DE102014212827A1 - Method and device for mechanical ammonia stripping in a biogas plant - "Mechanical stripping" - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Austreiben (Strippen) von Ammoniak und Kohlendioxid aus einem angemaischten feststoffhaltigen Gärsubstrat (GS) und/oder einem feststoffhaltigen Gärrest (GR) mit einem vorgebbaren Trockensubstanzgehalt (∆TS), gekennzeichnet durch eine mechanische Zwangsvermahlung des angemaischten feststoffhaltigen Gärsubstrates (GS) und/oder des feststoffhaltigen Gärrestes (GR) innerhalb eines Strippbehälters (100) zum zwangsweisen mechanischen Aufschluss der Feststoffe des angemaischten feststoffhaltigen Gärsubstrates (GS) und/oder angemaischten feststoffhaltigen Gärrestes (GR), wobei neben dem aktiv ausgasenden Ammoniak und Kohlenstoffdioxid der gebundene inaktive Ammoniak und Kohlendioxid durch die mechanische Zwangsvermahlung aktiviert und ausgetrieben werden.The invention relates to a method for expelling (stripping) ammonia and carbon dioxide from a mashed solids-containing fermentation substrate (GS) and / or a solid-containing digestate (GR) having a predeterminable dry matter content (ΔTS), characterized by mechanical forced-milling of the milled solid-containing fermentation substrate (US Pat. GS) and / or the solids-containing digestate (GR) within a Strippbehälters (100) for compulsory mechanical disruption of the solids of the mashed solids-containing fermentation substrate (GS) and / or bemaischten solids-containing digestate (GR), wherein in addition to the actively outgassing ammonia and carbon dioxide bound Inactive ammonia and carbon dioxide are activated and expelled by mechanical forced grinding.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Austreiben (Strippen) von Ammoniak und Kohlendioxid aus einem angemaischten feststoffhaltigen Gärsubstrat (GS) und/oder einem feststoffhaltigen Gärrest (GR) innerhalb einer Gärstrecke. The invention relates to a method and a device for expelling (stripping) ammonia and carbon dioxide from a mashed solids-containing fermentation substrate (GS) and / or a solids-containing digestate (GR) within a fermentation zone.
Biogas oder auch Faulgas ist ein Gasgemisch aus überwiegend Methan (ca. 50–70%) und Kohlendioxyd (ca. 30–50%) mit geringen Anteilen von Schwefelwasserstoff, Stickstoff, Wasserstoff, Ammoniak und Kohlenmonoxid. Es entsteht bei biologischen Abbauprozessen. Als hochwertiger und CO2-neutraler Energieträger wird es als ökologisch und ökonomisch sinnvoller Energielieferant genutzt. Biogas or digester gas is a gas mixture of mainly methane (about 50-70%) and carbon dioxide (about 30-50%) with small amounts of hydrogen sulfide, nitrogen, hydrogen, ammonia and carbon monoxide. It is produced during biodegradation processes. As a high-quality and CO2-neutral energy source, it is used as an ecologically and economically sensible source of energy.
Bekannt ist, als zentrales Bauelement einer Gärstrecke als Reaktoren Fermenter einzusetzen. In diesen wird kontinuierlich Biomasse, als Gärsubstrat, eingebracht, welche zuvor gelagert und vorbehandelt wurde. It is known to use fermenters as the central component of a fermentation section as reactors. In this biomass is continuously introduced as a fermentation substrate, which was previously stored and pretreated.
Unter Sauerstoffabschluss wird das Gärsubstrat mit Hilfe von verschiedenen Bakterienstämmen in einem mehrstufigen anaeroben Abbauprozess zu Biogas und Reststoffen umgewandelt. Under exclusion of oxygen, the fermentation substrate is converted into biogas and residues using a variety of bacterial strains in a multi-stage anaerobic digestion process.
Das Biogas wird abgeführt, aufgereinigt und z.B. in einem Verbrennungsmotor zu Energie umgewandelt. Die Reststoffe, meist als Gärrest bezeichnet, müssen aus dem Fermenter ausgetragen werden und dienen aufgrund ihrer für die Landwirtschaft hochwertigen Anorganik als Düngemittel. The biogas is discharged, purified and e.g. converted into energy in an internal combustion engine. The residues, usually referred to as fermentation residue, must be discharged from the fermenter and serve as a fertilizer due to their high-quality inorganics for agriculture.
Die Zusammensetzung der verwendeten Biomassesubstrate (Gärsubstrate) variiert je nach Verfügbarkeit, Preis und muss zudem bestimmten gesetzlichen Forderungen genügen. The composition of the biomass substrates used (fermentation substrates) varies depending on availability, price and must also meet certain legal requirements.
Unter diesen Voraussetzungen ist auch der Einsatz von Biomasse als Gärsubstrat, die bereits von einem Tier verdaut wurde, d.h. der Einsatz von tierischen Exkrementen, möglich. Under these conditions, the use of biomass as a fermentation substrate, which has already been digested by an animal, i. the use of animal excrement, possible.
Derartige Stoffe beinhalten allerdings einen hohen Stickstoffanteil, der als Ammoniak, in gebundener Form vorliegt. Gebundenes Ammoniak liegt im Gärprozess als Salz der Karbonsäure in gelöster Form vor. Dieses Salz der Karbonsäure zerfällt ab einer Temperatur größer 54°C in Abhängigkeit vom pH-Wert und in Abhängigkeit des Druckes in seine gasförmigen Bestandteile Ammoniak und Kohlendioxid. However, such substances contain a high proportion of nitrogen, which is present as ammonia, in bound form. Bound ammonia is present in the fermentation process as the salt of the carboxylic acid in dissolved form. This salt of the carboxylic acid decomposes from a temperature greater than 54 ° C depending on the pH and depending on the pressure in its gaseous components ammonia and carbon dioxide.
Für den Übergang aus der wässrigen Lösung in die Gasphase ist zudem die Größe der Grenzfläche zwischen flüssiger Phase und gasförmiger Phase des Gärsubstrates und/oder Gärrestes entscheidend. Mit zunehmender Grenzfläche steigt die Rate des Übergangs aus der wässrigen Lösung in die Gasphase. For the transition from the aqueous solution into the gas phase, moreover, the size of the interface between the liquid phase and the gaseous phase of the fermentation substrate and / or digestate is decisive. As the interface increases, the rate of transition from the aqueous solution to the gas phase increases.
Die im Markt vorhandenen Verfahren zur Austreibung (Strippung) der Gase Ammoniak und Kohlendioxid basieren auf physikalischen Prozessen wie einer Erwärmung, einer pH-Wert Anhebung, einer Druckabsenkung und einer Erhöhung der Grenzfläche durch Einblasen eines zusätzlichen Gases in wässrige Lösungen. Letzteres erhöht ebenfalls die Grenzfläche. The processes available on the market for stripping the gases ammonia and carbon dioxide are based on physical processes such as heating, raising the pH, lowering the pressure and increasing the interface by injecting an additional gas into aqueous solutions. The latter also increases the interface.
Für die pH-Wert-Anhebung beispielsweise sind Laugen zuzusetzen, die einen negativen Einfluss auf den Gärprozess hätten. For the pH increase, for example, lye should be added, which would have a negative impact on the fermentation process.
Das Einblasen eines zusätzlichen Gases zum Strippen, verunreinigt in nachteiliger Weise das zu strippende Gasgemisch aus Ammoniak und Kohlendioxid. The blowing in of an additional gas for stripping adversely contaminates the gas mixture of ammonia and carbon dioxide to be stripped.
