DE102021002380A1 - Drum reactor and method of operating a drum reactor - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Trommelreaktor, beispielsweise einen Schraubtrommelumwälzreaktor, und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Trommelreaktors zur anaeroben Behandlung von Biomasse, wie bspw. vergärbare biogene Reststoffe der Abfall- und Abwasser-, sowie Land- und Ernährungswirtschaft.The invention relates to a drum reactor, for example a screw drum circulating reactor, and a method for operating such a drum reactor for the anaerobic treatment of biomass, such as fermentable biogenic residues from the waste and sewage industry, as well as from agriculture and the food industry.

Description

Die Erfindung betrifft einen Trommelreaktor, beispielsweise einen Schraubtrommelumwälzreaktor, und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Trommelreaktors zur anaeroben Behandlung von Biomasse, wie bspw. vergärbare biogene Rest- oder Abfallstoffe der Abfall- und Abwasser-, sowie Land- und Ernährungswirtschaft.The invention relates to a drum reactor, for example a screw drum circulating reactor, and a method for operating such a drum reactor for the anaerobic treatment of biomass, such as fermentable biogenic residues or waste materials from the waste and sewage industry as well as from agriculture and the food industry.

Bei dieser kontinuierlichen Behandlung der Biomasse durch Mikroorganismen im Gärraum des Trommelreaktors kommt es zu einer Konversion des in der Biomasse vergärbaren Anteils zu biogenem methanhaltigem Gas, im Weiteren als Biogas bezeichnet, und Gärrest zur weiteren energetischen und/oder stofflichen Nutzung, ggf. nach Weiterverarbeitung, bspw. als Düngemittel, Kultursubstrat, Faserrohstoff oder Energieträger resp. Kraftstoff. Damit trägt die Technologie zur Behandlung der Biomasse zu einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft bei. Der Gärraum des Trommelreaktors wird dabei über eine Einspeiseeinheit mit Biomasse gespeist. Über eine Ausspeiseeinheit wird vergorenes Gärmedium als Gärrest, sowie Biogas über eine Biogasspeiseeinheit entnommen.With this continuous treatment of the biomass by microorganisms in the fermentation chamber of the drum reactor, the part that can be fermented in the biomass is converted into biogenic methane-containing gas, referred to below as biogas, and digestate for further energetic and/or material use, possibly after further processing. For example, as a fertilizer, culture substrate, fiber raw material or energy source, respectively. Fuel. The technology for treating the biomass thus contributes to a sustainable circular economy. The fermentation chamber of the drum reactor is fed with biomass via a feed unit. Fermented fermentation medium is removed as digestate via a discharge unit, as well as biogas via a biogas feed unit.

Die Konversion von Biogas aus Biomasse wird verfahrenstechnisch in zwei wesentliche Verfahren unterschieden.The conversion of biogas from biomass is divided into two main processes.

Zum einen wird die Flüssig- oder Nassvergärung für niedrigviskose, pumpfähige Substrate mit TS-Gehalten bis zu ca. 15 Ma.-%, unter Berücksichtigung der anwendungsüblichen Partikelgrößenverteilung mit typischen Partikellängen von im Wesentlichen < 1 bis 50 mm, angewendet. Dabei werden neben Abwasservergärungsverfahren meist kontinuierlich oder quasikontinuierlich betriebene Rührkessel-, Pfropfenstromreaktoren oder Reaktoren nach dem Verdrängerprinzip in verschiedenen Ausführungen mit hydraulischen, pneumatischen oder mechanischen Durchmischungsstrategien eingesetzt.On the one hand, liquid or wet fermentation is used for low-viscosity, pumpable substrates with dry matter content of up to approx. 15% by mass, taking into account the particle size distribution customary in the application with typical particle lengths of essentially <1 to 50 mm. In addition to wastewater fermentation processes, mostly continuous or quasi-continuously operated stirred tank reactors, plug flow reactors or reactors based on the displacement principle are used in various designs with hydraulic, pneumatic or mechanical mixing strategies.

Zum anderen gibt es die Feststoffvergärung für stapelfähige Substrate mit einem TS-Gehalt des Gärmediums von bis zu ca. 50 Ma.-%. Aufgrund des hohen Wasseranteils des Substrates bei der Flüssigvergärung können einerseits die Biogasausbeuten bezogen auf das Arbeitsvolumen in einem geringeren Bereich liegen und andererseits ist der notwendige Substrataufschlussgrad durch Zerkleinerungstechnik höher als im Vergleich zur Feststoffvergärung, um die erforderliche niedrige Viskosität für die Pumpentechnik gewährleisten zu können. Bei der Feststoffvergärung wird das Substrat hingegen mit großvolumiger Fördertechnik, wie z. B. Kolbenpumpen oder Universalschaufeln von Teleskopladern, bei einer vergleichsweise hohen Viskosität gehandhabt. Somit fällt die Anforderung an die Partikelgrößenverteilung geringer aus. In Abhängigkeit der Viskosität des Substrates kommen verschiedene Reaktoren für die Feststoffvergärung zum Einsatz.On the other hand, there is solid fermentation for stackable substrates with a dry matter content of the fermentation medium of up to approx. 50% by mass. Due to the high water content of the substrate in liquid fermentation, on the one hand the biogas yields in relation to the working volume can be in a lower range and on the other hand the necessary degree of substrate break-up through comminution technology is higher than in comparison to solid fermentation in order to be able to guarantee the low viscosity required for the pump technology. In the case of solid fermentation, on the other hand, the substrate is conveyed with large-volume conveyor technology, e.g. B. piston pumps or universal shovels of telehandlers, handled at a comparatively high viscosity. The requirement for particle size distribution is therefore lower. Depending on the viscosity of the substrate, different reactors are used for the fermentation of solids.

Pfropfenstromreaktoren werden meist für eine überwiegend mittlere Viskosität und bspw. der diskontinuierlich betriebene Garagenfermenter oder der kontinuierlich betriebene Trommelreaktor für unzerkleinertes Substrat mit hoher Viskosität verwendet.Plug flow reactors are mostly used for a predominantly medium viscosity and, for example, the batchwise operated garage fermenter or the continuously operated drum reactor for uncrushed substrate with high viscosity.

Mit Ausnahme des Garagenfermenters werden alle anderen Reaktorbauformen üblicherweise automatisiert ausgeführt und betrieben. Im Hinblick auf einen kosteneffizienten Reaktorbetrieb, hervorgerufen durch den massiven Kostendruck im Bereich der Herstellung von Energieträgern, wie methanhaltiges Gas, ist der automatisierte Betrieb eine wichtige Maßnahme. Eine anlagentechnisch reduzierte Ausstattung mit einfacher und robuster Reaktortechnik, bspw. leicht herstellbare Bauteile und eine einfache Montage und Wartung, keine beweglichen Teile im schwer zugänglichen Reaktorinnenraum oder eine geringe Anzahl an Antrieben, trägt außerdem dazu bei.With the exception of the garage fermenter, all other types of reactor are usually designed and operated automatically. With regard to cost-efficient reactor operation, caused by the massive cost pressure in the production of energy sources such as methane-containing gas, automated operation is an important measure. A reduced technical equipment with simple and robust reactor technology, e.g. easily manufacturable components and simple assembly and maintenance, no moving parts in the reactor interior that is difficult to access or a small number of drives, also contributes to this.

Trommelreaktoren der o. g. Art sind beispielsweise in den Dokumenten US 4836918 A und DE 103 06 988 B4 beschrieben; eine polygonförmige Rottetrommel im Dokument DE 3418755 C2 .Drum reactors of the above type are, for example, in the documents US4836918A and DE 103 06 988 B4 described; a polygon-shaped rotting drum in the document DE 3418755 C2 .

Der Aufbau der Vorrichtungen aus US 4836918 und DE 103 06 988 B4 erfordern eine anspruchsvolle technisch bedingte Lagetreue bzgl. der stirnseitigen Lagerstellen im Hinblick auf die Trommellagerung, auf die Ein- und Ausspeisung des Gärmediums, sowie auf die Ausspeisung des Biogases. Dadurch sind aufwändige Maßnahmen zur Einhaltung der Trommellage vorzusehen, wie bspw. die Bewerkstelligung eines Gleichgewichtes zwischen der Reaktormasse in Abhängigkeit des Reaktorfüllstands des Gärmediums und dem Auftrieb der schwimmend gelagerten Trommel, insbesondere bei Ein- und Ausspeisevorgängen von Gärmedium, sowie eine hohe Fertigungsgenauigkeit bei der Außenrundheit der Laufringe bei einer Rollenstuhllagerung über Laufrollen. Es besteht die Gefahr des Verbleibes von durch die anaerobe Behandlung nicht abbaubaren Stoffen, wie absinkende Störstoffe, Metallteile und Gestein, im unteren Reaktorinnenbereich sowie aufschwimmende Störstoffe wie Holz- oder Kunststoffteile im oberen Reaktorinnenbereich vor der Ausspeisestelle, da diese Stoffe durch die zentrisch angeordneten Ausspeisesysteme nicht erfasst und ausgespeist werden können. Aufgrund der aufwändigen Aufstellung der Trommelreaktoren in einem mit Flüssigkeit gefüllten Becken, ist ein freier Zugang zur Trommel im unteren äußeren Bereich nicht möglich und eine Restentleerung im Havariefall durch freies Ausfließen über bspw. eine Entleerungsöffnung ausgeschlossen. Wartungsarbeiten sind ebenso davon betroffen und gestalten sich augenscheinlich schwierig. Ein robuster Normalbetrieb des Trommelreaktors kann durch die o. g. Merkmale gefährdet werden.The construction of the devices US4836918 and DE 103 06 988 B4 require a technically demanding positional accuracy with regard to the front bearing points with regard to the drum bearing, the feeding in and outfeed of the fermentation medium and the outfeed of the biogas. As a result, complex measures must be taken to maintain the position of the drum, such as achieving a balance between the reactor mass depending on the reactor fill level of the fermentation medium and the buoyancy of the floating drum, especially when feeding and discharging fermentation medium, as well as high manufacturing accuracy for the outer roundness of the races in a roller chair bearing via rollers. There is a risk of substances that cannot be degraded by the anaerobic treatment, such as sinking impurities, metal parts and rocks, remaining in the lower reactor interior as well as floating impurities such as wood or plastic parts in the upper reactor interior in front of the exit point, since these substances cannot be removed by the centrically arranged exit systems can be recorded and fed out. Due to the complex installation of the drum reactors in a tank filled with liquid, there is free access to the drum on the lower outside Area not possible and a residual emptying in the event of an accident through free outflow through, for example, an emptying opening excluded. Maintenance work is also affected and is apparently difficult. A robust normal operation of the drum reactor can be jeopardized by the above features.

Die im Dokument DE 3418755 C2 offenbarte Ein- und Ausspeisung erfordert jeweils einen Antrieb zur Betätigung der jeweiligen Förderschnecken. Es ist eine Hohlwelle zur Erfüllung der Ein- und Ausspeisevorgänge für Gärmedium, Biogas und Additive resp. Perkolat, zur Leistungsübertragung für die Rotation der Trommel, sowie zur Ausrichtung resp. Lagerung der Trommel erforderlich, die eine aufwändige Herstellung und Errichtung in Aussicht stellt. Damit verbunden ist eine mögliche Störanfälligkeit im Bereich der Hohlwelle aufgrund der mehrfachen Funktionen gegeben und eine relevante Schwachstelle identifiziert. In Bezug auf die Austauschbarkeit einzelner Komponenten bei einer Störung ist ein erheblicher Aufwand mit weitreichenden Betriebsunterbrechungen und eine geringe Prozessstabilität abzuleiten. Aufgrund der Anordnung der Ein- und Ausspeisevorrichtung, insbesondere der abdichtenden Funktion der Schneckenwendel zur Rohrmantelinnenfläche, besteht die Gefahr von betriebsbedingten Emissionen von Biogas und Gärmedium aus dem Reaktor, insbesondere mit Blick auf Materialverschleiß.The ones in the document DE 3418755 C2 disclosed infeed and outfeed each requires a drive to actuate the respective screw conveyors. It is a hollow shaft to fulfill the feed-in and feed-out processes for fermentation medium, biogas and additives resp. Percolate, for power transmission for the rotation of the drum, and for alignment resp. Bearing of the drum is required, which promises a complex production and construction. Associated with this is a possible susceptibility to failure in the area of the hollow shaft due to the multiple functions and a relevant weak point identified. With regard to the exchangeability of individual components in the event of a fault, a considerable effort with far-reaching operational interruptions and low process stability can be derived. Due to the arrangement of the feed and discharge device, in particular the sealing function of the screw helix to the inner surface of the pipe shell, there is a risk of operational emissions of biogas and fermentation medium from the reactor, especially with regard to material wear.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Trommelreaktor und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Trommelreaktors bereit zu stellen, welche die Nachteile des Standes der Technik überwinden. Der Trommelreaktor soll einen technisch einfachen Aufbau besitzen und zur Vergärung flüssiger und fester Substrate einsetzbar sein.The object of the invention is to provide a drum reactor and a method for operating such a drum reactor which overcome the disadvantages of the prior art. The drum reactor should have a technically simple structure and be used for the fermentation of liquid and solid substrates.

Der Erfindung liegt außerdem die Aufgabe zugrunde, durch die biochemische Konversion von vergärbarer Biomasse, möglichst auf permanente Weise, Biogas und abhängig vom Betriebsregime intervallweise einmal bis mehrfach täglich Gärrest bereitzustellen.The invention is also based on the object of providing biogas and, depending on the operating regime, fermentation residue at intervals once or several times a day through the biochemical conversion of fermentable biomass, if possible permanently.

