DE102016105937B4 - Injection of liquid organic biomass for solid-state fermentation - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Erzeugung von Biogas in einem Feststofffermenter, in welchem auf die stapelbare Biomasse Perkolat aufgebracht wird, um in einem Vergärprozess Biogas zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass auf die stapelbare Biomasse zusätzlich Flüssigbiomasse aufgebracht wird.Process for the production of biogas in a solid-state fermenter in which percolate is applied to the stackable biomass in order to produce biogas in a fermentation process, characterized in that liquid biomass is additionally applied to the stackable biomass.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Biogas aus organischen Feststoffen, bevorzugt aus stapelbarer Biomasse.The present invention relates to a method and a device for producing biogas from organic solids, preferably from stackable biomass.
Stand der TechnikState of the art
Es ist bekannt, organische Feststoffe und insbesondere stapelbare Biomasse in so genannten Feststofffermentern (garagenartige Fermenterboxen) zu vergären, um hieraus Biogas zu gewinnen.It is known to ferment organic solids and in particular stackable biomass in so-called solid fermenters (garage-like fermenter boxes) in order to obtain biogas therefrom.
Das Biogas wird nachfolgend üblicherweise zur Wärmeerzeugung und/oder über Blockheizkraftwerke zur gekoppelten Strom- und Wärmegewinnung verwertet. Nach einer Aufreinigung kann das Biogas auch als Biomethan vertrieben werden und kann beispielsweise in das Erdgasnetz eingespeist oder zum Betrieb von Fahrzeugen verwendet werden.Subsequently, the biogas is usually used for heat generation and / or combined heat and power plants for the coupled generation of electricity and heat. After purification, the biogas can also be sold as biomethane and can for example be fed into the natural gas grid or used for the operation of vehicles.
In der bekannten Feststofffermentation werden die organischen Feststoffe in einen Feststofffermenter eingebracht und dann periodisch mit einem Perkolatstrom beaufschlagt. Das durch die stapelbare Biomasse gebildete Feststoffbett hindurchgerieselte Perkolat wird üblicherweise am Boden des Feststofffermenters gesammelt, in einem Kreislauf geführt und dann wieder über der stapelbaren Biomasse in dem jeweiligen oder einem anderen Feststofffermenter verrieselt. Der Perkolatstrom wird von der Decke des Feststofffermenters aus auf die Biomasse aufgebracht, um den Gärprozess zu starten und danach in Gang zu halten.In the known solid-state fermentation, the organic solids are introduced into a solid-fermenter and then periodically charged with a percolate stream. The percolate drizzled through the solid bed formed by the stackable biomass is usually collected at the bottom of the solid-fermentor, circulated, and then trickled over the stackable biomass in the respective or another solid-fermentor. The percolate stream is applied to the biomass from the top of the solids fermenter to start the fermentation process and then keep it going.
Der Feststofffermenter ist üblicherweise garagenartig ausgebildet und weist gasdichte Wände, Decke und Boden auf, welche häufig aus Beton gegossen sind, sowie ein gasdichtes Tor. Auf diese Weise wird eine anaerobe Vergärung der Biomasse möglich. Das Biogas wird üblicherweise über entsprechende Leitungsvorrichtungen aus den Feststofffermentern abgezogen. Durch das Tor kann der Feststofffermenter mit den organischen Feststoffen beladen werden.The Feststofffermenter is usually designed like a garage and has gas-tight walls, ceiling and floor, which are often poured concrete, and a gas-tight gate. In this way, anaerobic digestion of the biomass is possible. The biogas is usually withdrawn via corresponding line devices from the solid fermenters. Through the gate, the solid fermenter can be loaded with the organic solids.
Nachdem der Vergärprozess einer Beladung eines Feststofffermenters mit organischen Feststoffen abgeschlossen ist, also ungefähr nach 3-5 Wochen, wird der Gärrest durch das Tor aus dem entsprechenden Feststofffermenter ausgetragen.After the fermentation process of loading a solids fermenter with organic solids is completed, ie after about 3-5 weeks, the digestate is discharged through the gate from the corresponding Feststofffermenter.
In den bekannten Verfahren werden die organischen Feststoffe in einem anaeroben Milieu im Feststofffermenter vergoren, wobei die entsprechend benötigten Mikroorganismen unter anderem mittels des aufgerieselten Perkolats zugeführt werden. Die organischen Feststoffe werden entsprechend durch das Perkolat „geimpft“. Im Feststofffermenter werden die organischen Feststoffe dann unter Bildung von Biogas vergoren.In the known methods, the organic solids are fermented in an anaerobic environment in the solid fermenter, wherein the correspondingly required microorganisms are supplied inter alia by means of the drizzled percolate. The organic solids are correspondingly "inoculated" by the percolate. In the solid fermenter, the organic solids are then fermented to form biogas.
Entsprechend kann der herkömmliche Vergärungsprozess in die folgenden vier Stufen unterteilt werden: In der ersten Stufe, der Hydrolyse, werden die in der organischen Biomasse vorhandenen Biomoleküle durch Reaktion mit Wasser in Bruchstücke gespalten, wobei Wasserstoff und CO2 freigesetzt wird. In der zweiten Stufe, der Acidogenese, werden die bei der Hydrolyse entstandenen Bruchstücke einerseits in niedere Fettsäuren und/oder Karbonsäuren wie z.B. Buttersäure oder Propionsäure, andererseits in niedere Alkohole wie z.B. Ethanol, umgesetzt. In der dritten Stufe, der Acetogenese, werden die während der Hydrolyse und Acidogenese gebildeten niederen Fettsäuren und/oder Karbonsäuren sowie die niederen Alkohole durch acetogene Mikroorganismen primär zu Essigsäure, beziehungsweise zu dessen gelöstem Salz, dem Acetat, umgesetzt. In der vierten Stufe, der Methanogenese, wird auf der einen Seite Essigsäure durch Essigsäure-spaltende Methanbildner in Methan und Kohlenstoffdioxid umgewandelt und auf der anderen Seite entsteht Methan aus Wasserstoff und CO2 durch eine andere Gruppe von Methanbildnern. Das aus diesem Prozess entstehende Biogas setzt sich zum großen Teil aus Methan zusammen. Es handelt sich entsprechend um ein energiereiches Gas, welches unter den anoxischen Bedingungen aus den organischen Feststoffen durch Vergärung entsteht.Accordingly, the conventional fermentation process can be divided into the following four stages: In the first stage, hydrolysis, the biomolecules present in the organic biomass are broken into fragments by reaction with water, releasing hydrogen and CO 2 . In the second step, acidogenesis, the fragments formed in the hydrolysis are reacted on the one hand into lower fatty acids and / or carboxylic acids such as butyric acid or propionic acid, on the other hand into lower alcohols such as ethanol. In the third stage, acetogenesis, the lower fatty acids and / or carboxylic acids formed during the hydrolysis and acidogenesis and the lower alcohols are converted by acetogenic microorganisms primarily to acetic acid, or to its dissolved salt, the acetate. In the fourth stage, methanogenesis, on the one hand, acetic acid is converted to methane and carbon dioxide by acetic acid-splitting methanogens, and on the other hand methane of hydrogen and CO 2 is produced by another group of methanogens. The biogas resulting from this process is largely made up of methane. Accordingly, it is a high-energy gas, which is formed under the anoxic conditions from the organic solids by fermentation.
Aus der
Aus der
Der Ablauf der verschiedenen Phasen in der Biogasproduktion hat zur Folge, dass die Erzeugung von Biogas gerade am Anfang beziehungsweise nach einer Neubefüllung des Fermenters mit stapelbarer Biomasse eine gewisse Anlaufzeit benötigt, um einen für eine weitere Anwendung ausreichenden Biogasstrom beziehungsweise Methanstrom bereitzustellen. Während dieser Phase steigt die Gasproduktion nur langsam und der Methangehalt ist gering. Weiterhin nimmt die Biogasproduktionsrate am Ende der Fermentierung unter anderem durch die erfolgte Zersetzung in der Regel ab, wobei der Methangehalt jedoch oft hoch ist.The sequence of the various phases in the biogas production has the consequence that the production of biogas just at the beginning or after a refilling of the fermenter with stackable biomass requires a certain start-up time to provide sufficient for a further application biogas stream or methane stream. During this phase, the gas production increases only slowly and the methane content is low. Furthermore, the biogas production rate at the end of the fermentation usually decreases, inter alia, due to the decomposition, but the methane content is often high.
Entsprechend nimmt der Verlauf der Biogasproduktion in etwa den Verlauf einer Gaußschen Normalverteilung (Glockenkurve) an. Während der Anfangs- und Endphasen ist die geringe Produktion und Qualität von Biogas für weitere Verwertung beziehungsweise Anwendung oft unzureichend und beeinträchtigt die Qualität des Biogasstromes der gesamten Biogasanlage, welche üblicherweise mehrere zusammengeschaltete Fermenterboxen aufweist, die jeweils in unterschiedlichen Phasen des Vergärvorgangs betrieben werden. Entsprechend wird das in den betreffenden Feststofffermentern in den Anfangs- und Endphasen erzeugte Biogas oft als Schwachgas in die Atmosphäre abgelassen oder über einen Fackel mit Stützgas verbrannt. Folglich kann durch den ineffizienten Ablauf eine unerwünschte Ausfallzeit des Feststofffermenters entstehen, welche mit hohen Kosten verbunden sein kann.Correspondingly, the course of biogas production approximates the course of a Gaussian normal distribution (bell curve). During the initial and final phases, the low production and quality of biogas for further utilization or application is often insufficient and affects the quality of the biogas stream of the entire biogas plant, which usually has several interconnected fermenter boxes, which are each operated in different stages of the fermentation process. Accordingly, the biogas produced in the respective solid fermenters in the initial and final phases is often discharged as a lean gas into the atmosphere or burned by a torch with supporting gas. Consequently, due to the inefficient process, an undesirable downtime of the solid-fermenter can occur, which can be associated with high costs.
