DE102020006788A1 - Mobile Biogasanlage und Verfahren zum Betrieb der mobilen Biogasanlage - Google Patents

Abstract

Eine mobile Biogasanlage und deren Betrieb, die bevorzugt auch an Standorten mit fehlender oder unzureichend entwickelter kommunaler Infrastruktur nutzbar ist, wird durch das Zusammenführen von bekannten Maßnahmen für das Erzielen maximaler spezifischer Energieerträge aus den eingesetzten biogenen Reststoffen und durch die extreme Reduzierung des erforderlichen Prozessenergiebedarfs ermöglicht. Dies gelingt erfindungsgemäß durch die Kombination von Fermentationsbehältern für die anaerobe Behandlung der suspendierten Einsatzstoffe sowohl im mesophilen als auch im thermophilen Milieu, die zudem mit druckfest ausgebildeten Gasräumen und teilweise übereinander angeordnet sind. Damit kann die Gärsubstratförderung weitgehend unter Verzicht auf den üblichen Pumpeneinsatz ventilgesteuert organisiert werden, die natürlich komprimierten Prozessgase unter Verzicht auf den Einsatz von Rührmechanismen zur Substratumwälzung in den Prozessbehältern für die anaerobe Behandlung und gleichzeitig für den Gastransport zur Station für die energetische Gasverwertung genutzt werden, wie dies die Fig. 3 verdeutlicht.