Dabei soll ein Hand- oder Automatikbetrieb die Vergärung von Gärmedium mit einem TS-Gehalt im Bereich von 5 bis 50 Ma.-% bewerkstelligen und damit den üblichen Leistungsbereich von Flüssig- und Feststoffvergärung abdecken, wobei höchstens eine grobe vorgeschaltete Zerkleinerung des Substrates erfolgt und damit verbunden eine niedrige bis hohe Viskosität des Gärmediums erzielt wird.Manual or automatic operation should be able to ferment fermentation medium with a dry matter content in the range of 5 to 50% by mass and thus cover the usual performance range of liquid and solid fermentation, with at most a coarse upstream comminution of the substrate and thus connected a low to high viscosity of the fermentation medium is achieved.

In Bezug auf die technische Ausgestaltung des Trommelreaktors soll eine technologisch einfache Ebene sowie eine geringe Anzahl an Prozessschritten gewählt werden, sodass einerseits potenzielle Störquellen für den Betrieb des Trommelreaktors auf ein Minimum reduziert werden und andererseits ein energieeffizienter Anlagenbetrieb mit geringem Energiebedarf erzielt wird. Durch diese Maßnahmen soll ein robuster und prozesssicherer Betrieb sichergestellt werden.With regard to the technical design of the drum reactor, a technologically simple level and a small number of process steps should be selected so that, on the one hand, potential sources of interference for the operation of the drum reactor are reduced to a minimum and, on the other hand, energy-efficient plant operation with low energy consumption is achieved. These measures are intended to ensure robust and process-reliable operation.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Trommelreaktor
mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.The object of the invention is achieved by a drum reactor
solved with the features according to claim 1.

Erfindungswesentlich ist, dass der Innenraum der Trommel 5 gasdicht verschließbar ist, der Trommelreaktor 10 ein Heizungssystem 8 sowie eine Steuer-/Regelungseinheit 9 besitzt, die Substrateinspeisung schwerkraftgestützt über eine zentrisch, exzentrisch oder radial im Bereich der Trommelstirnseite 5.7 angeordneten Einspeiseeinheit 2, sowie die Gärrestausspeisung schwerkraftgestützt über eine zentrisch, exzentrisch oder radial im Bereich der Trommelstirnseite 5.8 angeordneten Ausspeiseeinheit 6 erfolgt.It is essential to the invention that the interior of the drum 5 can be closed in a gas-tight manner, the drum reactor 10 has a heating system 8 and a control/regulation unit 9, the substrate feed is gravity-assisted via a feed unit 2 arranged centrically, eccentrically or radially in the area of the front face of the drum 5.7, and the digestate discharge gravity-assisted via a discharge unit 6 arranged centrically, eccentrically or radially in the area of the drum end face 5.8.

Es sind keine angetriebenen beweglichen Teile im schwer zugänglichen Innenbereich des Trommelreaktors 10, wie bspw. bewegliche Rührwerks- oder Förderorgane in Form von Propeller, Schub- oder Kratzboden, oder dazu erforderliche periphere Zustellorgane vorhanden.There are no driven moving parts in the interior of the drum reactor 10, which is difficult to access, such as moving agitator or conveying elements in the form of propellers, pusher or scraper floors, or the peripheral feed elements required for this.

Es sind keine weiteren, als Hindernis für den Förderstrom des Gärmediums GM wirkenden, Bauteile im gesamten Förderungsbereich des Innenraumes des Trommelreaktors 10 vorhanden, um die Gefahr von Ablagerung und Zusetzen, Querschnittsverengung oder Verstopfung zu vermeiden.There are no other components in the entire conveying area of the interior of the drum reactor 10 that act as obstacles to the conveying flow of the fermentation medium GM, in order to avoid the risk of deposits and clogging, narrowing of the cross section or blockage.

Dadurch wird ein störanfälliges Betriebsverhalten des Trommelreaktors 10 gegenüber Störstoffen ST reduziert.As a result, the operating behavior of the drum reactor 10, which is susceptible to malfunctions, is reduced in relation to impurities ST.

Es wird ein robuster und prozesssicherer Betrieb des Trommelreaktors 10 ohne Störungen durch a) Verstopfungen und Verklemmungen, Ablagerungen o. ä. hemmende Wirkungen in Anlagenbereichen, sowie durch b) das Vermeiden des Einsatzes und der damit verbundenen Gefahr des Ausfalles von Anlagentechnik, wie bspw. Rührwerke erreicht.Robust and process-reliable operation of the drum reactor 10 without disruptions due to a) blockages and deadlocks, deposits or similar inhibiting effects in plant areas, as well as b) avoiding the use and the associated risk of failure of plant technology, such as agitators reached.

Ein sehr geringer Wartungsaufwand und Verschleiß werden aufgrund der eingesetzten Technik mit niedrigem Technologiegrad beim Betrieb des Trommelreaktors 10 realisiert.A very low maintenance effort and wear are realized due to the technology used with a low level of technology when operating the drum reactor 10 .

Durch eine schonende und großräumige Umwälzung im Trommelreaktor 10 erfolgt eine ruhige und auf die Biogasproduktion bezogene effektiv wirkende Behandlung des Gärmediums GM.A gentle and large-scale circulation in the drum reactor 10 results in a calm and effective treatment of the fermentation medium GM related to the biogas production.

Somit ist ein hoher Abbaugrad aufgrund der schonenden und andauernden Durchmischung mit hohem Durchmischungsgrad ermöglicht.Thus, a high degree of degradation is made possible due to the gentle and continuous mixing with a high degree of mixing.

Es ist ein kostengünstiger Aufbau ermöglicht, da leicht verfügbare Bau- und Normteile mit niedrigem Technologiegrad und einfachem Aufbau verwendet werden können.A cost-effective structure is made possible, since easily available components and standard parts with a low level of technology and a simple structure can be used.

Der einfache Aufbau, die Nutzung von Normbauteilen, sowie die Robustheit und der einfache Betrieb bei einer hohen Substratflexibilität bieten besondere Eignung zur Nutzung in peripheren Gebieten weltweit.The simple structure, the use of standard components, as well as the robustness and the simple operation with a high substrate flexibility offer particular suitability for use in peripheral areas worldwide.

Es ist ein sehr breites Substratspektrum, wie vergärbare biogene Reststoffe der Abfall- und Wasser-, sowie Land- und Ernährungswirtschaft, insbesondere alle vergärbaren Einsatzstoffe gemäß der deutschen Biomasseverordnung (BiomasseV) einsetzbar.A very wide range of substrates can be used, such as fermentable biogenic residues from waste and water management, as well as agriculture and the food industry, in particular all fermentable input materials in accordance with the German Biomass Ordinance (BiomasseV).

Dabei handelt es sich um pumpfähiges bis stapelfähiges Substrat S oder Substratmischung SM mit homogenem resp. heterogenem Gefüge.It is pumpable to stackable substrate S or substrate mixture SM with a homogeneous resp. heterogeneous structure.

Heterogenes Substrat S oder Substratmischung SM besteht aus einer oder mehreren Substratfraktionen und weist unterschiedliche Materialeigenschaften auf. Homogenes Substrat S oder Substratmischung SM setzt sich aus einer bis wenigen Substratfraktionen mit vergleichsweise ähnlichen Materialeigenschaften zusammen.Heterogeneous substrate S or substrate mixture SM consists of one or more substrate fractions and has different material properties. Homogeneous substrate S or substrate mixture SM is composed of one or a few substrate fractions with comparatively similar material properties.

Das stapelfähige Substrat S hat einen Trockensubstanzgehalt von ca. 10 bis 90 Ma.-%, wobei der TS-Gehalt hauptsächlich bei 15 bis 80 Ma.-% liegt und eine Temperatur von 0 bis 80 °C, wobei die Temperatur hauptsächlich bei 5 bis 25 °C liegt.The stackable substrate S has a dry substance content of about 10 to 90% by mass, with the TS content being mainly 15 to 80% by mass and a temperature of 0 to 80° C., the temperature being mainly 5 to 25 °C.

Das pumpfähige Substrat S hat einen typischen Trockensubstanzgehalt von < 5 bis 15 Ma.- %, wobei der TS-Gehalt hauptsächlich bei 6 bis 12 Ma.-% liegt und eine Temperatur von 3 bis 70 °C, wobei die Temperatur hauptsächlich bei 5 bis 25 °C liegt. Durch den Anteil von Partikeln mit Partikelgrößen bis 10 mm ergibt sich eine niedrige, fließfähige Viskosität.The pumpable substrate S has a typical dry matter content of <5 to 15% by mass, with the TS content being mainly 6 to 12% by mass and a temperature of 3 to 70° C., with the temperature being mainly 5 to 25 °C. The proportion of particles with a particle size of up to 10 mm results in a low, flowable viscosity.

Es kann anlagentechnisch sehr anspruchsvoll zu verarbeitendes Substrat S, wie unbehandeltes vergärbares heterogenes, pump- und stapelfähiges Substrat S mit einem hohen Störstoffanteil von > 0 bis 20 Ma.-%, sowie mit der Neigung zur Bildung von gasgefüllten Poren bzw. Hohlräumen verarbeitet werden.Substrate S that is very difficult to process in terms of plant technology, such as untreated fermentable heterogeneous, pumpable and stackable substrate S with a high proportion of impurities of >0 to 20% by mass, and with a tendency to form gas-filled pores or cavities, can be processed.

Außerdem kann einfach handzuhabendes pumpfähiges homogenes Substrat S, wie z. B. industrielles Abwasser mit einem geringen Störstoffanteil von 0 bis 2 Ma.-% verarbeitet werden.In addition, easy-to-handle pumpable homogeneous substrate S, such as. B. industrial wastewater with a low proportion of impurities from 0 to 2% by mass can be processed.

Es wird ein Selbstreinigungseffekt der Trommel 5 im Sinne des Abtragens von Ablagerungen auf der Innenfläche des Trommelmantels 5.1 durch Störstoffe ST erreicht.A self-cleaning effect of the drum 5 is achieved in terms of the removal of deposits on the inner surface of the drum shell 5.1 by impurities ST.

Der kontinuierliche Betrieb bedeutet üblicherweise eine ein- bis mehrfach tägliche chargenweise Einspeisung von Substrat S oder Substratmischung SM in den Trommelreaktor 10 resp. Ausspeisung von Gärrest GR aus dem Trommelreaktor 10, dass im Vergleich zu einem diskontinuierlichen Betrieb von konventionellen Reaktorbauformen im Bereich der Feststoffvergärung, wie dem Boxen- oder Garagenfermenter, vorteilhaft ist. Dadurch ist eine permanente Bereitstellung von Biogas B und Gärrest GR ohne Schwankungen möglich.Continuous operation usually means feeding substrate S or substrate mixture SM in batches once or several times a day into drum reactor 10, respectively. Discharge of digestate GR from the drum reactor 10 that is advantageous compared to a discontinuous operation of conventional reactor designs in the field of solid fermentation, such as the box or garage fermenter. This enables a permanent supply of Biogas B and fermentation residue GR without fluctuations.

Die Einspeisung des Substrates S erfolgt über die Einspeiseeinheit 2 in den Gärraum GÄ des Trommelreaktors 10. Das Substrat S dient als Nährstoff für die im Gärmedium GM befindlichen Mikroorganismen. Das stellt die Voraussetzung zur permanenten Konversion von vergärbarer Biomasse durch den Metabolismus der biogaserzeugenden Mikroorganismen zu Biogas B dar.The substrate S is fed via the feed unit 2 into the fermentation chamber GÄ of the drum reactor 10. The substrate S serves as a nutrient for the microorganisms in the fermentation medium GM. This is the prerequisite for the permanent conversion of fermentable biomass through the metabolism of the biogas-producing microorganisms to biogas B.

Die Ausspeisung des Gärrestes GR aus dem Gärraum GÄ erfolgt über die Ausspeiseeinheit 6. Der Gärrest GR muss dem Trommelreaktor 10 entnommen werden, um Raum für frisches einzuspeisendes Substrat S oder Substratmischung SM zu schaffen. Dabei muss der Füllstand des Gärmediums GM vor und nach den Ein- und Ausspeisevorgängen den gleichen Wert aufweisen.The fermentation residue GR is discharged from the fermentation chamber GÄ via the discharge unit 6. The fermentation residue GR must be removed from the drum reactor 10 in order to create space for fresh substrate S or substrate mixture SM to be fed in. The filling level of the fermentation medium GM must have the same value before and after the feed and discharge processes.

Die Biogasspeiseeinheit 4 dient zum einen der Ausspeisung von Biogas B aus dem Gasraum GS und zum anderen ist die Einspeisung von Biogas B in den Gasraum GS über die Biogasspeiseeinheit 4, bspw. zur Erhöhung des Gasraumdrucks möglich.The biogas feed unit 4 is used on the one hand to discharge biogas B from the gas space GS and on the other hand to feed biogas B into the gas space GS via the biogas feed unit 4, for example to increase the gas space pressure.

Die Lagerung der Trommel 5 dient der Drehbarkeit der Trommel 5 um die Längsachse.The bearing of the drum 5 serves to allow the drum 5 to rotate about the longitudinal axis.

Der Trommelantrieb 7 dient zur Lageänderung der Trommel 5, insbesondere zur Einstellung der Einspeise- und Ausspeiselage.The drum drive 7 is used to change the position of the drum 5, in particular to adjust the infeed and outfeed position.

Die gasdichte Ausführung der Trommel 5 dient zur Fassung und Speisung des gebildeten Biogases B im Innenbereich der Trommel 5, zur Reduzierung von Biogasemissionen und zur Vermeidung des Eintrages von in Luft enthaltenem Sauerstoff.The gas-tight design of the drum 5 serves to collect and feed the biogas B formed in the interior of the drum 5, to reduce biogas emissions and to prevent the entry of oxygen contained in the air.