Weiterhin stellt sich bei herkömmlichen Verfahren und Fermentern das Problem, dass diese nicht nur für eine bestimmte Menge, sondern auch eine bestimmte Art von Biomasse vorgesehen sind. Beispielsweise wird in Feststofffermentern ausschließlich stapelbare Biomasse verwertet, wobei Flüssigfermentern bevorzugt Flüssigbiomasse, beziehungsweise Biomasse mit einem hohen Abbaugrad (z.B. Maissilage und Speisereste) zugeführt wird. Für Flüssigbiomasse ist zudem eine dauerhafte Vermischung mit großem Volumen von unter anderem Perkolat (beziehungsweise flüssigem Gärmedium eines Flüssigfermenters) erforderlich, um eine ausreichende Effizienz der Biogaserzeugung zu gewährleisten. Entsprechend werden beide Verfahren (Flüssigfermentation und Feststofffermentation) getrennt voneinander und in entsprechenden spezialisierten Fermentern durchgeführt. Wenn allerdings nur eine geringe Menge Flüssigbiomasse vorhanden ist, ist der Aufwand zur Bereitstellung eines eigenen Flüssigfermenters zu hoch. Folglich wird in solchen Fällen die vorhandene Flüssigbiomasse schlicht entsorgt oder auf Agrarflächen verteilt.Furthermore, in conventional processes and fermenters there is the problem that they are not only intended for a certain amount, but also a certain type of biomass. For example, in solid fermenters exclusively stackable biomass is utilized, with liquid fermenters preferably being supplied to liquid biomass or biomass having a high degree of degradation (for example corn silage and food particles). For liquid biomass is also a permanent mixing with large volume of, inter alia percolate (or liquid fermentation medium of a liquid fermenter) required to ensure sufficient efficiency of biogas production. Accordingly, both processes (liquid fermentation and solid-state fermentation) are carried out separately and in dedicated specialized fermenters. However, if only a small amount of liquid biomass is present, the cost of providing its own liquid fermenter is too high. Consequently, in such cases, the existing liquid biomass is simply disposed of or distributed to agricultural land.
Aus beiden Verfahren können sich somit eine geringe Effizienz der Biogaserzeugung und gleichzeitig eine hohe Umweltbelastung ergeben. Entsprechend besteht ein Bedarf, die Verwertung von Biomasse effizienter und umweltfreundlicher zu gestalten, insbesondere um Schwankungen des Biogasvolumens und/oder Methangehalts auszugleichen und einen relativ konstanten Biogasvolumenstrom bei relativ konstantem Methangehalt zu gewährleisten.Both methods can thus result in a low efficiency of biogas production and at the same time a high environmental impact. Accordingly, there is a need to make the utilization of biomass more efficient and environmentally friendly, in particular to compensate for fluctuations in the biogas volume and / or methane content and to ensure a relatively constant biogas volume flow at relatively constant methane content.
Die
Die
Durch die Internetseiten „https://web.archive.org/web/20160319005350/http://www.renergon.ch/rsdupgrade-feststoff-fermentation“ sowie „https://web.archive.org/web/2016Q319003230/http://www.renergon.ch/vorteile-biogas-rsdtechnologie-renergon“ ist offenbart, eine bestehende Flüssigfermentationsanlage durch einen separat wirkenden Feststofffermenter zu erweitern.Through the websites "https://web.archive.org/web/20160319005350/http://www.renergon.ch/rsdupgrade-feststoff-fermentation" and "https://web.archive.org/web/2016Q319003230/ http://www.renergon.ch/vorteile-biogas-rsdtechnologie-renergon "is disclosed to extend an existing liquid fermentation plant by a separately acting solid-fermenter.
Ferner ist bekannt, zum Erzeugen von Biogas eine Kombination aus diskontinuierlicher Feststofffermentation und separat dazu bereitgestellter kontinuierlicher Flüssigfermentation zu nutzen gemäß der Internetseite „https://web.archive.org/web/20160319005015/http://www.renergon.ch/rsdmini-solids-liquids“.It is also known to use a combination of discontinuous solid-state fermentation and separately provided continuous liquid fermentation for the production of biogas according to the website "https://web.archive.org/web/20160319005015/http://www.renergon.ch/rsdmini -solids-liquids ".
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Gasausbeute in einem Feststofffermenter weiter zu optimieren, um die Anlagenkapazitäten und die zu vergärende Biomasse optimal ausnutzen zu können.Based on the known state of the art, it is an object of the present invention to further optimize the gas yield in a solid-fermenter in order to be able to optimally utilize the plant capacities and the biomass to be fermented.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Erzeugung von Biogas in einem Feststofffermenter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.This object is achieved by a method for producing biogas in a solid-fermenter having the features of claim 1. Advantageous developments emerge from the subclaims.
Entsprechend wird ein Verfahren zur Erzeugung von Biogas in einem Feststofffermenter vorgeschlagen, in welchem auf stapelbare Biomasse Perkolat aufgebracht wird, um in einem Vergärprozess Biogas zu erzeugen, wobei auf die stapelbare Biomasse zusätzlich Flüssigbiomasse aufgebracht wird.Accordingly, a method for producing biogas in a solid fermenter is proposed in which percolate is applied to stackable biomass in order to produce biogas in a fermentation process, wherein liquid biomass is additionally applied to the stackable biomass.
Die in einen Feststofffermenter einbringbare stapelbare Biomasse kann sehr unterschiedliche Trockensubstanzgehalte aufweisen. Flüssigkeiten beziehungsweise freies Wasser werden aufgrund der Befüllmethode (Radlader) nicht in den Feststofffermenter eingebracht. Insbesondere weist die stapelbare Biomasse organische, faserreiche Feststoffe auf, wobei die Zusammensetzung, die Porosität, der Energiegehalt sowie der Faseranteil üblicherweise von Beladung zu Beladung variieren können. Die stapelbare Biomasse weist jedoch eine derartige Struktur auf, dass diese sich stapeln und verformen lässt.The stackable biomass that can be introduced into a solid-phase fermenter can have very different dry substance contents. Liquids or free water are not introduced into the solid-fermenter due to the filling method (wheel loader). In particular, the stackable biomass organic, high-fiber solids, wherein the composition, the porosity, the energy content and the fiber content can usually vary from load to load. However, the stackable biomass has such a structure that it can be stacked and deformed.
Die Flüssigbiomasse kann eine feststoffarme, bevorzugt energiereiche und/oder homogene Flüssigkeit sein. Üblicherweise besteht die Flüssigbiomasse jedoch aus einer Emulsion, Dispersion und/oder Suspension, welche in der Regel eine höhere Viskosität als Wasser und insbesondere eine gelartige Struktur aufweist. Die Flüssigbiomasse kann dabei auch Teile und/oder Partikel eines Feststoffs aufweisen, welche beispielsweise durch Zerkleinern, Zerstückeln und/oder Häckseln von Biomasse entstehen und der Flüssigbiomasse beigemischt und auf die stapelbare Biomasse aufgebracht werden. Bevorzugt wird Flüssigbiomasse aufgebracht, die flüssige, organische und/oder viskose Reststoffe aufweist. Entsprechend kann die Flüssigbiomasse Flüssigkeiten verschiedener Art enthalten, beispielsweise aus der verarbeitenden Industrie, Landwirtschaft oder Gastronomie. Insbesondere kann die Flüssigbiomasse ölhaltige Abwässer, wie z.B. POME (Palm Oil Mill Effluent) der Palmölindustrie, Frittieröl oder andere herkömmliche Öle aus dem Gastronomiebereich sowie Glycerin (Reststoff der Biodieselproduktion) aufweisen.The liquid biomass may be a low-solids, preferably high-energy and / or homogeneous liquid. Usually, however, the liquid biomass consists of an emulsion, dispersion and / or suspension, which generally has a higher viscosity than water and in particular a gel-like structure. The liquid biomass may also comprise parts and / or particles of a solid, which are produced, for example, by comminution, dismemberment and / or chopping biomass and admixed with the liquid biomass and applied to the stackable biomass. Preferably, liquid biomass is applied which has liquid, organic and / or viscous residues. Accordingly, the liquid biomass may contain liquids of various kinds, for example from the processing industry, agriculture or gastronomy. In particular, the liquid biomass may contain oily effluents, e.g. Palm oil mill effluent (POME) of the palm oil industry, frying oil or other conventional oils from the gastronomy sector as well as glycerine (residue of biodiesel production).
Bevorzugt wird auf das Feststoffbett derjenigen Fermenterbox(en) Flüssigbiomasse aufgebracht, deren Biomasse bereits ca. 1 Woche in den Fermentationsprozess eingebunden war. Nach dieser Zeit sind Biofilme auf der strukturreichen Biomasse im Fermenter gebildet worden, wobei für die Ausbildung reifer/aktiver Biofilme üblicherweise 5-7 Tage vergehen. Durch die Ausbildung der Biofilme auf der strukturreichen Biomasse ist ein großes Volumen an stoffwechselaktiven Mikroorganismen auf dem Feststoffbett vorhanden, die in Biofilmen organisiert sind und die aufgrund der Verteilung auf dem Feststoffbett gleichzeitig eine große Oberfläche aufweisen. Hieraus ergeben sich Synergieeffekte bei der Vergärung von faserreichem Material und energiereicher flüssiger Biomasse. Dies hat auch eine positive Wirkung auf den Abbaugrad des faserreichen Materials, da die Mikroorganismen mehr schnell verfügbare Energie erhalten, wodurch deren Wachstum und die Stoffwechselrate steigt und damit der Abbau von Fasermaterial gefördert wird.Preference is given to the solid bed of those fermenter (s) liquid biomass applied whose biomass was already involved about 1 week in the fermentation process. After this time, biofilms have been formed on the structurally rich biomass in the fermenter, whereby 5-7 days usually pass for the formation of mature / active biofilms. Due to the formation of the biofilms on the structurally rich biomass, a large volume of metabolically active microorganisms is present on the solid bed, which are organized in biofilms and which simultaneously have a large surface area due to the distribution on the solid bed. This results in synergy effects in the fermentation of high-fiber material and high-energy liquid biomass. This also has a positive effect on the degree of degradation of the fiber-rich material as the microorganisms receive more readily available energy, thereby increasing their growth and metabolic rate, thereby promoting the degradation of fibrous material.
Weiterhin ist vorgesehen, dass das Aufbringen der Flüssigbiomasse kontinuierlich, zyklisch und/oder pulsierend und/oder über einen Zeitraum zwischen 1/24 beziehungsweise einer Stunde und 7 Tagen, bevorzugt zwischen 2 und 5 Tagen, besonders bevorzugt 3 Tage, erfolgen kann.Furthermore, it is provided that the application of the liquid biomass can be carried out continuously, cyclically and / or pulsatingly and / or over a period of between 1/24 or one hour and 7 days, preferably between 2 and 5 days, particularly preferably 3 days.
