DE102012212298A1 - Digestate treatment system comprises separating device for separating digestate into liquid phase and solid phase, evaporator unit for separating the liquid phase into water, first phase manure and solid residues, and a briquetting device - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gärrestaufbereitungssystem.The present invention relates to a digestate treatment system.
Bekannte Systeme zur Gärrestaufbereitung werden zur Verarbeitung der Gärreste von Biogasanlagen verwendet, kommen aber zudem auch zum Einsatz in der Landwirtschaft (Tierzucht, Gülleaufbereitung, Gülleverwertung) oder bei der Unterstützung industrieller Prozesse zur Verwertung industrieller Reststoffe. Insbesondere im Bereich der Biogasanlagen ist erkannt worden, dass eine Entsorgung und Verarbeitung der entstehenden Gärreste notwendig ist. Bekannte Ansätze werden hierbei von der Wasserwirtschaft geliefert, insbesondere der Trinkwasseraufbereitung. Von dort ist bekannt, Gärreste mittels mehrstufiger Filteranlagen, beispielsweise über Ultrafiltration und Umkehrosmose zu reinigen. Dies führt allerdings lediglich zu einer unvollständigen und unzufriedenstellenden Aufbereitung der Gärreste, die immer noch substantielle Rückstände übrig lässt.Known systems for digestate treatment are used to process fermentation residues in biogas plants, but they are also used in agriculture (animal breeding, manure processing, liquid manure utilization) or in the support of industrial processes for recycling industrial residues. In particular, in the field of biogas plants has been recognized that a disposal and processing of the resulting digestate is necessary. Known approaches are provided here by the water industry, in particular the drinking water treatment. From there it is known to clean digestate by means of multi-stage filter systems, for example via ultrafiltration and reverse osmosis. However, this only leads to an incomplete and unsatisfactory treatment of fermentation residues, which still leaves substantial residues.
Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Filtrationstechniken ist, dass hohe Kostenaufwendungen notwendig sind, was die Rentabilität solcher Aufbereitungsanlagen einschränkt. Die Wartungs- und Betriebsaufwendungen haben zusätzlich dazu geführt, dass solche Filtrationsanlagen nur als Sonderapplikationen und in Einzelfällen, nicht aber flächendeckend eingesetzt werden.Another disadvantage of these known filtration techniques is that high cost expenditures are necessary, which limits the profitability of such treatment plants. The maintenance and operating expenses have also led to such filtration systems being used only as special applications and in individual cases, but not across the board.
Somit lag der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Gärrestaufbereitungssystem anzugeben, welches die vorstehend empfundenen Nachteile möglichst weitgehend abmildert.Thus, the present invention was the object of specifying a Gärrestaufbereitungssystem, which mitigates the above perceived disadvantages as much as possible.
Die Erfindung löst die ihr zugrunde liegende Aufgabe, indem sie ein Gärrestaufbereitungssystem vorschlägt, mit einer Separatoreinrichtung zum Trennen eines zugeführten Gärrests in eine Flüssigphase und eine Festphase, einer Verdampfereinrichtung zum Aufteilen der Flüssigphase in Wasser, eine erste Düngerphase und Feststoffrückstände, vorzugsweise mittels Zufuhr von Niedertemperatur-Wärmeenergie, und einer Brikettierungseinrichtung zum Pressen der Festphase in Brikettform. Unter Niedertemperatur werden im Zusammenhang mit der Erfindung Temperaturen unterhalb 200°C verstanden, bevorzugte Bereiche von Niedertemperaturen im Rahmen der Erfindung liegen unterhalb von 100°C, besonders bevorzugt bei 90°C. Im Gegenzug wird der Begriff „Hochtemperatur” im Rahmen der Erfindung für Temperaturen verwendet, die oberhalb der Niedertemperatur liegen. Bevorzugte Bereiche sind hierbei Temperaturen oberhalb von 400°C, besonders bevorzugt von oberhalb 500°C. In einem Ausführungsbeispiel wird eine Hochtemperatur im Bereich von 550°C vorgeschlagen.The invention solves the underlying object by proposing a Gärrestaufbereitungssystem with a Separatoreinrichtung for separating a supplied digestate in a liquid phase and a solid phase, an evaporator for dividing the liquid phase in water, a first fertilizer phase and solid residues, preferably by supplying low temperature Heat energy, and a Brikettierungseinrichtung for pressing the solid phase in briquette form. Under low temperature are understood in the context of the invention temperatures below 200 ° C, preferred ranges of low temperatures in the invention are below 100 ° C, more preferably at 90 ° C. In return, the term "high temperature" is used in the context of the invention for temperatures which are above the low temperature. Preferred ranges here are temperatures above 400 ° C, more preferably above 500 ° C. In one embodiment, a high temperature in the range of 550 ° C is proposed.
Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass mit ihr ein ganzheitliches System zur Gärrestaufbereitung vorgeschlagen werden kann, in welchem der anfallende Gärrest in einem integrierten System mehrfach zu weiter nutzbaren Produkten veredelbar ist. Die Erfindung macht sich hierbei insbesondere zunutze, dass in der Verdampfereinrichtung die von den Feststoffen weitestgehend getrennte Flüssigphase durch Wasserentzug zu noch höherwertigerem Dünger als erste Düngerphase aufbereitbar ist. Bei bekannten Systemen wird der Gärrest entweder unmittelbar oder nach grobem Abscheiden von Feststoffen in Form von Gülle und dergleichen als Dünger ausgebracht. Der mit der Erfindung erzeugte Dünger der ersten Düngerphase ist allerdings ungleich hochwertiger und kann auch in geringeren Mengen zu höheren Preisen vertrieben werden. Des Weiteren stellt das erfindungsgemäße System eine Möglichkeit bereit, die abgeschiedenen Feststoffe in Brikettform zu pressen und für nachfolgende Nutzungsmöglichkeiten zur Verfügung zu stellen.The invention makes use of the knowledge that it can be used to propose a holistic system for processing digestate, in which the digestate produced can be repeatedly processed into more usable products in an integrated system. The invention makes particular use of the fact that in the evaporator device, the liquid phase largely separated from the solids is treatable by dehydration to even higher-quality fertilizer as the first fertilizer phase. In known systems, the digestate is applied either directly or after coarse separation of solids in the form of manure and the like as a fertilizer. However, the fertilizer of the first fertilizer phase produced by the invention is much higher quality and can also be sold in smaller quantities at higher prices. Furthermore, the system according to the invention provides a possibility to press the separated solids in briquette form and to make available for subsequent use possibilities.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass Biogasanlagen in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen System und bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgebaut und betrieben werden können, ohne hierfür die sonst erforderlichen Nachweisflächen einrichten zu müssen. Es ist keine Bindung der regenerativen Energieerzeugung aus Biomasse an landwirtschaftlichen Nutzflächen zur Gärrestausbringung mehr erforderlich, weil die Gärreste vollständig verarbeitet und veredelt werden. Auf Basis der in dem System und Verfahren erzeugten Gülleprodukte wird eine ökologisch unbedenkliche und aufgrund der im Parameterbereich einstellbaren Düngerkonzentration leichter steuerbare Nutzung im landwirtschaftlichen Bereich ermöglicht. Dies führt jedenfalls mittelfristig auch zu einer geringeren Boden- und Grundwasserbelastung im landwirtschaftlichen Bereich.Another advantage of the invention lies in the fact that biogas plants can be constructed and operated in conjunction with the system according to the invention and when using the method according to the invention, without having to set up the otherwise required detection surfaces. It is no longer necessary to tie regenerative energy production from biomass to farmland for the application of fermentation residue, because the fermentation residues are completely processed and refined. On the basis of the manure products produced in the system and method, an ecologically safe and more easily controllable use in the agricultural sector is made possible due to the adjustable in the parameter range fertilizer concentration. In any case, in the medium term, this also leads to lower soil and groundwater pollution in the agricultural sector.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Verdampfereinrichtung dazu eingerichtet, mittels Verdampfung aus der Flüssigphase Wasser abzuscheiden, und aus der Verdampfereinrichtung auszuführen, den nach Wasserentzug verbleibenden Rest der Flüssigphase mit Schwefelsäure, Schwefelsäurelösung, Phosphorsäure, oder einer Phosphorsäurelösung derart zu versetzten, dass eine Ammoniumsulfat- oder Phosphatlösung erhalten wird, und diese aus der Verdampfereinrichtung auszuführen, und die eventuell verbleibenden Feststoffrückstände aus der Verdampfereinrichtung auszuführen. Vorzugsweise wird die Ammoniumsulfat- oder Phosphatlösung auf einen Ammoniumsulfat- oder Phosphatanteil von 30% oder höher, bevorzugt 40%, aufkonzentriert. Dies gelingt, weil die Flüssigphase des Gärrests, die der Verdampfereinrichtung zugeführt wird, Ammoniumstickstoff (NH4-Kationen) enthält. Diese bleiben als Salz zurück, wenn aus der Flüssigphase Wasser verdampft wird. Durch Versetzen dieses nach Verdampfen übrigbleibenden Rests mit Schwefelsäure, Schwefelsäurelösung, Phosphorsäure, oder einer Phosphorsäurelösung kann die entstandene Ammoniumsulfat- oder Phosphatlösung aus der Verdampfereinrichtung abgeführt werden, beispielsweise mittels entsprechender Leitungssysteme. Die so erhaltene Ammoniumsulfat- oder Phosphatlösung dient als besonders hochwertiger Dünger. Die am Ende dieses Vorgangs in der Verdampfereinrichtung verbleibenden Feststoffrückstände sind vorzugsweise durch entsprechende Sammelmittel in der Einrichtung sammelbar und mittels entsprechender Ausführmittel aus der Einrichtung entfernbar, so dass sie der nachfolgenden Nutzung zur Verfügung gestellt werden können.In an advantageous embodiment of the invention, the evaporator device is adapted to separate by evaporation from the liquid phase water, and run from the evaporator means to offset the remaining after dehydration residue of the liquid phase with sulfuric acid, sulfuric acid solution, phosphoric acid, or a phosphoric acid solution such that an ammonium sulfate - or phosphate solution is obtained, and to carry out these from the evaporator device, and to carry out any remaining solid residues from the evaporator device. Preferably, the ammonium sulfate or phosphate solution is concentrated to an ammonium sulfate or phosphate content of 30% or higher, preferably 40%. This is possible because the liquid phase of the fermentation residue, which is supplied to the evaporator device, contains ammonium nitrogen (NH4 cations). These remain as salt back when out of the Liquid phase water is evaporated. By adding this remaining after evaporation residue with sulfuric acid, sulfuric acid solution, phosphoric acid, or a phosphoric acid solution, the resulting ammonium sulfate or phosphate solution can be removed from the evaporator device, for example by means of appropriate piping systems. The resulting ammonium sulfate or phosphate solution serves as a particularly high quality fertilizer. The remaining at the end of this process in the evaporator solid residues are preferably collectable by appropriate collection means in the device and removable by means of appropriate execution means from the device, so that they can be made available for subsequent use.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Verdampfereinrichtung einen zwei- oder mehrstufigen Vakuumverdampfer zur Verdampfung des Wassers aus der Flüssigphase auf. Hierbei wird die Erkenntnis genutzt, dass der Siedepunkt des Wassers durch Herabsetzen des Drucks innerhalb der Verdampfereinrichtung weiter herabgesetzt werden kann, und die Verdampfung auch durch Zufuhr von Niedertemperatur-Wärmeenergie unterhalb des Siedepunkts von Wasser bei Normalbedingung (100°C) erfolgen kann.In a preferred embodiment of the present invention, the evaporator device comprises a two-stage or multi-stage vacuum evaporator for the evaporation of the water from the liquid phase. Here, the knowledge is used that the boiling point of the water can be further reduced by reducing the pressure within the evaporator, and the evaporation can also be done by supplying low-temperature heat energy below the boiling point of water under normal conditions (100 ° C).
