DE102016111617A1

DE102016111617A1 - Method of treating end-fermented biomass

Info

Publication number: DE102016111617A1
Application number: DE102016111617.3A
Authority: DE
Inventors: Leif-Alexander Garbe; Heralt Schöne; Hannes Damro; Ralf Reuters
Original assignee: HOCHSCHULE NEUBRANDENBURG
Current assignee: HOCHSCHULE NEUBRANDENBURG
Priority date: 2016-06-24
Filing date: 2016-06-24
Publication date: 2017-12-28

Abstract

Bei einem Verfahren zur Behandlung endvergorener Biomasse, beispielsweise von Gärresten aus Biogasprozessen, wird die Biomasse aufgeschäumt, wobei die aufgeschäumte Biomasse auf einer Siebvorrichtung angeordnet ist oder wird zum Abscheiden von Wasser aus der aufgeschäumten Biomasse unter Bildung eines behandelten Gärrests.In a method for treating end-fermented biomass, for example fermentation residues from biogas processes, the biomass is foamed, wherein the foamed biomass is arranged on a screening device or is for separating water from the foamed biomass to form a treated digestate.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung endvergorener Biomasse, beispielsweise von Gärresten aus Biogasprozessen. Endvergorene Biomasse hat einen geringen Anteil an Trockensubstanz und damit eine noch geringeren Anteil an organischer Trockensubstanz. Der Hauptbestandteil der endvergorenen Biomasse ist somit Wasser. The invention relates to a method for treating end vergorener biomass, for example of digestate from biogas processes. End-fermented biomass has a low content of dry matter and thus an even lower proportion of organic dry matter. The main component of the endogenous biomass is thus water.

In einigen Gebieten Deutschlands darf bereits heute nur noch eine begrenzte Menge an Gärresten aus Biogasanlagen auf landwirtschaftlichen Nutzflächen ausgebracht werden, so dass ein Bedarf nach einer Aufbereitung des Gärrests besteht. In some areas of Germany, only a limited amount of fermentation residues from biogas plants may now be spread on agricultural land, so that there is a need for processing the fermentation residue.

Hierbei sind relativ personalintensive bzw. energieaufwendige Membran- oder Verdampfungstechnologien bekannt. Diese Verfahren benötigen großes Know-How, sind sehr investitionsintensiv und haben einen hohen Energiebedarf. Dementsprechend entstehen bei der Aufbereitung von Gärresten entsprechend diesen Verfahren hohe Kosten. Here, relatively labor-intensive or energy-consuming membrane or evaporation technologies are known. These processes require a great deal of know-how, are very investment-intensive and have a high energy requirement. Accordingly, incurred in the processing of digestate according to these methods high costs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Behandlung endvergorener Biomasse, beispielsweise von Gärresten aus Biogasprozessen, anzugeben, das einfach und kostengünstig durchführbar ist. The invention has for its object to provide a method for treating endvergorener biomass, for example of digestate from biogas processes, indicate that is simple and inexpensive to carry out.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. This object is achieved by the invention defined in claim 1.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, die Biomasse aufzuschäumen. Es hat sich gezeigt, dass aus der aufgeschäumten Biomasse Wasser auf einfache Weise abgeschieden werden kann. The basic idea of the invention is to foam the biomass. It has been shown that water can be easily separated from the foamed biomass.

Dementsprechend ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Behandlung endvergorener Biomasse, insbesondere von Gärresten aus Biogasprozessen, bei dem die Biomasse aufgeschäumt wird und bei dem die aufgeschäumte Biomasse auf einer Siebvorrichtung angeordnet ist oder wird zum Abscheiden von Wasser aus der aufgeschäumten Biomasse unter Bildung eines behandelten Gärrests. Accordingly, the invention relates to a method for treating endvergorener biomass, in particular fermentation residues from biogas processes, in which the biomass is foamed and in which the foamed biomass is arranged on a screening device or is for separating water from the foamed biomass to form a treated digestate ,

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auf verfahrenstechnisch einfache Weise Wasser aus der endvergorenen Biomasse abgeschieden werden. By means of the method according to the invention, water can be separated from the end-fermented biomass in a process-technically simple manner.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass es nur einen äußerst geringen apparativen Aufwand erfordert und damit einfach und kostengünstig durchführbar ist. Another advantage of the method according to the invention is that it requires only a very small amount of equipment and thus easy and inexpensive to carry out.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass nach dem Aufschäumen eine Strukturveränderung der Biomasse herbeigeführt wird. Auf diese Weise ist das Abscheiden von Wasser weiter vereinfacht. An advantageous development of the invention provides that after foaming a structural change of the biomass is brought about. In this way, the separation of water is further simplified.

