DE10354597A1 - Shredding process and assembly to generate biogas e.g. methane from a combination of dry solids and semi-liquid organic residues e.g. farm animal slurry - Google Patents

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Abstract

Generating a biogas e.g. methane, comprising combining a combination of organic solid and semi-liquid substances, shredding and chopping to produce a homogenous mixture, then fermented in an anaerobic reactor, is new. Generating a biogas e.g. methane, comprising combining a combination of organic solid and semi-liquid substances, shredding and chopping to produce a homogenous mixture, then fermented in an anaerobic reactor, is new. The shredding and chopping process materials follow a circular return route until the process is complete and the substances are homogenized. Prior to mixing, the solid substances are loosened. The semi-liquid and solid substances are brought together at a constant rate that maintains a steady ratio of one to the other. The solid substances represent about 25 % by weight. An independent claim is also included for a commensurate homogenization assembly.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Biogas, bei dem flüssige und feste organische Substrate zusammengeführt und in einem Fermentierbehälter unter Ausschluß von Luft und unter Wärmezufuhr verfault werden,
sowie
eine Anlage zum Erzeugen von Biogas mit einem einen Luftausschluß gewährleistenden und beheizten Fermentierbehälter, in den feste und flüssige Substrate zum Faulprozeß eingebracht werden können.The invention relates to a method for producing biogas, are brought together in the liquid and solid organic substrates and rotted in a Fermentierbehälter with the exclusion of air and heat,
such as
a plant for the production of biogas with an air exclusion ensuring and heated Fermentierbehälter, can be introduced into the solid and liquid substrates for digestion process.

Es ist bekannt, in Fermentierbehältern neben flüssigen Substraten, insbesondere Güllen aus unterschiedlichen Tierhaltungsbetrieben, feste Substrate zu verfaulen, um auch aus diesen Biogas zu gewinnen. Bei diesen festen Substraten, die auch Co-Substrate genannt werden, handelt Es sich im allgemeinen um Festmist oder Silagen aus Mais, Getreide usw.. Die Umwandlung von festen organischen Substraten in Biogas gewinnt in jüngster Zeit auch zunehmende Bedeutung unter dem Gesichtspunkt der nachwachsenden Rohstoffe und erfährt eine entsprechende staatliche Förderung.It is known in fermentation tanks in addition to liquid Substrates, in particular gullies from different livestock farms, solid substrates too Rotten to win from these biogas. At these fixed Substrates, also called co-substrates, are generally for solid manure or silage from corn, cereals, etc. The conversion of solid organic substrates into biogas is gaining in the most recent Time also increasing importance from the point of view of the regrowing Raw materials and learns a corresponding state subsidy.

Bei den bisher bekannten Verfahren und Anlagen der eingangs genannten Art werden die flüssigen und festen Substrate in dem Fermentierbehälter selbst vermischt, wobei allenfalls eine gewisse Vorzerkleinerung der fe sten Substraten in Hackern oder ähnlichen Geräten stattfindet. Dies ermöglicht jedoch keine optimale Aufschließung der festen Substrate.at the previously known methods and systems of the aforementioned Type become the liquid ones and solid substrates in the fermentation tank itself, wherein at best a certain pre-shredding of the fe th substrates in Hackers or similar devices takes place. this makes possible but no optimal opening the solid substrates.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bzw. eine Anlage der eingangs genannten Art anzugeben, mit denen insbesondere die festen Substrate vollständiger in Biogas umgewandelt werden können.task The present invention is a method of the type mentioned above, with which in particular the fixed Substrates more complete can be converted into biogas.

Diese Aufgabe wird, was das Verfahren angeht, dadurch gelöst, daß die festen Substrate vor dem Einbringen in den Fermentierbehälter in die flüssigen Substrate eingemischt und in den flüssigen Substraten zerkleinert werden, so daß eine homogene Mischung entsteht.These Task is, as far as the process is solved by the fact that the solid Substrates before introduction into the fermentation tank in the liquid ones Mixed substrates and crushed in the liquid substrates so that one homogeneous mixture is formed.

