The elimination of a compression refrigeration unit, the own power consumption of a biogas plant can be significantly reduced. In addition, an amount of heat available for sale of the biogas plant can be increased.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann ein warmer, feuchtigkeitsgesättigter Biogasstrom durch eine Biomasse in einem Gas-Flüssig-Wärmetauscher geleitet werden. Vorteilhaft ist ein Gas-Flüssig-Wärmetauscher effizienter als ein Gas-Gas-Wärmetauscher. Auf diese Weise kann die Biomasse für eine Weiterprozessierung vorgewärmt werden. Insbesondere kann der abgekühlte Biogasstrom anschließend zu einem zweiten Wärmetauscher geleitet werden. In a preferred embodiment, a warm, moisture-saturated biogas stream may be passed through a biomass in a gas-liquid heat exchanger. Advantageously, a gas-liquid heat exchanger is more efficient than a gas-gas heat exchanger. In this way, the biomass can be preheated for further processing. In particular, the cooled biogas stream can then be passed to a second heat exchanger.

Der zweite Wärmetauscher kann bevorzugt als indirekter Gas-Flüssig-Wärmetauscher ausgebildet sein. Der zweite Wärmetauscher kann den abgekühlten Biogasstrom erwärmen, welcher anschließend als wiedererwärmter Biogasstrom weiterprozessiert werden kann. Dabei kann der Feuchteanteil des abgekühlten Biogasstroms reduziert werden. Als Wärmequelle zur Erwärmung des abgekühlten Biogasstroms kann warmes ausgefaultes Substrat verwendet werden. Alternativ kann als Wärmequelle zur Erwärmung des abgekühlten Biogasstroms das Rücklaufwasser eines Blockheizkraftwerkes verwendet werden. The second heat exchanger may preferably be formed as an indirect gas-liquid heat exchanger. The second heat exchanger can heat the cooled biogas stream, which can then be further processed as a reheated biogas stream. In this case, the moisture content of the cooled biogas stream can be reduced. As a heat source for heating the cooled biogas stream can be used warm ausgefaultes substrate. Alternatively, the return water of a combined heat and power plant can be used as a heat source for heating the cooled biogas stream.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. An den Figuren offenbar werdende Merkmale bilden je einzeln und in jeder Merkmalskombination die Gegenstände der Ansprüche vorteilhaft weiter. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to figures. The features which become apparent on the figures form each individually and in each combination of features, the objects of the claims advantageously continue. Show it:

1 in einer Prinzipdarstellung einen Behälter zur Durchführung der Ammoniakfermentation als Trockenfermentation, 1 in a schematic representation of a container for carrying out the ammonia fermentation as dry fermentation,

2 in einer Prinzipdarstellung einen gerührten Kessel zur Durchführung der Ammoniakfermentation als Nassfermentation, 2 in a schematic representation of a stirred kettle for carrying out the ammonia fermentation as a wet fermentation,

3 in einer Prinzipdarstellung einen Behälter mit einer Mischvorrichtung zur Durchführung der Ammoniakfermentation als Nassfermentation, 3 in a schematic representation of a container with a mixing device for carrying out the ammonia fermentation as a wet fermentation,

4 in einer Prinzipdarstellung einen Behälter mit einem Tropfkörper zur Durchführung der Ammoniakfermentation als Nassfermentation, 4 in a schematic representation of a container with a trickling filter for carrying out the ammonia fermentation as a wet fermentation,

5 in einem Diagramm den Einfluss des pH-Werts und der Temperatur auf die Ammoniakfermentation, und 5 in a diagram the influence of the pH value and the temperature on the ammonia fermentation, and

6 in einer Prinzipdarstellung eine Vorrichtung zur Erwärmung von Biomasse durch warmes Biogas. 6 in a schematic representation of a device for heating biomass by warm biogas.