Das Aufbringen der Flüssigbiomasse kann jedoch auch direkt am Anfang beziehungsweise nach dem Befüllen des Feststofffermenters mit stapelbaren Biomasse erfolgen. Entsprechend wird die Flüssigbiomasse auf einmal von oben auf die stapelbare Biomasse aufgebracht, wobei die Flüssigbiomasse langsam nach unten in die stapelbare Biomasse eindringt beziehungsweise einsickert. Diese Aufbringungsweise hat unter anderem den Vorteil, dass diesbezüglich keine weiteren Regelungen oder Vorrichtungen erforderlich sind.However, the application of the liquid biomass can also be carried out directly at the beginning or after the filling of the solid fermenter with stackable biomass. Accordingly, the liquid biomass is applied at once from above onto the stackable biomass, wherein the liquid biomass slowly penetrates down into the stackable biomass or infiltrates. This application method has, inter alia, the advantage that in this regard no further regulations or devices are required.
Ein kontinuierliches, zyklisches und/oder pulsierendes Aufbringen hat jedoch unter anderem den Vorteil, dass die stapelbare Biomasse bereits durch einen ersten Aufbringungsvorgang eingeweicht wird und somit eine verbesserte Verteilung und Versorgung in den unterschiedlichen Schichten mit energiereicher Flüssigbiomasse auch in weiteren Aufbringungsvorgängen gewährleistet wird. However, a continuous, cyclic and / or pulsating application has, inter alia, the advantage that the stackable biomass is already soaked through a first application process and thus an improved distribution and supply in the different layers with high-energy liquid biomass is ensured even in further application processes.
Beispielsweise kann ein kontinuierliches Aufbringen bei einem niedrigen Volumenstrom der Flüssigbiomasse vorgesehen sein, wodurch, im Gegensatz zu einem einmaligen Aufbringen, einerseits die Struktur der stapelbaren Biomasse besser erhalten bleibt und, andererseits, auch die oberen Schichten der stapelbaren Biomasse kontinuierlich mit energiereicher Flüssigbiomasse versorgt werden.For example, a continuous application may be provided at a low volume flow of liquid biomass, which, in contrast to a single application, on the one hand better preserves the structure of the stackable biomass and, on the other hand, also continuously supplies the upper layers of the stackable biomass with high-energy liquid biomass.
Ein zyklisches beziehungsweise periodisches Aufbringen hat zudem unter anderem den Vorteil, dass eine vorgesehene Einwirkzeit eingehalten werden kann und ermöglicht eine bessere Mischung der Flüssigbiomasse mit den entstandenen Abbauprodukten, biologischen Faktoren und dem Perkolat. Die Flüssigbiomasse kann dabei auch mit einem variablen Volumenstrom aufgebracht werden. Ebenfalls kann die Flüssigbiomasse in verschiedenen Phasen aufgebracht werden, um das Abflachen der Biogasproduktion, beispielsweise nach einer bestimmten Verweilzeit (Ende des Vergärprozesses), zu vermeiden, oder die Biogasproduktion eines bereits sehr produktiven Feststofffermenters zu steigern. Ein pulsierendes Aufbringen kann weiterhin sowohl kontinuierlich als auch zyklisch erfolgen. Insbesondere kann die Dauer und die Menge beim pulsierenden Aufbringen derart eingestellt werden, dass diese beispielsweise an das Wachstum und/oder die Stoffwechselrate der Mikroorganismen oder den Abbaugrad der stapelbaren Biomasse angepasst wird.A cyclic or periodic application has, inter alia, the advantage that an intended exposure time can be maintained and allows a better mixing of the liquid biomass with the resulting degradation products, biological factors and the percolate. The liquid biomass can also be applied with a variable volume flow. Likewise, the liquid biomass can be applied in different phases in order to avoid flattening of the biogas production, for example after a certain residence time (end of the fermentation process), or to increase the biogas production of an already very productive solid fermenter. One pulsating application can continue to be both continuous and cyclic. In particular, the duration and the amount during the pulsating application can be adjusted such that it is adapted, for example, to the growth and / or the metabolic rate of the microorganisms or the degree of degradation of the stackable biomass.
Bevorzugt erfolgt das Aufbringen der Flüssigbiomasse über einen Zeitraum zwischen einer Stunde und 7 Tagen, bevorzugt zwischen 2 und 5 Tagen, besonders bevorzugt 3 Tage. Das oben beschriebene zyklische oder pulsierende Aufbringen kann dabei beispielsweise auch in Minutentakt oder Stundentakt vorgesehen sein. Im Gegensatz zu einem einmaligen Aufbringen hat das Aufbringen über einen vorgesehenen Zeitraum unter anderem den Vorteil, dass eine Austrocknung und insbesondere das Entstehen von Phasen mit energiearmer Flüssigbiomasse verhindert werden.The application of the liquid biomass preferably takes place over a period of between one hour and 7 days, preferably between 2 and 5 days, particularly preferably 3 days. The cyclic or pulsating application described above can also be provided, for example, in minute intervals or hourly intervals. In contrast to a single application has the application over a period of time, inter alia, the advantage that dehydration and in particular the emergence of phases are prevented with low-energy liquid biomass.
Das Aufbringen der Flüssigbiomasse kann ebenfalls zeitlich getrennt vom Perkolat erfolgen. Beispielsweise kann über einen vorgesehen Zeitraum nur Flüssigbiomasse und über einen unterschiedlichen Zeitraum nur Perkolat auf die stapelbare Biomasse aufgebracht werden. Diese unterschiedlichen Zeiträume können entweder aufeinander folgend beziehungsweise unmittelbar anschließend oder zeitlich beabstandet sein.The application of the liquid biomass can also take place separately from the percolate. For example, only liquid biomass and, for a different period of time, only percolate can be applied to the stackable biomass over a given period of time. These different time periods can either be consecutive or immediately adjacent or temporally spaced.
Um die Wirkung der Flüssigbiomasse zu fördern, ist ein Perkolatablauf und/oder Perkolatrücklauf des Feststofffermenters bevorzugt während des Aufbringens und/oder nach dem Aufbringen der Flüssigbiomasse geschlossen. Entsprechend kann sowohl die Flüssigbiomasse als auch das Perkolat im Feststofffermenter länger verweilen um dort weitestgehend zu Biogas umgesetzt zu werden. Der Perkolatkreislauf ist folglich zumindest während des Aufbringens und bevorzugt nach dem Aufbringen der Flüssigbiomasse unterbrochen beziehungsweise geschlossen.In order to promote the effect of the liquid biomass, a percolate discharge and / or percolate return of the solid fermenter is preferably closed during the application and / or after the application of the liquid biomass. Accordingly, both the liquid biomass and the percolate in the solid-fermenter can stay longer in order to be converted into biogas as far as possible. The percolate cycle is consequently interrupted or closed at least during the application and preferably after the application of the liquid biomass.
Dies hat unter anderem den Vorteil, dass sich die Flüssigkeit, insbesondere die Flüssigbiomasse und die Sickersäfte, unten im Feststofffermenter sammeln, sodass diese länger mit der stapelbaren Biomasse reagieren und besser in die stapelbare Biomasse eindringen können. Außerdem bilden sich aufgrund der Übermenge an energiereicher Biomasse Säuren, welche den pH-Wert senken und eine saure Hydrolyse der in dem Feststofffermenter vorhandenen stapelbaren Biomasse bewirken. Folglich werden durch die saure, feucht-heiße Umgebung beispielsweise auch schwer verdaubare Pflanzenfasern wie Lignocellulosen angegriffen. Durch eine solche chemisch biologische Vorbehandlung kann nicht nur eine gegebenenfalls erforderliche mechanische Aufbereitungstechnik umgangen, sondern auch die Erzeugung von Biogas während einer ersten Phase beziehungsweise nach dem Befüllen des Feststofffermenters verbessert werden.This has the advantage, inter alia, that the liquid, in particular the liquid biomass and the seepage liquors, collect at the bottom in the solid-fermenter, so that they can react longer with the stackable biomass and penetrate better into the stackable biomass. In addition, due to the excess amount of energy-rich biomass acids, which reduce the pH and cause acid hydrolysis of existing in the solid-fermenter stackable biomass. Consequently, the acidic, hot-humid environment also attacks, for example, difficult-to-digest plant fibers such as lignocelluloses. By means of such a chemically biological pretreatment not only an optionally required mechanical treatment technology can be bypassed, but also the production of biogas during a first phase or after the filling of the solid-fermenter can be improved.
Bevorzugt ist nach dem Aufbringen der Flüssigbiomasse eine Verweildauer der aufgebrachten Flüssigbiomasse im Feststofffermenter zwischen 1 und 7 Tagen, bevorzugt zwischen 2 und 5 Tagen, besonders bevorzugt 3 Tage, vorgesehen. Die Verweildauer wird dabei bevorzugt anhand der Qualität, besonders bevorzugt anhand des Biogasvolumens, des Biogasvolumenstroms, des Methangasgehalts und/oder des Restgasgehalts des erzeugten Biogases vorgegeben.Preferably, after the application of the liquid biomass, a residence time of the applied liquid biomass in the solid-state fermenter is between 1 and 7 days, preferably between 2 and 5 days, particularly preferably 3 days. The residence time is preferably predetermined based on the quality, particularly preferably on the basis of the biogas volume, the biogas volume flow, the methane gas content and / or the residual gas content of the biogas produced.
