DE102013114925A1

DE102013114925A1 - Biogas production process and biogas production device

Info

Publication number: DE102013114925A1
Application number: DE102013114925.1A
Authority: DE
Inventors: Alexander Sziburies
Original assignee: AGRATEC INVEST AG
Current assignee: AGRATEC INVEST AG
Priority date: 2013-12-27
Filing date: 2013-12-27
Publication date: 2015-07-02
Also published as: WO2015096829A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Biogasproduktionsverfahren und eine Biogasproduktionsvorrichtung. Bei dem Biogasproduktionsverfahren wird ein Fermentationsbehälter (1) mit einer Raumbelastung von mindestens 8 Kilogramm pro Kubikmeter und Tag (kg/(m3d)) beschickt und in einem thermophilen Bereich betrieben, wobei eine Wärmetauschvorrichtung derart automatisch gesteuert wird, dass eine Ist-Temperatur in dem Fermentationsbehälter (1) ermittelt und eine Klimatisierungsflüssigkeit als Vorlauf in einen Wärmetauschkörper (2) derart eingeführt wird, dass ein Inhalt des Fermentationsbehälters (1) mittels der Klimatisierungsflüssigkeit über eine Wärmetauschfläche des Wärmetauschkörpers (2) thermisch beeinflusst wird, wobei der Vorlauf eine Vorlauftemperatur aufweist, welche zeitweise größer und zeitweise kleiner ist, als die Ist-Temperatur.The invention relates to a biogas production process and a biogas production device. In the biogas production process, a fermentation tank (1) is charged with a volume load of at least 8 kilograms per cubic meter per day (kg / (m3d)) and operated in a thermophilic area, whereby a heat exchange device is automatically controlled such that an actual temperature in the Determined fermentation tank (1) and an air conditioning fluid as a feed into a heat exchange body (2) is introduced such that a content of the fermentation tank (1) by means of the air conditioning fluid via a heat exchange surface of the heat exchange body (2) is thermally influenced, the flow has a flow temperature, which is temporarily larger and temporarily smaller than the actual temperature.

Description

Die Erfindung betrifft ein Biogasproduktionsverfahren und eine Biogasproduktionsvorrichtung. The invention relates to a biogas production process and a biogas production device.

Bei der Produktion von Biogas wird in einem Fermenter Biomasse eingeführt und mittels Vergärung innerhalb des Fermenters Biogas erzeugt, welches aus dem Fermenter entnommen und weiterbearbeitet wird. Es wird unterschieden zwischen Nassfermentation und Trockenfermentation. Bei einem Trockenfermenter ist der Feuchtigkeitsgehalt in der Fermentationsmasse im Fermenter wesentlich geringer, als bei einem Nassfermenter. Dies hat zur Folge, dass ein Temperaturausgleich zwischen unterschiedlichen Bereichen in dem Fermenter nur sehr langsam stattfindet. An ein Klimatisierungssystem zum Heizen und/oder Kühlen des Fermenters sind im Fall eines Trockenfermenters daher besonders hohe Ansprüche zu stellen. In the production of biogas biomass is introduced into a fermenter and produced by fermentation within the fermenter biogas, which is removed from the fermenter and further processed. A distinction is made between wet fermentation and dry fermentation. In a dry fermenter, the moisture content in the fermentation mass in the fermenter is much lower than in a wet fermenter. This has the consequence that a temperature compensation between different areas in the fermenter takes place only very slowly. To an air conditioning system for heating and / or cooling of the fermenter are in the case of a dry fermenter therefore particularly high demands to make.

Besonders ertragreich ist das Betreiben des Fermenters im sogenannten thermophilen Bereich. Hierbei liegt der bevorzugte Temperaturbereich für die maßgeblich an der Fermentation beteiligten Mikroorganismen bei etwa 50°C. Wenn im Folgenden von sich in dem Fermenter befindlichen Mikroorganismen gesprochen wird, dann ist von solchen Mikroorganismen, insbesondere Bakterienstämmen, die Rede, die gezielt für die Fermentation im thermophilen Bereich gefördert werden. Verlässt die Temperatur in dem Fermenter oder in einem Abschnitt des Fermenters den thermophilen Bereich, dann hat dies zur Folge, dass die Mikroorganismen dort weniger effizient arbeiten oder sogar absterben. Particularly profitable is the operation of the fermenter in the so-called thermophilic range. In this case, the preferred temperature range for the microorganisms significantly involved in the fermentation is about 50 ° C. If, in the following, microorganisms that are present in the fermenter are used, it is said that such microorganisms, in particular bacterial strains, are specifically promoted for fermentation in the thermophilic range. If the temperature in the fermenter or in a section of the fermenter leaves the thermophilic area, then the result is that the microorganisms there work less efficiently or even die off.