Bekannt ist ein Verfahren für das Strippen eines organischen Abfallproduktes in flüssiger Phase. Beispielhaft wird die Druckschrift
Ein bekanntes und weit verbreitetes Biogasverfahren ist die Nassvergärung in einem Fermenter. Einem Biomasse-Ausgangssubstrat mit einem zumeist hohen Trockensubstanzanteil wird eine Prozessflüssigkeit zudosiert, wodurch ein Gärsubstrat erhalten wird, welches in einem Fermenter Biogas freisetzt. A well-known and widespread biogas process is the wet fermentation in a fermenter. A process fluid is metered into a biomass starting substrate with a mostly high dry matter content, whereby a fermentation substrate is obtained which releases biogas in a fermenter.
Als Gärsubstrat wird das Ausgangsprodukt bezeichnet, welches im Bereich der Erzeugung von Biogas in Gärstrecken meistens für den in der Vergärung befindlichen Fermenter verwendet wird. As a fermentation substrate, the starting product is referred to, which is used in the production of biogas in fermentation lines mostly for the fermenter located in the fermentation.
Innerhalb des Verfahrens der Nassvergärung von Biomasse in einem Fermenter liegt die Biomasse nach der Zudosierung der Prozessflüssigkeit zu Beginn der Gärstrecke somit als mit einer Prozessflüssigkeit angemaischtes feststoffhaltiges Gärsubstrat vor, welches in dem Fermenter durch enzymatische Umwandlung organischer Stoffe fermentiert wird. Diese Biomasse wird nachfolgend als angemaischtes feststoffhaltiges Gärsubstrat bezeichnet. Within the process of wet fermentation of biomass in a fermenter, the biomass after dosing of the process liquid at the beginning of the fermentation section is thus present as a bemaischtes with a process liquid solids-containing fermentation substrate, which is fermented in the fermenter by enzymatic conversion of organic substances. This biomass is referred to below as bemaischtes solids-containing fermentation substrate.
Am Ende des Verfahrens fällt ein sogenannter Gärrest an, der weitgehend ausgegaste Biomasse darstellt. Dieser Gärrest ist das ausgegaste feststoffhaltige Gärsubstrat und wird deshalb als Gärrest bezeichnet, da es als Rest am Ende der Gärstrecke anfällt. Als Gärrest wird somit der Rückstand (das Endprodukt) bezeichnet, der nach erfolgter Vergärung von Biomasse in einer Gärstrecke zurückbleibt. Wegen seines hohen Gehalts an Nährstoffen wird er als landwirtschaftlicher Dünger verwendet, wobei die bestehenden Nachteile bekannt sind. At the end of the process, a so-called fermentation residue is produced which represents largely outgassed biomass. This digestate is the outgassed solids-containing fermentation substrate and is therefore referred to as digestate, since it is the remainder at the end of the fermentation section accrues. The fermentation residue is thus the residue (the end product), which remains after fermentation of biomass in a fermentation section. Because of its high content of nutrients, it is used as agricultural fertilizer, the existing disadvantages are known.
Es existieren verschiedene Verfahren, die auch eine Nutzung des Gärrestes ermöglichen, die beispielsweise in den Druckschrift
Das Gärsubstrat innerhalb des Fermentationsprozesses ist vergleichsweise keine Flüssigkeit aber auch kein Feststoff. Der Trockensubstanzanteil liegt bei 5% bis 15%. The fermentation substrate within the fermentation process is comparatively no liquid but also no solid. The dry matter content is 5% to 15%.
Ammoniakhaltiges Gärsubstrat verursacht im Biogas-Gärprozess in dem/den Fermenter/n sowie bei der sich anschließenden Verwendung des Gärrestes und des bei der Nassvergärung freigesetzten Biogases folgende Probleme. Ammonia-containing fermentation substrate causes the following problems in the biogas fermentation process in the fermenter (s) and in the subsequent use of the digestate and the biogas released during wet fermentation.
Zwischen dem Ammoniak (NH3) und der gelösten Form des Ammoniums (NH4) besteht ein chemisches Gleichgewicht. Ein steigender pH-Wert, also eine zunehmende OH-Konzentration, führt zu einer Verschiebung des Gleichgewichtes zu Gunsten der Ammoniak-konzentration im Gärsubstrat. Die Zufuhr ammoniakhaltiger Gärsubstrate führt zum Anstieg des pH-Wertes und damit zur Verschiebung des Gleichgewichts zu Gunsten der Ammoniak-konzentration There is a chemical equilibrium between the ammonia (NH 3 ) and the dissolved form of ammonium (NH 4 ). An increasing pH, ie an increasing OH concentration, leads to a shift in the equilibrium in favor of the ammonia concentration in the fermentation substrate. The supply of ammonia-containing fermentation substrates leads to an increase in the pH value and thus to a shift in the equilibrium in favor of the ammonia concentration
Während Ammonium den meisten Bakterien als Stickstoffquelle dient, kann sich Ammoniak schon in geringen Mengen hemmend auf die Bakterien auswirken. Darüber hinaus verschiebt sich das Gleichgewicht mit steigender Temperatur zu Gunsten des Ammoniaks. Dadurch nimmt die Hemmwirkung mit steigender Temperatur zu, was sich insbesondere in thermophil betriebenen Gärstrecken problematisch auswirken kann. While ammonia serves as the nitrogen source for most bacteria, ammonia can inhibit the bacteria even in small quantities. In addition, the equilibrium shifts with increasing temperature in favor of the ammonia. As a result, the inhibitory effect increases with increasing temperature, which can have a problematic effect especially in thermophilically operated fermentation sections.
Das ammoniakhaltige Gärsubstrat wirkt ab einer bestimmten Ammoniakkonzentration in Abhängigkeit vom pH-Wert und der Temperatur des Gärsubstrates toxisch und damit hemmend auf den Gärprozess und die beteiligte Biologie (Bakterienstämme und/oder Enzyme), d. h. toxisch beziehungsweise hemmend auf die mikrobiologischen Prozesse im Fermenter. The ammonia-containing fermentation substrate acts toxic from a certain ammonia concentration depending on the pH and the temperature of the fermentation substrate and thus inhibiting the fermentation process and the involved biology (bacterial strains and / or enzymes), d. H. toxic or inhibiting the microbiological processes in the fermenter.
Das hat zur Folge, dass beispielsweise ammoniakhaltige tierische Fäkalien derzeit nur in begrenzter Menge zur Biogasvergärung eingesetzt werden. As a result, for example, ammonia-containing animal faeces are currently only used in a limited amount for biogas fermentation.
Gerade dieses Aufkommen an ammoniakhaltigen tierischen Fäkalien ist relativ hoch in Deutschland, so dass eine quantitative Erhöhung des Einsatzes in einer Biogasanlage wünschenswert ist. Especially this amount of ammonia-containing animal feces is relatively high in Germany, so that a quantitative increase in the use of a biogas plant is desirable.
Hinzu kommt, dass im Gärrest noch ein hoher Anteil an Ammoniak vorhanden ist, so dass es bei der Ausbringung auf landwirtschaftlich genutzte Flächen zu gasförmigen Verlusten des Ammoniaks kommt und der stickstoffhaltige Dünger seine Wirkung nicht vollständig auf der Zielfläche entfaltet. In addition, in the digestate still a high proportion of ammonia is present, so that when applied to agricultural land to gaseous losses of ammonia and the nitrogen-containing fertilizer does not fully unfold its effect on the target area.
