DE102022005085A1

DE102022005085A1 - Verfahren und System zur Verwertung eines biogenen Stoffs

Info

Publication number: DE102022005085A1
Application number: DE102022005085.4A
Authority: DE
Inventors: Markus Barthelmes; Dietmar Altegoer; Simon Höckenkamp; Detlef Taprogge
Original assignee: Taprogge GmbH
Current assignee: Taprogge GmbH
Priority date: 2022-04-05
Filing date: 2022-04-05
Publication date: 2023-11-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Verwertung eines biogenen Stoffs 62. Der biogene Stoff 62 wird in einer Fermentationsanlage 70 mikrobiell und/oder enzymatisch in Gas und Fermentationsreste 52 umgewandelt und diese mittels einer Vertikalpresse 12 soweit entwässert, dass eine thermische Verwertung ermöglicht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Verwertung eines biogenen Stoffs. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und ein System, bei denen zur Entwässerung eine Presse genutzt wird.
US 4,630,535 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Auspressen von Feuchtigkeit aus Holzschnitzeln und anderem Biomasse-Material. Eine Presse umfasst eine geschlossene Kammer und einen Stempel. Eine Ladung Biomasse wird zur Dehydration periodisch eingebracht. Der Stempel wird mit ausreichender Kraft gegen die Biomasse geführt um diese zu komprimieren, so dass Flüssigkeit durch genutete Wände der Kammer fließt. So wird Feuchtigkeit aus der Biomasse ausgepresst und fließt durch die Nuten in einen Sammelbehälter.
Die EP 2 176 061 B1 beschreibt die Verdichtung von Biomasse und anderen kohlenstoffhaltigen Materialien für hochenergetische Brennstoffe. Ein Verdichter enthält kohlenstoffhaltiges Material und liefert daraus gebildete Blöcke, die zur Leistungserzeugung und als Grundstoff für Ethanolherstellung und Vergasung dienen können. Eine Verdichtungskammer für das kohlenstoffhaltige Material hat einen oder mehrere Stempel, mit denen ein Druck auf das Material ausgeübt wird sowie eine Platte, gegen die das Material komprimiert wird und eine oder mehrere Entwässerungsöffnungen oder eine Membran, die den Durchtritt von Flüssigkeit erlaubt.
Es kann als Aufgabe angesehen werden, ein Verfahren und ein System zur Verwertung eines biogenen Stoffs vorzuschlagen, bei denen eine besonders effiziente Entwässerung ermöglicht wird.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und ein System nach Anspruch 6 zur Verwertung eines biogenen Stoffs. Abhängige Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Gemäß der Erfindung wird beim dem Verfahren gemäß Anspruch 1 und dem System gemäß Anspruch 6 ein biogener Stoff umfassend verwertet. Unter biogenen Stoffen werden solche Stoffe verstanden, die Biomasse enthalten oder durch vorgeschaltete Verarbeitungsschritte aus Biomasse erzeugt sind. Typische biogene Stoffe können bspw. tierischen und/oder pflanzlichen Ursprungs sein und können bspw. Teile von Pflanzen, organische Abfälle und organische Reststoffe bspw. aus Landwirtschaft, Gastronomie, Lebensmittelwirtschaft und häuslicher, gewerblicher sowie industrieller Nutzung umfassen.
Aus dem biogenen Stoff wird zunächst in einer Fermentationsanlage Gas gewonnen, insbesondere methanhaltiges Gas. Dabei fallen Fermentationsreste an. Hierbei wird unter dem Begriff einer Fermentationsanlage jede bekannte Form einer Anlage verstanden, in der mittels biologischer Prozesse, bspw. mikrobiell und/oder enzymatisch, organische Stoffe umgewandelt werden. Dies umfasst alle Arten von Fermentation einschließlich Gärung oder vergleichbaren biologischen Prozessen, mit oder ohne Einbeziehung von Sauerstoff. Insbesondere sind bekannte Biogas-Anlagen davon umfasst.
In der Fermentationsanlage wird ein (Bio-)Gas, insbesondere methanhaltiges Gas gewonnen. Die dabei anfallenden Fermentationsreste liegen zunächst in fest/flüssig-gemischter Form vor und werden - ggfs. nach vorheriger Fest/Flüssig-Trennung - erfindungsgemäß mittels einer Vertikalpresse so weit entwässert, dass eine thermische Verwertung ermöglicht wird. Unter einer thermischen Verwertung werden neben Verbrennung auch Prozesse wie Pyrolyse etc. verstanden. Eine thermische Verwertbarkeit ist gegeben, wenn durch den thermischen Verwertungsprozess (beispielsweise Verbrennung in einer Brennkammer) mehr Energie freigesetzt wird, als benötigt wird, um eine Brennfähigkeit zu erreichen.
