DE102016000198A1

DE102016000198A1 - Verfahren zur stofflichen und energetischen Verwertung von flüssigen und feinteiligen Reststoffen der Palmölgewinnung

Info

Publication number: DE102016000198A1
Application number: DE102016000198.4A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-01-11
Filing date: 2016-01-11
Publication date: 2017-08-10
Also published as: WO2017121422A1

Abstract

Verfahren zur stofflichen und energetischen Verwertung von flüssigen und feinteiligen Reststoffen der Palmölgewinnung durch Behandlung dieser Reststoffe unter Sauerstoffausschluss und Gewinnung von methanhaltigem Biogas für die energetische Verwertung in Gasmotoren oder Kesselanlagen, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssigen Reststoffe (1) wenigstens einer Vorbehandlung (2) mit physikalischen Mitteln zugeführt werden, dass die nach der Vorbehandlung (2) verfügbare wässrige Flüssigfraktion (3) mittels einer UASB-Fermenterstation (4) anaerob behandelt wird, dass die bei der Vorbehandlung (2) von der wässrigen Flüssigfraktion (3) abgeschiedenen Anteile (5) der flüssigen Reststoffe (1) einer biotechnologischen Behandlung in einer an sich bekannten konventionellen Methanfermenterstation (6) unterworfen werden, dass die Gärreste (7) aus der konventionellen Methanfermenterstation (6) einer der Gewinnung einer feststoffreichen Düngerfraktion (8) dienenden Phasentrennstation (9) zugeführt werden, dass die in der Phasentrennstation (9) anfallenden Biofiltrate (10) und/oder die Gärreste (11) aus der UASB-Fermenterstation (4) einer Hemmstoffentfrachtungsstation (12) zugeführt werden, dass die in der UASB-Fermenterstation (4) und in der konventionellen Methanfermenterstation (6) anfallenden Methan und Schwefelwasserstoff enthaltenden biogenen Gase in einer räumlich von den Fermenterstationen (4, 6) getrennten biologischen Gasentschwefelungsstation (13) bei gleichzeitiger Gewinnung einer schwefelsauren Prozessflüssigkeit (14) behandelt werden, dass unter Einsatz der schwefelsauren Prozessflüssigkeit (14) in der Hemmstoffentfrachtungsstation (12) eine wässrige Ammoniumsulfatlösung (15) gewonnen wird und dass in der Suspendierungsstufe (16) als flüssiges Suspendierungsmittel (17) in erster Linie die insbesondere von Ammonium weitgehend befreiten Einsatzstoffe (11, 18) der Hemmstoffentfrachtungsstation eingesetzt werden.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur stofflichen und energetischen Verwertung von flüssigen und feinteiligen Reststoffen der Palmölgewinnung. Eine derartige technische Lösung wird in Betriebsstätten zur Pflanzenölgewinnung, vorzugsweise in Palmölmühlen, benötigt.
Stand der Technik
Die Gewinnung von Palmöl besitzt in vielen Regionen der Erde eine beachtliche volkswirtschaftliche Bedeutung sowohl für die Fettversorgung der Ernährungsindustrie und weiterer Industriezweige als auch zur Erhaltung der Kulturlandschaft. Auch in modernen so genannten Palmölmühlen ist das Verhältnis von gewonnenem Palmöl zu anfallenden biogenen Reststoffen nicht grundsätzlich gegenüber traditionellen Techniken verändert. Bezogen auf einen Masseteil FFB (Fresh Fruit Bunches) wird mit dem Anfall von Handelsprodukten in Form von Unter Inkaufnahme von ökologischen Problemen werden die anfallenden MF zu einem großen Anteil und die anfallenden EFB vereinzelt mittels üblicher Dampfkesseltechnik energetisch verwertet. Wegen der mit niedrigen Schmelztemperaturen anfallenden Schlacken sind diese Verwertungsprozesse regelmäßig gestört.

– 0,21 bis 0,25 Masseteilen Palmöl,
– 0,023 bis 0,027 Masseteilen Palmkernöl,
– 0,07 bis 0,075 Masseteilen KS (Kernel Shells) und
– 0,024 bis 0,028 Masseteilen KC (Kernel Cake)

– 0,22 bis 0,25 Masseteilen EFB (Empty Fruit Bunches),
– 0,06 bis 0,08 Masseteilen DS (Decanter Sludge),
– 0,8 bis 1,1 Masseteilen POME (Palm Oil Mill Effluent),
– 0,13 bis 0,16 Masseteile MF (Mesocarp Fibres)

