DE102012213990B4

DE102012213990B4 - Biogasreaktor

Info

Publication number: DE102012213990B4
Application number: DE102012213990.7A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-08-07
Filing date: 2012-08-07
Publication date: 2014-02-20
Anticipated expiration: 2032-08-08
Also published as: DE102012213990A1; DE202012012863U1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Biogasreaktor, bei dem in einem Behälter (1) mit einer umlaufenden zylindrischen Wand (2) zwei Haspelrührwerke (6, 7) aufgenommen sind, wobei die Wellen (8, 9) der beiden Haspelrührwerke (6, 7) etwa parallel zueinander ausgerichtet sind, wobei eine senkrecht zu den beiden Wellen (8, 9) und durch eine von der zylindrischen Wand (2) umgebene Zylinderachse (Z) verlaufende erste Behälterhalbierende (B1) einen ersten Abschnitt A aufweist, der sich von der einen (8) zur anderen Welle (9) erstreckt, und zweite Abschnitte B aufweist, welche sich von jeder Welle (8, 9) bis zu einer Innenseite der Wand (2) erstrecken, und wobei für die Anordnung der beiden Wellen (8, 9) im Behälter die folgende Beziehung gilt: A/2 = K·B, wobei K ein Faktor mit einem Wert > 1,0 ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Biogasreaktor.
Die EP 1 589 095 B1 offenbart einen Biogasreaktor, bei dem in einem rechteckigen Behälter zwei Haspelrührwerke aufgenommen sind. Die Wellen der beiden Haspelrührwerke sind etwa parallel angeordnet.
Bei dem bekannten Biogasreaktor handelt es sich um einen sogenannten ”Pfropfenstromreaktor”, bei dem eine zu vergärende Biomasse von einem an der einen schmalen Seite des Behälters vorgesehenen Einlass zu einem an der gegenüberliegenden anderen schmalen Seite des Behälters vorgesehenen Auslass transportiert wird. Der bekannte Behälter ist aus Beton hergestellt. Konstruktionsbedingt beträgt in der Praxis eine Wandstärke eines solchen Behälters üblicherweise 30 bis 35 cm.
Daneben sind nach dem Stand der Technik z. B. aus der DE 10 2005 041 798 A1 auch sogenannte ”Rührkesselreaktoren” bekannt. Dabei weist der Behälter eine umlaufende zylindrische Wand auf. Konstruktionsbedingt ist hier in der Praxis lediglich eine Wandstärke von 20 bis 25 cm erforderlich. D. h. Behälter zur Herstellung von Rührkesselreaktoren fordern einen geringeren Herstellungsaufwand.
Zum Umwälzen einer im Rührkesselreaktor aufgenommenen zu vergärenden Biomasse ist es bekannt, Propellerrührwerke zu verwenden. Damit wird eine um eine Zylinderachse zirkulierende Strömung erzeugt. Eine solche Strömung bewirkt allerdings eine relativ schlechte Durchmischung der Biomasse. Es bildet sich eine sogenannte Schwimm- und/oder Sinkschicht, welche in sich einen relativ starken Zusammenhalt hat. Solche Schwimm- und/oder Sinkschichten können mit herkömmlichen Rührwerken kaum aufgebrochen und mit der übrigen Biomasse vermischt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein Biogasreaktor angegeben werden, welcher eine effiziente Durchmischung der zu vergärenden Biomasse ermöglicht. Nach einem weiteren Ziel der Erfindung soll der Biogasreaktor möglichst einfach und kostengünstig herstellbar sein. Abgesehen davon soll die Rühreffizienz verbessert sein.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 10.
Nach Maßgabe der Erfindung wird ein Biogasreaktor vorgeschlagen, bei dem in einem Behälter mit einer umlaufenden zylindrischen Wand zwei Haspelrührwerke aufgenommen sind,
wobei die Wellen der beiden Haspelrührwerke etwa parallel zueinander ausgerichtet sind,
und wobei eine senkrecht zu den beiden Wellen und durch eine von der zylindrischen Wand umgebene Zylinderachse verlaufende erste Behälterhalbierende einen ersten Abschnitt A aufweist, der sich von der einen zur anderen Welle erstreckt, und zweite Abschnitte B aufweist, welche sich von jeder Welle bis zu einer Innenseite der Wand erstrecken, und
wobei für die Anordnung der beiden Wellen im Behälter die folgende Beziehung gilt:
A/2 = K·B, wobei K ein Faktor mit einem Wert > 1,0 ist.
Der vorgeschlagene Biogasreaktor ermöglicht eine hocheffiziente Durchmischung von darin aufgenommener Biomasse. Wegen der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verwendung zweier Haspelrührwerke wird sicher und zuverlässig eine unerwünschte zirkulierende Strömung vermieden. Die vorgeschlagene Anordnung der Wellen der beiden Haspelrührwerke bewirkt eine besonders effiziente Durchmischung. Im Vergleich zu herkömmlichen Biogasreaktoren kann beim erfindungsgemäßen Biogasreaktor die Durchmischung etwa mit dem halben Energieaufwand erfolgen.
Es hat sich gezeigt, dass bei einer Wahl von K > 1,1, insbesondere im Bereich von 1,5 bis 1,85, eine besonders effiziente Durchmischung der im Behälter aufgenommenen Biomasse erreicht werden kann.