Erfindungsgemäß findet also die Vermischung von festen und flüssigen Substraten nicht im Fermentierbehälter selbst sondern in einer vorgeschalteten Behandlungsstufe statt, in der zusätzlich eine Zerkleinerung der festen Substrate erfolgt. Es entsteht auf diese Weise eine brei- oder musartige Masse, die in den Fermentierbehälter eingebracht und von den dort befindlichen Bakterien besser zersetzt werden kann, als dies bei herkömmlichen Fermentieranlagen der Fall war. Ergebnis ist eine vollständigere Aufschließung und Zersetzung insbesondere der festen Substrate bei einer entsprechend erhöhten Ausbeute an Biogas.According to the invention finds So the mixing of solid and liquid substrates not in Fermentierbehälter itself but in an upstream treatment stage, in the in addition one Comminution of the solid substrates takes place. It arises on this Way a brei- or musartige mass, which is introduced into the fermentation container and can be decomposed better by the bacteria located there, than this with conventional Fermenting plants was the case. Result is a more complete one digestion and decomposing, in particular, the solid substrates in a corresponding manner increased Yield of biogas.

Zweckmäßigerweise werden die festen Substrate vor dem Einmischen in die flüssigen Substrate aufgelockert. Hierdurch wird insbesondere erreicht, daß die festen Substrate nicht zusammengeballt auf den flüssigen Substraten aufschwimmen, sondern tatsächlich mit den flüssigen Substraten vermischt und dann in dieser Mischung zerkleinert werden können.Conveniently, The solid substrates are dissolved before mixing in the liquid substrates. As a result, it is achieved in particular that the solid substrates are not clenched on the liquid Floating substrates, but actually with the liquid substrates mixed and then crushed in this mixture.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die flüssigen Substrate den festen Substraten so zudosiert, daß ein etwa konstanter Feststoffanteil eingehalten wird. Für jede Art von festen und flüssigen Substraten gibt es einen unter den vorliegenden Umständen experimentell zu ermittelnden optimalen Feststoffanteil, bei dem die Biogaserzeugung mit dem höchsten Wirkungsgrad abläuft.at a preferred embodiment the method according to the invention become the liquid substrates added to the solid substrates so that an approximately constant solids content is complied with. For every kind of solid and liquid Substrates exist experimentally under the circumstances to be determined optimal solids content, in which the biogas production with the highest Efficiency expires.

In vielen Fällen ist es günstig, wenn der Feststoffanteil bei etwa 25 Gewichtsprozent liegt.In many cases is it cheap when the solids content is about 25% by weight.

Die oben genannte Aufgabe wird, was die Anlage angeht, dadurch gelöst, daß

  • a) dem Fermentierbehälter eine Homogenisierungseinrichtung vorgeschaltet ist, die einen Vorlagebehälter, dem die flüssigen Substrate zuführbar sind, und eine Zuführeinrichtung aufweist, mit welcher die festen Substrate in die in dem Vorlagebehälter befindlichen flüssigen Substrate einmischbar sind;
  • b) eine Zerkleinerungseinrichtung vorgesehen ist, welcher die im Vorlagebehälter befindliche Mischung aus festen und flüssigen Substraten zuführbar ist und welche die festen Substrate in der Mischung zerkleinert und die Mischung homogenisiert.
The above object is, as far as the system is concerned, solved by
  • a) the homogenizing device is preceded by a homogenizing device which has a feed container to which the liquid substrates can be fed, and a feed device with which the solid substrates can be mixed into the liquid substrates located in the feed container;
  • b) a comminuting device is provided, to which the mixture of solid and liquid substrates located in the storage container can be supplied and which comminutes the solid substrates in the mixture and homogenizes the mixture.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Anlage entsprechen sinngemäß den oben geschilderten Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Auch die in den Ansprüchen 7 bis 10 angegebenen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Anlage sind mit Vorteilen behaftet, die oben erwähnten Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen.The Correspond to advantages of the system according to the invention mutatis mutandis the above described advantages of the method according to the invention. Also in the claims 7 to 10 specified embodiments the plant of the invention are associated with advantages that correspond to the above-mentioned advantages of the method according to the invention.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; die einzige Zeichnung zeigt schematisch eine Homogenisierungseinrichtung zur Verwendung bei einer Biogas-Fermentieranlage.One embodiment The invention will be explained in more detail with reference to the drawing; the single drawing shows schematically a homogenizer for use in a biogas fermentation plant.