Das System gemäß der vorliegenden Erfindung weist vorzugsweise ein Leitungssystem zur Rezirkulation des aus der Verdampfereinrichtung ausgeführten Wassers auf. Das Leitungssystem ist vorzugsweise dazu ausgebildet, das Wasser zu Kühlungszwecken und/oder als Prozesswasser zur Versorgung der Systemkomponenten mit Niedertemperatur-Wärmeenergie zu rezirkulieren. Vorzugsweise ist das Leitungssystem mit Wärmetauschern verbunden, die zur Wärmerückgewinnung der Abwärme aus anderen Anlagenteilen oder zur Abgabe von Wärme an andere Anlagenteile eingerichtet sind. Überflüssiges Wasser, welches im Wesentlichen in Reinform vorliegt, kann auch aus dem Leitungssystem entfernt werden, um anderen Nutzungen zugänglich gemacht zu werden.The system according to the present invention preferably comprises a conduit system for recirculating the water discharged from the evaporator means. The line system is preferably designed to recirculate the water for cooling purposes and / or as process water for supplying the system components with low-temperature heat energy. Preferably, the line system is connected to heat exchangers, which are set up for heat recovery of waste heat from other parts of the system or for the delivery of heat to other parts of the system. Excess water, which is substantially pure, can also be removed from the piping to be made available for other uses.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Gärrestaufbereitungssystems ist die Brikettierungseinrichtung dazu eingerichtet, zusätzlich zu der ihr zugeführten Festphase die Feststoffrückstände, welche ihr von der Verdampfereinrichtung zugeführt werden, gemeinsam mit der Festphase in Brikettform zu pressen. Dies ermöglicht eine maximale Ausnutzung der gesamten zugeführten Rohmasse des Gärrests. Vorzugsweise wird ein Massenstrom der Feststoffrückstände, welche von der Verdampfereinrichtung ausgegeben werden, mit der Festphase vermischt und nach dem Vermischen durch geeignete Zuführungsmittel in die Brikettierungseinrichtung eingeleitet.According to a further preferred embodiment of the fermentation treatment system, the briquetting device is adapted, in addition to the solid phase fed to it, to press the solid residues, which are supplied to it by the evaporator device, together with the solid phase in briquette form. This allows a maximum utilization of the total feedstock of the fermentation residue. Preferably, a mass flow of the solid residues, which are output from the evaporator means, mixed with the solid phase and introduced after mixing by suitable supply means in the briquetting.
Vorzugsweise ist die Brikettierungseinrichtung dazu eingerichtet, die Briketts zu trocknen, und hierbei die bei der Brikettierung entstehende Kompressions-Abwärme den Briketts zur Trocknung zuzuführen. Die Brikettierungseinrichtung weist vorzugsweise einen Trockner auf. Der Trockner ist entweder dazu eingerichtet, selbsttätig Wärme zu erzeugen, oder alternativ dazu eingerichtet, von außen zugeführte Wärme zu nutzen und an das zu trocknende Material abzugeben. Weiterhin weist die Brikettierungseinrichtung vorzugsweise eine Presse auf, die der Trocknungseinheit nachgeschaltet und dazu eingerichtet ist, die zumindest teilweise getrocknete zugeführte Festphase in Brikettform zu pressen. Unter dem Begriff „Brikett” wird im Zusammenhang mit der Erfindung jegliche komprimierte Feststoffform verstanden, beispielsweise auch Pellets. Auch Pelletiereinrichtungen sind deshalb als Brikettierungseinrichtungen im Sinne der Erfindung zu verstehen. Auf weitere Details zur Brikettierungseinrichtung wird später im Rahmen dieser Beschreibung eingegangen. Das Gärrestaufbereitungssystem weist ferner vorzugsweise eine Einrichtung zur thermischen Verwertung auf, welche dazu eingerichtet ist, mittels Verfeuerung der ihr zugeführten getrockneten Briketts Niedertemperatur-Wärmeenergie bereitzustellen, wobei die Niedertemperatur-Wärmeenergie mittels Wärmeübertragungsmitteln der Verdampfereinrichtung und/oder der Trocknereinheit Innerhalb der Brikettierungseinrichtung, und/oder welche dazu eingerichtet ist, mittels Verfeuerung der ihr zugeführten getrockneten Briketts Mitteltemperatur- und/oder Hochtemperatur-Wärmeenergie bereitzustellen. Vorzugsweise ist die Einrichtung zur thermischen Verwertung dazu eingerichtet, einen regenerativen Energieträger zu verfeuern, welcher ausgewählt ist aus den Folgenden: Biomasse, insbesondere Grünschnitt und/oder für die thermische Nutzung gezüchtete Feldfrüchte; und/oder Biogas. Die Verwendung von Biogas oder eine Hybridverwendung von Biogas und Biomasse wird besonders bevorzugt, weil diese beiden Bestandteile zusätzlich zu den Gärresten bei Biogasanlagen ohnehin zur Verfügung stehen und der Anschluss des erfindungsgemäßen Systems an eine Biogasanlage dementsprechend wirtschaftlich besonders vorteilhaft ist.Preferably, the briquetting device is set up to dry the briquettes, and in this case to supply the briquetting of the briquetting during drying to the briquettes for drying. The briquetting