DE102014001912A1 - Process for the material and energetic utilization of biogenic residues of bioethanol recovery plants and arrangement for carrying out the process - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur stofflichen und energetischen Verwertung biogener Reststoffe der Bioethanolgewinnung durch Einsatz der Reststoffe in eine Nassfermentation, durch Konzentration des gesamten Nährstoffpotentials in Form von Stickstoff, Phosphor, Kalium und Schwefel in einer aus den Fermentationsrückständen gewonnenen Düngemittelfraktion, und durch Bereitstellung des entschwefelten Biogases für die energetische Verwertung, dadurch gekennzeichnet, dass die anfallenden biogenen Reststoffe aus dem Brennereiprozess, wie Schlempen, Filterstäube, wässrige Medien aus der periodischen Anlagenreinigung und Fuselöle, einem Suspendierprozess unterzogen werden, dass unter Einsatz von Zusatzstoffen mit Trockenmassegehalten von wenigstens 25% in der Biosuspension ein Trockenmassegehalt zwischen 12 und 18% eingestellt wird, dass die erzeugte Biosuspension einem aeroben Hydrolyseprozess unterzogen wird, dass das aus der Biosuspension erzeugte Hydrolysat einem anaeroben Fermentersystem aus wenigstens einem hydraulisch und teilweise durchmischtem Fermenter mit anfangs eingesetzter und sich stetig reproduzierender Spezialkultur zugeführt wird, dass das in den verwerteten Einsatzstoffen enthaltene Potential an Pflanzennährstoffen als Gemisch aus der festen Phase der Fermentationsrückstände und den aus der Hemmstoffentfrachtung der Biofiltrate resultierenden flüssigen Waschmedien mit hohen Gehalten an Ammonium und Schwefelverbindungen gewonnen wird und dass das entschwefelte, getrocknete und verdichtete Biogas zur gekoppelten Gewinnung von elektrischer und thermischer Prozessenergie genutzt wird.Process for the material and energetic utilization of biogenic residues of bioethanol production by using the residues in a wet fermentation, by concentrating the total nutrient potential in the form of nitrogen, phosphorus, potassium and sulfur in a fertilizer fraction obtained from the fermentation residues, and by providing the desulfurized biogas for the energetic Utilization, characterized in that the resulting biogenic residues from the distillery process, such as vats, filter dusts, aqueous media from the periodic cleaning plant and fusel oils, a suspending process are subjected to that using additives with dry matter contents of at least 25% in the bio-suspension a dry matter content between 12 and 18% is set, that the produced biosuspension is subjected to an aerobic hydrolysis process, that the hydrolyzate produced from the biosuspension an anaerobic fermenter system of at least a hydraulically and partially mixed fermenter with initially used and constantly reproducing special culture is supplied that contained in the recycled feedstock potential plant nutrients as a mixture of the solid phase of the fermentation residues and resulting from the Hemmstoffentfrachtung the Biofiltrate liquid washing media with high levels of ammonium and sulfur compounds is obtained and that the desulfurized, dried and compressed biogas is used for the coupled production of electrical and thermal process energy.

Description

Anwendungsgebietfield of use

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur stofflichen und energetischen Verwertung biogener Reststoffe von Anlagen zur Bioethanolgewinnung und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens. Eine derartige technische Lösung wird zur Erhöhung der Entsorgungssicherheit, zur Kostensenkung, zur Schadstoff-Emissionsminderung und zur Erhöhung der Unabhängigkeit von der fossilen Energieversorgung in der Brennereiwirtschaft benötigt.The invention relates to a process for the material and energetic utilization of biogenic residues of plants for bioethanol production and an arrangement for carrying out the process. Such a technical solution is needed to increase the security of disposal, to reduce costs, to reduce pollutant emissions and to increase the independence of the fossil energy supply in the distillery industry.

Stand der TechnikState of the art

Moderne Brennereien werden weltweit mit ähnlicher Verfahrenstechnik betrieben. Das größte Potential an organischer und damit energiereicher Biomasse stellt im gesamten Reststoffspektrum einer Brennerei die anfallende Ethanolschlempe dar. Im getrockneten Zustand ist dieser Reststoff als DDGS (Dried Distillers Grains with Solubles) ein gut verträgliches Eiweißfuttermittel, das jedoch angesichts steigender Energiepreise kaum noch mit alternativen Eiweißfuttermitteln, wie Sojaschrot oder Rapspresskuchen, konkurrieren kann. Im feuchten Anfallzustand wird Ethanolschlempe in den meisten Fällen als saures Zusatzfuttermittel eingesetzt. Dabei wird in Kauf genommen, dass wegen der Infektionsgefahr dieses hervorragenden Nährbodens für Mikroorganismen eine starke Abhängigkeit von den abnehmenden Tierzüchtern und von einer verlässlich funktionierenden Transportlogistik besteht. Die nicht für Futterzwecke geeigneten organischen Reststoffe müssen im Allgemeinen als Abfall entsorgt werden, obwohl sie ebenfalls über beachtliche energetische Potentiale und Pflanzennährstoffgehalte verfügen. Parallel hierzu wird die Bioethanolherstellung in beachtlichem Umfang durch steigende Energiepreise belastet, an deren Kompensation wegen des Wettbewerbsdruckes ein ausgeprägtes Interesse besteht. Trotz dieser Situation ist bisher in der industriellen Praxis kein Beispiel dafür bekannt gemacht worden, gemäß dem die überwiegend feucht anfallenden biogenen Reststoffe aus der Bioethanolgewinnung einer stofflichen und energetischen Verwertung zugeführt worden wären. Das betrifft streng genommen auch die Bioethanolgewinnung aus Zuckerrohr, bei der wenigstens beachtliche Anteile der benötigten Prozessenergie aus der Verbrennung der anfallenden Bagasse stammen.Modern distilleries are operated worldwide with similar process technology. The largest potential of organic and thus high-energy biomass is the entire residue spectrum of a distillery, the resulting Ethanolschlempe. In the dried state, this residue as DDGS (Dried Distillers Grains with Solubles) is a well-tolerated protein feed, but in view of rising energy prices barely with alternative protein feed , such as soybean meal or rapeseed cake, can compete. In the wet state of seizure ethanol sludge is used in most cases as an acid supplemental feed. It is accepted that because of the risk of infection of this excellent microbial soil there is a strong dependency on the decreasing livestock breeders and on a reliably functioning transport logistics. The organic residues not suitable for animal feed must generally be disposed of as waste, although they also have considerable energy potential and plant nutrient content. At the same time, bioethanol production is being burdened to a considerable extent by rising energy prices, which are being compensated for due to the competitive pressure. Despite this situation, no example has been made known so far in industrial practice, according to which the predominantly moist biogenic residues from the bioethanol production would have been fed to a material and energy recovery. This also applies to the bioethanol production from sugarcane, in which at least considerable proportions of the required process energy come from the incineration of the resulting bagasse.

Allerdings werden mittels der thermischen Verwertung der feuchten Bagasse vergleichsweise nur geringe Anteile der benötigten Prozessenergie unter Inkaufnahme von Umweltbelastungen wegen der oft unzureichenden Abgasbehandlung gewonnen. Mit Hilfe des bekannten Dampf-Kraft-Prozesses wird ein Elektroenergieertrag von maximal 20 kWh Elektroenergie je t eingesetzter bis zu 78% Wasseranteil enthaltender feuchten Bagasse erreicht. Dieser Prozess kann deshalb kaum als energetische Verwertung bezeichnet werden. Dagegen wäre von einer stofflichen und energetischen Verwertung zu sprechen, wenn mittels Nassfermentation neben dem vollständigen Erhalt der Pflanzennährstoffe aus den wenigstens 22% trockener Biomasse in der feuchten Bagasse Biogas mit einem Heizwert von wenigstens 1000 kWh/t, davon wenigstens 350 kWh/t Elektroenergie, gewonnen würden. Bekannte technische Lösungen beschränken sich auf die Verwertung von Bioschlämmen aus der Abwasserbehandlung mittels Methanfermentation, womit nur vergleichsweise geringe Anteile des tatsächlich verfügbaren Potentials genutzt werden. Sowohl die praktisch ununterbrochen anfallenden Reststoffe als auch der nahezu konstante Energiebedarf hinsichtlich Elektroenergie, Wärmeenergie und Kälteenergie, sowie Motorkraftstoffen bilden nahezu ideale Voraussetzungen für die Nutzung von Verfahren der Methanfermentation zur Energiegewinnung aus regenerativen Quellen und zur gleichlaufenden Verwertung der anfallenden Fermentationsreste für die Düngemittelgewinnung. Deshalb hat es auch nicht an Versuchen gefehlt, den Stand der Technik dahin weiterzuentwickeln, dass unter Nutzung der biogenen Reststoffe insbesondere Beiträge zur Senkung des fossilen Energiebedarfs einer Brennerei geleistet werden können.However, by means of the thermal utilization of the moist bagasse, comparatively only small amounts of the required process energy are obtained at the expense of environmental pollution because of the often insufficient exhaust gas treatment. With the help of the known steam-power process, an electric energy yield of a maximum of 20 kWh electric energy per t used moist bagasse containing up to 78% water content is achieved. Therefore, this process can hardly be called energy recovery. In contrast, it would be to speak of a material and energy recovery, if by wet fermentation in addition to the complete preservation of the plant nutrients from the at least 22% dry biomass in the wet bagasse biogas with a calorific value of at least 1000 kWh / t, of which at least 350 kWh / t of electrical energy, would be won. Known technical solutions are limited to the utilization of biological sludges from wastewater treatment by means of methane fermentation, whereby only comparatively small amounts of the actually available potential are used. Both the practically uninterrupted residual materials and the almost constant energy demand for electric energy, thermal energy and cooling energy, as well as motor fuels form almost ideal conditions for the use of methane fermentation for energy production from renewable sources and concurrent utilization of the resulting fermentation residues for fertilizer production. Therefore, there has been no lack of attempts to further develop the state of the art that, using the biogenic residues especially contributions to reduce the fossil energy needs of a distillery can be made.

Die DE 3627253 C2 (1986) beschreibt beispielsweise ein Verfahren zur biologischen Behandlung von organische Stoffe enthaltenden Substraten, wobei die zentrale Behandlungsstufe für die feststoffabgereicherte Phase eines Biosubstrates und der in nachfolgenden Behandlungsschritten verflüssigten feststoffreichen Phasen des Biosubstrates ein Hydrolyse-Reaktor für den aeroben Abbau der im Biosubstrat enthaltenen organischen Stoffe ist. Zu der Behandlung der dabei anfallenden Hydrolysegase, die bekanntermaßen auch Fettsäuredämpfe aus der aeroben Spaltung von ausgewählten Phasen der eingetragenen Biostoffe enthalten, gibt die beschriebene Lösung jedoch keine Hinweise. Die aus dem Hydrolysereaktor ausgetragenen Substrate gelangen zu einem Teil ohne weitere Vorbehandlung in die Hydrolysestufe zurück. Die übrigen feststoffreichen Phasen werden nach mehreren Zwischenbehandlungen von verbleibenden ungelösten Bestandteilen abgetrennt und der weiteren fermentativen Behandlung entzogen.The DE 3627253 C2 (1986) describes, for example, a method for the biological treatment of substrates containing organic substances, wherein the central treatment stage for the solids-depleted phase of a biosubstrate and the solids-rich phases of the biosubstrate liquefied in subsequent treatment steps comprises a hydrolysis reactor for the aerobic degradation of the organic substances contained in the biosubstrate is. However, the solution described gives no indication of the treatment of the resulting hydrolysis gases, which are known to also contain fatty acid vapors from the aerobic decomposition of selected phases of the registered biostats. The discharged from the hydrolysis substrate return to a part without further pretreatment in the hydrolysis. The remaining solids-rich phases are separated after several intermediate treatments of remaining undissolved constituents and removed from the further fermentative treatment.

Die behauptete Eignung für die Verwertung von bekanntermaßen feststoffreichen Brennereireststoffen ist mangels dafür verfügbarer adaptierter Methanbakterienkulturen und mangels kulturerhaltender Fermentationstechnik für die offenbarte technische Lösung nicht gegeben.The alleged suitability for the utilization of known solid fuel distillates is not given for lack of adaptive Methanbakterienkulturen and lack of culture-preserving fermentation technology for the disclosed technical solution.

Weiterhin wird mit der DE 4000834 C2 (1990) eine technische Lösung zur Biomethanisierung von organischen Reststoffen von Brauereien bekannt gemacht, die prinzipiell auch für Brennereirückstände angewendet werden könnte. Sie sieht vor, den anfallenden Abwässern die üblichen Reststoffe aus dem unmittelbaren Produktionsprozess zuzusetzen und das mm extrem hoch organisch belastete Abwasser einem mehrstufigen Fermentationsprozess zu unterziehen. Das offenbarte Verfahren bedient sich dabei kaskadenförmig angeordneter Schlaufenreaktoren, die zumindest teilweise mit Füllkörpern gefüllt sind und durch komprimierte Prozessgase vollständig gemischt werden. Der erkannten Notwendigkeit einer hydrolytischen Vorbehandlung in einer ersten Fermentationsstufe wird erklärtermaßen durch chemische, enzymatische und fakultativ durch aerobe bis anaerobe Maßnahmen entsprochen. Offensichtlich im Interesse der energetischen Erschließung der überwiegend lignocellulose- und proteinhaltigen Schlempeinhaltsstoffe sollen diese vorzugsweise nach einer Zerkleinerung auf < 1,0 mm eingesetzt werden. Das beschriebene Verfahren unterstellt die Möglichkeit, den anfallenden Gärresten der letzten anaeroben Behandlungsstufe mittels Ultrafiltration ein Reinwasser entziehen zu können, das jedoch zugleich Quelle eines zusätzlichen Entgasungsprozesses sein soll. Eine Nachfaulstufe soll zur weiteren Feststoffreduktion und eine aerobe Nachbehandlungsstufe zur Geruchseliminierung und Stickstoffreduktion genutzt werden. Der theoretische Ansatz dieses Vorschlages widerspricht in mehrfacher Hinsicht vielfach bestätigten praktischen Erfahrungen und konnte folgerichtig keinen Eingang in die moderne Brennereitechnik finden. So ist es bekanntermaßen grundsätzlich nicht möglich, in vollständig durchmischten Fermentern eine für die Verwertung der lignocellulose- und proteinreichen Einsatzstoffe geeignete spezielle Bakterienkultur ausreichend stabil verfügbar zu erhalten. Das anerkannte Erfordernis der Vorhydrolyse von Biosuspensionen mit Brennereireststoffen ist hingegen durch Enzymzugabe oder durch anaerobe Behandlung nur zu erfüllen, wenn Zusatzstoffkosten keine Rolle spielen, oder wenn großvolumige zusätzliche Anaerobsysteme verfügbar sind. In der vorgeschlagenen technischen Lösung dient die aerobe Stickstoffreduktion der Gärreste nach dem mehrstufigen Fermentationsprozess ausschließlich der Gewinnung von gering belastetem Abwasser bei Inkaufnahme der Rückführung der reduzierten Stickstofffracht in die Atmosphäre. Furthermore, with the DE 4000834 C2 (1990) published a technical solution for the biomethanization of organic residues from breweries, which could in principle also be applied to distillery residues. It envisages adding the usual waste materials from the immediate production process to the wastewater and subjecting the wastewater, which is extremely contaminated with organic waste, to a multi-stage fermentation process. The disclosed method makes use of cascaded loop reactors, which are at least partially filled with random packings and completely mixed by compressed process gases. The perceived need for hydrolytic pretreatment in a first fermentation stage is said to be met by chemical, enzymatic and optionally by aerobic to anaerobic means. Obviously in the interest of the energetic development of predominantly lignocellulosic and protein-containing vinification constituents, these should preferably be used after comminution to <1.0 mm. The process described assumes the possibility of being able to extract a pure water by ultrafiltration from the fermentation residues of the last anaerobic treatment stage which, however, should at the same time be the source of an additional degassing process. A refining step should be used for further solids reduction and an aerobic aftertreatment step for odor elimination and nitrogen reduction. The theoretical approach of this proposal contradicts in many respects often confirmed practical experience and could logically no input into the modern distillery technology. Thus, it is generally known that it is fundamentally not possible to obtain sufficiently stable available, in completely mixed fermenters, a special bacterial culture suitable for the utilization of the lignocellulosic and protein-rich starting materials. The acknowledged requirement of prehydrolysis of biosuspensions with distillate residuals, however, can only be met by enzyme addition or by anaerobic treatment, if additive costs are irrelevant, or if large-volume additional anaerobic systems are available. In the proposed technical solution, the aerobic nitrogen reduction of the digestate after the multi-stage fermentation process is used exclusively for the recovery of low-polluted wastewater at the expense of recycling the reduced nitrogen load into the atmosphere.

Hingegen sollen Eluate aus einzelnen Fermentationsstufen zur Steuerung optimaler C-N-P-Verhältnisse in den jeweiligen Gärsubstraten in andere Fermentationsstufen zurückgeführt werden. Damit wird eine entscheidende Voraussetzung für die Aufrechterhaltung eines nachhaltigen Fermentationsprozesses unbeachtet gelassen, gemäß der eine Entfrachtung des geschlossenen Fermentationssystem von Stickstoff- und Schwefelverbindungen zur Vermeidung des Entstehens toxischer Konzentrationen dieser Verbindungen im Gärsubstrat unverzichtbar ist. Das ist vor allem deshalb beachtlich, da in Form der Ethanolschlempen protein- und damit stickstoff- und schwefelreiche Substrate in den Fermentationsprozess eingeführt werden.On the other hand, eluates from individual fermentation stages should be recycled to other fermentation stages to control optimal C-N-P ratios in the respective fermentation substrates. Thus, a key condition for maintaining a sustainable fermentation process is ignored, according to which delousing the closed fermentation system of nitrogen and sulfur compounds to avoid the formation of toxic concentrations of these compounds in the fermentation substrate is indispensable. This is particularly noteworthy, since in the form of ethanol sludge protein and thus nitrogen and sulfur rich substrates are introduced into the fermentation process.