In der 1 ist schematisch ein Behälter 1 gezeigt, in welchem stickstoffhaltige Biomasse 3 einer Ammoniakfermentation als Trockenfermentation unterzogen wird. In dem Behälter 1 ist ein Förderband 5 angeordnet, auf welchem die Biomasse 3 gefördert wird. Die Biomasse 3 wird hier durch Hühnerexkremente gebildet und umfasst einen Trockenmassegehalt von größer 15 %.In the 1 is schematically a container 1 shown in which nitrogenous biomass 3 an ammonia fermentation is subjected to dry fermentation. In the container 1 is a conveyor belt 5 arranged on which the biomass 3 is encouraged. The biomass 3 is formed here by chicken excrement and has a dry matter content of more than 15%.

Der Behälter 1 weist einen Strippgaseinlass 7 und einen Strippgasauslass 9 auf. Während der Ammoniakfermentation wird Strippgas durch und über die Biomasse 3 geleitet, um Ammoniak aus der Biomasse zu entfernen, wie in der 1 mittels der Pfeile 11 veranschaulicht. Die Geschwindigkeit des Strippgases kann dabei insbesondere höher als 0,2 m/s sein. The container 1 has a stripping gas inlet 7 and a stripping gas outlet 9 on. During ammonia fermentation, stripping gas is passed through and over the biomass 3 directed to remove ammonia from the biomass, as in the 1 by means of the arrows 11 illustrated. The speed of the stripping gas can be in particular higher than 0.2 m / s.

Ferner ist im Behälter 1 eine Umwälzvorrichtung 18 vorgesehen mit der die Biomasse 3 während der Ammoniakfermentation umgewälzt, insbesondere kontinuierlich umgewälzt wird. Bevorzugt kann während der Ammoniakfermentation im Behälter 1 ein geringer Unterdruck angelegt werden, um Ammoniak aus der Biomasse 3 sowohl durch Strippen als auch durch Unterdruckdestillation zu entfernen. Further, in the container 1 a circulating device 18 provided with the biomass 3 circulated during the ammonia fermentation, in particular continuously circulated. Preferably, during the ammonia fermentation in the container 1 a slight negative pressure can be applied to ammonia from the biomass 3 both by stripping and by vacuum distillation to remove.

Nach der Ammoniakfermentation wird die im Stickstoffgehalt abgereicherte Biomasse 3 in einem hier nicht gezeigten Behälter überführt, in welchem die Biomasse 3 einer Biogasfermentation unterzogen wird. Der mittels des Strippgases aus der Biomasse 3 entfernte Ammoniak kann von dem Strippgas durch einen Wäscher getrennt werden. Der so gewonnene Ammoniak kann als Ausgangsstoff für eine Vielzahl verschiedenster Produkte verwendet werden.After ammonia fermentation, the nitrogen depleted biomass becomes 3 transferred in a container, not shown here, in which the biomass 3 is subjected to a biogas fermentation. The by means of the stripping gas from the biomass 3 Removed ammonia can be separated from the stripping gas by a scrubber. The ammonia thus obtained can be used as a starting material for a variety of different products.

Die 2 zeigt einen gerührten Kessel 13, in welchem die Biomasse 15 einer Ammoniakfermentation als Nassfermentation unterzogen wird. Der gerührte Kessel 13 weist einen Rührer 17 auf, mit dem die Biomasse 15 kontinuierlich gerührt werden kann. Bei der Nassfermentation ist der Trockenmassegehalt der Biomasse 15 unter 15 %, bevorzugt ca. 5 %. Am unteren Ende des gerührten Kessels 13 sind Strippgaseinlässe 19 vorgesehen. Am oberen Ende weist der gerührte Kessel 13 Strippgasauslässe 21 auf. Wie in der 2 veranschaulichend dargestellt, wird während der Nassfermentation kontinuierlich Strippgas durch die Biomasse 15 geleitet bzw. geblubbert.The 2 shows a stirred kettle 13 in which the biomass 15 an ammonia fermentation is subjected to wet fermentation. The stirred kettle 13 has a stirrer 17 on, with which the biomass 15 can be stirred continuously. In wet fermentation, the dry matter content of the biomass 15 below 15%, preferably about 5%. At the bottom of the stirred kettle 13 are stripping gas inlets 19 intended. At the upper end, the stirred kettle 13 Strippgasauslässe 21 on. Like in the 2 Illustratively, stripping gas is continuously passed through the biomass during wet fermentation 15 guided or bubbled.