device preferably has a dryer. The dryer is either adapted to generate heat automatically, or alternatively adapted to use externally supplied heat and deliver it to the material to be dried. Furthermore, the briquetting device preferably has a press, which is connected downstream of the drying unit and is adapted to press the at least partially dried fed solid phase in briquette form. In the context of the invention, the term "briquette" is understood to mean any compressed solid form, for example also pellets. Also, pelletizers are therefore to be understood as Brikettierungseinrichtungen within the meaning of the invention. Further details on the briquetting device will be discussed later in this description. The digestate conditioning system further preferably comprises a thermal utilization device configured to provide low temperature thermal energy by firing the dried briquettes supplied thereto, the low temperature thermal energy being generated by heat transfer means of the evaporator means and / or the dryer unit within the briquetting means, and / or which is adapted to provide medium temperature and / or high temperature thermal energy by firing the dried briquettes supplied to it. Preferably, the device for thermal utilization is adapted to burn a regenerative energy source, which is selected from the following: biomass, in particular green waste and / or crops grown for thermal use; and / or biogas. The use of biogas or a hybrid use of biogas and biomass is particularly preferred because these two components in addition to the digestate in biogas plants are available anyway and the connection of the system according to the invention to a biogas plant is accordingly economically particularly advantageous.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Einrichtung zur thermischen Verwertung dazu eingerichtet, mittels Verfeuerung des ihr zugeführten regenerativen Energieträgers Niedertemperatur-Wärmeenergie bereitzustellen, wobei die Niedertemperatur-Wärmeenergie mittels Wärmeübertragungsmitteln der Verdampfungseinrichtung zuführbar ist, und/oder dazu eingerichtet ist, mittels Verfeuerung des ihr zugeführten regenerativen Energieträgers Hochtemperatur-Wärmeenergie bereitzustellen. Besonders bevorzugt wird eine Kombination der Verfeuerung von Briketts und von Extern zugeführten Energieträgern, weil hierdurch eine deutlich höhere Wärmemenge für die Systemprozesse zur Verfügung gestellt werden kann.In a further advantageous embodiment, the device for thermal utilization is set up to provide low-temperature heat energy by means of combustion of the regenerative energy supply supplied to it, wherein the low-temperature heat energy can be supplied to the evaporation device by means of heat transfer means, and / or is arranged to supply it by means of combustion regenerative energy source to provide high-temperature thermal energy. Particularly preferred is a combination of the combustion of briquettes and externally supplied energy sources, because this significantly higher Amount of heat for the system processes can be provided.
Das erfindungsgemäße System mit einer Einrichtung zur thermischen Verwertung ist ferner vorzugsweise so eingerichtet, dass die Niedertemperatur-Wärmeenergie mittels Wärmeübertragungsmitteln der Trocknereinheit innerhalb der Brikettierungseinrichtung zur Trocknung zuführbar ist.The system according to the invention with a device for thermal utilization is furthermore preferably set up such that the low-temperature heat energy can be supplied for drying by means of heat transfer means of the dryer unit within the briquetting device.
Neben der Niedertemperatur-Wärmeenergie ist aber auch die Hochtemperatur-Wärmeenergie innerhalb des Systems effektiv nutzbar. Hierzu weist das Gärrestaufbereitungssystem gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eine Verstromungseinrichtung zur Wandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie auf, wobei die Hochtemperatur-Wärmeenergie mittels Wärmeübertragungsmitteln der Verstromungseinrichtung zuführbar ist. Die Verstromungseinrichtung ist vorzugsweise dazu eingerichtet, Niedertemperatur-Wärmeenergie in Form von Abwärme mittels Wärmeübertragungsmitteln der Einrichtung zur thermischen Verwertung und/oder der Brikettierungseinrichtung und/oder der Verdampfungseinrichtung zuzuführen.In addition to the low-temperature heat energy but also the high-temperature heat energy within the system can be effectively used. For this purpose, the Gärrestaufbereitungssystem according to a further preferred embodiment, a power conversion device for converting heat energy into electrical energy, wherein the high-temperature heat energy can be supplied by means of heat transfer means of the power conversion device. The power conversion device is preferably configured to supply low-temperature heat energy in the form of waste heat by means of heat transfer means to the device for thermal utilization and / or the briquetting device and / or the evaporation device.