Die DE 4226087 A1 (1992) beschreibt u. a. ein Verfahren zur biologischen Aufbereitung organischer Substanzen, insbesondere zur anaeroben biologischen Hydrolyse zur anschließenden Biomethanisierung. Der offenbarte technische Vorschlag versucht die Aufgabe zu lösen, die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren einfacher und effizienter auszugestalten und insbesondere ein Steuerungskonzept bereitzustellen, durch das der pH-Wert, die Feststoffkonzentration und die Feststoffverweilzeit unabhängig voneinander einstellbar sind. Die wesentlichen Mittel dieser technischen Lösung bestehen darin, dass in einer ersten anaeroben Hydrolysestufe die überwiegend gelösten organischen Bestandteile einer Biosuspension und in einer zweiten Anaerob-Stufe eine feststoffreiche Fraktion der zu behandelnden Biosuspension hydrolytisch versauert werden, damit in einer dritten Behandlungsstufe beide Hydrolysate der Methanisierung unterzogen werden können. Auch mit diesen Vorschlägen ist es aus mehreren Gründen nicht möglich, den Prozess der stofflichen und energetischen Verwertung von Brennereireststoffen mit der erforderlichen energetischen Effizienz und Stabilität zu führen. Weder kann mit den vorgeschlagenen Prozeduren der tatsächliche und zeitlich gegebenenfalls auch wechselnde Reststoffstrom einer Brennerei wegen der erforderlichen pH-Wert-Steuerung nachhaltig behandelt werden, noch steht die noch vor der Methanisierungsstufe aus dem Anaerobprozess auszuschleusende Feststofffraktion für die weitere energetische Nutzung zur Verfügung. Außerdem fehlen jegliche Voraussetzungen für die Begrenzung der Gehalte an Stickstoff- und Schwefelverbindungen im Gärsubstrat auf Konzentrationen unterhalb der Toxizitätsschwelle, wenn dem System proteinreiche Brennereireststoffe zugeführt werden sollen.The DE 4226087 A1 (1992) describes inter alia a method for the biological treatment of organic substances, in particular for anaerobic biological hydrolysis for subsequent biomethanization. The disclosed technical proposal seeks to solve the problem simpler and more efficient to design the methods known from the prior art and in particular to provide a control concept by which the pH, the solids concentration and the Feststoffverweilzeit are independently adjustable. The essential means of this technical solution are that in a first anaerobic hydrolysis step, the predominantly dissolved organic constituents of a biosuspension and in a second anaerobic stage a solids-rich fraction of the biosuspension to be treated are hydrolytically acidified so that in a third treatment stage, both hydrolyzates undergo methanation can be. Even with these proposals, it is not possible for many reasons to carry out the process of material and energy recovery of distillate residues with the required energy efficiency and stability. Neither can with the proposed procedures, the actual and temporally possibly changing residual flow of a distillery because of the required pH control sustainably treated, nor is still ausschlleusende before the methanation from the anaerobic solids fraction for further energy use available. In addition, any preconditions for limiting the levels of nitrogen and sulfur compounds in the fermentation substrate to concentrations below the toxicity threshold are lacking if protein-rich distillate residues are to be added to the system.

Die DE 19613397 C2 (1992) beschreibt ein Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwasser, das sich insofern vom damals verfügbaren bekannten Stand der Technik unterscheidet, dass die aufzubereitende Biosuspension in Form eines Abwassers zunächst einer Phasentrennung unterzogen wird, wobei lediglich die feststoffreiche Phase dem Fermenter direkt zugeführt wird. Die feststoffarme Phase aus dieser Prozessstufe soll einer Ammoniak-Strippung zugeführt werden, obwohl im Falle der Ethanolschlempen das Stickstoffinventar bekanntermaßen zunächst überwiegend in Proteinform vorliegt und daraus Ammonium erst durch den anaeroben Fermentationsprozess gebildet wird. Gemäß der vorgeschlagenen technischen Lösung dient der beschriebene Versuch der Stickstoffausschleusung mit Sicherheit nicht der Vermeidung der Stickstoffanreicherung bis zu toxischen Konzentrationen im Fermentationsprozess. Die aerobe Hydrolyse des Ablaufs aus der Ammoniak-Strippung hat damit nahezu keinen Einfluss auf die erforderliche Auflösung des Lignocelluloseverbundes und auf die Erschließung des Energiepotentials der mit den Brennereireststoffen eingetragenen lignocellulosereichen Ethanolschlempen.The DE 19613397 C2 (1992) describes a process for the biological purification of wastewater, which differs from the prior art available at that time, in that the biosuspension to be treated in the form of a waste water is first subjected to a phase separation, wherein only the solids-rich phase is fed directly to the fermenter. The low-solids phase from this process stage is to be fed to an ammonia stripping, although in the case of ethanol sludge the nitrogen inventory is known to be predominantly present in protein form and ammonium is formed from it only by the anaerobic fermentation process. According to the proposed technical solution is the described attempt of the nitrogen discharge with certainty not avoid nitrogen enrichment up to toxic concentrations in the fermentation process. The aerobic hydrolysis of the effluent from the ammonia stripping thus has virtually no influence on the required dissolution of the lignocellulose composite and on the development of the energy potential of the lignocellulose-rich ethanol vapors introduced with the distillery residues.

Mit der DE 19615551 C2 (1996) wird u. a. eine technische Lösung beschrieben, die der mehrstufigen Behandlung von Biomassen zur Erzeugung von Biogas dient. Das entwickelte Verfahren soll der Lösung der Aufgabe dienen, mit einem minimalen Aufwand an Investition- und Betriebskosten einen maximalen Abbau der Zellinhalte der biologischen Abfallstoffe zu erreichen. Bei kurzen Verweilzeiten der Biomasse im anaeroben Milieu muss ein wirtschaftlich nutzbares Gasgemisch aus Methan und Kohlendioxid gewinnbar sein, wobei die Biogasmenge zu maximieren und die nachzuverrottende Gärkompostmenge zu minimieren ist. Dazu soll das Einsatzgut zunächst von nicht biologisch abbaubaren Begleitstoffen durch Siebung und Metallabscheidung befreit sowie durch Nachzerkleinerung aufbereitet werden. Danach soll die einetzende Versäuerung durch Zwischenpufferung des zu behandelnden Gärsubstrates in einem Vorhydrolysebehälter intensiviert werden. Zum Zwecke der Vergrößerung der Angriffsflächen für die Mikroorganismen ist vorgesehen, die Auflösung der Zellstrukturen durch Ultraschallbehandlung zu bewirken.With the DE 19615551 C2 (1996), inter alia, a technical solution is described, which serves the multi-stage treatment of biomass for the production of biogas. The developed method is intended to solve the problem of achieving a maximum reduction of the cell contents of the biological waste with a minimum investment and operating costs. In the case of short residence times of the biomass in the anaerobic environment, an economically usable gas mixture of methane and carbon dioxide must be obtainable, whereby the amount of biogas to be maximized and the post-rotting fermentation compost quantity to be minimized. For this purpose, the feed should first be freed of non-biodegradable by-products by screening and metal deposition and processed by post-shredding. Thereafter, the acidifying acidification is to be intensified by intermediate buffering of the fermentation substrate to be treated in a prehydrolysis tank. For the purpose of increasing the attack surfaces for the microorganisms is intended to effect the dissolution of the cell structures by ultrasonic treatment.

Danach erfolgt die Herstellung einer Biosuspension durch Vermischen des Gärsubstrates mit aktive Biomasse enthaltendem Prozesswasser in einem statischen Mischer. Nun wird die erzeugte Biosuspension bei Temperaturen für den mesophilen Abbauprozess unter Zugabe von Luft einer aeroben Hydrolysebehandlung unterworfen.This is followed by the production of a biosuspension by mixing the fermentation substrate with process water containing active biomass in a static mixer. Now, the biosuspension produced at temperatures for the mesophilic degradation process with the addition of air is subjected to an aerobic hydrolysis treatment.

Dabei soll es trotz des Einbringen von Luft zu einer Schwimm-Sink-Trennung und zur Austreibung von Schwefelwasserstoff kommen. Nun wird die anfallende Flüssigphase mit den enthaltenden organischen Säuren auf Temperaturen für thermophile Kulturen erwärmt und unter Zugabe von weiterem Prozesswasser dem Methanreaktor zugeführt. Die offensichtlich im Hydrolysebehälter anfallende Feststoffphase wird entwässert, einer Nachrotteeinheit zugeführt bzw. erneut hydrolysiert. Bemerkenswert ist der Vorschlag, den Methanisierungsteil so auszulegen, dass die einzelnen Gärbehälter jeweils nur für die Aufnahme einer Tagesmenge des anfallenden Einsatzgutes ausgelegt sind, so dass die postulierte Verweilzeit gewährleistet werden kann, weil Kurzschlussströme sicher vermieden werden. Die schonende vollständige Umwälzung des Gärsubstrates in den Gärbehältern wird unter Vermeidung von so genannten Totzonen durch rezirkuliertes eingepresstes Biogas gewährleistet. Ebenso, wie beim Hydrolysebehälter, werden auch aus dem Methanreaktor die nicht vollständig abgebauten Feststoffe mittels Austragsschnecke abgezogen, entwässert und aerob nachverrottet. Die wässrigen Anteile der Gärreste werden dekantiert, in einem Prozesswassertank gesammelt und von dort als Wärmeträger und Anmaischwasser für den Hydrolyseprozess oder zur Befeuchtung der Nachrotteeinheit und des Biofilters eingesetzt. Das vorgeschlagene Verfahren ist ganz offensichtlich für die Beseitigung biogener Abfallstoffe konzipiert und aus mehreren Gründen nicht für die effiziente stoffliche und energetische Verwertung von Brennereireststoffen geeignet. Zwar ist eine mehrstufige aerobe Vorhydrolyse der suspendierten Biomassen vorgesehen, jedoch sind weder Maßnahmen zur Vermeidung toxischer Konzentrationen von Stickstoff- und Schwefelverbindungen im Gärmedium vorgesehen, wie sie für den Einsatz von besonders proteinreichen Brennereireststoffen unerlässlich sind. Weiterhin werden die zunächst nicht gelösten Anteile der eingesetzten Biomassen, wie sie insbesondere für Brennereischlempen in Form der lignocellulosischen Anteile der Schlempen typisch sind, als Sink- und/oder Schwimmschlämme aus den einzelnen Prozessstufen ausgeschleust und nach einer Entwässerung einer aeroben Verrottung zugeführt. Die aerobe Verrottung benötigt in erster Linie Prozessenergie und führt zum Verlust spürbarer Anteile des enthaltenen Inventars an düngewirksamen Stickstoff- und Schwefelverbindungen. Eine spezielle für die Fermentation von lignocellulosischen Biomassen adaptierte Bakterienkultur steht weder zur Verfügung, noch ist deren Einsatz vorgesehen und könnte auch in den jeweils vollständig durchmischten Gärbehältern nicht erhalten und reproduziert werden.It should come despite the introduction of air to a sink-float separation and the expulsion of hydrogen sulfide. Now the resulting liquid phase is heated with the containing organic acids to temperatures for thermophilic cultures and fed to the methane reactor with the addition of further process water. The solid phase which obviously arises in the hydrolysis vessel is dehydrated, fed to a post-rotting unit or hydrolyzed again. It is worth noting the proposal to interpret the methanization so that the individual fermentation tanks are each designed only for receiving a daily amount of the resulting feed, so that the postulated residence time can be guaranteed, because short-circuit currents are reliably avoided. The careful complete circulation of the fermentation substrate in the fermentation tanks is ensured by avoiding so-called dead zones by recirculated injected biogas. Likewise, as in the case of the hydrolysis vessel, the solids which have not been completely degraded are removed from the methane reactor by means of a discharge screw, dewatered and post-aerobically retted. The aqueous fractions of the fermentation residues are decanted, collected in a process water tank and used from there as a heat carrier and mashing water for the hydrolysis or moistening the Nachrotteeinheit and the biofilter. The proposed method is obviously designed for the disposal of biogenic waste and, for a number of reasons, is not suitable for the efficient recycling of energy and energy from distillate residues. Although a multistage aerobic prehydrolysis of the suspended biomass is envisaged, neither measures to prevent toxic concentrations of nitrogen and sulfur compounds in the fermentation medium are provided, as they are indispensable for the use of particularly protein-rich distillate. Furthermore, the initially undissolved portions of the biomass used, as are typical in particular for Brennereischlempen in the form of lignocellulosic fractions of vats, discharged as sinking and / or scum from the individual process stages and fed to a dehydration aerobic rotting. The aerobic decomposition primarily requires process energy and leads to the loss of appreciable portions of the contained inventory of fertilizer nitrogen and sulfur compounds. A special adapted for the fermentation of lignocellulosic biomass bacterial culture is neither available, nor is their use provided and could not be obtained and reproduced in the respective completely mixed fermentation tanks.

Die DE 10 2004 030 482 B4 (2004) beschreibt ein Verfahren zur Aufbereitung von Abwässern aus der Bearbeitung und Aufbereitung von organischen Abfällen. Diese technische Lösung enthält u. a. den Vorschlag, zumindest einen Teil der zu verwertenden organischen Einsatzstoffe nicht der Fermentationsstufe, sondern erst der ersten vorzugsweise mechanischen Phasentrennung der anfallenden Gärreste als Flockungsmittel dem so genannten Trübablauf dieser Verfahrensstufe zuzusetzen, um damit einen für die vorgesehenen nachgeschalteten Membran-Filtrationsstufen geeigneten Klarablauf zu erreichen. Der Vorschlag enthält weiterhin den Hinweis, der vorgesehenen Umkehrosmose eine flüssige Phase zuzuführen, die durch Säurezufuhr sowohl die Bildung von sauren Ammoniumverbindungen ermöglicht als auch die Freisetzung von Ammoniak behindert. Schließlich soll der eigentliche Fermentationsprozess vor dem Aufbau toxischer Ammoniumkonzentrationen im Gärsubstrat dadurch geschützt werden, dass durch Zusatz von Umkehrosmose-Permeat als Ansetzwasser bei der Erzeugung einer fermentierbaren Biosuspension eine Konzentrationsverdünnung von Hemmstoffen für den Fermentationsprozess erzielt wird. Auch diese technische Lösung tragt den Anforderungen an die stoffliche und energetische Verwertung von Reststoffen des Brennprozesses nicht Rechnung, zumal die energiereichen Feststoffphasen der zu verwertenden organischen Abfälle frühzeitig und teilweise ohne jegliche fermentative Behandlung aus dem biotechnologischen Energiegewinnungsprozess ausgeschleust werden.The DE 10 2004 030 482 B4 (2004) describes a process for the treatment of waste water from the processing and treatment of organic waste. This technical solution contains, inter alia, the suggestion to add at least a portion of the organic feedstock not to the fermentation stage, but only the first preferably mechanical phase separation of the resulting digestate as flocculant the so-called turbidity of this process stage, thus one for the intended downstream membrane filtration stages to achieve a suitable course of action. The proposal also includes the advice to provide the proposed reverse osmosis a liquid phase, which allows both the formation of acidic ammonium compounds by acid addition and obstructs the release of ammonia. Finally, the actual fermentation process should be protected from the build-up of toxic ammonium concentrations in the fermentation substrate by adding Reverse osmosis permeate as Ansetzwasser in the production of a fermentable biosuspension concentration dilution of inhibitors for the fermentation process is achieved. This technical solution does not meet the requirements of the material and energy recovery of residues of the firing process, especially since the high-energy solid phases of the organic waste to be recycled are discharged early and partially without any fermentative treatment from the biotechnological energy production process.

Das in der Zeitschrift Brauerei-Forum, Ausgabe 9/2006, unter dem Titel „Treber vergären zu Biogas” beschriebene Verfahren sieht den Zusatz von bis zu etwa 15% Biertreber zu anderen Reststoffen der Pflanzenproduktion und der Lebensmittelindustrie vor. Ein solches Verfahren sollte wegen der qualitativen Ähnlichkeit von Braureststoffen und Brennereireststoffen auch für Brennereischlempen geeignet sein. In der beschriebenen Verfahrenskette sind Verfahrensschritte für die Vermeidung von Aufkonzentrationen von so genannten Hemmstoffen im Fermentationsprozess nicht vorgesehen. Das Einsatzstoffgemisch wird zunächst eine Stunde lang bei 70°C hygienisiert und danach unter Einsatz von Versäuerungsbakterien hydrolysiert. Das erzeugte Hydrolysat wird anschließend in Methanfermentern behandelt. Trotz der vermeintlich kompletten Ausgärung werden danach aus den feuchten Biertrebern maximal 130 m3 Biogas mit 60 V-% Methan je t Einsatzgut gewonnen. Bezogen auf die in Biertrebern bekanntlich enthaltene organische Trockensubstanz in Höhe von wenigstens 220 kg/t entspricht diese Angabe einem Energieertrag in Höhe von 3,5 kWh/kg oTS.That in the magazine Brewery Forum, Issue 9/2006, titled "Grain Fermenting to Biogas" described method provides for the addition of up to about 15% spent grains to other residues of crop production and the food industry. Such a process should also be suitable for distillery mixes because of the qualitative similarity of burr solids and distillate solids. In the process chain described process steps for the avoidance of concentrations of so-called inhibitors in the fermentation process are not provided. The feed mixture is first sanitized for one hour at 70 ° C and then hydrolyzed using acidification bacteria. The hydrolyzate produced is then treated in methane fermenters. Despite the allegedly complete fermentation, a maximum of 130 m 3 of biogas with 60% methane per tonne of input material is extracted from the moist spent grains. Based on the organic dry matter of at least 220 kg / t, which is known to be present in spent grains, this information corresponds to an energy yield of 3.5 kWh / kg oTS.