Die vorgesehene Verweildauer hat unter anderem den Vorteil, dass die Zersetzung beziehungsweise Fermentierung der stapelbaren Biomasse durch eine längere Wechselwirkung mit dem Perkolat und der Flüssigbiomasse gefördert wird. Entsprechend findet eine chemisch biologische Vorbehandlung im Feststofffermenter ohne eine sonst erforderliche externe Lagerung und/oder mechanische Aufbereitungstechnik statt. Der dadurch verbesserte und beschleunigte Vergärprozess erhöht somit insbesondere am Anfang des Vergärprozesses beziehungsweise nach einer Neubefüllung des Feststofffermenters die Effizienz und insbesondere die Biogaserzeugung des Feststofffermenters. Die vorgesehene Verweildauer der Flüssigbiomasse unterstützt beziehungsweise erleichtert das Bilden einer oben beschriebenen sauren, feucht-heißen Umgebung. Eine saure Hydrolyse ist in herkömmlichen Verfahren und Feststofffermentern nicht nur nicht vorgesehen, sondern wird auch explizit durch Ausschwemmen mit einem Perkolatstrom vermieden. Vielmehr liegt der Schwerpunkt in herkömmlichen Verfahren auf einer kontinuierlichen Perkolierung fester Biomasse. Eine solche saure Hydrolyse hat jedoch den besonderen Vorteil, dass sowohl am Anfang als auch am Ende des Vergärprozesses eine hohe Qualität und ein hoher Volumenstrom des erzeugten Biogases gewährleistet werden.The intended residence time has, inter alia, the advantage that the decomposition or fermentation of the stackable biomass is promoted by a longer interaction with the percolate and the liquid biomass. Accordingly, a chemical biological pretreatment takes place in the solid-fermenter without an otherwise required external storage and / or mechanical treatment technology. The thus improved and accelerated fermentation process thus increases the efficiency and in particular the biogas production of the solid fermenter, especially at the beginning of the fermentation process or after a refilling of the solid fermenter. The intended residence time of the liquid biomass supports or facilitates the formation of an acidic, moist-hot environment described above. Acid hydrolysis is not only not intended in conventional processes and solid-state fermenters, but is also avoided explicitly by flushing with a percolate stream. Rather, the focus in conventional methods is on a continuous percolation of solid biomass. However, such an acidic hydrolysis has the particular advantage that both at the beginning and at the end of the fermentation process a high quality and a high volume flow of the biogas produced are ensured.
Entsprechend kann die Flüssigbiomasse am Anfang des Vergärprozess auf die stapelbare Biomasse aufgebracht werden. Eine Aufbringung der Flüssigbiomasse während einer Anfangsphase beziehungsweise nach einer Neubefüllung des Feststofffermenters mit stapelbaren Biomasse hat unter anderem den Vorteil, dass die Biogaserzeugung durch die unmittelbare Versorgung mit energiereicher Flüssigbiomasse und die Verweildauer der Flüssigbiomasse eine saure Hydrolyse gefördert wird beziehungsweise der Feststofffermenter schneller anspricht. Entsprechend werden beispielsweise sowohl das erzeugte Biogasvolumen als auch der Methangehalt auch in einer Anfangsphase erhöht.Accordingly, the liquid biomass can be applied to the stackable biomass at the beginning of the fermentation process. An application of the liquid biomass during an initial phase or after refilling the solid fermenter with stackable biomass has the advantage, inter alia, that the biogas production is promoted by the immediate supply of high-energy liquid biomass and the residence time of the liquid biomass acid hydrolysis or the solids fermenter responds faster. Accordingly, for example, both the biogas volume produced and the methane content are increased even in an initial phase.
Das Aufbringen der Flüssigbiomasse kann weiterhin nach einer Anfangsphase beziehungsweise am Ende einer Anlaufphase vorgesehen sein, wobei die stapelbare Biomasse bevorzugt in der Anfangsphase perkoliert wird. Dies hat unter anderem den Vorteil, dass die Anhaftung der Flüssigbiomasse an die stapelbare Biomasse und das Eindringen der Flüssigbiomasse in die stapelbare Biomasse beim Aufbringen der Flüssigbiomasse verbessert wird. Weiterhin hat dies den Vorteil, dass die stapelbare Biomasse bereits in den Vergärprozess eingebunden ist und sich entsprechend reife und/oder aktive Biofilme auf strukturreicher Biomasse im angelaufenen Feststofffermenter gebildet haben. Folglich wird für die Flüssigbiomasse ein großes Volumen an stoffwechselaktivem Mikroorganismen-Fesstofftbett bereitgestellt. So kann durch die Steigerung der Biogasproduktion in z.B. einer Fermenterbox der geringe Gasertrag einer anderen Fermenterbox (welche sich z.B. am Anfang oder Ende des Prozesses befindet) kompensiert werden. Damit kann ein konstanter Ertrag an Biogas über die gesamte Anlage hinweg erreicht werden. The application of the liquid biomass can furthermore be provided after an initial phase or at the end of a start-up phase, wherein the stackable biomass is preferably percolated in the initial phase. This has, inter alia, the advantage that the adhesion of the liquid biomass to the stackable biomass and the penetration of the liquid biomass into the stackable biomass during the application of the liquid biomass is improved. Furthermore, this has the advantage that the stackable biomass is already involved in the fermentation process and correspondingly mature and / or active biofilms have formed on structurally rich biomass in the started Feststofffermenter. Consequently, a large volume of metabolically active microorganism solids bed is provided to the liquid biomass. Thus, by increasing the biogas production in, for example, a fermenter box, the low gas yield of another fermenter box (which is, for example, at the beginning or end of the process) can be compensated. This allows a constant yield of biogas to be achieved over the entire plant.
Wahlweise kann das Aufbringen auch zu einem anderen Zeitpunkt oder zu mehreren Zeitpunkten des Vergärprozesses vorgesehen sein. Beispielsweise kann das Aufbringen der Flüssigbiomasse phasenweise und/oder am Ende des Vergärprozesses erfolgen, um beispielsweise ein Stabilisieren oder Reduzieren der Biogaserzeugung zu verhindern.Optionally, the application may also be provided at a different time or at several points in time of the fermentation process. For example, the application of the liquid biomass may take place in phases and / or at the end of the fermentation process in order to prevent, for example, stabilization or reduction of biogas production.
Das Aufbringen der Flüssigbiomasse, insbesondere bei einer vorgesehenen Verweildauer der Flüssigbiomasse, bewirkt somit, dass ein großes Gasvolumen bei hohem Methangehalt gewährleistet wird und die eingesetzte Biomasse aufgrund des hohen Abbaugrads innerhalb der vorgesehenen Vergärzeit fast vollständig umgesetzt wird, sodass nahezu keine ungenutzten Gärreste zurückbleiben. Ebenfalls kann durch das Aufbringen beziehungsweise Einspeisen der Flüssigbiomasse die Verweilzeit der im Feststofffermenter vorhandenen Biomasse derart verlängert werden, dass ein Stabilisieren oder Reduzieren der Biogaserzeugung verhindert und die Effizienz und Ausbeute des Feststofffermenters beziehungsweise der Biogasanlage gesteigert wird.The application of the liquid biomass, in particular at a designated residence time of the liquid biomass, thus causing a large volume of gas is ensured at high methane content and the biomass used is almost completely implemented within the intended fermentation due to the high degree of degradation, leaving almost no unused digestate. Likewise, the residence time of the biomass present in the solid-fermenter can be prolonged by applying or feeding in the liquid biomass in such a way that stabilization or reduction of the biogas production is prevented and the efficiency and yield of the solid-fermenter or of the biogas plant is increased.
Um beispielsweise eine kontinuierliche Gasausbeute der Biogasanlage zu gewährleisten, wird das Aufbringen der Flüssigbiomasse, bevorzugt die Dauer, Frequenz, Dosierung und/oder Art des Aufbringens, anhand der Qualität, bevorzugt anhand des Biogasvolumens, des Biogasvolumenstroms, des Methangasgehalts und/oder des Restgasgehalts des erzeugten Biogases, geregelt.To ensure, for example, a continuous gas yield of the biogas plant, the application of the liquid biomass, preferably the duration, frequency, dosage and / or type of application, based on the quality, preferably based on the biogas volume, the biogas volume flow, the methane gas content and / or the residual gas content of generated biogas, regulated.
Dadurch, dass das Aufbringen der Flüssigbiomasse anhand der Qualität des erzeugten Biogases geregelt wird, kann der Ertrag an verwertbarem Biogas optimiert werden. Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Steuerungen, welche die Betriebsparameter eines Feststofffermenters anhand vorgegebener, weitgehend starrer Muster steuern, kann über die vorgeschlagene Regelung und den damit einhergehenden Rückkopplungsmechanismus erreicht werden, dass zu jedem gegebenen Zeitpunkt beziehungsweise in jedem gegebenen Zeitabschnitt der Feststofffermenter in einem optimierten Bereich betrieben wird.The fact that the application of the liquid biomass is regulated by the quality of the biogas produced, the yield of usable biogas can be optimized. In contrast to the controls known from the prior art, which control the operating parameters of a solid fermenter based on predetermined, largely rigid pattern, can be achieved via the proposed scheme and the associated feedback mechanism that at any given time or in any given period of the solid fermenter operated in an optimized area.
Unter der Qualität des erzeugten Biogases werden das erzeugte Biogasvolumen, der erzeugte Biogasvolumenstrom, der Methangasgehalt und/oder der Restgasanteil in dem erzeugten Biogas verstanden. Andere Parameter in dem erzeugten Biogas können ebenfalls als Regelgröße zur Regelung des Aufbringens der Flüssigbiomasse hinzugezogen werden, so wie beispielsweise die Variation des Biogasvolumenstroms oder des Methangasgehalts.The quality of the biogas produced is understood to mean the volume of biogas produced, the biogas volume flow generated, the methane gas content and / or the residual gas content in the biogas produced. Other parameters in the biogas produced can also be used as a controlled variable for controlling the application of the liquid biomass, such as, for example, the variation of the biogas volume flow or the methane gas content.
Über eine Regelung der erzeugten Biogasqualität, beispielweise auf einen vorgegebenen Methangasanteil hin, kann über einen längeren Zeitraum hinweg eine konstante Ausbeute an Methangas erreicht werden, wodurch die nachfolgende Verwertung vereinfacht wird. Beispielsweise wird die Verbrennung in einem nachgeschalteten Blockheizkraftwerk (BHKW) vereinfacht, wenn ein konstanter Methangasanteil im zugeführten Biogas vorliegt.By controlling the biogas quality produced, for example, to a given proportion of methane gas, over a longer period of time, a constant yield of methane gas can be achieved, whereby the subsequent recovery is simplified. For example, the combustion in a downstream cogeneration plant (CHP) is simplified if there is a constant proportion of methane gas in the supplied biogas.