Das Heizsystem 8 dient der Beheizung des Gärmediums GM im Gärraum GÄ der Trommel 5. Dies wird durch den Einsatz von Heizelementen 8.1 und einer Dämmung 8.2 durchgeführt. Dabei wird der Trommelmantel 5.1 teilweise durch die vorzugsweise außen am Trommelmantel 5.1 anliegenden Heizelemente 8.1 beheizt, sodass das innen anliegende Gärmedium GM im Gärraum GÄ beheizt wird. Alternativ zu dieser Trommelmantelbeheizung erfolgt eine externe Beheizung des Substrates S oder der Substratmischung SM im Vorlagebehälter 2.4 durch die am Vorlagebehälter 2.4 eingebundenen Heizelemente 8.1, sodass das beheizte Substrat S oder die Substratmischung SM nach der Substrateinspeisung in den Trommelreaktor 10 das Gärmedium GM beheizt.The heating system 8 is used to heat the fermentation medium GM in the fermentation chamber GÄ of the drum 5. This is achieved through the use of heating elements 8.1 and insulation 8.2. The drum shell 5.1 is partially heated by the heating elements 8.1 preferably lying on the outside of the drum shell 5.1, so that the fermenting medium GM lying on the inside is heated in the fermenting chamber GÄ. As an alternative to this drum jacket heating, the substrate S or the substrate mixture SM in the storage tank 2.4 is heated externally by the heating elements 8.1 integrated into the storage tank 2.4, so that the heated substrate S or the substrate mixture SM heats the fermentation medium GM after the substrate has been fed into the drum reactor 10.

Der Handbetrieb im Sinne der Erfindung erfolgt als Handsteuerung über die Steuer-/Regelungseinheit 9 durch manuelles Betätigen:

  1. a) der Schließarmaturen 2.1, 2.2, 4.7, 6.1 und 6.2 zu den erforderlichen Schaltvorgängen und Schaltzeitpunkten zur Gewährleistung der Gasdichtheit des Gasraumes GS und der Speisung der Medien Substrat S, Gärrest GR und Biogas B zum einen zur Erreichung des erforderlichen Gärmediumfüllstandes und zum anderen zur Öffnung und Schließung der Biogasleitung 4.1, b) des Trommelantriebes 7 zur Einstellung der erforderlichen Trommellage und c) der Heizelemente 8.1 zur Sicherstellung der erforderlichen Kerntemperatur des Gärmediums GM.
Manual operation within the meaning of the invention takes place as manual control via the control/regulation unit 9 by manual actuation:
  1. a) the closing fittings 2.1, 2.2, 4.7, 6.1 and 6.2 for the necessary switching processes and switching times to ensure the gas tightness of the gas space GS and the supply of the media substrate S, fermentation residue GR and biogas B on the one hand to achieve the required fermentation medium level and on the other hand Opening and closing of the biogas line 4.1, b) the drum drive 7 to set the required drum position and c) the heating elements 8.1 to ensure the required core temperature of the fermentation medium GM.

Der Automatikbetrieb im Sinne der Erfindung erfolgt über die Steuer-/Regelungseinheit 9 durch das Steuer- und regelungstechnisch basierte Betätigen: a) der Schließarmaturen 2.1, 2.2, 4.7, 6.1 und 6.2 zu den erforderlichen Schaltvorgängen und Schaltzeitpunkten zur Gewährleistung der Gasdichtheit des Gasraumes GS und der Speisung der Medien Substrat S, Gärrest GR und Biogas B zum einen zur Erreichung des erforderlichen Gärmediumfüllstandes mit Hilfe des Füllstandsensors 11.2 und einer Füllstandregelung und zum anderen zur Öffnung und Schließung der Biogasleitung 4.1, b) des Trommelantriebes 7 zur Einstellung der erforderlichen Trommellage mit Hilfe der Lagesensoren 11.3 und einer in der Steuer-/Regelungseinheit 9 eingebundenen Lageregelung und c) der Heizelemente 8.1 zur Sicherstellung der erforderlichen Kerntemperatur des Gärmediums GM mit Hilfe des Temperatursensors 11.1 und einer Temperaturregelung.Automatic operation within the meaning of the invention takes place via the control/regulation unit 9 by actuating the following based on control and regulation technology: the feeding of the media substrate S, fermentation residue GR and biogas B on the one hand to achieve the required fermentation medium fill level using the fill level sensor 11.2 and a fill level controller and on the other hand to open and close the biogas line 4.1, b) the drum drive 7 to set the required drum position with the help the position sensors 11.3 and a position controller integrated into the control/regulation unit 9 and c) the heating elements 8.1 to ensure the required core temperature of the fermentation medium GM with the aid of the temperature sensor 11.1 and a temperature controller.

Die abhängigen Ansprüche 2 bis 6 enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung, ohne diese damit zu begrenzen.The dependent claims 2 to 6 contain advantageous refinements of the invention without thereby limiting it.

Bevorzugt ist, dass an der Innenseite des Trommelmantels 5.1 radial nach innen ausgerichtete Schaufelbleche 5.4 angeordnet sind. Dadurch wird zum einen das Trommelsegment 5.3 in sich, sowie mehrere nacheinander gefügte Trommelsegmente 5.3 gegen Belastungen im Sinne von innenliegenden Aussteifungsrippen ausgesteift. Zum anderen dienen die Schaufelbleche 5.4 als Durchmischungsorgan zur Umwälzung des Gärmediums GM, sowie als Förderorgan zur Erzeugung eines Vorschubes des Gärmediums GM im Gärraum GÄ durch die Rotation der Trommel 5.It is preferred that blade plates 5.4, which are aligned radially inwards, are arranged on the inside of the drum casing 5.1. As a result, the drum segment 5.3 itself, as well as several drum segments 5.3 joined one after the other, are stiffened against loads in the sense of internal stiffening ribs. On the other hand, the shovel plates 5.4 serve as a mixing element for circulating the fermentation medium GM and as a conveying element for generating a feed of the fermentation medium GM in the fermentation chamber GÄ through the rotation of the drum 5.

Bevorzugt ist, dass kettenförmige Kratzelemente 5.6 an der Innenseite des Trommelmantels 5.1 zur Vermeidung von Schwimmschichten und Ablagerungen an der Innenseite des Trommelmantels 5.1, zur Durchmischung und zur Schaffung von Ansiedlungsfläche für Mikroorganismen und Bewerkstelligung einer Biomasserückhaltung eingebunden sind.It is preferred that chain-like scraper elements 5.6 are integrated on the inside of the drum shell 5.1 to avoid floating layers and deposits on the inside of the drum shell 5.1, to mix and to create a settlement area for microorganisms and to achieve biomass retention.

Bevorzugt ist, dass die Ausspeisung von Biogas B über die Biogasspeiseeinheit 4, vorzugsweise über die Biogasleitung 4.1 erfolgt, welche zentrisch an der Trommelstirnseite 5.8 angeordnet ist, wobei diese gasdicht und drehbar zum Trommelmantel 5.1 und drehfest durch eine Drehmomentstütze 4.3 zum Gestell 1 ausgeführt ist.It is preferred that the biogas B is fed out via the biogas feed unit 4, preferably via the biogas line 4.1, which is arranged centrally on the front side of the drum 5.8, with this being gas-tight and rotatable to the drum shell 5.1 and non-rotatable to the frame 1 by a torque support 4.3.

Bevorzugt ist, dass der Trommelreaktor 10 einen Vorlagebehälter 2.4 besitzt, wodurch eine Vorlagerung des Substrates S oder der Substratmischung SM und eine dosierbare Einspeisung in den Einspeiseschacht 2.3 ermöglicht wird.It is preferable for the drum reactor 10 to have a storage tank 2.4, which enables the substrate S or the substrate mixture SM to be stored in advance and fed into the feed shaft 2.3 in a metered manner.

Bevorzugt ist, dass die Trommel 5 einen zylinderförmigen oder polygonförmigen Grundkörper, besonders bevorzugt als reguläres Dekagonalprisma ausgeführt, besitzt. Dadurch ist der Einsatz von einfach vorzufertigenden Blechteilen aus Blechtafelmaterial zur Errichtung des Trommelmantels 5.1 möglich.It is preferred that the drum 5 has a cylindrical or polygonal base body, particularly preferably designed as a regular decagonal prism. This makes it possible to use sheet metal parts, which are easy to prefabricate, from sheet metal material to erect the drum casing 5.1.

Bevorzugt ist, dass die Trommel 5 in erweiterbarer, modularer Segmentbauweise als blechteilgerechte Schraubkonstruktion in transportfreundlichen Abmaßen ausgeführt ist. Damit wird eine einfache Errichtung des Trommelreaktors 10 durch Fügen der einzelnen vorgefertigten Trommelsegmente 5.3 vor Ort ermöglicht.It is preferred that the drum 5 is designed in an expandable, modular segment construction as a screw construction suitable for sheet metal parts and with transport-friendly dimensions. This enables simple construction of the drum reactor 10 by joining the individual prefabricated drum segments 5.3 on site.

Bevorzugt ist, dass die Trommellagerung 3 exzentrisch über zumindest zwei Rollenstühle 3.1 und zwei Laufringe 3.3 erfolgt, wobei die Trommel 5 um die Längsachse drehbar gelagert und gegen axiale Verschiebung über ein Führungsrollenpaar 3.2 gesichert ist. Es besteht keine hohe Anforderung an eine zentrische Lagetreue, wie im Vergleich zu den bisher bekannten Trommelreaktoren, jedoch ist eine reproduzierbare Lagetreue der Trommel 5 in Einspeise- resp. Ausspeiselage bei einer Trommelumdrehung gefordert.It is preferred that the drum bearing 3 takes place eccentrically via at least two roller frames 3.1 and two raceways 3.3, with the drum 5 being rotatably mounted about the longitudinal axis and secured against axial displacement via a pair of guide rollers 3.2. There is no high requirement for a centric positional accuracy, as compared to the previously known drum reactors, but a reproducible positional accuracy of the drum 5 in the feed or. Exit position required for one drum revolution.

Bevorzugt ist, dass ein einzelner Trommelantrieb 7 eingesetzt wird.
Der einzelne Trommelantrieb 7 wird neben der Drehung der Trommel 5 vorzugsweise für die Einspeisung des Substrates S oder der Substratmischung SM und die Ausspeisung des Gärrestes GR, für die Durchmischung und Förderung bzw. Vorschuberzeugung des Gärmediums GM im Gärraum GÄ und für die damit verbundene Vermeidung von Sinkschicht- und Schwimmschichtbildung eingesetzt. Aufgrund des Einsatzes eines einzelnen Trommelantriebes 7 der Trommel 5 für die beschriebenen Zwecke, ist ein geringer Eigenenergiebedarf und geringer technischer Aufwand der Anlage in Aussicht zu stellen, da keine weiteren Aggregate mit Energiebedarf für die Zwecke erforderlich sind.It is preferred that a single drum drive 7 is used.
In addition to rotating the drum 5, the individual drum drive 7 is preferably used for feeding in the substrate S or the substrate mixture SM and discharging the digestate GR, for mixing and conveying or generating the fermentation medium GM in the fermentation chamber GÄ and for the associated avoidance of Sinking layer and floating layer formation used. Due to the use of a single drum drive 7 of the drum 5 for the purposes described, a low energy requirement and low technical complexity of the system can be expected, since no other units with energy requirements are required for the purposes.

Bevorzugt ist, dass die mechanische Leistungsübertragung des Trommelantriebes 7 auf die Trommel 5 vorzugsweise mit einem Zugmittel-, Stirnrad- oder Triebstockgetriebe 7.2 erfolgt. Dadurch ist ein exzentrischer mechanischer Leistungseintrag vom Antriebsmotor 7.1 mit einer untersetzten Bewegungsübertragung durch das nachgeschaltete Getriebe 7.2 möglich. Durch die Untersetzung der Motordrehzahl des Antriebsmotors 7.1 zur Drehzahl der Trommel 5, ist der Einsatz eines Antriebsmotor 7.1 mit geringer Leistung und geringem Gesamtstromverbrauch im Vergleich zu Antrieben für die Durchmischung und Förderung bei konventionellen Reaktoren, wie das Haspelrührwerk eines Pfropfenstromreaktors, ermöglicht.It is preferred that the mechanical power transmission of the drum drive 7 to the drum 5 preferably takes place with a traction mechanism, spur gear or pinion gear 7.2. As a result, an eccentric mechanical power input from the drive motor 7.1 with a geared-down movement transmission through the downstream gear 7.2 is possible. By reducing the motor speed of the drive motor 7.1 to the speed of the drum 5, the use of a drive motor 7.1 with low power and low total power consumption compared to drives for mixing and conveying in conventional reactors, such as the coiled mixer of a plug flow reactor, is made possible.

Bevorzugt ist, dass eine radial am Trommelmantel 5.1 angeordnete Revisionsöffnung 5.2 zur Entleerung resp. Schaffung eines Zuganges zum Innenbereich des Trommelreaktors 10 vorhanden ist.It is preferred that a radially arranged on the drum shell 5.1 inspection opening 5.2 for emptying, respectively. Creation of access to the interior of the drum reactor 10 is available.

Um die genannten Vorteile erreichen zu können, wurde die Bauform des Trommelreaktors 10 mit den gegebenen Eigenschaften gewählt.In order to be able to achieve the advantages mentioned, the design of the drum reactor 10 with the given properties was chosen.

Die Aufgabe der Erfindung wird außerdem durch ein Verfahren zum Betreiben eines Trommelreaktors 10 mit den Merkmalen gemäß Anspruch 7 gelöst.The object of the invention is also achieved by a method for operating a drum reactor 10 having the features according to claim 7.