Dieser Wert entspricht lediglich etwa 65% des spezifischen Energieertrages, der von den Treberinhaltsstoffen aus einer wirksamen Fermentation erwartet werden kann. Zudem kommt es nach der Beschreibung der angewendeten Technik zu keinerlei Medien-Rezirkulation, wobei die anfallenden Gärreste entweder unbehandelt düngetechnisch genutzt werden oder in einer eigenen Abwasserbehandlungsanlage zu vorflutfähigem Abwasser und zu einem feststoffreichen Rottestoff aufbereitet werden.This value represents only about 65% of the specific energy yield that can be expected from the spent grains ingredients from an effective fermentation. In addition, according to the description of the technique used, there is no recirculation of the media, the resulting fermentation residues being used either untreated by fertilizer technology or being treated in a separate wastewater treatment plant to produce wastewater that flooded with sewage and a solids-rich rotting material.

Die DE 10 2007 004 135 A1 (2007) benennt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vergärung von Biomassen und soll ausdrücklich auch für die Verwertung von organischen Reststoffen aus dem Brauprozess geeignet sein, wobei es bei einer tatsächlich bestehenden Eignung auch für die Bioethanolgewinnung nutzbar sein musste. Der entwickelte Vorschlag sieht dazu die Nutzung eines dem Anaerob-Fermentersystem nachgeschalteten Stapelbehälters für die anfallenden Gärreste vor, wo dem Gärrest membrantechnisch ein Teil der wässrigen Phase entzogen werden soll, um die verbleibende teilweise entwässerte Substanz in den Fermentationsprozess erneut zurückzuführen. Dieser Vorschlag enthält weder eine Lösung für den Einsatz und die nachhaltige Reproduktion einer adaptierten Kultur für die lignocellulosereichen Reststoffe noch Maßnahmen zur Vermeidung von Überfrachtungen der Fermentationsstufe mit Stickstoff- und Schwefelverbindungen, deren Bildung bei Einsatz von in hohem Maße proteinhaltigen Reststoffen aus den Brau- oder Bioethanolgewinnungsprozessen unvermeidlich ist. Die an sich als hilfreiche Maßnahme vorgesehene mehrfache Behandlung zumindest eines Teils der eingesetzten Feststofffraktion führt mangels gezielter hydrolytischer Behandlungen keinesfalls zu den erforderlichen Energieausbeuten.The DE 10 2007 004 135 A1 (2007) identifies a method and a device for the fermentation of biomass and should expressly be suitable for the utilization of organic residues from the brewing process, whereby it also had to be usable for the bioethanol production if it were actually suitable. The developed proposal provides for the use of a the anaerobic fermenter system downstream stack container for the resulting fermentation residues, where the digestate membrane technology part of the aqueous phase should be withdrawn to return the remaining partially dehydrated substance in the fermentation process again. This proposal contains neither a solution for the use and the sustainable reproduction of an adapted culture for the lignocellulosereichen residuals nor measures to avoid Überfrachtungen the fermentation stage with nitrogen and sulfur compounds, their formation when using highly proteinaceous residues from the brewing or Bioethanolgewinnungsprozessen is inevitable. The multiple treatment of at least part of the solids fraction used as a helpful measure in no way leads to the required energy yields due to the lack of targeted hydrolytic treatments.

Die DE 20 2008 014 330 U1 (2008) beschreibt eine Vorrichtung zur Energieversorgung einer Brauerei, mit der u. a. Mittel zur Hydrolyse und Vergärung von Brauereireststoffen bezeichnet werden. Eine derartige technische Lösung muss gleichermaßen für eine Bioethanolgewinnungsstätte geeignet sein. Die mit dem erfindungsgemäßen Vorschlag zu lösende Aufgabe besteht allerdings in einer Verbesserung der Energieversorgung. Dies soll in erster Linie mit der Kopplung von verschiedenen Techniken zur Gewinnung von elektrischer und thermischer Energie aus regenerativen Quellen erreicht werden. Der Vorschlag sieht bevorzugt die getrennte Hydrolyse für jeden der verfügbaren Einsatzstoffe vor, ohne Angaben zur Art der Hydrolyse aufzuzeigen.The DE 20 2008 014 330 U1 (2008) describes a device for supplying energy to a brewery, which, among other things, means for the hydrolysis and fermentation of brewery solids. Such a technical solution must equally be suitable for a bioethanol production site. The object to be solved by the proposal according to the invention, however, is to improve the energy supply. This is to be achieved primarily with the coupling of different techniques for the production of electrical and thermal energy from renewable sources. The proposal preferably provides for separate hydrolysis for each of the available feedstocks without indicating the nature of the hydrolysis.

Den nach den Hydrolysestufen anfallenden wässrigen Substraten werden anschließend die festen Phasen entzogen und vom weiteren biotechnologischen Prozess ferngehalten. Der Fermentationsstufe sollen nur die vergleichsweise energiearmen feststoffentfrachteten Medien zugeführt werden, ohne einen Hinweis zu geben, wie die in den Gärsubstraten gelösten Stickstoff- und Schwefelverbindungen aus dem Einsatz der proteinreichen Reststoffe vor einer Aufkonzentration im Fermentationsprozess behandelt werden sollen.The aqueous substrates obtained after the hydrolysis stages are then removed from the solid phases and kept away from the further biotechnological process. The fermentation stage, only the comparatively low-energy solids-depleted media are to be supplied without giving an indication of how the dissolved in the fermentation substrates nitrogen and sulfur compounds from the use of protein-rich residues to be treated before concentration in the fermentation process.

Die DE 10 2008 060 140 A1 (2008) beschreibt ein Biertreberhydrolyseverfahren, das bei entsprechender Eignung prinzipiell wegen der stofflichen Ähnlichkeit des Biertrebers mit den Schlempeinhaltsstoffen auch für die Ethanolherstellung geeignet sein müsste. Es sieht vor, die verfügbaren protein- und lignocellulosereichen Biertreber zunächst mit Abwasser und Schlamm zu vermischen und einem ersten Hydrolyseprozess zuzuführen. Das erzeugte Hydrolysat soll dann in einer Phasentrennung in eine feststoffreiche und in eine feststoffarme Fraktion getrennt werden, wobei die feststoffreiche Fraktion unter Laugeeinsatz einem Feststoffaufschluss unterworfen wird. Das aus dem Laugenaufschluss entstehende Medium wird danach erneut einer Phasentrennung zugeführt und die dabei gewonnene feststoffreiche Fraktion in einem zweiten Hydrolyseprozess erneut einem Laugenaufschluss unterworfen. Nach erneuter Phasentrennung soll die feststoffarme Fraktion einer dritten Hydrolysestufe zugeführt werden, während die feststoffreiche Fraktion gegebenenfalls mit anderen biogenen Braureststoffen, wie Etiketten u. dgl., getrocknet und für eine anschließende Verbrennung kompaktiert wird. Das aus der dritten Hydrolysestufe anfallende Substrat soll schließlich einem Vergärungsprozess zugeführt werden. Eine spezielle Starterkultur, die vorzugsweise aus parallelen Anlagen entnommen oder speziell in Kleinanlagen gezüchtet werden muss, soll bereits in der ersten Hydrolysestufe, die zudem bevorzugt bei 60°C zu betreiben ist, zum Einsatz kommen. Ganz offensichtlich wird von anaeroben Hydrolyseprozessen gesprochen, bei denen die aktiven Bakterienkulturen die erforderlichen Versäuerungsenzyme selbst bilden. Für die mit den Braureststoffen eingesetzten Fette, Proteine und Kohlenhydrate wird die hydrolytische Vorbehandlung an sich nicht benötigt, bestenfalls für die beschleunigte Prozessführung in der Fermentationsstufe.The DE 10 2008 060 140 A1 (2008) describes a Biertreber hydrolysis process, which would have to be suitably suitable in principle because of the material similarity of the spent grains with the Schlempeinhaltsstoffen for ethanol production. It plans to first mix the protein and lignocellulose-rich spent grains with sewage and sludge and to feed them into a first hydrolysis process. The hydrolyzate produced is then to be separated in a phase separation in a high-solids and in a low-solids fraction, wherein the high-solids fraction is subjected under liquor use a solids digestion. The resulting from the lye digestion medium is then again one Phase separation fed and subjected to the high-solids fraction obtained in a second hydrolysis again subjected to a lye digestion. After renewed phase separation, the low-solids fraction of a third hydrolysis stage is to be supplied, while the high-solids fraction optionally with other biogenic Braureststoffen such as labels u. Like., Dried and compacted for subsequent combustion. The resulting from the third stage hydrolysis substrate is finally fed to a fermentation process. A special starter culture, which preferably has to be taken from parallel plants or grown specially in small plants, should already be used in the first hydrolysis stage, which is also preferred to be operated at 60 ° C. Obviously, anaerobic hydrolysis processes are used in which the active bacterial cultures produce the necessary acidification enzymes themselves. For the fats, proteins and carbohydrates used with the brewing substances hydrolytic pretreatment is not required per se, at best for the accelerated process control in the fermentation stage.

Das regelmäßige Neutralisieren der mehr oder weniger sauren Hydrolysate aus den einzelnen Hydrolysestufen durch Laugenzugabe führt nicht erkennbar zu dem Ergebnis, dass die insbesondere mit den Biertrebern oder den Ethanolschlempen eingesetzten lignocellulosischen Stoffanteile für den anschließenden Fermentationsprozess aufgeschlossen werden. Diese energiereichen Anteile aus den eingesetzten Reststoffen finden sich mit hoher Sicherheit in der auszuschleusenden feststoffreichen Fraktion nach der zweiten Hydrolysestufe und tragen mit deutlich über 70% Feuchtegehalt nach einer energieaufwendigen Trocknung kaum zum Energiegewinn für den Brau- oder den Ethanolgewinnungsprozess bei. Selbst bei Verfügbarkeit einer den Hydrolyseprozess unterstützenden Startkultur kann diese bei den genannten Temperaturen von 60°C den Methanisierungsprozess in der nachgeschalteten Fermentationsstufe kaum wirksam unterstützen, weil die dort erforderlichen Mikroorganismen entweder im Temperaturbereich zwischen 30 und 40°C als mesophile Kultur oder im Temperaturbereich zwischen 48 und 55°C als thermophile Kultur bekanntermaßen andere Zusammensetzungen aufweisen.The regular neutralization of the more or less acidic hydrolyzates from the individual hydrolysis stages by addition of alkali does not lead to the result that the lignocellulosic constituents used in particular with the spent grains or the ethanol slurries are digested for the subsequent fermentation process. These high-energy components of the residual materials used can be found with high reliability in the precipitated high-solids fraction after the second hydrolysis stage and contribute significantly more than 70% moisture content after energy-intensive drying hardly to energy for the brewing or ethanol extraction process. Even if a starting culture which supports the hydrolysis process is available, it can scarcely support the methanation process in the downstream fermentation stage at the stated temperatures of 60.degree. C., because the microorganisms required therein either in the temperature range between 30 and 40.degree. C. as mesophilic culture or in the temperature range between 48.degree and 55 ° C as thermophilic culture are known to have other compositions.

Mit der DE 10 2010 005 818 A1 (2010) wird ein energetisch optimiertes Verfahren zum Betreiben einer Bioethanolgewinnungsanlage bekannt gemacht. Ein solches Verfahren gehört insbesondere deshalb zum Suchbereich eines Fachmannes, weil sowohl die Schlempen aus einer Bioethanolgewinnung als auch die Treber aus der Bierherstellung gleichermaßen wässrige Substrate mit überwiegenden Protein- und Lignocellulosegehalten sind. Im Anfallzustand besitzen lediglich die Ethanolschlempen einen geringeren Trockensubstanzgehalt als die Biertreber. Der offengelegte Vorschlag macht gemäß der gestellten Aufgabe lediglich Aussagen dazu, dass die im Prozess der Bioethanolgewinnung anfallenden Schlempen einer Methanfermentation zugeführt werden. Dort würden die in den Schlempen enthaltenen gelösten organischen Verbindungen überwiegend zu Biogas umgesetzt und damit die wässrige Phase des Gärrestes wenigstens teilweise für die Substitution des erforderlichen Frischwassers für den Maischeprozess genutzt werden können. Zur Vermeidung einer zusätzlichen Belastung des Maischeprozesses der Ethanolanlage soll dem rückgeführten Gärrest vor dem Wiedereinsatz die feststoffreiche Phase entzogen werden.With the DE 10 2010 005 818 A1 (2010) announces an energetically optimized process for operating a bioethanol production plant. Such a method is therefore part of the search range of a specialist, because both the sludge from a bioethanol production and the spent grains from beer production are equally aqueous substrates with predominant protein and lignocellulose contents. When seized, only the ethanol vapors have a lower dry matter content than the spent grains. According to the stated task, the proposed proposal only makes statements that the vapors produced in the bioethanol production process are fed into a methane fermentation. There, the dissolved organic compounds contained in the vinasses would be converted predominantly to biogas and thus the aqueous phase of the digestate can be used at least partially for the substitution of the required fresh water for the mashing process. In order to avoid an additional burden on the mashing process of the ethanol plant, the solids-rich phase should be withdrawn from the recycled digestate before reuse.

Einer Aufkonzentration von gelöstem Schwefelwasserstoff und Ammonium im rückgeführten Gärrest soll durch entsprechende Abreicherungsschritte vorgebeugt werden. Weitere Hinweise können dem genannten Vorschlag nicht entnommen werden.A concentration of dissolved hydrogen sulfide and ammonium in the recirculated digestate should be prevented by appropriate depletion steps. Further information can not be found in the above proposal.

Zusammenfassende Kritik am bekannten Stand der TechnikSummary Criticism of the Prior Art

Den bisher bekannt gemachten technischen Lösungen haftet der gemeinsame Mangel an, dass eine Monofermentation der biogenen Brennereireststoffe mit der erforderlichen biotechnologischen Stabilität und ohne beachtliche Zugabe von Verdünnungsstoffen, wie Frisch- oder Abwässer, nicht gewährleistet werden kann. Außerdem sind geeignete Vorschläge für eine wirksame Vorbereitung der energiereichen lignocellulosischen Anteile an den verfügbaren Brennereireststoffen für die Biogasgewinnung bisher nicht offenbart worden. Schließlich ist den bisher veröffentlichten Quellen auch kein nutzbarer Hinweis zu entnehmen, wie den hohen Proteingehalten der Brennereireststoffe und den daraus resultierenden Systembelastungen der als Hemmstoffe für den biotechnologischen Prozess wirkende Stickstoff- und Schwefelverbindungen begegnet werden kann. Folgerichtig hat auch keiner der bisher bekannt gemachten Vorschläge Eingang in die industrielle Ethanolgewinnungspraxis finden können.The technical solutions hitherto disclosed adhere to the common deficiency that monofermentation of the biogenic distillate residues with the required biotechnological stability and without considerable addition of diluents, such as fresh or waste water, can not be guaranteed. In addition, suitable proposals for effective preparation of the high-energy lignocellulosic fractions of the available distillate residues for biogas production have not been disclosed. Finally, the sources published so far also no useful hint to see how the high protein content of Brennereireststoffe and the resulting system load of acting as inhibitors for the biotechnological process nitrogen and sulfur compounds can be met. Consequently, none of the proposals made so far has been able to find its way into industrial ethanol production practice.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb in der Überwindung der Mängel der bekannten technischen Problemlösungen. Insbesondere sollen mit Hilfe der Erfindung bei der Bioethanolherstellung technische, logistische, energetische und ökologische Verbesserungen ermöglicht werden, die zu einer nachhaltigen Kostensenkung und zu verbesserten Wettbewerbspositionen führen sollen. Die anzustrebende Unabhängigkeit vom fossilen Energiemarkt einerseits und vom konventionellen Futtermittelmarkt andererseits wird dabei als Voraussetzung für eine stabile und berechenbare Bioethanolproduktion betrachtet. Insbesondere soll die ausschließliche stoffliche und energetische Verwertung der in einer Brennerei anfallenden biogenen Reststoffe mit hoher energetischer und ökologischer Effizienz möglich sein. Eine hohe Zuverlässigkeit soll durch das Vermeiden von störenden Einflüssen auf den biotechnologischen Prozess gewährleistet werden.The object of the invention is therefore to overcome the deficiencies of the known technical solutions to problems. In particular, with the help of the invention in the production of bioethanol technical, logistical, energetic and ecological improvements are to be made possible, which should lead to a sustainable cost reduction and to improved competitive positions. The desired independence from the fossil energy market on the one hand and from the conventional feed market on the other hand is a prerequisite for stable and predictable bioethanol production considered. In particular, the exclusive material and energy recovery of the resulting in a distillery biogenic residues with high energy and ecological efficiency should be possible. High reliability should be ensured by avoiding interfering influences on the biotechnological process.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß nach den Lehren aus den Ansprüchen 1 und 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Danach erfolgt die stoffliche und energetische Verwertung biogener Reststoffe von Brennereien durch Einsatz dieser Reststoffe in eine Nassfermentation zur Biogasgewinnung. Durch die weitgehende Umwandlung der in den Reststoffen enthaltenen Kohlenstoffverbindungen zu Biogas wird eine beachtliche Aufkonzentration des Nährstoffpotentials, insbesondere in Form von Stickstoff, Phosphor, Kalium und Schwefel, in einer aus den Fermentationsrückständen gewonnenen Düngemittelfraktion bewirkt. Das im Fermentationsprozess gebildete Biogas steht nach einer nahezu vollständigen Entfrachtung von mitgeführtem Schwefelwasserstoff und Wasserdampf für die energetische Verwertung zur Verfügung. Die im Brennereiprozess anfallenden biogenen Reststoffe, wie Schlempen, Filterstäube, wässrige Medien aus der periodischen Anlagenreinigung und/oder Fuselöle, werden im jeweiligen Anfallzustand ohne weitere Vorbehandlung und bei Erfordernis auch ohne Zwischenspeicherung einem Suspendierprozess unterzogen. Durch den Einsatz von qualitativ ähnlichen Zusatzstoffen mit Trockenmassegehalten von wenigstens 25%, beispielweise Getreidereinigungsrückstände u. dgl. und/oder Prozesswässern, wird in der erzeugten Biosuspension ein Trockenmassegehalt zwischen 12 und 18% eingestellt. Die erzeugte Biosuspension wird anschließend einem aeroben Hydrolyseprozess unterzogen. Dabei werden nicht nur die wünschenswerten Versäuerungsprozesse, sondern auch die wenigstens teilweise Spaltung der lignocellulosischen Inhaltsstoffe der Biosuspension erreicht. Das gewonnene Hydrolysat gelangt in ein anaerobes Fermentersystem, das aus wenigstens einem hydraulisch und nur teilweise durchmischten Fermenter besteht. Dieses Fermentersystem ist mit einer anfangs eingesetzten und sich stetig reproduzierenden Spezialkultur ausgestattet. Das in den verwerteten Einsatzstoffen enthaltene Potential an Pflanzennährstoffen als Gemisch aus der festen Phase der Fermentationsrückstände und den in der Hemmstoffentfrachtungsstation gewonnenen Düngemittelkonzentraten mit hohen Gehalten an Ammonium und Schwefelverbindungen werden komplett zurückgewonnen und dem Wirtschaftskreislauf als organischer NPKS-Dünger erneut zugeführt. Das im Fermentationsprozess anfallende Biogas wird entschwefelt, getrocknet und bedarfsweise verdichtet, um es bevorzugt zur gekoppelten Gewinnung von elektrischer und thermischer Energie nutzen zu können.The object is achieved according to the teachings of claims 1 and 11. Advantageous embodiments of the invention are described in the subclaims. Thereafter, the material and energy recovery of biogenic residues from distilleries is carried out by using these residues in a wet fermentation for biogas production. As a result of the extensive conversion of the carbon compounds contained in the residues to biogas, a considerable concentration of the nutrient potential, in particular in the form of nitrogen, phosphorus, potassium and sulfur, is effected in a fertilizer fraction obtained from the fermentation residues. The biogas formed in the fermentation process is available for energy recovery after almost complete removal of entrained hydrogen sulfide and water vapor. The resulting in the distillery process biogenic residues such as vapors, filter dusts, aqueous media from the periodic plant cleaning and / or fuselages are subjected to a suspending process in the respective seizure state without further pretreatment and, if required, even without intermediate storage. Through the use of qualitatively similar additives with dry matter contents of at least 25%, for example, grain cleaning residues u. Like. And / or process waters, a dry matter content is set between 12 and 18% in the produced biosuspension. The biosuspension produced is then subjected to an aerobic hydrolysis process. Not only the desirable acidification processes, but also the at least partial cleavage of the lignocellulosic ingredients of the biosuspension are achieved. The obtained hydrolyzate passes into an anaerobic fermenter system, which consists of at least one hydraulically and only partially mixed fermenter. This fermenter system is equipped with an initially used and constantly reproducing special culture. The potential of plant nutrients contained in the recycled feedstocks as a mixture of the solid phase of the fermentation residues and the fertilizer concentrates obtained in the Hemmstoffentfrachtungsstation with high levels of ammonium and sulfur compounds are completely recovered and recycled to the economic cycle as organic NPKS fertilizer. The biogas produced in the fermentation process is desulfurized, dried and, if necessary, compressed, in order to be able to use it preferentially for the coupled production of electrical and thermal energy.