Weiter vorzugsweise ist die Verstromungseinrichtung dazu eingerichtet, die ihr zugeführte Wärmeenergie mittels eines Dampfturbinenverfahrens in elektrische Energie zu wandeln. Hierzu weist die Verstromungseinrichtung vorzugsweise eine Dampfturbineneinheit auf, die eingerichtet ist zur Erhitzung und Verdampfung eines Arbeitsmittels mittels der von der Einrichtung zur thermischen Verwertung zugeführten Hochtemperatur-Wärmeenergie, derart, dass innerhalb eines Druckbehälters der Dampfturbineneinheit ein Dampfdruck aufgebaut wird, zum Entspannen des Dampfdrucks mittels Antrieb einer Turbine, welche mit einem Generator zusammenwirkt, derart, dass der Generator die rotatorische Bewegung der Turbine in elektrische Energie wandelt, sowie zur Abkühlung des Arbeitsmittels, Abfuhr der Wärme als Niedertemperatur-Wärmeenergie, vorzugsweise für die Verdampfungseinrichtung und/oder für die Trocknungseinrichtung. Dies wird vorzugsweise mittels eines Leitungssystems, besonders bevorzugt mittels des Prozesswasser-Leitungssystems gewährleistet.Further preferably, the power conversion device is adapted to convert the thermal energy supplied to it by means of a steam turbine process into electrical energy. For this purpose, the power conversion device preferably has a steam turbine unit, which is set up for heating and evaporation of a working fluid by means of the high-temperature heat energy supplied by the device for thermal utilization, such that within a pressure vessel of the steam turbine unit, a vapor pressure is built up to relax the vapor pressure by means of drive a turbine, which cooperates with a generator, such that the generator converts the rotational movement of the turbine into electrical energy, and for cooling the working fluid, removal of heat as low-temperature heat energy, preferably for the evaporation device and / or for the drying device. This is preferably ensured by means of a line system, particularly preferably by means of the process water line system.
Das System wird dadurch vorteilhaft weitergebildet, dass die Verstromungseinrichtung zur Einspeisung der elektrischen Energie in ein Stromnetz eingerichtet ist.The system is advantageously further developed in that the power conversion device is set up to feed the electrical energy into a power grid.
Weiter vorzugsweise ist die Dampfturbineneinheit dazu eingerichtet, in einem ORC-Verfahren (Organic Rankine Cycle) betrieben zu werden. Das ORC-Verfahren ist im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass zum Betrieb der Dampfturbine ein anderes Arbeitsmittel als Wasserdampf verwendet wird, nämlich ein organisches Arbeitsmittel mit Siedepunkt deutlich unterhalb des Siedepunkts von Wasser.Further preferably, the steam turbine unit is adapted to be operated in an ORC (Organic Rankine Cycle) process. The ORC process is essentially characterized in that a working fluid other than water vapor is used to operate the steam turbine, namely an organic working fluid with a boiling point well below the boiling point of water.
Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung wird anstelle einer Dampfturbineneinheit ein Dampfexpansionsmotor in der Verstromungseinrichtung vorgesehen. Hierbei wird anstelle einer Turbine ein Kolben durch die Dampfexpansion angetrieben.According to a further alternative embodiment of the invention, instead of a steam turbine unit, a steam expansion motor is provided in the power conversion device. Here, instead of a turbine, a piston is driven by the steam expansion.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Gärrestaufbereitungssystems ist die Brikettierungseinrichtung dazu eingerichtet, den ihr zugeführten Feststoff vor einem Pressen in Brikettform mittels Zufuhr von Wärmeenergie auf einen Trockensubstanzgehalt von über 50%, vorzugsweise in einem Bereich von 55% bis 60%, zu trocknen, den Feststoff in Brikettform zu pressen, und im Anschluss an das Pressen den brikettierten Feststoff vorzugsweise mittels Zufuhr von Umgebungsluft derart nachzutrocknen, dass ein Trockensubstanzgehalt von oberhalb 70%, vorzugsweise in einem Bereich von 74% bis 76% erhalten wird. Unter Trockensubstanz wird hierbei jener Bestandteil eines Stoffes bzw. Stoffgemischs verstanden, der nach Abzug von Wasser verbleibt. Der Trockensubstanzgehalt und der Wassergehalt des Stoffes bzw. Stoffgemisches ergänzen sich somit zu 100%. Bezugspunkt für die Bestimmung des Trockensubstanzgehaltes ist der jeweilige Massenanteil. Die Bestimmung des Trockensubstanzgehaltes wird anhand bekannter Verfahren durchgeführt, beispielsweise mittels Mikrowellen oder mittels Einsatzes einer Verdampfungswaage. Bezüglich der Bestimmung mittels Mikrowellenmesstechnik wird beispielsweise auf die DynFAS-Technologie der Braunschweigischen Maschinenbauanstalt AG verwiesen.According to a further preferred embodiment of the digestate treatment system, the briquetting device is adapted to dry the solids supplied to it before pressing in briquette form by supplying heat energy to a dry matter content of more than 50%, preferably in a range of 55% to 60% to press in briquette form, and post-pressing the briquetted solid, preferably by means of supply of ambient air nachgetrocknen so that a dry matter content of above 70%, preferably in a range of 74% to 76% is obtained. By dry matter is meant that constituent of a substance or mixture which remains after removal of water. The dry matter content and the water content of the substance or mixture thus complement each other to 100%. The reference point for the determination of the dry matter content is the respective mass fraction. The determination of the dry matter content is carried out by known methods, for example by means of microwaves or by use of an evaporation balance. With regard to the determination by means of microwave measurement technology, reference is made, for example, to the DynFAS technology of Braunschweigische Maschinenbauanstalt AG.