Die Homogenisierungseinrichtung, die insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet ist, umfasst ein nach oben offenes Maschinengehäuse 2, in welchem in noch zu beschreibender Weise zu verfaulende feste und flüssige Substrate zusammengeführt werden. In einem etwas vertieften Bereich 2a des Maschinengehäuses 2 sind zwei Behälter 3, 4 vorgesehen, die durch eine vertikale Wand 5 voneinander getrennt sind.The homogenizing device, the ins total with the reference number 1 includes an upwardly open machine housing 2 in which, in a manner to be described, rotting solid and liquid substrates are brought together. In a slightly recessed area 2a of the machine housing 2 are two containers 3 . 4 provided by a vertical wall 5 are separated from each other.

In den in der Zeichnung linken Behälter 3, der nachfolgend "Vorlagebehälter" genannt wird, führt eine Zuführleitung 6 für flüssige Substrate, also beispielsweise Gülle aus der Rinder- Schweine- oder Geflügelhaltung; die Zufuhr geschieht mit Hilfe einer steuerbaren Pumpe 7.In the left container in the drawing 3 , hereinafter referred to as "storage container", performs a supply line 6 for liquid substrates, so for example manure from the cattle pig or poultry farming; the supply is done by means of a controllable pump 7 ,

Die festen Substrate, auch "Co-Substrate" genannt, gelangen über die obere Öffnung 8 des Gehäuses 2 in dessen Innenraum und fallen dort auf einen insgesamt mit dem Bezugszeichen 9 gekennzeichneten Räumboden. Der Räumboden 9 besteht im wesentlichen aus einem Endlos-Förderband 10, dessen oberes Trum mit Hilfe eines nicht dargestellten Motors in Richtung des Pfeiles 11 angetrieben werden kann. Das Endlosförderband 10 weist in regelmäßigen Abständen Mitnehmer 12 auf. Das in der Zeichnung rechte Ende des Räumbodens 9 befindet sich oberhalb des Vorlagebehälters 3, so daß von dem Räumboden 9 im Sinne des Pfeiles 11 zugeführte feste Substrate am rechten Ende des Räumbodens 9 nach unten in den Vorlagebehälter 3 fallen können.The solid substrates, also called "co-substrates", pass over the upper opening 8th of the housing 2 in the interior and fall there on a total with the reference numeral 9 characterized Räumboden. The Räumboden 9 consists essentially of an endless conveyor belt 10 , whose upper run by means of a motor not shown in the direction of the arrow 11 can be driven. The endless conveyor belt 10 has drivers at regular intervals 12 on. The right in the drawing end of the Räumbodens 9 is located above the original container 3 , so that from the Räumboden 9 in the sense of the arrow 11 fed solid substrates at the right end of the Räumbodens 9 down into the storage container 3 can fall.

In der Nähe dieses rechten Endes des Räumbodens 9 und über diesem sind mehrere angetriebene Stachelwalzen 13, 14, 15 vorgesehen, welche in noch zu beschreibender Weise der Auflockerung der festen Substrate dienen.In the vicinity of this right end of the Räumbodens 9 and above this are several powered spiked rollers 13 . 14 . 15 provided, which serve in a manner to be described, the loosening of the solid substrates.

Der in der Zeichnung rechte Behälter 4 im unteren Bereich 2a des Maschinengehäuses 2, der nachfolgend "Überlaufbehälter" genannt wird, ist über eine Leitung 16 mit einer Zerkleinerungseinrichtung 17 verbunden. Von der Zerkleinerungseinrichtung 17 wird die Substratmischung mit Hilfe einer Pumpe 18 über eine Leitung 19 wieder in den Vorlagebehälter 3 zurückgeführt.The right-hand container in the drawing 4 in the area below 2a of the machine housing 2 , hereinafter referred to as "overflow tank", is via a pipe 16 with a crusher 17 connected. From the crusher 17 is the substrate mixture by means of a pump 18 over a line 19 back into the storage container 3 recycled.

Die im Vorlagebehälter 3 befindliche Substratmischung kann mit Hilfe einer weiteren Pumpe 20 über eine Leitung 21 entnommen und dem nicht mehr dargestellten Fermentierbehälter zugeführt werden.The in the storage container 3 located substrate mixture can with the help of another pump 20 over a line 21 removed and fed to the fermenter, not shown anymore.