Um den Biogasertrag aus dem Fermenter zu erhöhen, kann die Beschickung oder Beschickungsrate erhöht werden. Die Beschickungsrate ist die Menge an Biomasse, die innerhalb eines bestimmten Zeitraumes einem Fermenter zugeführt wird. Bei einer hohen Beschickung kann jedoch die Temperatur in dem Fermenter aufgrund exothermer Vergärungsprozesse besonders schnell steigen. In warmen Jahreszeiten wird dieser Vorgang aufgrund erhöhter Außentemperaturen noch beschleunigt, so dass es hier innerhalb weniger Tage zu einer Überhitzung der Mikroorganismen und damit zum Zusammenbruch der Gasproduktion und Absterben der Biologie führen kann. To increase the biogas yield from the fermenter, the feed or feed rate can be increased. The feed rate is the amount of biomass that is fed to a fermenter within a given period of time. However, at high feed, the temperature in the fermenter may increase very rapidly due to exothermic fermentation processes. In warm seasons, this process is accelerated due to increased outside temperatures, so that it can lead here within a few days to overheating of microorganisms and thus the collapse of gas production and death of biology.

Einer drohenden Überhitzung wird in der Regel dadurch entgegengewirkt, dass die Beschickung vermindert wird. In besonderen Fällen muss die Fütterung für mehrere Tage eingestellt werden, oder es muss aus Nachgärern oder anderen Behältern Fugat oder schon vergorenes Gärsubstrat mit geringerer Temperatur in den Fermenter eingefüllt werden. In Extremfällen muss kaltes Wasser in den Fermenter eingefüllt werden, um den Temperaturanstieg zu bremsen. Jede dieser Maßnahmen führt auf jeden Fall zu Einbrüchen in der Gasproduktion und gegebenenfalls zu weiteren biologischen Schäden, die dann als Langzeitfolgen über längere Zeit bestehen bleiben. Zudem kann es bei Einführung von kaltem Wasser zu schockartigen Zuständen kommen, bei denen eine Temperaturspreizung auftritt und es aufgrund thermischer Spannungen sogar zu Schäden am Baukörper kommen kann. An impending overheating is usually counteracted by the fact that the charge is reduced. In special cases, the feeding must be stopped for several days, or it must be filled from Nachgärern or other containers Fugat or already fermented fermentation substrate at a lower temperature in the fermenter. In extreme cases, cold water must be poured into the fermenter to slow the temperature rise. In any case, each of these measures will lead to a collapse in gas production and possibly further biological damage, which will then persist as a long-term consequence over a longer period of time. Moreover, when cold water is introduced, shock-like conditions can occur in which a temperature spread occurs and, due to thermal stresses, even damage to the structure can occur.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Biogasproduktionsverfahren und eine Biogasproduktionsvorrichtung bereitzustellen, welche sicher und effizient im thermophilen Bereich betrieben werden kann. It is an object of the invention to provide a biogas production process and a biogas production apparatus which can be operated safely and efficiently in the thermophilic range.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Biogasproduktionsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Biogasproduktionsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt. The object is achieved according to the invention by a biogas production process having the features of claim 1 and by a biogas production device having the features of claim 11. Advantageous developments of the invention are listed in the subclaims.

Die Erfindung beruht auf der Überlegung, die Temperatur in dem Fermentationsbehälter fortwährend zu beobachten und in Abhängigkeit vom beobachteten Temperaturverlauf den Fermentationsbehälter oder Abschnitte hiervon zu kühlen oder auch zu heizen. Es ist also eine Wärmetauschvorrichtung vorgesehen, die je nach Bedarf eine Heizung oder eine Kühlung erlaubt. Hierzu sind in dem Fermentationsbehälter ein oder mehrere Wärmetauschkörper angeordnet, die von einer Klimatisierungsflüssigkeit durchflossen werden. Der Wärmetauschkörper weist eine Wärmetauschfläche auf, über die ein Temperaturaustausch zwischen dem Inhalt des Fermentationsbehälters und der Klimatisierungsflüssigkeit stattfindet. Die Klimatisierungsflüssigkeit wird also als Vorlauf mit einer Vorlauftemperatur in den Wärmetauschkörper eingeführt und verlässt den Wärmetauschkörper als Rücklauf, nachdem sie entweder Wärme aus dem Fermentationsbehälter aufgenommen hat oder Wärme in den Fermentationsbehälter abgegeben hat. Die Vorlauftemperatur ist also während des Biogasproduktionsverfahrens zeitweise größer und zeitweise kleiner, als eine in dem Fermentationsbehälter vorherrschende Ist-Temperatur. The invention is based on the consideration to continuously observe the temperature in the fermentation tank and, depending on the observed temperature profile, to cool or also to heat the fermentation tank or sections thereof. It is therefore provided a heat exchange device that allows heating or cooling as needed. For this purpose, one or more heat exchange body are arranged in the fermentation tank, which are traversed by an air conditioning fluid. The heat exchange body has a heat exchange surface via which a temperature exchange between the contents of the fermentation tank and the air conditioning liquid takes place. The air conditioning fluid is thus introduced as a flow with a flow temperature in the heat exchange body and leaves the heat exchange body as reflux after it has either absorbed heat from the fermentation tank or has given off heat in the fermentation tank. The flow temperature is thus temporarily larger during the biogas production process and temporarily smaller than a prevailing in the fermentation tank actual temperature.