Die in den derart verwerteten Reststoffen enthaltenen Pflanzennährstoffe Stickstoff und Schwefel gehen für den Wirtschaftskreislauf grundsätzlich verloren und führen gleichzeitig zu vermeidbaren Emissionen von Klimaschadstoffen. Die anfallenden kalium- und phosphorhaltigen Kesselaschen werden nur vereinzelt als nährstoffhaltige Düngemittel eingesetzt. Alternativ zur energetischen Verwertung mittels Verbrennungsprozessen steht nach dem Stand der Technik für die Reststoffe EFB und MF überwiegend nur die ungeordnete Kompostierung mit den daraus resultierenden Folgen für die Klimabelastung durch emittierende Schadgase, wie Methan, Ammoniak und Lachgas, und durch die unvermeidlichen Nährstoffverluste zur Verfügung. Dagegen gibt es für die zumindest teilweise stoffliche und energetische Verwertung der Reststoffe POME und DS bereits realisierte Beispiele im Zusammenhang mit der Anwendung biotechnologischer aerober und anaerober Verfahren. Eine Vielzahl von Weiterentwicklungen dient bisher in erster Linie der energetischen Verwertung bei gleichzeitiger Verminderungen der Klimaschädigung.
So wird mit der WO 00/41976 (1999) vorgeschlagen, die in POME enthaltenen Inhaltsstoffe zunächst in belüfteten Lagunen zur Biomasseproduktion als Futtermittel für die Fischzucht zu behandeln und anschließend in so genannten Schönungsteichen zu vorflutfähigem Abwasser aufzubereiten. Die Nutzung des im POME enthaltenen energetischen Potentials ist darüber hinaus nicht Gegenstand dieses Vorschlages.
Die US 2010/0197780 A1 (2008) beschreibt eine technische Lösung, mit deren Hilfe dem POME Inhaltsstoffe entzogen werden, die beispielsweise in der Krebstherapie angewendet werden könnten. Hinweise zur Erschließung der im POME enthaltenen Pflanzennährstoffe und zur Nutzung des enthaltenen energetischen Potentials sind der Beschreibung dagegen nicht zu entnehmen.
Die WO 2009/131265 A1 (2008) beschreibt einen Verfahrensvorschlag, der das Mischen von EFB, KS, MF, DS und POME und das anschließende Behandeln mit einer so genannten funktionellen Mikrobengemeinschaft (FMC) vorsieht, um einen Biodünger mit das Pflanzenwachstum fördernder Aktivität oder mit fungizider Wirkung zu erhalten. Während das dafür erforderliche Zerkleinern der EFB bekanntermaßen ein verschleiß- und energieintensiver Prozess ist, bleibt die Nutzung des energetischen Potentials dieser Reststoffe bei diesem Vorschlag unbeachtet.
Mit der WO 2010/138254 A1 (2009) wird ein technischer Lösungsvorschlag bekannt gemacht, der eine Ultraschallbehandlung insbesondere des POME vorsieht, um damit eine erhöhte Ölausbeute und zugleich eine einen geringeren chemischen Sauerstoffbedarf (CSB) des abgereicherten POME für die traditionelle Nachbehandlung in Teichanlagen zu erreichen. Dieser Vorschlag ermöglicht mit einiger Wahrscheinlichkeit eine Verringerung der Flächeninanspruchnahme für die erforderlichen Teichanlagen, gibt jedoch keine Hinweise zur Nutzung des Nährstoff- und Energiepotentials der verfügbaren POME-Mengen.
Die WO 2011/087202 A1 (2010) offenbart einen Vorschlag für die Behandlung des POME, um durch Anwendung von aufeinanderfolgender Phasentrennung, durch aerobe und anaerobe mikrobielle Behandlung, durch Filtration und mittels Umkehrosmosetechnik einen nutzbaren Ölschlamm und wiederverwendbares Prozesswasser zu erhalten. Ohne eine bewertbare Kennzeichnung der technischen Mittel für die Verwertung des bezeichneten Ölschlamms, der möglicherweise das überwiegende Nährstoff- und Energiepotential der eingesetzten POME-Mengen enthält, kann der Fachmann dieser Quelle keine nacharbeitbaren Schritte für die stoffliche und energetische Verwertung des POME entnehmen.
Mit der US 2012/0040442 A1 (2010) wird ein Verfahren zur Behandlung von POME offenbart, das zunächst die Zugabe von Butyrat und die anschließende anaerobe Fermentation, vorzugsweise im mesophilen Milieu, vorsieht. Als bevorzugte Apparatetechnik für die Fermentation wird dabei die UASB-Fermentertechnik vorgesehen. Wenngleich unverzichtbare Schritte für die energetische Verwertung des POME mittels UASB-Fermentationstechnik unerwähnt bleiben, ist die Nutzung des Nährstoffpotentials kein Gegenstand des vorgeschlagenen Verfahrens.
Die DE 10 210 034 135 A1 (2010) beschreibt ein Verfahren zur Aufarbeitung von festen und flüssigen Abfällen aus der Pflanzenölproduktion, das sich der bekannten hydrothermalen Carbonisierung, vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 170°C und 320°C, bei Drücken zwischen 5 und 15 bar, bei pH-Werten zwischen 3,0 und 6,9 und bei Behandlungszeiten zwischen 0,5 und 16 Stunden, bedient. Damit sollen auch aus den eingesetzten flüssigen und festen Produktionsresten der Palmölgewinnung eine kohlenstoffreiche Feststofffraktion und eine Abwasserfraktion gewinnbar sein.
Ob und in welchem Umfang das Abwasser aus dem Carbonisierungsprozess zu mehr oder weniger großen Anforderungen an die Abwasserbehandlung zur Vermeidung von Umweltschäden führt, ist nicht beschrieben. Ebenso wenig werden Hinweise zur Nutzung des Potentials an Pflanzennährstoffen gegeben.
In der WO 2012/117537 A1 (2011) wird ein Verfahren zur biologischen Abwasserbehandlung aus der Palmölgewinnung mittels Methanfermentation beschrieben, bei dem durch gezielte Zugabe von Spurenelemente enthaltender Asche aus der Verbrennung ausgewählter fester Reststoffe, wie EFB, MF oder KS der Prozess der POME-Fermentation verbessert werden soll. Bekanntermaßen wird die Zugabe von Spurenelementen in erster Linie in anaerob betriebenen Rührbehältern benötigt, die im Durchflussverfahren betrieben werden. In diesen nicht ausspülsicheren Apparaten kann sich eine adaptierte Methanbakterienmischkultur nur bedingt ausbilden. Unabhängig davon entspricht die Methanfermentation mittels gerührter und im Durchfluss betriebener Apparate nicht dem entwickelten Stand der Technik und kann deshalb die Anforderungen an eine energetische Nutzung des POME kaum erfüllen. Hinweise für die stoffliche Verwertung fehlen gänzlich.