Vorzugsweise weist die Brikettierungseinrichtung zum Trocknen einen Bandtrockner auf, welcher im Nieder- bis Hochtemperaturbereich betreibbar ist, oder einen anderen Trockner, der vorzugsweise bis in den Hochtemperaturbereich betreibbar ist. Zum Pressen in Brikettform wird vorzugsweise ein Nass-Brikettierer verwendet. Ein besonderer Vorteil des Nassbrikettierens ist – bezogen auf die gesamte Brikettierungseinrichtung – der niedrigere Energiebedarf im Vergleich zu konventionellen Brikettierungsanlagen. Der niedrigere Energiebedarf ergibt sich daraus, dass ein Nass-Brikettierer die ihm zugeführte Masse komprimiert, während diese noch eine gewisse Feuchtigkeit aufweist. Die Feuchtigkeit, die in der dem Nass-Brikettierer zugeführten Masse enthalten ist, stellt sicher, dass sich die Masse beim Pressen nicht selbst entzünden kann, was ein Risiko bei konventionellen Pressverfahren und vollständig getrockneten Pressstoffen ist. Dies wiederum hat zur Folge, dass die beim Pressvorgang entstehende Wärme in den Briketts nicht abgeführt werden muss. Eben diese, beim Pressvorgang in den Briketts anfallende Wärme wird erfindungsgemäß im Anschluss an das Pressverfahren oder währenddessen nicht abgeführt, sondern verbleibt in den Briketts und dient in einem an den Brikettiervorgang anschließenden Nachtrocknungs-Vorgang zum weiteren Trocknen der Briketts. Optional weist die Brikettierungseinrichtung somit einen Nachtrockner auf, in welchem die gepressten Briketts weiter getrocknet werden. Besonders bevorzugt weist die Brikettierungseinrichtung für den Nachtrockner Mittel zum Zuführen von Luft, beispielsweise Umgebungsluft, auf.Preferably, the briquetting device has for drying a belt dryer which can be operated in the low to high temperature range, or another dryer which is preferably operable up to the high temperature range. For pressing in briquette form, preferably a wet briquetting machine is used. A particular advantage of wet briquetting - based on the entire briquetting device - the lower energy consumption compared to conventional briquetting. The lower energy requirement results from the fact that a wet briquetting device compresses the mass supplied to it while it still has some moisture. The moisture contained in the mass fed to the wet briquetter ensures that the mass can not spontaneously ignite during pressing, which is a risk with conventional pressing methods and completely dried press materials. This in turn means that the heat generated during the pressing process does not have to be dissipated in the briquettes. Just this, the pressing process in the briquettes accumulating According to the invention, heat is not dissipated after the pressing process or during it, but remains in the briquettes and serves for further drying of the briquettes in a post-drying process subsequent to the briquetting process. Optionally, the briquetting device thus has an after-dryer, in which the pressed briquettes are further dried. Particularly preferably, the briquetting device for the after-dryer on means for supplying air, such as ambient air on.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die Brikettierungseinrichtung keinen Nass-Brikettierer, sondern einen konventionellen Brikettierer auf. Die alternative Brikettierungseinrichtung ist mit einem Trockner ausgestattet, welcher eine weitestgehende Trocknung der zugeführten Feststoffe bereits vor dem Brikettieren vornimmt, beispielsweise auf einen Trockensubstanzgehalt von 85% oder höher. Im Anschluss an den Pressvorgang wird bei der alternativen Brikettierungseinrichtung in einem nachgeschalteten Vorgang aktiv Kühlmedium, beispielsweise in Form von gekühlter Luft zugeführt, und so die vorhandene Wärme abgeführt.According to an alternative embodiment of the method according to the invention, the briquetting device does not have a wet briquetting device but a conventional briquetting device. The alternative briquetting device is equipped with a dryer, which performs a drying of the supplied solids as far as possible before briquetting, for example, to a dry matter content of 85% or higher. Following the pressing process, in the alternative briquetting device, cooling medium, for example in the form of cooled air, is actively fed in a downstream process, thus removing the heat present.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Einrichtung zur thermischen Verwertung dazu eingerichtet, nach der Verfeuerung verbleibende Rückstände aus der Einrichtung als zweite Düngerphase auszuführen. Diese Ausführungsform ist besonders dann vorteilhaft, wenn die Rückstände phosphat- und kalihaltig sind (was abhängig vom zugeführten Gärrest meistens der Fall ist). Diese Bestandteile überstehen die Feuerung innerhalb der Einrichtung zur thermischen Verwertung im Wesentlichen unbeschadet. Die ausgeführten Rückstände sind als Phosphor- bzw. Kalidünger weiter verwertbar. Somit gewährleistet das erfindungsgemäße System die Veredelung des Gärrests auf integrative Weise zu einer ersten Düngerphase, einer zweiten Düngerphase und reinem Wasser. Zusätzlich wird mit dem System elektrische Energie bereitgestellt, die zum Betrieb der Anlage und zur Einspeisung in ein Stromnetz zur Verfügung steht, wenn das System zusätzlich mit einer Verstromungseinrichtung wie vorstehend beschrieben kombiniert ist.In a further preferred embodiment of the invention, the device for thermal utilization is adapted to carry out remaining residues from the device as a second fertilizer phase after firing. This embodiment is particularly advantageous if the residues are phosphate and kalihaltig (which is usually the case depending on the supplied digestate). These components survive the firing within the thermal utilization device essentially without damage. The exported residues can be further used as phosphorus or potash fertilizers. Thus, the inventive system ensures the upgrading of the digestate in an integrative manner to a first fertilizer phase, a second fertilizer phase and pure water. In addition, the system provides electrical energy which is available for operating the plant and for feeding it into a power grid when the system is additionally combined with a power plant as described above.
