DE102013102642A1 - Method and device for producing biogas - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Biogas, wobei eine Feststofffermenterkammer (40, 42) zur Vergärung stapelbarer Biomasse vorgesehen ist und Perkolat wiederholt auf die stapelbare Biomasse in der Feststofffermenterkammer (40, 42) aufgebracht wird, wobei das Perkolat aus dem rührfähigen Gärsubstrat einer Flüssigfermentationsanlage (2) erzeugt wird.The present invention relates to a method for producing biogas, a solid fermenter chamber (40, 42) being provided for fermenting stackable biomass and percolate being repeatedly applied to the stackable biomass in the solid fermenter chamber (40, 42), the percolate coming from the stirrable fermentation substrate a liquid fermentation plant (2) is generated.
Description
Technisches Gebiet Technical area
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Erzeugung von Biogas, bevorzugt zur Erzeugung von Biogas sowohl aus stapelbarer, als auch aus rührfähiger Biomasse. The present invention relates to a method and a device for generating biogas, preferably for the production of biogas from both stackable, as well as from stirrable biomass.
Stand der Technik State of the art
Es ist bekannt, organische Feststoffe und insbesondere stapelbare Biomasse in so genannten Feststofffermentationsanlagen zu vergären, um hieraus Biogas zu gewinnen. Weiterhin ist es bekannt, rührfähige Biomasse in so genannten Flüssigfermentationsanlagen zu vergären, um hieraus ebenfalls Biogas zu gewinnen. Das auf diese Weisen gewonnene Biogas wird nachfolgend üblicherweise zur Wärmeerzeugung und/oder über Blockheizkraftwerke zur gekoppelten Strom- und Wärmegewinnung verwertet. Nach einer Aufreinigung kann das Biogas auch als Biomethan vertrieben werden und kann beispielsweise in das Erdgasnetz eingespeist oder zum Betrieb von Fahrzeugen verwendet werden. It is known to ferment organic solids and in particular stackable biomass in so-called solid fermentation plants in order to obtain biogas therefrom. Furthermore, it is known to ferment stirrable biomass in so-called liquid fermentation plants in order to also obtain biogas from this. The biogas obtained in this way is subsequently typically used for heat generation and / or combined heat and power plants for the coupled generation of electricity and heat. After purification, the biogas can also be sold as biomethane and can for example be fed into the natural gas grid or used for the operation of vehicles.
In der bekannten Feststofffermentation werden die organischen Feststoffe in eine Feststofffermenterkammer eingebracht und dann periodisch mit einem Perkolatstrom beaufschlagt. Das durch die stapelbare Biomasse gebildete Feststoffbett hindurchgerieselte Perkolat wird üblicherweise am Boden der Feststofffermenterkammer gesammelt, in einem Kreislauf geführt und dann wieder über der stapelbare Biomasse in dem jeweiligen oder einer anderen Feststofffermenterkammer verrieselt. Der Perkolatstrom wird von der Decke der Feststofffermenterkammer aus auf die Biomasse aufgebracht, um den Gärprozess zu starten und danach in Gang zu halten. In the known solid-state fermentation, the organic solids are introduced into a solid-fermenter chamber and then periodically charged with a percolate stream. The percolate drizzled through the solid bed formed by the stackable biomass is usually collected at the bottom of the solid-fermentor chamber, circulated and then trickled over the stackable biomass in the respective or another solid-fermenter chamber. The percolate flow is applied to the biomass from the ceiling of the solid fermenter chamber to start and then continue the fermentation process.
Eine Feststofffermenterkammer ist üblicherweise garagenartig ausgebildet und weist gasdichte Wände, Decke und Boden auf, welche häufig aus Beton gegossen sind, sowie ein gasdichtes Tor. A Feststofffermenterkammer is usually designed like a garage and has gas-tight walls, ceiling and floor, which are often poured concrete, and a gas-tight gate.
Auf diese Weise wird eine anaerobe Vergärung der Biomasse möglich. Das Biogas wird üblicherweise über entsprechende Leitungsvorrichtungen aus der Feststofffermenterkammer abgezogen. Durch das Tor kann die Feststofffermenterkammer mit den organischen Feststoffen beladen werden. In this way, anaerobic digestion of the biomass is possible. The biogas is usually withdrawn via corresponding line devices from the solid fermenter chamber. Through the gate, the solid fermenter chamber can be loaded with the organic solids.
Nachdem der Vergärungsprozess einer Beladung eines Feststofffermenters mit organischen Feststoffen abgeschlossen ist, also ungefähr nach 4–5 Wochen, wird der Gärrest durch das Tor aus der entsprechenden Feststofffermenterkammer ausgetragen. After the fermentation process of a loading of a solids fermenter with organic solids is completed, that is approximately after 4-5 weeks, the digestate is discharged through the gate from the corresponding solid fermenter chamber.
