DE19532359A1

DE19532359A1 - Biogas prodn. from high solids biomass

Info

Publication number: DE19532359A1
Application number: DE19532359A
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Winkler
Original assignee: WINKLER HANS PETER
Current assignee: WINKLER, HANS-PETER, 39319 WULKOW, DE
Priority date: 1995-09-01
Filing date: 1995-09-01
Publication date: 1997-03-06
Anticipated expiration: 2015-09-02
Also published as: DE19532359C2

Abstract

Process for recovering biogas from biomass with a high solids content is carried out using at least 4 separate container modules each acting as a biogas generator and draining into a common drain feeding into a percolation liquor tank. The liquor is treated with an acid buffer and then recycled to be sprayed onto the biomass in the containers.

Description

State of the art

Verfahren zur Vergärung von feststoffreicher Biomasse haben das Defizit, daß sie in der Re gel zur Übersäuerung im Biogasreaktor neigen, als Folge unterschiedlicher Reaktionsge schwindigkeiten bei Hydrolyse, Acetatbildung und Methanisierung. Die Methanisierung mit der geringsten Reaktionsgeschwindigkeit stellt hierbei den prozeßbestimmenden Schritt dar. Ohne zusätzliche Beimpfung mit Methanbildnern werden nur geringe Abbauraten für Koh lenstoff und damit geringe Biogasausbeuten realisiert. Hinzu kommt, daß die Vermehrungs rate bei den Methanbildnern am geringsten ist.Processes for the fermentation of high-solids biomass have the deficit that they are in the Re gel tend to overacidify in the biogas reactor as a result of different reaction gels Hydrolysis, acetate and methanation rates. The methanization with The slowest reaction rate represents the process-determining step. Without additional inoculation with methane formers, only low degradation rates for Koh lenstoff and thus low biogas yields realized. Add to that the multiplication rate is the lowest among methane formers.

Die Erfindung entsprechend Anspruch stellt eine Lösung dar, wie feststoffreiche Biomasse bei hohen Kohlenstoffabbauraten und damit verbundenen hohen Biogasausbeuten vergoren werden kann. Sie bietet damit die Möglichkeit einer kostengünstigen und damit wirtschaftli chen Energieträgerbereitstellung aus nachwachsenden Rohstoffen. Als Beispiele seien hierfür Mais und Gras.- Kleegemische genannt. Einer Vielzahl von Stellungnahmen und Veröffentli chungen ist zu entnehmen, daß der Anteil der landwirtschaftlichen Nutzflächen für die Nah rungsmittelproduktion immer geringer wird. D.h. das Potential an Flächen für den gezielten Anbau von Biomasse zu Energieerzeugungszwecken wächst. Grundvoraussetzungen sind je doch, daß die Biomasse gut vergärbar ist (Kohlenstoff-Stickstoffverhältnis bei 15 bis 35 zu 1 und geringer Ligninanteil), daß das zur Anwendung kommende Verfahren einfach ist und eine hohe Dezentralität ermöglicht.The invention according to claim represents a solution such as high-solids biomass fermented at high carbon degradation rates and the associated high biogas yields can be. It thus offers the possibility of an inexpensive and therefore economical Chen provision of energy from renewable raw materials. As examples of this Corn and grass .-- called clover mixtures. A variety of statements and publications It can be seen that the share of agricultural land for the near food production is getting lower. I.e. the potential of areas for the targeted The cultivation of biomass for energy generation is growing. Basic requirements are each but that the biomass is easily fermentable (carbon-nitrogen ratio at 15 to 35 to 1 and low lignin content) that the method used is simple and enables a high level of decentralization.

solution

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand der beiliegenden Zeichnung nä her erläutert. Die Zeichnung stellt das Verfahrensprinzip dar, hinsichtlich der Geometrie der Container-Module werden keine verfahrenstechnischen Anforderungen gestellt, sie könnten also auch rund sein.In the following, the method according to the invention is shown in the accompanying drawing ago explained. The drawing represents the principle of the process, with regard to the geometry of the Container modules have no procedural requirements, they could so be round too.