Schließlich verunreinigt das im Biogas vorhandene Ammoniak die Brennräume der zur Stromerzeugung eingesetzten Motoren. Es kommt zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrades und es führt bei der Verbrennung des Biogases zu einer unkontrollierteren Verbrennung, was sich durch das sogenannte Klopfen sowie schlechtere Abgaswerte bemerkbar macht. Ferner kommt es zu einer Versäuerung des Motoröls mit der Folge verringerter Ölstandzeiten. Finally, the ammonia present in the biogas pollutes the combustion chambers of the engines used to generate electricity. There is a deterioration in the efficiency and it leads to the combustion of biogas to uncontrolled combustion, which is noticeable by the so-called knocking and lower exhaust emissions. It also leads to acidification of the engine oil with the result of reduced oil life.
Aus diesen Gründen ist es wünschenswert Ammoniak weitestgehend und möglichst früh aus dem Biogas-Prozess, das heißt aus der Biomasse, mithin aus dem Gärsubstrat und somit auch aus dem Gärrest zu entfernen beziehungsweise zumindest zu reduzieren, aufzufangen und derart aufzubereiten, dass eine spätere Verwendung des Biogases und/oder des Gärrestes ohne die genannten Nachteile möglich ist. For these reasons, it is desirable to remove ammonia as far as possible and as early as possible from the biogas process, ie from the biomass, thus from the fermentation substrate and thus from the digestate or at least reduce, collect and prepare such that a later use of the Biogas and / or the digestate without the disadvantages mentioned is possible.
Durch die Entfernung des Ammoniaks über das bekannte Maß hinaus, soll erreicht werden, dass insbesondere der Biogas-Gärprozess und die mit dem Biogas in Kontakt kommenden Brennräume der zur Stromerzeugung eingesetzten Motoren nicht mehr negativ beeinflusst werden. By removing the ammonia beyond the known extent, it is to be achieved that, in particular, the biogas fermentation process and the combustion chambers coming into contact with the biogas of the engines used for power generation are no longer adversely affected.
Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung beziehungsweise eine Anlage mit einer Vorrichtung zu schaffen, welches/welche dafür sorgt, dass ein hoher Anteil an Ammoniak möglichst früh und effizient aus dem Biogas-Prozess entfernt wird. Insbesondere soll erreicht werden, dass als Gärsubstrat (als Ausgangsprodukt), ammoniakhaltige tierische Fäkalien in größerer Menge einsetzbar sind, da durch das Verfahren und die Vorrichtung ein höherer Ammoniakgehalt als bisher ohne die erläuterten Nachteile entfernt werden soll. Ferner soll noch erreicht werden, dass auch der Gärrest der Biogasanlage (als Endprodukt) einen geringeren Ammoniakgehalt als bisher aufweist. The object of the invention is therefore to provide a method and a device or a system with a device which ensures that a high proportion of ammonia is removed from the biogas process as early and efficiently as possible. In particular, it is to be achieved that, as fermentation substrate (as starting product), ammonia-containing animal fecal matter can be used in larger quantities, since the method and the device are intended to remove a higher ammonia content than hitherto without the disadvantages described. Furthermore, it should still be achieved that the digestate of the biogas plant (as the end product) has a lower ammonia content than previously.
Die Druckschrift
Zur Lösung der Aufgabe ist folgendes Verfahren zum Austreiben (Strippen) von gebundenem Ammoniak und Kohlendioxid aus einem angemaischten feststoffhaltigen Gärsubstrat und/oder einem feststoffhaltigen Gärrest vorgesehen. Gärsubstrat und Gärrest weisen einen vorgebbaren Trockensubstanzgehalt und somit einen hohen Anteil von flüssiger Phase auf. To solve the problem, the following method for expelling (stripping) of bound ammonia and carbon dioxide from a mashed solids-containing fermentation substrate and / or a solid-containing digestate is provided. Fermentation substrate and digestate have a predeterminable dry matter content and thus a high proportion of liquid phase.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Austreiben (Strippen) von Ammoniak und Kohlenstoffdioxid aus einem angemaischten feststoffhaltigen Gärsubstrat und/oder einem feststoffhaltigen Gärrest mit einem vorgebbaren Trockensubstanzgehalt vorgesehen, welches sich dadurch auszeichnet, dass eine mechanische Zwangsvermahlung des angemaischten feststoffhaltigen Gärsubstrates und/oder des feststoffhaltigen Gärrestes innerhalb eines Strippbehälters zum zwangsweisen mechanischen Aufschluss der Feststoffe des angemaischten feststoffhaltigen Gärsubstrates und/oder feststoffhaltigen Gärrestes durchgeführt wird, wobei neben dem aktiv ausgasenden Ammoniak und Kohlendioxid der feststoffgebundene inaktive Ammoniak und Kohlenstoffdioxid durch die mechanische Zwangsvermahlung aktiviert und ausgetrieben werden. According to the invention, a method is provided for expelling (stripping) ammonia and carbon dioxide from a mashed solids-containing fermentation substrate and / or a solid-containing digestate having a predefinable dry matter content, which is characterized in that a mechanical compulsory milling of the mashed solids-containing fermentation substrate and / or the solids-containing digestate within a Strippbehälters for compulsory mechanical disruption of the solids of the mashed solids-containing fermentation substrate and / or solidified digestate is carried out, in addition to the actively outgassing ammonia and carbon dioxide, the solid-bonded inactive ammonia and carbon dioxide are activated and expelled by the mechanical forced grinding.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass während der mechanischen Zwangsvermahlung eine Prallwirkung unter Aufschluss der Zellwände des angemaischten feststoffhaltigen Gärsubstrates und/oder des feststoffhaltigen Gärrestes auf die Zellwände ausgeübt wird, wodurch die Zellwände aufgebrochen werden und die Partikelgröße des Feststoffes reduziert und homogenisiert wird, wodurch neben dem aktiv ausgasenden Ammoniak und Kohlendioxid gebundenes inaktives Ammoniak und Kohlendioxid mechanisch aktiviert und freigesetzt werden. Dieser Vorgang der Aktivierung und Freisetzung von gebundenem Ammoniak und Kohlendioxid findet in Abhängigkeit von der Temperatur des Feststoffes f; (T) und/oder dem Druck f; (p) des Feststoffes statt, worauf noch eingegangen wird. In a preferred embodiment of the invention, it is provided that an impact effect is exerted on the cell walls during the mechanical compulsory milling an impacting the cell walls of bemaischten solids-containing fermentation substrate and / or the solid-containing digestate, whereby the cell walls are broken and the particle size of the solid is reduced and homogenized, which in addition to the actively outgassing ammonia and carbon dioxide bound inactive ammonia and carbon dioxide are mechanically activated and released. This process of activation and release of bound ammonia and carbon dioxide takes place as a function of the temperature of the solid f; (T) and / or the pressure f; (P) of the solid instead, as will be discussed.
Es hat sich ein Effekt heraus gestellt, der darin besteht, dass das durch den Aufschluss des Feststoffs des angemaischten Gärsubstrates und/oder des Gärrestes aktivierte Ammoniak und Kohlendioxid durch eine partielle Prallwirkung aktiviert und freigesetzt werden, wobei die partielle Prallwirkung im Strippbehälter zwischen einem mechanischen Mahl- und Zerkleinerungswerkzeug und einer Mahlkammer erzeugt wird. Es wurde erfindungsgemäß erkannt, dass durch die Zwangsnassvermahlung die Partikelgröße des Feststoffes reduziert und homogenisiert wird/werden, und weiteres im Feststoff enthaltenes – zuvor inaktives/er – Ammoniak und Kohlendioxid mechanisch in Abhängigkeit von Temperatur und Druck sowie in Abhängigkeit des pH-Wertes aktiviert und freigesetzt werden. Darüber hinaus wird die Grenzfläche erhöht. An effect has been found which consists in activating and releasing the ammonia and carbon dioxide activated by the digestion of the solid of the mashed fermentation substrate and / or the digestate by a partial impact effect, the partial impact effect in the stripping vessel being between a mechanical grinding - And crushing tool and a grinding chamber is generated. It was inventively recognized that the particle size of the solid is reduced and homogenized by the forced wet grinding /, and further contained in the solid - previously inactive / er - ammonia and carbon dioxide mechanically activated as a function of temperature and pressure and as a function of pH and be released. In addition, the interface is increased.