Description

• Anwendungsgebiet
• Die Erfindung betrifft eine mobile Biogasanlage für den zeitweiligen oder ständigen Betrieb an Standorten mit eingeschränkter oder fehlender kommunaler Infrastruktur zur ökologisch unbedenklichen Verwertung von biogenen Reststoffen, wie Fäkalschlämmen und/oder biogenen Haushaltsabfällen.
• Eine derartige technische Lösung wird für die hygienische Entsorgung und Verwertung von biogenen Reststoffen an Standorten mit eingeschränkter kommunaler Infrastruktur benötigt.
• Stand der Technik
• Die Gewinnung von methanhaltigen Brenngasen aus biogenem Material gilt als unverzichtbare Schlüsseltechnologie im Bereich der so genannten Energiegewinnung aus regenerativen Quellen. Sie ist als so genanntes Multitalent den anderen Techniken zur Nutzung regenerativer Energiequellen insbesondere dadurch überlegen, dass sie
• - sowohl für die Versorgung mit elektrischer und thermischer Energie als auch für die Kraftstoffversorgung nutzbar ist,
• - mit erprobten und verfügbaren technischen Mitteln speicherbar ist,
• - wahlweise der energetischen Grundlast- und auch der Spitzenlastversorgung dienen kann,
• - mit der Gewinnung besonders pflanzenverfügbarer organischer Stickstoff-Phosphor-Kalium-Schwefel-Düngemittel verbunden werden kann,
• - zur Minderung der Emission von Klimaschadgasen beiträgt und
• - über zumindest in urbanisierten und/oder industrialisierten Regionen bereits verfügbare und ausreichend leistungsfähige Energie-Verteilnetze dezentral versorgungswirksam eingesetzt werden kann.
• Als Voraussetzung für die stoffliche und energetische Verwertung verfügbarer biogener Rest- und Abfallstoffe an dezentralen Standorten, vorzugsweise an Standorten mit fehlender oder unzureichender kommunaler Infrastruktur, wurden bereits verschiedene technische Lösungen bekannt gemacht.
• Mit der DE 19721979C1 (1997) wird der Fermenter einer Kleinbiogasanlage vorgeschlagen, der die Abmessungen eines standardisierten Tranportcontainers nicht überschreitet, alle für den Anlagenbetrieb erforderlichen Zubehörteile enthält und die Möglichkeit der Substratumwälzung im Fermenter unter Verzicht auf mechanische Rührmechanismen durch seitliches Rollen der gesamten Fermentereinheit ermöglichen soll.
• Aus der Offenbarung in der DE 19846336A1 (1998) ist bereits ableitbar, dass vorbehandeltes biogenes Einsatzgut nach mechanischer Vorbehandlung in einem mechanisch gerührten Perkolator hydrolysiert und die nach der Phasentrennung des Perkolatoraustrages gewonnene Dünnphase als Perkolat einem Methanfermenter kontinuierlich zugeführt werden kann. Der Rückstand aus dem Methanfermenter stellt danach das sogenannte Perkolationswasser für die der Methanfermentation vorgeschaltete Perkolation dar, das bereits die an die Qualität der biogenen Einsatzstoffe angepasste Mikrokultur enthält.
• So wird bereits mit der DE 19958142A1 (1999) eine mobile Biogasanlage beschrieben. Diese besteht im Wesentlichen aus wenigstens zwei Anlagenmoduln, die voneinander getrennt die erforderlichen biotechnologischen oder die energetischen Komponenten enthalten und in Bauhüllen mit den Abmessungen von Standard-Seecontainern positioniert sind. Die Kapazitätsanforderungen von Anlagen unterschiedlicher Verwertungsleistungen soll durch die Kopplung der erforderlichen Anzahl von überwiegend beim Hersteller vorgefertigten Moduln erreicht werden.
• Die DE 20104047U1 (2001) beschreibt einen Bioreaktor, der zwar die Anforderungen an eine mobile Biogasanlage eingeschränkt erfüllt, jedoch infolge der ausschließlich für die so genannte Trockenfermentation vorgesehene Nutzung für eine insbesondere energetisch effiziente Nassfermentation nicht geeignet ist.
• Mit dem in der DE 102004053615B3 (2004) beschriebenen Abbauverfahren von biogenem Material wird das bereits vorbeschriebene Perkolationsverfahren weiterentwickelt, indem das Perkolat aus einem aerob betriebenen Perkolator in einem oder mehreren Zwischenpuffern zwischengelagert und von dort zur Leistungssteuerung des Methanreaktors anforderungsgerecht diesem zugeführt wird.
• In entsprechend dimensionierten Behältergrößen könnte damit auch eine mobile oder semimobile Biogasanlage konfiguriert werden.
• Die DE 2004062993A1 (2004) offenbart den Vorschlag für eine Biogasanlage, die durch einen ortsfest montierten Methanfermenter und durch wenigstens eine mobile Containereinheit mit den erforderlichen weiteren technischen Einrichtungen für den Betrieb der Anlage gekennzeichnet ist.
• Mit der DE 202005012340U1 (2005) wird vorgeschlagen, die Montage der erforderlichen Komponenten einer Biogasanlage nicht in standardisierten Transportcontainern, sondern in ebenfalls mobilen oder semimobilen und speziell ausgebildeten Fertigteil-Garagen vorzunehmen.
• Die in der DE 102008015609A1 (2008) beschriebene technische Lösung für eine Biogasanlage und für die Erzeugung von Biogas enthält bereits den Vorschlag einer der eigentlichen Fermentation vorgeschalteten Hydrolyse, die bevorzugt von der Fermentation räumlich getrennt und in wenigstens zwei Hydrolysebehältern batchweise durchgeführt werden soll.
• Der mit der DE 102010000437U1 (2010) offenbarte Vorschlag für eine transportable und modular aufgebaute Biogasanlage besteht darin, dass die leistungsbestimmende Fermentergröße mittels Raumvergrößerung durch das Zusammenfügen von an den geöffneten Stirnseiten standardisierter Transportcontainer erreicht werden soll.
• Die EP 2781589B1 (2010) macht eine transportable Anlage zur Gewinnung von erneuerbarer Energie durch Einsatz von einem oder mehreren tragbaren Behältern bekannt, die durch mehrere erste Haltetanks für die Pasteurisierung und/oder für die Fermentation im thermophilen Milieu gekennzeichnet ist. Weiterhin wird ein größerer zweiter Haltetank für die nachfolgende Fermentation im mesophilen Milieu vorgesehen. Für die Behandlung der im zweiten Haltetank anfallenden Fermentationsreste ist außerdem eine Entwässerungseinheit vorgesehen, mit deren Hilfe zumindest ein Teil der Fermentationsrückstände in getrockneter Form gewonnen werden kann.
• Durch entsprechende Fluidverbindungen und Steuerungseinrichtungen soll eine derartige Anlagengestaltung sowohl ortsveränderlich als auch an die konkreten Standortanforderungen in besonders vorteilhafter Weise anpassbar sein.
• Eine der vorbeschriebenen technischen Lösung ähnliche transportable Biogasanlage wird in der DE 102010044988A1 (2010) erläutert. Hierbei sollen in erster Linie die Fermenter als containerisierte Einheiten ausgebildet werden, die bei entsprechendem Verwertungsbedarfs mit der Grundausstattung der transportablen Biogasanlage gekoppelt werden können.
• Mit der WO 2013/088067A1 (2011) wird die Variante einer modularen Biogasanlage, bestehend aus mehreren transportablen Fermentern und eine standardisierte Leitungs- und Steuerungseinheit zum Koppeln der Fermentermodule beschrieben, wodurch leicht veränderliche Anlagengrößen zusammengestellt werden können.
• Eine platzsparende Biogasanlage mit wechselnden Anlagenparametern macht die DE 202012007831U1 (2012) bekannt. Die in größerer Zahl zu einer Anlage verbindbaren Fermentermodule enthalten die zugehörigen Nebeneinrichtungen, verfügen vorzugsweise über einen quadratischen Grundriss und lassen sich einfach zu Anlagenkonfigurationen zusammenfügen, wobei nutzbare Räume für die Positionierung weitere Anlagenkomponenten begrenzt werden.
• Eine zentrale, modulare Pump- und Zerkleinerungseinheit wird in der DE 102013107621A1 (2013) beschrieben. Ein solches kompaktes und transportables Modul wird dort als eine zentrale Komponente mit Pumpen, Ventilen, Sensoren und Überwachungs-. und Steuerungstechnik für den Betrieb einer Vielzahl von verschiedenen Funktionseinheiten einer Biogasanlage bezeichnet.
