DE102014108691A1 - Thermal hydrolysis of pomace and / or spent grains - Google Patents
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Abstract
Um Trester und/oder Treber dahingehend aufzubereiten, dass daraus Biogas gewonnen werden kann, werden die Verwendung einer Vorrichtung (1) mit zumindest einem ersten Abschnitt und zumindest einem zweiten Abschnitt, welcher mit dem ersten Abschnitt unmittelbar in Verbindung steht, wobei der erste Abschnitt als Aufheizzone (2) mit einer Direktdampfbeheizung ausgebildet ist, welche zumindest eine Dampfeintragseinrichtung (3) umfasst, durch welche im Betrieb Dampf (D) in den kontinuierlich durch die Aufheizzone (2) strömenden Trester und/oder Treber (T) eingetragen wird und diesen aufheizt, und wobei der zweite Abschnitt als Verweilzeitstrecke (4) ausgebildet ist, durch welche im Betrieb der aufgeheizte Trester und/oder Treber kontinuierlich strömt sowie ein Verfahren mit den Schritten a) kontinuierliches Zuführen von Trester und/oder Treber (T) b) Aufheizen desselben auf eine Temperatur T_2 durch Eintragen von Dampf (D), c) Halten der Temperatur T_2 für einen Zeitraum t_Verweil in einer kontinuierlich durchströmten Verweilzeitstrecke (4) bereit gestellt.To prepare pomace and / or grain to obtain biogas therefrom, the use of a device (1) having at least a first portion and at least a second portion directly associated with the first portion, the first portion as Heating zone (2) is formed with a direct steam heating, which comprises at least one steam introduction device (3) through which steam (D) in the continuously by the heating zone (2) pomace and / or spent grains (T) is introduced and heats it and wherein the second section is designed as a residence time section (4) through which the heated pomace and / or spent grains continuously flow during operation, and a process comprising the steps of a) continuously feeding pomace and / or spent grains (T) b) heating same to a temperature T_2 by introducing steam (D), c) maintaining the temperature T_2 for a period of time t_Verweil in he continuously supplied residence time distance (4) provided.
Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Vorrichtung und ein Verfahren zur kontinuierlichen thermischen Hydrolyse von Trester und/oder Treber.The invention relates to the use of a device and a method for the continuous thermal hydrolysis of pomace and / or spent grains.
Trester sind die vorwiegend festen Rückstände, die nach dem Auspressen des Saftes von Pflanzenbestandteilen übrig bleiben. Insbesondere beim Weinbau fällt Trester in Form von Pressrückständen der Weintraube an. Trester entstehen auch beim Auspressen etwa von Äpfeln, Karotten oder Tomaten sowie als Rückstand beim Mahlen und Pressen von Kaffeebohnen für Espresso. Auch bei der Olivenölherstellung werden die Rückstände als Trester bezeichnet. Vereinzelt ist diese Bezeichnung auch für Maischrückstände bei der Bier- und Whiskey-Herstellung gebräuchlich; üblicherweise spricht man dort allerdings von Treber. Für derartige Rückstände werden im Folgenden die Begriffe ”Trester” oder ”Treber” verwendet.Porridges are the predominantly solid residues left over after squeezing the juice from plant components. Especially in viticulture pomace in the form of pressing residues of grapes. Porridges are also produced during pressing of apples, carrots or tomatoes and as residue when grinding and pressing coffee beans for espresso. Also in olive oil production, the residues are referred to as pomace. Occasionally, this term is also used for mash residues in beer and whiskey production; However, one usually speaks of Marc. For such residues, the terms "pomace" or "spent grain" are used below.
Ziel vieler Bestrebungen ist es, aus Biomasse Energie zu gewinnen. Hierzu kann die Verbrennung zu Hilfe genommen werden. Dabei ist allerdings zu bedenken, dass der hohe Wasseranteil der Biomasse einer effizienten energetischen Nutzung entgegen steht. Thermische Trocknungen benötigen zunächst viel Energie und sind bisher nicht wirtschaftlich.The goal of many efforts is to extract energy from biomass. For this purpose, the combustion can be used. However, it must be remembered that the high proportion of water in the biomass prevents efficient use of energy. Thermal drying initially requires a lot of energy and has not been economical so far.
Verfahren zum mechanischen Aufschluss unterliegen sehr starkem Verschleiß, schließen nur einen kleinen Teil der verfügbaren Biomasse auf und führen zu einer Verschlechterung der Filtrierbarkeit.Mechanical pulping processes are subject to very heavy wear, include only a small fraction of the available biomass and lead to a deterioration of the filterability.
Bei der Elektropervaporation werden Hochspannungspulse durch die Flüssigkeit geschlossen, in denen die Zellen sich befinden. Die Hochspannungspulse generieren kleine Löcher in den Zellen und ermöglichen einen Austausch der Flüssigkeiten außerhalb und innerhalb der Zelle. Allerdings kann auf diese Weise nur ein geringer Anteil des verfügbaren Kohlenstoffs zugänglich gemacht werden, nämliche ein Teil dessen, der sich innerhalb der Zelle befindet. Alle nicht gelösten Substanzen, Zellwände und ähnliches können nicht aufgeschlossen werden.In electropervaporation, high voltage pulses are closed by the fluid in which the cells are located. The high voltage pulses generate small holes in the cells and allow the exchange of fluids outside and inside the cell. However, only a small fraction of the available carbon can be made available in this way, namely a part of it that is inside the cell. All undissolved substances, cell walls and the like can not be disrupted.
Bei Verfahren zum thermischen Aufschluss ist die Heizung durch Rohrwände problematisch. Durch die Wärmeübertragung über Wandkontakt kommt es zum Verbacken der Wände bei höheren Temperaturen und damit zur Herabsetzung der Wärmeübergänge und damit zur Verschlechterung der Aufheizung.In thermal digestion processes, heating by pipe walls is problematic. The heat transfer via wall contact causes the walls to clog at higher temperatures and thus to reduce the heat transfer and thus to the deterioration of the heating.
Es fallen derzeit hohe Mengen an Trester und Treber insbesondere bei der Wein- und Bierherstellung an, die eine entsprechend große Menge an Biomasse enthalten. Diese wird bisher zumeist entsorgt.There are currently high levels of pomace and grape, especially in wine and beer production, which contain a correspondingly large amount of biomass. This is usually disposed of.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, Trester und/oder Treber dahingehend aufzubereiten, dass daraus Biogas gewonnen werden kann.An object of the invention is to prepare pomace and / or grain to the effect that biogas can be obtained therefrom.
Eine Möglichkeit zur Nutzung der energetisch verwertbaren organischen Substanz liegt im Aufschluss des Tresters beziehungsweise Trebers mit dem Ziel, diesen besser bioverfügbar zu machen.One way to use the energetically utilizable organic substance is in the digestion of the pomace or spent grains with the aim of making them better bioavailable.
Ein Ansatz dazu wird in
Ein Problem des in
Es ergibt sich daraus eine Aufgabe der Erfindung, eine thermische Hydrolyse von Trester und/oder Treber bereitzustellen, welche das Auftreten von Dampfschlägen vermeidet.It is therefore an object of the invention to provide a thermal hydrolysis of pomace and / or spent grains, which avoids the occurrence of steam shocks.