Das Aufschäumen der Biomasse kann erfindungsgemäß auf beliebige geeignete Weise ausgeführt werden. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht insoweit vor, dass der zu behandelnden Biomasse wenigstens eine Substanz zugesetzt wird, deren Menge und Zusammensetzung so gewählt wird, dass die Biomasse aufschäumt. Bei dieser Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Aufschäumen der Biomasse auf chemischem Wege bewirkt. The foaming of the biomass can be carried out according to the invention in any suitable manner. An advantageous development of the invention provides insofar as the biomass to be treated at least one substance is added, the amount and composition is chosen so that the biomass foams. In this embodiment, the foaming of the biomass according to the invention is effected by chemical means.

Eine Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sieht vor, dass der zu behandelnden Biomasse eine Substanz zugesetzt wird, deren Menge und Zusammensetzung so gewählt wird, dass eine Strukturveränderung der Biomasse herbeigeführt wird. A development of the aforementioned embodiment provides that the biomass to be treated, a substance is added, the amount and composition is chosen so that a structural change of the biomass is brought about.

Bei den vorgenannten Ausführungsformen können zum Bewirken des Aufschäumens einerseits und zum Bewirken der Strukturveränderung andererseits unterschiedliche Substanzen verwendet werden. Entsprechend den jeweiligen Anforderungen und verfahrenstechnischen Gegebenheiten können die das Aufschäumen bewirkende Substanz und die die Strukturveränderung bewirkende Substanz in zeitlichem Abstand zueinander zugesetzt werden. In the aforementioned embodiments, on the other hand, different substances may be used to effect the foaming on the one hand and to effect the structural change, on the other hand. In accordance with the respective requirements and procedural conditions, the substance causing the foaming and the substance causing the structural change can be added at a time interval from one another.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht insoweit vor, dass die das Aufschäumen bewirkende Substanz und die die Strukturveränderung bewirkende Substanz der zu behandelnden Biomasse gleichzeitig zugesetzt werden. An advantageous development of the invention provides insofar as the substance causing the foaming and the substance causing the structural change are simultaneously added to the biomass to be treated.

Sowohl die das Aufschäumen bewirkende Substanz als auch die die Strukturveränderung bewirkende Substanz sind entsprechend den jeweiligen Anforderungen und verfahrenstechnischen Gegebenheiten innerhalb weiter Grenzen wählbar. Both the substance causing the foaming and the substance causing the structural change can be selected within wide limits in accordance with the respective requirements and procedural conditions.

Grundlegend ist hierbei, dass zum Bewirken des Aufschäumens eine Säure oder eine andere saure Substanz zugesetzt wird. Um eine Strukturveränderung, insbesondere in Form eines Ausflockens zu bewirken, kann beispielsweise ein Flockungsmittel verwendet werden. In diesem Sinne ist es beispielsweise möglich, Essigsäure als Säure und Eisensulfat als Flockungsmittel zu verwenden. Basic here is that an acid or other acidic substance is added to effect the foaming. In order to effect a structural change, in particular in the form of flocculation, for example, a flocculant may be used. In this sense, it is possible, for example, to use acetic acid as an acid and iron sulfate as a flocculant.

Um das erfindungsgemäße Verfahren verfahrenstechnisch besonders einfach zu gestalten, sieht eine außerordentlich vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass der zu behandelnden Biomasse wenigstens eine Substanz zugesetzt wird, die sowohl ein Aufschäumen als auch eine Strukturveränderung bewirkt. Auf diese Weise erübrigt sich das Zusetzen mehrerer Substanzen während des Verfahrensablaufes. In order to make the process according to the invention particularly simple in terms of process engineering, an extraordinarily advantageous development of the invention provides that at least one substance is added to the biomass to be treated, which causes both foaming and a structural change. In this way, the clogging is unnecessary several substances during the procedure.