Ein solches erfindungsgemäßes Verfahren und System gemäß der Erfindung ermöglicht einen hocheffizienten Betrieb durch den Einsatz einer Vertikalpresse. Hierdurch können hohe Presskräfte aufgebracht werden, mit denen eine Entwässerung insbesondere von Fermentationsresten mit typisch hohem Feuchtigkeitsgehalt möglich ist. Dabei ist die Erreichung von sehr hohen Trocknungsgraden, bspw. von mehr als 90%, nicht notwendigerweise angestrebt, sondern vielmehr die Schließung der Lücke zwischen typisch hohem bis sehr hohem Feuchtigkeitsgehalt der Fermentationsreste bis auf TrockensubstanzWerte, die eine thermische Verwertung erlauben. Beispielsweise können die Fermentationsreste mittels der Vertikalpresse auf ein Trockensubstanz-Wert von 50 bis 90%, bevorzugt 55 bis 80%, besonders bevorzugt 60 bis 75% entwässert werden. In den genannten Wertebereichen ist die jeweilige Untergrenze dafür maßgeblich, dass eine thermische Verwertung möglich bzw. einigermaßen effizient ist, während die jeweilige Obergrenze einen Trocknungsgrad angibt, der mittels einer Vertikalpresse noch effizient zu erreichen ist.
Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird von der Vertikalpresse ausgepresstes Presswasser der Fermentationsanlage wieder zugeführt und/oder einer Aufbereitung, bei der beispielsweise Inhaltstoffe entzogen werden. Die Verwertung von Presswasser durch Aufbereitung und insbesondere die Rückführung von Presswasser in die Fermentationsanlage ermöglicht eine besonders effiziente Verwertung des biogenen Stoffs. Eine ansonsten notwendige Entsorgung des Presswassers über den öffentlichen Kanal mit nachfolgender biologischer Belastung kann dann entfallen, zumindest aber deutlich reduziert werden.
Eine ebenfalls besonders bevorzugte Weiterbildung sieht vor, dass die mittels der Vertikalpresse entwässerten Fermentationsreste thermisch verwertet werden, worunter alle Arten von thermischer Verwertung wie bspw. Pyrolyse, aber insbesondere bevorzugt Verbrennung verstanden werden. Die dabei entstehende Wärme kann dann ganz oder zum Teil zum Betrieb der Fermentationsanlage genutzt werden. So ist hier ein Kreislaufprozess ermöglicht, mit dem der biogene Stoff mit besonders hoher Effizienz verwertet werden kann. Gerade im Bereich von Biogasanlagen, die verstärkt auf Methanisierung, d.h. die direkte Verwertung der Biogase als Gas und nicht etwa - über den Betrieb von Gasmotoren - als elektrische Energie setzen, kommt es wegen des Entfalls von ansonsten vorhandener Motorenabwärme zu einem Wärmedefizit für den Betrieb der Biogasanlage, so dass die hier vorgeschlagene Anordnung die Betriebsform der Methanisierung erst real ermöglicht (Enabling Technologie).
Besonders bevorzugt ist die Verwendung einer Vorrichtung bzw. eines Verfahrens zur Entwässerung einer Stoffmasse innerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. Systems zur Verwertung eines biogenen Stoffs, bei dem die Verwendung einer Vertikalpresse mit in Richtung Zuführ- und Abführseite offenem Pressenraum zum Pressen der Fermentationsreste zur Anwendung kommt.
Die Vertikalpresse weist dabei ein mit Öffnungen versehenes Werkzeug und einen relativ zu diesem beweglichen Pressstempel auf. Zwischen dem Werkzeug und dem Pressstempel ist ein Pressenraum gebildet. Als Pressenraum kann ein bevorzugt quaderförmiger Raum verstanden werden, der in seitlicher Ausdehnung durch die Überdeckung von Werkzeug und Pressstempel definiert ist.
Der Pressstempel bewegt sich bei der Vertikalpresse bevorzugt auf linearer Bahn sowie weiter bevorzugt zumindest im Wesentlichen in vertikaler Richtung, womit vorliegend auch geringfügige Schrägstellungen (von bspw. bis zu 30 °, bevorzugt nicht mehr als 15 °) als umfasst verstanden werden. Besonders bevorzugt befindet sich bezogen auf den Pressenraum das Werkzeug unten und der Pressstempel bewegt sich beim Pressen von oben in Richtung auf das Werkzeug. Beim Pressen einer wässrigen Stoffmasse (Fermentationsreste), die sich im Pressenraum befindet, kann darin enthaltene und beim Pressvorgang ausgepresste Flüssigkeit durch die Öffnungen des Werkzeugs ablaufen.