Des weiteren ist es eine Aufgabe der Erfindung, die Wärmeübertragung an den Trester und/oder Treber zuverlässig und effizient durchführen zu können.Furthermore, it is an object of the invention to be able to carry out the heat transfer to the pomace and / or spent grains reliably and efficiently.
Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, Wandanbackungen des Tresters und/oder Trebers zu vermeiden, wenn dieser aufgeheizt wird.In particular, it is an object of the invention to avoid wall caking of the pomace and / or spent grain when it is heated.
Diese Aufgaben werden auf überraschend einfache Weise gelöst mit einer Verwendung einer Vorrichtung und einem Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweils zugeordneten Unteransprüche.These objects are achieved in a surprisingly simple manner using a device and a method according to the independent claims. Advantageous developments The invention are the subject of the respective associated subclaims.
Die Erfindung stellt eine Verwendung einer Vorrichtung zur kontinuierlichen thermischen Hydrolyse von Trester und/oder Treber zur Verfügung, mit zumindest einem ersten Abschnitt und zumindest einem zweiten Abschnitt, welcher mit dem ersten Abschnitt unmittelbar in Verbindung steht, wobei der erste Abschnitt als Aufheizzone mit einer Direktdampfbeheizung ausgebildet ist, welche zumindest eine Dampfeintragseinrichtung umfasst, durch welche im Betrieb Dampf in den kontinuierlich durch die Aufheizzone strömenden Trester und/oder Treber eingetragen wird und den Trester und/oder Treber aufheizt, und wobei der zweite Abschnitt als Verweilzeitstrecke ausgebildet ist, durch welche im Betrieb der aufgeheizte Trester und/oder Treber kontinuierlich strömt.The invention provides a use of an apparatus for the continuous thermal hydrolysis of pomace and / or spent grains having at least a first portion and at least a second portion directly communicating with the first portion, the first portion serving as a heating zone with direct steam heating is formed, which comprises at least one steam introduction device through which steam is introduced into the continuously flowing through the heating zone pomace and / or spent grains and heats the pomace and / or spent grains, and wherein the second section is formed as a residence time, through which Operation of the heated pomace and / or spent grains flows continuously.
Der zweite Abschnitt schließt sich insbesondere direkt an den ersten Abschnitt an, so dass aufgeheizter Trester und/oder Treber unmittelbar in die Verweilzeitstrecke eintritt. Gemäß der Erfindung wird eine thermische Hydrolyse in kontinuierlicher Strömung des Tresters und/oder Trebers ermöglicht, bei der der Wärmeübergang über eine Direktdampfheizung erfolgt. Das bedeutet, dass Dampf in die Suspension, das heißt in den Trester und/oder Treber, eingeperlt wird und durch Übergabe der Kondensationsenthalpie das Fluid aufheizt. Dabei kommt es zu einer Verdünnung des Fluids durch den eingeleiteten Dampf. Die benötigte Menge der Aufheizung macht jedoch eine Durchführung möglich, weil nur geringe Mengen an Wasser hinzugeführt werden. Die Verdünnung liegt in der Größenordnung von etwa 20%.The second section follows in particular directly to the first section, so that heated pomace and / or spent grains enters directly in the residence time. According to the invention, a thermal hydrolysis in continuous flow of the pomace and / or spent grains is made possible, in which the heat transfer takes place via a direct steam heating. This means that steam is bubbled into the suspension, that is to say in the pomace and / or spent grains, and the fluid is heated by transferring the condensation enthalpy. This results in a dilution of the fluid through the steam introduced. However, the required amount of heating makes it possible to carry out, because only small amounts of water are added. The dilution is on the order of about 20%.
Der Trester und/oder Treber strömt während der Direktdampfeinspeisung kontinuierlich durch die Aufheizzone und strömt dann weiter in die Verweilzeitstrecke. Durch die permanente gleichmäßige Bewegung und Durchmischung des Fluids werden Instabilitäten, welche zu Dampfschlägen führen, minimiert.The pomace and / or spent grains continuously flows through the heating zone during direct steam injection and then continues to flow into the residence time zone. Due to the permanent uniform movement and mixing of the fluid instabilities, which lead to steam shock, minimized.
Die erfindungsgemäße Verwendung der Vorrichtung ist zudem besonders einfach und betriebsstabil. Die Aufheizung des Tresters und/oder Trebers durch Direktdampfeinspeisung vermeidet die Beläge von Wärmetauscherplatten, da die direkte Zuführung von Dampf keine Oberflächen benötigt.The inventive use of the device is also particularly simple and stable in operation. The heating of the pomace and / or spent grains by direct steam injection avoids the deposits of heat exchanger plates, since the direct supply of steam does not require surfaces.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zumindest eine Dampfeintragseinrichtung zumindest eine Dampfeintragsfläche aufweist und derart in der Aufheizzone angeordnet ist, dass sie im Betrieb kontinuierlich von Trester und/oder Treber passiert, insbesondere umströmt, wird, so dass Dampf durch die Dampfeintragsfläche hindurch in den daran vorbei strömenden Trester und/oder Treber eingetragen wird.In an advantageous development of the invention, it is provided that the at least one steam introduction device has at least one steam inlet surface and is arranged in the heating zone so that it continuously passes during operation of pomace and / or spent grains, in particular flows around it, so that steam passes through the steam injection surface is fed through the pomace and / or grape flowing past it.
Die Dampfeintragseinrichtung weist zudem eine Dampfzuführung auf, welche Dampf zu der Dampfeintragsfläche führt. Dampf und Trester beziehungsweise Treber werden dabei nicht im Gleichstrom, sondern nach Art eines Kreuzstroms und vorzugsweise im Wesentlichen im Gegenstrom zueinander geführt.The steam introduction device also has a steam feed, which leads steam to the steam injection surface. Steam and pomace or spent grains are not conducted in cocurrent, but in the manner of a cross-flow and preferably substantially in countercurrent to each other.
Wird die Vorrichtung mit mehreren, beispielsweise zwei Dampfeintragseinrichtungen verwendet, kann der Dampf in der Aufheizzone an verschiedenen Stellen verteilt zugeführt werden, um die Gefahr von Dampfschläge noch weiter zu minimieren. Zudem wird bei mehrstufiger Dampfeinspeisung weniger Exergie verschwendet.If the device is used with several, for example, two steam injection devices, the steam in the heating zone can be supplied distributed at various locations in order to further minimize the risk of steam shocks. In addition, less energy is wasted in multi-stage steam injection.