Der Wärmetauschkörper kann an oder in einer Behälterwand angeordnet sein. Eine Behälterwand des Fermentationsbehälters kann selbst als Wärmetauschkörper ausgestaltet sein, indem die Behälterwand mit Kanälen zur Leitung der Klimatisierungsflüssigkeit versehen ist. Ferner können ein oder mehrere Wärmetauschkörper am oder im Behälterboden angeordnet sein. The heat exchange body may be arranged on or in a container wall. A container wall of the fermentation container can itself be designed as a heat exchange body by the container wall is provided with channels for guiding the air conditioning liquid. Furthermore, one or more heat exchange bodies may be arranged on or in the container bottom.

Eine Steuerung ist dafür verantwortlich, die Ist-Temperatur zu ermitteln und automatisch die Wärmetauschvorrichtung zu betreiben. Hierbei kann die Steuerung die Entscheidung, ob überhaupt Klimatisierungsflüssigkeit in den Wärmetauschkörper eingeleitet werden soll und/oder welche Vorlauftemperatur gewählt werden soll, von einer einzelnen Ist-Temperatur oder aber von einem Verlauf der Ist-Temperatur bis zu diesem Zeitpunkt abhängig machen. Wenn beispielsweise die Temperatur in dem Fermentationsbehälter innerhalb eines Temperaturbereiches gehalten werden soll, dann kann die Steuerung bereits auf einen tendenziellen Temperaturverlauf reagieren, obwohl der gewünschte Temperaturbereich noch nicht verlassen wurde. A controller is responsible for determining the actual temperature and automatically operate the heat exchange device. Here, the controller can decide if at all Air conditioning liquid to be introduced into the heat exchange body and / or which flow temperature to be selected, make of a single actual temperature or of a course of the actual temperature up to this time dependent. For example, if the temperature in the fermentation vessel is to be maintained within a temperature range, then the controller may already respond to a trend in temperature, although the desired temperature range has not yet been exited.

Die Klimatisierungsflüssigkeit besteht vorzugsweise im Wesentlichen oder überwiegend aus Wasser, kann jedoch Zusatzstoffe enthalten, wie beispielsweise bestimmte Öle. Als Klimatisierungsflüssigkeit kann Salzwasser genutzt werden. The air conditioning fluid is preferably substantially or predominantly water but may contain additives such as certain oils. Salt water can be used as the air conditioning fluid.

Der Fermentationsbehälter wird in einem thermophilen Bereich betrieben. Das bedeutet, dass die hier maßgeblichen Mikroorganismen, also insbesondere die Bakterien, für die das Biogasproduktionsverfahren beziehungsweise die Biogasproduktionsvorrichtung ausgelegt sind, in einem Temperaturbereich zwischen etwa 45°C und etwa 55°C gedeihen. Folglich wird der Fermentationsbehälter vorzugsweise in diesem Temperaturbereich betrieben, eher bevorzugt in einem Temperaturbereich zwischen etwa 48°C und etwa 53°C oder zwischen etwa 49°C und etwa 52°C. The fermentation tank is operated in a thermophilic area. This means that the relevant microorganisms here, ie in particular the bacteria for which the biogas production process or the biogas production device are designed, thrive in a temperature range between approximately 45 ° C. and approximately 55 ° C. Thus, the fermentation vessel is preferably operated in this temperature range, more preferably in a temperature range between about 48 ° C and about 53 ° C, or between about 49 ° C and about 52 ° C.

Die beim Biogasproduktionsverfahren durchgeführte kontinuierliche oder stufenweise Beschickung des Fermentationsbehälter erfolgt mit einer Raumbelastung von mindestens 8 Kilogramm pro Kubikmeter und Tag (kg/(m³d)), vorzugsweise mit einer Raumbelastung von mindestens 10, 12 oder 14 kg/(m³d) bezogen auf das Volumen des Fermentationsbehälters. The continuous or incremental feeding of the fermentation tank in the biogas production process takes place with a volume load of at least 8 kilograms per cubic meter and day (kg / (m ³ d)), preferably with a volume load of at least 10, 12 or 14 kg / (m ³ d) based on the volume of the fermentation tank.

Das hier beschriebene Verfahren kann zusammen mit unterschiedlichen Fermentergestaltungen eingesetzt werden, darunter auch Nassfermenter. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen dass der Fermentationsbehälter als Trockenfermentationsbehälter betrieben wird. Hiervon spricht man in der Regel, wenn das Substrat ohne weitere Zugabe von Flüssigkeit eingebracht wird. Vorzugsweise weist das eingebrachte Substrat bei einer Trockenfermentation einen Trockensubstanzanteil von etwa 15% oder mehr auf. Bei einer hier bevorzugten Definition für Trockenfermentation ist das eingebrachte Substrat nicht pumpfähig, aber stapelbar und weist einen Trockensubstanzanteil von etwa mindestens 15%, von 25% bis 45%, von 30% oder mehr auf. The method described here can be used together with different fermenter designs, including wet fermenters. In a preferred embodiment it is provided that the fermentation tank is operated as a dry fermentation tank. This is usually said when the substrate is introduced without further addition of liquid. Preferably, the introduced substrate in a dry fermentation to a dry matter content of about 15% or more. In a preferred dry fermentation definition herein, the introduced substrate is not pumpable but stackable and has a dry matter content of about at least 15%, from 25% to 45%, from 30% or more.