Erfindungswesentlich ist, dass eine Substrateinspeisung, eine anaerobe Gärmediumbehandlung, eine Gärmediumbeheizung, eine Gärmediumförderung, eine Biogasausspeisung, eine Gärrestausspeisung, sowie eine Erfassung des Gärraumfüllstandes, des Gasraumdruckes, der Trommellage und der Gärmediumtemperatur und eine Regelung des Gärraumfüllstandes, der Gärmediumtemperatur und der Trommellage erfolgt.It is essential to the invention that a substrate feed, an anaerobic fermentation medium treatment, a fermentation medium heating, a fermentation medium conveyance, a biogas discharge, a digestate discharge, as well as a detection of the fermentation chamber fill level, the gas chamber pressure, the drum position and the fermentation medium temperature and a control of the fermentation chamber fill level, the fermentation medium temperature and the drum position.

Die Substrateinspeisung dient im Wesentlichen der Zufuhr von Nährstoffen zur Aufrechterhaltung des Metabolismus der biogaserzeugenden Mikroorganismen im Gärraum GÄ der Trommel 5.The substrate feed essentially serves to supply nutrients to maintain the metabolism of the biogas-producing microorganisms in the fermentation chamber GÄ of drum 5.

Die anaerobe Gärmediumbehandlung dient der Schaffung eines zur Atmosphäre abgeschlossenen und sauerstofffreien Milieus im Trommelreaktor 10 als Voraussetzung für die Konversion vergärbarer biogener Stoffe zu biogenem methanhaltigen Biogas B durch Mikroorganismen.The anaerobic fermentation medium treatment serves to create an oxygen-free environment in the drum reactor 10 that is closed to the atmosphere and is a prerequisite for the conversion of fermentable biogenic substances into biogenic biogas B containing methane by microorganisms.

Die Gärmediumbeheizung dient der Schaffung eines psychro- bis thermo- oder hyperthermophilen Milieus im Kern des Gärmediums GM im Gärraum GÄ der Trommel 5. Hierbei wird ein Temperaturbereich von 10 bis 95 °C erreicht.The fermentation medium heating is used to create a psychro- to thermo- or hyperthermophilic environment in the core of the fermentation medium GM in the fermentation chamber GÄ of drum 5. A temperature range of 10 to 95 °C is reached.

Die Gärmediumförderung dient zum Transport des Gärmediums GM von der Einspeisestelle an der Trommelstirnseite 5.7 hin zur Ausspeisestelle an der Trommelstirnseite 5.8 im Gärraum GÄ der Trommel 5.The fermentation medium conveyor is used to transport the fermentation medium GM from the feed point on the front of the drum 5.7 to the discharge point on the front of the drum 5.8 in the fermentation chamber GÄ of the drum 5.

Die Biogasausspeisung dient zum Abführen des gebildeten Biogases B aus dem Gasraum GS der Trommel 5.The biogas discharge is used to discharge the biogas B formed from the gas space GS of the drum 5.

Die Gärrestausspeisung dient dem Abzug von Gärrest GR aus dem Gärraum GÄ der Trommel 5.The fermentation residue discharge is used to remove fermentation residue GR from the fermentation chamber GÄ of drum 5.

Die Messung und Regelung des Gärraumfüllstandes erfolgt durch den Füllstandsensor 11.2 und dient der Einhaltung eines gleichbleibenden Füllstandes, da es bedingt durch die Einspeisung von Substrat S oder Substratmischung SM und Ausspeisung von Gärrest GR zu Füllstandänderungen des Gärmediums GM im Gärraum GÄ führt. Bei den dosierten Speisevorgängen wird zur Sicherstellung einer gleichbleibenden Menge des Gärmediums GM dessen Füllstand berücksichtigt.The level sensor 11.2 measures and regulates the filling level of the fermentation chamber and serves to maintain a constant filling level, since it leads to changes in the filling level of the fermentation medium GM in the fermentation chamber GÄ due to the feeding in of substrate S or substrate mixture SM and the discharge of fermentation residue GR. In the metered feed processes, the fill level of the fermentation medium GM is taken into account to ensure a constant quantity.

Die Messung des Gasraumdruckes erfolgt durch den Drucksensor 11.4 und dient der Detektion von Über- und Unterdruckereignissen im Gasraum GS der Trommel 5. Damit sind Rückschlüsse auf mögliche Störungen der Biogasspeiseeinheit 4 möglich.The gas space pressure is measured by the pressure sensor 11.4 and is used to detect overpressure and underpressure events in the gas space GS of the drum 5. This allows conclusions to be drawn about possible faults in the biogas feed unit 4.

Die Messung und Regelung der Gärmediumtemperatur dient der Sicherstellung der erforderlichen Gärmediumtemperatur durch das Heizsystem 8 und der Steuer-/Regelungseinheit 9, insbesondere der darin eingebundenen Temperaturregelung.The measurement and regulation of the fermentation medium temperature serves to ensure the required fermentation medium temperature by the heating system 8 and the control/regulation unit 9, in particular the temperature regulation integrated therein.

Die Messung und Regelung der Trommellage dient der Sicherstellung der erforderlichen Trommellage durch den Trommelantrieb 7 und der Steuer-/Regelungseinheit 9, insbesondere der darin eingebundenen Lageregelung.The measurement and control of the drum position serves to ensure the required drum position by the drum drive 7 and the control/regulation unit 9, in particular the position control integrated therein.

Bei der Feststoffvergärung werden pumpfähige oder stapelfähige Substrate oder Substratmischung SM eingesetzt und zu einer pumpfähigen bis stapelfähigen Mischung von Substraten S oder Substratmischung SM und Gärmedium GM vermengt.In solid fermentation, pumpable or stackable substrates or substrate mixtures SM are used and become a pumpable mixed up to a stackable mixture of substrates S or substrate mixture SM and fermentation medium GM.

Bei der Flüssigvergärung werden ausschließlich pumpfähige Substrate S oder Substratmischung SM verwendet.Only pumpable substrates S or substrate mixture SM are used for liquid fermentation.

Bei der Feststoffvergärung können störstoffhaltige Substrate S mit längeren Partikeln ohne aufwändige Vorbehandlung verarbeitet werden, das gegenüber der Flüssigvergärung vorteilhaft ist.In the case of solid fermentation, substrates S containing impurities can be processed with longer particles without complex pretreatment, which is advantageous compared to liquid fermentation.

Der Trommelreaktor 10 kann sowohl die Feststoffvergärung als auch die Flüssigvergärung durchführen. Dabei ist keine separate Behandlung notwendig und der Vorbehandlungsaufwand für stapelfähige Substrate S kann entfallen oder gering gehalten werden.The drum reactor 10 can carry out both solid fermentation and liquid fermentation. In this case, no separate treatment is necessary and the pretreatment effort for stackable substrates S can be omitted or kept low.

Die abhängigen Ansprüche 8 bis 10 enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, ohne dieses damit zu begrenzen.The dependent claims 8 to 10 contain advantageous configurations of the method according to the invention, without thereby limiting it.

Bevorzugt ist, dass eine Substratvorlage im Vorlagebehälter 2.4 erfolgt, welcher vorzugsweise dosierbar und mit einer Labyrinthschurre zur Abscheidung sperriger oder länglicher Störstoffe ST ausgeführt ist. Dadurch erfolgt eine dosierbare Substrateinspeisung in den nachgeschalteten Einspeiseschacht 2.3.It is preferable for the substrate to be stored in the storage container 2.4, which is preferably meterable and is designed with a labyrinth chute for separating bulky or elongated impurities ST. This results in metered substrate feeding into the downstream feeding shaft 2.3.

Bevorzugt ist, dass die schwerkraftgestützte Substrateinspeisung über einen zum Gestell 1 festen Vorlagebehälter 2.4, den zur Trommel 5 starr verbundenen Einspeiseschacht 2.3 mit Schließarmaturen 2.1 und 2.2, sowie durch die Trommeldrehung in den Gärraum GÄ erfolgt. Durch eine Dosierung der Substratmenge bei der Substrateinspeisung vom Vorlagebehälter 2.4 in den Einspeiseschacht 2.3 und einer Rückkopplung zum erfassten Füllstand des Gärmediums GM im Gärraum GÄ, ist die Einhaltung des erforderlichen Füllstandes des Gärmediums GM nach den Speisevorgängen sichergestellt.It is preferred that the gravity-assisted substrate feed takes place via a storage container 2.4 fixed to the frame 1, the feed shaft 2.3 rigidly connected to the drum 5 with closing fittings 2.1 and 2.2, and by rotating the drum into the fermentation chamber GÄ. By dosing the amount of substrate when feeding the substrate from the storage tank 2.4 into the feed shaft 2.3 and feedback to the recorded fill level of the fermentation medium GM in the fermentation chamber GÄ, compliance with the required fill level of the fermentation medium GM after the feed processes is ensured.

Es sind im Vergleich zu konventionellen Reaktoren keine weiteren Förderorgane, wie bspw. Pumpen oder Förderschnecken, nach dem Vorlagebehälter 2.4 für die Einspeisung von Substrat S oder Substratmischung SM erforderlich.In comparison to conventional reactors, no further conveying elements, such as pumps or screw conveyors, are required after the storage tank 2.4 for feeding in substrate S or substrate mixture SM.

Bevorzugt ist, dass in Abhängigkeit der Anzahl der Einspeiseschächte, der Einspeisevorgang bei einem Einspeiseschacht 2.3 nach 360° Trommeldrehwinkel oder bei zwei Schächten nach 180° Trommeldrehwinkel wiederholt wird.It is preferred that, depending on the number of feed shafts, the feeding process is repeated after a drum rotation angle of 360° in the case of one feed shaft 2.3 or after a drum rotation angle of 180° in the case of two shafts.

Bevorzugt ist, dass die Drehzahl des Trommelreaktors 10, in Abhängigkeit des Betriebsregimes, insbesondere der Verweilzeit, zwischen 1 bis 10 d-1 liegt, wobei die Auslegung des Trommelantriebes 7 eine kurzzeitige Drehbewegung von 180° drehrichtungsunabhängig im Havariefall berücksichtigt.It is preferred that the speed of the drum reactor 10 is between 1 and 10 d −1 , depending on the operating regime, in particular the residence time, with the design of the drum drive 7 allowing for a brief rotary movement of 180° regardless of the direction of rotation in the event of an accident.

Bevorzugt ist, dass das gebildete Biogas B im Gasraum GS gefasst und über die Biogasspeiseeinheit 4 durch einen sich einstellenden relativen Überdruck im isochoren Gasraum GS von > 0 bis 10 hPa aus dem Trommelreaktor 10 in einen separierten Gasspeicher 4.6 zur Speicherung und weiteren Nutzung gespeist wird.It is preferred that the biogas B formed is collected in the gas space GS and fed via the biogas feed unit 4 through a relative overpressure that is set in the isochoric gas space GS of >0 to 10 hPa from the drum reactor 10 into a separate gas storage tank 4.6 for storage and further use.

Bevorzugt ist, dass eine Einspeisung von Rezirkulat R zum einen in den Vorlagebehälter 2.4 oder in den Einspeiseschacht 2.3 erfolgt. Dabei dient das Rezirkulat R als Impfmaterial für das Substrat S oder die Substratmischung SM und zur Einstellung des Trockensubstanzgehaltes in der Einspeiseeinheit 2. Zum anderen kann Rezirkulat R als Perkolat über das Düsensystem 4.4 entlang der Biogasleitung 4.1 auf die Oberfläche des Gärmediums GM im Gärraum GÄ eingebracht werden.It is preferred that recirculated material R is fed into the storage container 2.4 or into the feed shaft 2.3. The recirculate R serves as an inoculation material for the substrate S or the substrate mixture SM and for adjusting the dry matter content in the feed unit 2. On the other hand, the recirculate R can be introduced as a percolate via the nozzle system 4.4 along the biogas line 4.1 onto the surface of the fermentation medium GM in the fermentation chamber GÄ will.

Bevorzugt ist, dass die Einspeisung von Hilfsmitteln H auf die Oberfläche des Gärmediums GM im Gärraum GÄ über das Düsensystem 4.4 erfolgt. Diese Maßnahmen können zur Unterstützung oder Stabilisierung der anaeroben Behandlung und Biogasbildung, sowie zur Auflösung von Schwimmschichten oder zur Grobentschwefelung des Biogases B dienen.It is preferred that the feeding of aids H takes place on the surface of the fermentation medium GM in the fermentation chamber GÄ via the nozzle system 4.4. These measures can serve to support or stabilize the anaerobic treatment and biogas formation, as well as to dissolve floating layers or for coarse desulfurization of the biogas B.

Bevorzugt ist, dass die schwerkraftgestützte Gärrestausspeisung über den zurTrommel 5 starr verbundenen Ausspeiseschacht 6.3 mit Schließarmaturen 6.1 und 6.2, sowie durch die Trommeldrehung vorzugsweise in einen zum Gestell 1 festen, nachgeschalteten gasdichten und automatisch öffnenden Gärrestbehälter 6.4 erfolgt, wobei vorzugsweise eine Störstoffabscheidung nachgeschaltet werden kann.It is preferred that the gravity-assisted fermentation residue discharge takes place via the discharge chute 6.3 rigidly connected to the drum 5 with closing fittings 6.1 and 6.2, as well as through the rotation of the drum, preferably into a downstream, gas-tight and automatically opening fermentation residue container 6.4 that is fixed to the frame 1, whereby a foreign matter separation can preferably be connected downstream.