Die Vorrichtung weist Fördermittel auf zum Fördern der Stoffmasse (Fermentationsreste) von einer Zuführseite in den Pressenraum und zur Förderung der gepressten Stoffmasse in Richtung einer der Zuführseite gegenüberliegenden Abführseite aus dem Pressenraum heraus. Bevorzugt handelt es sich um ein Fördern der Stoffmasse (Fermentationsreste) in mindestens im Wesentlichen horizontaler Richtung, worunter vorliegend auch geringfügige Schrägstellungen (von beispielsweise bis zu 30°, bevorzugt nicht mehr als 15°) als umfasst verstanden werden.
Der Pressenraum ist seitlich durch gegenüberliegende Seitenwände begrenzt, die sich zwischen Zuführseite und Abführseite erstrecken und sich bspw. auf einer oder beiden Seiten über den Pressenraum hinaus erstrecken können. Hingegen ist seitlich in Richtung der Zuführseite und der Abführseite keine Begrenzung gegeben, so dass der Pressenraum zur Zuführ- und Abführseite hin offen ist. Bevorzugt ist der Pressenraum über seine gesamte Breite und/oder über seine gesamte Höhe zur Zuführ- und Abführseite jeweils offen.
Das bevorzugte Verfahren und die bevorzugte Vorrichtung eignen sich für eine sehr effiziente Entwässerung einer Stoffmasse (Fermentationsreste), und damit insbesondere zur Behandlung einer relativ großen Stoffmenge pro Zeiteinheit. Durch den zur Zuführ- und Abführseite jeweils offenen Pressenraum ist eine schnelle Zu- und Abförderung möglich, was einen schnellen Arbeitstakt möglich macht. Dabei kann die Vertikalpresse erhebliche Presskräfte aufbringen, wodurch eine schnelle und effiziente Entwässerung der Stoffmasse (Fermentationsreste) ermöglicht wird. Insbesondere bei einer Stoffmasse (Fermentationsreste) mit anfangs hoher Flüssigkeitsmenge, beispielsweise einem Trockensubstanz (TS) Wert von weniger als 50%, bevorzugt weniger als 40%, weiter bevorzugt sogar 30% oder weniger, ist bspw. durch einen Pressenhub in kürzester Zeit eine wesentliche Entwässerung auf TS-Werte von mehr als 50%, bevorzugt mehr als 55%, und besonders bevorzugt mehr als 60% möglich. Dabei kann der Pressenhub durchgängig mit gleichem Pressendruck oder Geschwindigkeit erfolgen, es ist aber auch möglich, dass ein Vorschub- und/oder Druckprofil vorgegeben ist und bspw. durch eine Pressensteuerung angesteuert wird. Ein solches Profil kann Abschnitte mit schnellerem und langsamerem Vorschub bzw. höherem oder geringerem Druck aufweisen sowie ggfs. auch Stillstands-Intervalle, um ausreichend Zeit zum Ablaufen von Flüssigkeit zu gewähren.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung können die Fördermittel mindestens ein Förderband umfassen, insbesondere bevorzugt ein flüssigkeitsdurchlässiges Förderband. Bspw. kann das Förderband als flüssigkeitsdurchlässige Membran ausgebildet oder mit Öffnungen versehen sein.
Das Förderband kann sich beispielsweise von der Zuführseite bis zur Abführseite erstrecken und im Pressenraum auf dem mit Öffnungen versehenen Werkzeug aufliegen. Während es möglich ist, dass ein Förderband die Länge und/oder Breite des Pressenraums nur teilweise überdeckt, kann das Förderband bevorzugt durchgehend den gesamten Pressenraum in Länge und/oder Breite überdecken und so für einen vollflächigen, durchgehenden Transport sorgen. Um einen durchgehenden Betrieb zu ermöglichen, ist das Förderband bevorzugt durch einen Rücklauf außerhalb des Pressenraums geschlossen.
Die Seitenwände des Pressenraums und/oder die dem Pressenraum zugewandte Fläche des Presstempels können beispielsweise eine geschlossene, bspw. plane Oberfläche aufweisen. Bevorzugt können sie genutet und/oder mit Öffnungen versehen sein, um eine Abführung von ausgepresster Flüssigkeit zu unterstützen. Bei größeren anfallenden Flüssigkeitsmengen können solche Öffnungen trotz einer ggfs. möglichen teilweisen Rückbefeuchtung zu einer effektiven Entfeuchtung beitragen. In den bzw. vor den in die jeweiligen Oberflächen eingebrachten Öffnungen, bspw. Bohrungen, kann bspw. ein Filterelement wie eine Filterschicht oder ein Sieb angeordnet sein, um Flüssigkeit durchzulassen, ohne dass feste Bestandteile sich in die Öffnungen setzen und diese verschließen können. Zur Vermeidung eines Verstopfens der Öffnungen kann auch ein weiteres flüssigkeitsdurchlässiges Förderband vorgesehen sein. Es ist auch möglich, dass an den Öffnungen Abführ- und/oder Absaugvorrichtungen angeordnet sind, um dort austretende Flüssigkeit abzuführen, bspw. mit der Schwerkraft nach unten abzuführen oder aktiv abzusaugen, um einen Rückfluss zu verhindern. Bei einer gezielten Ableitung anfallender Flüssigkeiten wie bspw. einer aktiven Absaugung kann eine Rückbefeuchtung verringert werden.