Die mit C1-C4 bezeichneten Container- Module werden einstufig, diskontinuierlich und me sophil (ca. 35°C) bei einem Trockensubstanzgehalt von 20-40% betrieben. Der Sickersaft der einzelnen Container-Module wird Taktweise, in Abhängigkeit von der Struktur und der Konsistenz des Haufwerkes abgezogen. Über einen gemeinsamen Sammelkanal werden die Sickersäfte dem Säurepuffer zugeführt. Hier erfolgt die Einstellung eines Mischgehaltes an Nährstoffen und Methanbildnern. Dieses Mischprodukt dient als Perkolationsmedium und wird durch ein Verteilersystem über dem Inhalt der Container-Module C1 bis C4 versprüht. Der Container-Modul C1 wird durch diese Vorgehensweise in seinem Nährstoffangebot re duziert und in seiner Methanbildneranzahl erhöht. Zugleich wird das ökologische Fenster, daß bedingt durch das Starten der biochemischen Reaktion geöffnet wurde, durch die Me thanbildnerspezies belegt, die sich in den Container-Modulen C2 bis C4 durchgesetzt hat. Eine zügige Überführung in einen stabilen Methanbildungsvorgang wird initiiert. Die Container-Module C2 und C3 befinden sich in der Phase der stabilen Methanbildung, d. h. die Nährstoffbereitstellung und die Methanisierung befinden sich hinsichtlich der Reaktionsge schwindigkeit in einem ausgewogenen Verhältnis. Im Container-Modul C3 erreicht die Me thanbildneranzahl ihr Maximum. Der Sickersaft aus den Container-Modulen C2 und C3 ent spricht hinsichtlich seiner Zusammensetzung Nährstoffgehalt und Methanbildneranzahl dem des Säurepuffers. Im Container-Modul C4 wird das Nährstoffangebot durch das Perkolati onsmedium erhöht, da die Nährstoffbereitstellung bereits abklingt. Die Gesamtverweilzeit der Biomasse im Reaktor wird hierdurch erhöht, ohne das dabei wesentlich die Gasprodukti onsrate (m³ Biogas/m³ Faulraum) sinkt. Dies führt zwangsläufig dazu, daß der Kohlenstoff umsatz im Container-Modul C4 erhöht wird.The container modules designated C1-C4 become single-stage, discontinuous and me sophil (approx. 35 ° C) operated with a dry matter content of 20-40%. The seep juice of the individual container modules is intermittent, depending on the structure and the Subtract consistency of the pile. The Infiltration juices are added to the acid buffer. This is where a mixed content is set Nutrients and methane formers. This mixed product serves as a percolation medium and is sprayed through a distribution system over the contents of the container modules C1 to C4. The container module C1 is re through this procedure in its nutrient supply reduced and increased in its methane generator number. At the same time, the ecological window that due to the start of the biochemical reaction was opened by the Me thanbildner species, which has established itself in the container modules C2 to C4. A rapid transition to a stable methane formation process is initiated. The Container modules C2 and C3 are in the phase of stable methane formation, i.e. H. the Nutrient supply and methanation are in terms of the reaction gene speed in a balanced ratio. In the container module C3, the Me number of formers their maximum. The seepage juice from the container modules C2 and C3 ent speaks with regard to its composition nutrient content and number of methane formers of the acid buffer. In the container module C4, the nutrient supply is provided by the percolati onsmedium increased because the supply of nutrients is already declining. The total dwell time the biomass in the reactor is thereby increased without significantly reducing the gas products onsrate (m³ biogas / m³ digestion) decreases. This inevitably leads to the carbon sales in the container module C4 is increased.

Abhängig von den eingesetzten Biomassen kann der Säurepuffer als inaktiver Tank oder als eigenständige Biogasanlage im thermophilen Temperaturbereich bei ca. 55°C betrieben wer den. Dies hat zur Folge, daß ein höherer Nährstoffumsatz bei geringerer Biogasqualität (Methangehalt) in Kauf genommen werden muß.Depending on the biomass used, the acid buffer can be used as an inactive tank or as independent biogas plant in the thermophilic temperature range at approx. 55 ° C the. This has the consequence that a higher nutrient conversion with lower biogas quality (Methane content) must be accepted.

Achieved advantages

Diese Vorgehensweise führt bei Feststoffvergärverfahren dazu, daß das startbedingte Defizit der zu schnellen Nährstoffbereitstellung durch das prozeßbedingte allmähliche Abklingen der biochemischen Reaktion kompensiert wird. Die Größe des Säurepuffers und die Zeitinterval le in denen die einzelnen Reaktoren gestartet werden, ist in erster Linie von der zu vergären den Biomasse abhängig. Das beispielhaft angegebene Intervall von 7 Tagen gilt für ein Mais/ Grasgemisch. Eine gezielte Einflußnahme auf den Methanbildungsvorgang in den Container- Modulen C1 bis C4 erfolgt lediglich über den Durchfluß an Perkolationsmedium bei konstan tem Füllstand. Hierdurch kann schneller Nährstoff reduziert bzw. angereichert werden.This procedure leads to the start-related deficit in solid fermentation processes the too rapid supply of nutrients due to the process-related gradual decay of the biochemical reaction is compensated. The size of the acid buffer and the time interval le in which the individual reactors are started is primarily fermented by the depending on the biomass. The interval of 7 days given as an example applies to a maize / Grass mixture. A targeted influence on the methane formation process in the container Modules C1 to C4 only take place via the flow of percolation medium at constant level. This allows nutrients to be reduced or enriched more quickly.

Ein zusätzlicher positiver Effekt ist der, daß die Gasverfügbarkeit trotz des diskontinuierli chen Betriebs der Container-Module C1 bis C4 nie unter 3/4 der Maximalverfügbarkeit sinkt. Hierdurch wird erreicht, daß die nachgeschaltete Verbrauchseinrichtung BHKW zur Strom- und Wärmebereitstellung ohne große Speichervorhaltung betrieben werden kann.An additional positive effect is that the gas availability despite the discontinuous operation of the container modules C1 to C4 never drops below 3/4 of the maximum availability. This ensures that the downstream CHP unit for electricity and heat supply can be operated without large storage reserves.

Durch dieses einfache Verfahrensprinzip ist es möglich, den technischen Aufwand (Anzahl und Leistung von Pumpen, Ausgestaltung mit Prozeß-, Meß- und Regeltechnik) zu reduzie ren.This simple process principle enables the technical effort (number and performance of pumps, design with process, measurement and control technology) to reduce ren.

Claims

1. A process for the production of biogas from biomass with a high solids content, characterized in that at least 4 separate container modules, each of which is an independent biogas reactor, are coupled via the bottom product (percolation juice) and the percolation product with an acid buffer.

2. The method according to claim 1, characterized in that the 4 separate Con tainer modules are started one after the other with a time delay and are thus divided into 4 under different reaction phases of biogas production.

3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that despite discount continuous operation of the individual container produces at least 3/4 of the maximum available amount of biogas is continuously available.

4. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the transfer into the stable methane formation phase of the respective start container module via the Flow rate of percolation medium with constant liquid level is controlled.

5. Process according to claims 1 to 4, characterized in that the acid buffer both as an inactive tank and as a biogas reactor in thermophilic temperature area can be executed.