• Die DE 202013101554U1 (2013) enthält einen Vorschlag für die Anordnung von Prozessmoduln in einer standardisierten Größe, vorzugsweise auf einer einheitlichen Ebene, wobei sich infolge verschiedener Aufstellungsvarianten die begrenzenden Wände der Moduln zumindest teilweise gegenseitig abstützen und dabei umbaute Räume für weitere Komponenten transportabler und ortsveränderlicher Biogasanlagen bilden.
• Eine sehr vereinfachte Biogasanlage, die alle elementar erforderlichen Funktionskomponenten in einer standardisierten Bauform zusammenfasst, beschreibt die DE 202014006483U1 (2014). Sie soll es ermöglichen, den Eintrag biogener Einsatzstoffe direkt durch die einzelnen Behandlungsräume des anaeroben Behandlungssystems bis zum Austrag zu fördern.
  Außerdem soll es auch möglich sein, auf Rührwerksumwälzungen und Pumpeneinsatz verzichten zu können.
• Die CN104140928 B (2014) beschreibt einen liegenden Kompaktfermenter in Rohrform mit Längsrührwerk, der in den Abmessungen eines Transportcontainers transportabel ist und als zentrale Einheit eines Anaerob-Systems in modular gestalteten Biogasanlagen einsetzbar erscheint.
• Eine weitere technisch relevante Lösung für das technische Gebiet der Erfindung findet sich in der CN 106281996 B (2015). Vorgeschlagen wird dazu ein Kompaktmodul in den Dimensionen eines standardisierten Transportcontainers, der die Zerkleinerung der zu behandelnden biogenen Stoffe, den direkten Eintrag in den gerührten liegenden Fermenter, die direkte Ableitung der anfallenden Biogase zu Heißfackeln oder nach einer Rohgasbehandlung zur energetischen Gasverwertung, die Beheizung des Fermenters mit dem Modul für die energetische Gasverwertung und den Austrag der anfallenden Fermentationsrückstände aus dem liegenden Fermenter vorsieht.
• Die WO2020180175A1 (2019) beschreibt eine technische Lösung, die in erster Linie für die kommunale Abwasserbehandlung entwickelt worden sein dürfte. Sie enthält jedoch wichtige Hinweise für die anaerobe Behandlung in wenigstens drei räumlich voneinander getrennten Prozessbehältern, in der Nutzung von in unterschiedlichen Temperaturbereichen aktiven, insbesondere von mesophilen und thermophilen Mischkulturen, zur Anwendung von Mindestbehandlungszeiten von bis zu 21 Tagen und zur gezielten Rückführung von an die konkreten Einsatzbedingungen adaptierten Kulturen. Der erläuterte analytische und mathematische Aufwand für die Prozessüberwachung und für die Prozesssteuerung ist nachvollziehbar den wechselnden Abwasserqualitäten und zugleich den hohen Anforderungen an die erforderliche Reinwasserqualität geschuldet.
• Mit der WO 2020/182684A1 (2019) wird eine technische Lösung bekannt gemacht, die neben einer Fermentationsanlage zur Gewinnung von Biogas sowohl eine Prozesseinheit zur energetischen Verwertung eines Anteils des verfügbaren Biogases als auch eine weitere Prozesseinheit zur Aufbereitung eines anderen Teilstroms des Biogases zur Gewinnung von Bioerdgas enthält. Dazu wird zunächst das gewonnene Rohbiogas komprimiert.
• Das komprimierte Rohbiogas wird mit Hilfe einer Gastrenneinheit in ein Produktgas mit der Qualität von Bioerdgas und in ein Restgas mit einem Methangehalt von bis zu 20 % getrennt. Mit Hilfe des Restgases wird eine Prozesseinheit zur energetischen Verwertung des Restgases betrieben, mit deren Hilfe auch die Energiebereitstellung für die Kompressionseinheit erreicht werden kann.
• Der bekannte Stand der Technik stellt damit technische Lösungen für die mehrstufige biotechnologische Behandlung biogener Einsatzstoffe in vielen Varianten bereit, denen jeweils in ausgewählten Einzelfällen die nachfolgenden Merkmale entnommen werden können:
1. a) Die Anordnung der erforderlichen Anlagenkomponenten soll auf einer befestigten Ebene möglich sein.
2. b) Die Dimensionierung der einzelnen Anlagenkomponenten soll das Format von standardisierten Transportcontainern nicht überschreiten.
3. c) Die Anlagenkomponenten sollen beim Hersteller werksseitig vorfertigungsfähig sein.
4. d) Die biotechnologische Behandlung der biogenen Einsatzstoffe soll mehrstufig und in räumlich getrennten Prozessbehältern erfolgen.
5. e) Die zu verwertenden biogenen Einsatzstoffe sollen vor der biotechnologischen Behandlung mittels Nassfermentation vorzerkleinert, fluidisiert und suspendiert werden.
6. f) Die biotechnologische Behandlung erfolgt bevorzugt unter Nutzung hydrolytischer, mesophiler und thermophiler Milieus und innerhalb einer Mindestbehandlungszeit von wenigstens 20 Tagen.
7. g) Der verbesserten Ausnutzung der Volumina der Transportcontainer dienen prismatische anstelle zylindrische Prozessbehälter.
8. h) Zur Vermeidung des Durchschleusens von ausgewählten Schadkeimen durch die biotechnologische Verwertungsanlage soll eine hygienisierende oder sterilisierende Vollstrombehandlung vorgenommen werden.
9. i) Die Fermentationsrückstände sollen für die Pflanzendüngung verfügbar gemacht werden.
10. j) Zur Vermeidung der Emission von Schwefeloxiden bei der Verwertung der gewonnenen Biogase soll eine Gasentschwefelung vorgenommen werden.
11. k) Die nutzbare Energie der gewonnenen Biogase sollen wenigstens dem Prozessenergiebedarf der biotechnologischen Verwertungsanlage entsprechen.
12. l) Die Emission von Klimaschadstoffen, wie Methan und Ammoniak, soll durch die Nutzbarkeit von Fackelanlagen für den Fall von Störungen in den Einrichtungen für die energetische Verwertung der Biogase vermieden werden.
• Eine technische Lösung, mit der die vorgenannten elementaren Forderungen vollständig erfüllt werden könnten, ist bisher noch nicht bekannt gemacht worden.
  Damit sind bekannte technische Lösungen für den Betrieb einer mobilen oder semimobilen Biogasanlage an Standorten oder in Regionen mit fehlender oder unzureichend entwickelter kommunaler Infrastruktur bisher noch nicht verfügbar. Entweder muss wegen der erforderlichen Mindestgröße der Anlage bis zum Erreichen eines ausreichenden energetischen Selbstversorgungsgrades die erforderliche Mobilität der einzusetzenden Anlagenkomponenten in Frage gestellt werden, oder es müssten unzulässige Umweltbelastungen in Kauf genommen werden.
• Aufgabe der Erfindung
• Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb in der Überwindung der Mängel des bekannten Standes der Technik. Insbesondere soll eine technische Lösung bereitgestellt werden, mit deren Hilfe mobile oder semimobile Biogasanlagen für die stoffliche und energetische Verwertung von ausgewählten biogenen Kommunalabfällen mit unterschiedlichen Leistungsanforderungen errichtet werden können. Die zu entwickelnde technische Lösung soll
• - den energieautarken Betrieb,
• - die Erfüllung von maximalen Anforderungen an den Gewässerschutz,
• - die Minimierung der Emission von Klimaschadstoffe und
• - die Gewinnung von Fermentationsrückständen mit einem maximalen spezifischen Gehalt an mineralischen Pflanzennährstoffen ermöglichen.
• Zusammengefasst besteht die Aufgabe der Erfindung damit in der Entwicklung einer technischen Lösung zur Erfüllung der nachfolgend bezeichneten Anforderungen:
• m) Nutzung aller bekannten praktischen ertragsfördernden Maßnahmen in einem geschlossenen System als Voraussetzung für die maximale praktische Erschließung des mit den biogenen Einsatzstoffen eingetragenen Energiepotentials;
• n) Gewährleistung der vollständigen Doppelwandigkeit für alle Leitungen, Apparate und Behälter für Medien mit einem Wasserschadstoffpotential für Grund- und Oberflächengewässer;