Das Werkzeug weist gemäß einer Weiterbildung einen Aufbau auf, der eine Lochplatte mit durchgehenden Öffnungen, eine Grundplatte und ein zwischen der Lochplatte und der Grundplatte angeordnetes Stützgerüst aufweist, sodass ein durchfließbarer Raum zur Abführung von Flüssigkeit durch die Öffnungen und durch das Innere des Stützgerüstes gebildet ist. Das Stützgerüst kann bspw. eine Mehrzahl von über die Fläche der Lochplatte verteilten Stützen aufweisen, die sich einzeln zwischen Lochplatte und Grundplatte erstrecken oder auch quer verbunden sein können. Die Stützen können bspw. plattenförmig ausgebildet sein.
Bevorzugt können Auffangmittel und zumindest eine Leitung zum Auffangen und zum Leiten von durch die Öffnungen gepresster Flüssigkeit vorgesehen sein. Die Auffangmittel können beispielsweise durch den unterhalb einer Lochplatte gebildeten Raum gegeben sein, wenn dieser so ausgebildet und bevorzugt abgeschlossen ist, so dass eine gezielte Leitung austretender Flüssigkeit in einen mit einer Leitung verbundenen Auslass ermöglicht wird. Die Leitung ist bevorzugt eine Fallleitung, so dass ein Gefälle zur Abführung der Flüssigkeit genutzt werden kann. Es kann bevorzugt sein, dass das Werkzeug seitlich in eine oder mehrere Richtungen übersteht oder sonstige überstehende Auffangmittel vorgesehen sind, um auch Flüssigkeitsanteile aufzufangen, die außerhalb des Pressenraums austreten. Im Fall von außerhalb der Lochplatte anfallenden Flüssigkeiten können überstehende Auffangmittel auch diese Anteile aufnehmen und ableiten.
Auf der Zuführseite kann ein Abstreifer vorgesehen sein, um beim Einbringen der Stoffmasse (Fermentationsreste) eine Füllhöhe der Stoffmasse (Fermentationsreste) zu begrenzen. Der Abstreifer kann bevorzugt in einen festen Abstand oberhalb des Werkzeugs und gegebenenfalls eines darauf laufenden Förderbands angeordnet sein und so die maximale Füllhöhe vorgeben. Anteile der Stoffmasse (Fermentationsreste), die die vorgegebene maximale Füllhöhe übersteigen, werden dann abgestreift und zurückgehalten. So kann ein Hubweg des Stempels günstig bemessen und gut ausgenutzt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann auf der Zuführseite eine Anordnung zur Vorkompaktierung der Stoffmasse (Fermentationsreste) vorgesehen sein. Dabei kann es sich um eine Pressenanordnung mit einem Vorpressstempel handeln, der sich bevorzugt auf einer linearen Bahn, besonders bevorzugt parallel zur Bahn des Pressstempels, gegenüber einem Vorpresswerkzeug bewegt, wobei bevorzugt das Vorpresswerkzeug mit dem Werkzeug der Vertikalpresse identisch sein kann. Weiter bevorzugt erfolgt dieVorkompaktierung ebenfalls auf dem Förderband. Die Vorkompaktierung erfolgt bevorzugt mit geringerem Pressdruck als das nachfolgende Pressen, sie bewirkt bevorzugt - ggfs. neben einer ersten teilweisen Entwässerung - eine Reduzierung der Füllhöhe der Stoffmasse (Fermentationsreste). So kann der Hub des Pressstempels der Vertikalpresse begrenzt und effizient genutzt werden. Die Anordnung zur Vorkompaktierung kann mit der Vertikalpresse gekoppelt sein, so dass die Vorkompaktierung eines Teils der Stoffmasse (Fermentationsreste) gleichzeitig mit dem Pressen eines weiteren, insbesondere bereits vorkompaktierten Teils der Stoffmasse (Fermentationsreste) erfolgt. Die Kopplung kann bspw. durch mechanische Kopplung an den Pressstempel erreicht werden. Ebenso ist es möglich, dass die Anordnung zur Vorkompaktierung separat vom Pressstempel der Vertikalpresse ansteuerbar und/oder angetrieben ist.