Bei sehr hochviskosen Trestern und/oder Trebern kann die Durchmischung mit dem eingespeisten Dampf und damit die Effizienz der Wärmeübertragung dadurch verbessert werden, dass die Aufheizzone einen dynamischen Mischer, bevorzugt einen Rührer, besonders bevorzugt einen Rührkessel umfasst, in welchen die zumindest eine Dampfeintragseinrichtung integriert ist.In the case of very high-viscosity pomace and / or tartar, the mixing with the injected steam and thus the efficiency of the heat transfer can be improved by the heating zone comprising a dynamic mixer, preferably a stirrer, particularly preferably a stirred tank, in which the at least one vapor introduction device is integrated ,
Dazu kann in einer besonders einfachen Ausführungsform ein Rührer in eine Rohrstrecke montiert werden, welche die Aufheizzone bildet. Um den Wärmeübergang zu verbessern hat es sich gezeigt, dass bereits die zusätzliche aktive Durchmischung verhältnismäßig kleiner Volumina genügen, um einen signifikanten Effekt zu erzielen. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass der dynamische Mischer, bevorzugt der Rührer, derart ausgebildet ist, dass er im Betrieb der Vorrichtung ein geringes Volumen durchmischt. Für eine Technikumsanlage mit einem Durchsatz von beispielsweise 40 Litern/Stunde wird dies im Bereich von weniger als 10 Litern sein, vorzugsweise ein Volumen im Bereich zwischen 1 Liter und 10 Liter, besonders bevorzugt ein Volumen von 2 Litern, beziehungsweise der Rührkessel weist ein Volumen im Bereich von weniger als 10 Litern auf, vorzugsweise ein Volumen im Bereich zwischen 1 Liter und 10 Liter, besonders bevorzugt ein Volumen von 2 Litern.For this purpose, in a particularly simple embodiment, a stirrer can be mounted in a pipe section which forms the heating zone. In order to improve the heat transfer, it has been found that even the additional active mixing of relatively small volumes is sufficient to achieve a significant effect. According to a development of the invention it is therefore provided that the dynamic mixer, preferably the stirrer, is designed such that it mixes a small volume during operation of the device. For a pilot plant with a throughput of, for example, 40 liters / hour this will be in the range of less than 10 liters, preferably a volume in the range between 1 liter and 10 liters, more preferably a volume of 2 liters, or the stirred tank has a volume in the Range of less than 10 liters, preferably a volume in the range between 1 liter and 10 liters, more preferably a volume of 2 liters.
Für eine größere Anlage wird sich dieses Volumen größer gestalten, zum Beispiel skaliert proportional zum Durchsatz. Beispielsweise könnte das Reaktorvolumen zum Mischen und Aufheizen für eine Anlage mit einem Durchsatz von 3 m3/h zwischen 20 Litern und 500 Litern liegen, bevorzugt im Bereich von 50 Litern. Die Verweilzeitstrecken, die geeignet sind, hohe Temperaturen zu halten, werden gemäß der Erfindung entsprechend der angestrebten Verweilzeit ausgelegt. Bei dem angegebenen Durchsatz könnte das Volumen also im Bereich zwischen 500 bis 3000 Litern liegen, bevorzugt bei 750 Litern.For a larger plant, this volume will be larger, for example scaled in proportion to throughput. For example, the reactor volume for mixing and heating for a plant with a throughput of 3 m 3 / h could be between 20 liters and 500 liters, preferably in the range of 50 liters. The residence time distances which are suitable for keeping high temperatures are designed according to the invention according to the desired residence time. At the specified throughput So the volume could be in the range between 500 to 3000 liters, preferably at 750 liters.
Um die Dampfeinspeisung und die dynamische Mischung des Tresters und/oder Trebers aufeinander abzustimmen wird gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform eine Vorrichtung verwendet, bei welcher eine dem dynamischen Mischer benachbarte Wand der Aufheizzone, bevorzugt der Rührkessel, zumindest eine Aussparung umfasst, welche derart ausgebildet ist, dass die Aussparung mit einer Dampfeintragsfläche verschließbar ist.In order to match the steam feed and the dynamic mixture of the pomace and / or spent grain, according to a further advantageous embodiment, a device is used in which a wall of the heating zone adjacent to the dynamic mixer, preferably the stirred tank, comprises at least one cutout which is formed in such a way that the recess can be closed with a steam inlet surface.
Die Aussparung kann beispielsweise in der Wandung des Rührkessels angeordnet sein. Es können mehrere Aussparungen vorgesehen sein, die über die im Betrieb mit Trester beziehungsweise Treber in Kontakt stehenden Innenfläche des Rührkessels, insbesondere gleichmäßig, verteilt angeordnet sind. Durch die Zwangsvermischung mit dem Rührorgan kann gerade bei hochviskosen Fluiden mit einer Aufheizzone, die einen Rührkessel umfasst, die Vermischung des Tresters und/oder Trebers mit Dampf verbessert werden. Damit kann die Aufheizzeit verringert werden, was die Effizienz der erfindungsgemäßen Vorrichtung noch weiter steigert.The recess can be arranged for example in the wall of the stirred tank. It can be provided a plurality of recesses, which are arranged distributed over the in operation with pomace or spent grains in contact with the inner surface of the stirred tank, in particular evenly distributed. Due to the forced mixing with the stirrer, the mixing of the pomace and / or spent grains with steam can be improved, especially in the case of highly viscous fluids with a heating zone comprising a stirred tank. Thus, the heating time can be reduced, which further increases the efficiency of the device according to the invention.
Der Dampfeintrag lässt sich bei geringer Größe der Aussparung in der Wandung der Aufheizzone dadurch erhöhen, dass die Dampfeintragseinrichtung einen Hohlraum aufweist, welcher zumindest teilweise von der Dampfeintragsfläche verschlossen wird und welcher eine Öffnung aufweist, wobei die Öffnung für den Anschluss an eine Dampfzuführung ausgebildet ist.The steam input can be increased with a small size of the recess in the wall of the heating zone in that the steam introducing means has a cavity which is at least partially closed by the steam inlet surface and which has an opening, wherein the opening is designed for connection to a steam supply.
Die Dampfeintragsfläche kann im Rahmen der Erfindung auch einen Hohlraum umschließen und beispielsweise einen einseitig verschlossenen Hohlzylinder bilden, dessen offenes Ende an die Dampfzuführung anschließbar ist. Der von der Dampfeintragsfläche umschlossene Hohlraum ist in der Aufheizzone positioniert. Die Dampfzuführung ist beispielsweise in Form einer Rohrleitung von einer Dampfquelle wie einem Dampfkessel oder Abdampf aus nachgeordneten Prozessschritten hin zur Dampfeintragseinrichtung ausgeführt.The steam inlet surface can also enclose a cavity in the context of the invention and form, for example, a hollow cylinder closed on one side, whose open end can be connected to the steam supply. The cavity enclosed by the steam inlet surface is positioned in the heating zone. The steam supply is carried out, for example, in the form of a pipeline from a steam source such as a steam boiler or exhaust steam from downstream process steps to the steam injection device.
Der Dampf wird unter Überdruck gegenüber dem Druck in der kontinuierlich strömenden Biomasse in die Aufheizzone geführt, wobei in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Dampfeintragsfläche die Oberfläche eines porösen und/oder eines perforierten Materials ist.The steam is passed under overpressure relative to the pressure in the continuously flowing biomass in the heating zone, wherein in an advantageous embodiment of the invention, the Dampfeintragsfläche is the surface of a porous and / or perforated material.