Die EP 2 546 352 A1 (2011) enthält die Beschreibung einer technischen Lösung, die zur Verminderung der Methanemission bei der aeroben Behandlung von POME in Palmölmühlen geeignet sein soll. Dazu sollen in mehreren Behandlungsschritten unter aeroben Kultivierungsbedingungen aus ausgewählten Reststoffen der Palmölproduktion als Kohlenstoff- und Nährstoffquelle heterotrophe und/oder mixotrophe Mikroorganismen gewonnen werden, mit deren Hilfe bei der kombinierten anaeroben und aeroben Behandlung der BSB-Gehalt des POME deutlich verringert werden kann. Bei der beschriebenen technischen Lösung geht es offensichtlich in erster Linie um das Vermindern der Emission von Luftschadstoffen und weniger um das stoffliche und energetische Verwerten von Reststoffen der Palmölgewinnung.
Ein anderer Vorschlag zur verfahrenstechnischen Behandlung von POME aus Palmölmühlen wird in der WO 2013/062117 A1 (2011) beschrieben. Dabei geht es in erster Linie um das zuverlässige und kostengünstige Abscheiden einer ölhaltigen Fraktion aus dem anfallenden POME, indem durch Temperaturerhöhung das Aufschwimmen der ölreichen Phase bewirkt wird.
Damit soll der entstehende Schwimmschlamm von einem dazu geeigneten Absorptionsmittel aufnehmbar sein und durch eine einfache Fest-Flüssig-Trennprozedur ein Abwasser mit geringeren BSB-Gehalten gewonnen werden können. Zweifellos ist das separate Nutzen des gewonnenen Ölschlammes eine Grundlage für die energetische Verwertung des POME. Die stoffliche Verwertung bleibt dagegen von diesem Vorschlag unberührt.
Die WO 2013/169091 A1 (2012) offenbart einen Vorschlag zur POME-Verwertung aus Palmölmühlen, der zunächst nach einer Vorbehandlung in Form einer Ölabscheidung und die anschließende Methanfermentation der von einer ölhaltigen Phase abgereicherten POME-Fraktion vorsieht. Neben dem Biogas sollen sich nach diesem Vorschlag die Fermentationsreste in eine düngetechnisch nutzbare Fraktion und in eine der membrantechnischen Behandlung zugänglichen Abwasserfraktion trennen lassen, um beispielsweise das gewinnbare Filtrat auch zu Kesselspeisewasser aufbereiten zu können. Zur Vermeidung von Biofouling müssen mit keimhaltigen biogenen Substraten belastete membrantechnische Systeme regelmäßig mit wirksamen chemischen Mitteln behandelt werden, was sowohl der düngetechnischen Nutzung der nährstoffhaltigen Schlämme als auch der Verwertung der Reinwasserfraktion zu Kesselspeisewasser entgegensteht.
Mit der WO 2014/112703 A1 (2013) wird eine technische Lösung für die Behandlung sowohl der flüssigen als auch der festen Reststoffe aus der Palmölproduktion offenbart. Die nahezu komplette stoffliche Verwertung der Reststoffe wird vorschlagsgemäß dadurch erreicht, dass in einer ersten Verwertungslinie POME gekühlt, neutralisiert und hinsichtlich des physikalischen Verhaltens konfektioniert wird, um danach mit Hilfe von Fraktionierungs-, Dekantier- und Flotationsschritten einen Decanterkuchen und einen Flüssigdünger zu gewinnen. In einer zweiten Verwertungslinie wird außerdem unter Einsatz des in der ersten Linie aus dem POME gewonnenen Decanterkuchens und der Zugabe von MF, zerkleinerten KS, zerkleinerten EFB und KC ein Mischprodukt hergestellt, das mit Hilfe von Heißluft getrocknet und in staubförmiger oder pelletierter Form als festes Düngemittel genutzt werden soll. Abgesehen von der wirtschaftlichen und energetischen Fragwürdigkeit dieses Vorschlages wird auf die energetische Verwertung des Hauptteils der in den Reststoffen enthaltenen organischen Trockensubstanz verzichtet.
Damit bleiben sowohl die wirtschaftlichen Möglichkeiten wegen der unzureichenden Erschließung des verfügbaren energetischen Potentials und damit auch die Reserven für die Vermeidung der Emissionen von CO₂ eq aus der Kompensation des Einsatzes von fossilen Energieträgern ungenutzt.
Die WO 2015/156386 A1 (2015) beschreibt ein Verfahren zur Trennung einer Öl-/Wasser-Emulsion mit Hilfe der Mikroblasentechnologie, mit dem auch POME von öligen Inhaltsstoffen entfrachtet werden kann. Angaben zur Verwertung des gewinnbaren Ölschlammes und der wässrigen Fraktion fehlen jedoch.
Neben den in Schutzschriften bezeichneten technischen Lösungen lassen sich Vorschläge zur Lösung des Problems der stofflichen und energetischen Verwertung von Reststoffen aus der Palmölproduktion auch aus verschiedenen Firmenofferten und Fachveröffentlichungen entnehmen.
Im Jena Economics Research Papers 2011-037 findet sich eine Betrachtung der Emissionsminderungspotentiale in der Palmölwirtschaft unter besonderer Betrachtung der Erschließung der in den Palmölmühlen anfallenden biogenen Reststoffen enthaltenen Nährstoffpotentiale. Diese Betrachtung weist aus, dass bei einer gesamten Berücksichtigung des Energieaufwandes für den Betrieb der Plantagen, der Palmölmühlen, des Refinerings und des Transportes (des Palmöls) nach Europa für unterschiedliche konventionelle Scenarien durch Emissionen an CO₂-eq je MJ mit fossiler Energie produzierten Palmöls zwischen 40,0 und 45,1 g CO₂ eq/MJ gekennzeichnet ist. Dagegen reduziert sich dieser Wert bei einem energieautarken Betrieb der Palmölmühle im Idealfall auf einen Wert von 13,4 g CO₂ eq/MJ. Allerdings ist dieser Schrift nicht zu entnehmen, mit welchen technischen Mitteln der berechnete Idealfall realisiert werden kann.
Dagegen informiert (2012) die Camco International (http://wastemanagement-world.com) über die Entwicklung einer energetischen POME-Verwertung mittels Methangärung. Im Rahmen eines über eine Laufzeit von 13 Jahren konzipierten Projektes soll nachgewiesen werden, dass für die Betreiber von malaysischen Palmölmühlen das Einspeisen des aus der energetischen POME-Verwertung gewinnbaren Stromes in das Versorgungsnetz und das Vermarkten der daraus ableitbaren Emissionszertifikate eine Option für die verbesserte Wirtschaftlichkeit ist.
Hinweise zur Erschließung des im POME enthaltenen Nährstoffpotentials sind dieser Information nicht zu entnehmen.
Durch die VEOLIA Water (www.biothane.com) (2012) wird unter der Marke POMETHANE^® eine technische Lösung für die energetische Verwertung von Reststoffen der Palmölproduktion publiziert. Dabei handelt es sich um ein anaerobes biotechnologisches Verfahren im thermophilen Milieu, das bislang bekannten Methanfermentationsverfahren für POME im mesophilen Milieu überlegen sein soll. Die Vorteile würden sich daraus ergeben,