Das Gärrestaufbereitungssystem weist vorzugsweise eine zur Verbrennung von Biomasse angepasste Feuerungseinheit innerhalb der Einrichtung zur thermischen Verwertung auf und/oder ein Blockheizkraftwerk zur Bereitstellung von zusätzlicher Wärmeenergie für die Einrichtung zur thermischen Verwertung. Das vorzugsweise vorgesehene Blockheizkraftwerk ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform auch dazu eingerichtet, überschüssige Wärmeenergie zur Erzeugung von elektrischer Energie zu nutzen.The digestate treatment system preferably has a combustion unit adapted for combustion of biomass within the device for thermal utilization and / or a cogeneration unit for providing additional heat energy for the device for thermal utilization. The preferably provided cogeneration plant is also configured in a particularly preferred embodiment to use excess heat energy for generating electrical energy.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform weist die Einrichtung zur thermischen Verwertung eine Vergasungs- bzw. Pyrolyseeinheit auf. Diese Einheit liefert als zusätzlichen Rückstand nach der Vergasung bzw. Pyrolyse noch Kohle, welche als „Biokohle” aus der Einrichtung zur thermischen Verwertung ausführbar und extern nutzbar ist.According to an alternative embodiment, the device for thermal utilization has a gasification or pyrolysis unit. This unit also supplies coal as an additional residue after gasification or pyrolysis, which coal can be carried out as "biochar" from the thermal utilization device and used externally.
Die Einrichtung zur thermischen Verwertung ist weiter vorzugsweise dazu eingerichtet, Abwärme als Niedertemperatur-Wärmeenergie bereitzustellen, beispielsweise mittels Wärmetauschern und dem vorgeschlagenen Prozesswasser-Leitungssystem.The device for thermal utilization is further preferably configured to provide waste heat as low-temperature heat energy, for example by means of heat exchangers and the proposed process water pipe system.
Das Gärrestaufbereitungssystem wird auch vorteilhaft dadurch weitergebildet, dass die Separatoreinrichtung einen Separator zur Abscheidung von Feststoffen aufweist, vorzugsweise mittels eines Pressschneckenseparators oder mittels Sedimentation, in einer ersten Stufe, sowie eine Zentrifuge zur Abscheidung von Schwebstoffen in einer zweiten Stufe.The Gärrestaufbereitungssystem is also advantageously further developed in that the separator comprises a separator for the separation of solids, preferably by means of a press screw separator or by sedimentation, in a first stage, and a centrifuge for the separation of suspended matter in a second stage.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Aufbereitung von Gärresten. Die Erfindung löst die ihr zugrunde liegende Aufgabe mit einem solchen Verfahren, insbesondere mittels Verwendung eines Systems gemäß einer der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen, indem das Verfahren die Schritte umfasst:
- – Bereitstellen eines Gärrestes,
- – Trennen des Gärrestes in eine Flüssigphase und eine Festphase,
- – Aufteilen der Flüssigphase in Wasser, eine erste Düngerphase und Feststoffrückstände, vorzugsweise mittels Zuführen von Niedertemperatur-Wärmeenergie, und
- – Pressen der Festphase in Brikettform.
- Providing a digestate,
- Separating the digestate into a liquid phase and a solid phase,
- - Splitting the liquid phase into water, a first fertilizer phase and solid residues, preferably by supplying low-temperature heat energy, and
- - Pressing the solid phase in briquette form.
Hinsichtlich der besonderen Vorteile dieses Verfahrens wird insbesondere auf die vorstehenden Ausführungen zum erfindungsgemäßen Gärrestaufbereitungssystem verwiesen, in welchem das Verfahren zur Anwendung kommt.With regard to the particular advantages of this method, reference is made in particular to the above statements on the digestate treatment system according to the invention, in which the method is used.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Aufbereitung von Gärresten wird vorzugsweise weitergebildet durch einen, mehrere oder sämtliche der Schritte:
- – Verdampfen von Wasser aus der Flüssigphase,
- – Versetzen des nach Wasserentzug verbleibenden Rests der Flüssigphase mit Schwefelsäure oder einer Schwefelsäurelösung, oder Phosphorsäure, oder einer Phosphorsäurelösung derart, dass eine Ammoniumsulfatlösung oder eine Ammoniumphosphatlösung erhalten wird, vorzugsweise mit 40% Ammoniumsulfat- oder Ammoniumphosphatanteil,
- – Ausführen des verdampften Wassers in ein Leitungssystem zur Rezirkulation,
- – Ausführen der eventuell nach Wasserentzug verbleibenden Feststoffrückstände,
- – Pressen der ausgeführten Feststoffrückstände gemeinsam mit der Festphase in Brikettform,
- – Trocknen der Briketts mittels Abwärme, die beim Pressen in Brikettform entsteht
- – Verfeuern der getrockneten Briketts und/oder eines zugeführten regenerativen Energieträgers und Bereitstellen von Niedertemperatur-Wärmeenergie, Mitteltemperatur- und/oder Hochtemperatur-Wärmeenergie,
- – Zuführen der bereitgestellten Niedertemperatur-Wärmeenergie oder Mitteltemperatur-Wärmeenergie zu dem Schritt des Verdampfens und/oder Trocknens
- – Wandeln der bereitgestellten Hochtemperatur-Wärmeenergie in elektrische Energie, vorzugsweise mittels eines Dampfturbinenverfahrens,
- – Zuführen der bei der Wandlung in Form von Abwärme entstehenden Niedertemperatur-Wärmeenergie zu dem Schritt des Verfeuerns und/oder des Trocknens und/oder des Verdampfens,