In der Startphase beziehungsweise Anfangsphase eines Feststofffermenters, beispielsweise direkt nach dem Schließen des gasdichten Tores, kann über die Regelung ein schneller Beginn des Vergärprozesses erreicht werden, da die Qualität des abgezogenen Biogases als Regelgröße verwendet wird. Entsprechend kann das Aufbringen der Flüssigbiomasse in der Startphase des Vergärprozesses so geregelt werden, dass das abgezogene Biogas einem vorgegebenen Qualitätsverlauf folgt. Insbesondere können beispielsweise die Frequenz, die Menge und/oder die Dauer des Aufbringens so geregelt werden, dass die Vergärung der Biomasse auch in einer Anfangsphase optimiert wird. Betriebsparameter des Feststofffermenters können zudem entsprechend gewählt werden, um beispielsweise eine saure Hydrolyse und einen thermophilen Betrieb nicht nur zu ermöglichen sondern bevorzugt zu fördern.In the start phase or initial phase of a solid fermenter, for example, directly after closing the gas-tight door, a quick start of the fermentation process can be achieved via the scheme, since the quality of the withdrawn biogas is used as a controlled variable. Accordingly, the application of the liquid biomass in the starting phase of the fermentation process can be regulated so that the withdrawn biogas follows a predetermined quality course. In particular, for example, the frequency, the amount and / or the duration of the application can be regulated so that the fermentation of the biomass is optimized even in an initial phase. Operating parameters of the solid fermenter can also be selected accordingly, for example, not only to allow acid hydrolysis and thermophilic operation but preferably to promote.
Damit kann auch in der Startphase des Vergärungsprozesses unmittelbar auf unterschiedliche Beladungen des Feststofffermenters eingegangen werden, ohne dass die spezifische Zusammensetzung der Beladung bekannt sein muss. Üblicherweise variiert die in einen Feststofffermenter einbringbare stapelbare Biomasse von Beladung zu Beladung bezüglich ihrer Zusammensetzung, ihrer Porosität, ihres Energiegehalts, ihres Faseranteils sowie ihres Feuchtegehalts. Über die weitgehend starren Steuermuster des Standes der Technik kann diesen unterschiedlichen Gegebenheiten nicht Rechnung getragen werden.Thus, even in the starting phase of the fermentation process can be addressed directly to different loads of the solid fermenter without the specific composition of the load must be known. Usually, the stackable biomass that can be introduced into a solid-fermenter varies from load to load in terms of its composition, its porosity, its energy content, its fiber content and its moisture content. About the largely rigid Control pattern of the prior art can not be taken into account these different circumstances.
Durch die vorgeschlagene Regelung, welche als Regelgröße die Gasqualität verwendet, wird dies jedoch berücksichtigt. Entsprechend wird der Vergärprozess der Gesamtanlage durch das geregelte Aufbringen der Flüssigbiomasse (in einen oder mehrere Feststofffermenter) und die Variation der Betriebsparameter in einem derart optimierten Bereich betrieben, dass das abgezogene Biogas einem vorgegebenen Soll-Verlauf der Regelgröße folgt und kann unabhängig von der jeweiligen Beladung des Feststofffermenters die Gasausbeute optimiert werden.However, this is taken into account by the proposed regulation, which uses gas quality as a controlled variable. Accordingly, the fermentation process of the entire plant is operated by the controlled application of the liquid biomass (in one or more solid fermenter) and the variation of the operating parameters in such an optimized range that the withdrawn biogas follows a predetermined desired course of the controlled variable and can be independent of the respective load the solid fermenter, the gas yield can be optimized.
Weiterhin handelt es sich bei der Vergärung von stapelbarer Biomasse in einem Feststofffermenter um einen biologischen Prozess, welcher nicht vollständig vorhersagbar und entsprechend nicht über ein starres Steuermuster optimal ausbeutbar ist. Über die vorgeschlagene Regelung können auch diese Abweichungen im Vergärprozess, welche von Feststofffermenter zu Feststofffermenter in einer Biogasanlage unterschiedlich sein können, sowie welche von Beladung von Beladung variieren können, berücksichtigt werden, und es wird dennoch stets ein optimierter Vergärprozess erreicht.Furthermore, the fermentation of stackable biomass in a solids fermenter is a biological process which is not fully predictable and accordingly not optimally exploitable via a rigid control pattern. The proposed regulation can also take into account these deviations in the fermentation process, which may vary from solid-fermenter to solid-fermenter in a biogas plant, and which may vary from loading to loading, and nevertheless an optimized fermentation process is always achieved.
Damit wird als Regelgröße die Biogasqualität verwendet, also beispielsweise das erzeugte Biogasvolumen beziehungsweise der Biogasvolumenstrom, der Methangasgehalt und/oder der Restgasgehalt, und die Soll-Regelgröße wird über eine Führgröße entlang des optimalen dynamischen Verlaufs des Vergärvorganges geführt.Thus, the biogas quality is used as a control variable, so for example, the generated biogas volume or the biogas volume flow, the methane gas content and / or the residual gas content, and the target controlled variable is guided via a guide along the optimal dynamic course of Vergärvorganges.
Die Führgröße kann entweder für einen gegebenen Feststofffermenter vorgegeben sein, oder aber aufgrund weiterer Parameter, wie beispielsweise der Zusammensetzung der jeweils in den Feststofffermenter eingebrachten Biomasse, der bisherigen Verweildauer, der Menge der eingebrachten Biomasse und/oder des aktuellen Vergärzustandes gebildet werden, um hier eine weitere Optimierung des Vergärvorganges durchzuführen.The lead size can either be predefined for a given solid-fermenter or else be formed on the basis of further parameters, such as the composition of the biomass introduced into the solid-fermenter, the previous residence time, the amount of introduced biomass and / or the current fermentation state to carry out further optimization of the fermentation process.
Auf diese Weise kann weiterhin im Zusammenspiel mit den anderen Feststofffermentern einer Biogasanlage eine gleichbleibende Biogasqualität erreicht werden, da die einzelnen Feststofffermenter einem vorgegebenen Verlauf in der Biogasqualität folgen und entsprechend das aus allen aktiven Feststofffermentern zusammen gemischte Biogas im Zeitverlauf stets eine gleichbleibende Qualität aufweisen kann.In this way, a constant biogas quality can continue to be achieved in interaction with the other solid fermenters of a biogas plant, since the individual solid fermenters follow a predetermined course in the biogas quality and accordingly the biogas mixed together from all active solid fermenters over time can always have a consistent quality.
Beispielsweise kann die aufzubringende Menge der Flüssigbiomasse in einem Feststofffermenter anhand der Qualität des erzeugten Biogases angepasst werden, um in einer Anfangsphase oder Endphase des Vergärprozesses in einem der Feststofffermenter die dann auftretende geringe Methanproduktion zu kompensieren. Entsprechend kann durch weiteres Aufbringen der Flüssigbiomasse die Biogasproduktion in der gesamten Anlage stabilisiert werden. Ebenfalls kann nach einer Anfangsphase beziehungsweise Anlaufphase Flüssigbiomasse aufgebracht werden, um beispielsweise mit einer kurzfristigen höheren Biogaserzeugung im jeweiligen Feststofffermenter einen Ausfall der Biogaserzeugung eines anderen Feststofffermenters, beispielsweise während einer Neubefüllung, zu kompensieren.For example, the amount of liquid biomass to be applied in a solids fermenter can be adjusted on the basis of the quality of the biogas produced in order to compensate for the low methane production then occurring in one of the solids fermenters in an initial phase or final phase of the fermentation process. Accordingly, by further application of the liquid biomass biogas production in the entire system can be stabilized. Likewise, after an initial phase or start-up phase, liquid biomass can be applied in order, for example, to compensate for a failure of the biogas production of another solid fermenter, for example during refilling, with a short-term higher biogas production in the respective solid fermenter.
Die in einem Aufbringungsvorgang aufgebrachte Flüssigbiomasse entspricht bevorzugt zwischen 0,1 und 20 Prozent, bevorzugt zwischen 1 und 10 Prozent der Masse der stapelbaren Biomasse.The liquid biomass applied in an application process preferably corresponds to between 0.1 and 20 percent, preferably between 1 and 10 percent of the mass of the stackable biomass.
Die Masse beziehungsweise Menge der Flüssigbiomasse stellt insbesondere eine Obergrenze für eine vorgegebene Zeiteinheit dar, welche, je nach Erfordernis und Ausgestaltung der Biogasanlage, zwischen einem Tag und einem Jahr beziehungsweise 365 Tagen variierbar ist. Bevorzugt entspricht die Obergrenze der Menge der in einem Aufbringungsvorgang aufgebrachten Flüssigbiomasse ein Jahr.The mass or quantity of the liquid biomass, in particular, represents an upper limit for a given time unit, which, depending on the requirement and configuration of the biogas plant, can be varied between one day and one year or 365 days. Preferably, the upper limit of the amount of liquid biomass applied in an application process is one year.
Die Struktur des Feststoffbettes im Feststofffermenter dient als Matrix für die Vergärung und den Abbau der Flüssigbiomasse.The structure of the solid bed in the solid fermenter serves as a matrix for the fermentation and degradation of the liquid biomass.
Um den Vergärprozess und die Biogaserzeugung zu fördern, wird die stapelbare Biomasse vor und/oder nach dem Aufbringen der Flüssigbiomasse bevorzugt perkoliert.In order to promote the fermentation process and biogas production, the stackable biomass is preferably percolated before and / or after application of the liquid biomass.
Ein Perkolieren der stapelbaren Biomasse vor dem Aufbringen der Flüssigbiomasse hat unter anderem den Vorteil, dass das vor dem Aufbringen der Flüssigbiomasse und durch das Perkolieren bereitgestellte große Volumen an stoffwechselaktivem Mikroorganismen-Feststoffbett beziehungsweise die Biofilme beim Aufbringen der Flüssigbiomasse unmittelbar mit energiereicher Flüssigbiomasse versorgt werden. Die saure Hydrolyse und/oder der Vergärprozess werden mithin gefördert.One of the advantages of percolating the stackable biomass before applying the liquid biomass is that the large volume of metabolically active microorganism solid bed or biofilms provided before the application of the liquid biomass and percolation is directly supplied with high-energy liquid biomass when the liquid biomass is applied. The acidic hydrolysis and / or the fermentation process are thus promoted.