– dass auf die POME-Kühlung verzichtet werden kann,
– dass ein maximaler Biogasertrag zu erzielen ist,
– dass kürzere Behandlungszeiten erforderlich sind,
– dass kompaktere Anlagendimensionen erreicht werden und
– dass die Umweltbelastungen minimiert werden können.

³

Im Journal of Cleaner Production 44 (2013) (www.eisevier.com/locate/jclepro) wird über ein aktuelles Verfahren des Thünen Institutes für Agrartechnologie zur Verwertung von POME und anderen Reststoffen der Palmölproduktion-Verwertung informiert. Es sieht vor, das anfallende POME in einem Zwischenspeicher abzukühlen und anschließend einer Methanfermentation im anaeroben Behältersystem, vorzugsweise in Festbettfermentern, zuzuführen. Der dort anfallende Grundschlamm soll eingedickt und gemeinsam mit zerkleinerten EFB kompostiert werden.
Der übrige Fermentationsrückstand soll zur Nachbehandlung in bisher üblicher Weise in ein offenes Teichsystem eigeleitet werden. Es wird vorausgesetzt, dass die mechanisch schwierig zu realisierende Aufgabe der EFB-Zerfaserung gelöst ist und dass eine kostenintensive emissionsarme geschlossene Kompostierungstechnik verfügbar ist.
Im European International Journal of Science and Technology, Vol. 2, 2013 (www.cekinfo.org.uk) wird ein verbessertes Verfahren zur POME-Verwertung zur Biogasgewinnung beschrieben. Danach sollen die bisher genutzten unabgedeckten Teichanlagen nachgerüstet werden durch den Einsatz einer dreistufigen Behälteranlage, in der

– die erste Stufe in erster Linie der Zwischenlagerung, Abkühlung und Verteilung der POME-Mengen aus dem Mühlenprozess dient,
– die zweite Stufe der primären Fermentation und
– die dritte Stufe der sekundären Fermentation

In der Asian Journal of Microbiology & Environmental Sciences Paper, Vol. 16, 2014 (www.envirobiotechjournals.com) wird auf die POME-Verwertung mittels anaerober Vergärung eingegangen. Bei der stufenweisen Methanfermentation im mesophilen Milieu in hintereinander geschalteten Bereichen wurde danach die aktivste mikrobielle Population im Zulaufbereich mit abnehmender Aktivität in den nachfolgenden Bereichen beobachtet. Diese Erkenntnis sollte für zukünftige technische Entwicklungen nutzbar sein. Die Beschreibung technischer Lösungsschritte sind in dieser Veröffentlichung dagegen nicht enthalten.
Durch den CDM-Executive Board der UNFCCC/CCNUCC wurde der Ergebnisbericht Nr.13.1 vom 01.04.2014 zur Bewertung des Kumbamgo POME methane capture project der New Britain Palm Oil Limited in Papua New Guinea veröffentlicht.
Mit Hilfe der weiterentwickelten Technik für die Verwertung von täglich etwa 1.100 m³ POME soll eine jährliche Emissionsminderung in Höhe von etwa 63.000 t CO₂eq erreicht werden können. Die Grundlage hierfür bildet vorschlagsgemäß die anaerobe Behandlung der gesamten bei der Palmölgewinnung anfallen den POME-Menge, der die Dünnphase aus der Phasentrennung der dem Fermentationsprozess entnommenen Sedimente zugesetzt werden. Während die Dickphase aus dieser Phasentrennung für die Nutzung als Düngemittel vorgesehen ist, soll der flüssige Ablauf aus der anaeroben Behandlung weiterhin in offenen Teichen bis zur Vorflutqualität nachbehandelt werden. Es darf bezweifelt werden, dass mit diesen einfachen Maßnahmen ein Emissionsminderungseffekt in der prognostizierten Größenordnung erzielbar ist.
Die E.Quadrat GmbH (www.equadrat-gmbh.eu) informiert 2014 in auf einer Informationsveranstaltung der GIZ über ein Biogasprojekt in Belitung, Indonesien. Konzeptionsgemäß werden danach aus täglich 495 m³ POME 13.851 m³ Biogas mit einem Methangehalt von etwa 52 Vol.-% gewonnen. Die angewendete technische Lösung besteht bei diesem Projekt insbesondere in der Abdeckung der einzelnen Becken einer üblichen Teichanlage für die anfallenden POME-Mengen durch an sich bekannte Doppelmembranen, im Einsatz von Einrichtungen zur Umwälzung des POME in den Teichen, in der Nutzung des verfügbaren Gasspeichervolumens von maximal etwa 15.000 m³ und damit zur stabilen energetischen Gasverwertung mittels Gasmotoren-Blockheizkraftwerkstechnik. Die mit dieser technischen Lösung realisierte elektrische Leistung in Höhe von 1,2 MW entspricht lediglich einer Rate von max. 35% des mit bereits bekannten biotechnologischen Mitteln erschließbaren energetischen Potentials in Höhe von wenigstens 3,2 MW_el..
Die BioEnergy Consult (www.bioenergyconsult.com) erläutert (2015) Verwertungsverfahren für POME mittels anaerober Vergärung in volldurchmischten Durchfluss-Fermentern. Im Vergleich zwischen der üblichen POME-Behandlung in Teichsystemen soll die Behandlung in anaerob betriebenen Fermentern durch folgende Effekte gekennzeichnet sein, wenn sich bei BSB-Gehalten zwischen 25 und 66 g/l der CSB-Gehalt des POME zwischen 44 und 103 g/l bewegt:

– CSB-Minderung = 97%
– Behandlungszeit im anaeroben System = 10 Tage
– Methanausbeute je kg CSB = 0,2 kg
– Methangehalt des Biogases = 55 Vol.-%
– Feststoffaustrag im Gärrest = 8 g/l

In http://biomassresearch.eu (2015) findet sich die Information über die Biogasgewinnung aus POME. Danach könnten 80% der Treibhausgasemissionen einer traditionell arbeitenden Palmölmühle vermieden werden, wenn die POME-Verwertung klimaneutral in geschlossenen Fermentersystemen erfolgen würde. Während die gewinnbaren Biogasmengen für die Prozessenergieversorgung der Palmölmühlen nutzbar sind, sollten die anfallenden Gärreste als Düngemittel zum Einsatz kommen. Auf die Möglichkeit der Erschließung von Effizienzreserven durch Beeinflussung des Gehaltes an Trockensubstanz, des pH-Wertes und durch Einsatz spezieller Mikroorganismen wird hingewiesen. Allerdings finden sich in der Information keine Hinweise dazu, mit welchen technischen Mitteln die energetische und die stoffliche Verwertung des POME tatsächlich erfolgen sollen.
Mit dem Monitoring Report des Government of the Principality of Liechtenstein (2015) zum Projekt Univanich Lamthap POME Biogas Project (www.de.myclimate.org) werden die Wirkungen des Einsatzes von Umwälztechnik in POME-Lagunen und deren gasdichte Abdeckungen dokumentiert. Danach gelangen die anfallenden POME-Mengen durch eine Kühleinrichtung zu einem Misch- und Ausgleichsbehälter, dem auch DS aus der Rohölreinigung zugeführt wird. Der Ablauf der gasdicht abgedeckten Lagune gelangt in einen kleiner dimensionierten Absetzteich, dessen Sedimente in den Biogasprozess zurückgeführt werden. Danach werden die Gärreste in üblicher Weise in Teichanlagen bis zur Vorflutqualität behandelt. Hinweise zu den erreichbaren Wirkungen aus der Nutzung der energetischen und stofflichen Potentiale, zur Verringerung des Flächenverbrauchs für verkleinerte Teichanlagen und zur erzielbaren Emissionsminderung sind aus dem Report nicht ableitbar.
Die Hindawi Publishing Corporation (www.hindawi.com) informiert im Journal of Combustion (Vol. 2015) über die Biogasgewinnung aus POME und die Auswirkungen der Beeinflussung der Biogasqualität. Ohne auf Verfahrensschritte zur Biogasgewinnung aus POME besonders einzugehen, wird solchem Biogas ein CH₄-Gehalt von 60% und eine problematische Entzündungsfähigkeit und Flammenausbildung attestiert. Deshalb soll technisch erzeugter Wasserstoff zur Kompensation dieser erklärten Mängel dem Biogas zugemischt werden.
Den bekannten technischen Lösungen zur POME-Verwertung haftet der gemeinsame Mangel an, dass neben dem Aufzeigen der nutzbaren Ressourcen aus einer wirksamen Verwertung des POME und anderer biogener Reststoffe der Palmölgewinnung für den Klimaschutz, für die Gewinnung von Energie aus regenerativen Quellen und für Wertstoffgewinnung eine wirtschaftlich umsetzbare technische Lösung für die stoffliche und energetische Verwertung des POME nicht angegeben werden kann.
Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb im Entwickeln einer technischen Lösung, mit deren Hilfe die Mangel des bekannten Standes der Technik überwunden werden können. Dabei geht es gleichzeitig um die Erfüllung von wenigstens vier Zielstellungen:
Erstens soll die zu entwickelnde technische Lösung die rationelle Erschließung und das Nutzbarmachen des in den verfügbaren Reststoffen enthaltenen energetischen Potentials für die energieautarke Palmölgewinnung und für Dritte ermöglichen.
Zweitens soll das in den Reststoffen enthaltene Nährstoffpotential überwiegend in leicht zu handhabende organische Mehrkomponenten-Düngemittel mit vergleichsweise hohen Konzentrationen der Hauptnährstoff Stickstoff, Phosphor, Kali und Schwefel konzentriert und in den Wirtschaftskreislauf zurückgeführt werden können.
Drittens sollen die großflächigen Teichanlagen zur Behandlung der anfallenden flüssigen Reststoffe wenigstens teilweise eingespart werden können.
Viertens sollen mittels erzielbarer Verminderungen von Schadstoffemissionen aus der Vermeidung des Einsatzes fossiler Energieträger, aus der Reduzierung von mobilen Transporterfordernissen, aus der Reduzierung des Einsatzes von chemischen und/oder mineralischen Düngemitteln und aus dem geringeren Flächenverbrauch für die b benötigten Teichsysteme unübersehbare Beitrage zur Emissionsminderung von Klimaschadstoffen und für die erhöhte Anforderungen an die Nachhaltigkeit erzielbar sein.
Beschreibung der Erfindung:
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach dem Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Danach erfolgt die stoffliche und energetische Verwertung von flüssigen und feinteiligen Reststoffen der Palmölgewinnung durch das Behandeln dieser Reststoffe unter Sauerstoffausschluss und durch das Gewinnen von methanhaltigem Biogas für die energetische Verwertung in Gasmotoren oder Kesselanlagen. Hierbei werden die flüssigen Reststoffe wenigstens einer Vorbehandlung mit physikalischen Mitteln zugeführt. Das ist die Voraussetzung dafür, dass die nach der Vorbehandlung besonders schwebstoffarme und zumindest teilweise abgekühlte wässrige Flüssigfraktion mit Hilfe der an sich bekannten UASB-Fermentationstechnik anaerob behandelt werden kann. Die bei der Vorbehandlung von der wässrigen Flüssigfraktion abgeschiedenen öl- und schwebstoffreichen Anteile der flüssigen Reststoffe werden dagegen einer an sich bekannten konventionellen Methanfermentation unterworfen. Die faserhaltigen Gärreste aus der konventionellen Methanfermentation werden einer der Gewinnung einer feststoffreichen Düngerfraktion dienenden Phasentrennung zugeführt. Die bei der Phasentrennung anfallenden Biofiltrate werden gemeinsam mit den Gärresten aus der UASB-Fermentationstechnik einer Hemmstoffentfrachtungsstation zugeführt. Diese Prozedur dient einerseits der Vermeidung einer für den Fermentationsprozess toxisch wirkenden erhöhten Hemmstoffkonzentration, wenn bei der Suspendierung der Einsatzstoffe für die konventionelle Methanfermentation ein zusätzliches Suspendierungsmittel in Form von verfügbaren hemmstoffreichen Recyclaten benötigt wird. Immer dient diese Prozedur jedoch der Gewinnung eines flüssigen Düngerkonzentrates in Form einer wässrigen Ammoniumsulfatlösung und damit zugleich der Minderung der CSB-Belastung der in üblichen Pond-Systemen nachzubehandelnden Abwässer. Die in der UASB-Fermentation und in der konventionellen Methanfermentation anfallenden Biogase enthalten als so genanntes Rohbiogas neben Methan und Kohlenstoffdioxid auch Schwefelwasserstoff. Das anfallende Rohbiogas wird in einer räumlich von der Fermentationstechnik getrennten biologischen Gasentschwefelungsstation bei gleichzeitiger Gewinnung einer schwefelsauren Prozessflüssigkeit behandelt.
Dies dient nicht nur der Vermeidung von klimaschädlichen Emissionen von Schwefeloxiden bei der energetischen Gasverwertung, sondern auch der Rückführung des Schwefelpotentials als Düngemittel in den Wirtschaftskreislauf. Unter Einsatz der bei der Gasentschwefelung gewonnenen schwefelsauren Prozessflüssigkeit in der Hemmstoffentfrachtungsstation wird eine wässrige Ammoniumsulfatlösung als flüssiges Düngemittel mit vergleichsweise hohen Gehalten an den pflanzenverfügbaren Nährstoffen Stickstoff und Schwefel erhalten. In der Suspendierstation werden als flüssiges Suspendierungsmittel in erster Linie die insbesondere von Ammonium weitgehend befreiten Biofiltrate und flüssigen Gärreste der UASB-Fermentation aus der Hemmstoffentfrachtungsstation eingesetzt. Mit Hilfe dieser technischen Lösung werden gemäß der Erfindungsaufgabenstellung auf besonders wirtschaftliche Weise die bezeichneten vier Wirkungen erzielt: Der überwiegende Teil des biotechnologisch erschließbaren Energiepotentials wird in Form eines weitgehend entschwefelten Biogases für die unmittelbare energetische Verwertung in Blockheizkraftwerken, in Gas- und Dampfturbinen-Kombinationen und/oder in Dampfkesselanlagen genutzt. Das in den eingesetzten Reststoffen enthaltene anorganische Nährstoffpotential wird in Form der festen Phase aus der Phasentrennung der Gärreste der konventionellen Methanfermentation, die den überwiegenden Teil der Pflanzennährstoffe Phosphor, Kalium, Calcium und Magnesium und einen Anteil des Stickstoffs und Schwefels enthalten, genutzt. Die im Rohbiogas enthaltenen Schwefelmengen sowie der in den Gärresten der UASB-Fermentation und in den Biofiltraten der Phasentrennstation enthaltene Ammoniumstickstoff werden als wässrige Ammoniumsulfatlösung in der Hemmstoffentfrachtungsstation für die Pflanzendüngung erhalten. Das den eingesetzten Reststoffen entzogene Biogas sowie die erhaltenen Düngerkomponenten mindern einerseits die BSB- und CSB-Belastung der konventionell nachzubehandelnden Biofiltrate aus der Phasentrennung und der von Hemmstoffen entfrachteten Gärreste aus der UASB-Fermentation und andererseits die bisher in Kauf genommene Klimaschädigung durch die adäquate Nutzung fossiler Energiequellen und chemischer oder mineralischer Düngemittel sowie durch die Emission von Klimaschadstoffen bei der konventionellen Reststoffbehandlung.
Proportional zum Entzug von organischen und mineralischen Anteilen aus den der vorschlagsgemäßen Behandlung unterworfenen Reststoffen sinken auch die Anforderungen an den Flächenbedarf für die Nachbehandlung der flüssigen Fermentationsrückstände in Pond-Systemen, sofern diese zum Erreichen der geforderten Vorflutqualität weiterhin genutzt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante wird die Vorbehandlung der flüssigen Reststoffe mittels Flotationstechnik und Ölabscheidetechnik, vorzugsweise unter Einsatz einer Druckentspannungsflotation und/oder einer kombinierten Öl- und Schwebstoffabscheidung mittels Plattenseparatoren, durchgeführt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante wird die UASB-Fermentation der vorbehandelten flüssigen Reststoffe im thermophilen oder mesophilen Milieu durchgeführt. Wegen der erfahrungsgemäß nur geringen Schwankungen der POME-Qualität ist die Wahl eines thermophilen Milieus zumindest bei der UASB-Fermentation möglich, ohne die vergleichsweise empfindlichen thermophilen Kulturen zu überfordern. Gleichzeitig können damit die technischen und energetischen Anforderungen für das Abkühlen der oft mit Temperaturen von mehr als 80°C anfallenden POME-Mengen reduziert werden.
Es ist weiterhin möglich, die Gärreste aus der UASB-Fermentation bevorzugt mittels nachgeschalteter DENI-Technik zu nutzbarem Prozesswasser aufzubereiten oder in an sich bekannten Pond-Systemen bis zur geforderten Vorflutqualität nachzubehandeln.
In einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, die in den Prozessstufen