Hierin besteht ein wesentlicher Vorteil des Verfahrens, nämlich, dass die mechanische Zwangsvermahlung, insbesondere die Prallwirkung die Zellwände des feststoffhaltigen Gärsubstrates und/oder Gärrestes weiter aufschließen und die Grenzfläche erhöht, so dass ein größerer Ammoniakanteil und Kohlendioxidanteil aus dem Gärsubstrat und/oder Gärrest gestrippt werden kann. This is a significant advantage of the method, namely, that the mechanical forced milling, in particular the impact effect further open up the cell walls of the solids-containing fermentation substrate and / or digestate and increases the interface, so that a larger proportion of ammonia and carbon dioxide from the fermentation substrate and / or digestate are stripped can.
Es ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung von Vorteil, wenn der pH-Wert f; (pH) des angemaischten feststoffhaltigen Gärsubstrates und/oder des Gärrestes ermittelt wird, und die Temperatur des Gärsubstrates f; (T) und/oder der Druck f; (p) des Gärsubstrates während der mechanischen Zwangsvermahlung in Abhängigkeit des pH-Wertes f; (pH) gewählt und eingestellt wird/werden. It is advantageous in a preferred embodiment of the invention if the pH f; (pH) of the mashed solids-containing fermentation substrate and / or the digestate is determined, and the temperature of the fermentation substrate f; (T) and / or the pressure f; (p) the fermentation substrate during the mechanical compulsory milling as a function of the pH f; (pH) is selected and set.
Es wurde ferner festgestellt, dass die partielle Prallwirkung allein bereits zu einer partiellen Temperaturerhöhung und zu einer partiellen Druckerhöhung im Prallbereich, dort wo die mechanischen Mahl- und Zerkleinerungswerkzeuge auf den Feststoff treffen, führt. Die stattfindende mechanische Prallwirkung erfolgt innerhalb des Strippbehälters. It has also been found that the partial impact effect alone already leads to a partial increase in temperature and to a partial pressure increase in the impact area, where the mechanical grinding and comminution tools strike the solid. The occurring mechanical impact occurs within the stripping container.
Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass das durch den Aufschluss des Feststoffs enthaltene Ammoniak und Kohlendioxid schon durch eine partielle Prallwirkung aktiviert und freigesetzt wird, wobei der Aufschlussprozess durch die partielle Prallwirkung auf die Feststoffe im Strippbehälter beginnt und durch den weiteren Aufschluss der Feststoffe, die zwischen den mechanischen Mahl- und Zerkleinerungswerkzeug und der Mahlkammer gelangen unter partieller Druck und Temperaturerhöhung vervollkommnet wird. The method is characterized in that the ammonia and carbon dioxide contained by the digestion of the solid is already activated and released by a partial impact, wherein the digestion process by the partial impact on the solids in the stripping begins and by the further digestion of the solids between the mechanical grinding and crushing tool and the grinding chamber is completed under partial pressure and temperature increase is perfected.
Das Verfahren zeichnet sich durch Parameter aus, die durch die partielle Prallwirkung erzeugt werden. Innerhalb des Verfahrens kommt es durch die partielle Prallwirkung zu einer partiellen Temperaturerhöhung Tpartiell und zu einer partiellen Druckerhöhung ppartiell der Feststoffpartikel im Bereich der stattfindenden Prallwirkung a) beim Auftreffen der mechanischen Mahl- und Zerkleinerungswerkzeug auf die Feststoffe und b) durch die zwischen den mechanischen Mahl- und Zerkleinerungswerkzeug und der Mahlkammer gelangenden Feststoffe innerhalb des Strippbehälters, wie nachfolgend noch näher erläutert wird. The method is characterized by parameters that are generated by the partial impact effect. Within the process, the partial impact effect leads to a partial increase in temperature T partially and to a partial pressure increase p partially to the solid particles in the region of the impact effect a) upon impact of the mechanical grinding and comminution tool on the solids and b) between the mechanical Grinding and comminution tool and the grinding chamber passing solids within the stripping, as will be explained in more detail below.
Diese Temperatur und Druckerhöhung führt in vorteilhafter Weise dazu, dass die Zellwände des feststoffhaltigen Gärsubstrates und/oder Gärrestes vollständig aufgeschlossen beziehungsweise aufgebrochen werden. This temperature and pressure increase leads advantageously to the fact that the cell walls of the solid-containing fermentation substrate and / or digestate are completely digested or broken.
Durch die Vermahlung kommt es zu einer Vergrößerung der Stoffübergangsflächen im Gärsubstrat und/oder Gärrest. Es wird die Grenzfläche zwischen flüssiger und gasförmiger Phase des Gärsubstrates und/oder des Gärrestes extrem erhöht. Dadurch werden der Zerfall des gelösten Ammoniumkarbonats in Ammoniak und Kohlendioxyd und der Übergang in die Gasphase begünstigt. Ebenfalls begünstigt der Druckabfall nach der partiellen Druckerhöhung den Übergang in die Gasphase. Insbesondere die Erhöhung der Grenzfläche zwischen flüssiger und gasförmiger Phase erlaubt es den Ammoniak aus angemaischten Gärsubstraten mit TS-Gehalten bis zu 15% zu strippen. By grinding, there is an increase in the mass transfer surfaces in the fermentation substrate and / or digestate. It is the interface between the liquid and gaseous phase of the fermentation substrate and / or the digestate extremely increased. This favors the decomposition of the dissolved ammonium carbonate into ammonia and carbon dioxide and the transition to the gas phase. Likewise, the pressure drop after the partial pressure increase favors the transition to the gas phase. In particular, the increase in the interface between liquid and gaseous phase allows the ammonia stripped from mashed fermentation substrates with TS levels up to 15%.
Zudem kommt es in vorteilhafter Weise zu einer Homogenisierung des Gärsubstrates und/oder Gärrestes. Durch die Homogenisierung und dem mechanischen Aufschluss kommt es in der folgenden Fermentation zur erhöhten Biogasausbeute. Durch die Strippung und Entfernung von Ammoniak werden die negativen Folgen einer Hemmung von Ammoniak unterbunden. In addition, it is advantageous to homogenize the fermentation substrate and / or digestate. Homogenization and mechanical digestion lead to increased biogas yield in the following fermentation. The stripping and removal of ammonia inhibits the negative effects of inhibiting ammonia.
Ferner ist vorgesehen, dass dem angemaischten feststoffhaltigen Gärsubstrat und/oder dem Gärrest im Strippbehälter noch zusätzlich ein Additiv und eine Prozessflüssigkeit, insbesondere Wasser und/oder Rezirkulat aus dem Fermentierungsprozess zu dosiert wird/werden. Furthermore, it is provided that the admixed solids-containing fermentation substrate and / or the digestate in the stripping container is additionally metered into an additive and a process liquid, in particular water and / or recirculate from the fermentation process.
