DE19809299A1 - Biogasanlage und Verfahren zur Herstellung von Biogas - Google Patents

Biogasanlage und Verfahren zur Herstellung von Biogas

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Description

Die Erfindung betrifft eine Biogasanlage mit einem Vorbehälter, einem Reaktor und einem mit dem aus landwirtschaftlichen Bioabfällen produzierten Biogas des Reaktors betriebenen Blockheizkraftwerk.
Eine bekannte Biogasanlage dieser Art weist eine Vorgrube auf, in welcher zerkleinerte organische Abfallstoffe sowie Gülle und bei zu zäher Konsistenz auch Wasser aus einem Wasserkreislauf zugegeben werden. Aus dieser Vorgrube wird das Dickstoffgemisch von einer Dickstoffpumpe zu einem Vorbehälter gepumpt, in dem es auf eine konstante Temperatur von ca. 70°C erhitzt wird. Nach etwa einer Stunde wird das Gemisch aus dem Vorbehälter in den eigentlichen Reaktor gepumpt und dort im Durchschnitt ca. 20 bis 25 Tage bei einer Temperatur von ca. 35°C belassen. Die im Reaktor gewonnenen Biogase gelangen in einen Gasspeicher und das im Reaktor ausgefaulte Substrat wird in einem Lagerbehälter zur weiteren Entsorgung gesammelt.
Mit dem Biogas-Gasspeicher wird ein Blockheizkraftwerk, z. B. eines landwirtschaftlichen Betriebes, betrieben, welches sodann nicht nur die Stallungen, sondern auch das Wohnhaus und die Brauchwasseranlage beheizt.
Auf jedem landwirtschaftlichen Betrieb mit Tierhaltung sterben in unregelmäßigen Abständen aufgrund von bakteriellen und viralen Erkrankungen Tiere, deren Kadaver sodann von einem Tierkörper-Beseitigungs­ unternehmen entsorgt werden müssen. Bei diesen Abholvorgängen ist das seuchenhygienische Risiko ganz erheblich und unvermeidbar, sei es, daß Keime von den bereits auf den Transportwagen befindlichen Kadavern und den darauf sitzenden Insekten, Viren und Bakterien über eine Klimaanlage oder Belüftungsanlage in einen Stall gelangen und dort auf die gesunden Tiere übertragen werden. Außerdem kommt es beim Transport und im Umfeld derartiger Tierkörper-Beseitigungsfahrzeugen zu erheblichen Geruchsbelästigungen.
Die derzeitige Form der Tierkörperbeseitigung ist mit einem enormen Verbrauch an Primärenergie durch Verbrennung und einer erheblichen Umweltbelastung durch die dabei auftretenden Abgase verbunden, wobei ein Landwirt beispielsweise für die Entsorgung eines Schweines zwischen DM 40,00 und DM 60,00 zu entrichten hat. Werden die Tierkadaver nach der Behandlung in den Tierkörper-Beseitigungsanstalten als Futtermittel verwendet und somit dem Nahrungsmittel-Kreislauf wieder zugeführt, können Risiken für Mensch und Tier nicht ausgeschlossen werden.
Von diesem Stand der Technik ausgehend, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Biogasanlage zu schaffen, in welcher anfallende Tierkadaver restlos beseitigt und damit zugleich die Produktion der Biogasanlage gesteigert werden kann.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem eingangs genannten Gattungsbegriff erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Vorbehälter ein Druckbehälter zur Tier­ körper-Sterilisation und diesem eine Zerkleinerungseinrichtung für die Tierkadaver vorgeordnet sind und der Druckbehälter mit der Abgasleitung des Blockheizkraftwerkes zur Erhitzung der zerkleinerten Tierkadaver verbunden ist. Eine derartige Biogasanlage ist mit dem unvergleichlichen Vorteil verbunden, daß die Ansteckungsgefahr durch Tierkadaver-Beseitigungsfahrzeuge oder durch die Tierkadaver selbst sowie die damit behaftete Geruchsemission auf ein geringstmögliches Maß reduziert wird. Ferner werden damit die Tierkadaver endgültig aus dem Futter- und Nahrungsmittelkreislauf entfernt und durch die damit erzielte Biogasproduktion einer sinnvollen stofflichen und energetischen Verwertung zugeführt. Durch die Aufheizung und Sterilisation der Tierkadaver in dem Druckbehälter mittels der Abgase des Blockheizkraftwerkes wird der energetische Wirkungsgrad einer solchen Biogasanlage erheblich erhöht.