Die oben beschriebene Homogenisierungseinrichtung 1 arbeitet wie folgt:
Feste Substrate werden über die obere Öffnung 8 des Maschinengehäuses 2 auf den Räumboden 9 aufgeschüttet. Dieser bewegt die festen Substrate in der Zeichnung nach rechts, wo sie in den Bereich der Stachelwalzen 13, 14 und 15 gelangen. Diese lockern die festen Substrate auf und "zerreissen" Zusammenballungen, so daß die festen Substrate verteilt in den Vorlagebhälter 3 fallen. Über die Leitung 6 wird mit Hilfe der Pumpe 7 nunmehr so viel flüssiges Substrat zudosiert, daß sich innerhalb des Vorlagebehälters 3 ein bestimmter Feststoffanteil von beispielsweise 25 Gewichtsprozent ergibt. Durch die Auflockerung der festen Substrate mittels der Stachelwalze 13, 14, 15 schwimmen die festen Substrate in dem Vorlagebehälter 3 nicht auf, sondern verteilen sich in den flüssigen Substraten.The homogenizing device described above 1 works as follows:
Solid substrates are placed over the top opening 8th of the machine housing 2 on the Räumboden 9 piled up. This moves the solid substrates in the drawing to the right, where they are in the range of spiked rollers 13 . 14 and 15 reach. These loosen the solid substrates and "tear" clumps so that the solid substrates are distributed in the receiver bin 3 fall. About the line 6 is using the pump 7 now dosed so much liquid substrate that within the reservoir 3 a certain solids content of, for example, 25 weight percent results. By loosening the solid substrates by means of the spiked roller 13 . 14 . 15 Float the solid substrates in the storage container 3 not on, but spread in the liquid substrates.

Der Vorlagebehälter 3 wird im Überlaufbetrieb gefahren. Dies bedeutet, daß der Vorlagebehälter 3 durch Zufuhr von festen Substraten über die Öffnung 8 und den Räumboden 9 sowie von flüssigen Substraten über die Leitung 6 bis zum oberen Rand der Wand 5 gefüllt wird und über diesen oberen Rand in den Überlaufbehälter 4 überläuft. Der Überlaufbehälter 4 enthält somit ebenfalls eine Mischung aus vorzerteilten festen und flüssigen Substraten. Diese Mischung wird durch ständige Kreisführung über die Leitung 16, den Zerkleinerer 17 und die Pumpe 18 weiter homogenisiert. Dabei werden die festen Substrate feiner zerkleinert, so daß eine mus- oder breiartige Substanz entsteht, die über den Vorlagebehälter 3, den Überlaufbehälter 4 sowie die Zerkleinerungseinrichtung 17 und die Pumpe 18 zirkuliert. Die mittlere Teilchengröße der festen Substrate, bei faserigen Substraten also die mittlere Faserlänge, sollte nach der Zerkleinerung kleiner als 5 mm, vorzugsweise kleiner als 2 mm sein.The original container 3 is driven in overflow mode. This means that the storage container 3 by feeding solid substrates over the opening 8th and the ground floor 9 as well as liquid substrates via the line 6 to the top of the wall 5 is filled and over this upper edge in the overflow container 4 overflows. The overflow tank 4 thus also contains a mixture of pre-divided solid and liquid substrates. This mixture is made by constant circuit guidance over the line 16 , the crusher 17 and the pump 18 further homogenized. In this case, the solid substrates are finely crushed, so that a mus- or mushy substance is formed, which is above the reservoir 3 , the overflow tank 4 and the shredder 17 and the pump 18 circulated. The mean particle size of the solid substrates, ie the mean fiber length in the case of fibrous substrates, should be less than 5 mm, preferably less than 2 mm, after comminution.

Diese homogenisierte Substratmischung wird über die Leitung 21 dem Vorlagebehälter 3 entnommen und durch die Pumpe 20 dem Fermentierbehälter zugeführt. Auf Grund der sehr guten Homogenität dieser Substratmasse und der feinen Zerkleinerung der festen Substrate ist dort ein guter Angriff der Bakterien und somit eine gute Biogasausbeute möglich.This homogenized substrate mixture is passed over the line 21 the original container 3 taken and by the pump 20 fed to the fermentation tank. Due to the very good homogeneity of this substrate mass and the fine comminution of the solid substrates there is a good attack of the bacteria and thus a good biogas yield possible.