In den bekannten Verfahren werden die organischen Feststoffe in einem anaeroben Milieu in der Feststofffermenterkammer vergoren, wobei die entsprechend benötigten Mikroorganismen unter anderem mittels des aufgerieselten Perkolats zugeführt werden. Die organischen Feststoffe werden entsprechend durch das Perkolat „angeimpft“. In der Feststofffermenterkammer werden die organischen Feststoffe dann unter Bildung von Biogas vergoren. In the known processes, the organic solids are fermented in an anaerobic environment in the solid fermenter chamber, wherein the correspondingly required microorganisms are supplied inter alia by means of the drizzled percolate. The organic solids are "inoculated" accordingly by the percolate. In the Feststofffermenterkammer the organic solids are then fermented to form biogas.
Der Vergärungsprozess kann in die folgenden vier Stufen unterteilt werden: In der ersten Stufe, der Hydrolyse, werden die in der organischen Biomasse vorhandenen Biomoleküle durch Reaktion mit Wasser in Bruchstücke gespalten, wobei Wasserstoff und CO2 freigesetzt wird. In der zweiten Stufe, der Acidogenese, werden die bei der Hydrolyse entstandenen Bruchstücke einerseits in niedere Fettsäuren und/oder Karbonsäuren wie z.B. Buttersäure oder Propionsäure, andererseits in niedere Alkohole wie z.B. Ethanol, umgesetzt. In der dritten Stufe, der Acetogenese, werden die während der Hydrolyse und Acidogenese gebildeten niederen Fettsäuren und/oder Karbonsäuren sowie die niederen Alkohole durch acetogene Mikroorganismen primär zu Essigsäure, beziehungsweise zu deren gelöstem Salz, dem Acetat, umgesetzt. In der vierten Stufe, der Methanogenese, wird auf der einen Seite Essigsäure durch Essigsäure-spaltende Methanbildner in Methan und Kohlenstoffdioxid umgewandelt und auf der anderen Seite entsteht Methan aus Wasserstoff und CO2 durch eine andere Gruppe von Methanbildnern. Das in diesem Prozess entstehende Biogas setzt sich zum großen Teil aus Methan zusammen. Es handelt sich entsprechend um ein energiereiches Gas, welches unter den anoxischen Bedingungen aus den organischen Feststoffen durch Vergärung entsteht. The fermentation process can be divided into the following four stages: In the first stage, hydrolysis, the biomolecules present in the organic biomass are broken into fragments by reaction with water, releasing hydrogen and CO 2 . In the second step, acidogenesis, the fragments formed in the hydrolysis are reacted on the one hand into lower fatty acids and / or carboxylic acids such as butyric acid or propionic acid, on the other hand into lower alcohols such as ethanol. In the third stage, acetogenesis, the lower fatty acids and / or carboxylic acids formed during the hydrolysis and acidogenesis and the lower alcohols are converted by acetogenic microorganisms primarily to acetic acid, or to its dissolved salt, the acetate. In the fourth stage, methanogenesis, on the one hand, acetic acid is converted to methane and carbon dioxide by acetic acid-splitting methanogens, and on the other hand methane of hydrogen and CO 2 is produced by another group of methanogens. The biogas produced in this process is largely made up of methane. Accordingly, it is a high-energy gas, which is formed under the anoxic conditions from the organic solids by fermentation.
Bei der Vergärung von rührfähiger Biomasse in Flüssigfermentationsanlagen ist es bekannt, durch einen hohen Wasseranteil im Gärsubstrat die Masse rühr- und fließfähig zu machen. Hierbei wird eine stetige Durchmischung während der Vergärung angestrebt, welche üblicherweise durch den Einsatz von Mischpropellern in dem/den Fermenter(n) der Flüssigfermentationsanlage erreicht wird, wodurch auch Schwimm- und Sinkschichten vermieden werden. Das Gärsubstrat ist entsprechend auch leicht zu pumpen. In the fermentation of stirrable biomass in liquid fermentation plants, it is known to make the mass stir and flowable by a high water content in the fermentation substrate. Here, a continuous mixing during fermentation is sought, which is usually achieved by the use of mixing propellers in the / the fermenter (s) of the liquid fermentation plant, whereby swimming and sinking layers are avoided. The fermentation substrate is accordingly also easy to pump.