Zur Beaufschlagung des Druckbehälters mit den heißen Abgasen aus dem Blockheizkraftwerk sind mehrere Ausführungsformen möglich:
Nach einer ersten Ausführungsform ist die Abgasleitung zur Direktbeheizung mit dem Innenraum des Druckbehälters verbunden. Dabei wird die Abgasleitung vorteilhaft über einen Injektor direkt in den Innenraum des Druckbehälters geleitet. Um ein Eindringen von flüssigen und/oder festen Substraten in die Abgasleitung zu verhindern, ist zwischen dem Druckbehälter und der Abgasleitung ein den Strömungsdurchgang in Richtung der Abgasleitung selbsttätig sperrendes Rückschlagventil angeordnet.
Nach einer zweiten Ausführungsform ist die Abgasleitung mit einem den Innenraum des Druckbehälters durchsetzenden und/oder ihn umgebenden Rohrleitungssystem zur mittelbaren Beheizung verbunden. Dabei kann der Druckbehälter auch doppelwandig ausgebildet sein und die Abgase in diesen Doppelwandraum geleitet werden.
Sowohl die Abgase aus dem Blockheizkraftwerk als auch aus dem Druckbehälter werden über einen Kamin vorteilhaft mit einer Filtereinrichtung abgeführt.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besteht die Zerkleinerungseinrichtung für die Tierkadaver aus einer Mühle, einem Schredder oder einem Mischzerkleinerer gemäß dem DE 196 17 734 C1. In jedem Fall muß die Zerkleinerungseinrichtung in der Lage sein, die harten Substanzen, wie Knochen, Hörner und Gebeine, Zähne und dergleichen, auf eine gewünschte pumpfähige Korngröße zu zerkleinern.
Aus Sicherheitsgründen ist der Druckbehälter mit einem sich selbsttätig öffnenden Überdruckventil versehen, während in der Abgasleitung vom Blockheizkraftwerk eine Regelklappe angeordnet ist, die wahlweise die Abgasleitung des Blockheizkraftwerkes entweder ganz oder teilweise zum Druckbehälter oder zu einem Kamin freigibt. Dadurch kann entweder der gesamte Abgasstrom oder eine Teilmenge davon in den Druckbehälter geleitet werden, je nachdem welche Menge an den zerkleinerten Tierkadaver-Substanzen darin auf eine Sterilisationstemperatur von ca. 130°C erhitzt werden muß.
Zur Erzielung eines homogenen Gemisches sowie einer erhöhten Biogasausbeute sind sowohl der Druckbehälter und der Vorbehälter als auch der Reaktor mit je einem Rührwerk versehen. Zur Sicherstellung eines störungsfreien Transportes sind zwischen dem Auslauf des Druckbehälters und dem Eingang in den Vorbehälter ein Absperrorgan und eine Dickstoffpumpe hintereinander angeordnet, mit welcher das erhitzte Tierkadaver-Substrat vom Druckbehälter in den Vorbehälter gepumpt werden kann. Zwischen dem Ausgang aus der Zerkleinerungseinrichtung und dem Eintritt in den Druckbehälter ist vorteilhaft ein zweites Absperrorgang sowie eine zweite Dickstoffpumpe angeordnet.
Nachdem das zerkleinerte Tierkadaversubstrat in dem Druckbehälter ca. eine Stunde lang auf etwa 130°C erhitzt worden ist, kann es über die erste Dickstoffpumpe und das erste Absperrorgan vom Druckbehälter in den Vorbehälter gepumpt werden. Dort wird es beispielsweise mit Gülle oder anderen organischen Abfällen aus der Landwirtschaft gemischt, auf eine Mischtemperatur von ca. 70°C abgekühlt und etwa eine Stunde lang bei dieser Temperatur gerührt und gemischt. Hiernach gelangt diese Bioabfallmischung aus dem Vorbehälter mittels einer Radialpumpe und einem zweiten Rückschlagventil in den Reaktor, in welchem es 20 bis 25 Tage bei einer Temperatur zwischen 25°C und 40°C zur Biogasbildung verweilt.
Der Reaktor ist vorteilhaft mit einer an sich bekannten aufblähbaren Membranabdeckung in Form einer Gasspeicherhaube versehen oder mit einem vom Reaktorbehälter getrennten Gasspeicherbehälter verbunden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Diese Biogasanlage 1 besteht aus einem bekannten Vorbehälter 2, einem Reaktor 3 und einem Blockheizkraftwerk 4.