Damit resultiert die Funktion des vorgeschlagenen Verfahrens sowohl aus der direkten Kopplung an sich bekannter Verfahrensschritte, wie Herstellung einer Biosuspension aus den verfügbaren Reststoffen des Brauprozesses im jeweiligen Anfallzustand und in den jeweiligen Anfallmengen ohne vorangehende Zwischenstapelung, Zuführung von qualitativ ähnlichen Abfallstoffen aus der Landwirtschaft oder der Lebensmittelindustrie als willkommene Cofermentate, Vorbehandlung der erzeugten Biosuspension in einer auch lignocellulosespaltenden aeroben Hydrolyse, biologische Gasentschwefelung zur Gewinnung einer im Verwertungsprozess benötigten schwefligen Biosäure, als auch aus neuentwickelten Verfahrensschritten. Solche Verfahrensschritte bestehen

  • – im Einsatz einer speziellen auf die Verwertung von protein- und lignocellulosereichen Bioabfällen adaptierte Methanbakterienmischkultur,
  • – in der Anwendung einer Fermentertechnik mit der Eignung zum uneingeschränkten Erhalt bzw. zur stetigen Reproduktion der eingesetzten Startkultur,
  • – in der Rückführung eines Teiles der Fermentationsreste in die Suspensionsstufe, verbunden mit der wiederholten hydrolytischen und fermentativen Behandlung des in den rückgeführten Fermentationsresten enthaltenen biogenen Potentials,
  • – in der Schaffung einer zusätzlichen Hemmstoffsenke zur Vermeidung einer Aufkonzentration von Ammonium und Schwefelwasserstoff in den Gärsubstraten auf Werte in der Nähe der toxischen Schwellwerte und
  • – in der Nutzung der die entfrachteten Hemmstoffe enthaltenden Waschflüssigkeit der Hemmstoffentfrachtungsstation als flüssiges Düngerkonzentrat.
Thus, the function of the proposed method results both from the direct coupling of known process steps, such as production of a biosuspension from the available residues of the brewing process in the respective seizure state and in the respective amounts without previous intermediate stacking, supply of qualitatively similar waste materials from agriculture or the food industry as a welcome cofermentate, pretreatment of the produced biosuspension in a lignocellulose-splitting aerobic hydrolysis, biological gas desulphurisation to obtain a sulphurous bioacid required in the recycling process, as well as from newly developed process steps. Such process steps exist
  • - using a special methane bacteria mixed culture adapted to the recovery of protein and lignocellulosic biowaste,
  • In the application of a fermenter technique suitable for unrestricted preservation or continuous reproduction of the starting culture used,
  • In the recycling of part of the fermentation residues to the suspension stage, combined with the repeated hydrolytic and fermentative treatment of the biogenic potential contained in the recycled fermentation residues,
  • - in the creation of an additional inhibitor sink to avoid concentration of ammonium and hydrogen sulphide in the fermentation substrates to values close to the toxic thresholds and
  • In the use of the scrubbing liquid containing the defoamer inhibitors of the inhibitor decontamination station as a liquid fertilizer concentrate.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden wenigstens Anteile der bei der Hefefermentation erzeugten Sauermaische in Form von feststoffreichen Presskuchen der Biosuspension zugesetzt. In einer anderen Ausführungsvariante wird zusätzliches biogenes Potential in Form der Schlammfraktion aus der aeroben und/oder anaeroben Behandlung der Produktionsabwässer der Brennerei gewonnen und dem Suspendierprozess zugeführt. Dies senkt nicht nur die Abwasserlast der Brennerei, sondern führt gleichzeitig zur Minderung der Geruchsemissionen und zur Erhöhung der Gewinnung von regenerativer Energie aus den eigenen biogenen Quellen. Eine andere Lösungsvariante sieht vor, den gesamten Prozess dadurch zu stabilisieren, dass der Trockensubstanzgehalt der Biosuspension auf Werte von mehr als 14% erhöht wird.In a preferred embodiment, at least portions of the sour mashes produced during the yeast fermentation are added to the biosuspension in the form of solids-rich presscakes. In another embodiment variant, additional biogenic potential in the form of the sludge fraction is obtained from the aerobic and / or anaerobic treatment of the production effluents of the distillery and fed to the suspending process. This not only lowers the wastewater load of the distillery, but also reduces odor emissions and increases the production of renewable energy from its own biogenic sources. Another solution variant is to stabilize the entire process by increasing the dry matter content of the biosuspension to values of more than 14%.

Dafür sollen bevorzugt Zusatzstoffe einer den Brennereischlempen ähnlichen Zusammensetzung, wie Malzstäube, Getreidespreu, Mühlenstäube und/oder Bürststäube aus der Getreidereinigung, in den Suspendierprozess eingesetzt werden. Neben der Prozessstabilisierung werden die in den Zusatzstoffen enthaltenen biogenen Potentiale gleichzeitig mit nahezu unverminderter Effizienz für die Gewinnung von Prozessenergie für den Brennereiprozess erschlossen. For this purpose, preferably additives of a Brennereischlempen similar composition, such as malt dusts, grain chaff, mill dust and / or brush dusts from the grain cleaning, are used in the suspending process. In addition to process stabilization, the biogenic potentials contained in the additives are tapped simultaneously with almost undiminished efficiency for the production of process energy for the distillery process.

Vorteilhafterweise werden als Anteile an den Fermentationsrückständen die bei der mechanischen Phasentrennung der Fermentationsrückstände gewonnenen Biofiltrate als Prozesswässer in den Suspendierprozess zurückgeführt. Wegen der vergleichsweise hohen Zuführungsraten an in den Brennereireststoffen enthaltenen Proteinen ist der biotechnologische Verwertungsprozess der Brennereireststoffe durch überhöhte Ammonium- und Schwefelwasserstoffgehalte in den Gärsubstraten gefährdet, sobald eine erforderliche Konzentrationsverminderung nicht gewährleistet werden kann. Erfindungsgemäß werden hierfür jene Biofiltrate aus den Fermentationsresten genutzt, denen zuvor in einem Hemmstoff-Entfrachtungsprozess Anteile der enthaltenen Stickstoff- und Schwefelverbindungen entzogen wurden. Einerseits werden hierdurch Gefährdungen der Prozessstabilität ausgeschlossen und andererseits die entzogenen Hemmstoffe als wertvolle Pflanzennährstoffe der düngungstechnischen Nutzung zugeführt.Advantageously, the proportions of the fermentation residues obtained during the mechanical phase separation of the fermentation residues biofiltrate recycled as process water in the suspension process. Because of the comparatively high feed rates of proteins contained in the distillate residues, the biotechnological utilization process of the distillery residues is endangered by excessive ammonium and hydrogen sulfide contents in the fermentation substrates as soon as a required reduction in concentration can not be guaranteed. In accordance with the invention, those biofiltrates from the fermentation residues are used for this purpose, which have previously been deprived of portions of the nitrogen and sulfur compounds contained in an inhibitor-deflagration process. On the one hand, this eliminates risks to process stability and, on the other hand, it supplies the extracted inhibitors as valuable plant nutrients for fertilizer use.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dem Biofiltrat Teile des gelösten Ammoniums und/oder des gelösten Schwefelwasserstoffs in einem Austreiber bei bis auf 65°C erhöhten Temperaturen und bei einem Druck in den überstehenden Wrasen von höchstens 980 mbar zu entziehen.In a further advantageous embodiment of the invention, the biofilate parts of the dissolved ammonium and / or dissolved hydrogen sulfide in an expeller at up to 65 ° C elevated temperatures and at a pressure in the supernatant fumes of at most 980 mbar to withdraw.

Die im Austreiber entstehenden ammoniak- und/oder schwefelwasserstoffhaltigen Wrasen werden anschließend in einem zwischengeschalteten Wärmetauscher auf Temperaturen von maximal 45°C abgekühlt. Die abgekühlten ammoniak- und/oder schwefelwasserstoffhaltigen Wrasen werden nun einem nachgeschalteten Wrasenwäscher in Form eines Rieselkörperapparates zugeführt, wobei als Waschmedium schweflige Biosäure aus der Biogasentschwefelung mit einer Temperatur von maximal 25°C und einem pH-Wert zwischen 1 und 3,5 eingesetzt wird. Im Wäschersumpf erfolgt insbesondere durch das Einbinden von Ammonium in das Waschmedium eine stetige Erhöhung dessen pH-Wertes, wodurch gleichzeitig die Wäschereffizienz gemindert wird.The ammonia and / or hydrogen sulfide-containing vapors produced in the generator are then cooled in an intermediate heat exchanger to a maximum temperature of 45 ° C. The cooled vapors containing ammonia and / or hydrogen sulfide are now fed to a downstream vapor scrubber in the form of a trickle body apparatus, with sulfurous bios acid from biogas desulfurization having a maximum temperature of 25 ° C. and a pH of between 1 and 3.5 being used as the scrubbing medium. In the scrubbed sump, in particular due to the incorporation of ammonium into the scrubbing medium, a continuous increase in its pH value takes place, whereby the scrubbing efficiency is simultaneously reduced.

Beim Erreichen des wählbaren oberen Grenzwertes für den zulässigen pH-Wertebereich wird dem Wäschersumpf ein Mengenanteil zwischen 10 und 60% entnommen und als Düngerkonzentrat mit hohen Stickstoff- und Schwefelkonzentrationen verwertet. Die entnommene Menge Waschflüssigkeit wird sodann durch frische schweflige Biosäure aus dem Gasentschwefelungsprozess ersetzt.When the selectable upper limit for the permissible pH range is reached, the scrubber sump is taken off a proportion of between 10 and 60% and used as a fertilizer concentrate with high nitrogen and sulfur concentrations. The withdrawn amount of washing liquid is then replaced by fresh sulfurous bioacid from the gas desulphurisation process.

Für die anzustrebende hohe energetische Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der spezielle Hydrolyseprozess wesentlich. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Hydrolyseprozess unter intensiver Vermischung mit Umgebungsluft in einem Rührbehälter bei Temperaturen zwischen 50 und 60°C durchgeführt. Dabei wird dem Hydrolyseprozess Umgebungsluft in einer Größenordnung zwischen 2 und 10 Vol.-% des im gesamten Fermentationsprozess gewonnenen Biogases zugesetzt. Die Dimension des oder der Hydrolysebehälter wird so gewählt, dass eine mittlere Verweilzeit der Biosuspension im Hydrolysebehälter von etwa 2 Tagen eingehalten werden kann. Die hydrolytische Behandlung wird wirksam unterstützt, wenn dem Hydrolyseprozess zwischen 20 und 100% der bei der biologischen Entschwefelung des Biogases anfallenden schwefligen Biosäure zugesetzt wird. Indem auch die bei der Hydrolyse freigesetzten gasförmigen Umsetzungsprodukte im Gassystem verbleiben, dient die dem Hydrolyseprozess zugeführte Umgebungsluft auch der Versorgung der aeroben Schwefelbakterien im Gasentschwefelungsprozess. Geruchsemissionen, insbesondere in Form von bei der Hydrolyse entstehenden Fettsäuredämpfen, werden sicher ausgeschlossen. Es ist möglich, das anfallende Hydrolysegas auf wenigstens 30 mbar zu verdichten und vor der Gasentschwefelungsstation in die zentrale Rohgasleitung einzuleiten. In einer anderen Ausführungsform kann das anfallende Hydrolysegas auf wenigstens 30 mbar verdichtet werden, um es danach der korrosionsfest ausgeführten Nachfermenterstation zuzuführen. Die Überwindung des Druckverlustes der Gasentschwefelungsstation erfordert in diesem Fall keine zusätzliche Gasfördertechnik.For the desired high energy efficiency of the method according to the invention, the special hydrolysis process is essential. In a preferred embodiment, the hydrolysis process is carried out with intensive mixing with ambient air in a stirred tank at temperatures between 50 and 60 ° C. In this case, ambient air in the order of between 2 and 10% by volume of the biogas obtained in the entire fermentation process is added to the hydrolysis process. The dimension of the hydrolysis vessel (s) is chosen such that a mean residence time of the biosuspension in the hydrolysis vessel of about 2 days can be maintained. Hydrolytic treatment is effectively assisted by adding between 20% and 100% of the biosulfurous biosulfur resulting from the biological desulfurization of the biogas to the hydrolysis process. Since the gaseous reaction products released during the hydrolysis also remain in the gas system, the ambient air supplied to the hydrolysis process also serves to supply the aerobic sulfur bacteria in the gas desulphurisation process. Odor emissions, especially in the form of fatty acid vapors resulting from the hydrolysis, are safely excluded. It is possible to compress the resulting hydrolysis gas to at least 30 mbar and to introduce it into the central crude gas line before the gas desulphurisation station. In another embodiment, the resulting hydrolysis gas can be compressed to at least 30 mbar in order to then supply it to the corrosion-resistant secondary fermenter station. Overcoming the pressure loss of the gas desulphurisation station does not require any additional gas conveying technology in this case.

Die im Hydrolysegas enthaltenen Wasserstoff-, Kohlenmonoxidanteile sowie die zu erwartenden Fettsäuredämpfe werden entweder im anaeroben Gärrestlager und/oder in der Nachfermenterstation in die Biogasbildung eingebunden. Die anfangs als Startkultur für den Fermentationsprozess einzusetzende Methanbakterien-Mischpopulation wird unter Zugabe von überwiegend lignocellulosischen Einsatzstoffen in einer Zuchtstation für mesophile oder thermophile Mischkulturen gewonnen.The hydrogen, carbon monoxide and the expected fatty acid vapors contained in the hydrolysis are either involved in biogas formation in the anaerobic digestate storage and / or in Nachfermenterstation. The Methanbacteria mixed population to be used initially as a starting culture for the fermentation process is obtained with the addition of predominantly lignocellulosic starting materials in a breeding station for mesophilic or thermophilic mixed cultures.

Für den Fall des nur bei extremen Verletzungen des vorgegebenen Betreibereglementes vorstellbaren so genannten „Umkippens” des Fermentationsprozesses kann unter Inanspruchnahme der Zuchtstation der Fermentationsprozess neu gestartet und ohne spürbare Ertragsminderungen fortgesetzt werden.In the case of the so-called "tipping over" of the fermentation process which can only be imagined in the case of extreme violations of the prescribed operating regulations, the fermentation process can be restarted when the breeding station is used and without any noticeable reduction in earnings.

Die vorgeschlagene Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht aus wenigstens

  • – einer Suspendierstation,
  • – einer Fermentationsstation für die Methanfermentation,
  • – einer Phasentrennstation für die Gärrückstände,
  • – einem Biofiltratsvorratstank und
  • – einer Gasentschwefelungsstation.
The proposed arrangement for carrying out the method according to the invention consists of at least
  • - a suspending station,
  • - a fermentation station for methane fermentation,
  • - a phase separation station for the digestate,
  • - a biofilter stock tank and
  • - a gas desulphurisation station.