Der Vorteil des Perkolierens der stapelbaren Biomasse nach dem Aufbringen der Flüssigbiomasse liegt unter anderem darin, dass der Vergärprozess und die Biogaserzeugung weiterhin gesteigert werden. Die im Feststofffermenter vorhandene Flüssigkeit wird dabei zunächst abgelassen und bevorzugt über einen Perkolatrücklauf in den bereits vorhandenen Perkolatkreislauf geführt. Die Flüssigbiomasse hat sich dabei bereits zersetzt, sodass lediglich Restanteile dem Perkolatkreislauf zugeführt werden, welche sich dann in dem vorgesehenen Perkolattank zersetzen können, ohne dass sich eine Schicht im Perkolattank anreichern wird.The advantage of percolating the stackable biomass after the application of the liquid biomass is, inter alia, that the fermentation process and the biogas production are further increased. The liquid present in the solid-fermenter is first discharged and preferably passed through a percolate return into the already existing percolate circulation. The liquid biomass has already decomposed, so that only residual proportions are fed to the percolate circulation, which is then in the proposed percolate tank can decompose without a layer in the percolate tank will accumulate.
Weiterhin ist vorgesehen, dass das Perkolieren, wie das Aufbringen der Flüssigbiomasse, kontinuierlich, zyklisch und/oder pulsierend erfolgen kann. Beispielsweise kann das Perkolieren phasenweise erfolgen, um eine dauerhafte Versorgung mit aktivem Perkolat zu gewährleisten und den Vergärprozess zu fördern.It is further provided that the percolation, such as the application of the liquid biomass, can be continuous, cyclic and / or pulsating. For example, percolation can be phased to ensure a sustained supply of active percolate and to promote the fermentation process.
Darüber hinaus kann auch die Zusammensetzung des Perkolats, welches zur Berieselung der stapelbaren Biomasse in dem Feststofffermenter vorgesehen ist, variieren, beispielsweise bezüglich seiner Beladung mit Mikroorganismen, welche schlussendlich zur Ausbildung der das Biogas erzeugenden Biofilme in der Biomasse führt.In addition, the composition of the percolate, which is provided for sprinkling the stackable biomass in the Feststofffermenter vary, for example, with respect to its loading with microorganisms, which ultimately leads to the formation of the biogas-producing biofilms in the biomass.
Um das Aufbringen der Flüssigbiomasse zu vereinfachen, kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Flüssigbiomasse dem Perkolat beigemengt wird. Die Flüssigbiomasse wird dabei bevorzugt in einer vorgegebenen Menge beigemengt, welche zwischen 0,1 und 20 Prozent, bevorzugt zwischen 1 und 10 Prozent der stapelbaren Biomasse, entspricht.In order to simplify the application of the liquid biomass, it may further be provided that the liquid biomass is added to the percolate. The liquid biomass is preferably added in a predetermined amount which corresponds to between 0.1 and 20 percent, preferably between 1 and 10 percent of the stackable biomass.
Durch das Beimengen der Flüssigbiomasse in das Perkolat können bestehende Leitungen und Aufbringungsvorrichtungen genutzt und das Einspeisen vereinfacht werden. Auf kostenintensive Zusatzinstallationen, Modifikationen und/oder Komponenten kann somit verzichtet werden. Bevorzugt wird die Flüssigbiomasse stromaufwärts der Perkolatzufuhr beziehungsweise zwischen einem Perkolattank und einer Einspeisungsanordnung des Feststofffermenters dem Perkolat beigemengt. Dies hat einerseits den Vorteil, dass keine separaten Leitungen erforderlich sind beziehungsweise darauf großteils verzichtet werden kann, andererseits, dass die Flüssigbiomasse bereits vor dem Aufbringen auf die stapelbare Biomasse mit dem Perkolat gemischt und eine gleichmäßige Verteilung und gegebenenfalls eine weitere Verflüssigung der Flüssigbiomasse gewährleistet werden. Die Menge der Flüssigbiomasse entspricht, wie oben bereits beschrieben, bevorzugt einer Menge für eine vorgegebene Zeiteinheit oder für einen Vergärvorgang.By incorporating the liquid biomass into the percolate, existing conduits and applicators can be used and feeding can be simplified. Costly additional installations, modifications and / or components can thus be dispensed with. Preferably, the liquid biomass is added to the percolate upstream of the percolate feed or between a percolate tank and a feed arrangement of the solid fermenter. This has the advantage on the one hand that no separate lines are required or can largely be dispensed with, on the other hand that the liquid biomass already mixed before application to the stackable biomass with the percolate and a uniform distribution and optionally further liquefaction of the liquid biomass are guaranteed. The amount of liquid biomass, as described above, preferably corresponds to an amount for a given time unit or for a fermentation process.
In einer besonders bevorzugten Variante werden das Aufbringen der Flüssigbiomasse und/oder der Vergärprozess anhand mindestens eines Betriebsparameters des Feststofffermenters geregelt. Als direkt zugängliche Betriebsparameter sind dabei insbesondere die Feststofffermentertemperatur, die Menge des aufgebrachten Perkolats, der Druck, die Gasmischung, der partielle Gasdruck, die Menge, der pH-Wert, die Zusammensetzung, die bisherige Verweildauer und/oder der Vergärzustand der in dem Feststofffermenter aufgenommenen Biomasse geeignet. Ebenfalls sind andere direkt zugängliche Parameter, welche als Stellgrößen in der vorgeschlagenen Regelung verwendet werden können, denkbar.In a particularly preferred variant, the application of the liquid biomass and / or the fermentation process are regulated by means of at least one operating parameter of the solid fermenter. As directly accessible operating parameters are in particular the solid-fermenter temperature, the amount of applied percolate, the pressure, the gas mixture, the partial gas pressure, the amount, the pH, the composition, the previous residence time and / or the fermentation state of the recorded in the solid fermenter Biomass suitable. Likewise, other directly accessible parameters which can be used as manipulated variables in the proposed regulation are conceivable.
Um den Vergärprozess, insbesondere den thermophilen Betrieb des Feststofffermenters, zu fördern, wird ein Lagertank und/oder ein Einspeisetank der Flüssigbiomasse bevorzugt temperiert. Dies kann insbesondere durch eine jeweilige Anordnung in einer Feststofffermenteranlage und/oder an einem Blockheizkraftwerk erfolgen. Beispielsweise kann die Wärme eines Blockheizkraftwerks oder die Wärme eines benachbarten Feststofffermenters oder einer externen Heizquelle wie beispielsweise Solarthermie oder Prozessabwärme zur Temperierung genutzt werden, um einen Lagertank beziehungsweise Einspeisetank zu temperieren und eine erforderliche und/oder vorgegebene Fließfähigkeit der Flüssigbiomasse zu gewährleisten.In order to promote the fermentation process, in particular the thermophilic operation of the solid fermenter, a storage tank and / or a feed tank of the liquid biomass is preferably tempered. This can be done in particular by a respective arrangement in a Feststofffermenteranlage and / or at a combined heat and power plant. For example, the heat of a combined heat and power plant or the heat of an adjacent solid fermenter or an external heat source such as solar thermal or process heat for temperature control can be used to temper a storage tank or feed tank and to ensure a required and / or predetermined flowability of the liquid biomass.
Falls mehrere Feststofffermenter in einer Biogasanlage vorhanden sind, kann in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens weiterhin vorgesehen sein, dass für jeden Feststofffermenter in einer Biogasanlage die Regelung des Aufbringens der Flüssigbiomasse und/oder des Vergärprozesses separat und unabhängig von den anderen Feststofffermentern durchgeführt wird. Bevorzugt werden dabei mindestens zwei Feststofffermenter gleichzeitig aufgrund der Qualität des miteinander vermischten Gasstroms aller Biogasströme geregelt.If a plurality of solid fermenters are present in a biogas plant, it can further be provided in a further preferred embodiment of the method that the regulation of the application of the liquid biomass and / or the fermentation process is carried out separately and independently of the other solid fermenters for each solid fermenter in a biogas plant. At least two solids fermenters are preferably simultaneously controlled on the basis of the quality of the mixed gas stream of all biogas streams.
Die Regelung des jeweiligen Vergärprozesses anhand der Qualität des erzeugten Biogases findet für jeden individuellen Feststofffermenter einer Biogasanlage separat statt. Entsprechend kann der Verlauf einer jeweiligen Vergärung innerhalb eines Feststofffermenters für zwei Feststofffermenter innerhalb einer Biogasanlage vollkommen unterschiedlich verlaufen, abhängig davon, mit welchem Biomassenmix die jeweiligen Feststofffermenter beladen wurden, und welche anderen äußeren Parameter in den jeweiligen Vergärprozess eingreifen. Die beiden unterschiedlichen Verläufe der Vergärung in den jeweiligen Feststofffermentern führen jedoch in beiden Fällen zu einer Optimierung der Ausbeute an Biogas und insbesondere zu einer Optimierung der Ausbeute an Methan in dem jeweiligen Vergärungsprozess, so dass nach Abschluss des Vergärprozesses die bestmögliche Biogasproduktion erreicht wurde.The regulation of the respective fermentation process based on the quality of the biogas produced takes place separately for each individual solid fermenter of a biogas plant. Accordingly, the course of a respective fermentation within a solid fermenter for two solids fermenter within a biogas plant run completely different, depending on which biomass mix the respective solid fermenter were loaded, and which other external parameters intervene in the respective fermentation process. However, the two different courses of fermentation in the respective solid fermenters lead in both cases to an optimization of the yield of biogas and in particular to an optimization of the yield of methane in the respective fermentation process, so that after completion of the fermentation process the best possible biogas production was achieved.