Der Fermentationsbehälter hat bevorzugterweise eine Länge von etwa 35 bis 50 Metern, vorzugsweise von etwa 40 bis 45 Metern. The fermentation vessel preferably has a length of about 35 to 50 meters, preferably about 40 to 45 meters.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen dass die Ist-Temperatur an einem Wandbereich des Fermentationsbehälters gemessen wird. Hierzu sind an dem Wandbereich ein oder mehrere Temperatursensoren angeordnet. Wenn mehrere Temperatursensoren vorgesehen sind, dann kann die Ist-Temperatur an unterschiedlichen Positionen im Behälter erfasst werden, wobei diese unterschiedlichen Ist-Temperaturen dann dem gleichen oder unterschiedlichen Steuerkreisen zugeführt werden können. In an advantageous development, it is provided that the actual temperature is measured at a wall region of the fermentation container. For this purpose, one or more temperature sensors are arranged on the wall region. If a plurality of temperature sensors are provided, then the actual temperature can be detected at different positions in the container, wherein these different actual temperatures can then be supplied to the same or different control circuits.

Es ist zu beachten, dass ein Fermenter ein sehr träges System ist und diese Trägheit mit der Fermentergröße zunimmt. Deswegen kann es von Vorteil sein, Temperaturveränderungen zeitverzögert zu ermitteln. Vorzugsweise sind mehrere Temperatursensoren im Fermenter positioniert, bevorzugterweise an Orten, an denen mit den größten Temperaturschwankungen zu rechnen ist. Aus diesem Grund ist es empfehlenswert, drei bis sechs Temperatursensoren im Fermenter zu positionieren und die gemessenen Temperaturwerte gemeinsam auszuwerten, so dass auf Tiefst- und Höchsttemperaturen reagiert werden kann und es sich keine Zonen mit Überhitzung oder Abkühlung ausbilden können. It should be noted that a fermenter is a very sluggish system and this inertia increases with fermenter size. Therefore, it may be advantageous to determine temperature changes with a time delay. Preferably, a plurality of temperature sensors are positioned in the fermenter, preferably at locations where the greatest temperature fluctuations are expected. For this reason, it is advisable to position three to six temperature sensors in the fermenter and to evaluate the measured temperature values together, so that it is possible to react to minimum and maximum temperatures and prevent overheating or cooling zones from forming.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist vorgesehen, dass in dem Fermentationsbehälter Temperaturmessungen an mehreren zeitlich und/oder örtlich versetzten Temperaturmesspunkten vorgenommen werden und die Ist-Temperatur als Mittelwert von bei den Temperaturmessungen erfassten Temperaturmesswerten ermittelt wird. Mit Mittelwert ist hierbei gemeint, dass die erfassten Temperaturmesswerte auf sinnvoll Wiese zu einer Ist-Temperatur zusammengeführt werden, die für den Ist-Zustand und/oder für den künftigen Zustand des Systems aussagekräftig ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen arithmetischen, einen geometrischen oder einen harmonischen Mittelwert handeln. In an expedient embodiment it is provided that temperature measurements are carried out in the fermentation vessel at a plurality of chronologically and / or spatially offset temperature measuring points and the actual temperature is determined as the mean value of temperature measured values recorded in the temperature measurements. Mean means here is that the sensed temperature measured values are merged in a sensible way to an actual temperature that is meaningful for the actual state and / or for the future state of the system. This may be, for example, an arithmetic, a geometric or a harmonic mean.

Zeitlich versetzte Temperaturmessungen können beispielsweise in zeitlichen Abständen von mehreren Sekunden oder Minuten oder sogar von Stunden erfasst werden. Örtlich versetzte Temperaturmesspunkte können mittels Temperatursensoren erfasst werden, die entsprechend beabstandet an einer Behälterwand oder an unterschiedlichen Behälterwänden in einem Bereich des Behälters angeordnet sind, beispielsweise an gegenüberliegenden Positionen entlang einer Behälterlängsrichtung. Time-offset temperature measurements can be recorded, for example, at intervals of several seconds or minutes or even hours. Locally offset temperature measurement points may be detected by means of temperature sensors appropriately spaced on a container wall or on different container walls in a region of the container, for example at opposite positions along a container longitudinal direction.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Vorlauf in einer Mischvorrichtung aus einer Warmflüssigkeit mit einer Warmflüssigkeitstemperatur, welche über der Vorlauftemperatur liegt, und einer Kaltflüssigkeit mit einer Kaltflüssigkeitstemperatur zusammengemischt wird, welche unter der Vorlauftemperatur liegt. Die Mischvorrichtung wird vorzugsweise mittels einer Mischerregelung geregelt, der dafür sorgt, dass die gewünschte Vorlauftemperatur fortlaufend korrekt zusammengemischt wird. Hierdurch können Toleranzen in den Temperaturen der Kaltflüssigkeit und/oder der Warmflüssigkeit zugelassen werden. According to a preferred embodiment, it is provided that the flow in a mixing device of a hot liquid with a hot liquid temperature, which is above the flow temperature, and a cold liquid is mixed with a cold liquid temperature, which is below the flow temperature. The Mixing device is preferably controlled by means of a mixer control, which ensures that the desired flow temperature is continuously mixed together correctly. As a result, tolerances in the temperatures of the cold liquid and / or the hot liquid can be allowed.

Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Warmflüssigkeit mittels Erwärmung der als Rücklauf aus dem Wärmetauschkörper entnommenen Klimatisierungsflüssigkeit bereitgestellt wird und / oder dass die Kaltflüssigkeit mittels Abkühlung der als Rücklauf aus dem Wärmetauschkörper entnommenen Klimatisierungsflüssigkeit bereitgestellt wird. Wenn sowohl eine Erwärmung als auch eine Abkühlung des Rücklaufs erfolgt, dann ist damit gemeint, dass ein Teil des Rücklaufs abgekühlt und ein anderer Teil erwärmt wird. Die Erwärmung des Rücklaufs erfolgt in einer Wärmevorrichtung, beispielsweise mittels eines Heizkessels. Die Abkühlung des Rücklaufs erfolgt in einer Kühlvorrichtung, vorzugsweise mittels eines Tischkühlers, der beispielsweise auf dem Dach des Fermentationsbehälters angeordnet sein kann. Vorzugsweise bilden der Wärmetauschkörper, die Wärmevorrichtung und die Kühlvorrichtung einen geschlossenen Flüssigkeitskreislauf für die Klimatisierungsflüssigkeit. It is preferably provided that the warm liquid is provided by heating the air conditioning fluid withdrawn as a return from the heat exchange body and / or that the cold liquid is provided by means of cooling the air conditioning fluid removed as return from the heat exchange body. When both heating and cooling of the return take place, it is meant that part of the return is cooled and another part is heated. The heating of the return takes place in a heating device, for example by means of a boiler. The cooling of the return takes place in a cooling device, preferably by means of a table cooler, which may be arranged for example on the roof of the fermentation tank. Preferably, the heat exchange body, the heating device and the cooling device form a closed fluid circuit for the air conditioning fluid.

Vorzugsweise wird die Energie für die Erwärmung der Klimatisierungsflüssigkeit zur Bereitgestellt der Warmflüssigkeit und / oder für die Abkühlung der Klimatisierungsflüssigkeit zur Bereitgestellt der Kaltflüssigkeit aus der Biogasproduktionsvorrichtung selbst gewonnen, insbesondere aus der Verbrennung des während des Biogasproduktionsverfahrens gewonnenen Biogases. Preferably, the energy for heating the air-conditioning liquid for providing the warm liquid and / or for cooling the air-conditioning liquid for providing the cold liquid is obtained from the biogas production device itself, in particular from the combustion of the biogas obtained during the biogas production process.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Wärmetauschvorrichtung zwei oder mehrere Wärmetauschkörper aufweist, in welche die Klimatisierungsflüssigkeit als Vorlauf eingeführt wird. Die Wärmetauschkörper sind vorzugsweise an Behälterwänden des Fermentationsbehälters angeordnet. Sie können nebeneinander und/oder übereinander angeordnet sein. In an advantageous development, it is provided that the heat exchange device has two or more heat exchange bodies, in which the air conditioning fluid is introduced as a flow. The heat exchange bodies are preferably arranged on container walls of the fermentation container. They can be arranged side by side and / or one above the other.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist vorgesehen dass das Einführen des Vorlaufs in jeden Wärmetauschkörper mittels eines Vorlaufventils automatisch gesteuert wird. In an advantageous embodiment it is provided that the introduction of the flow into each heat exchange body is automatically controlled by means of a flow valve.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass zumindest eine weitere Wärmetauschvorrichtung derart automatisch gesteuert wird, dass eine weitere Ist-Temperatur in dem Fermentationsbehälter ermittelt und eine weitere Klimatisierungsflüssigkeit als weiterer Vorlauf in einen weiteren Wärmetauschkörper derart eingeführt wird, dass der Inhalt des Fermentationsbehälters mittels der Klimatisierungsflüssigkeit über eine weitere Wärmetauschfläche des Wärmetauschkörpers thermisch beeinflusst wird, wobei der weitere Vorlauf eine weitere Vorlauftemperatur aufweist, welche zeitweise größer und zeitweise kleiner ist, als die weitere Ist-Temperatur. Die oben beschriebene Wärmetauschvorrichtung und die hier erwähnte weitere Wärmetauschvorrichtung können unabhängig voneinander gesteuert sein. Hierbei können die Klimatisierungsflüssigkeit und die weitere Klimatisierungsflüssigkeit in unterschiedlichen Kreisläufen fließen. According to a preferred embodiment it is provided that at least one further heat exchange device is controlled automatically such that a further actual temperature determined in the fermentation tank and another air conditioning fluid is introduced as a further flow into another heat exchange body such that the contents of the fermentation tank by means of the air conditioning liquid is thermally influenced by a further heat exchange surface of the heat exchange body, wherein the further flow has a further flow temperature, which is temporarily larger and temporarily smaller than the further actual temperature. The above-described heat exchange apparatus and the other heat exchange apparatus mentioned herein may be independently controlled. In this case, the air-conditioning fluid and the further air-conditioning fluid can flow in different circuits.