Weiterhin ist es bekannt, dass eine Flüssigfermentationsanlage nicht nur mit an sich bereits flüssiger Biomasse, wie beispielsweise Gülle aus der Viehhaltung, sondern auch mit fester Biomasse, beispielsweise Energiepflanzen, beschickt werden kann. Die Energiepflanzen werden dazu im Vorfeld entsprechend durch Häckseln, Schreddern oder Mahlen aufbereitet, um über einen Feststoffdosierer in Flüssigfermenter eingebracht zu werden. Unter Umständen wird dabei Flüssigkeit (Wasser, Gülle, rezirkuliertes Prozesswasser) zugesetzt, um ebenfalls eine Pumpfähigkeit erhalten. Furthermore, it is known that a liquid fermentation plant can be fed not only with already liquid biomass, such as manure from livestock farming, but also with solid biomass, for example energy crops. The energy crops are prepared in advance by chopping, shredding or grinding to be introduced via a solids feeder in liquid fermenter. Under certain circumstances, liquid (water, manure, recirculated process water) was added to obtain also a pumpability.
Verfahren zur Erzeugung von Biogas wurden bislang üblicherweise entweder als Trockenfermentation beziehungsweise Feststofffermentation oder aber als Flüssigfermentation ausgeführt, so dass das Substratspektrum, welches in den jeweiligen Anlagen verarbeitet werden konnte, entsprechend entweder auf stapelbare Biomasse oder auf flüssige beziehungsweise verflüssigbare Biomasse beschränkt war. Processes for producing biogas have hitherto usually been carried out either as dry fermentation or solid-state fermentation or else as liquid fermentation, so that the substrate spectrum which could be processed in the respective plants was restricted either to stackable biomass or to liquid or liquefiable biomass.
Darstellung der Erfindung Presentation of the invention
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Erzeugung von Biogas anzugeben, bei welchen in effizienter Weise stapelbare Biomasse in Zusammenhang mit einer Flüssigfermentationsanlage verarbeitet werden kann. Starting from the known prior art, it is an object of the present invention to specify a method and a device for generating biogas, in which stackable biomass can be processed in an efficient manner in connection with a liquid fermentation plant.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. This object is achieved by a method having the features of claim 1. Advantageous developments emerge from the subclaims.
Entsprechend wird ein Verfahren zur Erzeugung von Biogas, wobei mindestens eine Feststofffermenterkammer zur Vergärung stapelbarer Biomasse vorgesehen ist und Perkolat wiederholt auf die stapelbare Biomasse in der Feststofffermenterkammer aufgebracht wird, vorgeschlagen. Erfindungsgemäß wird das Perkolat aus dem rührfähigen Gärsubstrat/Tankinhalt einer Flüssigfermentationsanlage erzeugt. Accordingly, a method for producing biogas, wherein at least one solid fermenter chamber is provided for the fermentation of stackable biomass and percolate is repeatedly applied to the stackable biomass in the solid fermenter chamber proposed. According to the invention, the percolate is produced from the stirrable fermenting substrate / tank contents of a liquid fermentation plant.
Dadurch, dass das Perkolat zum Aufbringen auf die stapelbare Biomasse in der Feststofffermenterkammer aus dem rührfähigen Gärsubstrat/Tankinhalt einer Flüssigfermentationsanlage erzeugt wird, kann erreicht werden, dass die Feststofffermenterkammer und die Flüssigfermentationsanlage miteinander über den Perkolatfluss verbunden sind. Auf diese Weise kann, abhängig von den jeweilig verfügbaren Mengen an rührfähiger beziehungsweise stapelbarer Biomasse, die Gesamtanlage sowie das Verfahren an die jeweiligen, zu vergärenden Mengen flexibel und modular angepasst werden. By producing the percolate for application to the stackable biomass in the solid fermenter chamber from the stirrable fermentation substrate / tank contents of a liquid fermentation plant, it can be achieved that the solid fermenter chamber and the liquid fermentation plant are connected to one another via the percolate flow. In this way, depending on the respective available quantities of stirrable or stackable biomass, the overall plant and the process can be flexibly and modularly adapted to the respective quantities to be fermented.
Das rührfähige Gärsubstrat bzw. der Tankinhalt der Flüssigfermentationsanlage kann dabei beispielsweise in einem Flüssigfermenter, einer Hydrolysestufe, einem Endlager, einem Güllelager oder anderen Orten der Flüssigfermentationsanlage entnommen werden. Besonders bevorzugt wird das rührfähige Gärsubstrat der Flüssigfermentationsanlage aber aus dem Flüssigfermenter direkt, oder an einem Überlauf des Flüssigfermenters entnommen. The stirrable fermentation substrate or the tank contents of the liquid fermentation plant can be removed, for example, in a liquid fermenter, a hydrolysis stage, a repository, a slurry storage or other locations of the liquid fermentation plant. However, the stirrable fermentation substrate of the liquid fermentation plant is particularly preferably taken directly from the liquid fermenter or at an overflow of the liquid fermenter.