Unter dem Begriff ”poröses Material” wird ein Körper mit einer Porenstruktur im Inneren verstanden, beispielsweise nach Art eines offenporigen Schaums, beim welchem sich an seiner Oberfläche die Öffnungen der Poren zeigen. Unter dem Begriff ”perforiertes Material” wird ein Körper, beispielsweise nach Art einer Metallplatte beziehungsweise eines Bleches, verstanden, in welchen als Perforation Durchgangslöcher eingebracht wurden, beispielsweise durch mikromechanische Verfahren eingebrachte Löcher.The term "porous material" is understood to mean a body having a pore structure in the interior, for example in the manner of an open-pore foam, in which the openings of the pores are shown on its surface. The term "perforated material" is understood to mean a body, for example in the manner of a metal plate or a sheet, in which through holes have been introduced as a perforation, for example holes introduced by micromechanical methods.
Der Überdruck und die Poren der Dampfeintragsfläche verhindern ein Zurückschlagen des Dampfes, die sogenannten Dampfschläge, welche bei bekannten Vorrichtungen zu großen Vibrationen, zur Zerstörung von Anlagenteilen beziehungsweise zu Abrasion der den Dampf einleitenden Düsen führen.The overpressure and the pores of the Dampfeintragsfläche prevent a repelling of the steam, the so-called steam shocks, which lead in known devices to large vibrations, the destruction of parts of the system or to abrasion of the steam-introducing nozzles.
Die Erfindung bietet je nach Anforderungsprofil für den zu behandelnden Trester und/oder Treber unterschiedliche Möglichkeiten für die Fertigung der Dampfeintragsfläche. So stellt die Erfindung in einer Weiterbildung eine Verwendung einer Vorrichtung mit einer Dampfeintragsfläche bereit, wobei das Material der Dampfeintragsfläche ein keramischer Werkstoff oder ein metallischer Werkstoff ist, welcher aus der Gruppe ausgewählt ist, die Edelstahl, Titan, Nickel-Basislegierungen, insbesondere Monel, Inconel 600, Inconel 625, Hastelloy C22, und Hastelloy C276 umfasst.Depending on the requirement profile for the pomace and / or spent grains to be treated, the invention offers different possibilities for the production of the steam injection surface. Thus, in a further development, the invention provides for the use of a device having a vapor introduction surface, the material of the vapor introduction surface being a ceramic material or a metallic material selected from the group consisting of stainless steel, titanium, nickel-based alloys, in particular Monel, Inconel 600, Inconel 625, Hastelloy C22, and Hastelloy C276.
Besonders einfach lassen sich die Poren, durch die gemäß der Erfindung der Dampf in die Aufheizzone eingetragen wird, bereitstellen, indem das Material der Dampfeintragsfläche ein mikroporöser Werkstoff, bevorzugt ein offenporiger Sinterwerkstoff, besonders bevorzugt ein Sintermetall ist.The pores, by means of which the vapor is introduced into the heating zone according to the invention, can be produced particularly simply in that the material of the steam injection surface is a microporous material, preferably an open-porous sintered material, particularly preferably a sintered metal.
Die Dampfeintragseinrichtung kann beispielsweise von einer kommerziell erhältlichen Filterkerze aus Sintermetall gebildet werden, welche mit einem Anschluss für die Dampfzuführung versehen ist. Es konnte überraschenderweise gefunden werden, dass Sintermetalle die Problematik von Dampfschlägen vollständig umgehen.The steam introduction device can be formed, for example, by a commercially available filter candle made of sintered metal, which is provided with a connection for the steam supply. It has surprisingly been found that sintered metals completely circumvent the problem of steam strikes.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verwendung der Vorrichtung weist die Dampfeintragsfläche Löcher oder Poren mit mittleren Durchmessern im Bereich von größer oder gleich 0,5 Mikrometern bis kleiner oder gleich 200 Mikrometern, vorzugsweise im Bereich zwischen 1 Mikrometer und 100 Mikrometern, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 2 Mikrometern und 50 Mikrometern, insbesondere zwischen 3 Mikrometern und 10 Mikrometern, auf.According to an advantageous embodiment of the use of the device according to the invention, the steam injection surface has holes or pores with mean diameters in the range of greater than or equal to 0.5 microns to less than or equal to 200 microns, preferably in the range between 1 microns and 100 microns, more preferably in the range between 2 microns and 50 microns, especially between 3 microns and 10 microns on.
Die Toleranz für alle Porendurchmesser liegt bei ±10%.The tolerance for all pore diameters is ± 10%.
Über die Größe der Dampfeintragsfläche – bei Filterkerzen beispielsweise die Länge und den Durchmesser der Filterkerze – kann die Größenordnung des Dampfeintrags vorbestimmt werden. Die genaue Abstimmung des Dampfeintrags erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit von der Temperatur in der Aufheizzone.About the size of the Dampfeintragsfläche - in filter cartridges, for example, the length and diameter of the filter cartridge - can Magnitude of the steam input can be predetermined. The exact adjustment of the steam input is preferably carried out as a function of the temperature in the heating zone.
Um den in den Trester und/oder Treber in der Aufheizzone einzubringende Wärmestrom über den Massenstrom an eingespeisten Dampf beziehungsweise seinen Druck beeinflussen zu können, ist gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass eine Vorrichtung verwendet wird, welche zumindest ein Stellventil für die Dampfzuleitung in die zumindest eine Dampfeintragseinrichtung umfasst.In order to influence the heat flow to be introduced into the pomace and / or spent grains in the heating zone via the mass flow of injected steam or its pressure, it is provided according to a further embodiment of the invention that a device is used which at least one control valve for the steam supply in which comprises at least one steam introduction device.
Gemäß einer Weiterbildung kann auch eine Vorrichtung verwendet werden, welche mehrere Dampfeintragseinrichtungen aufweist, welche einzeln über jeweilige Stellventile an die Dampfzuleitung angeschlossen sind. Dadurch kann Dampf an mehreren Stellen in die Aufheizzone zugeführt werden, wobei der Druck der einzelnen zugeführten Dampfströme unterschiedlich sein kann, so dass sich ein exergetischer Vorteil realisieren lässt.According to a development, a device may also be used which has a plurality of vapor introduction devices which are individually connected to the vapor supply line via respective control valves. As a result, steam can be supplied to the heating zone at several points, wherein the pressure of the individual supplied steam flows can be different, so that an exergetic advantage can be realized.
Um eine Regelung und/oder Steuerung der Temperatur des Tresters und/oder Trebers in der Aufheizzone zu ermöglichen, kann die Aufheizzone zumindest eine Temperaturmessstelle und/oder zumindest eine Druckmessstelle aufweisen.In order to enable a regulation and / or control of the temperature of the pomace and / or spent grains in the heating zone, the heating zone may have at least one temperature measuring point and / or at least one pressure measuring point.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird eine Vorrichtung verwendet, welche Mittel zur Übertragung des zumindest einen gemessenen Temperaturwertes und/oder des zumindest einen gemessenen Druckwertes an das Stellventil umfasst. Mit Hilfe des Stellventils wird der Dampfeintrag in Abhängigkeit von Temperatur und/oder Druck in der Aufheizzone gesteuert oder geregelt.In an advantageous embodiment, a device is used which comprises means for transmitting the at least one measured temperature value and / or the at least one measured pressure value to the control valve. With the help of the control valve, the steam input is controlled or regulated as a function of temperature and / or pressure in the heating zone.