• o) Reduzierung des erforderlichen mechanischen Energiebedarfs für das Umwälzen der Fermentationsmedien zur Minimierung des Prozessenergiebedarfs;
• p) Reduzierung des erforderlichen Energieeinsatzes für die Förderung der flüssigen und gasförmigen Prozessmedien zur Minimierung des Prozessenergiebedarfs.
• Beschreibung der Erfindung
• Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden mit den Unteransprüchen gekennzeichnet.
• Die Vorteile der erfindungsgemäßen technischen Lösung gegenüber dem Stand der Technik lassen sich wie folgt zusammenfassen:
• Als mobile Biogasanlage soll dabei im Sinne dieser Patentbeschreibung eine Anlage gelten, deren Prozesskomponenten transportable Einheiten mit den maximalen Abmessungen standardisierter Transportcontainer bilden.
• Diese Prozesskomponenten sind auch dadurch gekennzeichnet, dass sie werksseitig komplett ausgestattet werden können. Nach Positionierung der Prozesskomponenten auf einer vorbereiteten ebenen und befahrbaren Fläche und nach der Verbindung der Komponenten mit den erforderlichen Prozessleitungen kann die entstandene Anlage für die biotechnologische stoffliche und energetische Verwertung von biogenen Einsatzstoffen unabhängig von infrastrukturellen Voraussetzungen betrieben werden.
• Die erfindungsgemäße technische Lösung besitzt
• - wegen des vollständigen Entfalls mechanischer Medienumwälzungen in den anaerob betriebenen Prozessbehältern,
• - wegen des selbsttätigen Transports der Fermentationssubstrate zwischen den anaerob betriebenen Prozessbehältern und
• - wegen des ermöglichten Verzichtes auf den Einsatz von mechanischen Mitteln für den Gastransport
einen minimalen elektrischen Prozessenergiebedarf.
• Wegen des Verzichtes auf den Eintrag des Fermentationsgiftes Sauerstoff in die Fermentationsbehälter,
• - wegen der Gewährleistung der erforderlichen Mindestbehandlungszeiten im anaeroben Milieu,
• - wegen des Erhalts der an die mittlere Qualität der zu verwertenden biogenen Einsatzstoffe adaptierten Mikrokulturen durch den Einsatz von kulturerhaltender Fermentertechnik in der Hauptfermentationsstufe und der kulturerhaltender Betriebsweise von im Batchbetrieb genutzter Fermentationsbehälter in der Nachgärstufe und
• - wegen des Ausschlusses von mechanischen Scherkräften beim Umwälzen der Gärsubstrate in den Fermentationsbehältern
werden maximale spezifische Biogaserträge erzielt.
• Der maximale Abbau des mit den biogenen Einsatzstoffe in den Fermentationsprozess eingetragenen Kohlenstoffs führt zur Minimierung des Anteils der organischen Substanz an der Trockensubstanz der Fermentationsrückstände, womit der spezifische Gehalt der mineralischen Pflanzennährstoffe in den Fermentationsrückständen maximiert wird.
• Die Minimierung des elektrischen Prozessenergiebedarfs bei gleichzeitigem maximalen spezifischen Biogasertrag ermöglicht damit die kleinstmögliche Baugröße einer energieautark betreibbaren Biogasanlage.
• Das Fehlen von Mechanismen für den Transport der anfallenden Biogase, für das Umwälzen der Fermentationssubstrate in den Fermentationsbehältern und für den Transport der Fermentationssubstrate zwischen den Fermentationsbehältern ermöglich die Minimierung von Wartungs- und Instandhaltungsaufwendungen beim Betrieb der erfindungsgemäßen mobilen Biogasanlage.
• Die erfindungsgemäße Biogasanlage benötigt für den ununterbrochenen Betrieb einer Komponente für die energetische Gasverwertung keine zusätzlichen Biogasspeicher, weil aus den zusammengefassten Gasräumen der anaerob betriebenen Prozessbehälter eine stetige Gasbereitstellung gewährleistet werden kann.
• Durch die Anpassung der Leistungsfähigkeit eines Blockheizkraftwerks zur gleichzeitigen elektrischen und thermischen Energiegewinnung an die Leistungsfähigkeit der Fermentationsanlage stehen ununterbrochen die erforderliche Prozessenergie und gegebenenfalls auch überschüssige Energiemengen für weitere Aufgaben zur Verfügung.
• Die Emission von Wasserschadstoffen, als die die beachtlichen Ammoniumgehalte in den Fermentationsubstraten gelten, ist durch die 100 %-ige Doppelwandigkeit der mobilen Biogasanlage auf der Aufnahmefähigkeit der abflusslosen aufgekanteten Standortfläche ausgeschlossen.
• Die Emission von gasförmigen Klimaschadstoffen ist auf die Abgasemission des eingesetzten Gasmotors und/oder eines Gaskessels begrenzt.
• Die vollständig geschlossene Bauweise der zusammengeschalteten Prozessbehälter verhindert sicher Geruchsemissionen als Voraussetzung für die Anlagenpositionierung in der Nähe von Wohngebäuden.
• Der Bedarf an zusätzlichen Betriebsstoffen für den Anlagenbetrieb ist auf den Schmiermittelbedarf des eingesetzten Gasmotors und auf die Bereitstellung der Filtermassen für den Betrieb eines über die biologische Gasentschwefelung zusätzlich vorzusehenden chemisch-physikalischen Gasentschweflers beschränkt.
• Im Falle des zeitweiligen oder ständigen Einsatzes der mobilen Biogasanlage in Regionen mit unzureichend entwickelter kommunaler Infrastruktur wird biotechnologische Technik für die stoffliche und energetische Verwertung von biogenen Reststoffen bereitgestellt, die strengste Anforderungen an den Umweltschutz und an die Nachhaltigkeit erfüllt.
• Der Betrieb der mobilen Biogasanlage liefert beachtliche Beiträge zur Minderung der Emission von Klimaschadgasen und von Wasserschadstoffen als direkte Folge des Vermeidens von Verrottungen und unsachgemäßer Deponie der behandelten biogenen Reststoffe.
• Die gewonnenen Fermentationsrückstände werden während der batchweisen Fermentation im thermophilen Milieu einer so genannten Vollstrom-Hygienisierung ausgesetzt.
• Dadurch können die flüssigen und festen Fermentationsrückstände undenklich als hochwertige organische Stickstoff-Phosphor-Kali-Schwefel-Düngemittel angewendet werden können. Auch damit werden wichtige Beiträge für die biologische Produktion pflanzlicher Lebens- und Futtermittel geleistet.
• Die bevorzugt thermisch isolierten Transportcontainer sind die Voraussetzungen für den uneingeschränkten Betrieb der mobilen Biogasanlage sowohl in tropischen als auch in Regionen mit Frostperioden.
• Ausführungsbeispiel
• Die Erfindung soll nachstehend mit Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
• In der beigefügten Zeichnung zeigen
• 1 die schematische Darstellung der Verknüpfung der erforderlichen Anlagenkomponenten;
• 2 eine beispielhafte Anordnung der erforderlichen transportablen Anlagenkomponenten auf einer Standortfläche;
• 3 die schematische Darstellung des ventilgesteuerten Transportes der nicht gasförmigen Prozessmedien durch die einzelnen Prozessbehälter;
• 4 die schematische Darstellung des selbsttätigen Transportes des Biogases durch die einzelnen Anlagenkomponenten;
• 5 die schematische Darstellung des selbsttätigen Transportes des Biogases in einer mobilen Biogasanlage mit vergrößerter Leistungsfähigkeit;
• 6 die beispielhafte Anordnung der transportablen Anlagenkomponenten für eine mobile Biogasanlage mit vergrößerter Leistungsfähigkeit auf einer Standortfläche;
• Beispiel 1:
• Gemäß der 1 bis 4 besteht eine mobile Biogasanlage aus den Hauptkomponenten
• - Standortfläche 1 mit 8 m Breite und 18 m Länge,
• - Vorbehälter 2 mit etwa 12 m³ Füllvolumen,
• - Prozessbehälter 3 für die anaerobe Behandlung im mesophilen Milieu mit 80 m³ Füllvolumen
• - 2 Prozessbehälter 4 für die anaerobe Behandlung im thermophilen Milieu mit jeweils 32 m³ Füllvolumen,
• - Prozessbehälter 5 für die Sammlung der Fermentationsrückstände von maximal 55 m³ und für die biologische Gasentschwefelung 17 im Gasraum von wenigstens 10 m³,
• - einer Komponente für die Anlagensteuerung 7,
• - der umlaufenden Aufkantung 8 der Standortfläche 1 mit einer Höhe von wenigstens 0,7 m,