Das Verfahren eignet sich besonders gut dazu, mit einer bereits vorhandenen oder noch zu errichtenden Flüssigfermentationsanlage verwendet zu werden. Hier muss lediglich eine Anbindung zu einer Feststofffermentationsanlage hergestellt werden und eine Möglichkeit zur Aufbereitung des rührfähigen Gärsubstrats aus der Flüssigfermentationsanlage geschaffen werden, welche eine Aufbereitung des rührfähigen Gärsubstrats in auf die stapelbare Biomasse in der Feststofffermenterkammer aufbringbares Perkolat ermöglicht. Das Perkolat muss dabei insbesondere so beschaffen sein, dass es die Perkolatdüsen nicht verstopft und pumpfähig ist. The method is particularly well suited to be used with an already existing or yet to be constructed liquid fermentation plant. Here, only a connection to a solid-matter fermentation plant has to be produced and a possibility for processing the stirrable fermentation substrate from the liquid fermentation plant is provided, which makes it possible to process the stirrable fermentation substrate into percolate which can be applied to the stackable biomass in the solid-fermenter chamber. In particular, the percolate must be such that it does not clog the percolate nozzles and is pumpable.
Damit kann das gesamte Substratspektrum abgedeckt werden und sowohl flüssige als auch feste Biomasse auf jeweils optimierte Weise zur Biogaserzeugung vergoren werden. Ein übermäßiger Eintrag von fester und trockener Biomasse in die Flüssigfermentationsanlage kann so vermieden werden. Weiterhin kann die ansonsten in einer reinen Feststofffermenterkammer nicht vergärbare flüssige Biomasse in der Flüssigfermentationsanlage vergoren werden. Thus, the entire substrate spectrum can be covered and both liquid and solid biomass can be fermented in an optimized manner for biogas production. Excessive entry of solid and dry biomass into the liquid fermentation plant can thus be avoided. Furthermore, the otherwise in a pure solid fermenter chamber non-fermentable liquid biomass can be fermented in the liquid fermentation plant.
Weiterhin kann in dem Verfahren das Einbringen der jeweiligen unterschiedlichen Biomasse entsprechend aufgesplittet werden. Die Feststoffe beziehungsweise die stapelbare Biomasse kann in die Feststofffermenterkammer eingebracht werden und die rührfähige Biomasse kann in die Flüssigfermentationsanlage eingebracht werden. Auf diese Weise kann die Stromaufnahme der Gesamtanlage verringert werden. Beispielsweise kann auf das Zerkleinern beziehungsweise Schreddern oder Vermahlen von Feststoffen zum Einbringen in die Flüssigfermentationsanlage weitgehend verzichtet werden, da die Feststoffe der Feststofffermenterkammer zugeführt werden. Auf die entsprechenden Einbringvorrichtungen für feuchte beziehungsweise trockene und feste Biomasse in eine Flüssigfermentationsanlage kann auf diese Weise beispielsweise vollständig verzichtet werden. Furthermore, in the method, the introduction of the respective different biomass can be split accordingly. The solids or the stackable biomass can be introduced into the solid-fermenter chamber and the stirrable biomass can be introduced into the liquid fermentation plant. In this way, the power consumption of the entire system can be reduced. For example, the comminution or shredding or milling of solids for introduction into the liquid fermentation plant can largely be dispensed with since the solids are fed to the solid-fermenter chamber. In the corresponding introduction devices for moist or dry and solid biomass in a Flüssigfermentationsanlage can be completely dispensed with in this way, for example.
Weiterhin wird durch die Reduktion des Einbringens von stapelbarer Biomasse beziehungsweise Feststoffen in die Flüssigfermentationsanlage die Rührfähigkeit des flüssigen Gärsubstrats in der Flüssigfermentationsanlage verbessert, wodurch auch hier die Stromaufnahme für die entsprechenden Rührwerke reduziert werden kann beziehungsweise die entsprechenden Antriebsvorrichtungen kleiner dimensioniert werden können. Auch hierüber lässt sich eine deutliche Energieeinsparung erreichen, wodurch die Anlageneffizienz verbessert wird. Furthermore, by reducing the introduction of stackable biomass or solids into the liquid fermentation plant, the stirrability of the liquid fermentation substrate in the liquid fermentation plant is improved, whereby here too the current consumption for the corresponding agitators can be reduced or the corresponding drive devices can be made smaller. Here too, a significant energy saving can be achieved, whereby the system efficiency is improved.
Das Herstellen des Perkolats aus dem rührfähigen Gärsubstrat der Flüssigfermentationsanlage hat den Vorteil, dass das Perkolat bereits mit den entsprechenden Mikroorganismen versehen ist, so dass nach einer Neubefüllung der Feststofffermenterkammer ein schnelles Starten des Fermentationsvorganges in der Feststofffermenterkammer erreicht werden kann. Die stapelbare Biomasse in der Feststofffermenterkammer wird entsprechend über das aus dem rührfähigen Gärsubstrat der Flüssigfermentationsanlage erzeugte Perkolat geimpft, so dass hier eine effiziente Anbindung stattfindet. The production of the percolate from the fermentable fermentation substrate of the liquid fermentation plant has the advantage that the percolate is already provided with the corresponding microorganisms, so that after a refill of the Feststofffermenterkammer a fast start of the fermentation process in the solid fermenter chamber can be achieved. The stackable biomass in the solid-fermenter chamber is correspondingly inoculated via the percolate produced from the stirrable fermentation substrate of the liquid fermentation plant, so that efficient binding takes place here.