Eine besonders einfache Bauform der Vorrichtung lässt sich dadurch realisieren, dass die Aufheizzone und die Verweilzeitstrecke miteinander verbundene Abschnitte eines Strömungsrohrs sind, wobei der erste Abschnitt des Strömungsrohrs als Aufheizzone mit der Direktdampfbeheizung ausgebildet ist, und wobei der zweite Abschnitt des Strömungsrohrs als Verweilzeitstrecke ausgebildet ist, durch welche im Betrieb die aufgeheizte Biomasse kontinuierlich strömt.A particularly simple design of the device can be realized in that the heating zone and the residence time section are interconnected sections of a flow tube, wherein the first section of the flow tube is formed as a heating zone with direct steam heating, and wherein the second section of the flow tube is formed as a residence time, through which the heated biomass flows continuously during operation.
Um den Trester und/oder Treber beim kontinuierlichen Durchströmen der Vorrichtung unter Druck setzen zu können, ist vorgesehen, dass eine Vorrichtung verwendet wird, welche zumindest ein Fördermittel zum kontinuierlichen Transportieren des Tresters und/oder Trebers durch das Strömungsrohr umfasst, wobei die Vorrichtung derart ausgebildet ist, dass im Betrieb die Verweilzeit des aufgeheizten Tresters und/oder Trebers in der Verweilzeitstrecke allein durch den von dem Fördermittel vorgegebenen kontinuierlichen Volumenstrom an aufgeheiztem Trester und/oder Treber und/oder die Länge der Verweilzeitstrecke und/oder die Fläche des durchströmten Querschnitts der Verweilzeitstrecke variabel ist.In order to be able to pressurize the pomace and / or spent grains during continuous flow through the device, it is provided that a device is used which comprises at least one conveying means for continuously transporting the pomace and / or spent grains through the flow tube, the device being designed in this way is that in operation the residence time of the heated pomace and / or spent grains in the residence time alone by the predetermined by the conveyor continuous volume flow of heated pomace and / or spent grains and / or the length of the residence time and / or the area of the flowed through cross section of the residence time is variable.
Durch das Strömungsrohr wird gemäß der Erfindung annähernd eine Pfropfenströmung an Trester und/oder Treber realisiert. Als Fördermittel können beispielsweise eine Exzenterschneckenpumpe oder auch eine Kolbenpumpe eingesetzt werden. Diese wirken gleichzeitig als Pumpe und Förderschnecke.Through the flow tube, a plug flow of pomace and / or spent grains is realized according to the invention approximately. As conveying means, for example, an eccentric screw pump or a piston pump can be used. These act simultaneously as pump and screw conveyor.
Die Verweilzeitverteilung wird durch den Durchsatz an aufgeheiztem Trester und/oder Treber und/oder die Länge der Verweilzeitstrecke eingestellt. Beide Größen lassen sich gut beherrschen, so dass anders als in einem Rührkesselreaktor im erfindungsgemäßen Strömungsrohr eine sehr enge Verweilzeitverteilung realisiert werden kann. Die Verweilzeitverteilung weist dabei mindestens eine Charakteristik auf, bei welcher in Bezug auf die rechnerisch ermittelte mittlere Verweilzeit weniger als 20% der Fluidelemente die halbe Verweilzeit und weniger als 20% der Fluidelemente die doppelte Verweilzeit haben.The residence time distribution is set by the throughput of heated pomace and / or spent grains and / or the length of the residence time. Both sizes can be controlled well, so that, unlike in a stirred tank reactor in the flow tube according to the invention, a very narrow residence time distribution can be realized. In this case, the residence time distribution has at least one characteristic in which less than 20% of the fluid elements have half the residence time and less than 20% of the fluid elements have twice the residence time in relation to the mathematically determined average residence time.
Aufgrund des einer Pfropfenströmung sehr nahe kommenden Strömungsprofils durch das Strömungsrohr ist es möglich, den Trester und/oder Treber mit Hilfe eines Volumens an Wasser nach Art eines Kolbens durch das Strömungsrohr zu schieben. Dadurch muss nicht der Trester und/oder Treber selbst mit einer Pumpe gefördert werden, sondern nach Einfüllen des Tresters und/oder Trebers in ein dem Strömungsrohr vorgeschaltetes Rohr wird Wasser durch die Vorrichtung gepumpt, welches den Trester und/oder Treber vor sich her treibt, ohne diesen jedoch nennenswert zu verdünnen.Due to the very close flow of a plug flow through the flow tube, it is possible to push the pomace and / or spent grains with the aid of a volume of water in the manner of a piston through the flow tube. As a result, the pomace and / or spent grains do not have to be pumped by themselves, but after the pomace and / or spent grains have been introduced into a tube upstream of the flow tube, water is pumped through the device which drives the pomace and / or spent grains in front of it. but without diluting it appreciably.
Die Erhaltung des Druckes im Trester und/oder Treber während des Betriebs der Vorrichtung kann dadurch mit einem weiteren Parameter beeinflusst werden, dass die Vorrichtung eine der Verweilzeitstrecke nachgeordnete Auslasseinrichtung aufweist, welche ein Gegendruckventil umfasst.The preservation of the pressure in the pomace and / or spent grains during operation of the device can be influenced by a further parameter that the device has an outlet device downstream of the Auslasseinrichtung comprising a back pressure valve.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gegendruckventil als Quetschventil, insbesondere als pneumatisches Schlauchquetschventil oder als elektropneumatisches Schlauchquetschventil, ausgebildet.In a preferred embodiment, the back pressure valve is designed as a pinch valve, in particular as a pneumatic pinch valve or as an electropneumatic pinch valve.
Das Gegendruckventil ist in der Ableitung der Vorrichtung angeordnet, durch die der aufgeheizte, unter Druck stehende Trester und/oder Treber an nachgeschaltete Einrichtungen weiter geleitet werden kann. Als Gegendruckventil wird ein Ventil eingesetzt, welches keine Toträume aufweist, die mit der Trester und/oder Treber in Kontakt kommen könnten.The back pressure valve is arranged in the discharge of the device through which the heated, pressurized pomace and / or spent grains can be forwarded to downstream devices. As a back pressure valve, a valve is used which has no dead spaces that could come into contact with the pomace and / or spent grains.
Beispielsweise umschließt dazu ein Quetschventil die Durchgangsöffnung der Ableitung. Ein im Ventilgehäuse platziertes elastisches Schlauchstück ist an seinen beiden Enden verschlossen. In das verschlossenen Schlauchstück kann ein Fluids wie etwa Druckluft eingelassen werden. Dadurch verformt sich das Schlauchstück expansiv in die Ableitung hinein und verringert deren Durchmesser, so dass ein Gegendruck auf den strömenden aufgeheizten Trester und/oder Treber ausgeübt wird. Mit dem Gegendruckventil kann beispielsweise über den Öffnungsgrad der Durchgangsöffnung des elastischen Schlauchstücks im Fall eines (elektro-)pneumatischen Schlauchquetschventils der Druck in der Vorrichtung und damit im Strömungsrohr eingestellt oder gesteuert oder geregelt werden. Auch ein Kegelventil könnte den oben genannten Zweck erfüllen. For example, encloses a pinch valve, the passage opening of the derivative. An elastic hose piece placed in the valve housing is closed at both ends. In the closed tube piece, a fluid such as compressed air can be admitted. As a result, the piece of tubing deforms expansively into the drain and reduces its diameter, so that a back pressure is exerted on the flowing heated pomace and / or spent grains. With the back pressure valve, the pressure in the device and thus in the flow tube can be set or controlled or regulated, for example, via the opening degree of the passage opening of the elastic tube piece in the case of an (electro) pneumatic Schlauchquetschventils. A cone valve could also fulfill the above purpose.