Bevorzugt ist, dass die Ansteuerung des Trommelantriebes 7, der Schließarmaturen 2.1, 2.2, 4.7, 6.1 und 6.2, des Heizungssystems 8 und des Messsystems 11 mit dem Temperatursensor 11.1, dem Füllstandsensor 11.2, dem Lagesensor 11.3 und dem Drucksensor 11.4 über eine Steuer-/Regelungseinheit 9 mit Lage- und Temperaturregelung erfolgt. Die pneumatischen, hydraulischen, elektronischen und/oder elektrischen Leitungen werden bevorzugt über eine zentrisch an der Trommelstirnseite 5.7 eingebundene Drehkupplung 5.5 geführt. Somit ist der Betrieb des Trommelreaktor 10, ausgehend vom starren Gestell 1, zu allen in Bewegung befindlichen Anlagenteilen der getriebenen Trommel 5 sichergestellt.It is preferred that the control of the drum drive 7, the closing fittings 2.1, 2.2, 4.7, 6.1 and 6.2, the heating system 8 and the measuring system 11 with the temperature sensor 11.1, the level sensor 11.2, the position sensor 11.3 and the pressure sensor 11.4 via a control / Control unit 9 takes place with position and temperature control. The pneumatic, hydraulic, electronic and/or electrical lines are preferably routed via a rotating coupling 5.5 integrated centrally on the drum end face 5.7. Thus, the operation of the drum reactor 10, starting from the rigid frame 1, to all moving system parts of the driven drum 5 is ensured.

Bevorzugt ist, dass durch die rotierende Arbeitsweise der Trommel 5 insbesondere die Feststoffvergärung auf eine kontinuierliche Weise angewendet wird. Die umlaufende Rotation der Trommel 5 führt zur Durchmischung, Umwälzung und Förderung bzw. zu einem Vorschub des Gärmediums GM im Gärraum GR, bedingt durch die auf der Innenseite des Trommelmantels 5.1 montierten Schaufelbleche 5.4 und kettenförmigen Kratzelemente 5.6. Dadurch wird in Bezug auf andere Fermenterbauformen, insbesondere bei der Feststoffvergärung ein vorteilhafter, energieeffizienter, kostengünstiger, emissionsarmer und effektiver Betrieb ermöglicht.It is preferred that the rotating operation of the drum 5 in particular the hard pulp fermentation is applied in a continuous way. The revolving rotation of the drum 5 leads to mixing, circulating and conveying or to a feed of the fermentation medium GM in the fermentation chamber GR, due to the blade plates 5.4 and chain-like scraper elements 5.6 mounted on the inside of the drum casing 5.1. This enables advantageous, energy-efficient, cost-effective, low-emission and effective operation in relation to other fermenter designs, especially in the case of solid-state fermentation.

Bevorzugt ist, dass die Rotation der Trommel 5 zur Vermeidung von durch Sinkstoffe hervorgerufener Sinkschichtbildung und Ablagerungen an der Innenseite des Trommelmantels 5.1, sowie zur Schwimmschichtauflösung durch Aufschlagen oder Aufbrechen der Schicht durch die Schaufelbleche 5.4 und der Kratzelemente 5.6 im Gärraum führt.It is preferred that the rotation of the drum 5 leads to the avoidance of settling layer formation and deposits on the inside of the drum shell 5.1 caused by sediment, as well as to the dissolution of the floating layer by impacting or breaking up the layer through the blade plates 5.4 and the scraper elements 5.6 in the fermentation chamber.

Bevorzugt ist, dass der Füllstand des Gärmediums GM im Gärraum GÄ maximal 80 % des Bruttovolumens der Trommel 5 entspricht. Zum einen wird damit der Gasraum GS ausgebildet, in dem das gebildete Biogas B geführt wird und über die Biogasspeiseeinheit 4 gehandhabt werden kann und verhindert, dass die Biogasspeiseeinheit 4 verstopft oder zugesetzt wird. Zum anderen wird die Durchmischung und Förderung des Gärmediums GM sowie die Verhinderung der Sink- und Schwimmschichtbildung, durch Platschen von im Gasraum GS ablösenden und herabfallenden Ablagerungen ausgehend von der Innenseite des Trommelmantels 5.1 auf die Oberfläche des Gärmedium GM, unterstützt.It is preferred that the fill level of the fermentation medium GM in the fermentation chamber GÄ corresponds to a maximum of 80% of the gross volume of the drum 5 . On the one hand, the gas space GS is thus formed, in which the biogas B formed is conducted and can be handled via the biogas feed unit 4 and prevents the biogas feed unit 4 from becoming clogged or clogged. On the other hand, the mixing and conveying of the fermentation medium GM and the prevention of the sinking and floating layer formation is supported by the splashing of deposits that are separating and falling in the gas space GS, starting from the inside of the drum shell 5.1 onto the surface of the fermentation medium GM.

Bevorzugt ist, dass Rezirkulat R durch die Gärrestseparation des Gärrestes GR nach dem Ausspeisevorgang gewonnen wird.It is preferred that recirculate R is obtained through the fermentation residue separation of the fermentation residue GR after the discharge process.

Bevorzugt ist, dass, im Vergleich zu den bisher bekannten schwimmend gelagerten Trommelreaktoren mit zentrischer Lagerung und füllstandabhängigem Auftrieb, der Füllstand des Gärmediums GM in einem Bereich von 0 bis 80 % bezogen auf das Bruttovolumen des Trommelmantels 5.1 variabel ist. Der Füllstand hat keinen Einfluss auf die vertikale Trommellage und muss nicht durch Maßnahmen ausgeglichen werden, was vorteilhaft gegenüber den o. g. Trommelreaktoren ist.It is preferred that, in comparison to the previously known floating drum reactors with centric storage and filling level-dependent buoyancy, the filling level of the fermentation medium GM is variable in a range from 0 to 80% based on the gross volume of the drum shell 5.1. The filling level has no influence on the vertical position of the drum and does not have to be compensated for by measures, which is advantageous compared to the above-mentioned drum reactors.

Bevorzugt ist, dass keine aufwändige Vorbehandlung des Substrates S oder Substratmischung SM, wie Zerkleinerung oder Störstoffabscheidung durch zusätzliche Aggregate, erforderlich ist.It is preferred that no complex pretreatment of the substrate S or substrate mixture SM, such as comminution or the separation of impurities by additional units, is required.

Bevorzugt ist, dass beim Betrieb des Trommelreaktor 10 im Anwendungsfall der Feststoffvergärung die erforderliche Antriebsleistung höher und die erforderliche Heizleistung niedriger sein werden als im Vergleich zu Flüssigvergärung.It is preferred that when operating the drum reactor 10 in the application of solids fermentation, the required drive power is higher and the required heating power is lower than in comparison to liquid fermentation.

Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die 1 bis 4.Further features, properties and advantages of the present invention result from the following description of exemplary embodiments with reference to FIG 1 until 4 .

Es zeigen:

  • 1 eine Ausführungsform eines Trommelreaktors 10 in einer schematischen perspektivischen Ansicht,
  • 2 eine Ausführungsform eines Trommelreaktors 10 in einer Seitenansicht als Schnittdarstellung in Einspeiseposition und Ausspeiseposition a) in zylindrischer Ausführung und b) in polygonaler Ausführung,
  • 3 eine Ausführungsform eines Trommelreaktors 10 in einer teilweisen Seitenansicht als Schnittdarstellung in Einspeiseposition und Ausspeiseposition, und
  • 4 eine Ausführungsform eines Trommelreaktors 10 mit einem Vorlagebehälter 2.4 und einem Gärrestbehälter 6.4 in einer perspektivischen Seitenansicht.
Show it:
  • 1 an embodiment of a drum reactor 10 in a schematic perspective view,
  • 2 an embodiment of a drum reactor 10 in a side view as a sectional view in the feed position and feed position a) in a cylindrical design and b) in a polygonal design,
  • 3 an embodiment of a drum reactor 10 in a partial side view as a sectional view in the feed position and discharge position, and
  • 4 an embodiment of a drum reactor 10 with a storage container 2.4 and a digestate container 6.4 in a perspective side view.

1 zeigt eine Ausführungsform eines Trommelreaktors 10 in einer schematischen perspektivischen Ansicht. 1 shows an embodiment of a drum reactor 10 in a schematic perspective view.

Der Trommelreaktor 10 zur Feststoffvergärung oder Flüssigvergärung von Substraten S oder Substratmischungen SM sowie zur fermentativen Herstellung von organischen Säuren oder für weitere chemische bzw. biotechnologische Reaktionen oder als zugeschaltete Behandlungsstufe in einem mehrstufigen Verfahren, besitzt eine drehbare Trommel 5, eine Trommellagerung 3, einen Trommelantrieb 7, eine Einspeiseeinheit 2, eine Ausspeiseeinheit 6 und eine Biogasspeiseeinheit 4.The drum reactor 10 for solid fermentation or liquid fermentation of substrates S or substrate mixtures SM and for the fermentative production of organic acids or for further chemical or biotechnological reactions or as an added treatment stage in a multi-stage process has a rotatable drum 5, a drum bearing 3, a drum drive 7 , a feed-in unit 2, a feed-out unit 6 and a biogas feed-in unit 4.

Der Innenraum der Trommel 5 ist gasdicht verschließbar. Der Trommelreaktor 10 besitzt ein Heizungssystem 8 mit Heizelementen 8.1, welche zwischen der Außenseite des Trommelmantels 5.1 und der Dämmung 8.2, in 1 nicht dargestellt, angeordnet sind sowie eine Steuer-/Regelungseinheit 9. Die Substrateinspeisung ist schwerkraftgestützt und erfolgt über eine exzentrisch im Bereich der Trommelstirnseite 5.7 angeordneten Einspeiseeinheit 2. Die Gärrestausspeisung ist schwerkraftgestützt und erfolgt über eine exzentrisch im Bereich der Trommelstirnseite 5.8 angeordnete Ausspeiseeinheit 6, in 1 nicht dargestellt.The interior of the drum 5 can be closed in a gas-tight manner. The drum reactor 10 has a heating system 8 with heating elements 8.1, which are installed between the outside of the drum shell 5.1 and the insulation 8.2, in 1 not shown, as well as a control/regulation unit 9. The substrate is fed in by gravity and takes place via a feed unit 2 arranged eccentrically in the area of the front side of the drum 5.7. The feed out of fermentation residues is supported by gravity and takes place via a feed unit 6 arranged eccentrically in the area of the front side of the drum 5.8, in 1 not shown.

Der Trommelreaktor 10 besitzt einen hohlen, trommelförmigen Grundkörper.The drum reactor 10 has a hollow, drum-shaped base body.

Zur Durchführung des kontinuierlichen Verfahrens der Feststoffvergärung oder Flüssigvergärung zur Erzeugung von Biogas B, ist die angetriebene Trommel 5 mit einem Gärraum GÄ zur Schaffung eines erforderlichen psychro- bis thermophilen, anaeroben Milieus für die Behandlung des Gärmediums GM und mit einem Gasraum GS zum Fassen des Biogases B ausgeführt, in 1 nicht dargestellt.To carry out the continuous process of solid fermentation or liquid fermentation to produce biogas B, the driven drum 5 is equipped with a fermentation chamber GÄ to create a necessary psychrophilic to thermophilic, anaerobic environment for the treatment of the fermentation medium GM and with a gas chamber GS to hold the biogas B executed in 1 not shown.

Die Trommellagerung 3 der Trommel 5 erfolgt exzentrisch zum Gestell 1. Die Trommel 5 ist um ihre Längsachse drehbar. Der außenliegende und zum Gestell 1 fest verbundene Trommelantrieb 7 der Trommel 5 erfolgt exzentrisch im Bereich der Trommellagerung 3.The drum bearing 3 of the drum 5 is eccentric to the frame 1. The drum 5 can be rotated about its longitudinal axis. The external drum drive 7 of the drum 5, which is firmly connected to the frame 1, takes place eccentrically in the area of the drum bearing 3.

Die Einspeisung des Substrates S oder Substratmischung SM erfolgt zum einen durch die Rotation der Trommel 5 und zum anderen durch die Betätigung der Schließarmaturen 2.1 und 2.2. Durch das schwerkraftgestützte Einströmen des Substrates S oder Substratmischung SM über den Einspeiseschacht 2.3 der Einspeiseeinheit 2 in den Gärraum GÄ wird das im Innern der Trommel 5 befindliche Gärmedium GM von der Einspeiseeinheit 2 an der Trommelstirnseite 5.7 in Richtung der Ausspeiseeinheit 6 verdrängt.The substrate S or substrate mixture SM is fed in by rotating the drum 5 and by actuating the closing fittings 2.1 and 2.2. Due to the gravity-assisted inflow of the substrate S or substrate mixture SM via the infeed shaft 2.3 of the infeed unit 2 into the fermentation chamber GÄ, the fermentation medium GM inside the drum 5 is displaced from the infeed unit 2 on the front side 5.7 of the drum in the direction of the outfeed unit 6.

Die Ausspeisung des Gärrestes GR erfolgt zum einen durch die Rotation der Trommel 5 und zum anderen durch die Betätigung der Schließarmaturen 6.1 und 6.2, in 1 nicht dargestellt. Durch das Einströmen des Gärmediums GM aus dem Gärraum GÄ in die Ausspeiseeinheit 6, wird das Gärmedium GM von der Ausspeisestelle an der Trommelstirnseite 5.8 aus dem Gärraum GÄ entnommen und als Gärrest GR ausgespeist, wobei weiteres Gärmedium GM nach der Entnahme in den geräumten Bereich im Innern der Trommel 5 nachfließt. Durch die Substrateinspeisung und Gärrestausspeisung entsteht eine Förderung des Gärmediums GM im Gärraum GÄ des Trommelreaktors 10.The fermentation residue GR is discharged on the one hand by the rotation of the drum 5 and on the other hand by the actuation of the closing fittings 6.1 and 6.2, in 1 not shown. Through the inflow of the fermentation medium GM from the fermentation chamber GÄ into the discharge unit 6, the fermentation medium GM is removed from the discharge point on the front side of the drum 5.8 from the fermentation chamber GÄ and discharged as fermentation residue GR, with further fermentation medium GM after removal in the cleared area inside the drum 5 continues to flow. Feeding in the substrate and discharging fermentation residue results in the fermentation medium GM being conveyed in the fermentation chamber GÄ of the drum reactor 10.

