DE19805580C1

DE19805580C1 - Efficient, hygienic farm digester producing maximum biogas and agitated only in upper regions

Info

Publication number: DE19805580C1
Application number: DE1998105580
Authority: DE
Inventors: Matthias Beisler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-02-12
Filing date: 1998-02-12
Publication date: 1999-09-16
Anticipated expiration: 2018-02-13

Abstract

A cylindrical partition (3) divides the lower volume of the digester into an annular- (I) and an inner- (II) chamber, with vertical plug flow in each. Preferred features: The partition is thermally conductive. The substrate is introduced into the annular chamber and drains away in the inner chamber.

Description

Die Erfindung betrifft einen Faulbehälter (Fermenter), in dem organische Substrate mit Hilfe anaerober Mikroorganismen einem Abbauprozeß unterworfen werden. Aufgrund deren Stoffwechseltätigkeit entsteht Biogas, ein Gemisch aus 50-70% Methan und 30-50% Kohlendioxid mit Spuren von Wasserstoff, Schwefelwasserstoff und anderen Gasen.The invention relates to a digester (fermenter) in which organic substrates Anaerobic microorganisms are subjected to a degradation process. Because of Their metabolic activity arises from biogas, a mixture of 50-70% methane and 30-50% carbon dioxide with traces of hydrogen, hydrogen sulfide and others Gases.

Bei der Vergärung von landwirtschaftlichen Reststoffen wie Gülle haben sich Biogas fermenter bewährt, die auf dem Durchflußverfahren beruhen. Bei diesem Verfahren wird dem Faulbehälter einmal oder mehrmals täglich Frischgülle zugeführt, wobei gleichzeitig eine entsprechende Menge ausgefaulter Gülle durch den Überlauf verdrängt wird. Die kontinuierliche Zugabe von Frischgülle begünstigt eine gleichmäßige Gasproduktion. Da der Behälter immer gefüllt ist, ergibt sich außerdem eine gute Faulraumauslastung und damit eine kompakte Bauweise mit niedrigen Wärmeverlusten.When fermenting agricultural residues such as manure, biogas has become proven fermenters based on the flow process. With this procedure Fresh manure is fed to the digester once or several times a day, at the same time a corresponding amount of digested slurry is displaced by the overflow. The Continuous addition of fresh manure favors even gas production. There the container is always filled, there is also good utilization of the lazy space and thus a compact design with low heat losses.

Beim Durchflußverfahren besteht jedoch die Gefahr, daß auch noch nicht ausgefaultes Substrat den Fermenter verläßt. Dadurch verringert sich die Gasausbeute und die Hygienisierungswirkung wird beeinträchtigt. Hiervon sind insbesondere volldurchmischte Fermenter betroffen. Bei längs durchströmten Fermentern hingegen wird angenommen, daß sich alle Substratteile gleichmäßig durch den Behälter bewegen (Pfropfenströmung). Doch kann es auch hier zu Kurzschlußströmen kommen, so daß die Mindestverweilzeit nicht unbedingt erreicht wird.With the flow-through method, however, there is a risk that something not yet rotten Substrate leaves the fermenter. This reduces the gas yield and the The hygiene effect is impaired. Of these, in particular, are fully mixed Fermenter affected. In the case of fermenters with longitudinal flow, however, it is assumed that all substrate parts move evenly through the container (plug flow). However, short-circuit currents can also occur here, so that the minimum dwell time is not necessarily achieved.

Ob sich im Fermenter eine Pfropfenströmung ausbilden kann, hängt im wesentlichen von der Rühreinrichtung ab, die das Substrat homogen halten soll. Insbesondere Rindergülle mit Anteilen von Futterresten und Stroheinstreu neigt nämlich zur Bildung von Schwimmschichten. Soll der Faulprozeß nicht zum Erliegen kommen, müssen die in der Gülle aufschwimmenden Feststoffe mit der Flüssigkeit durchmischt werden.It essentially depends on whether a plug flow can form in the fermenter on the stirring device that is to keep the substrate homogeneous. In particular Cattle manure with portions of feed residues and straw bedding tends to form Floating layers. If the putrefaction process does not come to a standstill, those in the Liquid manure floating solids are mixed with the liquid.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem aufrechtstehenden, zylinderförmigen Fermenter eine möglichst gleichmäßige Strömung aller Substratteile zu erzielen, so daß bei hoher Betriebssicherheit und Wirtschaftlichkeit eine definierte Verweilzeit des Substrats garantiert werden kann. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß nur im oberen Bereich des Faulraums eine Durchmischung stattfindet, und das Substrat ansonsten gleichmäßig durch den Fermenter geführt wird. Hauptbestandteil dabei ist eine zylindrische Trennwand aus wärmeleitendem Material, die am Fermenterboden konzentrisch zur Behälterwand befestigt ist. The present invention has for its object in an upright, cylindrical fermenter to as uniform a flow as possible of all substrate parts achieve so that with high operational reliability and economy a defined Residence time of the substrate can be guaranteed. The problem is solved in that only in the upper area of the digester there is thorough mixing, and the substrate otherwise it is fed evenly through the fermenter. The main component is one cylindrical partition made of heat-conducting material on the bottom of the fermenter is attached concentrically to the container wall.