Die Rührfähigkeit in der Flüssigfermentationsanlage wird darüber hinaus durch den verminderten Eintrag von Feststoffen verbessert und dadurch auch die Schwimmschichtenbildung stark reduziert. In addition, the stirrability in the liquid fermentation plant is improved by the reduced input of solids, which also greatly reduces the formation of floating layers.
Die entsprechende Aufsplittung der Inputströme in trockene und stapelbare Biomasse sowie in flüssige und feuchte Biomasse ermöglicht es, dass das gesamte Spektrum beziehungsweise auch ein erweitertes Spektrum an Biomasse in dem vorgeschlagenen Verfahren zur Erzeugung von Biogas vergoren werden kann. Entsprechend führt das Verfahren auch zu einer erhöhten Wirtschaftlichkeit des Anlagenbetriebs, da auch die üblicherweise für die Vergärung problematischen, sehr trockenen Feststoffe vergoren werden können. The corresponding splitting of the input streams into dry and stackable biomass as well as into liquid and moist biomass makes it possible to ferment the entire spectrum or an extended spectrum of biomass in the proposed process for producing biogas. Accordingly, the method also leads to an increased efficiency of the plant operation, as well as the usually problematic for fermentation, very dry solids can be fermented.
Bevorzugt wird das Perkolat am Boden der Feststofffermenterkammer gesammelt und der Flüssigfermentationsanlage wieder zugeführt. Entsprechend lässt sich auf diese Weise ein Perkolatkreislauf herstellen, welcher aus der Flüssigfermentationsanlage in der Feststofffermenterkammer und von der Feststofffermenterkammer wieder in die Flüssigfermentationsanlage reicht. The percolate is preferably collected at the bottom of the solid-fermenter chamber and returned to the liquid fermentation plant. Accordingly, a percolate cycle can be produced in this way, which extends from the liquid fermentation plant in the solid fermenter chamber and from the solid fermenter chamber back into the liquid fermentation plant.
Die Feststofffermenterkammer erhöht durch die mikrobiologische Aktivität auf dem Feststoffbett die Stabilität des Gesamtsystems. Durch die stete Durchrieselung des Feststoffbettes beziehungsweise der stapelbaren Biomasse in der Feststofffermenterkammer werden auf der großen Oberfläche des Feststoffbetts Biofilme gebildet, deren darin siedelnde Mikroorganismen einerseits Säuren im erzeugten Perkolat schnell abbauen und andererseits neu gebildete Säuren in der Feststofffermenterkammer effizient verstoffwechseln. Falls überschüssige Säuren gebildet werden, werden diese mit dem Perkolatstrom in die Flüssiganlage ausgetragen und dort umgesetzt. The solid-fermenter chamber increases the stability of the overall system by the microbiological activity on the solid bed. As a result of the constant trickling through of the solid bed or the stackable biomass in the solid fermenter chamber, biofilms are formed on the large surface of the solid bed whose microorganisms settling therein rapidly degrade acids in the produced percolate and, on the other hand, metabolize newly formed acids efficiently in the solid fermenter chamber. If excess acids are formed, these are discharged with the Perkolatstrom in the liquid system and implemented there.
Bevorzugt wird die Herstellung des Perkolats aus dem fließfähigen Gärsubstrat aus der Flüssigfermentationsanlage über eine Perkolataufbereitung erreicht. Hierzu wird besonders bevorzugt eine Fest-Flüssig-Separierung durchgeführt, beispielsweise durch Filtrieren, Pressen oder Sieben, so dass aus dem rührfähigen Gärsubstrat der Flüssigfermentationsanlage entsprechend das Perkolat erzeugt wird. Die Entnahme von Perkolat kann sowohl vor, in, zwischen als auch nach dem Güllelager, der Hydrolysestufe, dem Flüssigfermenter (Hauptgärer), dem Nachgärer oder dem Endlager der Flüssigfermentationsanlage erfolgen. The production of the percolate from the flowable fermentation substrate from the liquid fermentation plant is preferably achieved via percolate preparation. For this purpose, a solid-liquid separation is particularly preferably carried out, for example by filtration, pressing or sieving, so that from the stirrable fermentation substrate of the liquid fermentation plant according to the percolate is generated. The removal of percolate can take place before, in, between and after the slurry storage, the hydrolysis stage, the liquid fermenter (main fermenter), the post-fermenter or the repository of the liquid fermentation plant.