Die Gasdichtheit des Trommelreaktors 10 erfolgt durch das gasdichte Verschließen der Schließarmaturen 2.1, 2.2, 4.7, 6.1 und 6.2.The drum reactor 10 is gas-tight by sealing the closing fittings 2.1, 2.2, 4.7, 6.1 and 6.2 in a gas-tight manner.

Durch die permanente Bildung des Biogases B im isochoren Gasraum GS, in 1 nicht dargestellt, und einen sich dadurch einstellenden relativen Überdruck im Gasraum GS, wird das Biogas B über die Biogasspeiseeinheit 4 durch freie Konvektion zur weiteren Nutzung ausgespeist.Due to the permanent formation of the biogas B in the isochoric gas space GS, in 1 not shown, and a resulting relative overpressure in the gas space GS, the biogas B is fed out via the biogas feed unit 4 by free convection for further use.

Die Temperierung des Gärraumes GÄ zur Erzeugung eines psychro-, meso- oder thermophilen Milieus erfolgt durch ein Heizungssystem 8 mit an der Innen- oder Außenfläche des Trommelmantels 5.1 angeordneten Heizelementen 8.1 und mit einer umlaufend ummantelten Dämmung 8.2.The temperature of the fermentation chamber GÄ to produce a psychrophilic, mesophilic or thermophilic environment is controlled by a heating system 8 with heating elements 8.1 arranged on the inner or outer surface of the drum shell 5.1 and with a peripherally encased insulation 8.2.

2 zeigt eine Ausführungsform eines Trommelreaktors 10 in einer Seitenansicht als Schnittdarstellung in Einspeiseposition und Ausspeiseposition a) in zylindrischer Ausführung und b) in polygonaler Ausführung. 2 shows an embodiment of a drum reactor 10 in a side view as a sectional view in the feed position and feed position a) in a cylindrical design and b) in a polygonal design.

Durch die polygonale Ausführung der Trommel 5 ist der Einsatz von einfach vorzufertigenden Blechteilen aus Blechtafelmaterial möglich.Due to the polygonal design of the drum 5, it is possible to use sheet metal parts made from sheet metal that are easy to prefabricate.

Der Trommelreaktor 10 ist an der Innenseite des Trommelmantels 5.1 mit radial nach innen ausgerichteten Schaufelblechen 5.4 ausgeführt. Durch den Anstellwinkel resp. die Ausrichtung der Schaufelbleche 5.4 kommt es zu einem Verdrängen und in Bewegung setzen des Gärmediums GM während der Rotation. Dadurch wird die Förderung des Gärmediums GM im Gärraum GÄ im Sinne eines Vorschubes an der Innenfläche des Trommelmantels 5.1 zur Ausspeisestelle an der Trommelstirnseite 5.8 sowie eine Umwälzung des Gärmedium GM unterstützt. Beim Austreten und Eindringen der Schaufelbleche 5.4 aus resp. in das Gärmedium GM wird eine vorhandene Schwimmschicht in diesem Bereich des Kontaktes aufgerissen, untergetaucht und aufgelöst. An den außerhalb des Gärmediums befindlichen Schaufelblechen 5.4 können sich ablösende Gärmediumrückstände durch den Gasraum GS über die Oberfläche des Gärmediums GM verteilen und eine Schwimmschicht durch Platschen aufreißen.The drum reactor 10 is designed on the inside of the drum casing 5.1 with blade plates 5.4 that are aligned radially inwards. Through the angle of attack resp. the alignment of the blade plates 5.4, the fermentation medium GM is displaced and set in motion during the rotation. This supports the promotion of the fermentation medium GM in the fermentation chamber GÄ in the sense of a feed on the inner surface of the drum shell 5.1 to the discharge point on the front side of the drum 5.8 and circulation of the fermentation medium GM. When exiting and entering the blade plates 5.4 from resp. an existing floating layer in this area of contact is torn open, submerged and dissolved in the fermentation medium GM. On the blade plates 5.4 located outside of the fermentation medium, residues of fermentation medium that come loose can be distributed through the gas space GS over the surface of the fermentation medium GM and tear open a floating layer by splashing.

Der Trommelreaktor 10 besitzt kettenförmige Kratzelemente 5.6 an der Innenseite des Trommelmantels 5.1. Bei der Trommelrotation führen die Bewegungen der Kratzelemente 5.6 einerseits zur Vermeidung von durch Sinkstoffe hervorgerufener Sinkschichtbildung und Ablagerungen an der Innenseite des Trommelmantels 5.1 durch Aufliegen der Kratzelemente 5.6 auf der Innenseite des Trommelmantels 5.1. Andererseits führt es zur Schwimmschichtauflösung durch Aufschlagen oder Aufbrechen der Schwimmschicht, hervorgerufen durch den Kontakt der herabhängenden Kratzelemente 5.6 mit der Gärmediumoberfläche.The drum reactor 10 has chain-like scraper elements 5.6 on the inside of the drum shell 5.1. During the rotation of the drum, the movements of the scraper elements 5.6 on the one hand prevent the formation of a sediment layer and deposits on the inside of the drum shell 5.1 caused by sediment due to the scraper elements 5.6 resting on the inside of the drum shell 5.1. On the other hand, it leads to the dissolution of the floating layer by hitting or breaking up the floating layer, caused by the contact of the hanging scraper elements 5.6 with the surface of the fermentation medium.

3 zeigt eine Ausführungsform eines Trommelreaktors 10 in einer teilweisen Seitenansicht als Schnittdarstellung in Einspeiseposition und Ausspeiseposition. 3 shows an embodiment of a drum reactor 10 in a partial side view as a sectional view in the feed position and discharge position.

Die Ausspeisung von Biogas B erfolgt über die Biogasspeiseeinheit 4, insbesondere über die Biogasleitung 4.1, beginnend mit einer U-förmigen Rohrleitungsführung im Gasraum GS, verlaufend zur ausspeiseseitigen Trommelstirnseite 5.8 der Trommel 5, als zentrisch angeordnete Gasspeiseleitung, die drehbar und gasdicht zum Trommelmantel 5.1 über mindestens zwei Lager 4.2 mit Dichtung und drehfest durch eine Drehmomentstütze 4.3 zum Gestell 1 ausgeführt ist. Die Biogasleitung 4.1 führt über eine Rohrkupplung 4.5, zur Entkopplung der durch die Rotation der Trommel 5 hervorgerufenen Rohrverschiebung, und mündet in einem Gasspeicher 4.6, wobei die Biogasleitung 4.1 mit einer Schließarmatur 4.7 zum gasdichten Verschließen des Gasraumes GS zum Gasspeicher 4.6 ausgestattet ist. Weiterhin ist die Einspeisung von Biogas B in den Gasraum GS über die Biogasspeiseeinheit 4, bspw. zur Erhöhung des Gasraumdrucks, ermöglicht.Biogas B is fed out via the biogas feed unit 4, in particular via the biogas line 4.1, beginning with a U-shaped pipeline in the gas space GS, running to the feed-side drum end face 5.8 of the drum 5, as a centrally arranged gas feed line tion, which is rotatable and gas-tight to the drum shell 5.1 via at least two bearings 4.2 with a seal and non-rotatable by a torque arm 4.3 to the frame 1. The biogas line 4.1 leads via a pipe coupling 4.5 to decouple the pipe displacement caused by the rotation of the drum 5 and ends in a gas storage 4.6, the biogas line 4.1 being equipped with a closing fitting 4.7 for gas-tight sealing of the gas space GS to the gas storage 4.6. Furthermore, biogas B can be fed into the gas space GS via the biogas feed unit 4, for example to increase the gas space pressure.

4 zeigt eine Ausführungsform eines Trommelreaktors 10 mit einem Vorlagebehälter 2.4 und einem Gärrestbehälter 6.4 in einer perspektivischen Seitenansicht. 4 shows an embodiment of a drum reactor 10 with a storage container 2.4 and a digestate container 6.4 in a perspective side view.

Es erfolgt eine Substratvorlage durch das Vorschalten eines Vorlagebehälters 2.4 zum Einspeiseschacht 2.3, wodurch eine Vorlagerung des unbehandelten Substrates S oder Substratmischung SM und eine dosierbare Einspeisung in den Einspeiseschacht 2.3 ermöglicht wird.The substrate is supplied by connecting a supply container 2.4 upstream of the feed chute 2.3, which enables the untreated substrate S or substrate mixture SM to be stored in advance and fed into the feed chute 2.3 in a metered manner.

Die Trommel 5 besitzt einen zylinderförmigen Grundkörper.The drum 5 has a cylindrical body.

Die Trommel 5 ist in erweiterbarer, modularer Segmentbauweise mit Trommelsegmenten 5.3 als blechteilgerechte Schraubkonstruktion in transportfreundlichen Abmaßen ausgeführt. Damit wird eine einfache Errichtung des Trommelreaktors 10 durch Fügen der einzelnen vorgefertigten Trommelsegmente 5.3 vor Ort ermöglicht.The drum 5 is designed in an expandable, modular segment design with drum segments 5.3 as a screwed construction suitable for sheet metal parts and with transport-friendly dimensions. This enables simple construction of the drum reactor 10 by joining the individual prefabricated drum segments 5.3 on site.

Die Trommellagerung 3 erfolgt exzentrisch über zwei Rollenstühle 3.1 und zwei Laufringe 3.3, wobei die Trommel 5 um die Längsachse drehbar gelagert und gegen axiale Verschiebung über ein Führungsrollenpaar 3.2 gesichert ist.The drum bearing 3 takes place eccentrically via two roller frames 3.1 and two raceways 3.3, the drum 5 being mounted so as to be rotatable about the longitudinal axis and secured against axial displacement by a pair of guide rollers 3.2.

Der Trommelreaktor 10 besitzt einen einzelnen Trommelantrieb 7.The drum reactor 10 has a single drum drive 7.

Die Leistungsübertragung des Trommelantriebes 7 auf die Trommel 5 erfolgt mit einem Getriebe 7.2, hier als Zugmittelgetriebe ausgeführt. Dadurch ist ein exzentrischer mechanischer Leistungseintrag vom Antriebsmotor 7.1 mit einer untersetzten Bewegungsübertragung durch das nachgeschaltete Getriebe 7.2 möglich.The power transmission of the drum drive 7 to the drum 5 takes place with a gear 7.2, designed here as a traction drive. As a result, an eccentric mechanical power input from the drive motor 7.1 with a geared-down movement transmission through the downstream gear 7.2 is possible.

Der Trommelreaktor 10 besitzt eine radial am Trommelmantel 5.1 angeordnete Revisionsöffnung 5.2 zur Entleerung und Schaffung eines Zuganges zum Innenbereich des Trommelreaktors 10.The drum reactor 10 has an inspection opening 5.2 arranged radially on the drum shell 5.1 for emptying and providing access to the interior of the drum reactor 10.

Das Messsystem 11 ermöglicht mit dem Temperatursensor 11.1, dem Füllstandsensor 11.2, dem Drucksensor 11.4, in 4 nicht dargestellt, und dem Lagesensor 11.3 über die Steuer-/Regelungseinheit 9 eine Temperatur-, Gärraumfüllstand- und Lageregelung des Trommelreaktors 10 sowie eine Überwachung des Gasraumdruckes.The measuring system 11 allows with the temperature sensor 11.1, the level sensor 11.2, the pressure sensor 11.4, in 4 not shown, and the position sensor 11.3 via the control/regulation unit 9 a temperature, fermentation chamber level and position regulation of the drum reactor 10 and a monitoring of the gas chamber pressure.

Ausführungsbeispiel 5Example 5

Das Verfahren wird durch die folgenden Verfahrensschritte der Substratvorlage, der Gärrestausspeisung, der Rezirkulateinspeisung, der Substrateinspeisung, der Gärmediumbeheizung, der anaeroben Gärmediumbehandlung, der Gärmediumförderung, der Gärmediumumwälzung, der Biogasausspeisung und der Gärrestseparation durchgeführt.The process is carried out through the following process steps of the substrate template, the fermentation residue outfeed, the recirculation feed, the substrate feed, the fermentation medium heating, the anaerobic fermentation medium treatment, the fermentation medium conveyance, the fermentation medium circulation, the biogas outfeed and the fermentation residue separation.

Die Substratvorlage erfolgt im Vorlagebehälter 2.4 durch die Befüllung mit Substrat S oder Substratmischung SM.The substrate is supplied in the supply container 2.4 by filling it with substrate S or substrate mixture SM.

Bei der Gärrestausspeisung wird Gärrest GR aus dem Gärraum GÄ über die Ausspeiseeinheit 6 in den Gärrestbehälter 6.4 ausgespeist. Zum Ausspeisezeitpunkt befindet sich der Trommelreaktor 10 in der Ausspeiselage. Dabei ist der Ausspeiseschacht 6.3 nach unten mündend ausgerichtet und mit Gärrest GR und ggf. Störstoffen ST gefüllt. Die obere Schließarmatur 6.1 wird geschlossen und die untere Schließarmatur 6.2 wird geöffnet, um das Eindringen von Luft über den Ausspeiseschacht 6.3 in den Gasraum GS sowie Emissionen von Biogas B nach außen zu verhindern und den Gärrest GR aus dem Ausspeiseschacht 6.3 auszuspeisen.When the fermentation residue is discharged, fermentation residue GR is discharged from the fermentation chamber GÄ via the discharge unit 6 into the fermentation residue container 6.4. At the time of exit, the drum reactor 10 is in the exit position. The discharge chute 6.3 is aligned downwards and is filled with digestate GR and, if necessary, impurities ST. The upper shut-off valve 6.1 is closed and the lower shut-off valve 6.2 is opened in order to prevent the ingress of air into the gas space GS via the exit shaft 6.3 and emissions of biogas B to the outside and to feed out the digestate GR from the exit shaft 6.3.