Erfindungsgemäß steht die Suspendierstation mit einem Lager- und Dosiersystem für trockensubstanzreiche Zusatzstoffe in Verbindung. Weiterhin ist zwischen dem Biofiltratsvorratstank und der Suspendierstation eine Hemmstoffentfrachtungsstation angeordnet. Für die Gasentschwefelung ist ein Gaswäscher bevorzugt in Form eines Rieselkörperapparates angeordnet. Für die Bevorratung der in der Gasentschwefelungsstation gewonnenen schwefligen Biosäure ist zwischen der Gasentschwefelungsstation und der Hemmstoffentfrachtungsstation und/oder der Hydrolysestation ein Biosäurevorratstank angeordnet ist. Schließlich ist zwischen der Suspendierstation und der Fermenterstation eine Hydrolysestation angeordnet. Es ist erfindungswesentlich, dass die Fermentationsstation aus wenigstens einem Hauptfermenter und wenigstens einem nachgeschalteten Nachfermenter besteht.According to the invention, the suspending station is connected to a storage and dosing system for additives rich in dry substances. Further, an inhibitor dump station is disposed between the biofilter stock tank and the suspending station. For gas desulfurization, a gas scrubber is preferably arranged in the form of a trickle apparatus. For storing the sulfurous bioacid obtained in the gas desulphurisation station, a biosäurevorststank is arranged between the gas desulphurisation station and the Hemmstoffentfrachtungsstation and / or the Hydrolysestation. Finally, a hydrolysis station is arranged between the suspending station and the fermenter station. It is essential to the invention that the fermentation station consists of at least one main fermenter and at least one downstream secondary fermenter.

Mit dieser Anordnung der Anlagenkomponenten wird erreicht, dass ohne besondere Zerkleinerungs-, Bevorratungs-, Dosier- und zwingende ständige Zuführprozesse für externe Medien, beispielsweise chemische und/oder biotechnologische Additive und/oder Verdünnungsmedien zum Suspendierprozess, ein stabiler stofflicher und energetischer Verwertungsprozess für die anfallenden Braureststoffe aufrecht erhalten werden kann.With this arrangement of the system components is achieved that without special crushing, stocking, dosing and mandatory continuous feed processes for external media, such as chemical and / or biotechnological additives and / or dilution media for suspending, a stable material and energy recovery process for the resulting Brewing substances can be maintained.

Mit der Unterteilung des Fermentationsprozesses auf eine Haupt- und auf eine Nachfermenterstation, kann auf einfache Weise einem wichtigen Anliegen Rechnung getragen werden. Dieses besteht darin, dass die unausweichlich in wechselnder Zusammensetzung anfallenden Brennereireststoffe zunächst nach vorangegangener Hydrolyse in der Hauptfermenterstation mit einer vergleichsweise robusten mesophilen Kultur behandelt werden.With the subdivision of the fermentation process on a main and on a Nachfermenterstation, can easily be taken into account a major concern. This is because the inevitable originating in changing composition Brennereireststoffe be treated first after previous hydrolysis in the main fermenter station with a relatively robust mesophilic culture.

Danach kann die weitere Fermentation der die Hauptfermenterstationn verlassenden Gärsubstrate mit deutlich geringeren Qualitätsunterschieden in den Hauptparametern durch die effizienteren jedoch weniger robusten thermophilen Kulturen erfolgen.Thereafter, the further fermentation of the fermentation substrates leaving the main fermenter station can be carried out with significantly lower quality differences in the main parameters by the more efficient but less robust thermophilic cultures.

Für den dauerhaften Erhalt der eingesetzten Startkuktur mit besonderer Eignung für die protein- und lignocellulosereichen Brennereireststoffe ist es erfindungswesentlich, dass wenigstens der oder die Hauptfermenter hydraulisch gemischte und nicht vollständig durchmischte Apparate sind.For the permanent preservation of the starting structure used with particular suitability for the protein and lignocellulosereichen distillery distillates, it is essential to the invention that at least one or the main fermenter are hydraulically mixed and not completely mixed apparatus.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die Vorteile der Erfindung bestehen nach den wirtschaftlichen Auswirkungen in erster Linie in der Senkung der Prozessenergiekosten für den Brennereibetrieb. Bei weitgehender Deckung des thermischen Prozessenergiebedarfs aus dem Betrieb von Blockheizkraftwerkstechnik für die energetische Verwertung des gewinnbaren Biogases lassen sich mit dem Verkauf überschüssiger Elektroenergiemengen zusätzliche Umsätze erzielen. In jedem Fall wird eine teilweise oder vollständige Unabhängigkeit des Brennereibetriebes von Preisentwicklungen auf dem Markt für Prozessenergie aus fossilen Quellen erreicht. Die logistische und vertragliche Abhängigkeit von den die Ethanolschlempen verwertenden Tierproduzenten wird wegen der praktisch unmöglichen Bevorratungsfähigkeit dieser nährstoffreichen und damit extrem infektionsgefährdeten Futtermittel gänzlich vermieden. Die anfallenden festen Fermentationsrückstände aus der Phasentrennung können zur Erzielung zusätzlicher Umsätze als nährstoffreiche organische NPKS-(Stickstoff-Phosphor-Kalium-Schwefel-)Düngemittel verkauft werden. Die vermeidbare Entsorgung von Abfällen, wie Schlämme aus der betrieblichen Abwasserbehandlung oder beladene Filterhilfsmittel, führt zur spürbaren Kostensenkung im Brennereiprozess. Im Falle des Verkaufs von Zertifikaten aus den eingesparten Emissionen an CO2-Äquivalenten werden zusätzliche Umsätze erzielt. Der immissionsschutzrechtlich relevante anlagenbezogene Lastverkehr wird deutlich reduziert. Außerdem können Begegnungsverkehre zwischen Futtermittel- und Abfalltransporten einerseits und Lebensmitteltransporten andererseits sicher vermieden werden. Die aus der Zwischenlagerung und dem Transport von Futtermitteln und biogenen Abfällen resultierenden Geruchsimmissionen lassen sich sicher vermeiden.The advantages of the invention consist, after the economic effects, primarily in the reduction of the process energy costs for the distillery operation. By largely covering the thermal process energy demand from the operation of combined heat and power plant technology for the energy recovery of the recoverable biogas, additional sales can be achieved by selling surplus quantities of electric energy. In any case, partial or total independence of the distillery from price developments in the process energy market from fossil sources will be achieved. The logistical and contractual dependence on the use of ethanol vapors animal producers is completely avoided because of the virtually impossible storage capacity of these nutrient-rich and thus extremely vulnerable to infection feed. The resulting solid fermentation residues from the phase separation can be sold as nutrient-rich organic NPKS (nitrogen-phosphorus-potassium-sulfur) fertilizers for additional sales. The avoidable disposal of waste, such as sludges from the operational wastewater treatment or loaded filter aids, leads to noticeable cost reductions in the distillery process. In the case of the sale of certificates from the saved emissions of CO 2 equivalents, additional revenues are generated. The pollution-relevant plant-related load traffic is significantly reduced. In addition, encounters between feed and waste transports on the one hand and food transports on the other hand can certainly be avoided. The odor emissions resulting from the temporary storage and transport of animal feed and biogenic waste can be safely avoided.

Die Abwasserlast, die oft ein limitierender Faktor für die mögliche Produktionsausweitung darstellt, kann bei Einleitung in öffentliche Kläranlagen vermindert werden.The waste water load, which is often a limiting factor for the potential expansion of production, can be reduced when introduced into public sewage treatment plants.

Schließlich lässt sich der Einsatz von so genannter „grüner” Energie werbewirksam für die Akzeptanz der erzeugten Produkte vorteilhaft vermarkten.Finally, the use of so-called "green" energy can be promoted to promote the acceptance of the products produced.

Ausführungsbeispiel embodiment

Die Erfindung soll nachstehend mit Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigen:The invention will be explained in more detail below with exemplary embodiments. In the attached drawing show:

1 das Verfahrensschema der erfindungsgemäßen technischen Lösung; 1 the process scheme of the technical solution according to the invention;

2 das Blockschaltbild zum Zusammenwirken der Anlagenkomponenten beim direkten Einsatz der anfallenden Ethanolschlempen in die Suspendierstation; 2 the block diagram for the interaction of the system components in the direct use of the resulting ethanol sludge in the suspending station;

3 das Blockschaltbild zum Zusammenwirken der Anlagenkomponenten beim Einsatz der Festphase aus der Phasentrennung der anfallenden Ethanolschlempen in die Suspendierstation; 3 the block diagram for the interaction of the plant components in the use of solid phase from the phase separation of the resulting ethanol sludge in the suspending station;

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
StartkulturHome Culture
22
Brennerei (Lieferant von Ethanolschlempen, Filterstäuben, organisch belasteten Reinigungsmitteln, Fuselölen)Distillery (supplier of ethanol sludge, filter dusts, organically contaminated cleaning agents, fusel oils)
33
Lager für Suspensionszusatzstoffe (Malzstäube, Getreidespreu, Dicksauermaische, Mühlennachprodukte)Storage for suspension additives (malt dusts, grain chaff, Dicksauermaische, mill after-products)
44
betriebliche Abwasserbehandlungsanlage (Lieferant von Abwasserschlamm)operational wastewater treatment plant (supplier of sewage sludge)
55
HemmstoffentfrachtungsstationHemmstoffentfrachtungsstation
66
SuspendierstationSuspendierstation
77
Hydrolysestationhydrolysis station
88th
Hauptfermentermain fermenter
99
Nachfermenterfermenter
1010
Gärrestlagerdigestate
1111
PhasentrennstationPhase separation station
1212
BiofiltratvorratstankBiofiltratvorratstank
1313
Düngemittellagerfertilizer warehouse
1414
GasentschwefelungsstationGasentschwefelungsstation
1515
BiosäurevorratstankBiosäurevorratstank
1616
Gasspeichergas storage
1717
energetischer Gasverwertungskomplexenergetic gas utilization complex

Beispiel 1:Example 1:

Gemäß der 1 werden die verfügbaren biogenen Reststoffe aus einer Brennerei 2, insbesondere die Ethanolschlempe, die Filterstäube, die organisch belasteten Reinigungsmedien, die Fuselöle aus dem Destillationsprozess sowie die Schlämme aus der betrieblichen Abwasserbehandlungsanlage 4, entsprechend ihrem Anfall im Brennereiprozess überwiegend mittels Rohrleitungstransporten einer Suspendierstation 6 zugeführt. Im Beispiel werden dabei aus
1 Masseteil Ethanolschlempe mit 8% Trockenmasseanteil und 94% organischem Anteil an der Trockenmasse,
0,006 Masseteilen Schlamm aus der betrieblichen Abwasserbehandlungsanlage 4 mit 28% Trockenmasseanteil und 65% organischem Anteil an der Trockenmasse,
0,005 Masseteilen Fuselöl mit 90% Trockenmasseanteil und 98% organischem Anteil an der Trockenmasse,
0,007 Masseteilen Reinigungsrückständen aus der Reinigung des eingesetzten Brenngetreides mit 85% Trockenmasseanteil und 88% organischem Anteil an der Trockenmasse sowie
0,36 Masseteilen eingedicktem Schlamm aus der Gärrestflotation mit 10,1% Trockenmasseanteil und 96% organischem Anteil an der Trockenmasse insgesamt
1,375 Masseteile Biosuspension mit 9,3% Trockenmasseanteil und 93,9% organischem Anteil an der Trockenmasse gewonnen. In einem Lager für Suspensionszusatzstoffe 3 werden Zusatzstoffe, wie Malzstäube, Hopfenstäube und/oder Getreidereinigungsrückstände, mit einem mittleren Trockenmassenanteil von wenigstens 85% und wenigstens 80% organischem Anteil an der Trockenmasse bevorratet. Im Falle verstärkten Anfalls von Reststofffraktionen aus der Brennerei 2 mit geringeren Trockenmasseanteilen wird die bevorzugte Trockenmassekonzentration in der chargenweise herzustellenden Biosuspension zwischen 10 und 12 Masse-% durch Zumischung dieser Zusatzstoffe eingestellt. Die erzeugte Biosuspension wird anschließend in die Hydrolysestation 7 gepumpt und einer aeroben hydrolytischen Behandlung unterzogen. Dabei wird dem Hydrolysetank Umgebungsluft im Umfang von etwa 10%, bezogen auf das zu entschwefelnde Biogasvolumen, zugeführt. Im Hydrolysetank wird über in die Behälterwand integrierte Heizflächen zusätzliche Wärmeenergie zugeführt. Durch die Wirkung der exothermen hydrolytischen Reaktionen und der mittels Heizwasser indirekt dem Hydrolysat zugeführten Wärmeenergie wird in der Hydrolysestation 7 eine Temperatur zwischen 55 und 60 aufrechterhalten.
According to the 1 become the available biogenic residues from a distillery 2 , in particular the ethanol stillage, the filter dusts, the organically contaminated cleaning agents, the fusel oils from the distillation process and the sludges from the industrial wastewater treatment plant 4 , according to their attack in the distillery process mainly by means of pipeline transport a suspending station 6 fed. In the example will be off
1 part by weight of ethanol with 8% dry matter content and 94% organic content of the dry matter,
0.006 parts by weight of sludge from the operational wastewater treatment plant 4 with 28% dry matter content and 65% organic content of dry matter,
0.005 parts by weight of fusel oil with 90% dry matter content and 98% organic content of the dry matter,
0.007 parts by weight of cleaning residues from the cleaning of the used cereal grain with 85% dry matter content and 88% organic content of the dry matter and
0.36 parts by weight thickened sludge from the fermentation residue flotation with 10.1% dry matter content and 96% organic content of the total dry matter
1.375 parts by weight of biosuspension with 9.3% dry matter content and 93.9% organic content of the dry matter. In a warehouse for suspension additives 3 additives such as malt dusts, hop dusts and / or grain cleaning residues, with an average dry matter content of at least 85% and at least 80% organic content of the dry matter stored. In case of increased seizure of waste fractions from the distillery 2 with smaller dry mass fractions, the preferred dry matter concentration in the biosuspension to be prepared by batch is adjusted to between 10 and 12% by mass by admixing these additives. The generated biosuspension is then in the Hydrolysestation 7 pumped and subjected to an aerobic hydrolytic treatment. In this case, the hydrolysis tank ambient air in the amount of about 10%, based on the biogas volume to be desulfurized fed. In the hydrolysis tank, additional heat energy is supplied via heating surfaces integrated in the container wall. By the action of the exothermic hydrolytic reactions and the heat energy indirectly supplied to the hydrolyzate by heating water is in the Hydrolysestation 7 maintained a temperature between 55 and 60.

Die mittlere Verweilzeit der Biosuspension in der Hydrolysestation 7 beträgt wenigstens 2 Tage. Die zugesetzte Umgebungsluft wird oberhalb des Behälterbodens in den Hydrolysetank feinblasig eingepresst. Der Hydrolysetank verfügt weiterhin über ein zentral positioniertes Propellerrührwerk, mit dessen Hilfe im oberen Bereich des Hydrolysetanks nicht nur eine intensive und entgasungsfördernde Turbulenz aufrechterhalten wird, sondern über die erzeugte Trombe auch die austretenden sauerstoffhaltigen Gase wiederholt mit der Biosuspension in Kontakt gebracht werden. Der im Hydrolysetank bewirkte Versäuerungsprozess, der zu einer Absenkung des pH-Wertes der Biosuspension von etwa 5,5 auf weniger als 4 für das die Hydrolysestation 7 verlassende Hydrolysat führt, wird durch den Zusatz der nicht für den Hemmstoffentfrachtungsprozess benötigten verfügbaren Biosäure unterstützt. Das entstehende sauerstoffhaltige Hydrolysegas wird im Kopf des Hydrolysetanks erfasst, mittels eines Druckerhöhungsgebläses auf etwa 50 mbar verdichtet und in die Rohgasleitung gefördert. Durch den Einsatz von sauerstoffhaltiger Umgebungsluft in den Hydrolyseprozess werden die gegebenenfalls in die Biosuspension eingeschleusten anaeroben Keime so nachhaltig geschädigt, dass die in den Hauptfermentern 8 aktive Methanbakterien-Mischkultur vor einer Verdrängung sicher geschützt bleibt. Das in der Hydrolysestation 7 erzeugte Hydrolysat wird dem Hydrolysetank durch die Dosierpumpenstation entnommen und der Hauptfermenterstation 8 zugeführt. Der Hydrolysetank dient damit auch der Prozessentkopplung zwischen der chargenweisen Herstellung der Biosuspension in der Suspendierstation 6 und der quasikontinuierlichen Beschickung der Hauptfermenter 8. Für die Dosierpumpenstation dient der Hydrolysetank gleichzeitig als Pumpenvorlagebehälter. Mit Hilfe der Dosierpumpenstation erfolgt die so genannte Fütterung der einzelnen Hauptfermenter 8 der Hauptfermenterstation. In einem zeitlichen Abstand von vier Stunden wird jedem Fermenter 8 der Hauptfermenterstation je ein Sechstel der vorgesehenen Tagesdosis an Hydrolysat zugeführt. Während der Inbetriebnahme der Verwertungsanlage für die biogenen Reststoffe des Brennereiprozesses ist die Hauptfermenterstation mit einer Biomasse gefüllt worden, die mit einer mesophilen Startkultur 1 aus einer bereits tätigen Verwertungsanlage für Brennereireststoffe oder aus einem aktiven Fermenterbetrieb für die biotechnologische Verwertung von überwiegend lignocellulosischen Einsatzstoffen, beispielsweise Getreidereinigungsrückständen, Ölsaatenreinigungsrückständen, Ethanolschlempen und/oder Pülpen aus der Stärkeproduktion, ausgestattet wurde. Die in der Hauptfermenterstation eingesetzten beiden Hauptfermenter 8 sind hydraulisch gemischte Apparate, die im Durchschubprinzip betrieben werden.The mean residence time of the biosuspension in the hydrolysis station 7 is at least 2 days. The added ambient air is pressed in fine bubbles above the container bottom into the hydrolysis tank. The hydrolysis tank also has a centrally positioned propeller agitator, with the aid of which not only an intensive and degassing turbulence is maintained in the upper part of the hydrolysis tank, but also the exiting oxygen-containing gases are repeatedly brought into contact with the biosuspension via the produced trumpet. The acidification process in the hydrolysis tank, which leads to a lowering of the pH of the biosuspension from about 5.5 to less than 4 for the hydrolysis station 7 leaving hydrolyzate is assisted by the addition of the bioactive acid not needed for the inhibitor defoliation process. The resulting oxygen-containing hydrolysis gas is detected in the head of the hydrolysis tank, compressed by means of a booster blower to about 50 mbar and conveyed into the crude gas line. The use of oxygen-containing ambient air in the hydrolysis process, the optionally introduced into the biosuspension anaerobic microorganisms are so permanently damaged that in the main fermenter 8th active methane bacteria mixed culture remains safely protected from displacement. That in the hydrolysis station 7 produced hydrolyzate is removed from the hydrolyzation tank through the metering pump station and the main fermenter station 8th fed. The hydrolysis tank thus also serves for the process decoupling between the batchwise production of the biosuspension in the suspending station 6 and the quasi-continuous feeding of the main fermenter 8th , For the dosing pump station, the hydrolysis tank also serves as a pump reservoir. With the help of the dosing pump station, the so-called feeding of the individual main fermenters takes place 8th the main fermenter station. At a time interval of four hours each fermenter 8th fed to the main fermenter each one-sixth of the intended daily dose of hydrolyzate. During the commissioning of the recycling plant for the biogenic residues of the distillery process, the main fermenter station was filled with a biomass that had a mesophilic starter culture 1 from an already existing utilization plant for distillate residues or from an active fermenter operation for the biotechnological utilization of predominantly lignocellulosic starting materials, for example grain cleaning residues, oil seed cleaning residues, ethanol vapors and / or pills from starch production. The two main fermenters used in the main fermenter station 8th are hydraulically mixed devices, which are operated in the push-through principle.