Besonders bevorzugt wird das Perkolat vor dem Aufbringen auf die stapelbare Biomasse in der Feststofffermenterkammer möglichst schonend auf die gewünschte Prozesstemperatur gebracht, bevorzugt erwärmt. Particularly preferably, the percolate is brought as gently as possible to the desired process temperature before application to the stackable biomass in the solid fermenter chamber, preferably heated.
Bevorzugt wird in dem Verfahren zur Erzeugung von Biogas vorwiegend flüssige und feuchte Biomasse über eine Dosiervorrichtung der Flüssigvergärung zugeführt. Trockene, feste und störstoffbehaftete stapelbare Biomasse hingegen wird bevorzugt der Feststofffermenterkammer (mittels Radlader oder anderen Befüllfahrzeugen) zugeführt. Besonders vorteilhaft an der Verwendung der Feststofffermenterkammer ist weiterhin seine Unempfindlichkeit gegenüber Störstoffen (Plastik, Metalle, Steine, Erde ...), welche weder auf den Vergärungsprozess noch auf den Betrieb oder das Material einen negativen Einfluss haben. Preferably, in the process for the production of biogas, mainly liquid and moist biomass are fed to the liquid fermentation via a metering device. By contrast, dry, solid and contaminated stackable biomass is preferably fed to the solid-fermenter chamber (by means of wheel loaders or other filling vehicles). Particularly advantageous in the use of the solid-fermenter chamber is its insensitivity to contaminants (plastics, metals, stones, earth, etc.) which have no negative influence on the fermentation process, on the operation or on the material.
Zur Erzeugung des Perkolats wird das rührfähige Gärsubstrat aus der Flüssigfermentationsanlage bevorzugt in einer Perkolataufbereitung aufbereitet, bevor das Perkolat auf die stapelbare Biomasse in der Feststofffermenterkammer aufgebracht wird. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird in der Perkolataufbereitung eine Fest-Flüssig-Separierung durchgeführt, wobei besonders bevorzugt der in der Fest-Flüssig-Separierung gewonnene feste Bestandteil des rührfähigen Gärsubstrats aus der Flüssigfermentationsanlage in die Feststofffermenterkammer eingebracht wird. Durch die genannte Ausbildung der Perkolataufbereitung kann auf einfache Weise ein Perkolatkreislauf ausgebildet werden, welcher die Feststofffermenterkammer mit der Flüssigfermentationsanlage verbindet. To produce the percolate, the stirrable fermentation substrate from the liquid fermentation plant is preferably prepared in a percolate preparation before the percolate is applied to the stackable biomass in the solid-fermenter chamber. In a preferred embodiment, a solid-liquid separation is carried out in the percolate preparation, wherein particularly preferably the solid constituent of the stirrable fermentation substrate obtained in the solid-liquid separation from the liquid fermentation plant is introduced into the solid-fermenter chamber. By said training of Perkolataufbereitung a percolate cycle can be formed in a simple manner, which connects the Feststofffermenterkammer with the Flüssigfermentationsanlage.
Bevorzugt wird vor, in oder nach der Perkolataufbereitung eine Temperierung des Perkolats auf eine in der Feststofffermenterkammer benötigte Temperatur durchgeführt, so dass auch ein thermophiler Betrieb der Feststofffermenterkammer durchgeführt werden kann, ohne dass eine weitere Heizvorrichtung an der Feststofffermenterkammer vorgesehen werden müsste. Preferably, in or after the percolate treatment, the temperature of the percolate is controlled to a temperature required in the solid-fermenter chamber, so that a thermophilic operation of the solid-fermenter chamber can be carried out without having to provide another heater on the solid-fermenter chamber.
Der Perkolatkreislauf kann dadurch ausgebildet werden, dass das Perkolat am Boden der Feststofffermenterkammer gesammelt wird und über eine Perkolatrückleitung der Flüssigfermentationsanlage wieder zugeführt wird. The percolate cycle can be formed by collecting the percolate at the bottom of the solid fermenter chamber and returning it to the liquid fermentation plant via a percolate return line.
Die in der Aufbereitung und insbesondere der Fest-Flüssig-Separation erhaltene feste Fraktion des rührfähigen Gärsubstrats wird bevorzugt in den Feststofffermenter eingebracht und in diesem vergoren. The solid fraction of the fermentable fermentation substrate obtained in the treatment, and in particular the solid-liquid separation, is preferably introduced into the solid-fermenter and fermented therein.
Weiterhin wird erreicht, dass durch die separierte Vergärung und damit die auf das jeweilige Substrat hin optimierte Vergärung der biologische Abbau verbessert wird und dadurch ein biologisch stabileres Restsubstrat erreicht wird. Entsprechend ist die Gasproduktion im Endlager reduziert, was weniger Treibhausgasemissionen bei nicht abgedecktem Endlager bedeutet. Furthermore, it is achieved that the separated fermentation and thus optimized for the respective substrate fermentation of biodegradation is improved, thereby achieving a more stable biologically stable substrate. Accordingly, gas production in the repository is reduced, which means less greenhouse gas emissions from uncovered repositories.