Die Einspeisung von Rezirkulat R erfolgt zum einen in den Vorlagebehälter 2.4 oder direkt in den Einspeiseschacht 2.3 zur Einstellung des erforderlichen TS-Gehaltes. Zum anderen wird Rezirkulat R oder Hilfsmittel H über das Düsensystem 4.4 direkt auf die Oberfläche des Gärmediums GM im Gärraum GÄ eingespeist.The recirculate R is fed into the storage tank 2.4 or directly into the feed shaft 2.3 to set the required dry matter content. On the other hand, recirculate R or auxiliary material H is fed directly onto the surface of the fermentation medium GM in the fermentation chamber GÄ via the nozzle system 4.4.

Bei der Substrateinspeisung wird Substrat S oder Substratmischung SM aus dem Vorlagebehälter 2.4 in den Einspeiseschacht 2.3 dosiert. Zum Einspeisezeitpunkt befindet sich der Trommelreaktor 10 in der Einspeiselage. Dabei ist der Einspeiseschacht 2.3 nach oben mündend ausgerichtet. Die obere Schließarmatur 2.1 ist geöffnet, um das dosierte Substrat S oder Substratmischung SM aus dem Vorlagebehälter 2.4 im Einspeiseschacht 2.3 zu fassen. Die untere Schließarmatur 2.2 ist geschlossen, um das Eindringen von Gärmedium GM aus dem Gärraum GÄ und Biogas B aus dem Gasraum GS in den Einspeiseschacht 2.3 zu verhindern.When the substrate is fed in, substrate S or substrate mixture SM is metered from the storage tank 2.4 into the feed shaft 2.3. At the time of feeding in, the drum reactor 10 is in the feeding position. The feed shaft 2.3 is aligned so that it opens out at the top. The upper closing fitting 2.1 is open in order to take the dosed substrate S or substrate mixture SM from the storage container 2.4 in the feed shaft 2.3. The lower closing fitting 2.2 is closed in order to prevent the ingress of fermentation medium GM from the fermentation chamber GÄ and biogas B from the gas chamber GS into the feed shaft 2.3.

Nach der aus dem Vorlagebehälter 2.4 dosierten Substrateinspeisung in den Einspeiseschacht 2.3 erfolgt die Öffnung der unteren Schließarmatur 2.2, wobei das einzuspeisende Substrat S oder Substratmischung SM mit dem Gärmedium GM in Kontakt tritt. Weiterhin erfolgt eine Trommellageänderung durch die Betätigung des Trommelantriebes 7 um 90° in einem Zeitraum von 30 bis 360 min, wobei sich die Trommel 5 durch die Lagerung um die Längsachse dreht. Dadurch rutscht das Substrat S oder Substratmischung SM durch den Einspeiseschacht 2.3 in den Gärraum GÄ. Vor dem Erreichen der unteren Schließarmatur 2.2 im Gasraum GS, werden beide Schließarmaturen 2.1 und 2.2 geschlossen. Damit wird der Austritt von Biogas B aus dem Gasraum GS und über den Einspeiseschacht 2.3 verhindert.After the substrate has been fed into the feed shaft 2.3 from the supply container 2.4, the lower closing fitting 2.2 is opened, the substrate S or substrate mixture SM to be fed in coming into contact with the fermentation medium GM. Furthermore, the drum position is changed by actuating the drum drive 7 by 90° in a period of 30 to 360 minutes, with the drum 5 rotating about the longitudinal axis as a result of the bearing. As a result, the substrate S or substrate mixture SM slips through the feed shaft 2.3 into the fermentation chamber GÄ. Before reaching the lower closing fitting 2.2 in the gas space GS, both closing fittings 2.1 and 2.2 are closed. This prevents biogas B from escaping from the gas space GS and via the feed shaft 2.3.

Die Beheizung des Gärmediums GM im Gärraum GÄ erfolgt durch das Heizungssystem 8. Dabei werden die Heizelemente 8.1 an dem Trommelmantel 5.1, vorzugsweise außenliegend, und die außen umlaufend ummantelte Dämmung 8.2 eingebunden. Die Heizelemente 8.1 werden über die Steuer-/Regelungseinheit 9 und eine Temperaturregelung betrieben. Dadurch wird die Kerntemperatur im Gärmedium GM für die Vergärung unter psychro-, meso-, thermo- oder hyperthermophilen Bedingungen im Bereich von 10 bis 95 °C sichergestellt.The fermentation medium GM in the fermentation chamber GÄ is heated by the heating system 8. The heating elements 8.1 are integrated on the drum jacket 5.1, preferably on the outside, and the insulation 8.2 jacketed around the outside. The heating elements 8.1 are operated via the control/regulation unit 9 and a temperature regulator. This ensures the core temperature in the GM fermentation medium for fermentation under psychro-, meso-, thermo- or hyperthermophilic conditions in the range from 10 to 95 °C.

Die anaerobe Behandlung von Gärmedium GM im Gärraum GÄ des Trommelreaktors 10 erfolgt durch das gasdichte Verschließen der Trommel 5 mittels der Schließarmaturen 2.1, 2.2, 4.7, 6.1 und 6.2. Dadurch wird der Eintrag von in der Luft vorhandenem Sauerstoff vermieden und ein Fassen des Biogases B ermöglicht.The anaerobic treatment of fermentation medium GM in the fermentation chamber GÄ of the drum reactor 10 takes place by sealing the drum 5 gas-tight by means of the closing fittings 2.1, 2.2, 4.7, 6.1 and 6.2. This avoids the entry of oxygen present in the air and allows the biogas B to be collected.

Das im Gärmedium GM durch den Metabolismus vorliegender Mikroorganismen entstehende Biogas B wird im isochoren Gasraum GS gefasst und über die Biogasspeiseeinheit 4 durch einen sich einstellenden relativen Überdruck im Gasraum GS von > 0 bis 10 hPa durch freie Konvektion aus dem Trommelreaktor 10 zur weiteren Nutzung in den separierten Gasspeicher 4.6 gespeist.The biogas B produced in the fermentation medium GM by the metabolism of the microorganisms present is collected in the isochoric gas space GS and, via the biogas feed unit 4, is pumped out of the drum reactor 10 by free convection from the drum reactor 10 for further use in the separated gas storage fed 4.6.

Durch die Rotation der Trommel 5 und das Zusammenspiel der Schaufelbleche 5.4, der Kratzelemente 5.6, sowie der Gärrestausspeisung und der Substrateinspeisung erfolgt zum einen die Förderung des Gärmediums GM und zum anderen die Umwälzung und Durchmischung des Gärmediums GM im Gärraum GÄ.The rotation of the drum 5 and the interaction of the blade plates 5.4, the scraper elements 5.6, as well as the fermentation residue feed and the substrate feed, on the one hand, promote the fermentation medium GM and, on the other hand, circulate and mix the fermentation medium GM in the fermentation chamber GÄ.

Der Gärrest GR wird in einer Gärrestseparation behandelt. Dabei wird Rezirkulat R gewonnen und für die Einspeisung, wie o. g., bereitgestellt.The digestate GR is treated in a digestate separation. In the process, recirculated material R is recovered and made available for feeding in, as mentioned above.

Das Messsystem 11 ermöglicht mit dem Temperatursensor 11.1, dem Füllstandsensor 11.2, dem Lagesensor 11.3 und dem Drucksensor 11.4 über die Steuer-/Regelungseinheit 9 eine Temperatur-, Gärmediumfüllstand- und Lageregelung des Trommelreaktors 10 sowie eine Überwachung des Gasraumdruckes.With the temperature sensor 11.1, the fill level sensor 11.2, the position sensor 11.3 and the pressure sensor 11.4, the measuring system 11 enables temperature, fermentation medium fill level and position control of the drum reactor 10 via the control/regulation unit 9, as well as monitoring of the gas space pressure.

Ausführungsbeispiel 6Example 6

Das Verfahren wird durch die folgenden Verfahrensschritte der Gärrestausspeisung, der Substrateinspeisung, der Gärmediumbeheizung, der anaeroben Gärmediumbehandlung, der Gärmediumförderung und der Biogasausspeisung durchgeführt.The process is carried out through the following process steps of digestate discharge, substrate feed, fermentation medium heating, anaerobic fermentation medium treatment, fermentation medium conveyance and biogas discharge.

Bei der Gärrestausspeisung wird Gärrest GR aus dem Gärraum GÄ über die Ausspeiseeinheit 6 ausgespeist. Zum Ausspeisezeitpunkt befindet sich der Trommelreaktor 10 in der Ausspeiselage. Dabei ist der Ausspeiseschacht 6.3 nach unten mündend ausgerichtet und mit Gärrest GR und ggf. Störstoffen ST gefüllt. Die obere Schließarmatur 6.1 wird geschlossen und die untere Schließarmatur 6.2 wird geöffnet, um das Eindringen von Luft über den Ausspeiseschacht 6.3 in den Gasraum GS zu verhindern und den Gärrest GR aus dem Ausspeiseschacht 6.3 auszuspeisen.When the fermentation residue is discharged, fermentation residue GR is discharged from the fermentation chamber GÄ via the discharge unit 6. At the time of exit, the drum reactor 10 is in the exit position. The discharge chute 6.3 is aligned downwards and is filled with digestate GR and, if necessary, impurities ST. The upper closing fitting 6.1 is closed and the lower closing fitting 6.2 is opened in order to prevent the ingress of air into the gas space GS via the discharge shaft 6.3 and to discharge the digestate GR from the discharge shaft 6.3.

Bei der Substrateinspeisung wird Substrat S oder Substratmischung SM in den Einspeiseschacht 2.3 gespeist. Zum Einspeisezeitpunkt befindet sich der Trommelreaktor 10 in der Einspeiselage. Dabei ist der Einspeiseschacht 2.3 nach oben mündend ausgerichtet. Die obere Schließarmatur 2.1 ist geöffnet, um das dosierte Substrat S oder Substratmischung SM aus dem Vorlagebehälter 2.4 im Einspeiseschacht 2.3 zu fassen. Die untere Schließarmatur 2.2 ist geschlossen, um das Eindringen von Gärmedium GM aus dem Gärraum GÄ in den Einspeiseschacht 2.3 zu verhindern.When the substrate is fed in, substrate S or substrate mixture SM is fed into the feed shaft 2.3. At the time of feeding in, the drum reactor 10 is in the feeding position. The feed shaft 2.3 is aligned so that it opens out at the top. The upper closing fitting 2.1 is open in order to take the dosed substrate S or substrate mixture SM from the storage container 2.4 in the feed shaft 2.3. The lower closing fitting 2.2 is closed in order to prevent the ingress of fermentation medium GM from the fermentation chamber GÄ into the feed shaft 2.3.

Nach der Substrateinspeisung in den Einspeiseschacht 2.3 erfolgt die Öffnung der unteren Schließarmatur 2.2, wobei das einzuspeisende Substrat S oder Substratmischung SM mit dem Gärmedium GM in Kontakt tritt. Weiterhin erfolgt eine Trommellageänderung durch die Betätigung des Trommelantriebes 7 um 90° in einem Zeitraum von 30 bis 360 min, wobei sich die Trommel 5 durch die Lagerung um die Längsachse dreht. Dadurch rutscht das Substrat S oder Substratmischung SM durch den Einspeiseschacht 2.3 in den Gärraum GÄ. Vor dem Erreichen der unteren Schließarmatur 2.2 im Gasraum GS werden beide Schließarmaturen 2.1 und 2.2 geschlossen. Damit wird der Austritt von Biogas B aus dem Gasraum GS und über den Einspeiseschacht 2.3 verhindert.After the substrate has been fed into the feed shaft 2.3, the lower closing fitting 2.2 is opened, with the substrate S or substrate mixture SM to be fed coming into contact with the fermentation medium GM. Furthermore, the drum position is changed by actuating the drum drive 7 by 90° in a period of 30 to 360 minutes, with the drum 5 rotating about the longitudinal axis as a result of the bearing. As a result, the substrate S or substrate mixture SM slips through the feed shaft 2.3 into the fermentation chamber GÄ. Before reaching the lower closing fitting 2.2 in the gas space GS, both closing fittings 2.1 and 2.2 are closed. This prevents biogas B from escaping from the gas space GS and via the feed shaft 2.3.

Die Beheizung des Gärmediums GM im Gärraum GÄ erfolgt durch das Heizungssystem 8. Dabei werden die Heizelemente 8.1 an dem Trommelmantel 5.1, vorzugsweise außenliegend, und die außen umlaufend ummantelte Dämmung 8.2 eingebunden. Die Heizelemente 8.1 werden über die Steuer-/Regelungseinheit 9 und eine Temperaturregelung betrieben. Dadurch wird die Kerntemperatur im Gärmedium GM für die Vergärung unter psychro-, meso-, thermo- oder hyperthermophilen Bedingungen im Bereich von 10 bis 95 °C sichergestellt.The fermentation medium GM in the fermentation chamber GÄ is heated by the heating system 8. The heating elements 8.1 are integrated on the drum jacket 5.1, preferably on the outside, and the insulation 8.2 jacketed around the outside. The heating elements 8.1 are operated via the control/regulation unit 9 and a temperature regulator. This ensures the core temperature in the GM fermentation medium for fermentation under psychro-, meso-, thermo- or hyperthermophilic conditions in the range from 10 to 95 °C.

Die anaerobe Behandlung von Gärmedium GM im Gärraum GÄ des Trommelreaktors 10 erfolgt durch das gasdichte Verschließen der Trommel 5 mittels der Schließarmaturen 2.1, 2.2, 4.7, 6.1 und 6.2. Dadurch wird der Eintrag von in der Luft vorhandenem Sauerstoff vermieden und ein Fassen des Biogases B ermöglicht.The anaerobic treatment of fermentation medium GM in the fermentation chamber GÄ of the drum reactor 10 takes place by sealing the drum 5 gas-tight by means of the closing fittings 2.1, 2.2, 4.7, 6.1 and 6.2. This avoids the entry of oxygen present in the air and allows the biogas B to be collected.