Der Substratzulauf befindet sich am Boden der ringförmigen Kammer zwischen Trennwand und Behälterwand. Während der Beschickung schiebt sich der Inhalt der Ringkammer schichtweise nach oben in Richtung Hauptgärkammer, die den Behälterraum oberhalb der Trennwand einnimmt. Gleichzeitig wird Substrat aus der Hauptgärkammer in die Ringinnenkammer verdrängt, wo es wie ein Pfropfen nach unten zum Auslauf wandert. Dabei wird durch die Trennwand Wärmeenergie an das zugeführte Substrat abgegeben. Im Übergangsbereich von der Ring- zur Hauptgärkammer befindet sich die Heizung, die die vorgewärmte Gülle auf die erforderliche Prozeßtemperatur bringt. Eine Rühreinrichtung sorgt dafür, daß der Inhalt der Hauptgärkammer vollständig durchmischt wird.The substrate inlet is between the bottom of the annular chamber Partition wall and container wall. During loading, the content of the Annular chamber in layers upwards in the direction of the main fermentation chamber, which defines the container space occupies above the partition. At the same time, substrate from the main fermentation chamber in displaces the inner ring chamber, where it moves down like a plug to the outlet. Thereby, thermal energy is released through the partition to the supplied substrate. in the The transition area from the ring to the main fermentation chamber is the heating system brings preheated slurry to the required process temperature. A stirring device ensures that the contents of the main fermentation chamber are thoroughly mixed.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigenThe invention is described below using an exemplary embodiment with reference described in more detail on the accompanying drawings. Show

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Biogasfermenter; Fig. 1 shows a longitudinal section through an inventive biogas fermenter;

Fig. 2 einen Horizontalschnitt durch den Fermenter gemäß Fig. 1. Fig. 2 is a horizontal section through the digester of FIG. 1.

Der Biogasfermenter ist wärmeisoliert und als aufrechtstehender, zylinderförmiger Behälter (1) ausgeführt, der oben geschlossen ist. Der Füllstand des im Durchfluß betriebenen Fermenters wird durch den Überlauf (2) ins Endlager festgelegt. Im unteren Bereich des Behälters unterteilt eine Trennwand (3) aus wärmeleitendem Material den Raum in eine Ringkammer (I) und eine zylindrische Innenkammer (II). Über einen Zulauf (4) in Bodennähe wird das frische Substrat der Ringkammer tangential zugeführt, so daß in gewisser Weise ein Umtrieb entsteht und das Substrat sich gleichmäßig über den Umfang verteilt. Der Ablauf (5) befindet sich mittig am Boden der Innenkammer.The biogas fermenter is thermally insulated and designed as an upright, cylindrical container ( 1 ), which is closed at the top. The fill level of the fermenter operated in the flow is determined by the overflow ( 2 ) into the final repository. In the lower area of the container, a partition ( 3 ) made of heat-conducting material divides the space into an annular chamber (I) and a cylindrical inner chamber (II). The fresh substrate is fed tangentially to the annular chamber via an inlet ( 4 ) near the bottom, so that in some way a rotation occurs and the substrate is distributed evenly over the circumference. The drain ( 5 ) is located in the middle of the bottom of the inner chamber.

Die räumliche Trennung des eingebrachten Substrats vom ausgefaulten durch die wärmeleitende Wand (3) stellt eine einfache Bauart eines Gegenstrom-Wärmetauschers dar. Das von unten nach oben geführte Frischsubstrat entzieht dem abwärtsfließenden Substrat der Innenkammer einen Teil seiner Wärme. Prinzipbedingt befindet sich das "kalte Ende" des vertikal durchströmten Wärmetauschers am Behälterboden. Dadurch ergibt sich eine stabile Temperaturschichtung, die einen vertikalen Wärmeaustausch durch Thermokonvektion weitgehend verhindert.The spatial separation of the introduced substrate from the rotted through the heat-conducting wall ( 3 ) represents a simple design of a countercurrent heat exchanger. The fresh substrate guided from the bottom up extracts part of its heat from the downward flowing substrate of the inner chamber. In principle, the "cold end" of the vertically flowed heat exchanger is on the bottom of the tank. This results in a stable temperature stratification, which largely prevents vertical heat exchange through thermal convection.