Nachfolgend werden Ausführungsformen anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen:

1 in schematischer Seitenansicht eine Ausführungsform einer Entwässerungsvorrichtung mit einer Vertikalpresse;
2 in Seitenansicht, teilweise im Aufriss, ein Werkzeug der Vertikalpresse aus 1;
3 eine schematische Frontansicht der Vorrichtung aus 1;
4 eine schematische Seitenansicht eine Anlage mit einer Entwässerungsvorrichtung gemäß 1-3;
5 in schematischer Darstellung eine Ausführungsform eines Systems und Verfahrens zur Verwertung eines biogenen Stoffs
6, 7 in schematischer Darstellung eine erste und eine zweite alternative Ausführungsform einer Entwässerungsvorrichtung mit einer Vertikalpresse.

1 zeigt in Seitenansicht eine Ausführungsform einer Entwässerungsvorrichtung 10 mit einer Vertikalpresse 12 und einer Fördereinrichtung 14.
Die Vertikalpresse 12 umfasst einen Pressentisch 16, gegenüber dem ein Pressenbär 18 vertikal geführt und durch einen Pressenantrieb (nicht dargestellt) beweglich ist. Der Pressenantrieb ebenso wie die Fördereinrichtung 14 werden durch eine Prozesssteuerung (nicht dargestellt) angesteuert.
Auf dem Pressentisch 16 liegt ein Werkzeug 20 auf. Der Pressenbär 18 ist mit einem Stempel 22 versehen. Zwischen dem Stempel 22 und dem Werkzeug 20 ist ein Pressenraum 24 gebildet, der je nach Hubstellung des Pressenbärs 18 und Stempels 22 gegenüber dem Werkzeug 20 unterschiedliche Höhe hat. Das Werkzeug 20 ist in Länge und Breite größer als der Stempel 22, steht also in alle seitliche Richtung über den Pressenraum 24 vor.
Die Fördereinrichtung 14 umfasst ein endloses Förderband 26, das in einer durch einen Pfeil in 1 angezeigten Förderrichtung von einer in 1 linken Zuführseite 28 des Pressenraums 24 zu einer in 1 rechts angeordneten Abführseite 30 des Pressenraums 24 verläuft und außerhalb des Pressenraums 24 zurückgeführt wird. Das Förderband 26 ist flüssigkeitsdurchlässig ausgebildet und über Führwalzen, eine Antriebswalze und eine Spannwalze geführt.
2 zeigt den Aufbau des Werkzeugs 20. Dieses umfasst eine geschlossene Grundplatte 32 und eine parallel im Abstand dazu angeordnete Lochplatte 34 mit Öffnungen, in diesem Fall runden Bohrungen 36. Zwischen der Grundplatte 32 und der Lochplatte 34 sind beispielhaft plattenförmige Stützelemente 38 angeordnet, zwischen denen ein Werkzeugraum 40 freibleibt. Der Werkzeugraum 40 ist zu den Seiten hin abgeschlossen (und in den Zeichnungen lediglich aus darstellerischen Gründen offen gezeigt). Ein Fallrohr 42 ist an der Grundplatte 32 angebracht und mit dem Werkzeugraum 40 verbunden.
3 zeigt die Entwässerungsvorrichtung 10 in Frontansicht, d.h. von der Zuführseite 28 her. Wie dort dargestellt ist der Pressenraum 24 seitlich des Förderbandes 26 durch Seitenwände 44 begrenzt. Der Stempel 22 befindet sich in einer unteren Stellung zwischen den Seitenwänden 44. Zur Zuführ- und Abführseite 28, 30 hingegen ist der Pressenraum 24 über seine gesamte Höhe und Breite offen. Die Seitenwände 44 verlaufen zwischen Zuführ- und Abführseite und sind in der gezeigten Ausführung länger als der Pressenraum 24, so dass sie beidseits über den Pressenraum 24 hervorstehen.
4 zeigt die Entwässerungsvorrichtung 10als Teil einer Anlage zum Entwässern einer Stoffmasse mit Flüssigkeitsanteil, hier insbesondere von Fermentationsresten 52 aus einer Fermentationsanlage bzw. Biogas-Anlage 70 (s. 5).
Ein Schüttgut-Dosierer 46 dient zur Aufnahme und zum Dosieren der Fermentationsreste-Masse 52 auf das Förderband 26. Mittels des Förderbandes 26 wird die Fermentationsreste-Masse 52 von der Zuführseite 28 in den Pressenraum 24 der Vertikalpresse 12 gefördert. Ein Abstreifer 48 dient dabei zur Begrenzung einer Füllhöhe innerhalb des Pressenraums 24.