Das im Gärmedium GM durch den Metabolismus vorliegender Mikroorganismen entstehende Biogas B wird im isochoren Gasraum GS gefasst und über die Biogasspeiseeinheit 4 durch einen sich einstellenden relativen Überdruck im Gasraum GS von > 0 bis 10 hPa durch freie Konvektion aus dem Trommelreaktor 10 zur weiteren Nutzung in den separierten Gasspeicher 4.6 gespeist.The biogas B produced in the fermentation medium GM by the metabolism of the microorganisms present is collected in the isochoric gas space GS and, via the biogas feed unit 4, is pumped out of the drum reactor 10 by free convection from the drum reactor 10 for further use in the separated gas storage fed 4.6.

Durch die Rotation der Trommel 5 und das Zusammenspiel der Gärrestausspeisung und der Substrateinspeisung erfolgt die Förderung des Gärmediums GM im Gärraum GÄ.The fermentation medium GM is conveyed in the fermentation chamber GÄ by the rotation of the drum 5 and the interaction of the digestate discharge and the substrate feed.

Das Messsystem 11 ermöglicht mit dem Temperatursensor 11.1, dem Füllstandsensor 11.2, dem Lagesensor 11.3 und dem Drucksensor 11.4 über die Steuer-/Regelungseinheit 9 eine Temperatur-, Gärmediumfüllstand- und Lageregelung des Trommelreaktors 10, sowie eine Überwachung des Gasraumdruckes.With the temperature sensor 11.1, the filling level sensor 11.2, the position sensor 11.3 and the pressure sensor 11.4, the measuring system 11 enables temperature, fermentation medium filling level and position control of the drum reactor 10 via the control/regulation unit 9, as well as monitoring of the gas space pressure.

Ausführungsbeispiel HandbetriebExample of manual operation

Der Handbetrieb erfolgt gemäß Ausführungsbeispiel 6 als Handsteuerung über die Steuer-/Regelungseinheit 9 durch manuelles Betätigen der Schließarmaturen 2.1, 2.2, 4.7, 6.1 und 6.2, sowie des Trommelantriebes 7 und des Heizsystems 8, bspw. im Havariefall.According to exemplary embodiment 6, manual operation takes place as manual control via the control/regulation unit 9 by manually actuating the closing fittings 2.1, 2.2, 4.7, 6.1 and 6.2, as well as the drum drive 7 and the heating system 8, for example in the event of an accident.

Ausführungsbeispiel AutomatikbetriebExample of automatic operation

Der Automatikbetrieb erfolgt gemäß Ausführungsbeispiel 5 durch die Zusammenarbeit der Steuer-/Regelungseinheit 9 und des Messsystems 11 zum Steuer- und regelungstechnisch basierten Betätigen der Schließarmaturen 2.1, 2.2, 4.7, 6.1 und 6.2, sowie des Trommelantriebes 7 und des Heizsystems 8.According to exemplary embodiment 5, automatic operation takes place through the cooperation of the control/regulation unit 9 and the measuring system 11 for the control and regulation-based actuation of the closing fittings 2.1, 2.2, 4.7, 6.1 and 6.2, as well as the drum drive 7 and the heating system 8.

Die Trommellage wird durch den Lagesensor 11.3 ermittelt. Durch eine in die Steuer-/Regelungseinheit 9 eingebundene Lageregelung wird der Trommelantrieb 7 betätigt, um die Einstellung der erforderlichen Trommellage bspw. für die Einspeiselage der Trommel 5 sicherzustellen.The drum position is determined by the position sensor 11.3. The drum drive 7 is actuated by a position control integrated into the control/regulation unit 9 in order to ensure the setting of the required drum position, for example for the feeding position of the drum 5 .

Die Kerntemperatur des Gärmediums GM wird durch den Temperatursensor 11.1 erfasst. Durch eine in die Steuer-/Regelungseinheit 9 eingebundene Temperaturregelung wird das Heizsystem 8, insbesondere die Heizelemente 8.1, betätigt, um die Einstellung der erforderlichen Temperatur des Gärmediums GM im Gärraum GÄ der Trommel 5 sicherzustellen.The core temperature of the fermentation medium GM is recorded by the temperature sensor 11.1. The heating system 8 , in particular the heating elements 8 .

Die Steuer-/Regelungseinheit 9 ermöglicht, durch den eingebundenen Füllstandsensor 11.2 des Gärraumes GÄ und die Füllstandregelung, eine Dosierung der Substratmenge, die vom Vorlagebehälter 2.4 in den Einspeiseschacht 2.3 zur Einhaltung des erforderlichen Gärmediumfüllstandes gespeist wird.The control/regulation unit 9 allows, through the integrated level sensor 11.2 of the fermentation chamber GÄ and the level control, metering of the amount of substrate that is fed from the storage tank 2.4 into the feed shaft 2.3 to maintain the required level of fermentation medium.

Durch den Drucksensor 11.4 wird die Detektion von Über- und Unterdruckereignissen im Gasraum der Trommel 5 ermöglicht. Damit sind Rückschlüsse auf Störungen der Biogasspeiseeinheit 4 möglich.The pressure sensor 11.4 enables the detection of overpressure and underpressure events in the gas space of the drum 5. This enables conclusions to be drawn about faults in the biogas feed unit 4 .

Bezugszeichenlistereference list

Nummer Bezeichnung

1.0
Gestell
2.0
Einspeiseeinheit
2.1
Schließarmatur
2.2
Schließarmatur
2.3
Einspeiseschacht
2.4
Vorlagebehälter
3.0
Trommellagerung
3.1
Rollenstuhl
3.2
Führungsrollenpaar
3.3
Laufring
4.0
Biogasspeiseeinheit
4.1
Biogasleitung
4.2
Lager
4.3
Drehmomentstütze
4.4
Düsensystem
4.5
Rohrkupplung
4.6
Gasspeicher
4.7
Schließarmatur
5.0
Trommel
5.1
Trommelmantel
5.2
Revisionsöffnung
5.3
Trommelsegment
5.4
Schaufelblech
5.5
Drehkupplung
5.6
Kratzelement
5.7
Trommelstirnseite
5.8
Trommelstirnseite
6.0
Ausspeiseeinheit
6.1
Schließarmatur
6.2
Schließarmatur
6.3
Ausspeiseschacht
6.4
Gärrestbehälter
7.0
Trommelantrieb
7.1
Antriebsmotor
7.2
Getriebe
8.0
Heizungssystem
8.1
Heizelemente
8.2
Dämmung
9.0
Steuer-/Regelungseinheit
10.0
Trommelreaktor
11.0
Messsystem
11.1
Temperatursensor
11.2
Füllstandsensor
11.3
Lagesensor
11.4
Drucksensor
weitere Bezeichnungen
B
Biogas
GÄ
Gärraum
GM
Gärmedium
GR
Gärrest
GS
Gasraum
H
Hilfsmittel
R
Rezirkulat
S
Substrat
SM
Substratmischung
ST
Störstoff
number designation
1.0
frame
2.0
feed unit
2.1
closing fitting
2.2
closing fitting
2.3
feed shaft
2.4
storage container
3.0
drum storage
3.1
roller chair
3.2
pair of guide rollers
3.3
race
4.0
biogas feed unit
4.1
biogas line
4.2
warehouse
4.3
torque arm
4.4
nozzle system
4.5
pipe coupling
4.6
gas storage
4.7
closing fitting
5.0
drum
5.1
drum shell
5.2
inspection opening
5.3
drum segment
5.4
shovel sheet
5.5
rotary coupling
5.6
scratch element
5.7
drum face
5.8
drum face
6.0
exit unit
6.1
closing fitting
6.2
closing fitting
6.3
exit shaft
6.4
digestate tank
7.0
drum drive
7.1
drive motor
7.2
transmission
8.0
heating system
8.1
heating elements
8.2
insulation
9.0
control unit
10.0
drum reactor
11.0
measuring system
11.1
temperature sensor
11.2
level sensor
11.3
position sensor
11.4
pressure sensor
further designations
B
biogas
GE
proofer
GM
fermentation medium
GR
digestate
GS
gas space
H
aids
R
recirculation
S
substrate
SM
substrate mix
ST
contaminant

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

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  • DE 10306988 B4 [0008, 0009]DE 10306988 B4 [0008, 0009]
  • DE 3418755 C2 [0008, 0010]DE 3418755 C2 [0008, 0010]
  • US 4836918 [0009]US4836918 [0009]

Claims (10)

Trommelreaktor zur Feststoffvergärung oder Flüssigvergärung von Substraten (S) oder Substratmischung (SM), zur fermentativen Herstellung von organischen Säuren, oder als Reaktor in einem mehrstufigen Verfahren, zumindest mit einer drehbaren Trommel (5), einer Trommellagerung (3), einem Trommelantrieb (7), einer Einspeiseeinheit (2), einer Ausspeiseeinheit (6) und einer Biogasspeiseeinheit (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum derTrommel (5) gasdicht verschließbar ist, der Trommelreaktor (10) ein Heizungssystem (8) sowie eine Steuer-/Regelungseinheit (9) besitzt, die Substrateinspeisung schwerkraftgestützt über eine zentrisch, exzentrisch oder radial im Bereich der Trommelstirnseite (5.7) angeordneten Einspeiseeinheit (2), sowie die Gärrestausspeisung schwerkraftgestützt über eine zentrisch, exzentrisch oder radial im Bereich der Trommelstirnseite (5.8) angeordneten Ausspeiseeinheit (6) erfolgt.Drum reactor for solid fermentation or liquid fermentation of substrates (S) or substrate mixture (SM), for the fermentative production of organic acids, or as a reactor in a multi-stage process, at least with a rotating drum (5), a drum bearing (3), a drum drive (7 ), a feed unit (2), a feed unit (6) and a biogas feed unit (4), characterized in that the interior of the drum (5) can be sealed in a gas-tight manner, the drum reactor (10) has a heating system (8) and a control/regulation unit (9), gravity-assisted substrate feeding via a feed unit (2) arranged centrically, eccentrically or radially in the area of the front side of the drum (5.7), and feeding out digestate by gravity via a feed-out unit (6 ) he follows. Trommelreaktor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenseite des Trommelmantels (5.1) Schaufelbleche (5.4) und kettenförmige Kratzelemente (5.6) angeordnet sind.Drum reactor according to claim 1 , characterized in that blade plates (5.4) and chain-like scraper elements (5.6) are arranged on the inside of the drum casing (5.1). Trommelreaktor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Biogasspeiseeinheit (4) eine Biogasleitung (4.1) besitzt, welche zentrisch an der Trommelstirnseite (5.8) angeordnet ist, wobei diese gasdicht und drehbar zum Trommelmantel (5.1) und drehfest durch eine Drehmomentstütze (4.3) zum Gestell (1) ausgeführt ist.Drum reactor according to claim 1 , characterized in that the biogas feed unit (4) has a biogas line (4.1) which is arranged centrally on the front side of the drum (5.8), this gas-tight and rotatable to the drum shell (5.1) and non-rotatable by a torque arm (4.3) to the frame (1 ) is executed. Trommelreaktor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trommel (5) in erweiterbarer, modularer Segmentbauweise mit Trommelsegmenten (5.3) als blechteilgerechte Schraubkonstruktion in transportfreundlichen Abmaßen ausgeführt ist.Drum reactor according to claim 1 , characterized in that the drum (5) is designed in an expandable, modular segmented design with drum segments (5.3) as a screwed construction suitable for sheet metal parts in transport-friendly dimensions. Trommelreaktor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trommellagerung (3) exzentrisch erfolgt, wobei die Trommel (5) um die Längsachse drehbar gelagert und gegen axiale Verschiebung gesichert ist.Drum reactor according to claim 1 , characterized in that the drum bearing (3) takes place eccentrically, the drum (5) being mounted rotatably about the longitudinal axis and being secured against axial displacement. Trommelreaktor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsübertragung des Trommelantriebes (7) auf die Trommel (5) mit einem Zugmittel-, Stirnrad- oder Triebstockgetriebe (7.2) erfolgt.Drum reactor according to claim 1 , characterized in that the power transmission of the drum drive (7) to the drum (5) takes place with a traction mechanism, spur gear or pinion gear (7.2). Verfahren zum Betreiben eines Trommelreaktors (10) zur Feststoffvergärung oder Flüssigvergärung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass eine Substrateinspeisung, eine anaerobe Gärmediumbehandlung, eine Gärmediumbeheizung, eine Gärmediumförderung, eine Biogasausspeisung, eine Gärrestausspeisung, sowie eine Erfassung des Gärraumfüllstandes, des Gasraumdruckes, der Trommellage und der Gärmediumtemperatur und eine Regelung des Gärraumfüllstandes, der Gärmediumtemperatur und derTrommellage erfolgt.Method for operating a drum reactor (10) for solid fermentation or liquid fermentation according to one of Claims 1 until 6 characterized in that substrate feeding, anaerobic fermentation medium treatment, fermentation medium heating, fermentation medium conveyance, biogas discharge, fermentation residue discharge, as well as detection of the fermentation chamber fill level, the gas chamber pressure, the drum position and the fermentation medium temperature, and the fermentation chamber fill level, the fermentation medium temperature and the drum position are controlled. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Substratvorlage erfolgt.procedure according to claim 7 , characterized in that a substrate presentation takes place. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rezirkulateinspeisung in den Vorlagebehälter (2.4) oder den Einspeiseschacht (2.3), und/oder über das Düsensystem (4.4) erfolgt.procedure according to claim 7 , characterized in that recirculated material is fed into the storage tank (2.4) or the feed shaft (2.3) and/or via the nozzle system (4.4). Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch die rotierende Arbeitsweise der Trommel (5) die Feststoffvergärung auf eine kontinuierliche Weise angewendet wird.procedure according to claim 7 , characterized in that by the rotating operation of the drum (5) the fermentation of solids is applied in a continuous manner.
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