In der Biomasse 15 sind auf einem Träger 22 fixierte und/oder immobilisierte Mikroorganismen und/oder Enzyme suspendiert. Der Träger 22 kann ein Füllstoff aus inertem Material, insbesondere Kunststoff oder Alginat, sein.In the biomass 15 are on a carrier 22 suspended and / or immobilized microorganisms and / or enzymes suspended. The carrier 22 may be a filler of inert material, in particular plastic or alginate.

Nach der Ammoniakfermentation kann der Träger 22 insbesondere mittels Schwerkrafttrennung von der Biomasse 15 abgetrennt werden. Die im Stickstoffgehalt abgereicherte Biomasse 15 kann in einen Behälter überführt werden, in welchem die Biomasse 15 einer Biogasfermentation unterzogen wird. After the ammonia fermentation, the carrier 22 in particular by means of gravity separation from the biomass 15 be separated. The nitrogen depleted biomass 15 can be transferred to a container in which the biomass 15 is subjected to a biogas fermentation.

Die 3 zeigt einen Behälter 23, in welchem die Biomasse 15 einer Ammoniakfermentation als Nassfermentation unterzogen wird, nach einem weiteren Ausführungsbeispiel. Im Behälter 23 ist eine Mischvorrichtung 25 angeordnet. Durch die Mischvorrichtung 25 wird Strippgas geleitet. Auf diese Weise kann die Biomasse 15 mittels des Strippgases umgewälzt und gemischt werden. The 3 shows a container 23 in which the biomass 15 an ammonia fermentation is subjected to wet fermentation, according to a further embodiment. In the container 23 is a mixing device 25 arranged. Through the mixing device 25 Stripping gas is passed. In this way, the biomass 15 circulated by means of the stripping gas and mixed.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Behälter 27, in welchem die Biomasse 15 einer Ammoniakfermentation als Nassfermentation unterzogen wird, ist in der 4 gezeigt. Der Behälter 27 weist einen Tropfkörper 29 auf. Der Tropfkörper 29 kann durch Scheiben oder Paddel gebildet sein. Während der Ammoniakfermentation kann der Tropfkörper 29 zumindest bereichsweise in die Biomasse 15 eintauchen. Insbesondere kann sich der Tropfkörper 29 während der Ammoniakfermentation drehen. Auf dem Tropfkörper 29 kann ein Film aus der Biomasse 15 gebildet sein, welcher durch dass Strippgas kontaktiert werden kann. Der Tropfkörper 29 kann als Träger zur Fixierung und/oder Immobilisierung von Mikroorganismen und/oder Enzymen ausgebildet sein. Another embodiment of a container 27 in which the biomass 15 is subjected to an ammonia fermentation as wet fermentation, is in the 4 shown. The container 27 has a trickling filter 29 on. The trickling filter 29 can be formed by disks or paddles. During ammonia fermentation, the trickling filter 29 at least partially into the biomass 15 plunge. In particular, the trickling filter can 29 during ammonia fermentation. On the trickling filter 29 can a movie from the biomass 15 be formed, which can be contacted by the stripping gas. The trickling filter 29 may be designed as a carrier for fixation and / or immobilization of microorganisms and / or enzymes.

In der 5 ist der Einfluss des pH-Werts sowie der Temperatur auf die Ammoniakfermentation in einem Diagramm dargestellt. Der pH-Wert ist auf die X-Achse aufgetragen und das Verhältnis von Ammoniak zum gesamten ammoniakalischen Stickstoff (NH3/GAS-N) ist auf die Y-Achse aufgetragen. In dem Diagramm ist ein Temperaturbereich von 5 °C bis 60 °C dargestellt. Bevorzugt beträgt das Verhältnis NH3/GAS-N zwischen 0,2 und 0,8. Wie durch die gestrichelte Linie in der 3 angedeutet, kann die Ammoniakfermentation somit bevorzugt bei einem pH-Wert von 8 bis 9 und einer Temperatur von 35 °C bis 60 °C durchgeführt werden.In the 5 the influence of pH and temperature on the ammonia fermentation is shown in a diagram. The pH is plotted on the X-axis and the ratio of ammonia to total ammoniacal nitrogen (NH 3 / GAS-N) is plotted on the Y-axis. The diagram shows a temperature range from 5 ° C to 60 ° C. The ratio NH 3 / GAS-N is preferably between 0.2 and 0.8. As indicated by the dashed line in the 3 indicated, the ammonia fermentation can thus be preferably carried out at a pH of 8 to 9 and a temperature of 35 ° C to 60 ° C.