– Ölabscheidung des POME,
– Schwebstoffabscheidung des POME,
– mechanische Rohölreinigung mittels Decanter-Technik,
– Trennen der autoklavisierten FFB in Palmkerne und EFB,
– Trennen des Palmfrucht-Mahlgutes in Rohöl, Palmkerne und MF oder
– Trennen des Palmkern-Mahlgutes in Palmkernöl, KC und KS

Dabei kann die mehrstufige anaerobe Behandlung unter Anwendung zumindest einer Hydrolysestufe, einer Hauptfermentationsstufe, einer Nachfermentationsstufe und/oder einer Gärrest-Lagerung durchgeführt werden. Bevorzugt erfolgt wenigstens eine der anaeroben Behandlungsstufen im thermophilen Milieu.
Im Interesse eines weitgehenderen Abbaus der organischen Inhaltsstoffe der verfügbaren Reststoffe mit gegenüber POME größeren Gehalten an wasserfreier Substanz ist es möglich, wenigstens eine der anaeroben Behandlungsstufen batchweise durchzuführen. Mit dieser Maßnahme können in erster Linie größere Mindestbehandlungszeiten im Fermentationsprozess garantiert werden. Darüber hinaus wird mit einer solchen Maßnahme ein wesentlicher Beitrag zur Entwicklung und zum Erhalt selektierter und adaptierter Keime in der jeweils batchweise betriebenen Fermentationsstufe erhalten, auch wenn dazu die überwiegend im Einsatz befindlichen volldurchmischten Behältersysteme genutzt werden.
In einer anderen Ausführungsvariante ist es möglich, die wässrige Ammoniumsulfatlösung aus der Hemmstoffentfrachtungsstation mit dem überwiegenden Potential des in den eingesetzten Reststoffen enthaltenen pflanzenverfügbaren Stickstoffs und Schwefels direkt zur Pflanzendüngung einzusetzen. Alternativ dazu kann jedoch die wässrige Ammoniumsulfatlösung aus der Hemmstoffentfrachtungsstation mit dem Presskuchen aus der Phasentrennstation zusammengeführt und als organischer Stickstoff-Kalium-Phosphor-Schwefel-Dünger für die Pflanzenproduktion, vorzugsweise in den Ölpalmplantagen, eingesetzt werden.
In einer energetisch besonders vorteilhaften Variante ist es auch möglich, zur Abkühlung des POME aus der laufenden Palmölproduktion auf die gewählte Behandlungstemperatur in der UASB-Fermenterstation und parallel zur Aufheizung des Gärrestes aus der UASB-Fermenterstation und/oder des Biofiltrates aus der Phasentrennstation auf die Temperatur des Ammoniumaustreibers der Hemmstoffentfrachtungsstation von etwa 60°C einen Wärmetausch durchzuführen. Dies führt sowohl zu technischen und energetischen Einsparungen bei den erforderlichen Abkühlprozessen als auch zur Minderung der energetischen Aufwendungen bei Betrieb des Austreibers in der Hemmstoffentfrachtungsstation.
Ausführungsbeispiel
Zeichnungen
sDie Erfindung soll nachstehend mit mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigen
1: das vereinfachte Blockschaltbild einer erfindungsgemäß gestalteten Biogasanlage für den Einsatz von POME und Decanter-Sludge;
2: das vereinfachte Blockschaltbild einer erfindungsgemäß gestalteten Biogasanlage für den Einsatz von POME und Decanter-Sludge, bei der die Fermentationsstufe für die suspendierten Reststoffe mit einer vorgeschalteten Hydrolysestufe ergänzt ist;
3: das vereinfachte Blockschaltbild einer erfindungsgemäß gestalteten Biogasanlage für den Einsatz von POME und Decanter-Sludge, die mit einer Aufbereitungslinie zum Gewinnen von feinteiligen EFB, MF und/oder KC als zusätzliche Einsatzstoffe ergänzt ist.
Beispiel 1:
Gemäß der 1 sollen in einer Palmölmühle zur Verarbeitung von jährlich 300.000 t FFB 23 flüssige Reststoffe der Palmölgewinnung 1 in Form von POME 22 und feinteilige Reststoffe in Form von DS 29 stofflich und energetisch verwertet werden. Verfügbar sind 150.000 t/a POME 22 mit im Mittel 6,7% Trockensubstanzgehalt und 12.500 t/a DS 29 mit im Mittel 28% Trockensubstanzgehalt. Die flüssigen Reststoffe der Palmölgewinnung 1, 22 werden einer Vorbehandlung mit physikalischen Mitteln 2 in Form einer Druckentspannungsflotation 19 zugeführt. Dabei wird eine Flüssigfraktion nach der Vorbehandlung der flüssigen Reststoffe aus der Palmölproduktion 3 in Form eines schwebstoffarmen Flotats 3 aus der Flotationsstation 19 gewonnen. Dieses Flotat 3 wird mittels einer UASB-Fermenterstation 4 mit einem Nutzvolumen von maximal 2.000 m³ bei mittleren Behandlungszeiten von etwa 5 Tagen und wenigstens zweitägiger Aufenthaltszeit in einer UASB-Fermenterstation 4 anaerob behandelt.
Die in der Flotationsstation 19 vom POME 22 abgeschiedenen Anteile 5 in Form des anfallenden schwebstoffreichen Flotatschlammes werden gemeinsam mit dem verfügbaren feinteiligen DS 29 in einer Suspendierstation 16 zu einer faserhaltigen Biosuspension aufbereitet. Zur Einstellung eines optimalen Trockensubstanzgehaltes zwischen 12 und 15% in der Biosuspension wird im erforderlichen Umfang flüssiges Suspendierungsmittel 17 in Form von Biofiltrat 18 und der Flüssigfraktion 3 aus der Flotationsstation 19 hinzugefügt, dem zuvor in der Hemmstoffentfrachtungsstation 12 der überwiegende Anteil des enthaltenen Ammoniums in Form einer wässrigen Ammoniumsulfatlösung 15 entzogen wurde. Die derart gewonnene Biosuspension wird nun einer konventionellen Methanfermenterstation 6 zugeführt. Die konventionelle Methanfermentation 6 ist dabei durch den Einsatz von anaerob betriebenen Fermentationsbehältern mit einem Nutzvolumen von wenigstens 3.000 m³ gekennzeichnet, in denen das Gärsubstrat durch Mechanismen, durch Gaseinpressung und/oder hydraulisch umgewälzt wird. Das in der UASB-Fermenterstation 4 und bei der konventionellen Methanfermentation 6 anfallende Roh-Biogas mit Gehalten an Schwefelwasserstoff von mehr als 3.000 ppm wird in einer biologischen Gasentschwefelungsstation 13 soweit entschwefelt, dass das die Gasentschwefelungsstation 13 verlassende Biogas nur noch Schwefelwasserstoffgehalte von maximal 10 ppm enthält. Gleichzeitig wird bei der Gasentschwefelung eine schwefelsaure Prozessflüssigkeit mit einem pH-Wert zwischen 1,4 und 1,7 gewonnen, mit dessen Hilfe die im Austreiber der Hemmstoffentfrachtungsstation 12 bei mehr als 50°C erzeugten ammoniakhaltigen Wrasen in einer nachgeschalteten Waschkolonne in Form eines Rieselkörperapparates bei Temperaturen von weniger als 25°C gewaschen werden. Die dabei entstehende wässrige Ammoniumsulfatlösung 15 mit einem pH-Wert zwischen 3,5 und 4,5 ist unmittelbar als flüssiges Stickstoff-Schwefel-Düngemittel nutzbar. Im Beispiel wird dieses Düngemittel jedoch der in der Phasentrennstation 9 gewonnenen feststoffreichen Düngerfraktion 8 aufgesprüht, so dass nun ein nährstoffreiches Mehrkomponenten-Düngemittel mit hohen Konzentrationen an Stickstoff-, Phosphor-, Kalium- und Schwefelverbindungen verfügbar ist. Aus den jährlich eingesetzten 150.000 t POME werden in der Flotationsstation 19 7.000 t/a Flotatschlamm 5 und 143.000 t/a Flotat 3 gewonnen.
Aus dem Flotat 3 werden in der UASB-Fermenterstation 4 bei einer mittleren Aufenthaltszeit von 5 Tagen jährlich etwa 11.500 t Rohbiogas mit einem Energiegehalt von etwa 61 GWh sowie etwa 131.500 t flüssige Gärreste 11 erzeugt. Die jährlich 12.500 t DS 29 werden mit den 7.000 t Flotatschlamm 5 aus der Flotationsstation 19 und etwa 11.000 t Biofiltrat 18 mit abgesenkten Ammoniumgehaltenaus der Hemmstoffentfrachtungsstation 12 suspendiert und einer konventionellen Methanfermenterstation 6 zugeführt. Dort wird dem Gärsubstrat bei einer mittleren Aufenthaltszeit von etwa 48 Tagen eine Menge an Rohbiogas von etwa 4.200 t/a mit einem Energiegehalt von etwa 22 GWh/a entzogen. Die verbleibenden Gärreste 7 im Umfang von 26.300 t/a werden in der nachgeschalteten Phasentrennstation 9 zu etwa 7.500 t Presskuchen 8 mit etwa 30% Trockensubstanzgehalt und 18.800 t/a Biofiltrat 10 getrennt. Dem in der Phasentrennstation 9 anfallenden 18.800 t/a Biofiltrat 10 und den 131.500 t/a Gärresten 11 aus der UASB-Fermenterstation 4 werden in der Hemmstoffentfrachtungsstation 12 Düngerkonzentrate in Form einer wässrigen Ammoniumsulfatlösung 15 in Höhe von etwa 6.000 t/a entzogen. Von den hemmstoffentfrachteten Prozessflüssigkeiten werden 11.000 t/a als Suspendierungsmittel 17 in die konventionelle Methanfermenterstation 6 zurückgeführt, so dass insgesamt nur noch etwa 139.300 t/a flüssige Reststoffe in üblichen Pond-Systemen 21 nachbehandelt werden müssen. Während ohne die im Beispiel angewendete technische Lösung dem Pond-System 21 insgesamt 150.000 t POME 22 unbehandelt mit einem Gehalt von 56.000 mg/l BSB·150.000.000 l/a = 8.400 t BSB/a und 81.000 mg/l CSB·150.000.000 l/a = 12.150 t CSB/a zugeführt würden, enthalten die nun im Pond-System 21 nachzubehandelnden Restflüssigkeiten in Höhe von 139.300 t/a deutlich verminderte Sauerstoffverbrauchspotentiale. Die BSB-Minderung ergibt sich zumindest aus

a) der in der UASB-Fermenterstation 4 in das dort aus dem enthaltenen organischen Potential gebildete Biogas mit einer BSB-Minderung von etwa 5.350 t/a und
b) der in der konventionellen Methanfermenterstation 6 anteilig aus dem Flotatschlamm in das dort gebildete Biogas mit einer BSB-Minderung von etwa 250 t/a.