Erfindungsgemäß ist dem Vorbehälter 2 ein Druckbehälter 5 zur Tierkörper-Sterilisation und diesem 5 eine Zerkleinerungseinrichtung 6 für die Tierkadaver vorgeordnet. Über einen Trichter 7 mit Abdeckklappe 8 gelangen die Tierkadaver in die Zerkleinerungseinrichtung 6 und von dort über eine Pumpe 9 und ein Absperrorgan 10 in den Druckbehälter 5.
Dieser Druckbehälter 5 ist über eine Abgasleitung 11 und ein Rückschlagventil 12 mit dem Blockheizkraftwerk 4 verbunden. Über die Leitung 13 werden die Abgase von der Verbrennungskraftmaschine des Blockheizkraftwerkes 4 über eine Regelklappe 14 in die Abgasleitung 11 zum Druckbehälter 5 gedrückt, in den sie entweder über einen nicht dargestellten Injektor direkt in das Tierkadaver- Gemisch eintreten und diese unter Direktbeheizung erhitzen oder mit indirekter Beheizung einen Ringraum 15 beaufschlagen, der den Innenraum 5a des Druckbehälters 5 umgibt. Ferner ist es möglich, einen indirekten Kontakt der Abgase aus dem Blockheizkraftwerk 4 mit dem Inhalt des Druckbehälters 5 durch ein nicht dargestelltes Röhrensystem zu erzielen, welches den Innenraum 5a des Druckbehälters 5 durchsetzt und/oder diesen ähnlich wie den Ringraum 15 umgibt.
Bei Überschreiten eines voreinstellbaren Überdruckes öffnet das Überdruckventil 16 den Druckbehälter 5 selbsttätig und leitet die daraus entweichenden Gase entweder über den Kamin 17 oder einen separaten, nicht dargestellten Kamin in die freie Atmosphäre. Diese Kamine 17 können mit einer Filtereinrichtung versehen sein.
Nachdem das Tierkadaver-Gemisch im Druckbehälter 5 ca. eine Stunde lang auf 130°C erhitzt ist und durch diese Sterilisation in einen keimfreien Zustand überführt worden ist, wird zwischen dem Auslauf 5b des Druckbehälters 5 und dem Eingang 2a in den Vorbehälter 2 ein erstes Absperrorgan 18 geöffnet und eine erste Dickstoffpumpe 19 eingeschaltet, um das keimfreie Tierkadaver-Gemisch aus dem Druckbehälter 5 in den Vorbehälter 2 zu pumpen. Zugleich oder zeitlich verzögert werden über eine zweite Dickstoffpumpe 20 nach öffnen eines zweiten Absperrorgans 21 vorzerkleinerte, biologische Abfälle mit Gülle über die Leitung 22 zum Vorbehälter 2 geleitet, darin von dem Rührwerk 23 gemischt und homogenisiert. Dabei wird das 130°C heiße Tierkadaver-Gemisch aus dem Druckbehälter 5 mit den beispielsweise 15°C bis 30°C warmen biologischen Abfällen aus Gülle oder sonstigen Substraten in den Vorbehälter 2 auf eine Mischtemperatur von ca. 70°C gemischt und gleichfalls ca. eine Stunde im Vorbehälter 2 belassen.
Dieses pumpfähige Bioabfall-Gemisch wird hiernach über eine Exzenter-Schrauben- oder eine Radialpumpe 24 und ein weiteres Rückschlagventil 25 über die Leitung 26 in den Reaktorbehälter 3 gepumpt.
In diesem Reaktorbehälter 3 wird dieses Gemisch sodann 20 bis 25 Tage bei einer Temperatur zwischen 25°C und 40°C eingelagert. Während dieser Zeit bildet sich aus dem darin enthaltenen Bioabfall-Gemisch Wasser, CO2, H2S und CH4. Dieses Gasgemisch wird Biogas genannt und entweder aus dem Reaktor 3 in einen getrennten, nicht dargestellten Gaslagerbehälter überführt, oder der Reaktor 3 selbst wird mit einer an sich bekannten aufblähbaren Membranabdeckung 27 in Form einer Gasspeicherhaube versehen, in welchem das Biogas gesammelt wird.