In vorteilhafter Weise kann dadurch der Trockensubstanzgehalt des Gärsubstrates und/oder Gärrestes beeinflusst und gesteuert werden, wodurch wiederum die Prallwirkung innerhalb der mechanischen Zwangsvermahlung beeinflussbar ist, so dass im Ergebnis auch das Strippen, d.h. die Aktivierung und Freisetzung des feststoffgebundenen Ammoniakanteils und des Kohlenstoffdioxidanteils indirekt zugunsten einer hohen Aktivierungsrate beeinflusst wird. Advantageously, the dry matter content of the fermentation substrate and / or digestate can thereby be influenced and controlled, which in turn can influence the impact effect within the mechanical compulsory milling, so that as a result the stripping, i. the activation and release of the solid ammonia fraction and the carbon dioxide fraction is indirectly influenced in favor of a high activation rate.
Dabei können dem Wasser biochemische Inhaltstoffe zu dosiert werden, wobei die biochemischen Inhaltstoffe beispielsweise anaerobe Bakterienstämme und/oder Enzyme sind. In this case, biochemical ingredients can be dosed to the water, wherein the biochemical ingredients are, for example, anaerobic bacterial strains and / or enzymes.
Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die sich in dem Rezirkulat und/oder in dem Wasser befindenden biochemischen Inhaltstoffe den zwangsmechanischen Aufschlussvorgang biochemisch unterstützen, so dass die biochemischen Wirkungen und die zwangsmechanischen Wirkungen jeweils für sich genommen und in Kombination zu einer besseren Aktivierung des feststoffgebunden inaktiven Ammoniaks und Kohlenstoffdioxids innerhalb der Zwangsvermahlung und zu einer Beschleunigung des Prozesses führen. This has the advantage that the biochemical constituents present in the recirculate and / or in the water biochemically support the compulsory mechanical disruption process, so that the biochemical effects and the compulsory mechanical effects taken alone and in combination to a better activation of solid-bound inactive Ammonia and carbon dioxide within the compulsory milling and accelerate the process.
Der wesentliche Anteil der Aktivierung und des Austreibens des feststoffgebunden inaktiven Ammoniaks und Kohlenstoffdioxids beruht dabei auf den zwangsmechanischen Wirkungen. The essential part of the activation and expulsion of the solid-state inactive ammonia and carbon dioxide is based on the positive mechanical effects.
Zudem ist vorgesehen, dass der gesamte durch das Verfahren aktivierte und freigesetzte Ammoniak und Kohlenstoffdioxid aufgefangen und rekombiniert wird. It is also envisaged that all ammonia and carbon dioxide activated and released by the process will be collected and recombined.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass das angemaischte feststoffhaltige Gärsubstrat und/oder der Gärrest vor dem Strippbehälter und/oder in dem Strippbehälter auf eine vorgebbare Temperatur, insbesondere auf eine Temperatur zwischen 54°C und 75°C erwärmt wird/werden. In a preferred embodiment, it is provided that the mashed solids-containing fermentation substrate and / or the digestate before the stripping and / or in the stripping is heated to a predetermined temperature, in particular to a temperature between 54 ° C and 75 ° C.
Zudem ist in einer weiteren Ausführungsvariante vorgesehen, dass die mechanische Zwangsvermahlung in dem Strippbehälter unter Unterdruck vorgenommen wird, wobei der vorgebbare Unterdruck in dem vorgebbaren Unterdruckbereich im Strippbehälter gegenüber dem Umgebungsdruck bis 150 mbar eingestellt wird. In addition, in a further embodiment, it is provided that the mechanical forced grinding in the stripping container is carried out under reduced pressure, wherein the predefinable negative pressure in the prescribable negative pressure region in the stripping container is set to 150 mbar relative to the ambient pressure.
Das angemaischte feststoffhaltige Gärsubstrat weist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung einen vorgebbaren Trockensubstanzgehalt bis 15% Trockensubstanz auf. The mashed solids-containing fermentation substrate has in a preferred embodiment of the invention to a predetermined dry matter content up to 15% dry matter.
Der Gärrest weist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung einen vorgebbaren Trockensubstanzgehalt bis 8 % Trockensubstanz auf. In a preferred embodiment of the invention, the digestate has a predefinable dry matter content of up to 8% dry matter.
Es wird deutlich, dass innerhalb des Verfahrens sowohl Gärsubstrat oder Gärrest allein oder in Kombination gestrippt werden können. It will be appreciated that within the process both fermentation substrate or digestate may be stripped alone or in combination.
In der nachfolgenden Beschreibung wird näher erläutert, inwieweit Gärsubstrat und Gärrest innerhalb des Verfahrens allein oder in Kombination gestrippt werden. In the following description will be explained in more detail to what extent fermentation substrate and digestate stripped alone or in combination within the procedure.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich in bevorzugter Ausgestaltung dazu, das Gärsubstrat in dem Behälter zu strippen, in dem auch die Zwangsnassvermahlung des Gärsubstrates stattfindet. In a preferred embodiment, the method according to the invention is suitable for stripping the fermentation substrate in the container, in which also the forced wet grinding of the fermentation substrate takes place.
Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass Gärsubstrat und Gärrest in dem Behälter zu strippen in dem bisher nur die Zwangsnassvermahlung des Gärsubstrates stattgefunden hat. However, there is also the possibility of stripping the fermentation substrate and digestate in the container in which hitherto only forced wet grinding of the fermentation substrate has taken place.
Schließlich besteht die Möglichkeit nur den Gärrest in dem Behälter zu strippen, in dem bisher die Zwangsnassvermahlung des Gärsubstrates stattgefunden hat. Finally, it is possible to strip only the fermentation residue in the container in which so far the forced wet grinding of the fermentation substrate has taken place.
Zusammenfassend besteht ein wesentlicher Vorteil des Verfahrens darin, dass ein feststoffhaltiges Ausgangsprodukt, insbesondere Gärsubstrat in Abhängigkeit von Temperatur, Druck und dem pH-Wert mechanisch aufgeschlossen wird/werden, wobei durch mechanischen Aufschluss des Ausgangssubstrates (Gärsubstrat) gegenüber den bisherigen Verfahren ein höherer Anteil an Ammoniak und Kohlendioxid strippbar ist. Bisher nicht aufgeschlossener Gärrest oder nicht vollständig aufgeschlossener Gärrest kann in vorteilhafter Weise gemeinsam mit dem Gärsubstrat oder auch alleine dem gleichen Aufschlussprozess unterzogen werden. In summary, a significant advantage of the method is that a solids-containing starting material, in particular fermentation substrate as a function of temperature, pressure and the pH is mechanically digested /, whereby by mechanical digestion of the starting substrate (fermentation substrate) over the previous methods, a higher proportion of Ammonia and carbon dioxide is strippable. So far not digested digestate or not completely digested digestate can be subjected to the same digestion process advantageously together with the fermentation substrate or alone.
Zur Durchführung des Verfahrens wird erfindungsgemäß eine Prallmühle verwendet, deren Aufbau bereits in der Druckschrift
Versuche haben ergeben, dass die Prallmühle gemäß der Patentschrift
Die Prallmühle stellt somit als Vorrichtung innerhalb einer Anlage zur Zwangsnassvermahlung des Gärsubstrates und/oder des Gärrestes erfindungsgemäß gleichzeitig den Strippbehälter dar, in dem Ammoniak und Kohlendioxid unter mechanischer Zwangsvermahlung des Gärsubstrates und/oder Gärrestes gestrippt wird, wie nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel noch näher erläutert wird. The impact mill thus represents as a device within a plant for Zwangsnassvermahlung the fermentation substrate and / or the digestate according to the invention simultaneously the stripping, is stripped in the ammonia and carbon dioxide under mechanical forced grinding of the fermentation substrate and / or digestate, as will be explained in more detail in an embodiment ,
Die Prallmühle zeichnet sich im Wesentlichen dadurch aus, dass eine Mahlkammer mit einem geschlossenen Siebkorb angeordnet ist. Sie umfasst mindestens eine Ausgangsproduktzuführung. The impact mill is characterized essentially by the fact that a grinding chamber is arranged with a closed screen basket. It comprises at least one starting product feed.