• - einer Station 9 für die energetische Gasverwertung, die mit einem zusätzlichen Gasentschwefelungsmodul 10, einem Blockheizkraftwerk 11 mit einer elektrischen Leistung von 10 kW und einer Heißfackelstation 13 für eine thermische Leistung von 25 kW ausgestattet ist und
• - einer Pumpenstation 14.
• Die mobile Biogasanlage soll für die umweltgerechte und energieautarke biotechnologische Verwertung von in Mobiltoiletten anfallenden Fäkalschlämmen genutzt werden.
• Dazu wurde die kleinstmögliche Baugröße ermittelt, die bei Erreichen eines maximalen spezifischen Biogasertrag die energetische Eigenversorgung der Verwertungsanlage ermöglicht. Nach der erfindungsgemäßen technischen Lösung werden die einzelnen Komponenten nahezu umfassend auf Dimensionen reduziert, die Abmessungen von standardisierten Transportcontainern nicht übersteigen.
• Diese Transportcontainer werden auf einer befahrbaren und wasserundurchlässig ausgestatteten Standortfläche 1 positioniert und auf ihr verankert. Der Vorbehälter 2 ist in einem liegenden 20-Fuß-Transportcontainer mit einem Nutzvolumen von etwa 12 m³ eingeordnet, der durch ein Behälterfahrzeug 15 beschickt werden kann. Im gleichen Transportbehälter ist auch die Pumpenstation 14 witterungsgeschützt positioniert. Die Aufgaben der Pumpenstation 14 reduzieren sich durch das erfindungsgemäße Ersparen von weiteren Transportanforderungen für flüssige Medien auf
• - das Umpumpen des Inhalts des Vorbehälters 2 zur Gewinnung einer homogenisierten Biosuspension,
• - auf die dosierte tägliche Beschickung des Hauptfermenters 3 und
• - auf das Verladen von flüssigen organischen NPKS-Düngemitteln (Stickstoff- Phosphor-Kalium-Schwefel -Düngemittel) aus dem Sammelbehälter 5 für die hygienisierten Fermentationsrückstände in Abholfahrzeuge 15.
• Neben der Pumpenstation 14 ist in diesem Transportcontainer auch die Schalt- und Steuerungsanlage 7 für die mobile Biogasanlage untergebracht.
• Als Hauptfermenter 3 für die anaerobe Behandlung der Biosuspension aus dem Vorbehälter 2 wird ein kulturerhaltender hydraulisch umwälzbarer Fermenter 3 nach dem Stand der Technik, allerdings in den Abmessungen von zwei zusammengeschalteten Transportcontainern mit einem nutzbaren Füllvolumen von 80 m³ eingesetzt. Der Hauptfermenter 3 wird mit erfahrungsgemäß für die Verwertung von Einsatzstoffen mit wechselnden Qualitäten ausreichend robusten mesophilen Mischkulturen betrieben.
• Die Konstruktion des genutzten Hauptfermenters 3 besitzt die besonderen Funktionen,
• - dass für hydraulische Umwälzung des Gärsubstrates als einziges bewegtes Element lediglich ein Mischventil betätigt werden muss,
• - dass für das simultane Ausschleusen störender Schwimm- oder Sinkschichten in den Vorbehälter 2 allein der ständig verfügbare hydrostatische Druck im Hauptfermenter 3 ausreichend ist,
• - dass der Mediendurchlauf durch die Bereiche des Hauptfermenters 3 überwiegend im Pfropfenstrom erfolgt,
• - dass die an die mittlere Qualität der Biosuspension adaptierte Mischkultur in einem anforderungsgerecht dimensionierbaren Teil der Fermenterkonstruktion 3 aufrechterhalten wird,
• - dass trotz der Nutzung eines maximalen Gasdrucks von +490 mbar die Konstruktion ohne regelmäßige Druckgeräterevisionen über den Zeitraum der betriebsgewöhnlichen Nutzungsdauer betrieben werden kann und
• - dass mit dem Abströmdruck des erzeugten Biogases aus dem Hauptfermenter 3 neben dem Gastransport weitere Funktionen bewirkt werden können.
• Zu den erfindungswesentlichen Besonderheiten der genutzten mobilen Biogasanlage gehört die Organisation des Transportes der Gärsubstrate zwischen den anaerob betriebenen Prozessbehältern 3, 4, 5. Hierfür werden ausschließlich gesteuerte Ventile 16 in den Verbindungsleitungen genutzt, deren pneumatischen Antriebe gegenüber einer Pumpenförderung nur einen vernachlässigbaren Energiebedarf besitzen.
• Dafür wird der höher gelegene Bauteil der Konstruktion des Hauptfermenters 3 in einem stehenden 40-Fuß-Transportcontainer positioniert. In einer Höhe von wenigstens 10,5 m über der Aufstellfläche 1 befindet sich der Austrag des Gärsubstrates für die weitere anaerobe Behandlung in der Nachfermenterstation 4.
• Für die anaerobe Behandlung im thermophilen Milieu der Nachfermenterstation 4 stehen zwei Behälter in liegenden 20-Fuß Transportcontainern zur Verfügung, die batchweise mit einem maximalen Füllvolumen von jeweils etwa 32 m³ betrieben werden. Die Nachfermenter 4 werden über dem 40-Fuß-Transportcontainer positioniert, der den Prozessbehälter 5 für die Sammlung der flüssigen Fermentationsrückstände mit einem maximalen Füllvolumen von 55 m³ enthält. Mit dieser Behälteranordnung befindet sich nach der Ablaufhöhe des Gärsubstrates aus dem Hauptfermenter 3 von +10,5 m der maximale Füllstand in den Nachfermentern bei maximal +4,8 m über dem Boden der Standortfläche 1. Die minimale Füllstandshöhe, die beim Entleeren der Nachfermenter 4 erreicht werden kann, liegt bei +2,8 m. Auch diese Höhe ist noch ausreichend, um die Umlagerung des Fermentationsrückstandes aus den Nachfermentern 4 in das Gärrestlager 5 mit einem maximalem Füllstand von + 2,3 m allein mit dem hydrostatischen Druck bewältigen zu können.
• Die weitere Besonderheit bei der Nutzung der erfindungsgemäßen technischen Lösung liegt im möglichen Verzicht auf den Einsatz von mechanischen Einrichtungen für das zwingend erforderliche Umwälzen des Inhaltes der Prozessbehälter 3, 4, 5. Dazu werden die verfügbaren Gasdrücke in den einzelnen Prozessbehältern 3, 4, 5 genutzt, die ausnahmslos als statisch feste Konstruktionen ausgebildet sind. Während die Gasräume des Hauptfermenters 3 für Gasdrücke von bis zu +490 mbar ausgelegt sind, werden die Gasräume der Nachfermenter 4 für maximale Gasdrücke von 250 mbar und der Gasraum im Sammeltank 5 für die anfallenden Fermentationsrückstände für maximale Gasdrücke von 50 mbar ausgelegt. Dies ermöglicht die komplette Zuführung der anfallenden Prozessgase aus den jeweils vorgeordneten Bereichen des anaeroben Behandlungssystems.
• Die bodennah den Prozessbehältern der Nachfermenterstation 4 und des Gärrestlagers 5 zugeführten Biogasmengen führen unter Vermeidung von störenden Scherkräften durch die Werkzeuge von Pumpen und Rührwerken gemeinsam mit den in den Prozessbehältern 4, 5 direkt entstehenden Gasmengen zu Medienumwälzungen, wie sie in den Faultürmen moderner Abwasserklärwerke für die energetische Verwertung der überschüssigen Bioschlämme aus der biologischen Abwasserreinigung mit Hilfe von technisch komprimierten Faulgasen erfolgreich genutzt werden.
• Dem Gärresttank 5 werden sowohl zum Zwecke der Verminderung von Geruchsemissionen aus dem atmosphärisch betriebenen Vorbehälter 2 als auch zur biologischen Entschwefelung der aus den anaerob betriebenen Prozessbehältern 3, 4 hindurch geleiteten Biogase Luftmengen abgesaugt und in den Gasraum des Prozessbehälters 5 eingeleitet. Die für die aeroben Mischkultur zur Reduzierung des Schwefelwasserstoffgehaltes des Biogases erforderlichen Sauerstoffmengen können auf diese Weise als Fermentationsgift von den in den Prozessbehältern 3, 4 aktiven Methanogenen sicher ferngehalten werden.
• Das weitgehend entschwefelte Biogas steht nun mit einem Vordruck von 30 bis 50 mbar für die Feinentschwefelung 10, für den Betrieb des Gasmotors eines Blockheizkraftwerkes 11 oder alternativ für den Betrieb eines Gaskessels 12 und einer Heißfackelstation 13 zur Verfügung. Dazu ist erfahrungsgemäß keine weitere Druckerhöhung des zugeführten Gasstromes erforderlich.
• Die dem Beispiel 1 zuzuordnenden Kennwerte sind in der Tabelle 1 zusammengefasst: Tabelle 1: Kennwerte zum Beispiel 1