Ebenfalls kann die aufzubringende Menge der Flüssigbiomasse in einem Feststofffermenter anhand der Qualität des erzeugten Biogases angepasst werden, um eine Verringerung der Methanproduktion, z. B. in einer Anfangsphase oder Endphase des Vergärprozesses, während einer Neubefüllung oder durch eine geringere Menge der eingeführten stapelbaren Biomasse, in einem anderen Feststofffermenter zu kompensieren. Bevorzugt wird dabei der Gesamtgasverlauf über die Gesamtanlage beziehungsweise Biogasanlage detektiert, wobei die Flüssigbiomasse in den jeweiligen Feststofffermentern per Rückkopplung entsprechend aufgebracht beziehungsweise eingespeist wird. Entsprechend können durch weiteres Aufbringen der Flüssigbiomasse die Biogasproduktion in der gesamten Anlage stabilisiert, gegebenenfalls optimiert und ein kontinuierlicher Volumenstrom des erzeugten Biogases gewährleistet werden. So kann der aus einer Biogasanlage ausgestoßene Biogasertrag bezüglich der Qualität des Biogases geregelt werden, um entsprechend aus dem Wechselspiel der individuellen Feststofffermenter eine konstante Biogasqualität zu erreichen.Also, the amount of liquid biomass to be applied in a solids fermenter can be adjusted based on the quality of biogas produced to reduce methane production, e.g. In an initial phase or final phase of the fermentation process, during refilling or by a lesser amount of the introduced stackable biomass, in another Compensate solid fermenter. Preference is given to the total gas flow over the entire system or biogas plant is detected, wherein the liquid biomass is applied in accordance with the respective solids fermenters by feedback or fed. Accordingly, further application of the liquid biomass stabilizes the biogas production in the entire plant, optionally optimizing it and ensuring a continuous volume flow of the biogas produced. Thus, the biogas yield emitted from a biogas plant can be regulated with regard to the quality of the biogas in order to achieve a constant biogas quality from the interplay of the individual solid-matter fermenters.
Weiterhin wird eine Vorrichtung zur Erzeugung von Biogas mit den Merkmalen des Anspruchs 13 vorgeschlagen. Entsprechend umfasst die Vorrichtung mindestens einen Feststofffermenter zur Aufnahme stapelbarer Biomasse, wobei die stapelbare Biomasse von einem Perkolatstrom durchströmbar ist, um in einem Vergärprozess Biogas zu erzeugen. Erfindungsgemäß ist eine Regelung zur Regelung des Vergärprozesses vorgesehen, welche eingerichtet ist, um zusätzlich Flüssigbiomasse auf die stapelbare Biomasse aufzubringen.Furthermore, a device for generating biogas with the features of claim 13 is proposed. Accordingly, the device comprises at least one solid-matter fermenter for receiving stackable biomass, wherein the stackable biomass can be flowed through by a percolate stream in order to produce biogas in a fermentation process. According to the invention, a regulation for regulating the fermentation process is provided, which is set up to additionally apply liquid biomass to the stackable biomass.
Bevorzugt ist dabei zumindest ein von einem Perkolatbehälter separater Flüssigbiomassebehälter, Flüssigbiomassebehälterteil, Lagertank und/oder Einspeisetank der Flüssigbiomasse vorgesehen, wobei die Regelung eingerichtet ist, um Flüssigbiomasse dem Perkolat beizumengen, bevorzugt stromaufwärts der Perkolatzufuhr.In this case, at least one liquid biomass container, liquid biomass container part, storage tank and / or feed tank of the liquid biomass is preferably provided, wherein the control is set up to add liquid biomass to the percolate, preferably upstream of the percolate supply.
Ein Flüssigbiomassebehälter oder Lagertank kann dabei einen Sensor aufweisen, um den Füllstand zu kontrollieren. Dies hat unter anderem den Vorteil, dass beispielsweise die vorhandene Menge der Flüssigbiomasse auch bei unregelmäßigen Anlieferungen und/oder Mengen erfasst werden kann.A Flüssigbiomassebehälter or storage tank can have a sensor to control the level. This has, inter alia, the advantage that, for example, the amount of liquid biomass present can be detected even in the case of irregular deliveries and / or quantities.
Die Flüssigbiomasse kann auch in Fässern oder ähnlichen Behältern gelagert werden. Dies kann insbesondere bei regelmäßiger Anlieferung vorteilhaft sein, wobei die Fässer bevorzugt unmittelbar für den jeweiligen Fermenter eingesetzt beziehungsweise verwendet werden können. Entsprechend weisen die Fässer bevorzugt vorgegebene Standarddimensionen auf, sodass diese stapelbar sind, diese ohne weitere Modifikationen einsetzbar sind und die Menge der vorhandenen Flüssigbiomasse unmittelbar aus der Zahl der Fässer hervorgeht.The liquid biomass can also be stored in barrels or similar containers. This can be advantageous in particular with regular delivery, wherein the barrels can preferably be used or used directly for the respective fermenter. Accordingly, the barrels preferably have predetermined standard dimensions, so that they are stackable, they can be used without further modifications and the amount of liquid biomass present emerges directly from the number of barrels.
Um die Fließfähigkeit der Flüssigbiomasse zu gewährleisten, kann weiterhin eine Heizvorrichtung oder Heizanordnung vorgesehen sein, sodass die Flüssigbiomasse beispielsweise auch bei niedrigen Temperaturen unmittelbar eingespeist werden kann. Hierzu kann auch eine bereits vorhandene Temperierung eines Perkolattanks verwendet werden. Bevorzugt wird die Flüssigbiomasse durch eine Anordnung des Flüssigbiomassebehälters temperiert, beispielsweise durch Nutzung der Abwärme eines Blockheizkraftwerks.In order to ensure the fluidity of the liquid biomass, a heating device or heating arrangement can furthermore be provided, so that the liquid biomass can be fed in, for example, even at low temperatures. For this purpose, an already existing temperature of a percolate tank can be used. Preferably, the liquid biomass is tempered by an arrangement of the liquid biomass container, for example by utilizing the waste heat of a combined heat and power plant.
Für das Aufbringen beziehungsweise die Einspeisung der Flüssigbiomasse können weiterhin eine oder mehre Pumpen vorgesehen sein. Bevorzugt werden dazu Schlauchquetschpumpen und Drehkolbenpumpen verwendet. Während beispielsweise eine Schlauchquetschpumpe bevorzugt verwendet wird, um die Flüssigkeit in die Perkolatleitung zu fördern, kann eine Drehkolbenpumpe auf der Saugseite die im Feststofffermenter vorhandene Flüssigkeit abpumpen und in den Perkolatbehälter und/oder Perkolatkreislauf fördern. Sowohl Schlauchquetschpumpen als auch Drehkolbenpumpen, gegebenenfalls mit einer Drosselfunktion, sind in herkömmlichen Feststofffermentern oft bereits vorhanden, sodass weitere Zusatzinstallationen für das Aufbringen von Flüssigbiomasse nicht benötigt werden.For the application or the feeding of the liquid biomass, one or more pumps can furthermore be provided. To this end, peristaltic pumps and rotary lobe pumps are preferably used. For example, while a peristaltic squeeze pump is preferably used to deliver the liquid to the percolate line, a rotary lobe pump on the suction side may pump off the liquid present in the solids fermenter and convey it to the percolate tank and / or percolate loop. Both peristaltic pumps and rotary lobe pumps, optionally with a throttling function, are often already present in conventional solid fermenters, so that further additional installations for the application of liquid biomass are not required.
Die Regelung beziehungsweise Steuerung kann weiterhin insbesondere das Aufbringen der Flüssigbiomasse auf die stapelbare Biomasse regeln. Beispielsweise können ein Dosierventil und/oder eine Pumpenzuführung vorgesehen sein, welche mit der Regelung in Verbindung stehen. Insbesondere kann der Feststofffermenter einen Füllstanddetektor aufweisen, beispielsweise einen Drucksensor oder eine Drucksonde, um die Menge der im Feststofffermenter vorhandenen Flüssigkeit zu erfassen und das Aufbringen der Flüssigbiomasse über die Regelung zu regeln.The regulation or control can furthermore regulate in particular the application of the liquid biomass to the stackable biomass. For example, a metering valve and / or a pump supply may be provided, which are in communication with the control. In particular, the Feststofffermenter may have a level detector, such as a pressure sensor or a pressure probe to detect the amount of liquid present in the solid fermenter and to regulate the application of liquid biomass on the scheme.
Durch das Aufbringen der Flüssigbiomasse kann entsprechend eine längere Verweildauer der Biomasse in dem Feststofffermenter vorgesehen sein, sodass bei einer Neubefüllung entsprechend eine größere Menge stapelbarer Biomasse in den Feststofffermenter eingeführt werden kann. Um dies zu berücksichtigen, kann bei der Anlagendimensionierung bevorzugt ein Puffer vorgesehen sein.By applying the liquid biomass, a longer residence time of the biomass in the solid-fermenter can correspondingly be provided, so that a corresponding amount of stackable biomass can be introduced into the solid-fermenter during refilling. In order to take this into account, a buffer may preferably be provided during plant dimensioning.
Um eine verbesserte Verteilung der Flüssigbiomasse bereitzustellen, kann die Regelung dazu eingerichtet sein, um Flüssigbiomasse mittels einer mit dem Perkolat gemeinsamen Ausgabeanordnung, bevorzugt zumindest einer Sprühdüse und/oder einem Dosierventil, auf die stapelbare Biomasse aufzubringen. Das Aufbringen erfolgt bevorzugt durch Verteilen, Vernebeln oder Verregnen. Als Ausgabeanordnung kann beispielsweise ein Vernebler, eine Brause oder lediglich ein Leitungsabfluss vorgesehen sein.In order to provide an improved distribution of the liquid biomass, the control can be set up to apply liquid biomass to the stackable biomass by means of a dispensing arrangement common to the percolate, preferably at least one spray nozzle and / or one metering valve. The application is preferably carried out by spreading, misting or raining. As a dispensing arrangement, for example, a nebulizer, a shower or just a line drain can be provided.
Zur Bestimmung der Qualität des aus einem Feststofffermenter abgezogenen Biogases, der Feststofffermentertemperatur, des Drucks, der Gasmischung, des partiellen Gasdrucks, des Vergärzustands oder des pH-Werts der in dem Feststofffermenter aufgenommenen Biomasse kann weiterhin zumindest ein Sensor vorgesehen sein, welcher die Regelung des Vergärprozesses und/oder des Aufbringens der Flüssigbiomasse regelt.For the determination of the quality of biogas withdrawn from a solid - fermenter, Furthermore, at least one sensor which regulates the regulation of the fermentation process and / or the application of the liquid biomass may be provided at least one of the solid fermenter temperature, the pressure, the gas mixture, the partial gas pressure, the fermentation state or the pH of the biomass received in the solids fermenter.