Die Prallmühle umfasst die Mahlkammer, insbesondere den Siebkorb und rotierende Mahl-/Zerkleinerungswerkzeuge und eine Zuführung für die Zudosierung der Prozessflüssigkeit, wodurch mittels Prallbeanspruchung an den Mahl-/Zerkleinerungswerkzeugen und insbesondere am Siebrost der Mahlkammer ein kontinuierlich aus dem Siebkorb austretendes Feststoff aufgeschlossenes Endprodukt mit Partikeln homogener Größe erzeugbar ist. The impact mill comprises the grinding chamber, in particular the screen basket and rotating grinding / crushing tools and a feed for the metering of the process liquid, which means impact strength on the grinding / crushing tools and in particular on the grate of the grinding chamber a continuously emerging from the basket solids aufgeschlossenes end product with particles homogeneous size can be generated.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist die Zuführung der Prozessflüssigkeit in Düsenbereiche unterteilt, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die Zudosierung der Prozessflüssigkeit über einen ersten Düsenbereich in das Innere der Prallmühle und über einen zweiten Düsenbereich von außen an die Mahlkammer erfolgt. In a preferred embodiment of the invention, the supply of the process liquid is subdivided into nozzle regions, wherein it is provided in particular that the metered addition of the process liquid takes place via a first nozzle region into the interior of the impact mill and via a second nozzle region from the outside to the grinding chamber.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung weist die Prallmühle Mahl-/Zerkleinerungswerkzeuge auf, die um eine Achse des statisch angeordneten Siebkorbes rotierende Prallhämmer oder Prallschläger sind, wodurch es im Prallbereich und zwischen Prallhämmer oder Prallschläger und Mahlkammer zu der partiellen Prallwirkung mit der erläuterten Druck- und Temperaturerhöhung mit den beschriebenen Effekten kommt. In a preferred embodiment of the invention, the impact mill on grinding / crushing tools, which are rotating about an axis of the screen basket arranged static impact hammers or beaters, which it in the impact area and between impact hammers or impact beaters and grinding chamber to the partial impact effect with the above-mentioned pressure and temperature increase comes with the described effects.
Es ist vorgesehen, dass zur Einstellung der gewünschten Partikelgröße des zu erzeugenden Produktsubstrates die Umfangsgeschwindigkeit, die Anzahl der Prallhämmer oder Prallschläger sowie die Durchsatzmenge des Ausgangsproduktes veränderbar sind. It is envisaged that to set the desired particle size of the product substrate to be produced, the peripheral speed, the number of impact hammers or impact beaters and the flow rate of the starting product are variable.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen. Further preferred embodiments of the invention will become apparent from the remaining, mentioned in the dependent claims characteristics.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnung erläutert. Es zeigt: The invention will be explained below in embodiments with reference to the accompanying drawings. It shows:
In einer ersten Ausführungsvariante wird die mechanisch unterstützte Ammoniakstrippung eines Gärsubstrates erläutert. Die mechanisch unterstützte Ammoniakstrippung eines Gärsubstrates in Kombination mit einem Gärrest wird in einer alternativen Ausführungsvariante später erläutert. In a first embodiment variant, the mechanically assisted ammonia stripping of a fermentation substrate is explained. The mechanically assisted ammonia stripping of a fermentation substrate in combination with a digestate is explained later in an alternative embodiment.
Die Anlage A umfasst zunächst einen Reaktor R in dem sich das Gärsubstrat GS befindet. The plant A initially comprises a reactor R in which the fermentation substrate GS is located.
Dieser Reaktor R ist innerhalb einer Biogasanlage in der Regel ein Fermenter in dem zumindest die Anmaischung der eingesetzten feststoffhaltigen Biomasse bereits stattgefunden hat. Die zu vergärende frische Biomasse ist mit der Prozessflüssigkeit bereits vermischt. Within a biogas plant, this reactor R is generally a fermenter in which at least the mashing of the solids-containing biomass used has already taken place. The fresh biomass to be fermented is already mixed with the process liquid.
Der Reaktor R kann beispielsweise auch allgemein ein Vorlagebehälter sein, indem bereits eine Anmaischung der Biomasse mit der Prozessflüssigkeit stattgefunden hat, so dass das angemaischte feststoffhaltige Gärsubstrat erst nach der mechanisch unterstützten Ammoniakstrippung in den Fermenter verbracht wird. The reactor R may, for example, also generally be a storage container in that a mashing of the biomass with the process liquid has already taken place so that the mashed solids-containing fermentation substrate is not introduced into the fermenter until after the mechanically assisted ammonia stripping.
Das in dem Reaktor R vorgehaltene, angemaischte, feststoffhaltige Gärsubstrat GS weist einen vorgebbaren Trockensubstanzgehalt ∆TS bis 15 % auf. The mashed, solids-containing fermentation substrate GS held in the reactor R has a predeterminable dry matter content ΔTS of up to 15%.
Das Gärsubstrat GS wird beispielsweise über ein erstes Pumpenaggregat P1 (Eintragspumpenaggregat) über eine Gärsubstrat-Leitung GS-L1 (durchgehende Linie) über einen ersten Wärmetauscher WT1 zu einer Prallmühle
Vor dem Eintritt des Gärsubstrates GS in die Prallmühle
Das Verfahren ist auch ohne Erwärmung durchführbar, jedoch ist der strippbare Anteil des Ammoniaks und Kohlenstoffdioxids geringer, da die austreibbare Menge auch eine Funktion der Temperatur f; (T) ist. The process is also feasible without heating, but the strippable portion of the ammonia and carbon dioxide is lower, since the expulsible amount is also a function of the temperature f; (T) is.
Unabhängig von der Temperatur findet hervorgerufen durch die mechanische Zwangsvermahlung eine Aktivierung des ansonsten inaktiven Ammoniaks und Kohlendioxids statt. Irrespective of the temperature, activation of the otherwise inactive ammonia and carbon dioxide takes place as a result of mechanical forced-grinding.
An der gleichzeitig als Strippbehälter vorgesehenen Prallmühle
Zu der Absaugungsanlage
An dem Reaktor R ist eine Gasleitung M-L1 angeordnet, über die der Hauptstrom des in dem Reaktor R erzeugten Biogases aus dem Reaktor R entzogen wird, der nachfolgend als „Biogashauptstrom“ bezeichnet wird. On the reactor R, a gas line M-L1 is arranged, through which the main stream of the biogas produced in the reactor R is withdrawn from the reactor R, which is referred to as "biogas main stream".
In der Anlage A fällt somit ein methanhaltiger Biogashauptstrom im Reaktor R und ein methanhaltiger Biogasreststrom in der Prallmühle
Der Biogasgashauptstrom und der Biogasreststrom bilden zusammen den resultierenden Biogasstrom der Biogasanlage. The biogas gas main stream and the residual biogas flow together form the resulting biogas stream of the biogas plant.
Das Absaugungsgebläse
Nach der Zugabe des feststoffhaltigen Gärsubstrates GS in die Prallmühle
Der Prozess findet temperatur- und druckabhängig sowie pH-Wert-abhängig und in Abhängigkeit der mechanisch auf die Feststoffe einwirkenden Kräfte statt. The process is temperature- and pressure-dependent as well as pH dependent and depending on the mechanical forces acting on the solids.