Bevorzugt wird in dem Verfahren das erzeugte Biogas dahingehend analysiert, dass stets eine ausreichende Gesamtgaskonzentration für die Verbrennung des Gases im Blockheizkraftwerk gewährleistet ist. Dies kann auch darüber erreicht werden, dass eine Gaspufferung zwischengeschaltet ist. In the method, the generated biogas is preferably analyzed such that a sufficient total gas concentration for the combustion of the gas in the combined heat and power plant is always ensured. This can also be achieved by the fact that a gas buffering is interposed.
Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. The above object is further achieved by a device having the features of claim 10. Advantageous developments emerge from the subclaims.
Entsprechend wird eine Vorrichtung zur Erzeugung von Biogas, umfassend mindestens eine Feststofffermenterkammer zur Vergärung stapelbarer Biomasse, wobei in der Feststofffermenterkammer mindestens eine Perkolatdüse zum Aufbringen von Perkolat auf die stapelbare Biomasse vorgesehen ist, vorgeschlagen. Erfindungsgemäß ist eine Perkolataufbereitung zur Erzeugung des in die Feststofffermenterkammer einzubringenden Perkolats aus dem rührfähigen Gärsubstrat einer Flüssigfermentationsanlage vorgesehen. Accordingly, an apparatus for producing biogas, comprising at least one solid fermenter chamber for fermentation of stackable biomass, wherein in the solid fermenter chamber at least one percolate nozzle is provided for applying percolate to the stackable biomass, proposed. According to the invention, a percolate preparation for producing the percolate to be introduced into the solid-fermenter chamber from the stirrable fermentation substrate of a liquid fermentation plant is provided.
Bevorzugt ist in der Perkolataufbereitung eine Fest-Flüssig-Separation des rührfähigen Gärsubstrats aus der Flüssigfermentationsanlage durchführbar, und die Perkolataufbereitung weist bevorzugt eine Filtervorrichtung, eine Abpressvorrichtung, eine Separierungsvorrichtung, eine Zentrifugierungsvorrichtung oder eine andere Separierungsvorrichtung auf. In the percolate preparation, a solid-liquid separation of the stirrable fermentation substrate from the liquid fermentation plant is preferably feasible, and the percolate preparation preferably has a filter device, a squeeze device, a separation device, a centrifuging device or another separating device.
Der Perkolatkreislauf kann über eine Perkolatrückleitung zum Rückleiten des am Boden der Feststofffermenterkammer gesammelten Perkolats in die Flüssigfermentationsanlage ausgebildet werden. The percolate cycle can be formed via a percolate return line for returning the percolate collected at the bottom of the solid fermenter chamber to the liquid fermentation plant.
Kurze Beschreibung der Figuren Brief description of the figures
Bevorzugte weitere Ausführungsformen und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figur näher erläutert. Preferred further embodiments and aspects of the present invention will be explained in more detail by the following description of the figure.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele Detailed description of preferred embodiments
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figur beschrieben. In the following, preferred embodiments will be described with reference to the figure.
In
Der Flüssigfermenter
Über den Feststoffdosierer
Im Betrieb läuft über den Überlauf
Das Verfahren zum Betrieb der Flüssigfermentationsanlage
Mindestens eine Feststofffermentationsanlage
In die Feststofffermenterkammern
Der Vergärungsprozess der Biomasse in den Feststofffermenterkammern
Über eine Biogasleitung
Das Perkolat, welches über Perkolatdüsen
In der Perkolataufbereitung
Vor, in, oder nach der Perkolataufbereitung
Das Zuführen des rührfähigen Gärsubstrats aus der Flüssigfermentationsanlage
In der Pekolataufbereitung
Am Boden der jeweiligen Feststofffermenterkammer
Durch den Perkolatkreislauf, welcher zunächst der Flüssigfermentationsanlage
Die in die Feststofffermentationsanlage
Im Anlagenbetrieb kann auf diese Weise erreicht werden, dass das gesamte Spektrum an Biomasse, also nicht nur flüssige Biomasse wie beispielsweise Gülle, oder feuchte Biomasse wie beispielsweise Mist, oder Biomasse mit sehr hohem Abbaugrad wie beispielsweise Maissilage, welche bislang sowohl in einer Flüssigfermentationsanlage als auch in einer Feststofffermentationsanlage vergoren wurde, sondern auch sehr trockene Biomasse (wie Stroh, Landschaftspflegegras, ...) oder Biomasse mit geringem Abbaugrad effizient vergoren werden können. Es kann dabei gewählt werden, ob die jeweilige Biomasse der Feststofffermentationsanlage zugeführt wird, oder einer Flüssigfermentationsanlage. In plant operation can be achieved in this way that the entire spectrum of biomass, so not only liquid biomass such as liquid manure, or wet biomass such as manure, or biomass with a very high degree of degradation such as corn silage, which so far both in a liquid fermentation plant and fermented in a Feststofffermentationsanlage, but also very dry biomass (such as straw, landscaped grass, ...) or biomass can be fermented efficiently with low degree of degradation. It can be selected whether the respective biomass is fed to the solid-matter fermentation plant, or a liquid fermentation plant.