Die 6 zeigt eine Vorrichtung zur Erwärmung von Biomasse durch warmes Biogas. Die Vorrichtung weist einen ersten Wärmetauscher 35 und einen zweiten Wärmetauscher 37 auf. Der erste Wärmetauscher 35 ist insbesondere als direkter Gas-Flüssig-Wärmetauscher ausgebildet. Im ersten Wärmetauscher 35 wird ein warmer, feuchtigkeitsgesättigter Biogasstrom 31 durch die Biomasse 3 geleitet. Die Biomasse 3 wird so für eine Weiterprozessierung vorgewärmt. Der abgekühlte Biogasstrom 33 wird anschließend zum zweiten Wärmetauscher 37 geleitet. The 6 shows a device for heating biomass by warm biogas. The device has a first heat exchanger 35 and a second heat exchanger 37 on. The first heat exchanger 35 is designed in particular as a direct gas-liquid heat exchanger. In the first heat exchanger 35 becomes a warm, moisture-saturated biogas stream 31 through the biomass 3 directed. The biomass 3 is thus preheated for further processing. The cooled biogas stream 33 then becomes the second heat exchanger 37 directed.

Der zweite Wärmetauscher 37 kann insbesondere als indirekter Gas-Flüssig-Wärmetauscher ausgebildet sein. Der zweite Wärmetauscher 37 kann den abgekühlten Biogasstrom 33 erwärmen, welcher anschließend als wiedererwärmter Biogasstrom 41 weiterprozessiert werden kann. Dabei kann der Feuchteanteil des abgekühlten Biogasstroms 33 reduziert werden. The second heat exchanger 37 can be designed in particular as an indirect gas-liquid heat exchanger. The second heat exchanger 37 can cool the biogas stream 33 heat, which subsequently as a reheated biogas stream 41 can be further processed. In this case, the moisture content of the cooled biogas stream 33 be reduced.

Als Wärmequelle zur Erwärmung des abgekühlten Biogasstroms 33 kann warmes ausgefaultes Substrat 39 verwendet werden. Alternativ kann als Wärmequelle zur Erwärmung des abgekühlten Biogasstroms 33 das Rücklaufwasser eines Blockheizkraftwerkes verwendet werden. As a heat source for heating the cooled biogas stream 33 can warm decomposed substrate 39 be used. Alternatively, as a heat source for heating the cooled biogas stream 33 the return water of a combined heat and power plant can be used.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 202004003883 U1 [0005] DE 202004003883 U1 [0005]
  • DE 3839599 C1 [0006] DE 3839599 C1 [0006]
  • DE 4103308 A1 [0007] DE 4103308 A1 [0007]
  • DE 102010033251 A1 [0008] DE 102010033251 A1 [0008]

Claims (12)