Nach der Verweilzeit verlässt der hydrolysierte Trester und/oder Treber die Vorrichtung über eine Flash-Entspannung oder eine andere Entspannung, wodurch neben der thermischen noch eine hydrodynamische und mechanische Belastung ausgeübt werden kann.After the residence time, the hydrolyzed pomace and / or spent grains leaves the device via flash relaxation or another relaxation, whereby a hydrodynamic and mechanical load can be exerted in addition to the thermal one.
Um die Temperaturführung wirtschaftlicher zu gestalten, bietet die Erfindung die Möglichkeit, dass eine Vorrichtung verwendet wird, welche im Anschluss an die Verweilzeitstrecke eine Abkühlstrecke aufweist und/oder dass die Vorrichtung vor dem Einlass in die Aufheizzone eine Vorwärmestrecke aufweist, wobei vorzugsweise Mittel zum Zuführen der Abwärme aus der Abkühlstrecke in die Vorwärmstrecke vorgesehen sind.In order to make the temperature control more economical, the invention offers the possibility that a device is used, which has a cooling section following the residence time and / or that the device before the inlet into the heating zone has a preheating line, wherein preferably means for supplying the Waste heat from the cooling section are provided in the preheating section.
Die Mittel zum Zuführen der Abwärme aus der Abkühlstrecke in die Vorwärmstrecke können beispielsweise durch einen die Abkühlstrecke und die Vorwärmstrecke umgebenden Fluidkreislauf realisiert werden, wobei als Fluid ein Wärmeträgermedium eingesetzt wird, das die in der Abkühlstrecke über die Wandung von dem Trester und/oder Treber abgegebene Wärmemenge aufnimmt, zur die Vorheizstrecke umgebenden Wandung führt und dort Wärme an den Trester und/oder Treber in der Vorheizstrecke überträgt. Auch die Vorwärmstrecke und/oder die Abkühlstrecke können vorteilhafterweise mit Mitteln zur Regelung und/oder Steuerung der Temperatur und/oder des Drucks versehen sein.The means for supplying the waste heat from the cooling section into the preheating section can be realized, for example, by a fluid circuit surrounding the cooling section and the preheating section, wherein a heat transfer medium is used as the fluid which discharges the heat released in the cooling section over the wall from the pomace and / or spent grains Absorbs heat, leads to the wall surrounding the preheating and transfers heat there to the pomace and / or spent grains in the preheating. The preheating section and / or the cooling section can also advantageously be provided with means for regulating and / or controlling the temperature and / or the pressure.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist im Innern der Vorrichtung zumindest ein statischer Mischer positioniert.In a further advantageous embodiment of the invention, at least one static mixer is positioned inside the device.
Statische Mischer tragen dazu bei, dass im Betrieb bei der Verwendung der Vorrichtung die Dicke der laminaren Unterschicht des Tresters und/oder Trebers verringert wird, so dass sich das Strömungsprofil möglichst nahe dem einer Pfropfenströmung liegt. Ein oder mehrere statische Mischer können in der Vorheizzone, der Aufheizzone, der Verweilzeitstrecke und/oder der Abkühlstrecke positioniert sein. Vorzugsweise wird als statischer Mischer im Rahmen der Erfindung ein Bauteil eingesetzt, dass in zirkularer Bauweise wie eine Schneckenwendel das Produkt spiralförmig durch eine Rohrleitung lenkt. Die Schneckenwendel oder ein in anderer Weise geeignet gestalteter statischer Mischer wird als extrem einfaches Bauteil ohne bewegliche Teile in die betreffenden Rohrabschnitte eingelassen.Static mixers help to reduce the thickness of the lumps and / or grains of the laminar underlayer in use when the device is used so that the flow profile is as close as possible to that of a plug flow. One or more static mixers may be positioned in the preheat zone, the preheat zone, the residence time line, and / or the quench line. Preferably, as a static mixer in the context of the invention, a component is used that guides the product in a circular design such as a helix spiral through a pipe. The helical spiral or a static mixer designed in another way is inserted as an extremely simple component without moving parts in the relevant pipe sections.
Die Erfindung ermöglicht somit, Trester und/oder Treber, über Direktdampf ohne Dampfschläge vorzugsweise in einem einfach gebauten Rohrreaktor ohne Wärmeübertragungsflächen thermisch zu hydrolysieren. In einer Weiterbildung kann die Aufheizung über Dampfeinspeisung in verschiedenen Druckstufen und damit unter verbesserter Ausnutzung der verfügbaren Abwärmeressourcen erfolgen. Der Vorteil der Erfindung liegt in einer extrem einfachen und preiswerten Bauweise durch Verwendung von einfachen Rohren, statischen Wendelmischern und beispielsweise kommerziell verfügbaren Sintermetallen als Filterkerze zur Dampfeinspeisung. Weitere Vorteile liegen in der kurzen Verweilzeit, die notwendig ist, um den hydrolytischen Aufschluss zu gewährleisten. Daraus resultiert eine sehr kleine Bauweise.The invention thus makes it possible to thermally hydrolyze pomace and / or spent grains via direct steam without steam strikes in a simply constructed tubular reactor without heat transfer surfaces. In a further development, the heating can take place via steam injection in different pressure stages and thus with improved utilization of the available waste heat resources. The advantage of the invention lies in an extremely simple and inexpensive construction by using simple tubes, static spiral mixers and, for example, commercially available sintered metals as a filter cartridge for steam injection. Further advantages are the short residence time necessary to ensure hydrolytic digestion. This results in a very small construction.
Die Erfindung stellt des weiteren ein Verfahren zur kontinuierlichen thermischen Hydrolyse von Trester und/oder Treber, mit folgenden Schritten zur Verfügung:
- a) kontinuierliches Zuführen von Trester und/oder Treber
- b) Aufheizen des Tresters und/oder Trebers auf eine Temperatur T_2 durch Eintragen von Dampf in den Trester und/oder Treber,
- c) Halten der Temperatur T_2 für einen Zeitraum t_Verweil in einer kontinuierlich durchströmten Verweilzeitstrecke.
- a) continuous feeding of pomace and / or spent grains
- b) heating the pomace and / or spent grain to a temperature T_2 by introducing steam into the pomace and / or spent grains,
- c) holding the temperature T_2 for a period of time t_Werweil in a continuously flowing residence time.
Der Volumenstrom an Trester und/oder Treber während der Schritte a) bis c) bis hin zur kontinuierlichen Entnahme der Trester und/oder Treber ist gemäß der Erfindung damit zeitlich und räumlich konstant, es erfolgt keine Zwischenpufferung in Rührkesseln bei einem bestimmten Pegelstand oder ähnliches, denn die Verweilzeit erlebt der Trester und/oder Treber auf dem Temperaturniveau T_2 bei gleichmäßiger Strömung, insbesondere mit einem im Wesentlichen als Pfropfenströmung ausgebildeten Strömungsprofil.The volume flow of pomace and / or spent grains during steps a) to c) up to the continuous removal of the pomace and / or spent grains according to the invention thus temporally and spatially constant, there is no intermediate buffering in stirred tanks at a certain level or the like, because the residence time experienced by the pomace and / or spent grains at the temperature level T_2 at a uniform flow, in particular with a substantially designed as a plug flow flow profile.