  Pos.	Bezeichnung	Dimension	Betrag
  1.	Menge der zugeführten Fäkalschlämme (OS)	m3/d	4,0
  2.	Mittlerer Trockensubstanzgehalt (TS)	g/kg OS	40
  3.	Mittlerer Gehalt der organischen Trockenmasse (oTS)	% TS	50
  4.	Spezifischer Methanertrag	m3/kg oTS	0,495
  5.	Täglich verfügbares Methanvolumen	m3/d	39,5
  6.	Erforderliche minimale Feuerungswärmeleistung des Gasmotors und der Heißfackel	kWth.	16,5
  7.	Menge des nutzbaren (NPKShaltigen) Flüssigdüngers	m3/d	3,9
  8.	Benötigte elektrische Prozessenergie	kWh/d	64
  9.	Maximal benötigte thermische Prozessenergie	kWh/d	280

• Der kalkulierte Bedarf an einzusetzender Prozessenergie unter den Bedingungen einer durchgehenden Frostwitterung ergibt sich aus der Tabelle 2. Tabelle 2: kalkulierter Prozessenergiebedarf zum Beispiel 1

  Pos.	Bezeichnung	Dimension	Betrag
  1.	Beleuchtung (1 kW * 12 h/d)	kWh/d	12
  2.	Sumpfpumpe für das Niederschlagswasser auf der abflusslosen Standortfläche (1 kW* 2 h/d)	kWh/d	2
  3.	Zusätzliche Zerkleinerung der Einsatzstoffe (8 kW * 0 h/d)	kWh/d	0
  4.	Zentralpumpe (11 kW * 4 h/d)	kWh/d	44
  5.	Steuerluft zur Ventilsteuerung (0,5 kW* 2 h/d)	kWh/d	1
  6.	Gebläse zur Luftförderung vom Vorbehälter zum Gärresttank (0,2 kW * 24 h/d)	kWh/d	5
  7.	Phasentrennung (6 kW * 0 h/d)	kWh/d	0
  8.	Summe des elektrischen Prozessenergiebedarfs	kWh/d	64
  9.	Heizwärme für die Hauptfermenterstation einschl. Isolationsverluste	kWh/d	160
  10.	Heizwärme für die Nachfermenterstation einschl. Isolationsverluste	kWh/d	90
  11.	maximale Heizwärme für den Technik-Raum	kWh/a	30
  12.	Summe des thermischen Prozessenergiebedarfs	kWh/d	280

• Beispiel 2:
• Gemäß der 1 bis 4 ist eine mobile Biogasanlage wie im Beispiel 1 ausgeführt. Zusätzlich enthält die Anlage jedoch eine Einrichtung zur Zerkleinerung grober Teile in den eingesetzten biogenen Reststoffe, eine Phasentrennstation 6 und eine befestigte Lagerfläche 18 für die Zwischenstapelung fester organischer NPKS-Düngemittel 19 als die feste Phase der mit Hilfe der Phasentrennstation behandelten Fermentationsrückstände. In der beispielhaften Anlage ist die Zerkleinerung der erzeugten Biosuspension mittels eines Rotacuts und die Phasentrennstation mit einem Pressschneckenseparator vorgesehen. Der erforderliche Rotacut wird der Pumpenstation 14 vorgeschaltet. Der Pressschneckenseparator der Phasentrennstation 6 ist oberhalb des Vorbehälters 2 positioniert, um die dünne Phase als keimhaltiges Biofiltrat direkt dem Vorbehälter 2 und die feste Phase der befestigten Lagerfläche 18 als feste organische Düngemittel 19 ohne weiteren Transportaufwand zuführen zu können.
• Die mobile Biogasanlage soll in erster Linie für die umweltgerechte und energieautarke biotechnologische Verwertung von kommunalen Küchenabfällen und Speiseresten genutzt werden.
• Die dem Beispiel 2 zuzuordnenden Kennwerte sind in der Tabelle 3 zusammengefasst: Tabelle 3: Kennwerte zum Beispiel 2

  Pos.	Bezeichnung	Dimension	Betrag
  1.	Menge der zugeführten biogenen Kommunalabfälle (OS)	t/d	2,6
  2.	Mittlerer Trockensubstanzgehalt (TS)	g/kg OS	230
  3.	Mittlerer Gehalt der organischen Trockenmasse (oTS)	% TS	92
  4.	Spezifischer Methanertrag	m3/kg oTS	0,682
  5.	Täglich verfügbares Methanvolumen	m3/d	376
  6.	Erforderliche minimale Feuerungswärmeleistung des Gasmotors und der Heißfackel	kWth.	160
  7.	Menge des nutzbaren (NPKShaltigen Festdüngers	t/d	0,7
  8.	Menge der nutzbaren (NPKShaltigen) Flüssigdünger	m3/d	1,25
  9.	Benötigte elektrische Prozessenergie	kWh/d	156
  10.	Maximal benötigte thermische Prozessenergie	kWh/d	260

• Der kalkulierte Bedarf an einzusetzender Prozessenergie unter den Bedingungen einer durchgehenden Frostwitterung ergibt sich aus der Tabelle 4. Tabelle 4: kalkulierter Prozessenergiebedarf zum Beispiel 2

  Pos.	Bezeichnung	Dimension	Betrag
  1.	Beleuchtung (1 kW * 12 h/d)	kWh/d	12
  2.	Sumpfpumpe für das Niederschlagswasser auf der abflusslosen Standortfläche (1 kW* 2 h/d)	kWh/d	2
  3.	Zusätzliche Zerkleinerung der Einsatzstoffe (8 kW * 2 h/d)	kWh/d	16
  4.	Zentralpumpe (11 kW * 4 h/d)	kWh/d	44
  5.	Steuerluft zur Ventilsteuerung (0,5 kW* 2 h/d)	kWh/d	1
  6.	Gebläse zur Luftförderung vom Vorbehälter zum Gärresttank (0,2 kW * 24 h/d)	kWh/d	5
  7.	Phasentrennung (6 kW * 1 h/d)	kWh/d	6
  8.	Summe des elektrischen Prozessenergiebedarfs	kWh/d	70
  9.	Heizwärme für die Hauptfermenterstation einschl. der Isolationsverluste	kWh/d	160
  10.	Heizwärme für die Nachfermenterstation einschl. der Isolatonsverluste	kWh/d	80
  11.	maximale Heizwärme für den Technik-Raum	kWh/d	30
  12.	Summe des thermischen Prozessenergiebedarfs	kWh/d	270