Biomasse, welche zu einem bestimmten Grad mit Störstoffen verunreinigt ist, beispielsweise mit Sand, Erde oder Plastik und Metall, wird dabei bevorzugt der Feststofffermentationsanlage
Es ergibt sich aus dem Gesamtsystem, dass dieses durch die Kreisführung des Perkolats besonders stabil ist und einen entsprechend stabilen Vergärungsprozess ermöglicht, welche gleichzeitig ein schnelles Starten des Fermentationsprozesses für neu eingebrachte Biomasse sowohl in der Feststofffermentationsanlage als auch in der Flüssigfermentationsanlage ermöglicht. It follows from the overall system that this is particularly stable due to the circulation of the percolate and enables a correspondingly stable fermentation process, which at the same time enables a fast start of the fermentation process for newly introduced biomass both in the solid-state fermentation plant and in the liquid fermentation plant.
Weiterhin kann durch das Aufsplitten der entsprechenden Inputströme die Stromaufnahme der Vorrichtung (Gesamtanlage) optimiert werden, da zum einen durch einen verringerten Eintrag schwerer Feststoffe in der Flüssigfermentationsanlage zum einen die Stromaufnahme am Feststoffdosierer
Hierdurch wird nicht nur der Fermentationsprozess verbessert, sondern auch die Stromaufnahme reduziert. This not only improves the fermentation process, but also reduces the power consumption.
Desweiteren ist der Verschleiß am Feststoffdosierer
Weiterhin kann durch eine kombinierte Temperaturführung in der Festtofffermentationsanlage und in der Flüssigfermentationsanlage die benötigte zuzuführende Energie reduziert werden, da die jeweils andere Vorrichtung hier auch als Energie- beziehungsweise Wärmespeicher dienen kann. Hierdurch ist ein thermophiler Betrieb auch des Feststofffermenters
Dem Perkolat können an der Perkolataufbereitung
Bevorzugt wird das dem Blockheizkraftwerk
Um das Austreten von klimarelevanten Gasen bei der Öffnung des Feststofffermenters
Soweit anwendbar können alle einzelnen Merkmale, die in den einzelnen Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und / oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. As far as applicable, all the individual features illustrated in the individual embodiments can be combined and / or exchanged without departing from the scope of the invention.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- Vorrichtung zur Erzeugung von Biogas Device for generating biogas
- 2 2
- Flüssigfermentationsanlage Liquid fermentation plant
- 20 20
- Flüssigfermenter liquid fermenter
- 22 22
- Überlauf overflow
- 24 24
- Endlager repository
- 26 26
- Feststoffdosierer solid matter
- 28 28
- Gaskuppel gas dome
- 3 3
- Blockheizkraftwerk CHP
- 30 30
- Biogasleitung biogas line
- 32 32
- Biogasleitung biogas line
- 4 4
- Feststofffermentationsanlage Solid fermentation plant
- 40 40
- Feststofffermenterkammer Solids digester chamber
- 42 42
- Feststofffermenterkammer Solids digester chamber
- 44 44
- Tor gate
- 5 5
- Perkolataufbereitung Perkolataufbereitung
- 50 50
- Perkolatdüse Perkolatdüse
- 52 52
- Perkolatrückleitung Perkolatrückleitung
Claims (13)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102013102642.7A DE102013102642A1 (en) | 2013-03-14 | 2013-03-14 | Method and device for producing biogas |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102013102642.7A DE102013102642A1 (en) | 2013-03-14 | 2013-03-14 | Method and device for producing biogas |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102013102642A1 true DE102013102642A1 (en) | 2014-09-18 |
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ID=51418593
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102013102642.7A Ceased DE102013102642A1 (en) | 2013-03-14 | 2013-03-14 | Method and device for producing biogas |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102013102642A1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017046822A1 (en) * | 2015-09-16 | 2017-03-23 | Marcopolo Engineering S.P.A. - Sistemi Ecologici | Multi-year cyclic biodigester |
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-
2013
- 2013-03-14 DE DE102013102642.7A patent/DE102013102642A1/en not_active Ceased
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Representative=s name: NORDMEYER, PHILIPP, DIPL.-PHYS., DE |
|
R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final |