In Schritt b) wird der Dampf unter Überdruck in den Trester und/oder Treber eingespeist. Der Überdruck ergibt sich aus dem Dampfdruck bei der Temperatur des Dampfes zur Aufheizung des Trester und/oder Treber auf die Temperatur T_2, dem Druck des strömenden Tresters und/oder Trebers sowie dem Strömungswiderstand durch die Dampfeintragsfläche zuzüglich einer Sicherheitszugabe. Durch den Überdruck wird eine Kondensation des Dampfes innerhalb der Dampfeintragsfläche, beispielsweise einer Filterkerze, verhindert.In step b) the steam is fed under pressure into the pomace and / or spent grains. The overpressure results from the vapor pressure at the temperature of the steam for heating the pomace and / or spent grains to the temperature T_2, the pressure of the flowing pomace and / or spent grains and the flow resistance through the Dampfeintragsfläche plus a safety margin. Due to the overpressure, a condensation of the vapor within the Dampfeintragsfläche, such as a filter cartridge prevented.
Die Erfindung bietet den Vorteil, bereits mit sehr kurzen Verweilzeiten eine zuverlässige Hydrolyse zu ermöglichen, wobei die Verweilzeit t_Verweil unterhalb von 60 Minuten liegt, bevorzugt im Bereich zwischen 5 Minuten und 30 Minuten, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 10 Minuten und 15 Minuten.The invention offers the advantage of enabling reliable hydrolysis even with very short residence times, wherein the residence time t_Verweil is below 60 minutes, preferably in the range between 5 minutes and 30 minutes, more preferably in the range between 10 minutes and 15 minutes.
Die Temperatur T_2 des aufgeheizten Tresters und/oder Trebers liegt gemäß der Erfindung unterhalb von 300°C, bevorzugt im Bereich zwischen 130°C und 180°C, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 150°C und 160°C.The temperature T_2 of the heated pomace and / or spent grains is according to the invention below 300 ° C, preferably in the range between 130 ° C and 180 ° C, more preferably in the range between 150 ° C and 160 ° C.
In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst das erfindungsgemäße Verfahren einen weiteren Schritt, nämlich d) Abkühlen des aufgeheizten Tresters und/oder Trebers auf eine Temperatur T_3, welche insbesondere unterhalb von 100°C liegt, bevorzugt im Bereich zwischen 30°C und kleiner als 100°C, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 50°C und 60°C.In an advantageous development, the method according to the invention comprises a further step, namely d) cooling the heated pomace and / or spent grain to a temperature T_3, which is in particular below 100 ° C, preferably in the range between 30 ° C and less than 100 ° C. , more preferably in the range between 50 ° C and 60 ° C.
Besonders effizient kann die Temperaturführung gestaltet werden, wenn gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform das erfindungsgemäße Verfahren mit einem weiteren Schritt durchgeführt wird, nämlich a1) Vorwärmen des aufgeheizten Tresters und/oder Trebers auf eine Temperatur T_1, welche insbesondere unterhalb von 100°C liegt, bevorzugt im Bereich zwischen 30°C und kleiner als 100°C, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 80°C und 100°C.The temperature control can be designed particularly efficiently if, according to a further advantageous embodiment, the process according to the invention is carried out with a further step, namely a1) preheating the heated pomace and / or spent grain to a temperature T_1 which is in particular below 100 ° C. in the range between 30 ° C and less than 100 ° C, more preferably in the range between 80 ° C and 100 ° C.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird Trester und/oder Treber in die entsprechende Vorrichtung durch Pumpen zugeführt, und durchläuft zunächst eine Vorwärmstrecke, bei der ein gewisser Anteil der Wärmeenergie, die im Idealfall durch die Wand auf das Produkt übertragen wird, durch einen statischen Mischer wird die Strömungsgeschwindigkeit erhöht und damit eine Wandanhaftung verringert. Diese Vorwärmung wird bis zu einer Temperatur von etwa 100°C durchgeführt. In Versuchen wurde festgestellt, das bis zu etwa dieser Temperatur die Anbackungen an den Wänden nicht relevant sind.In the proposed method, pomace and / or spent grains is fed into the corresponding device by pumping, and first passes through a preheating, in which a certain proportion of the heat energy, which is transmitted through the wall on the product in the ideal case by a static mixer is the Increased flow velocity and thus reduces wall adhesion. This preheating is carried out up to a temperature of about 100 ° C. In experiments, it was found that up to about this temperature, the caking on the walls are not relevant.
Exergetische Vorteile lassen sich realisieren, indem in Schritt b) des Verfahrens eine zumindest zweistufige Aufheizung des Tresters und/oder Trebers erfolgt, wobei in einer ersten Stufe Dampf unter dem Druck p_1 und in der letzten Stufe Dampf unter dem Druck p_n größer p_1 eingebracht wird.Exergetic advantages can be realized by at least two-stage heating of the pomace and / or spent grains takes place in step b) of the method, wherein in a first stage steam under the pressure p_1 and in the last stage steam under the pressure p_n greater p_1 is introduced.
Die Erfindung bietet des Weiteren die Möglichkeit, die Hydrolyse des Tresters und/oder Trebers durch Erhöhen der treibenden Kraft für die Hydrolyse zu erhöhen, indem in Schritt a1) und/oder in Schritt a) und/oder in Schritt b) und/oder in Schritt c) eine Einstellung des pH-Wertes des Tresters und/oder Trebers auf einen Wert im Bereich von größer als 7, bevorzugt auf einen Wert im Bereich zwischen größer als 7 und kleiner als 10, besonders bevorzugt auf einen Wert im Bereich zwischen 8 und 9, eingestellt wird.The invention further offers the possibility of increasing the hydrolysis of the pomace and / or spent grain by increasing the driving force for the hydrolysis, by adding in step a1) and / or in step a) and / or in step b) and / or in Step c) an adjustment of the pH of the pomace and / or spent grains to a value in the range of greater than 7, preferably to a value in the range between greater than 7 and less than 10, particularly preferably to a value in the range between 8 and 9, is set.
Untersuchungen zeigten, dass eine Einstellung des pH-Wertes hin zum Alkalischen vorteilhaft sein kann. Hierzu kann eine entsprechende Chemikalie, wie zum Beispiel Calciumoxid, Natronlauge, Kalilauge oder andere alkalischen Substanzen zugeführt werden, die insgesamt den pH-Wert anheben, bevorzugt auf einen Wert im Bereich von etwa 8 bis etwa 9. Ein Anheben des pH-Werts beschleunigt den Prozess. Mit der damit eintretenden chemischen Reaktion der Hydrolyse wird ein Teil der OH-Gruppen verbraucht. Durch die chemische Reaktion sinkt also der PH-Wert wieder hin in die Nähe des Neutralpunktes.Studies have shown that adjusting the pH to alkaline can be beneficial. For this purpose, a corresponding chemical, such as, for example, calcium oxide, sodium hydroxide solution, potassium hydroxide solution or other alkaline substances which raise the total pH, preferably to a value in the range from about 8 to about 9. An increase in the pH accelerates the Process. With the resulting chemical reaction of hydrolysis, a portion of the OH groups is consumed. As a result of the chemical reaction, the pH drops again to near the neutral point.