Um die Biogasausbeute im Reaktor 3 zu steigern, wird in regelmäßigen oder unregelmäßigen Zeitintervallen ein schonendes Rührwerk 28 durch Einschaltung des Elektromotors 29 in Gang gesetzt, welches aber den bakteriologischen Fäulnisprozeß nicht behindern, sondern derart steigern soll, daß die Methanbakterien möglichst gleichmäßig das eingelagerte Bioabfall-Gemisch durchsetzen. Im dargestellten Fall treibt der Motor 29 eine Welle 30 an, die in einem Getriebekasten 31 endet und dabei die beiden Rührer 32, 33 des Rührwerkes 28 entweder gleichsinnig oder in entgegengesetzter Richtung dreht.
Das in der aufblähbaren Gasspeicherhaube 27 angesammelte Methangas wird über die Gasleitung 34 einer nicht dargestellten Verbrennungskraftmaschine innerhalb des Blockheizkraftwerkes 4 zugeführt. Der weitaus größte Energieanteil gelangt aus dem Blockheizkraftwerk 4 über die nur symbolisch zu betrachtende Leitung 35 zu den einzelnen Wärmeverbrauchern, die gleichfalls nur symbolisch mit der Sammel-Bezugsziffer 36 angegeben sind. Unter diesen Wärmeverbrauchern sind in einem landwirtschaftlichen Betrieb nicht nur die Heizungen für die Stallungen, Wohn- und Arbeitsräume, sondern auch eine Brauchwassereinrichtung zu verstehen. Ein nur geringerer Teil der im Blockheizkraftwerk 4 anfallenden Enthalpie gelangt über die Abgasleitung 13 zum Druckbehälter 5. Soweit und solange die Abgasenergie im Druckbehälter 5 über das Überdruckventil 16 nicht erwünscht ist, wird das Abgas über die Abgasleitung 37 ebenso wie die aus dem Druckbehälter 5 entweichenden Mischgase über die weitere Abgasleitung 38 dem Kamin 17 zugeführt.
Zur Erzielung eines gleichmäßig erhitzten Kadaver-Ge­ misches im Druckbehälter 5 kann auch dieser mit einem kleinen Rührwerk 39 versehen werden.
Die ausgefaulten Substrate des Reaktors 3 werden über die Entsorgungsleitung 40 und eine Feststoffpumpe 41 der weiteren Entsorgung zugeführt.
Durch die sinnvolle Ausnutzung der Abgasenergie aus dem Blockheizkraftwerk 4 werden nicht nur das Tierkadaver-Gemisch im Druckbehälter 5 auf die erforderliche Sterilisationstemperatur von 130°C erhitzt, sondern mit diesem Gemisch durch eine entsprechende sinnvolle Vermischung mit Gülle und anderen organischen landwirtschaftlichen Abfällen über die Leitung 22 im Vorbehälter 2 eine gewünschte Mischtemperatur von 70°C erzielt, ohne daß hierfür eine getrennte Beheizungseinrichtung erforderlich wäre und bei Vorhandensein entsprechend kleiner gestaltet werden kann.
Es versteht sich, daß bei zu großer Zähigkeit des Bioabfall-Gemisches in dem Vorbehälter 2 auch über eine Wasserleitung 42 und ein Absperrventil 43 Wasser zugeführt werden kann, um ein pumpfähiges Bioabfall-Ge­ misch zu erhalten.
Bezugszeichenliste
1
Biogasanlage
2
Vorbehälter
2
a Eingang des Vorbehälters
2
3
Reaktor
4
Blockheizkraftwerk
5
Druckbehälter
5
a Innenraum des Druckbehälters
5
5
b Ausgang des Druckbehälters
5
6
Zerkleinerungseinrichtung
7
Trichter
8
Abdeckklappe
9
Pumpe
10
,
18
,
21
,
43
Absperrorgane
11
,
13
,
37
,
38
Abgasleitung
12
,
25
Rückschlagventile
22
,
26
,
35
Leitung
14
Regelklappe
15
Ringraum
16
Überdruckventil
17
Kamin
19
,
20
,
24
Dickstoffpumpen
23
,
28
,
39
Rührwerke
27
Membranabdeckung
29
Elektromotor
30
Welle
31
Getriebekasten
32
,
33
Rührer
34
Gasleitung
36
Wärmeverbraucher
40
Entsorgungsleitung
41
Feststoffpumpe
42
Wasserleitung

Claims (18)

1. Biogasanlage mit einem Vorbehälter, einem Reaktor und einem mit dem aus landwirtschaftlichen Bioabfällen produzierten Biogas des Reaktors betriebenen Blockheizkraftwerk, dadurch gekennzeichnet, daß dem Vorbehälter (2) ein Druckbehälter (5) zur Tierkörper-Sterilisation und diesem eine Zerkleinerungseinrichtung (6) für die Tierkadaver vorgeordnet sind und der Druckbehälter (5) mit der Abgasleitung (13, 11) des Blockheizkraftwerkes (4) zur Erhitzung der zerkleinerten Tierkadaver verbunden ist.
2. Biogasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasleitung (11, 13) zur Direktbeheizung mit dem Innenraum (5a) des Druckbehälters (5) verbunden ist.
3. Biogasanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasleitung (11, 13) über einen Injektor direkt mit dem Innenraum (5a) des Druckbehälters (5) verbunden ist.
4. Biogasanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Druckbehälter (5) und der Abgasleitung (11, 13) ein den Strömungsdurchgang in Richtung der Abgasleitung (11, 13) selbsttätig sperrendes Rückschlagventil (12) angeordnet ist.
5. Biogasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasleitung (11, 13) mit einem den Innenraum (5a) des Druckbehälters (5) durchsetzenden und/oder ihn umgebenden Rohrleitungssystem zur mittelbaren Beheizung verbunden ist.
6. Biogasanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerkleinerungseinrichtung (6) für die Tierkadaver aus einer Mühle, einem Mischzerkleinerer oder einem Schredder besteht.
7. Biogasanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckbehälter (5) mit einem sich selbsttätig öffnenden Überdruckventil (16) versehen ist.
8. Biogasanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abgasleitung (11, 13) vom Blockheizkraftwerk (4) eine Regelklappe (14) angeordnet ist, die wahlweise die Abgasleitung (11, 13) des Blockheizkraftwerkes (4) entweder ganz oder teilweise zum Druckbehälter (5) oder zu einem Kamin (17) freigibt.
9. Biogasanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Druckbehälter (5), Vorbehälter (2) als auch der Reaktor (3) mit je einem Rührwerk (39, 23, 28) versehen sind.
10. Biogasanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Inhalt des Druckbehälters (5) von den Abgasen des Blockheizkraftwerkes (4) auf ca. 130°C erhitzt ist.
11. Biogasanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Auslauf (5b) des Druckbehälters (5) und dem Eingang (2a) in den Vorbehälter (2) ein erstes Absperrorgan (18) und eine erste Dickstoffpumpe (19) hintereinander angeordnet sind.
12. Biogasanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Austritt aus der Zerkleinerungseinrichtung (6) und dem Eintritt in den Druckbehälter (5) ein zweites Absperrorgan (10) angeordnet ist.
13. Biogasanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang aus der Zerkleinerungseinrichtung (6) und dem zweiten Absperrorgan (10) eine zweite Dickstoffpumpe (9) angeordnet ist.
14. Biogasanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Inhalt des Vorbehälters (2) aus dem Güllezulauf (22) und dem Ablauf (5b) aus dem Druckbehälter (5) gemischt und ca. eine Stunde lang auf eine konstante Temperatur von ca. 70°C erhitzt ist.
15. Biogasanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der gemischte Inhalt des Vorbehälters (2) über eine Radialpumpe (24) und ein Rückschlagventil (25) in den Reaktor (3) geleitet ist und dort etwa 20 bis 25 Tage bei einer Temperatur zwischen 25°C und 40°C verweilt.
16. Biogasanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor (3) mit einer an sich bekannten aufblähbaren Membranabdeckung (27) in vorm einer Gasspeicherhaube versehen ist.
17. Verfahren zur Herstellung von Biogas aus landwirtschaftlichen Bioabfällen mit einem Vorbehälter, einem Reaktor und einer das Biogas in Wärme umwandelnden Verbrennungskraftmaschine eines Blockheizkraftwerkes, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase aus der Verbrennung der Biogase in dieser Verbrennungskraftmaschine zur Aufheizung von zerkleinerten Tierkadavern verwendet wird, bevor diese mit Gülle gemischt in den Reaktor (3) überführt werden.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die zerkleinerten Tierkadaver von den Abgasen ca. eine Stunde auf etwa 130°C erhitzt werden, bevor sie unter Mischung von Gülle zu einem Gemisch von ca. 70°C abgekühlt, eine weitere Stunde bei dieser Temperatur gehalten werden, bevor sie in einem mehrere Wochen dauernden Reaktionsprozeß bei einer Temperatur von ca. 35°C in dem Reaktor (3) verweilen.
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