Das Verfahren ist auch mit nur geringem der Absaugung dienenden Unterdruck durchführbar, jedoch ist der strippbare Anteil des Ammoniaks und Kohlenstoffdioxids bei größerem Unterdruck höher, da die austreibbare Menge auch eine Funktion des Druckes f; (p) ist. The process is also feasible with only a slight suction vacuum, but the strippable portion of the ammonia and carbon dioxide is higher at greater negative pressure because the expulsible amount is also a function of the pressure f; (p) is.
Die durch die mechanische Zwangsnassvermahlung unterstütze Strippung findet erfindungsgemäß auch ohne Erzeugung eines hohen Unterdruckes und ohne Temperaturerhöhung in der Umgebungsluft innerhalb der Prallmühle
Durch den mechanischen bei der Zwangsvermahlung stattfindenden Energieeintrag in dem Prallbereich, in dem die Feststoffe gegenüber dem in der Mahlkammer der Prallmühle
Zudem besteht wie erläutert die Möglichkeit, dass die Prallmühle
Auch ohne Unterdruck in der Prallmühle
Der in der Prallmühle
Neben der Temperaturerhöhung durch die Vorwärmung des Gärsubstrates GS über den ersten Wärmetauscher WT1, kommt es ferner zu der erwähnten partiellen Temperaturerhöhung Tpartiell a) im Kontaktbereich der auf die Feststoffe prallenden Mahl-/Zerkleinerungswerkzeuge der Prallmühle
In der Prallmühle
Das Absaugungsgebläse
Wie in
In dem zweiten Wärmetauscher WT2 wird das Gärsubstrat GS gekühlt, da es ansonsten zu einer unerwünschten Erwärmung des Gärsubstrates GS in dem Reaktor R kommt. Die Rückführung erfolgt über die zweite Gärsubstratleitung GS-L2 (durchgehende Linie). Die Abwärme des zweiten Wärmetauschers WT2 kann innerhalb des Prozesses sinnvoll genutzt werden. In the second heat exchanger WT2, the fermentation substrate GS is cooled, as otherwise undesired heating of the fermentation substrate GS in the reactor R occurs. The return takes place via the second fermentation substrate line GS-L2 (continuous line). The waste heat of the second heat exchanger WT2 can be used meaningfully within the process.
Dadurch, dass das Gärsubstrat GS entsprechend im Kreislauf geführt ist, wird in vorteilhafter Weise Ammoniak und Kohlendioxid aus dem Reaktor R entfernt und gleichzeitig wird das Gärsubstrat zerkleinert und homogenisiert. Dadurch wird der hemmend auf die beteiligte Biologie wirkende Ammoniak innerhalb des Reaktors R reduziert, d.h. der Prozess der mikrobiologischen Bakterien im Fermenter, die zur Biogasvergärung dienen, wird positiv beeinflusst, wodurch der Betreiber einer Biogasanlage durch die Reduzierung des Ammoniaks einen höheren Anteil von ammoniakhaltigen Rohstoffen einsetzen kann. Due to the fact that the fermentation substrate GS is correspondingly circulated, ammonia and carbon dioxide are advantageously removed from the reactor R and at the same time the fermentation substrate is comminuted and homogenized. This reduces the ammonia inhibiting the involved biology within reactor R, i. The process of the microbiological bacteria in the fermenter, which are used for biogas fermentation, is positively influenced, whereby the operator of a biogas plant by reducing the ammonia can use a higher proportion of ammonia-containing raw materials.
Ferner ist der Anteil des Ammoniaks in dem resultierenden Biogasstrom, der Biogasanlage geringer, so dass es zu einer geringeren Verunreinigung der Brennräume der zur Stromerzeugung eingesetzten Motoren und zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades kommt. Das durch einen hohen Ammoniakgehalt im Biogas entstehende unkontrollierte Klopfen bei der Verbrennung wird vermieden oder reduziert. Es ergeben sich bessere Abgaswerte und die Versäuerung des Motoröls nimmt ab, so dass längere Ölstandzeiten erreicht werden. Insgesamt wird durch die genannten Maßnahmen bei der Stromerzeugung innerhalb der Biogasanlage ein höherer Wirkungsgrad erzielt. Furthermore, the proportion of ammonia in the resulting biogas stream, the biogas plant lower, so that there is less contamination of the combustion chambers of the motors used for power generation and to increase the efficiency. The uncontrolled knocking caused by a high ammonia content in the biogas is avoided or reduced during combustion. It results in better emissions and the acidification of the engine oil decreases, so that longer oil life can be achieved. Overall, a higher efficiency is achieved by the measures mentioned in the power generation within the biogas plant.
Das Verfahren kann noch weiter positiv beeinflusst werden. The process can be further positively influenced.
Durch Zugabe einer Prozessflüssigkeit besteht zunächst einmal die Möglichkeit innerhalb der Prallmühle den Trockensubstanzgehalt ∆TS des angemaischten feststoffhaltigen Gärsubstrates GS im Reaktor R durch Zugabe von weiterer Prozessflüssigkeit verändern zu können. By adding a process liquid, it is initially possible within the impact mill to be able to change the dry substance content ΔTS of the mashed solids-containing fermentation substrate GS in the reactor R by adding further process liquid.
Zum einen besteht die Möglichkeit über eine erste Prozessflüssigkeitsleitung L1 Prozesswasser zuzufügen. Das Prozesswasser kann dabei biochemische Inhaltstoffe z.B. anaerobe Bakterienstämme und/oder Enzyme enthalten. On the one hand, it is possible to add process water via a first process liquid line L1. The process water may contain biochemical ingredients e.g. anaerobic bacterial strains and / or enzymes.
Zum anderen besteht die Möglichkeit über eine zweite Prozessflüssigkeitsleitung L2 Rezirkulat aus dem Reaktor R zuzufügen. On the other hand, it is possible to add recirculate from reactor R via a second process liquid line L2.
In einer alternativen Ausführungsvariante des Verfahrens beziehungsweise der Anlage A wird vorgeschlagen nicht nur Gärsubstrat GS über die Prallmühle
Der Gärrest GR liegt zumeist in einem nachgelagerten Behälter vor. Gärrest GR ist gegenüber dem aktiv ausgasenden Gärsubstrat GS ein weitgehend ausgegaster Substratrest. The digestate GR is usually present in a downstream container. Digestate GR is compared to the actively outgassing fermentation substrate GS a largely gassed substrate residue.
Durch den Abbau der organischen Säuren in Methan innerhalb des Biogasprozesses wird der Prozess immer basischer und im Gärrest GR herrscht ein basischeres Milieu als im Gärsubstrat GS. Durch die Abhängigkeit vom pH-Wert gast Ammoniak bei vergleichbaren Temperatur- beziehungsweise Druckbedingungen in basischem Milieu weiter aus. Diese Abhängigkeit in Verbindung mit der beschriebenen Zwangsnassvermahlung wird genutzt, um auch noch im Gärrest GR Ammoniak zu strippen. Due to the degradation of organic acids in methane within the biogas process, the process is becoming increasingly basic and in the digestate GR a more basic environment prevails than in the fermentation substrate GS. As a result of the dependence on the pH, ammonia continues to be present at comparable temperature or pressure conditions in a basic medium. This dependence in connection with the described forced wet grinding is used to strip even in the digestate GR ammonia.