Sie enthalten drei Bereiche mit unterschiedlichen Beanspruchungen der eingesetzten Biomasse. Ein erster Teilbereich wird in regelmäßigen und wählbaren zeitlichen Abständen strömungsdurchmischt. Ein mittlerer undurchmischter Bereich ist als kurzschlussverhindernder Pfropfen ausgebildet und dient der als Startkultur 1 eingesetzten Biomasse zur ungestörten Reproduktion. Ein dritter Teilbereich befindet sich oberhalb des so genannten Pfropfenbereiches und umfasst den Teil des im Hauptfermenter 8 befindlichen Gärsubstrates, der sich unmittelbar am Ablauf des Fermenters befindet. In diesen Bereich strömt zusätzlich nach dem Erreichen des vollen Mischdruckes das im ersten Bereich gebildete Biogas hinein und führt zu einer intensiven und turbulenten Durchmischung des weitgehend entgasten Gärsubstrates. Zugleich wird das am Ablauf anstehende Gärsubstrat so wirksam fluidisiert, dass die Ausbildung von Schwimmschichten, durch welche die Gasentbindung und/oder der Ablauf des Gärrückstandes behindert werden könnte, sicher vermieden wird. Die jeweils dosierte Hydrolysatcharge gelangt in den ersten Fermenterbereich, in dem das Gärsubstrat jeweils nach Abschluss des Dosiervorganges mittels kurzzeitigen Druckausgleichs zwischen dem Gasraum oberhalb des strömungsdurchmischten Fermenterbereiches von maximal 490 mbar und oberhalb des ungemischten Pfropfenbereiches am Ablauf des Fermenters von 50 mbar durch den damit bewirkten Mischimpuls in eine kreisförmige Strömung versetzt wird. Gleichzeitig wird bei diesem Vorgang ein Teil der unter idealen Bedingungen im undurchmischten Pfropfen wachsenden mesophilen Biomasse in den strömungsdurchmischten Fermenterbereich zurückgefördert. Damit wird auch eine besonders keimarme Biomasse, beispielsweise die Schlempe aus dem Destillationsbereich einer Bioethanolbrennerei, im Fermentationsprozess frühzeitig mit aktiver und bereits adaptierter Methanbakterien-Mischkultur in Kontakt gebracht. Während der Dosierung einer Charge Hydrolysat in den ersten Fermenterbereich wird ein adäquates Volumen Gärsubstrat, vermindert um die Masse des seit der zuvor erfolgten Dosierung in die Fermenterstation entbundenen Biogases, über den Ablauf des Fermenters ausgetragen. Damit kommt es während der gesamten Lebensdauer des Fermenters praktisch zu keiner beachtlichen Änderung des Füllvolumens des Fermenters. Der Ablauf des Gärsubstrates aus den beiden wechselseitig mit Hydrolysat beschickten Hauptfermentern 8 gelangt nun zur Nachbehandlung in den Nachfermenter 9 der Nachfermenterstation. Der Nachfermenter 9 ist ähnlich der Hauptfermenter 8 konstruiert. Allerdings weist er zwei Besonderheiten auf:
Erstens wird er mit einem maximalen Mischdruck von 420 mbar betrieben, womit für die Strömungsdurchmischung des ersten Fermenterbereiches im Nachfermenter 9 nur eine um etwa 15% verminderte Mischenergie zur Verfügung steht. Dies ist unter Beachtung der in der Hauptfermenterstation bereits erfolgten Reduzierung des Trockenmassegehaltes des Gärsubstrates unproblematisch. Jedoch kann damit der Ablauf des Gärsubstrates aus den Hauptfermentern 8 praktisch zu jedem Zeitpunkt in den Nachfermenter 9 gelangen.
Zweitens ist nach dem Passieren der Hauptfermenterstation das Gärsubstrat hinsichtlich der enthaltenen biogenen Anteile soweit vergleichmäßigt, dass der Nachfermenter 9 stabil mit einer adaptierten thermophilen Bakterienkultur betrieben werden kann, ohne die weniger robusten thermophilen Keime durch stark wechselnde Qualitäten des Gärsubstrates zu überfordern. Mit dieser Anordnung von hintereinander geschalteten anaeroben Behandlungsschritten mittels mesophiler und thermophiler Bakterienkulturen wird der wechselnden Zusammensetzung der in der Brennerei 2 anfallenden biogenen Reststoffe ohne Inkaufnahme der Gefahr einer Überlastung des biotechnologischen Systems Rechnung getragen. Gleichzeitig wird wegen der zu gewährleistenden Mindestaufenthaltszeit des Gärsubstrates in der Nachfermenterstation bei Temperaturen für thermophile Bakterienkulturen den Anforderungen für eine wirksame Hygienisierung von biogenen Abfallstoffen entsprochen, wenn diese nach der biotechnologischen Behandlung beispielsweise als organische Düngemittel in den Verkehr gebracht werden sollen. Der Nachfermenterstation ist ein Gärrestlager 10 nachgeschaltet, das in erster Linie zur Entkopplung der 9 Prozessstufen Fermentation und Phasentrennung dient. Das Gärrestlager 10 ist mit einem Doppelmembrangasspeicher abgedeckt, so dass dem Gärrückstand noch entweichende Restgasmengen zusätzlich aufgefangen werden. Die dem Gärrestlager 10 nachgeordnete Phasentrennstation 11 wird zur Gewinnung einer feststoffreichen Fraktion aus dem Gärrückstand genutzt, wobei diese Fraktion direkt als nährstoffreiches organisches NPKS-Düngemittel dem Düngemittellager 13 zugeführt wird. Das parallel dazu als feststoffarme Fraktion anfallende Biofiltrat gelangt in den Biofiltratvorratstank 12, der auch zur Entkopplung der Prozessstufen Phasentrennung und Hemmstoffentfrachtung dient. Aus dem Biofiltratvorratstank 12 kann das Biofiltrat zunächst wahlweise als organischer NPKS-Flüssigdünger für den Einsatz in der Landwirtschaft oder als Flüssigkomponente zur Herstellung einer geeigneten Biosuspension in der Suspendierstation 6 entnommen werden.
They contain three areas with different demands on the biomass used. A first subarea is flow-mixed at regular and selectable time intervals. An intermediate, non-intermixed area is designed as a short-circuit preventing plug and serves as a starting culture 1 used biomass for undisturbed reproduction. A third section is located above the so-called plug area and includes the part of the main fermenter 8th located fermentation substrate, which is located directly at the end of the fermenter. In addition, once the full mixing pressure has been reached, the biogas formed in the first region flows into this region and leads to intensive and turbulent mixing of the largely degassed fermentation substrate. At the same time, the fermentation substrate present at the outlet is fluidized so effectively that the formation of floating layers, by which the gas release and / or the course of the fermentation residue could be impeded, is reliably avoided. The respectively metered Hydrolysatcharge arrives in the first fermenter area in which the fermentation substrate respectively after completion of the dosing by means of short-term pressure equalization between the gas space above the flow-mixed fermenter area of 490 mbar and above the unmixed plug area at the end of the fermenter of 50 mbar by the mixing pulse thus caused is placed in a circular flow. At the same time, in this process, part of the mesophilic biomass growing under ideal conditions in the non-thoroughly mixed graft is conveyed back into the flow-mixed fermenter area. In this way, even a particularly low-germ biomass, for example the stillage from the distillation zone of a bioethanol distillery, is brought into contact early in the fermentation process with active and already adapted mixed methane bacteria culture. During the metering of a batch of hydrolyzate in the first fermenter area, an adequate volume of fermentation substrate, reduced by the mass of biogas released since the previous metering into the fermenter station, is discharged via the outlet of the fermenter. Thus, there is virtually no significant change in the filling volume of the fermenter during the entire life of the fermenter. The process of the fermentation substrate from the two main fermenters charged with hydrolyzate 8th now passes to the postfermenter for post-treatment 9 the post fermenter station. The secondary fermenter 9 is similar to the main fermenter 8th constructed. However, he has two peculiarities:
First, it is operated with a maximum mixing pressure of 420 mbar, which is for the flow mixing of the first fermenter section in the secondary fermenter 9 only about a 15% reduced mixing energy is available. This is unproblematic, taking into account the reduction in the dry matter content of the fermentation substrate that has already taken place in the main fermenter station. However, this can drain the digestate from the main fermenters 8th practically at any time in the secondary fermenter 9 reach.
Secondly, after passing through the main fermenter station, the fermentation substrate is evened out so far as to contain the biogenic components that the secondary fermenter 9 can be operated stably with an adapted thermophilic bacterial culture, without overstraining the less robust thermophilic bacteria by strongly changing qualities of the fermentation substrate. With this arrangement of sequential anaerobic treatment steps using mesophilic and thermophilic bacterial cultures, the changing composition of the in the distillery 2 accumulating biogenic residues without accepting the risk of overloading of the biotechnological system. At the same time, because of the minimum holding time of the fermentation substrate in the secondary fermenter station at temperatures for thermophilic bacterial cultures, the requirements for effective sanitation of biogenic waste are met if, for example, they are to be marketed as organic fertilizers after biotechnological treatment. The Nachfermenterstation is a digestate storage 10 downstream, which primarily serves to decouple the 9 process stages fermentation and phase separation. The digestate warehouse 10 is covered with a double membrane gas storage, so that the digestate still escaping amounts of residual gas are additionally collected. The fermentation residue camp 10 downstream phase separation station 11 is used to recover a high-solids fraction from the digestate, this fraction being used directly as a nutrient-rich organic NPKS fertilizer in the fertilizer storage 13 is supplied. The biofiltration obtained in parallel as a low-solids fraction enters the biofiltrate storage tank 12 , which also serves to decouple the process stages phase separation and Hemmstofentfrachtung. From the biofiltrate storage tank 12 For example, the biofiltrate may optionally be used as an organic NPKS liquid fertilizer for agricultural use or as a liquid component to produce a suitable biosuspension in the suspending station 6 be removed.

Außerdem besteht damit die Möglichkeit des Einsatzes von Biofiltraten in der Suspendierstation 6, die von Stickstoff- und Schwefelverbindungen abgereichert wurden, wenn dies zur Vermeidung von Anreicherungen toxisch wirkender Konzentrationen von Ammonium und/oder Schwefelwasserstoff im Gärsubstrat erforderlich ist. In diesem Fall gelangt das dem Biofiltratvorratstank 12 entnommene Biofiltrat erst nach Durchlaufen der Hemmstoffentfrachtungsstation 5 in den biotechnologischen Behandlungsprozess zurück. Schließlich dient der Biofiltratvorratstank 12 auch als Vorlagebehälter für die Biofiltratpumpenstation. Die den Fermentern 8, 9 entweichenden Biogase gelangen mit dem Eigendruck der Gase in den Fermentern über Druckminderungsventile in die Rohgasleitung, die mit einem absoluten Druck von etwa 1.050 mbar betrieben wird. In diese Rohgasleitung gelangt auch das in der Hydrolysestation 7 entstehende Hydrolysegas, das neben der dort zur Stimulierung des aeroben Hydrolyseprozesses zugeführten Umgebungsluft auch die Gase aus der aeroben Behandlung der eingesetzten Biosuspension sowie Dämpfe der entstandenen kurzkettigen Fettsäuren enthält. Dieses so genannte Hydrolysegas wird vom Hydrolysereaktor abgesaugt und vor der Einleitung in die Rohgasleitung auf einen absoluten Druck von wenigstens 1.050 mbar verdichtet. Diese Vorgehensweise erlaubt es, die Fermenter 8, 9 der Haupt- und Nachfermenterstation als Stahlblechkonstruktionen aus unkonserviertem Baustahl zu nutzen. Das sauerstoffhaltige Mischgas in der Rohgasleitung durchströmt zunächst die als Rieselkörperapparat ausgebildete Gasentschwefelungsstation 14, die im bestimmungsgemäßen Betrieb einen Druckverlust in Höhe von etwa 40 mbar aufweist, und gelangt schließlich in den der Gasentschwefelungsstation 14 nachgeschalteten Doppelmembrangasspeicher 16, der mit einem Stützdruck der Witterungsschutzmembran in Höhe von 1.008 mbar betrieben wird. Das entschwefelte Gas wird bei Bedarf mit einem Druck von 1.008 mbar dem Gasspeicher 16 entnommen, nach Durchlaufen einer Gastrocknungsstation verdichtet und einem energetischen Gasverwertungskomplex 17, im Ausführungsbeispiel einem Blockheizkraftwerk, zugeführt. Die in der Gasentschwefelungsstation eingesetzte Nährlösung für die auf den Rieselkörpern angesiedelten Schwefelbakterien wird als Sumpfprodukt ständig zum Kopf des Rieselkorperapparates zurückgepumpt und erfährt beim Passieren der Rieselkörperpackung eine stetige Absenkung des pH-Wertes bis auf Werte von weniger als pH = 2,0. Anteile der Nährlösung werden dem Apparatesumpf chargenweise entnommen, wenn der pH-Wert eine Größe zwischen 1,5 und 2,0 erreicht hat. Die entnommene Charge gelangt als Biosäure in den Biosäurevorratstank 15 und steht dort für den Wrasenwäscher der Hemmstoffentfrachtungsstation 5 als Waschflüssigkeit zur Verfügung.In addition, there is the possibility of using biofilms in the suspending station 6 depleted of nitrogen and sulfur compounds, if necessary to avoid accumulation of toxic concentrations of ammonium and / or hydrogen sulphide in the fermentation substrate. In this case, this gets to the biofiltrate storage tank 12 removed biofiltrate only after passing through the inhibitor debris station 5 back to the biotechnology treatment process. Finally, the biofiltrate storage tank serves 12 Also as a reservoir for the Biofiltratpumpenstation. The fermenters 8th . 9 escaping biogases reach the autogenous pressure of the gases in the fermenters via pressure reducing valves in the crude gas line, which is operated at an absolute pressure of about 1050 mbar. In this crude gas line also passes in the Hydrolysestation 7 Hydrogenysis gas which, in addition to the ambient air supplied there to stimulate the aerobic hydrolysis process, also contains the gases from the aerobic treatment of the biosuspension used and vapors of the resulting short-chain fatty acids. This so-called hydrolysis gas is sucked off by the hydrolysis reactor and compressed to an absolute pressure of at least 1050 mbar before being introduced into the crude gas line. This procedure allows the fermenters 8th . 9 to use the main and secondary fermenter stations as steel sheet structures made of non-conserved structural steel. The oxygen-containing mixed gas in the crude gas line first flows through the designed as Rieselkörperapparat gas desulfurization 14 , which has a pressure loss in the amount of about 40 mbar during normal operation, and finally reaches the gas desulphurisation station 14 downstream double membrane gas storage 16 , which is operated with a support pressure of the weather protection membrane in the amount of 1,008 mbar. If required, the desulphurised gas is supplied to the gas storage tank at a pressure of 1,008 mbar 16 taken out, compacted after passing through a gas drying station and an energetic gas utilization complex 17 , In the embodiment of a combined heat and power plant fed. The nutrient solution used in the gas desulphurisation station for the sulfur bacteria settling on the trickle bodies is pumped back continuously as bottom product to the head of the trickle apparatus and undergoes a steady lowering of the pH value to values of less than pH = 2.0 when passing the trickle body pack. Portions of the nutrient solution are taken batchwise from the apparatus sump when the pH has reached a size between 1.5 and 2.0. The withdrawn charge passes as a bio-acid in the Biosäurevorratstank 15 and stands there for the Wrasenwäscher the Hemmstoffentfrachtungsstation 5 as a washing liquid available.