Verfahren zur Erzeugung von Biogas aus stickstoffhaltiger Biomasse (3; 15), insbesondere aus Hühnerexkrement enthaltender Biomasse, bei dem a) die Biomasse (3; 15) bei einem Trockenmassegehalt von weniger als 70 %, insbesondere einem Trockenmassegehalt von weniger als 50 %, einer Ammoniakfermentation unterzogen wird, b) Ammoniak während der Ammoniakfermentation, bevorzugt mittels eines Strippgases, insbesondere Luft und/oder Biogas und/oder CO2 oder CO2-haltigen Gas und/oder Verbrennungsabgas, aus der Biomasse (3; 15) entfernt wird, insbesondere kontinuierlich während der gesamten Dauer der Ammoniakfermentation entfernt wird, und c) die durch die Ammoniakfermentation im Stickstoffgehalt abgereicherte Biomasse (3; 15) in einem sich anschließenden Schritt einer Biogasfermentation unterzogen wird. Process for the production of biogas from nitrogen-containing biomass ( 3 ; 15 ), in particular biomass containing chicken excrement, in which a) the biomass ( 3 ; 15 ) is subjected to an ammonia fermentation at a dry matter content of less than 70%, in particular a dry matter content of less than 50%, b) ammonia during the ammonia fermentation, preferably by means of a stripping gas, in particular air and / or biogas and / or CO 2 or CO 2 -containing gas and / or combustion exhaust gas, from the biomass ( 3 ; 15 ) is removed, in particular continuously removed during the entire duration of the ammonia fermentation, and c) the biomass depleted in the nitrogen content by the ammonia fermentation ( 3 ; 15 ) is subjected in a subsequent step of a biogas fermentation. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strippgas befeuchtet wird, insbesondere einen Feuchteanteil von 60 % bis 100 % aufweist, und/oder die Biomasse (3) während der Ammoniakfermentation befeuchtet wird. A method according to claim 1, characterized in that the stripping gas is moistened, in particular a moisture content of 60% to 100%, and / or the biomass ( 3 ) is humidified during the ammonia fermentation. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ammoniakfermentation bei einer Temperatur von 30 °C bis 75 °C, insbesondere von 35 °C bis 60 °C, durchgeführt wird. Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that the ammonia fermentation at a temperature of 30 ° C to 75 ° C, in particular from 35 ° C to 60 ° C, is performed. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ammoniakfermentation eine Dauer von 10 min bis 48 h, insbesondere von 1 h bis 5 h, aufweist. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the ammonia fermentation has a duration of 10 minutes to 48 hours, in particular from 1 hour to 5 hours. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ammoniakfermentation mittels auf einem Träger (22; 29) fixierter und/oder immobilisierter Mikroorganismen und/oder Enzyme durchgeführt wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the ammonia fermentation by means of on a support ( 22 ; 29 ) fixed and / or immobilized microorganisms and / or enzymes is performed. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (22; 29) inertes Material, insbesondere Kunststoff oder Alginat, umfasst und/oder porös ausgebildet ist. Method according to claim 5, characterized in that the carrier ( 22 ; 29 ) comprises inert material, in particular plastic or alginate, and / or is porous. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (29) durch einen stationärer Träger, insbesondere ein Festbett, gebildet wird.Method according to claim 5 or 6, characterized in that the carrier ( 29 ) is formed by a stationary support, in particular a fixed bed. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (22) in der Biomasse (15) suspendiert wird und bevorzugt im Anschluss an die Ammoniakfermentation von der Biomasse (15), insbesondere mittels Schwerkrafttrennung, abgetrennt wird. Method according to claim 5 or 6, characterized in that the carrier ( 22 ) in the biomass ( 15 ) and preferably after the ammonia fermentation of the biomass ( 15 ), in particular by means of gravity separation, is separated. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ammoniakfermentation bei einem pH-Wert von 7 bis 9, insbesondere einem pH-Wert von 8,0 bis 8,5, durchgeführt wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the ammonia fermentation at a pH of 7 to 9, in particular a pH of 8.0 to 8.5, is performed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des bei der Biogasfermentation entstehenden Biogases zur Erwärmung der Biomasse (3; 15) verwendet wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least part of the biogas produced in the biogas fermentation for heating the biomass ( 3 ; 15 ) is used. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung der Biomasse (3; 15) direkt mittels Durch- oder Umströmen der Biomasse (3; 15) mit einem warmen Biogasstrom (31), vorzugsweise aus der Biogasfermentation des Schritts c), und/oder indirekt mittels wenigstens einem Wärmetauscher (35) für indirekte Wärmeübertragung erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the heating of the biomass ( 3 ; 15 ) directly by passing or flowing through the biomass ( 3 ; 15 ) with a warm biogas stream ( 31 ), preferably from the biogas fermentation of step c), and / or indirectly by means of at least one heat exchanger ( 35 ) for indirect heat transfer takes place. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trockenmassegehalt bei der als Nassfermentation ausgebildeten Ammoniakfermentation unter 15 %, insbesondere 1 % bis 5 % ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the dry matter content in the formed as a wet fermentation ammonia fermentation under 15%, in particular 1% to 5%.
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