Die CSB-Minderung ergibt sich aus dem Entzug an Pflanzennährstoffen vor dem Einleiten der Restflüssigkeit in das Pond-System 21. Bei einem CSB-dissolved in Höhe von 25 kg/m³ werden den 150.000 t/a des der beispielhaften Behandlung zugeführten POME 22 von den im Mittel enthaltenen anorganischen Nährstoffen Stickstoff, Phosphor, Kalium, Calcium, Magnesium und Schwefel in Höhe von etwa 4,3 kg/t in Form der wässrigen Ammoniumsulfatlösung 15 aus der Hemmstoffentfrachtungsstation 12 und in Form der feststoffreichen Düngerfraktion 8 aus der Phasentrennstation 9 etwa 3,7 kg/t für die Rückführung in den Wirtschaftskreislauf ausgeschleust. Damit reduziert sich die CSB-dissolved – Fracht für den Abbau im Pond-System 21 um 150.000 t/a·3,7 kg/t = 555 t/a. Die totale CSB-Reduktion in das Pond-System 21 erreicht damit etwa 70%, wodurch sich die Anforderungen an die Leistungsfähigkeit des Pond-Systems 21 auf etwa 30% der Ausgangssituation verringern.
Beispiel 2:
Gemäß der 2 werden wie im Beispiel 1 jährlich 150.000 t POME 22 und 12.500 t DS 29 mit Hilfe der erfindungsgemäßen technischen Lösung stofflich und energetisch verwertet. Anders als im Beispiel 1 wird die aus 7.000 t/a in der Flotationsstation 19 gewonnenem Flotatschlamm 5, 12.500 t/a DS 29 und 11.000 t/a Biofiltrat 18 aus der Hemmstoffentfrachtungsstation 12 in der Suspendierstation 16 hergestellte Biosuspension vor dem Einsatz in einer konventionellen Methanfermentationsstation 6 einer räumlich sowohl von der Hauptfermentationsstufe 31 als auch von der Nachfermentationsstufe 32 getrennten Hydrolysestufe 30 zugeführt. Die in dieser Hydrolysestufe 30 überwiegend aktiven hydrolysierenden Keime führen zur Vorversäuerung der Biosuspension, wodurch die Behälterkapazität in den nachgeschalteten Fermentationsstufen 31, 32 in erster Linie für die Methanisierungsaktivitäten zur Verfügung steht. Dies führt zu einem erhöhten Abbau der in der Biosuspension enthaltenen organischen Substanz, verbunden mit einem erhöhten Biogasertrag und einer erhöhten Konzentration der anorganischen Pflanzennährstoffe in den Gärresten 7. Der biologischen Entschwefelungsstation 13 werden nun die Biogase aus der UASB-Fermenterstation 4, der Hydrolysestufe 30, der Hauptfermentationsstufe 31, der Nachfermentationsstufe 32 und der gasdichten Gärrestlagerung 33 zugeführt.
Der räumlich sowohl von der UASB-Fermenterstation 4 als auch von der konventionellen Methanfermenterstation 6 getrennten Gasspeicher, der im Beispiel als Doppelmembran-Speicher ausgebildet ist, wird nun weitgehend für die Zwischenspeicherung von entschwefeltem Biogas genutzt, was zur Minderung der Emission von geruchsintensiven Mercaptanen infolge der unvermeidlichen Diffundierung solcher Schwefelverbindungen durch die eingesetzten Kunststoffmembranen führt.
Beispiel 3:
Gemäß der 3 werden wie im Beispiel 1 die in einer Palmölmühle für die Verarbeitung von jährlich 300.000 t FFB 23 anfallenden 150.000 t/a POME 22 sowie die 12.500 t/a DS 29 erfindungsgemäß behandelt. Zusätzlich werden jedoch nun auch 70.000 t/a EFB 24, 45.000 t/a MF 25 und 7.500 t/a KC 26 eingesetzt. Die in der Palmölmühle ebenfalls anfallenden Mengen an KS 27 werden dagegen weiterhin als energiereiche Brennstoffe neben dem gewonnenen Palmöl vermarktet. In diesem Fall ist der Suspendierstation 16 eine Zerkleinerungsstation zur Gewinnung eines zusätzlichen feinteiligen zerfaserten Einsatzstoffes vorgeschaltet. Zur Gewinnung einer Biosuspension mit einem mittleren Trockensubstanzgehalt von 15% werden der Suspendierstation 16 neben den zerfaserten EFB 24 und MF 25 die verfügbaren 7.000 t/a an Flotatschlamm 5 aus der Flotationsstation 19 für die anfallenden POME-Mengen 22, die 12.500 t/a anfallender DS 29 sowie 270.000 t Suspendierflüssigkeit 17 aus der Hemmstoffentfrachtungsstation 12 zugeführt. Die biotechnologische Behandlung der entstehenden Biosuspension mit sehr geringer Entmischungsneigung erfolgt nun in einer konventionellen Methanfermenterstation 6 mit insgesamt vier gasliefernden Behandlungsstufen Hydrolysestufe 30, Hauptfermentationsstufe 31, Nachfermentationsstufe 33 und Gärrestlagerung. Die Hydrolysestufe 30 und die Nachfermentationsstufe 33 werden dabei batchweise betrieben. Die Hydrolysestufe 30 wird bei einer Medientemperatur von im Mittel 50°C betrieben. Während die Hauptfermentationsstufe 31 im mesophilen Milieu bei im Mittel 41°C betrieben wird, erfolgt die Behandlung in der Nachfermentationsstufe 32 im thermophilen Milieu bei im Mittel 53°C. Das gesamte Nutzvolumen der Behälter für die aktiven anaeroben Behandlungsstufen 30, 31, 32 beträgt wenigstens 60.000 m³.
Zusätzlich zur in der UASB-Fermenterstation gewonnenen Energiemenge in Höhe von 61 GWh/a und 131.500 t/a an flüssigen Gärresten 11 werden in der konventionelle Methanfermentationsstation 6 Biogasmengen mit einem Energieinhalt von weiteren 285 GWh/a, und 357.000 t/a Gärreste 7 erzeugt. Aus diesen Gärresten 7 werden in der Phasentrennstation 9 122.000 t/a in Form einer feststoffreich en Düngerfraktion 8 mit im Mittel 30% Trockensubstanz und 235.000 t/a an Biofiltrat 10 gewonnen. Die Gärreste 11 aus der UASB-Fermenterstation 4 gelangen gemeinsam mit dem Biofiltrat 10 aus der Phasentrennstation 9 in die Hemmstoffentfrachtungsstation 12, mit deren Hilfe jährlich neben der wässrigen Ammoniumsulfatlösung 15 etwa 366.000 t/a an hemmstoffentfrachtetem flüssigem Suspendierungsmittel 17 bereitgestellt werden können. Während davon 268.000 t/a als Recyclat dem Prozess in der Suspendierstation 16 erneut eingesetzt werden müssen, verbleibt lediglich die Differenz von 98.000 t/a als im Pond-System 21 nachzubehandelnde nährstoffarme wässrige Fraktion und damit nur noch 65% der ursprünglich zu behandelnden POME-Menge 22 und nur noch 70% der gemäß Beispiel 1 verbleibenden Mengenanforderung an das Pond-System 21.
Bezugszeichenliste