Zweckmäßigerweise sind die Wellen symmetrisch bezüglich einer senkrecht zur ersten Behälterhalbierenden verlaufenden zweiten Behälterhalbierenden angeordnet. Die vorgeschlagene symmetrische Ausgestaltung ermöglicht eine besonders kostengünstige Herstellung der Haspelrührwerke. Es können baugleiche Haspelrührwerke verwendet werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist ein erstes Ende jeder Welle mit einem außerhalb des Behälters vorgesehenen Antrieb verbunden. Ein zweites Ende jeder Welle ist zweckmäßigerweise in einem an der Wand angebrachten ersten Lager aufgenommen. Ferner kann jede Welle etwa mittig in einem oder zwei weiteren Lager/n aufgenommen sein, welches mittels einer Stützeinrichtung gegen einen Behälterboden abgestützt ist. Die vorgeschlagene Konstruktion ist relativ einfach herstellbar. Sie ist robust und störunanfällig.
Nach einer weiteren Ausgestaltung erstrecken sich von jeder Welle etwa senkrecht mehrere erste Rührarme. Ein minimaler Abstand zwischen einem freien ersten Ende eines ersten Rührarms und dem Behälterboden beträgt zweckmäßigerweise mehr als 25 cm, vorzugsweise mehr als 30 cm. Ferner können sich etwa senkrecht von jeder Welle zwischen einem der ersten Rührarme und der Wand zweite Rührarme erstrecken, wobei ein minimaler zweiter Abstand zwischen einem freien zweiten Ende eines zweiten Rührarms und dem Behälterboden größer als der erste Abstand ist. D. h. die zweiten Rührarme sind kürzer ausgebildet als die ersten Rührarme. Es kann damit im der Wand benachbarten Bereich mittels der Haspelrührwerke eine Durchmischung der Biomasse erreicht werden. Das Vorsehen von in ihrer Länge sich unterscheidenden ersten und zweiten Rührarmen trägt zu einer weiteren Verbesserung der Effizienz der Durchmischung mittels den Haspelrührwerken bei.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf einen Biogasreaktor,
2 eine erste Schnittansicht gemäß der Schnittlinie A-A' in 1 und
3 eine zweite Schnittansicht gemäß der in 1 mit B bezeichneten Schnittlage.
In den Figuren weist ein allgemein mit dem Bezugszeichen 1 bezeichneter Behälter eine umlaufende zylindrische Wand 2, einen Boden 3 sowie eine Decke 4 auf. Die Decke 4 ist gegen den Boden 3 mittels einer Stütze 5 abgestützt, deren Achse mit einer die zylindrische Wand 2 umgebenden Zylinderachse Z zusammenfällt. Eine durch die Zylinderachse Z verlaufende erste Behälterhalbierende ist mit dem Bezugszeichen B1 und eine senkrecht dazu verlaufende zweite Behälterhalbierende mit dem Bezugszeichen B2 bezeichnet.
Anstelle der Decke 4 kann der Behälter 1 auch ein Foliendach aufweisen.
Im Behälter 1 sind ein erstes 6 und ein zweites Haspelrührwerk 7 aufgenommen. Eine erste Welle 8 des ersten Haspelrührwerks 6 ist etwa parallel zu einer zweiten Welle 9 des zweiten Haspelrührwerks 7 ausgerichtet. Die Wellen 8, 9 sind etwa parallel zur zweiten Behälterhalbierenden B2 ausgerichtet. Die Wellen 8, 9 schneiden die erste Behälterhalbierende B1. Ein erster Abstand A der ersten Behälterhalbierenden B1 erstreckt sich zwischen der ersten 8 und der zweiten Welle 9. Zweite Abschnitte B erstrecken sich jeweils radial nach außen von der ersten Welle 8 zur Innenseite der Wand 2 und von der zweiten Welle 9 ebenfalls zur Innenseite der Wand 2.
Die Wellen 8, 9 sind so angeordnet, dass A/2 stets größer ist als B. B beträgt zweckmäßigerweise das 1,2 bis 1,7-fache von A/2.
Zum Antrieb der ersten Welle 8 ist ein erster Elektromotor 10 und zum Antrieb der zweiten Welle 9 ein zweiter Elektromotor 11 vorgesehen. Die Elektromotoren 10, 11 sind jeweils an einer Außenseite der Wand 2 angebracht. Am gegenüberliegenden Ende ist die erste Welle 8 in einem ersten Lager 12 und die zweite Welle 9 in einem weiteren ersten Lager 13 gehalten.
Mit den Elektromotoren 10, 11 werden die Wellen 8, 9 vorteilhafterweise mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 2 bis 5 Umdrehungen/Minute betrieben.
Wie insbesondere in Zusammensicht mit 3 deutlich wird, sind die Wellen 8, 9 in einem zweiten Lager 14 sowie einem weiteren zweiten Lager 15 aufgenommen. Das zweite Lager 14 ist über eine erste Stützeinrichtung 16 und das weitere zweite Lager 15 über eine weitere Stützeinrichtung 17 gegen den Boden 3 abgestützt. Die zweiten Lager 14, 15 sind ferner über ein Horizontalgestänge 18 fixiert, welches die zweiten Lager 14, 15 miteinander verbindet und außerdem die zweiten Lager 14, 15 jeweils mit der Wand 2 verbindet.
Jedes Haspelrührwerk 6, 7 weist etwa senkrecht von der jeweiligen Welle 8, 9 sich erstreckende erste Rührarme 19 auf. Die ersten Rührarme 19 haben eine erste Länge L1. Zwischen einem der ersten Rührarme 19 und der Wand 2 sind jeweils zweite Rührarme 20 mit einer zweiten Länge L2 vorgesehen. Die zweite Länge L2 ist kleiner als die erste Länge L1.
In 3 ist ein Abstand der zweiten Rührarme 19 zum Boden 3 mit dem Bezugszeichen Ab bezeichnet. Er beträgt zweckmäßigerweise 20 bis 40 cm.
Wegen der vorgeschlagenen Anordnung der Wellen 8, 9 kann im Behälter 1 in besonders effizienter Weise Biomasse umgewälzt werden. Dabei werden die Haspelrührwerke 6, 7 vorzugsweise gegenläufig bewegt, und zwar derart, dass sich im Bereich der zweiten Behälterhalbierenden B2 eine zum Boden 3 gerichtete Aufwärtsströmung ergibt. Mit dem vorgeschlagenen Biogasreaktor kann sicher und zuverlässig insbesondere eine unerwünschte zirkulierende Strömung um die Zylinderachse Z verhindert werden. Ferner wird die Ausbildung einer Schwimm- und/oder Sinkschicht verhindert.
Bezugszeichenliste