Bei der vorgenannten Ausführungsform ist die Substanz, die sowohl ein Aufschäumen als auch eine Strukturveränderung bewirkt, innerhalb weiter Grenzen wählbar. Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht insoweit vor, dass als sowohl ein Aufschäumen als auch eine Strukturveränderung der Biomasse bewirkende Substanz Eisen(II)-Chlorid oder Eisen(III)-Chlorid zugesetzt wird, wie dies eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vorsieht. Es hat sich herausgestellt, dass diese Substanzen im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders gut verwendet werden können. In the aforementioned embodiment, the substance which causes both foaming and structural change is selectable within wide limits. An advantageous development envisages insofar as both foaming and a structural change of the biomass-causing substance iron (II) chloride or iron (III) chloride is added, as provided for by an advantageous development of the invention. It has been found that these substances can be used particularly well in the context of the method according to the invention.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Strukturveränderung in einem Ausflocken besteht. Another advantageous development of the invention provides that the structural change consists in flocculation.

Eine andere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass der behandelte Gärrest zum weiteren Abscheiden von Wasser mechanisch gepresst wird zum Bilden eines Endproduktes. Bei dieser Ausführungsform wird zunächst in einer ersten Stufe des Verfahrens im Wege des Aufschäumens Wasser aus der Biomasse abgeschieden. In einer zweiten Stufe des Verfahrens wird dann weiteres Wasser durch mechanisches Pressen abgeschieden. Another development of the method according to the invention provides that the treated digestate is mechanically pressed for further separation of water to form a final product. In this embodiment, water is first separated from the biomass in a first stage of the process by way of foaming. In a second stage of the process, further water is then separated by mechanical pressing.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der behandelte Gärrest auf einer Siebvorrichtung angeordnet ist oder wird zum weiteren Abscheiden von Wasser aus dem behandelten Gärrest und zum Bilden eines Endproduktes. Another advantageous embodiment of the invention provides that the treated digestate is arranged on a screening device or is used for further separating water from the treated digestate and for forming a final product.

Eine Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sieht vor, dass das Endprodukt endgetrocknet wird. Auf diese Weise wird der Wassergehalt des Endproduktes weiter reduziert. A development of the aforementioned embodiment provides that the end product is finally dried. In this way, the water content of the final product is further reduced.

Um bei der vorgenannten Ausführungsform das Verfahren besonders energieeffizient zu gestalten, sieht eine vorteilhafte Weiterbildung dieser Ausführungsform vor, dass zum Endtrocknen des Endproduktes Abwärme verwendet wird. In order to make the method particularly energy-efficient in the aforementioned embodiment, an advantageous development of this embodiment provides that waste heat is used for the final drying of the end product.

Bei den vorgenannten Ausführungsformen kann das endgetrocknete Produkt als biologischer Dünger oder als Brennstoff verwendet werden, wie dies andere Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorsehen. In the aforementioned embodiments, the final dried product can be used as a biological fertilizer or as a fuel, as provided by other developments of the method according to the invention.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Endprodukt pyrolysiert wird. Another advantageous embodiment of the invention provides that the end product is pyrolyzed.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Verfahrensbeispiels näher erläutert. The invention will be explained in more detail with reference to a method example.

Verfahrensbeispiel: Process Example:

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der endvergorenen Biomasse eine sowohl ein Aufschäumen als Initiator als auch eine Strukturveränderung der Biomasse bewirkende Substanz zugesetzt, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch Eisen(II)-Chlorid oder Eisen(III)-Chlorid gebildet wird. Konzentration und Menge sind so gewählt, dass es nach einer kurzen Durchmischung der Biomasse mit dem Initiator zunächst zu einem Aufschäumen der Biomasse kommt. Außerdem wird durch die als Initiator zugesetzte Substanz die Struktur der Biomasse verändert. Die Biomasse wird hierbei erfindungsgemäß auf einem nicht allzu feinmaschigen Sieb oder Filter angeordnet, wobei Wasser in einer Menge von ca. 65 Prozent bis 75 Prozent der ursprünglichen Masse der endvergorenen Biomasse spontan und in relativ kurzer Zeit durch das Sieb/Filter abläuft. In einer zweiten Stufe dieses Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens hat sich der Gärrest durch das Aufschäumen in seiner Struktur so verändert, dass er nun pressfähig ist und durch eine mechanische Behandlung noch mehr Wasser abgibt. Eine mechanische Behandlung hat gegenüber einer thermischen Behandlung den Vorteil einer höheren Energieeffizienz. Alternativ zu einer mechanischen Behandlung kann der verbliebene feste Rest auf einer Siebunterlage über einen längeren Zeitraum so gelagert werden, dass weiteres Wasser abfließt. In one embodiment of the method according to the invention, the end-fermented biomass is supplemented with a substance causing foaming as an initiator as well as a structural change of the biomass, which in the illustrated embodiment is formed by iron (II) chloride or iron (III) chloride. Concentration and amount are chosen so that it comes after a brief mixing of the biomass with the initiator first to a foaming of the biomass. In addition, the structure of the biomass is changed by the substance added as initiator. The biomass is in this case according to the invention arranged on a not too fine-meshed sieve or filter, wherein water in an amount of about 65 percent to 75 percent of the original mass of endogenous biomass expires spontaneously and in a relatively short time through the sieve / filter. In a second stage of this embodiment of the method according to the invention, the fermentation residue has changed in its structure due to foaming in such a way that it is now capable of pressing and gives off even more water by means of a mechanical treatment. A mechanical treatment has the advantage of higher energy efficiency compared to a thermal treatment. As an alternative to a mechanical treatment, the remaining solid residue can be stored on a sieve pad for a longer period of time so that further water flows off.

In einer dritten Stufe dieses Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der resultierende Stoff, insbesondere unter Ausnutzung von Abwärme, endgetrocknet werden. Das resultierende Endprodukt stellt einen biologischen Dünger dar und kann verpackt und verkauft werden. In a third stage of this embodiment of the method according to the invention, the resulting material, in particular using waste heat, can be finally dried. The resulting end product is a biological fertilizer and can be packaged and sold.

Sofern die endvergorene Biomasse belastet ist, kann sie ebenfalls endgetrocknet werden, insbesondere unter Ausnutzung von Abwärme. Das resultierende Endprodukt kann dann als Brennstoff an Kohle- oder Biomasse-(Heiz)Kraftwerke verkauft werden. Auch ein Einsatz als Brennmaterial für Kaminöfen in brikettierter Form ist möglich. If the end-fermented biomass is loaded, it can also be finally dried, in particular by utilizing waste heat. The resulting end product can then be sold as fuel to coal or biomass (heating) power plants. A use as fuel for stoves in briquetted form is possible.

In einer vierten Stufe dieses Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das endgetrocknete Endprodukt pyrolysiert werden. Hierbei entstehen drei Fraktionen, nämlich Pyrolysekoks, Pyrolyseöl und Pyrolysegase, die alle vorteilhaft weitergenutzt werden können. In a fourth step of this embodiment of the method according to the invention, the end-dried end product can be pyrolyzed. This results in three fractions, namely pyrolysis, pyrolysis and pyrolysis gases, all of which can be advantageously used.

Der nach einer Pyrolyse zurückbleibende Feststoff wird als Pyrolysekoks bezeichnet. Der Pyrolysekoks kann in der ersten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Filtration des austretenden Wassers eingesetzt werden und enthält das in der endvergorenen Biomasse enthaltene Phosphat. Durch die Verwendung als Filter wird zusätzlich Nitrat angelagert. Auf Nutzflächen ausgebracht und eingearbeitet stellt der Pyrolysekoks seinerseits nun einen Dünger dar, andererseits bindet er aufgrund seiner stabilen Matrix Kohlenstoff im Boden und trägt zur Reduzierung von freiem Kohlenstoff und damit zur Reduzierung von Kohlendioxid (Treibhausgas) in der Atmosphäre bei. Zudem wird die Bodenstruktur aufgelockert, was ebenfalls einen positiven Effekt darstellt. The remaining after a pyrolysis solid is referred to as pyrolysis. The pyrolysis coke can be used in the first stage of the process according to the invention for the filtration of the outgoing water and contains the phosphate contained in the endogenous biomass. By using it as a filter, nitrate is also added. Applied to land and incorporated the pyrolysis coke in turn is now a fertilizer, on the other hand it binds carbon in the soil due to its stable matrix and contributes to the reduction of free carbon and thus to the reduction of carbon dioxide (greenhouse gas) in the atmosphere. In addition, the soil structure is loosened, which also represents a positive effect.