Nach Einbringen der Fermentationsreste-Masse 52 in den Pressenraum 24 wird diese zwischen Stempel 22 und Werkzeug 20 gepresst und so entwässert. Die in der Masse enthaltene Flüssigkeit läuft durch das flüssigkeitsdurchlässige Förderband 26 und die Öffnungen 36 auf der Oberseite des Werkzeugs 20 (siehe 2) ab. Während des Pressens wirken die Seitenwände 44 (siehe 1, 3; in 4 zur besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellt) als Begrenzungen, die ein seitliches Ausweichen der Fermentationsreste-Masse 52 verhindern. In Richtung der Zuführ- und Abführseiten 28, 30 ist der Pressenraum 24 zwar offen, ein Ausweichen der Fermentationsreste-Masse ist aber durch die davor und dahinter auf dem Förderband 26 aufliegenden Anteile davon begrenzt.
Der Stempel 22 und die Seitenwände 44 weisen in der gezeigten Ausführungsform j eweils plane, geschlossene Oberflächen auf, so dass die ausgepresste Flüssigkeit 56 nur durch die Lochplatte 34 abläuft und von dort durch den Werkzeugraum 40 in das Fallrohr 42 gelangt. In alternativen Ausführungsformen können in den Flächen des Stempels 22 und/oder der Seitenwände 44 Nuten oder durchgehende Öffnungen gebildet sein, um ein Ablaufen der Flüssigkeit zu unterstützen.
Durch den seitlichen Überstand des Werkzeugs 22 über den Pressenraum 24 werden auch Flüssigkeitsanteile, die evtl. seitlich aus dem Pressenraum 24 auftreten aufgefangen und gelangen durch den Werkzeugraum 40 in das Fallrohr 42.
Die nunmehr gepresste, entwässerte Fermentationsreste-Masse 54 wird nach dem Pressvorgang durch das Förderband 26 zur Abführseite 30 gefördert, wobei ein Abstreifer 50 die Trennung vom Förderband 26 unterstützt.
Dabei erfolgt der Betrieb der Anlage und der Entwässerungsvorrichtung 10 durch eine Steuerung (nicht gezeigt) getaktet, d.h. der Vortrieb durch das Förderband 26 ist nicht kontinuierlich. Stattdessen erfolgt in jedem Taktschritt ein Zufördern der ungepressten Fermentationsreste-Masse 52 mit vorgegebener maximaler Füllhöhe, anschließend ein Pressvorgang durch Absenken des Stempels 22 und nach Anheben des Stempels 22 die Weiterbeförderung der gepressten Fermentationsreste-Masse 54 zur Abführseite 30. Der Hub des Pressenbärs 18 und des Stempels 22 folgt dabei einem durch die Steuerung vorgegebenen Bewegungsprofil mit eingestellten Parametern für den Verlauf der Pressengeschwindigkeit sowie des aufgebrachten Drucks.
In 6, 7 sind weitere Ausführungsformen von Vertikalpressen 112, 212 zur Nutzung in einer Entwässerungsvorrichtung 10 dargestellt. Die Vertikalpressen 112, 212 entsprechen dabei weitgehend der Vertikalpresse 12 gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform. Gleiche Elemente sind durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet. Im Folgenden wird nur auf die Unterschiede näher eingegangen.
Bei der Vertikalpresse 112 in 6 ist eine Vorkompaktierungsplatte 58 am Pressstempel 22 angeordnet, die in Richtung der Zuführseite 28 vorsteht. Die Vorkompaktierungsplatte 58 weist dieselbe Länge und Breite wie der Presstempel 22 auf, allerdings ist ihre untere, der Fermentationsreste-Masse 52 zugewandte Fläche gegenüber der unteren Fläche des Presstempels 22 verschoben, nämlich um einen Abstand höher angeordnet.
Diese Anordnung dient zur Vorkompaktierung der Fermentationsreste-Masse 52 und somit zur weiteren Reduzierung der Füllhöhe der Fermentationsreste-Masse 52 auf dem Förderband 26. Wenn sich beim Pressvorgang der Pressstempel 22 nach unten bewegt und die Fermentationsreste-Masse 52 im Pressenraum gepresst wird, drückt die Vorkompaktierungsplatte 58 die zur Zuführung bereits auf dem Förderband 22 aufgebrachte Fermentationsreste-Masse 52 um einen gewissen Betrag zusammen. Hierdurch kann der notwendige Hub des Pressstempels 22 begrenzt und besonders gut ausgenutzt werden. Durch den vertikalen Abstand zwischen der unteren Fläche des Pressstempels 22 und der unteren Fläche der Vorkompaktierungsplatte 58 ist der Pressdruck beim Vorkompaktieren geringer als beim späteren Pressvorgang.
Bei der Vertikalpresse 212 in 7 ist ebenfalls eine Vorkompaktierungsplatte 58 vorgesehen, die in diesem Beispiel allerdings unabhängig vom Pressstempel 22 durch eine Vorkompaktierungspresse 59 angetrieben wird. So steht die gesamte Pressenleistung für den Pressvorgang zur Verfügung.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Systems 60 zur Verwertung von Biomasse 62, bspw. landwirtschaftliche Abfälle wie Gülle mit Anteilen von Energiepflanzen. Das System 60 umfasst neben der Entwässerungsvorrichtung 10, beispielsweise gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, eine Fermentationsanlage (Biogas-Anlage) 70, eine Fest-Flüssig-Trennung 64, eine Brennkammer 66 und eine Düngemittel-Verarbeitung 68.