Zusätzliche Vorräte an Biosäure werden der Hydrolysestation 7 zur Förderung der Versäuerung der dort eingesetzten Biosuspension zugeführt. Im Ausführungsbeispiel wird aus der erzeugten Biosuspension je t eingesetzte Ethanolschlempe Biogas mit einem Energieinhalt von 57,4 kWh gewonnen.Additional stores of bio-acid are added to the hydrolyzation station 7 to promote the acidification of the biosuspension used there. In the exemplary embodiment, biogas with an energy content of 57.4 kWh is obtained from the biosuspension produced per t of ethanol slurry used.

Beispiel 2:Example 2:

Gemäß der 2 besteht eine Anordnung zur stofflichen und energetischen Verwertung von biogenen Reststoffen einer Brennerei 2 für die Gewinnung von energiereichem Biogas mit einer Heizleistung von 17 MWth. aus einem Lager für Suspensionszusatzstoffe 3, das vorzugsweise als pneumatisch beschickbares Hochsilo für eine Füllmasse von 100 t ausgebildet ist. Aus der betrieblichen Abwasserbehandlungsanlage 4 wird täglich ohne Zwischenpufferung Abwasserschlamm mit einem Trockensubstanzgehalt von ca. 28% im Umfang von 4,1 t mittels Schneckenförderer zur Suspendierstation 6 gefördert. Von den täglich anfallenden Brennereireststoffen werden der Suspendierstation 6 etwa 658 t Ethanolschlempe und 3,3 t Fuselöl aus dem laufenden Brennereiprozess zugeführt. Zusätzlich gelangen in die Suspendierstation 6 täglich 235 t eingedickter Flotatschlamm aus der Entfernung von Schwebstoffen der überschüssigen Biofiltratmengen mittels Druckentspannungsflotation. Die Suspendierstation 6 besteht aus einem Rührbehälter aus Stahlbeton mit einem Nutzvolumen von 1.000 m3, dem täglich bis zu 904 m3 Biosuspension entnommen und der Hydrolysestation 7 zugeführt werden. Die Hydrolysestation 7 besteht aus einem belüftungsfähigen Rührbehälter aus Edelstahl, dem in Abhängigkeit vom Gasanfall in der Fermentation 8, 9 wählbare Mengen an Umgebungsluft zugeführt werden. Der Nutzinhalt der Hydrolysestation 7 beträgt 2.000 m3. Der Hydrolysestation 7 werden täglich in mehreren Dosiseinheiten Hydrolysatmengen von bis zu 900 m3 entnommen und alternierend vier parallel betriebenen Hauptfermentern 8 der Hauptfermenterstation zugeführt. Bei den Hauptfermentern 8 es sich um teilweise und hydraulisch gemischte Apparate mit Nutzvolumina von 8.000 m3, die aus unkonserviertem Stahlblech gefertigt sind. In den Hauptfermentern 8 wurde vor der Betriebsaufnahme eine mesophile Startkultur 1 aus einer bereits bestehenden Fermentationsanlage zur stofflichen und energetischen Verwertung von überwiegend lignocellulosische Einsatzstoffen vorgelegt. Bei der Dosierung von Hydrolysat aus der Hydrolysestation 7 in die vier Hauptfermenter 8 werden jeweils Gärsubstratmengen aus den Hauptfermentern 8 ausgetragen.According to the 2 exists an arrangement for the material and energetic utilization of biogenic residues of a distillery 2 for the production of high-energy biogas with a heat output of 17 MW th. from a storage for suspension additives 3 , which is preferably designed as a pneumatically charged high silo for a filling material of 100 t. From the operational wastewater treatment plant 4 Every day without intermediate buffering, sewage sludge with a dry matter content of approx. 28% in the amount of 4.1 tonnes is transported by means of a screw conveyor to the suspending station 6 promoted. Of the daily resulting Brennereireststoffen the suspending station 6 About 658 t of ethanol stillage and 3.3 t of fusel oil are taken from the ongoing distillery process. Additionally arrive in the suspension station 6 daily 235 t thickened flotate sludge from the removal of suspended matter of the excess biofiltrate quantities by means of pressure-release flotation. The suspension station 6 consists of a stirred tank Reinforced concrete with a usable volume of 1,000 m 3 , taken daily up to 904 m 3 of biosuspension and the Hydrolysestation 7 be supplied. The hydrolysis station 7 consists of a ventable stainless steel agitator, depending on the gas attack in the fermentation 8th . 9 selectable amounts of ambient air are supplied. The net volume of the hydrolysis station 7 is 2,000 m 3 . The hydrolysis station 7 Hydrolyzate quantities of up to 900 m 3 are taken daily in several dosage units and four main fermenters operated alternately 8th supplied to the main fermenter station. For the main fermenters 8th They are partially and hydraulically mixed devices with usable volumes of 8,000 m 3 , which are made of unpreserved sheet steel. In the main fermenters 8th became a mesophilic seed culture prior to start-up 1 submitted from an existing fermentation plant for the material and energy recovery of predominantly lignocellulosic starting materials. When dosing hydrolyzate from the hydrolysis station 7 into the four main fermenters 8th each fermentation substrate amounts from the main fermenter 8th discharged.

Diese Gärsubstratmengen gelangen unmittelbar in den Nachfermenter 9 der Nachfermenterstation. Der Nachfermenter 9 ist wie die Hauptfermenter 8 konstruiert, weist ein Nutzvolumen von ebenfalls 8.000 m3 auf und besitzt in die Behälterwand integrierte Heizflächen, mit denen im Nachfermenter 9 Medientemperaturen zwischen 52 und 57°C aufrechterhalten werden können. Bei jeder Beschickung des Nachfermenters 9 wird Fermentationsrest aus dem Nachfermenter 9 in das Gärrestlager 10 ausgetragen. Das Gärrestlager 10 ist ein unbeheizter offener Rührbehälter aus Stahlblech mit einem Nutzvolumen von 10.000 m3. Dieser ist mit einem Gasspeicher 16 abgedeckt, der eine maximale Speicherkapazität von ebenfalls 10.000 m3 besitzt. Damit wird bei Aufrechterhaltung eines mittleren Füllstandes des Gasspeichers 16 eine solche Prozessentkopplung gewährleistet, die Störungen in der nachgeschalteten Gasaufbereitung und im energetischen Gasverwertungskomplex 17 von bis zu 2 Stunden überbrückt, ohne die Sicherheitseinrichtung in Form der Fackelanlage mit einer thermischen Leistung von 17 MW in Anspruch nehmen zu müssen. Das Gärrestlager 10 dient sowohl der Restentgasung der aus den Fermentern 8, 9 der Haupt- und Nachfermenterstationen ausgetragenen Fermentationsreste als auch der Entkopplung von Fermentationsstation und Gärrestaufbereitung. Zur Gewinnung einer nährstoffreichen Düngemittelfraktion wird Gärrest dem Gärrestlager 10 entnommen und einer Phasentrennstation 11 zugeführt. Dort erfolgt mittels Pressschneckenseparatoren und Dekantern die Trennung der Fermentationsreste in Presskuchen mit Trockensubstanzgehalten von im Mittel 30% und Biofiltrat. Während der Presskuchen als hochwertiges Düngemittel in das Düngemittellager 13 mit einem Schüttgutaufnahmevermögen von 2.000 m3 für eine etwa 30-tägige Zwischenstapelung eingetragen wird, gelangt das anfallende Biofiltrat in den geschlossenen Biofiltratvorratstank 12 aus Stahlbeton mit einem Nutzvolumen von 2.000 m3. Die nicht für den Wiedereinsatz in den Fermentationsprozess benötigten Biofiltratmengen werden mit Hilfe eines Prozessverbundes von Flotation, UASB-Fermentation, Nitrifikation und Denitrifikation zu vorflutfähigem Abwasser aufbereitet. Das in der Hydrolysestation 7 anfallende Gas-/Säuredampfgemisch wird auf etwa 50 mbar Überdruck verdichtet und der Rohgasleitung zugeführt. Aus den Fermentern 8, 9 der Haupt- und Nachfermenterstation gelangt das dort entstehende Gas mittels Eigendruck ebenfalls in die Rohgasleitung. Zwischen der Rohgasleitung und dem Gasspeicher 16 ist die Gasentschwefelungsstation 14 für einen Rohgasstrom von etwa 2.500 m3/h angeordnet.These fermentation substrate quantities go directly into the secondary fermenter 9 the post fermenter station. The secondary fermenter 9 is like the main fermenter 8th constructed, also has a useful volume of 8,000 m 3 and has in the container wall integrated heating surfaces, with which in the secondary fermenter 9 Media temperatures between 52 and 57 ° C can be maintained. Every time the secondary fermenter is loaded 9 becomes fermentation residue from the secondary fermenter 9 into the fermentation residue camp 10 discharged. The digestate warehouse 10 is an unheated open stirred tank made of sheet steel with a useful volume of 10,000 m 3 . This is with a gas storage 16 covered, which has a maximum storage capacity of also 10,000 m 3 . This is while maintaining a middle level of the gas storage 16 ensures such a process decoupling, the disturbances in the downstream gas treatment and in the energetic gas utilization complex 17 bridged by up to 2 hours without having to use the safety device in the form of the torch system with a thermal output of 17 MW. The digestate warehouse 10 serves both the residual degassing of the fermenters 8th . 9 fermentation residues discharged from the main and secondary fermenter stations as well as the decoupling of fermentation station and digestate treatment. To obtain a nutrient-rich fertilizer fraction, digestate is the digestate storage 10 taken and a phase separation station 11 fed. There by means of press screw separators and decanters, the separation of the fermentation residues in press cake with dry matter contents of on average 30% and biofiltrate. During the press cake as a high quality fertilizer in the fertilizer storage 13 is entered with a bulk material capacity of 2,000 m 3 for about 30-day intermediate stacking, the resulting biofiltrate enters the closed biofiltrate storage tank 12 made of reinforced concrete with a usable volume of 2,000 m 3 . The biofiltrate quantities not required for re-use in the fermentation process are processed into flooded wastewater with the aid of a process network of flotation, UASB fermentation, nitrification and denitrification. That in the hydrolysis station 7 accumulating gas / acid vapor mixture is compressed to about 50 mbar pressure and fed to the crude gas line. From the fermenters 8th . 9 the main and Nachfermenterstation passes the resulting gas by means of autogenous pressure also in the crude gas line. Between the crude gas line and the gas storage 16 is the gas desulphurisation station 14 arranged for a crude gas flow of about 2,500 m 3 / h.

Das verbrauchte Sumpfprodukt der als Rieselkörperapparat ausgebildeten Gasentschwefelungsstation 14 wird als Biosäure ausgetragen und im Biosäurevorratstank 15 mit einem Nutzvolumen von 100 m3 zwischengespeichert. Die Biosäure dient zur Unterstützung der hydrolytischen Behandlung der Biosuspension in der Hydrolysestation 7.The spent bottom product of the designed as Rieselkörperapparat gas desulfurization station 14 is discharged as bio-acid and in the bio acid storage tank 15 cached with a useful volume of 100 m 3 . The bio-acid serves to support the hydrolytic treatment of the biosuspension in the hydrolysis station 7 ,

Beispiel 3:Example 3:

Gemäß der 3 besteht eine Anordnung zur stofflichen und energetischen Verwertung von biogenen Reststoffen einer Brennerei 2 für die Gewinnung von energiereichem Biogas mit einer Heizleistung von 15 MWth. aus einem Lager für Suspensionszusatzstoffe 3, das vorzugsweise als pneumatisch beschickbares Hochsilo für eine Füllmasse von 100 t ausgebildet ist. Aus der betrieblichen Abwasserbehandlungsanlage 4 wird täglich ohne Zwischenpufferung Abwasserschlamm mit einem Trockensubstanzgehalt von ca. 28% im Umfang von 4,1 t mittels Schneckenförderer zur Suspendierstation 6 gefördert. Die anfallenden Schlempen aus der Destillierstation der Brennerei werden kontinuierlich mittels Hochleistungsdekantern in eine Festphase und ein Decantat getrennt. Die erzeugte Festphase fällt mit einem Trockensubstanzgehalt von 30% in einer Menge von 59.000 t/a an. Dieser Mengenstrom wird gemäß des beschriebenen Verfahrens behandelt, während die außerdem anfallende Dünnphase in einer enge von jährlich 181.000 t gemeinsam mit dem überschüssigen Biofiltrat einer nachgeschalteten Aufbereitungsstation, bestehend aus einer aus der Abwassertechnik bekannten UASB-Fermenterstation und einer Nitrifikations- und Denitrifikationsstation zugeführt wird. Von den täglich anfallenden Brennereireststoffen werden damit der Suspendierstation 6 etwa 162 t Ethanol-Dickschlempe und 3,3 t Fuselöl aus dem laufenden Brennereiprozess zugeführt. Zusätzlich gelangen in die Suspendierstation 6 täglich 14 t eingedickter Flotatschlamm aus der Entfernung von Schwebstoffen der überschüssigen Biofiltratmengen mittels Druckentspannungsflotation. Der Suspendierstation 6 werden außerdem täglich 198 t Biofiltrat aus der Phasentrennstation 11 zugeführt. Diesem Mengenstrom wurden zuvor in der Hemmstoffentfrachtungsstation 5 wenigstens wesentliche Teile des enthaltenen Ammoniums entzogen. Die Suspendierstation 6 besteht aus einem Rührbehälter aus Stahlbeton mit einem Nutzvolumen von 500 m3, dem täglich bis zu 386 m3 Biosuspension entnommen und der Hydrolysestation 7 zugeführt werden. Die Hydrolysestation 7 besteht aus einem belüftungsfähigen Rührbehälter aus Edelstahl, dem in Abhängigkeit vom Gasanfall in der Fermentation 8, 9 wählbare Mengen an Umgebungsluft zugeführt werden.According to the 3 exists an arrangement for the material and energetic utilization of biogenic residues of a distillery 2 for the production of high-energy biogas with a heating capacity of 15 MW th. from a storage for suspension additives 3 , which is preferably designed as a pneumatically charged high silo for a filling material of 100 t. From the operational wastewater treatment plant 4 Every day without intermediate buffering, sewage sludge with a dry matter content of approx. 28% in the amount of 4.1 tonnes is transported by means of a screw conveyor to the suspending station 6 promoted. The resulting vats from the distillery of the distillery are continuously separated by means of high-performance decanters in a solid phase and a decantate. The solid phase produced is obtained with a dry matter content of 30% in an amount of 59,000 t / a. This flow rate is treated according to the method described, while the resulting thin phase is fed in a close of 181,000 t together with the excess biofiltrate a downstream treatment station consisting of a well-known from wastewater engineering UASB fermenter station and a nitrification and denitrification station. Of the daily Brennereireststoffen thus become the suspending station 6 About 162 t of ethanol-thick still and 3.3 t of fusel oil are fed from the ongoing distillery process. Additionally arrive in the suspension station 6 daily 14 t thickened flotate sludge from the removal of suspended solids of the excess biofiltrate quantities by means of pressure-release flotation. The suspension station 6 In addition, daily 198 t of biofiltrate from the phase separation station 11 fed. This flow was previously in the inhibitor decontamination station 5 removed at least substantial parts of the contained ammonium. The suspension station 6 consists of a stirred tank made of reinforced concrete with a useful volume of 500 m 3 , taken daily up to 386 m 3 of biosuspension and the Hydrolysestation 7 be supplied. The hydrolysis station 7 consists of a ventable stainless steel agitator, depending on the gas attack in the fermentation 8th . 9 selectable amounts of ambient air are supplied.

Der Nutzinhalt der Hydrolysestation 7 beträgt 800 m3. Der Hydrolysestation 7 werden täglich in mehreren Dosiseinheiten Hydrolysatmengen von bis zu 400 m3 entnommen und alternierend drei parallel betriebenen Hauptfermentern 8 der Hauptfermenterstation zugeführt. Bei den Hauptfermentern 8 es sich um teilweise und hydraulisch gemischte Apparate mit Nutzvolumina von 6.000 m3, die aus unkonserviertem Stahlblech gefertigt sind. In den Hauptfermentern 8 wurde vor der Betriebsaufnahme eine mesophile Startkultur 1 aus einer bereits bestehenden Fermentationsanlage zur stofflichen und energetischen Verwertung von überwiegend lignocellulosische Einsatzstoffen vorgelegt. Bei der Dosierung von Hydrolysat aus der Hydrolysestation 7 in die drei Hauptfermenter 8 werden jeweils Gärsubstratmengen aus den Hauptfermentern 8 ausgetragen. Diese Gärsubstratmengen gelangen unmittelbar in den Nachfermenter 9 der Nachfermenterstation. Der Nachfermenter 9 ist wie die Hauptfermenter 8 konstruiert, weist ein Nutzvolumen von ebenfalls 6.000 m3 auf und besitzt in die Behälterwand integrierte Heizflächen, mit denen im Nachfermenter 9 Medientemperaturen zwischen 52 und 57°C aufrechterhalten werden können. Bei jeder Beschickung des Nachfermenters 9 wird Fermentationsrest aus dem Nachfermenter 9 in das Gärrestlager 10 ausgetragen. Das Gärrestlager 10 ist ein unbeheizter offener Rührbehälter aus Stahlblech mit einem Nutzvolumen von 8.000 m3. Dieser ist mit einem Gasspeicher 16 abgedeckt, der eine maximale Speicherkapazität von ebenfalls 8.000 m3 besitzt. Damit wird bei Aufrechterhaltung eines mittleren Füllstandes des Gasspeichers 16 eine solche Prozessentkopplung gewährleistet, die Störungen in der nachgeschalteten Gasaufbereitung und im energetischen Gasverwertungskomplex 17 von bis zu 2 Stunden überbrückt, ohne die Sicherheitseinrichtung in Form der Fackelanlage mit einer thermischen Leistung von 15 MW in Anspruch nehmen zu müssen. Das Gärrestlager 10 dient sowohl der Restentgasung der aus den Fermentern 8, 9 der Haupt- und Nachfermenterstationen ausgetragenen Fermentationsreste als auch der Entkopplung von Fermentationsstation und Gärrestaufbereitung. Zur Gewinnung einer nährstoffreichen Düngemittelfraktion wird Gärrest dem Gärrestlager 10 entnommen und einer Phasentrennstation 11 zugeführt. Dort erfolgt mittels Pressschneckenseparatoren und Dekantern die Trennung der Fermentationsreste in Presskuchen mit Trockensubstanzgehalten von im Mittel 30% und Biofiltrat. Der gewonnene Presskuchen wird als hochwertiges Düngemittel in das Düngemittellager 13 mit einem Schüttgutaufnahmevermögen von 2.000 m3 für eine etwa 30-tägige Zwischenstapelung eingetragen.The net volume of the hydrolysis station 7 is 800 m 3 . The hydrolysis station 7 hydrolyzate quantities of up to 400 m 3 are taken daily in several dosage units and alternately three main fermenters operated in parallel 8th supplied to the main fermenter station. For the main fermenters 8th They are partially and hydraulically mixed devices with usable volumes of 6,000 m 3 , which are made of unpreserved sheet steel. In the main fermenters 8th became a mesophilic seed culture prior to start-up 1 submitted from an existing fermentation plant for the material and energy recovery of predominantly lignocellulosic starting materials. When dosing hydrolyzate from the hydrolysis station 7 into the three main fermenters 8th each fermentation substrate amounts from the main fermenter 8th discharged. These fermentation substrate quantities go directly into the secondary fermenter 9 the post fermenter station. The secondary fermenter 9 is like the main fermenter 8th constructed, also has a useful volume of 6,000 m 3 and has in the container wall integrated heating surfaces, with which in the secondary fermenter 9 Media temperatures between 52 and 57 ° C can be maintained. Every time the secondary fermenter is loaded 9 becomes fermentation residue from the secondary fermenter 9 into the fermentation residue camp 10 discharged. The digestate warehouse 10 is an unheated open stirred tank made of sheet steel with a useful volume of 8,000 m 3 . This is with a gas storage 16 covered, which has a maximum storage capacity of 8,000 m 3 . This is while maintaining a middle level of the gas storage 16 ensures such a process decoupling, the disturbances in the downstream gas treatment and in the energetic gas utilization complex 17 bridged by up to 2 hours without having to use the safety device in the form of the torch system with a thermal output of 15 MW. The digestate warehouse 10 serves both the residual degassing of the fermenters 8th . 9 fermentation residues discharged from the main and secondary fermenter stations as well as the decoupling of fermentation station and digestate treatment. To obtain a nutrient-rich fertilizer fraction, digestate is the digestate storage 10 taken and a phase separation station 11 fed. There by means of press screw separators and decanters, the separation of the fermentation residues in press cake with dry matter contents of on average 30% and biofiltrate. The obtained press cake is used as a high quality fertilizer in the fertilizer storage 13 entered with a bulk material capacity of 2,000 m 3 for about 30-day intermediate stacking.