Hierdurch kann vorzugsweise eine Temperatur-Zonensteuerung verwirklicht werden, indem an unterschiedlichen Bereichen oder Zonen des Fermentationsbehälters angeordnete Wärmetauschkörper mit etwas abweichenden Vorlauftemperaturen angesteuert werden. In this way, preferably, a temperature zone control can be realized by heat exchanger bodies arranged at different regions or zones of the fermentation vessel being driven with slightly different flow temperatures.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Hierbei zeigen: The invention will be explained below with reference to embodiments with reference to the figures. Hereby show:

1 eine Biogasproduktionsvorrichtung umfassend einen Fermentationsbehälter mit mehreren entlang von Behälterwänden angeordneten Wärmetauschkörpern; 1 a biogas production apparatus comprising a fermentation vessel having a plurality of heat exchange bodies arranged along container walls;

2 die Positionen von Temperatursensoren in dem Fermentationsbehälter der Biogasproduktionsvorrichtung aus 1; und 2 the locations of temperature sensors in the fermentation tank of the biogas production device 1 ; and

3 eine schematische Darstellung von Komponenten einer Biogasproduktionsvorrichtung zur Veranschaulichung eines hiermit durchgeführten Biogasproduktionsverfahrens. 3 a schematic representation of components of a biogas production apparatus for illustrating a hereby carried out biogas production process.

In der 1 wird ein Trockenfermentationsbehälter 1 schematisch dargestellt. Der Trockenfermentationsbehälter 1 weist insgesamt acht Wärmetauschkörper 21, 22, 23, 24, 21‘, 22‘, 23‘, 24‘ auf. Hiervon sind vier Wärmetauschkörper 21, 22, 23, 24 entlang einer Längswand des Trockenfermentationsbehälters 1 angeordnet, und vier weitere Wärmetauschkörper 21‘, 22‘, 23‘, 24‘ auf einer gegenüber liegenden Längswand symmetrisch zu den Wärmetauschkörpern 21, 22, 23, 24. In the 1 becomes a dry fermentation tank 1 shown schematically. The dry fermentation tank 1 has a total of eight heat exchange body 21 . 22 . 23 . 24 . 21 ' . 22 ' . 23 ' . 24 ' on. Of these, four are heat exchange bodies 21 . 22 . 23 . 24 along a longitudinal wall of the dry fermentation tank 1 arranged, and four more heat exchange bodies 21 ' . 22 ' . 23 ' . 24 ' on an opposite longitudinal wall symmetrical to the heat exchange bodies 21 . 22 . 23 . 24 ,

Um die 1 nicht zu überfrachten, sind weitere Elemente der Biogasproduktionsvorrichtung in der 2 dargestellt. Hierbei handelt es sich um zwei Beschickungsöffnungen 12, 13, die an einer Stirnseite des Trockenfermentationsbehälter 1 gebildet sind. Der Trockenfermentationsbehälter 1 wird durch die Beschickungsöffnungen 12, 13 mit einer Raumbelastung von mindestens 8 kg/(m³d) beschickt, beispielsweise mit einer Raumbelastung von etwa 16 kg/(m³d). Ferner ist eine Gasentnahmeöffnung 14 vorgesehen, aus der das erzeugte Biogas aus dem Trockenfermentationsbehälter 1 entnommen wird. To the 1 not to overload, are other elements of the biogas production device in the 2 shown. These are two feed openings 12 . 13 standing at one end of the dry fermentation tank 1 are formed. The dry fermentation tank 1 gets through the loading openings 12 . 13 loaded with a volume load of at least 8 kg / (m ³ d), for example, with a volume load of about 16 kg / (m ³ d). Furthermore, a gas extraction opening 14 provided from the produced biogas from the Trockenfermentationsbehälter 1 is removed.

An der Stirnseite ist auch ein Temperatursensor 111 vorgesehen, der zwischen den Beschickungsöffnungen 12, 13 angeordnet ist. Entlang einer Längswand des Trockenfermentationsbehälters 1 sind zudem fünf weitere Temperatursensoren 112, 113, 114, 115, 116 angeordnet. Hierbei sind drei Temperatursensoren 112, 113, 114 auf gleicher Höhe entlang der Länge des Trockenfermentationsbehälters 1 verteilt. Ferner sind drei Temperatursensoren 115, 113, 116 auf unterschiedlichen Höhen angeordnet. Die hier kreuzförmige Anordnung der Temperatursensoren 111, 112, 113, 114, 115, 116 ist in der 2 lediglich beispielhaft dargestellt. Je nach Ausführung des Biogasproduktionsverfahrens kann eine hiervon abweichende Anordnung zweckmäßig sein. At the front is also a temperature sensor 111 provided between the feed openings 12 . 13 is arranged. Along a longitudinal wall of the Trockenfermentationsbehälters 1 There are also five other temperature sensors 112 . 113 . 114 . 115 . 116 arranged. Here are three temperature sensors 112 . 113 . 114 at the same height along the length of the Trockenfermentationsbehälters 1 distributed. Furthermore, there are three temperature sensors 115 . 113 . 116 arranged at different heights. The here cross-shaped arrangement of the temperature sensors 111 . 112 . 113 . 114 . 115 . 116 is in the 2 merely exemplified. Depending on the design of the biogas production process, a deviating arrangement may be appropriate.