Bevorzugt ist ein Sensor zur Bestimmung der Qualität des aus einem Feststofffermenter abgezogenen Biogases vorgesehen, welche die Regelung des Aufbringens der Flüssigbiomasse regelt. Beispielsweise kann der Sensor als ein Gassensor ausgebildet sein, um einen oder mehrere Gasanteile, das Gasvolumen und/oder die Erzeugungsrate zu bestimmen. Ebenfalls kann vorgesehen sein, dass ein partieller oder ein Gesamtdruck gemessen wird. Zusätzlich oder alternativ zu einem Gassensor können auch die Temperatur und/oder der pH Wert der im Feststofffermenter vorhandenen Flüssigkeit mittels eines entsprechenden Sensors bestimmt werden. Die Messungen können manuell erfolgen, werden jedoch bevorzugt automatisch, insbesondere zyklisch, erfasst. Folglich können die Messwerte als Rückkopplung verwendet werden, um das Aufbringen der Flüssigbiomasse und/oder den Vergärprozess direkt oder über eine Regelung zu regeln.Preferably, a sensor is provided for determining the quality of the withdrawn from a solid fermenter biogas, which regulates the regulation of the application of the liquid biomass. For example, the sensor may be designed as a gas sensor in order to determine one or more gas fractions, the gas volume and / or the generation rate. It can also be provided that a partial or a total pressure is measured. In addition or as an alternative to a gas sensor, the temperature and / or the pH of the liquid present in the solid-fermenter can also be determined by means of a corresponding sensor. The measurements can be done manually, but are preferably detected automatically, in particular cyclically. Consequently, the measurements can be used as feedback to control the application of the liquid biomass and / or the fermentation process directly or via a control.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Regelung auf die Temperatur im Fermenter über die Perkolattemperatur, die Heiztemperatur des Perkolats, die Perkolationsdauer, die Perkolationsfrequenz, die Menge des aufgebrachten Perkolats und/oder den pH-Wert des Perkolats als Stellgröße wirkt, und/oder wobei die Regelung eingerichtet ist, um den Vergärprozess, die Beaufschlagung der Biomasse mit Perkolat, die Perkolationsdauer, die aufgebrachte Perkolatmenge und/oder die Perkolationsfrequenz anhand der Qualität, bevorzugt anhand des Biogasvolumens, des Biogasvolumenstroms, des Methangasgehalts und/oder des Restgasgehalts des erzeugten Biogases zu regeln, und der Parameter bevorzugt als Regelgröße dient.Furthermore, it can be provided that the control acts on the temperature in the fermenter on the percolate temperature, the heating temperature of the percolate, percolation time, percolation frequency, the amount of applied percolate and / or the pH of the percolate as a control variable, and / or the scheme is set up to the fermentation process, the biomass with percolate, the percolation, the amount of percolate and / or percolation frequency based on the quality, preferably based on the biogas volume, the biogas volume flow, the methane gas content and / or the residual gas content of the biogas produced regulate, and the parameter preferably serves as a controlled variable.
Figurenlistelist of figures
Bevorzugte weitere Ausführungsformen und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert.
-
1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Erzeugung von Biogas mittels des beschriebenen Verfahrens; -
2 zeigt schematisch den Regelkreislauf in einer Biogasanlage; und -
3A bis3G zeigen schematisch Aufbringungsverläufe der Flüssigbiomasse und der Perkolierung.
-
1 schematically shows a device for generating biogas by means of the described method; -
2 schematically shows the control circuit in a biogas plant; and -
3A to3G show schematically application curves of liquid biomass and percolation.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter AusführungsbeispieleDetailed description of preferred embodiments
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen bezeichnet und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen in der Beschreibung zu vermeiden.In the following, preferred embodiments will be described with reference to the figures. In this case, identical, similar or equivalent elements in the different figures are denoted by identical reference numerals and a repeated description of these elements is partially omitted in order to avoid redundancies in the description.
In
Ein erster Feststofffermenter
Weiterhin ist ein Perkolattank
Aus dem Perkolattank
Entsprechend wird ein Perkolatkreislauf ausgebildet, wobei das Perkolat aus dem Perkolattank
Weiterhin sind Biogasleitungen
Zusätzliches Perkolatvolumen entsteht beispielsweise im Vergärungsprozess dadurch, dass bei der Vergärung Wasser produziert wird (zuvor gebundenes Kapillar- beziehungsweise Zellwasser, das durch die Zersetzung der Strukturen frei wird). Weiterhin werden über feuchte organische Feststoffe Zusatzvolumina an Wasser in den Perkolatkreislauf eingetragen.For example, additional percolate volume is produced in the fermentation process by producing water during fermentation (previously bound capillary or cell water released by the decomposition of the structures). Furthermore, additional volumes of water are introduced into the percolate circulation via moist organic solids.
Das über die Biogasleitungen
Die chemischen, physikalischen und/oder biologischen Eigenschaften des Perkolats im Perkolattank
In der schematischen Darstellung der
Auf der Grundlage der Messwerte der Biogasqualität kann entsprechend über eine entsprechende Regelung
Weiterhin ist ein Flüssigbiomassebehälter
Ähnlich wie für den Perkolatbehälter
Um die im Feststofffermenter
Folglich kann die Regelung
Als Regelgröße in der Regelung wird dann der entsprechende Messwert des Sensors
Da der Vergärprozess und damit die Biogasausbeute unterschiedliche Phasen durchläuft, muss auch der Sollwert der Regelgröße über den Vergärprozess hinweg angepasst werden, um eine optimale Ausnutzung der vorgehaltenen Anlagenkapazitäten und der eingesetzten Biomasse zu erreichen. Entsprechend wird eine Führungsgröße auf Grundlage des Zeitverlaufs und bevorzugt unter Berücksichtigung der Zusammensetzung der Biomasse bestimmt. Die Führungsgröße bestimmt entsprechend den Verlauf des Sollwerts der Regelgröße. Beispielsweise steigt die Biogasausbeute zu Beginn des Vergärprozesses erst langsam an, was durch einen entsprechenden Verlauf der Führungsgröße abgebildet werden kann.Since the fermentation process and thus the biogas yield goes through different phases, the setpoint of the controlled variable must also be adjusted over the fermentation process in order to achieve optimum utilization of the plant capacities and the biomass used. Accordingly, a reference variable is determined on the basis of the time course and preferably taking into account the composition of the biomass. The reference variable determines the course of the setpoint of the controlled variable accordingly. For example, the biogas yield increases slowly at the beginning of the fermentation process, which can be illustrated by a corresponding course of the reference variable.
Zu Beginn des Vergärprozesses, wenn die noch trockene Biomasse zunächst angeimpft werden muss, kann beispielsweise über eine Messung der Gasqualität und eine sich daraus ergebende Aufbringungsregelung der Flüssigbiomasse ein optimiertes Startverhalten des jeweiligen Feststofffermenters
Es hat sich gezeigt, dass die Regelung des Vergärprozesses über die eigentlich interessierende Regelgröße, nämlich die Methanausbeute, eine Vielzahl anderer Steuermechanismen überflüssig macht. Andere Betriebsparameter wie beispielsweise der pH Wert oder die Temperatur der im Feststofffermenter
Die von der Regelung
In einer Weiterbildung oder einer Variante wird die Biogasqualität über einen Sensor
In
Die Regelung
Über eine Datenbank
Das eigentliche Aufbringen der Flüssigbiomasse wird jedoch über die Messung der Qualität des erzeugten Biogases, den detektierten Füllstand, den Vergärzustand und/oder die Verweildauer der Flüssigbiomasse und/oder stapelbaren Biomasse geregelt.However, the actual application of the liquid biomass is controlled by measuring the quality of the biogas produced, the detected fill level, the fermentation state and / or the residence time of the liquid biomass and / or stackable biomass.
In
Wie in
Das Aufbringen der Flüssigbiomasse kann jedoch auch direkt am Anfang beziehungsweise nach einer Neubefüllung und gleichzeitig mit der ersten Beaufschlagung des Perkolats erfolgen, wie in
In
Ebenfalls können ein oder weitere Aufbringungsvorgänge der Flüssigbiomasse vorgesehen sein, wie in
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Aufbringen der Flüssigbiomasse getrennt beziehungsweise separat vom Perkolat und vor der ersten Phase I beziehungsweise vor der ersten Perkolierung auf die stapelbare Biomasse aufgebracht werden kann, wie in
Soweit anwendbar können alle einzelnen Merkmale, die in den einzelnen Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.As far as applicable, all the individual features illustrated in the individual embodiments can be combined and / or exchanged without departing from the scope of the invention.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Biogasanlagebiogas plant
- 2020
- erster Feststofffermenterfirst solid fermenter
- 2222
- zweiter Feststofffermentersecond solids fermenter
- 33
- PerkolattankPerkolattank
- 4040
- PerkolatzufuhrPerkolatzufuhr
- 4242
- PerkolatleitungPerkolatleitung
- 4444
- Perkolatdüse des ersten FeststofffermentersPerkolatdüse the first solid fermenter
- 4646
- Perkolatdüse des zweiten FeststofffermentersPerkolatdüse the second solid fermenter
- 4747
- Ventil zur Einspeisung von FlüssigbiomasseValve for feeding liquid biomass
- 4848
- Perkolatventil des ersten FeststofffermentersPercolate valve of the first solid fermenter
- 4949
- Perkolatventil des zweiten FeststofffermentersPercolate valve of the second solidified fermenter
- 5050
- Biogasleitung des ersten FeststofffermentersBiogas line of the first solids fermenter
- 5252
- Biogasleitung des zweiten FeststofffermentersBiogas line of the second solids fermenter
- 5353
- Biogasleitung des PerkolattanksBiogas line of percolate tank
- 77
- Sensor des PerkolattanksSensor of percolate tank
- 7171
- Sensor des FlüssigbiomassebehältersSensor of the liquid biomass container
- 7272
- Füllstandsensor des ersten FeststofffermentersLevel sensor of the first solids fermenter
- 7373
- Füllstandsensor des zweiten FeststofffermentersLevel sensor of the second solids fermenter
- 7474
- Tastaturkeyboard
- 7676
- DatenbankDatabase
- 8080
- Gassensor des ersten FeststofffermentersGas sensor of the first solid fermenter
- 8282
- Gassensor des zweiten FeststofffermentersGas sensor of the second solid fermenter
- 8484
- Regelungregulation
- 8686
- Gassensor der BiogasanlageGas sensor of the biogas plant
- 99
- FlüssigbiomassebehälterLiquid biomass tank
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