In der schematischen Darstellung in 5 ist der Transfer fester Stoffe mit durchgehenden Strichen, flüssiger Stoffe mit gepunkteten Strichen und von Wärme mit strichpunktierten Linien dargestellt.
In der Biogas-Anlage 70 wird aus der Biomasse 62 unter Zuführung von Wärme und gegebenenfalls zusätzlicher Flüssigkeit methanhaltiges Biogas erzeugt. Von der Biomasse 62 bleiben flüssige sowie feste Fermentationsreste, aus denen in der Fest-Flüssig-Trennung 64 eine flüssige Phase 72 abgeschieden wird. Die flüssige Phase 72 kann in der Düngemittel-Verarbeitung 68 bspw. unter anderem zu mineralischem Dünger verarbeitetet werden.
Neben der flüssigen Phase 72 wird in der Fest-Flüssig-Trennung 64 eine feste Phase 52 separiert, nämlich die Fermentationsreste 52. Diese haben weiter einen hohen Flüssigkeitsanteil bzw. geringen Trockensubstanz-Anteil von beispielsweise 15 bis 35%. Mittels einer Vertikalpresse, insbesondere bevorzugt wie oben in Hinblick auf 4 beschrieben, wird durch Pressen der Trockensubstanz-Gehalt in kürzester Zeit erheblich erhöht auf beispielsweise 60 bis 70%. Die beim Pressvorgang gewonnene und abgeführte Pressflüssigkeit 56 kann je nach Ausgestaltung zum Teil oder vollständig entweder zur Fermentationsanlage 70 zurückgeführt, der Düngemittel-Verarbeitung 68 zugeführt oder sonstwie verwertet werden.
Durch das Pressen wird eine thermische Verwertung der gepressten Fermentationsreste 54 möglich. Diese werden in der Brennkammer 66 thermisch verwertet, insbesondere durch Verbrennung. Die entstehende Wärme kann je nach Ausgestaltung ganz oder zum Teil zur Fermentationsanlage 70 zurückgeführt werden, um den Biogas-Prozess zu betreiben und/oder ganz oder teilweise anderweitig genutzt werden, beispielsweise als Fernwärme.
Das System 60 gemäß 5 und das darin ausgeführte Verfahren weist besonders hohe Effizienz bei der Verwertung der Biomasse 62 auf, insbesondere durch den Pressvorgang in der Entwässerungsvorrichtung 10. Hierdurch wird zwar keine vollständige Trocknung der Fermentationsreste-Masse 52 erreicht, aber eine solche gezielte Erhöhung des Trockensubstanz-Gehalts, dass die anschließende thermische Verwertung in der Brennkammer 66 ermöglicht wird. Durch die Rückkoppelung, nämlich einerseits Nutzung der Wärme der thermischen Verwertung und andererseits Rückführung der Pressflüssigkeit 56 zur Biogas-Anlage 70, wird ein vorteilhafter Kreislaufprozess umgesetzt.
Bezugszeichenliste

10: Entwässerungsvorrichtung
12: Vertikalpresse
14: Fördereinrichtung
16: Pressentisch
18: Pressenbär
20: Werkzeug
22: Stempel
24: Pressenraum
26: Förderband
28: Zuführseite
30: Abführseite
32: Grundplatte des Werkzeugs
34: Lochplatte
36: Löcher
38: Stützen des Werkzeugs
40: Werkzeugraum
42: Fallrohr
44: Seitenwände
46: Schüttgut-Dosierer
48: Abstreifer auf der Zuführseite
50: Abstreifer auf der Abführseite
52: Fermentationsreste
54: gepresste Fermentationsreste
56: Pressflüssigkeit
58: Vorkompaktierungsplatte
59: Vorkompaktierungspresse
60: System
62: Biomasse
64: Fest-Flüssig-Trennung
66: Brennkammer
68: Düngemittel-Verarbeitung
70: Biogas-Anlage
72: Flüssige Phase

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 4630535 [0002]
EP 2176061 B1 [0003]

Claims

Verfahren zur Verwertung eines biogenen Stoffs (62), bei dem - der biogene Stoff (62) in einer Fermentationsanlage (70) mikrobiell und/oder enzymatisch in Gas und Fermentationsreste (52) umgewandelt wird, - und die Fermentationsreste (52) mittels einer Vertikalpresse (12) soweit entwässert werden, dass eine thermische Verwertung der entwässerten Fermentationsreste (54) ermöglicht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem - die Fermentationsreste (52) mittels der Vertikalpresse (12) auf einen Trockensubstanz-Wert von 50 bis 90%, bevorzugt 55 bis 80%, besonders bevorzugt 60 bis 75% entwässert werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem - das von der Vertikalpresse (12) ausgepresste Presswasser (56) der Fermentationsanlage (70) und/oder einer Aufbereitung (68) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem - die entwässerten Fermentationsreste (54) thermisch verwertet werden, - und die dabei entstehende Wärme zum Betrieb der Fermentationsanlage (70) genutzt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem - die Fermentationsreste (52) entwässert werden indem sie von einer Zuführseite (28) in den Pressenraum (24) einer Vertikalpresse (12) gefördert werden, - und die Fermentationsreste (52) in dem Pressenraum (24) durch Bewegung eines Pressstempels (22) relativ zu einem mit Öffnungen (36) versehenen Werkzeug (20) gepresst werden, so dass mindestens ein Teil einer enthaltenen Flüssigkeit (56) durch die Öffnungen (36) abläuft, - und die gepressten die Fermentationsreste (54) zu einer der Zuführseite (28) gegenüberliegenden Abführseite (30) aus dem Pressenraum (24) gefördert werden, - wobei der Pressenraum (24) seitlich durch gegenüberliegende Seitenwände (44) begrenzt ist, die sich zwischen Zuführseite (28) und Abführseite (30) erstrecken, und wobei der Pressenraum (24) seitlich in Richtung der Zuführseite (28) und der Abführseite (30) nicht begrenzt ist.
System zur Verwertung eines biogenen Stoffs (62), mit - einer Fermentationsanlage (70) zur mikrobiellen und/oder enzymatischen Umwandlung des biogenen Stoffs (62) in Gas und Fermentationsreste (52), - und einer Vertikalpresse (12) zur Entwässerung der Fermentationsreste (52) so, dass eine thermische Verwertung ermöglicht wird.
System gemäß Anspruch 6, bei dem die Vertikalpresse (12) aufweist - einen Pressenraum (24), der zwischen einem mit Öffnungen (36) versehenen Werkzeug (20) und einem relativ zum Werkzeug (20) beweglichen Pressstempel (22) gebildet ist, - Fördermittel (26) zur Förderung der Fermentationsreste (52) von einer Zuführseite (28) in den Pressenraum (24) und zur Förderung der gepressten Fermentationsreste (54) in Richtung einer der Zuführseite (28) gegenüberliegenden Abführseite (30) aus dem Pressenraum (24), - wobei der Pressenraum (24) seitlich durch gegenüberliegende Seitenwände (44) begrenzt ist, die sich zwischen Zuführseite (28) und Abführseite (30) erstrecken, und wobei der Pressenraum (24) seitlich in Richtung der Zuführseite (28) und der Abführseite (30) nicht begrenzt ist.
System gemäß Anspruch 7, bei dem - die Fördermittel ein flüssigkeitsdurchlässiges Förderband (26) umfassen, das sich von der Zuführseite (28) zur Abführseite (30) erstreckt und im Pressenraum (24) auf dem Werkzeug (20) aufliegt.
System gemäß Anspruch 8, bei dem - das Förderband (26) durch einen Rücklauf außerhalb des Pressenraums (24) geschlossen ist.
System gemäß einem der Ansprüche 6-9, bei dem - die Seitenwände (44) in Richtung des Pressenraums (24) eine Oberfläche mit Öffnungen und/oder Nuten aufweisen.
System gemäß einem der Ansprüche 6-10, bei dem - der Pressstempel (22) in Richtung des Pressenraums (24) eine Oberfläche mit Öffnungen und/oder Nuten aufweist.
System gemäß einem der Ansprüche 6-11, bei dem -das Werkzeug (20) eine Lochplatte (34) mit den Öffnungen (36), eine Grundplatte (32) und ein dazwischen angeordnetes Stützgerüst (38) aufweist, so dass ein durchfließbarer Raum (40) zur Abführung von Flüssigkeit durch die Öffnungen (36) und das Innere des Stützgerüstes gebildet ist.
System gemäß einem der Ansprüche 6-12, bei dem -Auffangmittel (40) und mindestens eine Leitung (42) zum Auffangen und Leiten von durch die Öffnungen (36) gepresster Flüssigkeit (56) vorgesehen sind.
System gemäß einem der Ansprüche 6-13, bei dem -auf der Zuführseite (28) ein Abstreifer (48) zur Begrenzung einer Füllhöhe im Pressenraum (24) angeordnet ist.
System gemäß einem der Ansprüche 6-14, bei dem -auf der Zuführseite (28) eine Anordnung zur Vorkompaktierung der Fermentationsreste (52) angeordnet ist.