- – Abscheiden von Feststoffen aus dem Gärrest, vorzugsweise mittels eines Pressschneckenseparators oder mittels Sedimentation, in einer ersten Stufe,
- – Abscheiden von Schwebstoffen mittels einer Zentrifuge in einer zweiten Stufe,
- – Trocknen des Feststoffs vor dem Pressen in Brikettform mittels Zufuhr von Wärmeenergie auf einen Trockensubstanzgehalt von über 50%, vorzugsweise in einem Bereich von 55%–60%,
- – Nachtrocknen des in Brikettform gepressten Feststoffs im Anschluss an das Pressen, vorzugsweise mittels Zufuhr von Umgebungsluft, derart, dass ein Trockensubstanzgehalt von oberhalb 70%, vorzugsweise in einem Bereich von 74% bis 76%, erhalten wird,
- – Ausführen der nach der Verfeuerung verbleibenden Rückstände als zweite Düngerphase
- Vaporizing water from the liquid phase,
- Adding the residue of the liquid phase remaining after dehydration with sulfuric acid or a sulfuric acid solution, or phosphoric acid, or a phosphoric acid solution such that an ammonium sulfate solution or an ammonium phosphate solution is obtained, preferably with 40% ammonium sulfate or ammonium phosphate fraction,
- - Run the evaporated water into a recirculation piping system,
- - carrying out any remaining solids after removal of water,
- Pressing of the executed solid residues together with the solid phase in briquette form,
- - Drying of the briquettes by means of waste heat, which arises during pressing in briquette form
- Burning the dried briquettes and / or a supplied regenerative energy carrier and providing low-temperature heat energy, medium-temperature and / or high-temperature heat energy,
- Supplying the provided low-temperature heat energy or medium-temperature heat energy to the step of evaporating and / or drying
- Converting the provided high-temperature heat energy into electrical energy, preferably by means of a steam turbine process,
- Supplying the low-temperature heat energy resulting from the conversion in the form of waste heat to the step of firing and / or drying and / or evaporation,
- Separating solids from the fermentation residue, preferably by means of a press screw separator or by means of sedimentation, in a first stage,
- Separating suspended matter by means of a centrifuge in a second stage,
- Drying the solid before pressing in briquette form by supplying heat energy to a dry matter content of more than 50%, preferably in a range of 55% -60%,
- After-drying of the briquetted solid after pressing, preferably by supplying ambient air, such that a dry matter content of above 70%, preferably in a range of 74% to 76%, is obtained,
- - Perform the remaining residues after firing as a second fertilizer phase
Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich unmittelbar auch aus den analogen Vorteilen der Ausführungen zu dem Gärrestaufbereitungssystem in einer oder mehreren der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen. Aus diesem Grund wird auf die obigen Ausführungen auch bezüglich der Vorteile der Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen.Further advantages of the method according to the invention are immediately apparent from the analogous advantages of the embodiments of the digestate treatment system in one or more of the preferred embodiments described above. For this reason, reference is also made to the above statements regarding the advantages of the developments of the method according to the invention.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel und die beigefügten Figuren näher beschrieben.The invention will be described in more detail below with reference to a preferred embodiment and the attached figures.
Hierbei zeigen:Hereby show:
Das System
Das System
Das System
Gemäß der in der Figur dargestellten Ausführungsform weist das System
Vorzugsweise stellt die Einrichtung
Die Verstromungseinrichtung
Während der Umsetzung des in die Einrichtung
In
Die Brikettierungseinrichtung
Weiterhin weist die Brikettierungseinrichtung gemäß
In Gesamtschau stellen sich die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung also wie folgt dar: Mit dem erfindungsgemäßen System zur Gärrestaufbereitung und dem analogen Verfahren zur Gärrestaufbereitung ist es möglich, den zugeführten Gärrest vollständig in seine Komponenten zu zerlegen und diese so zu veredeln, dass ihr wirtschaftlicher Wert in Summe deutlich über demjenigen des Gärrestes liegt. Zugleich wird im Prozess elektrische Energie erzeugt, die eingespeist und wiederum wirtschaftlich verwertet werden kann. Im Prozess anfallende Wärme wird zugleich dem System und dem Verfahren wieder zugeführt, was eine weitere Verbesserung der Wirtschaftlichkeit und Erhöhung des Wirkungsgrades des Gesamtsystems zur Folge hat. Hierdurch ist eine wirtschaftlich vertretbare Nutzung des Systems der Gärrestaufbereitung möglich.In summary, the advantages of the solution according to the invention thus are as follows: With the system according to the invention for digestate treatment and the analogous process for digestate treatment, it is possible to completely disassemble the supplied digestate into its components and to refine them so that their economic value in Sum clearly above that of the digestate. At the same time, electrical energy is generated in the process, which can be fed in and used economically. Heat generated in the process is simultaneously returned to the system and the process, resulting in a further improvement of the economy and increase the efficiency of the overall system. As a result, an economically acceptable use of the system of digestate treatment is possible.
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