Um die optimale Prozeßtemperatur zu erreichen und aufrechtzuerhalten, muß dem vorgewärmten Substrat die restliche noch erforderliche Wärmeenergie zugeführt werden. Dies geschieht während das Substrat in die Hauptgärkammer (III) eintritt und dabei die Heizzone passiert. Vorzugsweise werden glattwandige Plattenheizkörper (6) eingebaut, an die sich keine Feststoffe ansetzen können. In order to achieve and maintain the optimal process temperature, the remaining heat energy that is still required must be supplied to the preheated substrate. This happens while the substrate enters the main fermentation chamber (III) and passes through the heating zone. Smooth-walled panel radiators ( 6 ) are preferably installed, to which no solids can accumulate.

Die obenliegende Hauptgärkammer (III) ist als volldurchmischter Reaktorraum ausgebildet. Durch den Einbau eines Tauchmotor-Propellerrührwerks (7) oder eines Stabmixers mit außenliegendem Motor lassen sich auch schwierige Substrate mit starker Neigung zur Schwimmdeckenbildung sicher beherrschen. Sinkstoffe wie z. B. Sand werden bereits in der Ringkammer zurückgehalten. Dadurch werden Verstopfungen des Behälterauslaufs verhindert, denn die Fließgeschwindigkeit im Überlaufrohr (2) würde nicht ausreichen, um diese Stoffe auszutragen. Die Sinkschicht, die sich im Laufe der Zeit in der Ringkammer bildet, beeinträchtigt die Funktion des Fermenters nicht und kann im Rahmen einer Revision entfernt werden. Bei Substraten mit einem hohen Anteil an Sinkstoffen sollte jedoch in der Ringkammer ein Tauchmotor-Propellerrührwerk installiert werden. Dann muß aber auch die Möglichkeit gegeben sein, am Behälterauslauf Sinkschichten abzuziehen.The overhead fermentation chamber (III) is designed as a fully mixed reactor chamber. By installing a submersible propeller agitator ( 7 ) or a hand blender with an external motor, even difficult substrates with a strong tendency to form floating covers can be safely controlled. Sedatives such as B. Sand is already retained in the ring chamber. This prevents clogging of the container outlet because the flow rate in the overflow pipe ( 2 ) would not be sufficient to discharge these substances. The sink layer that forms in the ring chamber over time does not impair the function of the fermenter and can be removed as part of a revision. For substrates with a high proportion of suspended matter, however, a submersible propeller agitator should be installed in the ring chamber. Then there must also be the option of subtracting sink layers at the container outlet.

Der beschriebene Fermenter hat den Vorteil, daß eine definierte Mindestverweilzeit des Substrats garantiert werden kann. Außerdem wird die zugeführte Frischgülle in der Ringkammer zunächst versäuert, bevor sie in die Hauptgärkammer gelangt. Durch eine solche zweistufige Betriebsweise erhöht sich die Stabilität des anaeroben Abbauprozesses. Zudem wird ein hoher Abbaugrad erreicht, der noch dadurch verbessert wird, daß die aufschwimmenden (und schwerer abbaubaren) Feststoffpartikel eine längere Verweilzeit in der Hauptgärkammer haben. Das ist darauf zurückzuführen, daß die Ringinnenkammer nicht durchmischt wird und sich so die leichteren Feststoffpartikel von dem schwereren, ausgefaulten Substrat separieren können. Von nicht minderem Wert ist auch die teilweise Rückgewinnung von Prozeßwärme.The fermenter described has the advantage that a defined minimum residence time of Substrate can be guaranteed. In addition, the fresh manure supplied in the The ring chamber is first acidified before it reaches the main fermentation chamber. By a Such two-stage operation increases the stability of the anaerobic degradation process. In addition, a high degree of degradation is achieved, which is further improved in that the floating (and less degradable) solid particles have a longer residence time in the main proofing chamber. This is due to the fact that the inner ring chamber is not mixed and the lighter solid particles separate from the heavier can separate the rotten substrate. The part is of no less value Process heat recovery.

Claims

1. Biogas fermenter in an upright, cylindrical design, with a fully mixed main fermentation chamber in the upper area (III), characterized by a cylindrical partition ( 3 ) which separates the container in the lower area into an annular chamber (I) and an inner chamber (II) with vertical plug flow divided.

2. Biogas fermenter according to claim 1, characterized in that the partition wall ( 3 ) consists of heat-conducting material.

3. Biogas fermenter according to claim 1, characterized in that the substrate in the annular chamber (I) is introduced and flows into the inner chamber (II).