Der kondensierte flüssige Anteil wird als Pyrolyseöl bezeichnet. Es handelt sich um ein Gemisch aus vielfältigen Kohlenwasserstoffen. Das Pyrolyseöl kann als Treibstoff angewendet werden. Alternativ ist ein Verkauf an die Petrochemie für den Einsatz als Beimengung zur Rohölreduzierung in der Raffinierung oder im sogenannten Streamcracking möglich. The condensed liquid fraction is called pyrolysis oil. It is a mixture of various hydrocarbons. The pyrolysis oil can be used as a fuel. Alternatively, sale to the petrochemical industry is possible for use as an admixture for crude oil reduction in refining or in so-called stream cracking.

Der nicht kondensierende Anteil wird als Pyrolysegas bezeichnet. Auch hierbei handelt es sich um ein Gemisch aus Kohlenwasserstoffen. Das Pyrolysegas kann direkt als Treibstoff für Blockheizkraftwerke oder für anders genutzte Verbrennungsmotoren eingesetzt werden. The non-condensing portion is referred to as pyrolysis gas. Again, this is a mixture of hydrocarbons. The pyrolysis gas can be used directly as fuel for combined heat and power or otherwise used internal combustion engines.

Bei dem vorgenannten Verfahrensbeispiel sollten die Stufen 1 bis 3 am Ort der Erzeugung dervendvergorenen Biomasse stattfinden. Aufgrund der notwendigen Anlagengröße sollte die Stufe 4 zentral für mehrere Standorte der vorhergehenden Verfahrensstufen durchgeführt werden. Durch die Entwässerung und Trocknung muss nur ein Bruchteil der ursprünglichen Masse transportiert werden, was sowohl die Transportkosten als auch den notwendigen Energie-(Kraftstoff) einsatz reduziert. In the aforementioned process example, stages 1 to 3 should take place at the site of the generation of the final biomass. Due to the required plant size, level 4 should be carried out centrally for several sites of the preceding process stages. Dewatering and drying means that only a fraction of the original mass has to be transported, which reduces both transport costs and the necessary use of energy (fuel).

Claims

A method for treating end-fermented biomass, for example fermentation residues from biogas processes, in which the biomass is foamed and in which the foamed biomass is arranged on a screening device or is for separating water from the foamed biomass to form a treated digestate.

The method of claim 1, wherein after foaming, a structural change of the biomass is brought about.

The method of claim 1 or 2, wherein the biomass to be treated at least one substance is added, the amount and composition of which is chosen so that the biomass foams.

A method according to claim 3, wherein the biomass to be treated, a substance is added, the amount and composition of which is chosen so that a structural change of the biomass is brought about.

A method according to claim 3 or 4, wherein the frothing causing substance and the structural altering substance are simultaneously added to the biomass to be treated.

Method according to one of the preceding claims, in which the biomass to be treated at least one substance is added, which causes both a foaming and a structural change.

Process according to claim 6, in which iron (II) chloride or iron (III) chloride is added as the substance causing both foaming and structural change of the biomass.

A method according to any one of claims 2 to 7, wherein the structural change is flocculation.

Method according to one of the preceding claims, in which the fermentation residue is mechanically pressed to further separate water to form a final product.

A method according to any one of the preceding claims, wherein the treated digestate is disposed on a screening device or is used to further separate water from the digestate and form a final product.

A method according to claim 9 or 10, wherein the final product is finally dried.

Process according to claim 11, in which waste heat is used for the final drying of the final product.

The method of claim 11 or 12 wherein the final dried final product is used as a biological fertilizer.

A method according to claim 11 or 12, wherein the final dried final product is used as a fuel.

A method according to claim 11 or 12, wherein the final product is pyrolyzed.