In der Anordnung gemäß 2 können beispielsweise die mittels der drei übereinander angeordneten Temperatursensoren 115, 113, 116 gemessenen Temperaturwerte zu einem Temperaturmittelwert zusammengefügt werden, um eine Ist-Temperatur in einer mittleren Zone des Trockenfermentationsbehälters 1 wiederzugeben, während die beiden anderen Temperatursensoren 112, 114 den Verlauf der Temperatur entlang der Länge des Trockenfermentationsbehälters 1 zeigen. In the arrangement according to 2 For example, the means of the three superimposed temperature sensors 115 . 113 . 116 measured temperature values are combined to a temperature average, to an actual temperature in a central zone of the Trockenfermentationsbehälters 1 while the other two temperature sensors 112 . 114 the course of the temperature along the length of the Trockenfermentationsbehälters 1 demonstrate.

Eine Ausführungsform eines Biogasproduktionsverfahrens wird im Folgenden Anhand der 3 erläutert, in der das Zusammenwirken der Komponenten einer Biogasproduktionsvorrichtung schematisch dargestellt wird. Der Trockenfermentationsbehälter 1 in der 3 weist drei Wärmetauschkörper 21, 22, 23 auf, mittels derer die Temperatur in dem Trockenfermentationsbehälter 1 beeinflusst werden kann. Hierzu wird eine Klimatisierungsflüssigkeit durch die Wärmetauschkörper 21, 22, 23 geleitet. Über Wärmetauschflächen eines jeden Wärmetauschkörpers 21, 22, 23 wird entweder Wärme von der Klimatisierungsflüssigkeit an den Inhalt des Trockenfermentationsbehälters 1 abgegeben oder von diesem durch die Klimatisierungsflüssigkeit aufgenommen. An embodiment of a biogas production process will be described below with reference to 3 explains, in which the interaction of the components of a biogas production device is shown schematically. The dry fermentation tank 1 in the 3 has three heat exchange bodies 21 . 22 . 23 by means of which the temperature in the Trockenfermentationsbehälter 1 can be influenced. For this purpose, an air conditioning fluid through the heat exchange body 21 . 22 . 23 directed. About heat exchange surfaces of each heat exchange body 21 . 22 . 23 either heat is transferred from the conditioning fluid to the contents of the dry fermentation vessel 1 discharged or received by this by the air conditioning fluid.

Jeder Wärmetauschkörper 21, 22, 23 weist ein Vorlaufventil 211, 221, 231 auf, welches den Zulauf der Klimatisierungsflüssigkeit in den jeweiligen Wärmetauschkörper 21, 22, 23 bestimmt. Die Vorlaufventile 211, 221, 231 werden durch eine Steuervorrichtung 7 gesteuert, wie in 3 mittels gepunkteten Pfeilen veranschaulicht wird. Der Zulauf zu jedem Wärmetauschkörper 21, 22, 23 wird aus einem gemeinsamen Vorlauf 31 gespeist, der wiederum durch eine Mischvorrichtung 3 bereitgestellt wird. Die Regelung der Mischvorrichtung 3 übernimmt eine Mischerregelung 6, die mittels der Steuervorrichtung 7 gesteuert wird. Every heat exchange body 21 . 22 . 23 has a flow valve 211 . 221 . 231 on which the inlet of the air conditioning fluid in the respective heat exchange body 21 . 22 . 23 certainly. The flow valves 211 . 221 . 231 be through a control device 7 controlled as in 3 illustrated by dotted arrows. The inlet to each heat exchange body 21 . 22 . 23 is from a common lead 31 fed, in turn, through a mixing device 3 provided. The regulation of the mixing device 3 takes over a mixer control 6 , by means of the control device 7 is controlled.

In dem Trockenfermentationsbehälter 1 ist ein Temperatursensor 111 angeordnet, der einen Temperaturwert innerhalb des Trockenfermentationsbehälters 1 erfasst und als Ist-Temperatur an die Steuervorrichtung 7 weiterleitet. Dieser Vorgang ist anhand eines weiteren gepunkteten Pfeils dargestellt. Die Steuervorrichtung 7 steuert daraufhin die Mischerregelung 6 sowie die Vorlaufventile 211, 221, 231. Somit kontrolliert die Steuervorrichtung 7 die Temperatur und die Durchflussmenge der in die Wärmetauschkörper 21, 22, 23 einströmenden Klimatisierungsflüssigkeit. In the dry fermentation tank 1 is a temperature sensor 111 arranged, which has a temperature value within the Trockenfermentationsbehälters 1 detected and as the actual temperature to the control device 7 forwards. This process is illustrated by another dotted arrow. The control device 7 then controls the mixer control 6 as well as the flow valves 211 . 221 . 231 , Thus, the control device controls 7 the temperature and the flow rate of the heat exchange body 21 . 22 . 23 incoming air conditioning fluid.