Es wird folgendermaßen vorgegangen. Gemäß
In einer ersten Ausführung wird der nicht vorgewärmte oder alternativ vorgewärmte Gärrest GR in Kombination mit dem Gärsubstrat GS in der Prallmühle
In einer zweiten Ausführung wird nur der nicht vorgewärmte oder alternativ vorgewärmte Gärrest GR in der Prallmühle
In dieser zweiten Ausführung wird der Gärrest GR über die dargestellte Gärrestrückführleitung GR-L2 zum nicht näher dargestellten Gärrestbehälter zurück transportiert. Es versteht sich, dass die mechanische Zwangsvermahlung des Gärrestes GR, insofern das Ausgangsprodukt innerhalb der Biogasanlage bereits als Gärsubstrat GS mechanisch zwangsvermahlen worden ist, keine weitere zerkleinernde Wirkung mehr aufweist, jedoch hat sich herausgestellt, dass es durch das basischere Milieu am Ende des Fermentierungsprozesses zu einer Aktivierung des Ausgasens des Ammoniaks und Kohlenstoffdioxids und durch die nochmalige Zwangsvermahlung zu einer weiteren Homogenisierung des Gärrestes GR kommt. In this second embodiment, the digestate GR is transported back to the fermentation residue container, not shown, via the fermentation residue recycling line GR-L2 shown. It is understood that the mechanical compulsory milling of the digestate GR, insofar as the starting product has already been forcibly mechanically ground within the biogas plant as fermentation substrate GS, has no further comminuting effect more, however, it has been found that it by the more basic environment at the end of the fermentation process an activation of the outgassing of the ammonia and carbon dioxide and by the further compulsory milling to a further homogenization of the digestate GR.
Der Vorteil besteht insbesondere darin, dass auch der Gärrest GR hinsichtlich seines Ammoniakgehaltes reduzierbar ist. Zudem ist die Reduzierung des Ammoniakgehaltes im Gärrest GR im Wesentlichen mit der beschriebenen Anlagentechnik realisierbar, die auch für eine Reduzierung des Ammoniakgehaltes im Gärsubstrat GS eingesetzt wird. Hierdurch kommt es zu einer sehr guten Ausnutzung der vorhandenen Anlagentechnik. Zudem kommt es durch die Reduzierung des Ammoniaks im Gärrest GR zu geringeren Ammoniakverlusten bei der Ausbringung des Gärrestes auf landwirtschaftliche Flächen. The advantage is in particular that the digestate GR can be reduced in terms of its ammonia content. In addition, the reduction of the ammonia content in the fermentation residue GR can essentially be achieved with the described plant technology, which is also used for a reduction of the ammonia content in the fermentation substrate GS. This results in a very good utilization of existing plant technology. In addition, due to the reduction of the ammonia in the fermentation residue GR, lower ammonia losses occur during the application of the digestate to agricultural land.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
- A A
- Anlage investment
- R R
- Reaktor reactor
- GS GS
- Gärsubstrat fermentation substrate
- GS-L1 GS-L1
- Gärsubstrat-Leitung Fermentation substrate line
- GS-L2GS-L2
- Gärsubstrat-Leitung Fermentation substrate line
- GRGR
- Gärrest digestate
- GR-L1 GR-L1
- Gärrestzuführungsleitung Gärrestzuführungsleitung
- ∆TS ATS
- Trockensubstanzgehalt Dry matter content
- ∆T.DELTA.T
- Temperaturbereich temperature range
- ∆pU Δp U
- Unterdruckbereich Under pressure range
- pU p U
- Unterdruck vacuum
- ppartiell p partially
- partieller Druck im Kontaktbereich partial pressure in the contact area
- Tpartiell T partial
- partielle Temperatur im Kontaktbereich partial temperature in the contact area
- P1 P1
- erstes Pumpenaggregat first pump unit
- P2 P2
- zweites Pumpenaggregat second pump unit
- WT1WT1
- erster Wärmetauscher first heat exchanger
- WT WT
- zweiter Wärmetauscher second heat exchanger
- 100 100
- Prallmühle impact crusher
- 200 200
- Absaugungsanlage Absaugungsanlage
- 210 210
- Absaugungsgebläse Absaugungsgebläse
- BL-1 BL-1
- Gasleitung des Biogasreststroms Gas line of the biogas residual stream
- M-L1 M-L1
- Gasleitung des Biogashauptstroms Gas pipeline of Biogas mainstream
- L1 L1
- erste Prozessflüssigkeitsleitung first process fluid line
- L2 L2
- zweite Prozessflüssigkeitsleitung second process fluid line
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 10354063 A1 [0013] DE 10354063 A1 [0013]
- DE 102009024536 A1 [0018] DE 102009024536 A1 [0018]
- DE 102010033 A1 [0018] DE 102010033 A1 [0018]
- DE 102008024388 B4 [0031, 0031, 0060, 0061] DE 102008024388 B4 [0031, 0031, 0060, 0061]
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102016211664A1 (en) | 2016-06-28 | 2017-12-28 | Andreas Dünnebeil | Process and installation for the separation and / or recovery of nitrogen compounds from a liquid or sludge substrate |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2000041967A1 (en) * | 1999-01-12 | 2000-07-20 | Western Minerals Technology Pty Ltd | Ammonia recovery |
DE10354063A1 (en) | 2003-11-19 | 2005-06-23 | Gesellschaft für Nachhaltige Stoffnutzung mbH | Production of nitrogen fertilizer from organic waste products, comprising heating waste product under reduced pressure to produce gas containing carbon dioxide and ammonia, and absorbing ammonia from gas |
DE102009024536A1 (en) | 2009-06-10 | 2010-12-16 | Lts Leipziger Technologie Service Gmbh | Efficient operation of a biomass fermentation plant, comprises fermenting a fermentation substrate in a biogas plant and subsequently energetically utilizing the obtained biogases in a combined heat and power unit |
DE102008024388B4 (en) | 2007-10-09 | 2011-04-14 | Reimer Tietjen | Method and device for stock preparation for a biogas plant |
US20120024718A1 (en) * | 2001-07-16 | 2012-02-02 | Foret Plasma Labs, Llc | Method for treating a substance with wave energy from plasma and an electrical arc |
-
2014
- 2014-07-02 DE DE102014212827.7A patent/DE102014212827A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2000041967A1 (en) * | 1999-01-12 | 2000-07-20 | Western Minerals Technology Pty Ltd | Ammonia recovery |
US20120024718A1 (en) * | 2001-07-16 | 2012-02-02 | Foret Plasma Labs, Llc | Method for treating a substance with wave energy from plasma and an electrical arc |
DE10354063A1 (en) | 2003-11-19 | 2005-06-23 | Gesellschaft für Nachhaltige Stoffnutzung mbH | Production of nitrogen fertilizer from organic waste products, comprising heating waste product under reduced pressure to produce gas containing carbon dioxide and ammonia, and absorbing ammonia from gas |
DE102008024388B4 (en) | 2007-10-09 | 2011-04-14 | Reimer Tietjen | Method and device for stock preparation for a biogas plant |
DE102009024536A1 (en) | 2009-06-10 | 2010-12-16 | Lts Leipziger Technologie Service Gmbh | Efficient operation of a biomass fermentation plant, comprises fermenting a fermentation substrate in a biogas plant and subsequently energetically utilizing the obtained biogases in a combined heat and power unit |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102016211664A1 (en) | 2016-06-28 | 2017-12-28 | Andreas Dünnebeil | Process and installation for the separation and / or recovery of nitrogen compounds from a liquid or sludge substrate |
US10421674B2 (en) | 2016-06-28 | 2019-09-24 | Andreas Dünnebeil | Process and plant for separating off and/or recovering nitrogen compounds from a liquid or sludge substrate |
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Legal Events
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