Die Ausbeute der Hydrolyse des Tresters und/oder Trebers wird in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung dadurch erhöht, dass in Schritt a1) und/oder in Schritt a) und/oder in Schritt b) und/oder in Schritt c) hydrolytisch wirkende Enzyme zugegeben werden.The yield of the hydrolysis of the pomace and / or spent grains is increased in a further advantageous embodiment of the invention characterized in that in step a1) and / or in step a) and / or in step b) and / or in step c) hydrolytic enzymes be added.
Durch den Einsatz von hydrolytischen Enzymen kann der Aufschluss des Tresters und/oder Trebers schneller und intensiver erfolgen. Zur Gruppe der hydrolytischen Enzyme gehören Cellulose- und Hemicellulose-spaltende Enzyme wie Cellulasen, Xylanasen und β-Glucanasen. Tests der thermischen Hydrolyse unter Einsatz hydrolytischer Enzyme zeigten eine Steigerung der Biogasausbeute um bis zu 18% gegenüber Prozessen, bei denen die für die Biogaserzeugung eingesetzte Biomasse nicht mit hydrolytischen Enzymen behandelt wurde.Through the use of hydrolytic enzymes, the digestion of the pomace and / or spent grains can be faster and more intense. The group of hydrolytic enzymes includes cellulose and hemicellulose-cleaving enzymes such as cellulases, xylanases and β-glucanases. Tests of thermal hydrolysis using hydrolytic enzymes showed an increase in biogas yield of up to 18% compared to processes in which the biomass used for biogas production was not treated with hydrolytic enzymes.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dieselben Bauteile sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawings with reference to embodiments. The same components are provided with the same reference numerals. Show it:
In
Während der Trester und/oder Treber T im Wesentlichen in Form einer Pfropfenströmung die Aufheizzone passiert, werden aus der Dampfeintragsfläche austretende Dampfblasen von der Strömung des Tresters und/oder Trebers abgelöst und in den Trester und/oder Treber T eingetragen. Die Aufheizzone
Der aufgeheizte Trester und/oder Treber tritt von der Aufheizzone
Am Ende der Verweilzeitstrecke
Im Allgemeinen hat Trester beziehungsweise Treber die Konsistenz feuchter Blumenerde. Um derartige feuchte Feststoffe besser förderfähig zu machen und die Aufheizung wirtschaftlich effizienter zu gestalten, ist in einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verwendung der Vorrichtung der Aufheizzone eine Vorwärmstrecke
In der Vorwärmstrecke
Die Erwärmung des Trebers und/oder Tresters auf Temperaturen bis zu 100°C verbessert die Fließfähigkeit des Tresters und/oder Trebers, so dass sie insbesondere über Dickstoffpumpen förderfähig wird.The heating of the spent grains and / or pomace to temperatures up to 100 ° C improves the flowability of the pomace and / or spent grains, so that it is particularly eligible for sludge pumps.
Pumpfähiger Treber und/oder Trester wird in hoch pastöser Form über eine entsprechend auszuwählende Pumpe
Wird mit Hilfe von mehreren, insbesondre gestaffelt in der Aufheizzone und/oder der Vorwärmstrecke angeordneten Dampfeintragseinrichtungen
Nach dem Austritt aus der Verweilzeitstrecke
Die Druckhaltung des Gesamtsystems erfolgt zum einen durch das Fördermittel
Diese Auslasseinrichtung
Nach dem Passieren der Auslasseinrichtung
In
Im Anschluss an die Aufheizzone
Zumindest die Vorwärmzone
Das Strömungsrohr
Die Wärmeübertragung in der Vorwärmstrecke
Aus energetischer Sicht ist die Hydrolyse ein endothermer Teilprozess, das heißt, es werden erhebliche Wärmemengen, zum Aufheizen des Tresters und/oder Trebers und für die chemische Hydrolyse benötigt. Die bei den Aufheizvorgängen anfallende Abwärme lässt sich zumindest teilweise über Wärmeaustauscher kosteneffizient zurückgewinnen. Die Rückgewinnungsquote liegt dabei bei mindestens etwa 40%. ausgegangen.From an energetic point of view, the hydrolysis is an endothermic partial process, which means that it requires considerable amounts of heat, for heating the pomace and / or spent grains and for the chemical hydrolysis. The waste heat generated during the heating processes can be recovered at least partially via heat exchangers cost-effectively. The Recovery rate is at least about 40%. went out.
Die Vorrichtung
Die Vorrichtung
In Weiterbildung der in
Eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
In
Über eine Öffnung
Die Dampfeintragseinrichtung
In
Der Rührkessel weist in seiner Wandung zumindest eine Öffnung auf, in welche eine Dampfeintragsfläche
Eine Aufheizzone mit dynamischem Mischer wie in
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern vielmehr in vielfältiger Weise variiert werden kann. Insbesondere können die Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert oder gegeneinander ausgetauscht werden.It will be apparent to those skilled in the art that the invention is not limited to the embodiments described above, but rather can be varied in many ways. In particular, the features of the individual embodiments can also be combined or replaced with each other.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- TT
- Trester, TreberPomace, Marc
- DD
- Dampfsteam
- VV
- Ventilfluid, DruckluftValve fluid, compressed air
- 11
- Vorrichtungcontraption
- 1010
- ZulaufIntake
- 1212
- statischer Mischer, Leitelementstatic mixer, guide element
- 1515
- Fördermittel, PumpeConveyor, pump
- 22
- Aufheizzoneheating zone
- 20 20
- Vorwärmstreckepreheating
- 2525
- Rührkesselstirred tank
- 251251
- dynamischer Mischer, Rührerdynamic mixer, stirrer
- 33
- DampfeintragseinrichtungSteam feed means
- 3131
- DampfeintragsflächeSteam entry area
- 3232
- Hohlraumcavity
- 3333
- Öffnung, AnschlussOpening, connection
- 44
- Verweilzeitstreckeholdup
- 55
- Abkühlstreckecooling section
- 5050
- Mittel zur Wärmeübertragung, DoppelmantelrohrHeat transfer medium, double-jacket tube
- 51, 5251, 52
- Zulauf, Ablauf des DoppelmantelrohrsInlet, outlet of the double-walled pipe
- 66
- Dampfzuführungsteam supply
- 77
- StellventilControl valve
- 88th
- Anschluss für Temperaturmessstelle, Anschluss für Druckmessstelle, MuffeConnection for temperature measuring point, connection for pressure measuring point, sleeve
- 99
- Strömungsrohrflow tube
- 1111
- Auslasseinrichtungoutlet
- 110110
- GegendruckventilCheck valve
- 120120
- Entspannungsbehälterexpansion tank
- 800800
- Anschlusselement, FlanschConnection element, flange
- 900900
- Bodenablassventil, KolbenventilBottom drain valve, piston valve
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2011/006854 A1 [0010, 0011] WO 2011/006854 A1 [0010, 0011]
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