• Beispiel 3:
• Gemäß der 5 und 6 ist eine mobile Biogasanlage entsprechend der vorgeschlagenen technischen Lösung ausgebildet. Im Gegensatz zu den Ausführungen in den erläuterten Beispielen 1 und 2 sind neben zwei im Regelbetrieb parallel betriebenen Hauptfermentern 3 für die anaeroben Behandlung von suspendierten biogenen Kommunalabfällen insgesamt vier batchweise und aufeinanderfolgend betriebene Nachfermenter 4 nachgeschaltet.
• Die Nachfermenter 4 dienen der hygienisierenden anaeroben Behandlung der Gärsubstrate aus der Hauptfermenterstation 3 im thermophilen Milieu.
• Die Nachfermenter 4 sind in standardisierten 20-Fuß-Transportcontainern positioniert und stehend über dem Prozessbehälter 5 für die Sammlung der Fermentationsrückstände aus den Nachfermentern 4 angeordnet. Von den beiden Hauptfermentern 3 mit einem Nennvolumen von jeweils 80 m³ gelangen die anfallenden Gärsubstrate in einer Ablaufhöhe von 10,5 m über der Aufstellfläche 1 jeweils in den aufnahmebereiten der vier batchweise betriebenen Nachfermenter 4 mit jeweils 25 m³ maximalem Füllvolumen, wobei sich das maximale Füllstandsniveau etwa bei 8,0 m über der Aufstellfläche 1 befindet. Zur Überwindung der maximalen hydrostatischen Auflast für die bodennah in die Prozessbehälter 4, 5 eingetragenen Biogasmengen muss das Biogas aus den Hauptfermentern 3 mit einem Abströmdruck zwischen 900 und 950 mbar bereitgestellt werden. Nach Überwindung der Füllstände in den Nachfermentern 4 besitzen die Biogase in den Gasräumen der Nachfermenter 4 noch Drücke zwischen 250 und 600 mbar. Nach der Nutzung dieser Biogase zur Umwälzung der Fermentationsrückstände im Sammeltank 5 steht das teilentschwefelte Biogas in der Station für die energetische Gasverwertung 9 noch mit Drücken zwischen 100 und 200 mbar zur Verfügung. Auch in dieser beispielhaften Anordnung der Komponenten der mobilen Biogasanlage wird der Transport der flüssigen Medien zwischen den anaerob betriebenen Prozessbehältern 3, 4, 5 ausnahmslos durch die Steuerung der Ventile 16 in den Verbindungsleitungen ermöglicht. Die Prozessgase mit höheren Arbeitsdrücken gewährleisten das wirksamere Umwälzen des jeweiligen Behälterinhaltes als in den Grundvarianten, bei denen auf den Einsatz von überwachungsbedürftigen Druckbehältern verzichtet wurde. Die dadurch ermöglichte sehr kompakte Anordnung der Prozessbehälter 3, 4, 5 lässt zusätzlich höhere energetische Ausbeuten aus den eingesetzten biogenen Reststoffen zu. Allerdings müssen dazu die Gasräume der Fermentationsbehälter 3, 4 die Anforderungen an den Umgang mit Druckgeräten erfüllen. Durch die mehrfache Verfügbarkeit der Prozessbehälter 3, 4 in den jeweiligen anaeroben Behandlungsstufen können die regelmäßig zu revidierenden Druckgefäße zu den erforderlichen Zeitpunkten außer Betrieb genommen werden, ohne dabei den Betrieb der mobilen Biogasanlage vollständig unterbrechen zu müssen.
• Zur Suspendierung der stofflich und energetisch zu verwertenden biogenen Kommunalabfälle wird bevorzugt das keimhaltige Biofiltrat aus der Phasentrennung 6 eingesetzt. Deshalb ist im Beispiel die Aufstellfläche 1 um die befestigte Lagerfläche 18 für die Zwischenlagerung der festen organischen Düngemittel 19 erweitert worden.
• Die dem Beispiel 3 zuzuordnenden Kennwerte sind in der Tabelle 5 zusammengefasst: Tabelle 5: Kennwerte zum Beispiel 3

  Pos.	Bezeichnung	Dimension	Betrag
  1.	Menge der zugeführten biogenen Kommunalabfälle (OS)	t/d	5,2
  2.	Mittlerer Trockensubstanzgehalt (TS)	g/kg OS	230
  3.	Mittlerer Gehalt der organischen Trockenmasse (oTS)	% TS	92
  4.	Spezifischer Methanertrag	m3/kg oTS	0,75
  5.	Täglich verfügbares Methanvolumen	m3/d	823
  6.	Erforderliche minimale Feuerungswärmeleistung des Gasmotors und der Heißfackel	kWth.	350
  7.	Menge des nutzbaren (NPKShaltigen Festdüngers	t/d	1,1
  8.	Menge der nutzbaren (NPKShaltigen) Flüssigdünger	m3/d	3,5
  9.	Benötigte elektrische Prozessenergie	kWh/d	141
  10.	Maximal benötigte thermische Prozessenergie	kWh/d	420

• Der kalkulierte Bedarf an einzusetzender Prozessenergie unter den Bedingungen einer durchgehenden Frostwitterung ergibt sich aus der Tabelle 6. Tabelle 6: kalkulierter Prozessenergiebedarf zum Beispiel 3

  Pos.	Bezeichnung	Dimension	Betrag
  1.	Beleuchtung (1 kW * 12 h/d)	kWh/d	12
  2.	Sumpfpumpe für das Niederschlagswasser auf der abflusslosen Standortfläche (1 kW* 2 h/d)	kWh/d	2
  3.	Zusätzliche Zerkleinerung der Einsatzstoffe (8 kW * 4 h/d)	kWh/d	32
  4.	Zentralpumpe (11 kW * 6 h/d)	kWh/d	66
  5.	Steuerluft zur Ventilsteuerung (0,5 kW* 2 h/d)	kWh/d	1
  6.	Gebläse zur Luftförderung vom Vorbehälter zum Gärresttank (0,4 kW * 24 h/d)	kWh/d	10
  7.	Phasentrennung (6 kW * 3 h/d)	kWh/d	18
  8.	Summe des elektrischen Prozessenergiebedarfs	kWh/d	141
  9.	Heizwärme für die Hauptfermenterstation einschl. der Isolationsverluste	kWh/d	260
  10.	Heizwärme für die Nachfermenterstation einschl. der Isolatonsverluste	kWh/d	130
  11.	maximale Heizwärme für den Technik-Raum	kWh/d	30
  12.	Summe des thermischen Prozessenergiebedarfs	kWh/d	420