Die Klimatisierungsflüssigkeit verlässt die Wärmetauschkörper 21, 22, 23 als gemeinsamer Rücklauf 32. Ein Teil des Rücklaufs 32 wird einer Wärmevorrichtung 4, beispielsweise einem, Heizkessel, zugeführt und auf eine bestimmte Temperatur erwärmt. Diese erwärmte Klimatisierungsflüssigkeit wird als Warmflüssigkeit 34 der Mischvorrichtung 3 zugeführt. Ein weiterer Teil des Rücklaufs 32 wird einer Kühlvorrichtung 5, beispielsweise einem Tischkühler, zugeführt und dort auf eine bestimmte Temperatur heruntergekühlt. Diese gekühlte Klimatisierungsflüssigkeit wird als Kaltflüssigkeit 35 der Mischvorrichtung 3 zugeführt. Aus der Warmflüssigkeit 34 und der Kaltflüssigkeit 35 mischt die Mischvorrichtung 3, geregelt durch die Mischerregelung 6, den Vorlauf 6 mit der gewünschten Vorlauftemperatur zusammen. The air conditioning fluid leaves the heat exchange body 21 . 22 . 23 as a common return 32 , Part of the return 32 becomes a warming device 4 , For example, a boiler, fed and heated to a certain temperature. This heated air conditioning fluid is called hot fluid 34 the mixing device 3 fed. Another part of the return 32 becomes a cooler 5 , For example, a table cooler, fed and cooled down there to a certain temperature. This cooled air conditioning fluid is called cold liquid 35 the mixing device 3 fed. From the hot liquid 34 and the cold liquid 35 mixes the blender 3 , controlled by the mixer control 6 , the lead 6 together with the desired flow temperature.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Trockenfermentationsbehälter Dry fermentation tank
111, 112, 113, 114, 115, 116 111, 112, 113, 114, 115, 116: Temperatursensoren temperature sensors
12, 13 12, 13: Beschickungsöffnung loading port
14 14: Gasentnahmeöffnung Gas extraction opening
2, 21, 22, 23, 24 2, 21, 22, 23, 24: Wärmetauschkörper Heat exchange body
21‘, 22‘, 23‘, 24‘ 21 ', 22', 23 ', 24': weitere Wärmetauschkörper further heat exchange body
211, 221, 231 211, 221, 231: Vorlaufventil Supply valve
3 3: Mischvorrichtung mixing device
31 31: Vorlauf leader
32 32: Rücklauf returns
34 34: Warmflüssigkeit hot fluid
35 35: Kaltflüssigkeit cold fluid
4 4: Wärmevorrichtung heating device
5 5: Kühlvorrichtung cooler
6 6: Mischerregelung mixer control
7 7: Steuervorrichtung control device

Claims

Biogas production process in which a fermentation tank ( 1 ) is loaded with a volume load of at least 8 kilograms per cubic meter per day (kg / (m ³ d)) and operated in a thermophilic area, wherein a heat exchange device is automatically controlled in such a way that an actual temperature in the fermentation tank ( 1 ) and an air conditioning fluid as Flow into a heat exchange body ( 2 ) is introduced such that a content of the fermentation container ( 1 ) by means of the air conditioning fluid via a heat exchange surface of the heat exchange body ( 2 ) is thermally influenced, wherein the flow has a flow temperature which is temporarily larger and temporarily smaller than the actual temperature.

Biogas production process according to claim 1, characterized in that the fermentation tank ( 1 ) as Trockenfermentationsbehälter ( 1 ) is operated.

Biogas production process according to claim 1 or 2, characterized in that the actual temperature at a wall portion of the fermentation container ( 1 ) is measured.

Biogas production process according to one of the preceding claims, characterized in that in the fermentation tank ( 1 ) Temperature measurements are made at a plurality of temporally and / or spatially offset temperature measuring points and the actual temperature is determined as the mean value of temperature measured values recorded in the temperature measurements.

Biogas production process according to one of the preceding claims, characterized in that the flow in a mixing device ( 3 ) from a hot liquid having a hot liquid temperature, which is above the flow temperature, and a cold liquid is mixed with a cold liquid temperature, which is below the flow temperature.

Biogas production process according to claim 4, characterized in that the hot liquid by means of heating as the return from the heat exchange body ( 2 ) is provided and / or that the cold liquid by means of cooling as the return from the heat exchange body ( 2 ) is provided.

Biogas production method according to claim 5 or 6, characterized in that the mixing device by means of a mixer control ( 6 ) is regulated.

Biogas production process according to one of the preceding claims, characterized in that the heat exchange device comprises two or more heat exchange bodies ( 21 . 22 . 23 ), in which the air conditioning fluid is introduced as a flow.

Biogas production process according to claim 8, characterized in that the introduction of the flow into each heat exchange body ( 2 ) by means of a flow valve ( 211 ; 221 ; 231 ) is controlled automatically.

Biogas production method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one further heat exchange device is controlled automatically such that a further actual temperature in the fermentation container ( 1 ) and a further air conditioning fluid as a further flow into a further heat exchange body ( 2 ) is introduced in such a way that the contents of the fermentation container ( 1 ) by means of the air conditioning fluid via a further heat exchange surface of the heat exchange body ( 2 ) is thermally influenced, wherein the further flow has a further flow temperature, which is temporarily larger and temporarily smaller than the further actual temperature.

Biogas production device with a fermentation tank ( 1 ) and a heat exchange device which a heat exchange body ( 2 ) with a content of the fermentation container ( 1 ) thermally influencing heat exchange surface and a controller ( 7 ), wherein the controller ( 7 ), an actual temperature in the fermentation container ( 1 ) and an air conditioning fluid as a flow into the heat exchange body ( 2 ) introduce such that the flow has a flow temperature which is temporarily larger and temporarily smaller than the actual temperature.