Claims (10)

Verfahren zum Erzeugen von Biogas, bei dem flüssige und feste organische Substanzen zusammengeführt und in einem Fermentierbehälter unter Ausschluß von Luft und unter Wärmezufuhr verfault werden, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Substrate vor dem Einbringen in den Fermentierbehälter in die flüssigen Substrate eingemischt und in den flüssigen Substraten zerkleinert werden, so daß eine homogene Mischung entsteht.Process for producing biogas, in which liquid and solid organic substances are combined and rotted in a fermentation container with the exclusion of air and heat, characterized in that the solid substrates are mixed before being introduced into the fermentation in the liquid substrates and in the liquid Substrates are crushed, so that a homogeneous mixture is formed. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung von festen und flüssigen Substraten zur Homogenisierung und Zerkleinerung auf einem Kreisweg durch eine Zerkleinerungseinrichtung geführt werden.Method according to claim 1, characterized in that that the Mixture of solid and liquid substrates for homogenization and comminution on a circular path through a Shredder led out become. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Substrate vor dem Einmischen in die flüssigen Substrate aufgelockert werden.Method according to claim 1 or 2, characterized that the solid substrates are dissolved before mixing in the liquid substrates. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssigen Substrate den festen Substraten so zudosiert werden, daß ein etwa konstanter Feststoffanteil eingehalten wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that liquid Substrates are added to the solid substrates so that an approximately constant solids content is maintained. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoffanteil bei etwa 25 Gewichts prozent liegt.Method according to claim 4, characterized in that that the Solids content is about 25 weight percent. Anlage zur Erzeugung von Biogas mit einem einen Luftausschluß gewährleistenden und beheizten Fermentierbehälter, in den feste und flüssige Substrate zum Faulprozeß eingebracht werden können, dadurch gekennzeichnet, daß a) dem Fermentierbehälter eine Homogenisierungseinrichtung (1) vorgeschaltet ist, die einen Vorlagebehälter (3), dem die flüssigen Substrate zuführbar sind, und eine Zuführeinrichtung (9) aufweist, mit welcher die festen Substrate in die in dem Vorlagebehälter (3) befindlichen flüssigen Substrate einmischbar sind; b) eine Zerkleinerungseinrichtung (17) vorgesehen ist, welcher die im Vorlagebehälter (3) befindliche Mischung aus festen und flüssigen Substraten zuführbar ist und welche die festen Substrate in der Mischung zerkleinert und die Mischung homogenisiert.Plant for the production of biogas with a fermentation container ensuring an exclusion of air and in which solid and liquid substrates can be introduced for the digestion process, characterized in that a) the homogenizing device ( 1 ) is connected upstream, the a supply container ( 3 ), to which the liquid substrates can be fed, and a feed device ( 9 ), with which the solid substrates in the in the storage container ( 3 ) are immiscible liquid substrates located; b) a shredding device ( 17 ) is provided, which in the storage container ( 3 ) is deliverable mixture of solid and liquid substrates and which comminutes the solid substrates in the mixture and the mixture homogenized. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerkleinerungseinrichtung (17) in einem Kreisweg liegt, der von dem Vorlagebehälter (3) ausgeht und wieder zu diesem zurückführt, wobei eine Pumpe (20) vorgesehen ist, welche die homogenisierte Mischung dem Vorlagebehälter (3) entnimmt und dem Fermentierbehälter zuführt.Plant according to claim 6, characterized in that the shredding device ( 17 ) lies in a circular path, which from the storage container ( 3 ) and returns to this, with a pump ( 20 ) is provided, which the homogenized mixture the original container ( 3 ) and supplies to the fermentation container. Anlage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinrichtung für die festen Substrate ein Räumboden (9) ist, auf welchen die festen Substrate von oben auffallen können und der diese in seitlicher Richtung zum Vorlagebehälter (3) abtransportiert.Plant according to claim 6 or 7, characterized in that the feeding device for the solid substrates comprises a reamed bottom ( 9 ) is, on which the solid substrates can be noticed from above and this in the lateral direction to the storage container ( 3 ) transported away. Anlage nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lockerungseinrichtung (13, 14, 15) vorgesehen ist, welche die festen Substrate vor dem Einbringen in den Vorlagebehälter (3) auflockert.Installation according to one of claims 6 to 8, characterized in that a loosening device ( 13 . 14 . 15 ) is provided, which the solid substrates prior to introduction into the storage container ( 3 ). Anlage nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Vorlagebehälter (3) und der Zerkleinerungseinrichtung (17) ein Überlaufbehälter (4) angeordnet ist, der durch Überlauf des Vorlagebehälters (3) befüllbar ist.Plant according to one of claims 6 to 9, characterized in that between the storage container ( 3 ) and the shredding device ( 17 ) an overflow container ( 4 ) is arranged, which by overflow of the storage container ( 3 ) is fillable.
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