1: Behälter
2: Wand
3: Boden
4: Decke
5: Stütze
6: erstes Haspelrührwerk
7: zweites Haspelrührwerk
8: erste Welle
9: zweite Welle
10: erster Elektromotor
11: zweiter Elektromotor
12: erstes Lager
13: weiteres erstes Lager
14: zweites Lager
15: weiteres zweites Lager
16: Stützeinrichtung
17: weitere Stützeinrichtung
18: Horizontalgestänge
19: erster Rührarm
20: zweiter Rührarm
A: erster Abschnitt
B: zweiter Abschnitt
Z: Zylinderachse
B1: erste Behälterhalbierende
B2: zweite Behälterhalbierende
Ab: Abstand

Claims

Biogasreaktor, bei dem in einem Behälter (1) mit einer umlaufenden zylindrischen Wand (2) zwei Haspelrührwerke (6, 7) aufgenommen sind, wobei die Wellen (8, 9) der beiden Haspelrührwerke (6, 7) etwa parallel zueinander ausgerichtet sind, wobei eine senkrecht zu den beiden Wellen (8, 9) und durch eine von der zylindrischen Wand (2) umgebene Zylinderachse (Z) verlaufende erste Behälterhalbierende (B1) einen ersten Abschnitt A aufweist, der sich von der einen (8) zur anderen Welle (9) erstreckt, und zweite Abschnitte B aufweist, welche sich von jeder Welle (8, 9) bis zu einer Innenseite der Wand (2) erstrecken, und wobei für die Anordnung der beiden Wellen (8, 9) im Behälter die folgende Beziehung gilt: A/2 = K·B, wobei K ein Faktor mit einem Wert > 1,0 ist.
Biogasreaktor nach Anspruch 1, wobei K > 1,1 ist.
Biogasreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei K im Bereich von 1,15 bis 1,85 liegt.
Biogasreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wellen (8, 9) symmetrisch bezüglich einer senkrecht zur ersten Behälterhalbierenden (B1) verlaufenden zweiten Behälterhalbierenden (B2) angeordnet sind.
Biogasreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein erstes Ende jeder Welle (8, 9) mit einem außerhalb des Behälters (1) vorgesehenen Antrieb (10, 11) verbunden ist.
Biogasreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein zweites Ende jeder Welle (8, 9) in einem an der Wand (2) angebrachten ersten Lager (12, 13) aufgenommen ist.
Biogasreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede Welle (8, 9) etwa mittig in einem zweiten Lager (14, 15) aufgenommen ist, das mittels einer Stützeinrichtung (16, 17) gegen einen Behälterboden (3) abgestützt ist.
Biogasreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich von jeder Welle (8, 9) etwa senkrecht mehrere erste Rührarme (19) erstrecken.
Biogasreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein minimaler erster Abstand (Ab) zwischen einem freien erste Ende eines ersten Rührarms und dem Behälterboden mehr als 25 cm, vorzugsweise mehr als 30 cm, beträgt.
Biogasreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich etwa senkrecht von jeder Welle (8, 9) zwischen einem der ersten Rührarme (19) und der Wand (2) zweite Rührarme (20) erstrecken, wobei ein minimaler zweiter Abstand zwischen einem freien zweiten Ende eines zweiten Rührarms (20) und dem Behälterboden (3) größer als der erste Abstand (Ab) ist.