Das anfallende Biofiltrat gelangt in den geschlossenen Biofiltratvorratstank 12 aus Stahlbeton mit einem Nutzvolumen von 2.000 m3. Die nicht für den Wiedereinsatz in den Fermentationsprozess benötigten Biofiltratmengen werden mit Hilfe eines Prozessverbundes von Flotation, UASB-Fermentation, Nitrifikation und Denitrifikation zu vorflutfähigem Abwasser aufbereitet. Dabei wird diesem Mengenstrom noch vor der UASB-Fermenterstation die bei der Phasentrennung der anfallenden Ethanolschlempen gewonnene Dünnphase zugesetzt. Das in der Hydrolysestation 7 anfallende Gas-/Säuredampfgemisch wird auf etwa 50 mbar Überdruck verdichtet und der Rohgasleitung zugeführt. Aus den Fermentern 8, 9 der Haupt- und Nachfermenterstation gelangt das dort entstehende Gas mittels Eigendruck ebenfalls in die Rohgasleitung. Zwischen der Rohgasleitung und dem Gasspeicher 16 ist die Gasentschwefelungsstation 14 für einen Rohgasstrom von etwa 1.850 m3/h angeordnet. Das verbrauchte Sumpfprodukt der als Rieselkörperapparat ausgebildeten Gasentschwefelungsstation 14 wird als Biosäure ausgetragen und im Biosäurevorratstank 15 mit einem Nutzvolumen von 100 m3 zwischengespeichert. Die Biosäure dient in erster Linie als Waschflüssigkeit, mit deren Hilfe die im Austreiber der Hemmstoffentfrachtungsstation 5 anfallenden ammoniak- und schwefelwasserstoffreichen Wrasen in einem nachgeschalteten Apparat gebunden werden. Überschüssige Mengen der verfügbaren Biosäure werden zur Unterstützung der hydrolytischen Behandlung der Biosuspension in der Hydrolysestation 7 genutzt.The resulting biofiltrate enters the closed biofiltrate storage tank 12 made of reinforced concrete with a usable volume of 2,000 m 3 . The biofiltrate quantities not required for re-use in the fermentation process are processed into flooded wastewater with the aid of a process network of flotation, UASB fermentation, nitrification and denitrification. In this case, the thin phase obtained in the phase separation of the resulting ethanol sludge is added to this flow rate before the UASB fermenter station. That in the hydrolysis station 7 accumulating gas / acid vapor mixture is compressed to about 50 mbar pressure and fed to the crude gas line. From the fermenters 8th . 9 the main and Nachfermenterstation passes the resulting gas by means of autogenous pressure also in the crude gas line. Between the crude gas line and the gas storage 16 is the gas desulphurisation station 14 arranged for a raw gas flow of about 1,850 m 3 / h. The spent bottom product of the designed as Rieselkörperapparat gas desulfurization station 14 is discharged as bio-acid and in the bio acid storage tank 15 cached with a useful volume of 100 m 3 . The Biosäure serves primarily as a washing liquid, with the aid of which in the expeller of the Hemmungsentfrachtungsstation 5 resulting ammonia and hydrogen sulfide rich vapors are bound in a downstream apparatus. Excessive amounts of the available bioacid are used to aid the hydrolytic treatment of the biosuspension in the hydrolyzation station 7 used.

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Claims (14)

Verfahren zur stofflichen und energetischen Verwertung biogener Reststoffe der Bioethanolgewinnung durch Einsatz der Reststoffe in eine Nassfermentation, durch Konzentration des gesamten Nährstoffpotentials in Form von Stickstoff, Phosphor, Kalium und Schwefel in einer aus den Fermentationsrückständen gewonnenen Düngemittelfraktion, und durch Bereitstellung des entschwefelten Biogases für die energetische Verwertung, dadurch gekennzeichnet, dass die anfallenden biogenen Reststoffe aus dem Brennereiprozess, wie Schlempen, Filterstäube, wässrige Medien aus der periodischen Anlagenreinigung und Fuselöle, einem Suspendierprozess unterzogen werden, dass unter Einsatz von Zusatzstoffen mit Trockenmassegehalten von wenigstens 25% in der Biosuspension ein Trockenmassegehalt zwischen 12 und 18% eingestellt wird, dass die erzeugte Biosuspension einem aeroben Hydrolyseprozess unterzogen wird, dass das aus der Biosuspension erzeugte Hydrolysat einem anaeroben Fermentersystem aus wenigstens einem hydraulisch und teilweise durchmischtem Fermenter mit anfangs eingesetzter und sich stetig reproduzierender Spezialkultur zugeführt wird, dass das in den verwerteten Einsatzstoffen enthaltene Potential an Pflanzennährstoffen als Gemisch aus der festen Phase der Fermentationsrückstände und den aus der Hemmstoffentfrachtung der Biofiltrate resultierenden flüssigen Waschmedien mit hohen Gehalten an Ammonium und Schwefelverbindungen gewonnen wird und dass das entschwefelte, getrocknete und verdichtete Biogas zur gekoppelten Gewinnung von elektrischer und thermischer Prozessenergie genutzt wird.Process for the material and energetic utilization of biogenic residues of bioethanol production by using the residues in a wet fermentation, by concentrating the total nutrient potential in the form of nitrogen, phosphorus, potassium and sulfur in a fertilizer fraction obtained from the fermentation residues, and by providing the desulfurized biogas for the energetic Utilization, characterized in that the resulting biogenic residues from the distillery process, such as vats, filter dusts, aqueous media from the periodic cleaning plant and fusel oils, a suspending process are subjected to that using additives with dry matter contents of at least 25% in the bio-suspension a dry matter content between 12 and 18% is set, that the biosuspension produced is subjected to an aerobic hydrolysis process, that the hydrolyzate produced from the biosuspension of an anaerobic fermenter system of at least a hydraulically and partially mixed fermenter with initially used and constantly reproducing special culture is supplied that contained in the recycled feedstock potential plant nutrients as a mixture of the solid phase of the fermentation residues and resulting from the Hemmstoffentfrachtung the Biofiltrate liquid washing media with high levels of ammonium and sulfur compounds is obtained and that the desulfurized, dried and compressed biogas is used for the coupled production of electrical and thermal process energy. Verfahren nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens Anteile der bei der Hefefermentation erzeugten Sauermaische in Form von feststoffreichen Presskuchen der Biosuspension zugefügt werden.Method according to claim 1, characterized in that at least portions of the sour mashes produced in the yeast fermentation are added to the biosuspension in the form of solids-rich presscakes. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Produktionsabwässern der Brennerei vor oder nach einer aeroben und/oder anaeroben Behandlung eine Schlammfraktion als zusätzliche biogene Reststofffraktion gewonnen wird.Method according to one of claims 1 and 2, characterized in that from the production effluents of the distillery before or after an aerobic and / or anaerobic treatment, a sludge fraction is obtained as additional biogenic waste fraction. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatzstoffe bevorzugt Getreidespreu, Mühlenstäube und/oder Bürststäube aus der Getreidereinigung in den Suspendierprozess eingesetzt werden.Method according to one of claims 1 and 3, characterized in that are preferably used as additives grain chaff, mill dust and / or brush dusts from the grain cleaning in the suspending process. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Prozesswasser Biofiltrate aus der mechanischen Phasentrennung der anfallenden Fermentationsrückstände in den Suspendierprozess eingesetzt werden.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that are used as process water biofiltrates from the mechanical phase separation of the resulting fermentation residues in the suspending process. Verfahren nach dem Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass den Biofiltraten vor dem Einsatz in den Suspendierprozess zur Vermeidung von den Fermentationsprozess hemmenden Konzentrationen toxisch wirkender Inhaltsstoffe Ammonium und/oder Schwefelwasserstoff entzogen wird.A method according to claim 5, characterized in that the biofilms before use in the suspending process to avoid inhibiting the fermentation process concentrations of toxic ingredients ammonium and / or hydrogen sulfide is withdrawn. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Biofiltrat Teile des gelösten Ammoniums und/oder des gelösten Schwefelwasserstoffs in einem Austreiber bei bis auf 65°C erhöhten Temperaturen und bei einem absoluten Druck in den überstehenden Wrasen von höchstens 980 mbar entzogen werden, dass die ammoniak- und/oder schwefelwasserstoffhaltigen Wrasen des Austreibers in einem zwischengeschalteten Wärmetauscher auf Temperaturen von maximal 45°C abgekühlt werden, dass die abgekühlten ammoniak- und/oder schwefelwasserstoffhaltigen Wrasen einem nachgeschalteten Wrasenwäscher in Form eines Rieselkörperapparates zugeführt werden, wobei als Waschmedium schweflige Biosäure aus der Biogasentschwefelung mit einer Temperatur von maximal 25°C und einem pH-Wert zwischen 1 und 3,5 eingesetzt wird und dass dem Wäschersumpf bei Erreichen des oberen pH-Grenzwertes zwischen 10 und 60 Masse-% als Düngerkonzentrat mit hohen Stickstoff- und/oder Schwefelkonzentrationen entzogen und durch frische schweflige Biosäure ersetzt werden.Method according to one of claims 5 and 6, characterized in that the biofiltrate parts of the dissolved ammonium and / or dissolved hydrogen sulfide in an expeller at up to 65 ° C elevated temperatures and at an absolute pressure in the supernatant fumes of at most 980 mbar withdrawn be that the ammonia and / or hydrogen sulfide-containing vapors of the expeller are cooled in an intermediate heat exchanger to temperatures of 45 ° C maximum, that the cooled fumes containing ammonia and / or hydrogen sulfide are fed to a downstream Wrasenwäscher in the form of a trickle body apparatus, being used as a washing medium sulfuric biosäure from the biogas desulphurisation with a temperature of maximally 25 ° C and a pH value between 1 and 3,5 is used and that the scrubber sump when reaching the upper pH limit value between 10 and 60 mass% as fertilizer concentrate with high nitrogen and / or sulfur concentration deprived of them and replaced by fresh sulfurous bio-acid. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydrolyseprozess unter intensiver Vermischung mit Umgebungsluft in einem Rührbehälter bei Temperaturen zwischen 50 und 60°C durchgeführt wird, dass dem Hydrolyseprozess Umgebungsluft in einer Größenordnung zwischen 2 und 10 Vol.-% des im gesamten Fermentationsprozess gewonnenen Biogases zugesetzt wird, dass eine mittlere Verweilzeit der Biosuspension im Hydrolysebehälter von etwa 2 Tagen eingehalten wird und dass dem Hydrolyseprozess zwischen 20 und 100% der bei der biologischen Entschwefelung des Biogases anfallenden schwefligen Biosäure zugesetzt wird.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the hydrolysis is carried out under intensive mixing with ambient air in a stirred tank at temperatures between 50 and 60 ° C that the hydrolysis ambient air in an order of between 2 and 10 vol .-% of biogas obtained in the entire fermentation process is added so that an average residence time of the biosuspension in the hydrolysis of about 2 days is maintained and that the hydrolysis between 20 and 100% of biosulfurization incurred in the biological desulfurization of bio-acid is added. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das anfallende Hydrolysegas auf wenigstens 30 mbar verdichtet und vor der Gasentschwefelungsstation in die zentrale Rohgasleitung eingeleitet wird oder dass das anfallende Hydrolysegas auf wenigstens 30 mbar verdichtet und in die korrosionsfest ausgeführte Nachfermenterstation eingeleitet wird. Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the resulting hydrolysis gas is compressed to at least 30 mbar and introduced into the central crude gas before the gas desulphurisation station or that the resulting hydrolysis gas is compressed to at least 30 mbar and introduced into the corrosion-resistant secondary fermenter station. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spezialkultur für den Fermentationsprozess als Startkultur eingesetzt und unter Zugabe von überwiegend lignocellulosischen Einsatzstoffen in einer Zuchtstation für mesophile oder thermophile Mischkulturen gewonnen wird.Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the special culture used for the fermentation process as a starting culture and is obtained with the addition of predominantly lignocellulosic starting materials in a breeding station for mesophilic or thermophilic mixed cultures. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Anspruch 1, bestehend aus wenigstens einer Suspendierstation (6), einer Fermentationsstation für die Methanfermentation (8, 9), einer Phasentrennstation (11) für die Gärrückstände, einem Biofiltratsvorratstank (12), einer Gasentschwefelungsstation (14), dadurch gekennzeichnet, dass die Suspendierstation (6) mit einem Lager- und Dosiersystem für trockensubstanzreiche Zusatzstoffe in Verbindung steht, dass zwischen dem Biofiltratsvorratstank (12) und der Suspendierstation (6) eine Hemmstoffentfrachtungsstation (5) angeordnet ist, dass als Gasentschwefelungsstation (14) ein Gaswäscher bevorzugt in Form eines Rieselkörperapparates angeordnet ist, dass für die Bevorratung der in der Gasentschwefelungsstation (14) gewonnenen schwefligen Biosäure zwischen der Gasentschwefelungsstation (14) und der Hemmstoffentfrachtungsstation (5) und/oder der Hydrolysestation (7) ein Biosäurevorratstank (15) angeordnet ist, dass zwischen der Suspendierstation (6) und der Fermenterstation (8, 9) eine Hydrolysestation (7) angeordnet ist und dass die Fermenterstation (8, 9) aus wenigstens einem Hauptfermenter (8) und wenigstens einem nachgeschalteten Nachfermenter (9) besteht.Arrangement for carrying out the method according to claim 1, consisting of at least one suspending station ( 6 ), a fermentation station for methane fermentation ( 8th . 9 ), a phase separation station ( 11 ) for the digestate, a biofiltration stock tank ( 12 ), a gas desulphurisation station ( 14 ), characterized in that the suspending station ( 6 ) is associated with a storage and dosing system for dry substance-rich additives, that between the biofilter stock tank ( 12 ) and the suspending station ( 6 ) an inhibitor decontamination station ( 5 ) is arranged as a gas desulphurisation station ( 14 ) a gas scrubber is preferably arranged in the form of a trickle apparatus that for the storage of the gas in the desulphurisation station ( 14 ) obtained sulfurous bioacid between the gas desulphurisation station ( 14 ) and the inhibitor decontamination station ( 5 ) and / or the hydrolysis station ( 7 ) a Biosäurevorststank ( 15 ) is arranged that between the suspending station ( 6 ) and the fermenter station ( 8th . 9 ) a hydrolysis station ( 7 ) and that the fermenter station ( 8th . 9 ) from at least one main fermenter ( 8th ) and at least one downstream secondary fermenter ( 9 ) consists. Anordnung nach dem Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der oder die Hauptfermenter (8) hydraulisch gemischte, jedoch nicht vollständig durchmischte, Apparate sind.Arrangement according to claim 11, characterized in that at least the main fermenter (s) ( 8th ) are hydraulically mixed, but not completely mixed, apparatus. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachfermenter (9) als batchweise betriebene und beheizte Rührbehälter ausgeführt sind.Arrangement according to one of claims 11 and 12, characterized in that the secondary fermenter ( 9 ) are designed as batchwise operated and heated stirred tank. Anordnung nach dem Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in den Hauptfermentern (8) und in den nachgeschalteten Nachfermentern (9) unterschiedliche Methanbakterien-Mischkulturen eingesetzt sind,Arrangement according to claim 11, characterized in that in the main fermenters ( 8th ) and in the downstream secondary fermenters ( 9 ) different methane bacteria mixed cultures are used,
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