1: flüssige Reststoffe der Palmölgewinnung;
2: Vorbehandlung der flüssigen Reststoffe mit physikalischen Mitteln;
3: Flüssigfraktion nach Vorbehandlung der flüssigen Reststoffe aus der Palmölgewinnung;
4: UASB(Upstream Anaerobic Sludge Blanket)-Fermenterstation;
5: abgeschiedene Anteile der flüssigen Reststoffe der Palmölgewinnung;
6: konventionelle Methanfermenterstation;
7: Gärreste aus der konventionellen Methanfermenterstation;
8: feststoffreiche Düngerfraktion;
9: Phasentrennstation;
10: bei der Phasentrennung anfallende Biofiltrate;
11: Gärreste aus der UASB-Fermenterstation;
12: Hemmstoffentfrachtungsstation;
13: biologische Gasentschwefelungsstation;
14: schwefelsaure Prozessflüssigkeit;
15: wässrige Ammoniumsulfatlösung;
16: Suspendierstation;
17: flüssiges Suspendierungsmittel;
18: Biofiltrat nach der Behandlung in der Hemmstoffentfrachtungsstation;
19: Flotationsstation;
20: DENI(Denitrifizierungs/Nitrifizierungs)-Station;
21: Pond-System;
22: POME (Palm Oil Mill Effluent);
23: FFB (Fresh Fruit Bunches);
24: EFB (Empty Fruit Bunches);
25: MF (Mesocarp Fibre);
26: KC (Kernel Cake);
27: KS (Kernel Shells);
28: adaptierte Methanbakterien-Mischkultur;
29: DS (Decanter Sludge);
30: Hydrolysestufe;
31: Hauptfermentationsstufe;
32: Nachfermentationsstufe;
33: Gärrestlagerung;

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

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US 2010/0197780 A1 [0005]
WO 2009/131265 A1 [0006]
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WO 2011/087202 A1 [0008]
US 2012/0040442 A1 [0009]
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EP 2546352 A1 [0013]
WO 2013/062117 A1 [0014]
WO 2013/169091 A1 [0016]
WO 2014/112703 A1 [0017]
WO 2015/156386 A1 [0019]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

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Ergebnisbericht Nr.13.1 vom 01.04.2014 zur Bewertung des Kumbamgo POME methane capture project der New Britain Palm Oil Limited in Papua New Guinea [0029]
E.Quadrat GmbH (www.equadrat-gmbh.eu) informiert 2014 in auf einer Informationsveranstaltung der GIZ über ein Biogasprojekt in Belitung, Indonesien [0031]
BioEnergy Consult (www.bioenergyconsult.com) erläutert (2015) Verwertungsverfahren für POME mittels anaerober Vergärung in volldurchmischten Durchfluss-Fermentern [0032]
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Hindawi Publishing Corporation (www.hindawi.com) informiert im Journal of Combustion (Vol. 2015) [0035]

Claims

Verfahren zur stofflichen und energetischen Verwertung von flüssigen und feinteiligen Reststoffen der Palmölgewinnung durch Behandlung dieser Reststoffe unter Sauerstoffausschluss und Gewinnung von methanhaltigem Biogas für die energetische Verwertung in Gasmotoren oder Kesselanlagen, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssigen Reststoffe (1) wenigstens einer Vorbehandlung (2) mit physikalischen Mitteln zugeführt werden, dass die nach der Vorbehandlung (2) verfügbare wässrige Flüssigfraktion (3) mittels einer UASB-Fermenterstation (4) anaerob behandelt wird, dass die bei der Vorbehandlung (2) von der wässrigen Flüssigfraktion (3) abgeschiedenen Anteile (5) der flüssigen Reststoffe (1) einer biotechnologischen Behandlung in einer an sich bekannten konventionellen Methanfermenterstation (6) unterworfen werden, dass die Gärreste (7) aus der konventionellen Methanfermenterstation (6) einer der Gewinnung einer feststoffreichen Düngerfraktion (8) dienenden Phasentrennstation (9) zugeführt werden, dass die in der Phasentrennstation (9) anfallenden Biofiltrate (10) und/oder die Gärreste (11) aus der UASB-Fermenterstation (4) einer Hemmstoffentfrachtungsstation (12) zugeführt werden, dass die in der UASB-Fermenterstation (4) und in der konventionellen Methanfermenterstation (6) anfallenden Methan und Schwefelwasserstoff enthaltenden biogenen Gase in einer räumlich von den Fermenterstationen (4, 6) getrennten biologischen Gasentschwefelungsstation (13) bei gleichzeitiger Gewinnung einer schwefelsauren Prozessflüssigkeit (14) behandelt werden, dass unter Einsatz der schwefelsauren Prozessflüssigkeit (14) in der Hemmstoffentfrachtungsstation (12) eine wässrige Ammoniumsulfatlösung (15) gewonnen wird und dass in der Suspendierungsstufe (16) als flüssiges Suspendierungsmittel (17) in erster Linie die insbesondere von Ammonium weitgehend befreiten Einsatzstoffe (11, 18) der Hemmstoffentfrachtungsstation eingesetzt werden.
Verfahren nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorbehandlung (2) der flüssigen Reststoffe (1) mittels der Flotationsstation (19) und der Ölabscheidetechnik, vorzugsweise unter Einsatz einer Druckentspannungsflotation (19) und/oder einer kombinierten Öl- und Schwebstoffabscheidung mittels Plattenseparatoren, durchgeführt wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung in der UASB-Fermenterstation (4) im thermophilen oder mesophilen Milieu durchgeführt wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gärreste (11) der UASB-Fermenterstation (4) in einer nachgeschalteten DENI-Station (20) zu nutzbarem Prozesswasser aufbereitet oder in an sich bekannten Pond-Systemen (21) bis zur erforderlichen Vorflutqualität nachbehandelt werden.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Prozessstufen – Ö1abscheidung des POME (22), – Schwebstoffabscheidung des POME (22), – mechanische Rohölreinigung mittels Decanter-Technik, – Trennen der autoklavisierten FFB (23) in Palmkerne und EFB (24), – Trennen des Palmfrucht-Mahlgutes in Rohöl, Palmkerne und MF (25) oder – Trennen des Palmkern-Mahlgutes in Palmkernöl, KC (26) und KS (27), anfallenden Reststoffe mit Gehalten an Feststoffen zusammengeführt, suspendiert und anschließend mehrstufig unter Einsatz einer selektierten und/oder adaptierten Methanbakterien-Mischkultur (28) anaerob behandelt werden.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mehrstufige anaerobe Behandlung unter Anwendung zumindest – einer Hydrolysestufe (30), – einer Hauptfermentationsstufe (31), – einer Nachfermentationsstufe (32) und/oder – einer Gärrest-Lagerung (33) durchgeführt und dass wenigstens eine der anaeroben Behandlungsstufen (30, 31, 32, 33) im thermophilen Milieu erfolgt.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der anaeroben Behandlungsstufen (30, 31, 32, 33) batchweise durchgeführt wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Ammoniumsulfatlösung (15) aus der Hemmstoffentfrachtungsstation (12) mit dem überwiegenden Potential des in den eingesetzten Reststoffen enthaltenen pflanzenverfügbaren Stickstoffs und Schwefels direkt zur Pflanzendüngung eingesetzt wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Ammoniumsulfatlösung (15) aus der Hemmstoffentfrachtungsstation (12) mit dem Presskuchen aus der Phasentrennstation (9) zusammengeführt und als organischer Stickstoff-Kalium-Phosphor-Schwefel-Dünger für die Pflanzenproduktion, vorzugsweise in den Ölpalmplantagen, eingesetzt wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abkühlung des POME (22) aus der laufenden Palmölproduktion auf die gewählte Behandlungstemperatur in der UASB-Fermenterstation (4) und zur Aufheizung des Gärrestes (11) aus der UASB-Fermenterstation (4) und/oder des Biofiltrates (10) aus der Phasentrennstation (9) auf die Temperatur des Ammoniumaustreibers der Hemmstoffentfrachtungsstation (12) von etwa 60°C ein Wärmetausch durchgeführt wird.