• Bezugszeichenliste

1

Standortfläche

2

Vorbehälter

3

Prozessbehälter für die anaerobe Behandlung im mesophilen Milieu

4

Prozessbehälter für die anaerobe Behandlung im thermophilen Milieu

5

Prozessbehälter für die Sammlung der flüssigen Fermentationsrückstände

6

Phasentrennstation für die Fermentationsrückstände

7

Anlagensteuerung

8

Aufkantung der Standortfläche

9

Station für die energetische Gasverwertung

10

Gasentschwefelungsmodul

11

Blockheizkraftwerk

12

Gaskessel

13

Heißfackelstation

14

Pumpenstation

15

Behälterfahrzeug

16

Ventile in den Verbindungleitungen

17

biologische Biogasentschwefelung

18

befestigte Lagerfläche

19

feste organische Düngemittel

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 19721979 C1 [0005]
• DE 19846336 A1 [0006]
• DE 19958142 A1 [0007]
• DE 20104047 U1 [0008]
• DE 102004053615 B3 [0009]
• DE 2004062993 A1 [0011]
• DE 202005012340 U1 [0012]
• DE 102008015609 A1 [0013]
• DE 102010000437 U1 [0014]
• EP 2781589 B1 [0015]
• DE 102010044988 A1 [0017]
• WO 2013/088067 A1 [0018]
• DE 202012007831 U1 [0019]
• DE 102013107621 A1 [0020]
• DE 202013101554 U1 [0021]
• DE 202014006483 U1 [0022]
• CN 104140928 B [0023]
• CN 106281996 B [0024]
• WO 2020180175 A1 [0025]
• WO 2020/182684 A1 [0026]

Claims (10)

1. Mobile Biogasanlage für den zeitweiligen oder ständigen Betrieb an Standorten mit eingeschränkter oder fehlender kommunaler Infrastruktur, enthaltend - eine wasserdicht ausgestattete befahrbare Standortfläche (1); mehrere Anlagenkomponenten mit den maximalen Abmessungen von standardisierten Transportcontainern; - wenigstens fünf räumlich voneinander getrennten Prozessbehältern für die biotechnologische Behandlung der zu verwertenden biogenen Einsatzstoffe; - wenigstens einen Vorbehälter (2) zur Gewinnung einer durch Fluidisierungs-, Zerkleinerungs- und Mischungsmaßnahmen erzeugte Biosuspension, - wenigstens drei gasdichte Prozessbehälter (3, 4) für die Hydrolyse und/oder für die anaerobe Hauptfermentation im mesophilen und/oder im thermophilen Milieu und/oder für die Nachfermentation im mesophilen und/oder thermophilen Milieu; - wenigstens einen gasdichten Prozessbehälter (5) für die Sammlung der Fermentationsrückstände und die biologische Gasentschwefelung; - eine Phasentrennstation (6) für die Gewinnung eines Biofiltrates mit gegenüber den flüssigen Fermentationsrückständen verringertem Trockensubstanzgehalt und - einem Modul für die Anlagensteuerung (7), dadurch gekennzeichnet, - dass die gasdichten Prozessbehälter (3, 4, 5) von aufeinanderfolgenden Behandlungsstufen übereinander derart angeordnet sind, dass der Prozessbehälter (3) für die erste anaerobe Behandlungsstufe in der obersten Stellung und die Prozessbehälter (4, 5) für die nachfolgenden anaeroben Behandlungsstufen in tieferen Positionen angeordnet sind; - dass der erste Prozessbehälter (3) für die anaerobe Behandlung ein kulturerhaltender Durchlauf-Fermenter ist; - dass die gasdicht betriebenen Prozessbehälter ( 3, 4, 5) für Gasdrücke zwischen 0,03 und 2,0 bar Überdruck ausgelegt sind und - dass wenigstens zwei der gasdichten Prozessbehälter (4) für die batchweise Behandlung nutzbar sind.
2. Mobile Biogasanlage nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamten transportablen Anlagenkomponenten auf einer befahrbaren Fläche (1) mit einer einen Auffangraum für den Mindestinhalt des Prozessbehälters mit dem größten Nennvolumen bildenden umlaufenden Aufkantung (8) positioniert sind.
3. Mobile Biogasanlage nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Station (9) für die energetische Gasverwertung wenigsten aus einem Nachentschwefelungsmodul (10), einem Blockheizkraftwerk (11) und/oder einem Gaskessel (12)und einer Heißfackelstation (13) besteht.
4. Mobile Biogasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die innerhalb der Transportcontainer angeordneten Prozessbehälter (2 bis 5) bevorzugt aus ebenen, gewölbten, profilierten und/oder mit Rippen stabilisierten Behälterelementen aus Metall oder Kunststoff bestehen.
5. Mobile Biogasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pumpenstation (14) wenigstens für die Beschickung der ersten Fermentationsstufe (3) mit Biosuspension, für die Beschickung der Phasentrennstation (6), für die Umlagerung der Fermentationsrückstände oder der gewonnenen Biofiltrate zum Annahmebehälter (2) und/oder in Abholfahrzeuge (15) verfügbar ist.
6. Verfahren zum Betrieb einer mobilen Biogasanlage nach dem Anspruch 1 mit den Prozessstufen - Herstellen einer Biosuspension aus den fluidisierten und zerkleinerten biogenen Einsatzstoffen sowie deren homogene Vermischung mit zusätzlichen Prozessflüssigkeiten für die anschließende Nassfermentation; - Erste anaerobe Behandlungsstufe für die Methanfermentation im mesophilen Milieu; - Zweite anaerobe Behandlungsstufe für die batchweise Methanfermentation im thermophilen Milieu; - Sammeln der flüssigen Fermentationsrückstände in einem anaerob betriebenen Sammeltank, - Bereitstellen der biologisch entschwefelten Biogase für die energetische Verwertung, dadurch gekennzeichnet, - dass die Fermentationssubstrate zwischen den Prozessbehältern (3, 4, 5) der einzelnen anaeroben Behandlungsstufen mittels Schwerkraft transportiert werden, - dass die in den einzelnen Prozessstufen (3, 4, 5)gewonnenen Biogase jeweils durch die Prozessbehälter aller nachfolgenden anaeroben Behandlungsstufen hindurchgeleitet werden. - dass der Transport der Biogase durch die anaerob betriebenen Prozessbehälter (3, 4, 5) und zur energetischen Gasverwertungsstation (9) mittels Eigendruck im Bereich zwischen 0,03 und 2,5 bar Überdruck erfolgt, - dass die den einzelnen Prozessbehältern (4, 5) aus den zuvor angeordneten Behandlungsstufen zugeführten Biogasmengen zur zusätzlichen Substratumwälzung genutzt werden und - dass die den Sammeltank (5) für die flüssigen Fermentationsrückstände durchströmenden Biogase in diesem vor der Ableitung zur Station (9) für die energetische Gasverwertung zumindest teilweise biologisch entschwefelt werden werden.
7. Verfahren nach dem Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die in der ersten anaeroben Behandlungsstufe (3) anfallenden Sinkschlämme mittels des hydrostatischen Drucks im Prozessbehälter (3) der ersten anaeroben Behandlungsstufe zum Vorbehälter (2) zurückgeleitet werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlagerung der Fermentationssubstrate zwischen den anaerob betriebenen Prozessbehältern (3, 4, 5) ausschließlich durch die Steuerung der Ventile (15) in den Verbindungsleitungen (16) bewirkt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dimensionen der Prozessbehälter (3, 4, 5) für eine anaerobe Mindesthandlungszeit von 20 Tagen dimensioniert werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft für die biologische Biogasentschwefelung (17) im anaerob betriebenen Sammeltank (5) für die flüssigen Fermentationsrückstände dem Vorbehälter (2) für die Herstellung der Biosuspension entnommen wird.

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