DE19947339A1

DE19947339A1 - Verfahren und Anlage zur Erzeugung und Aufbereitung von Biogas

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Publication number: DE19947339A1
Application number: DE19947339A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Tentscher
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-10-01
Filing date: 1999-10-01
Publication date: 2001-04-12
Anticipated expiration: 2019-10-02
Also published as: DE19947339B4

Abstract

Verfahren, bei dem eine Mischung aus Energiepflanzen und wenigstens einer der Biomassen Gülle und organischer Abfall mittels Mikroorganismen fermentativ anaerob abgebaut wird und aus einem bei dem Abbau entstehenden Biogasgemisch erdgasgleiches Biomethan und Kohlendioxid hergestellt werden. DOLLAR A Eine Biogasanlage umfasst einen Biogasreaktor mit wenigstens einem Reaktorbehälter, in dem fermentativen, anaeroben Abbau einer Biomasse ein Biogas erzeugt wird, und eine Gastrennungseinrichtung, der das erzeugte Biogas zugeführt wird und die aus dem Biogas erdgasgleiches Biomethan und Kohlendioxid trennt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Erzeugung und Aufbereitung von Biogas.

Bisher wird Gülle allein oder in Verbindung mit Abfällen ausgefault und ein dabei entstehendes Biogas in Blockheizkraftwerken verstromt. Die Abgase werden in die Atmosphäre emittiert. Die BHKW-Abwärme ist nur zu einem Teil nutzbar. Der Wärmeüberschuß, der totgekühlt werden muß, ist besonders in der Sommerzeit sehr hoch.

Aufgabe der Erfindung ist es, die wirtschaftliche Erzeugung und Verwertbarkeit von Biogas zu verbessern.

Nach der Erfindung wird Biogas aus Gülle und/oder organischen Abfällen und separat angebauten Pflanzen, d. h. nachwachsenden Rohstoffen, erzeugt. Dies geschieht in einem fermentativen anaeroben Abbau mittels Mikroorganismen. Ein bei dem Abbau entstehendes Biogasgemisch wird zu einem erdgasgleichen Biomethan und Kohlendioxid aufbereitet. Da als nachwachsender Rohstoff für die Erfindung vorzugsweise Pflanzen verwendet werden, wie sie in anderen Bereichen der Technik auch zur Energieerzeugung eingesetzt werden, werden die Pflanzen dieser Biofraktion nachfolgend als Energiepflanzen bezeichnet.

Eine erfindungsgemäße Biogasanlage weist eine Gastrennungseinrichtung auf, die einem Biogasreaktor nachgeschaltet ist. Die Gastrennungseinrichtung trennt erdgasgleiches Biomethan und Kohlendioxid aus dem erzeugten Biogas. Eine erfindungsgemäße Anlage eignet sich insbesondere zu Aufstellungen in einer landwirtschaftlichen Umgebung. Falls das erzeugte Biogas nicht ausreicht rein an Biomethan und Kohlendioxid ist, entsteht ein Restgasstrom, der anderweitig genutzt oder nur entsorgt, beispielsweise einfach abgelassen wird.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass den bereits heute in Biogasanlagen abgebauten Biomassen Gülle und/oder organischer Abfall ein nachwachsender Rohstoff in Form der separat angebauten Energiepflanzen beigegeben wird und dadurch eine Biogasanlage mit einem stets optimalen Auslastungsgrad betrieben werden kann. Bei den organischen Abfällen handelt es sich insbesondere um organische Haushaltsabfälle, wie sie in Deutschland beispielsweise in der sogenannten Biotonne gesammelt werden, und organische Abfälle der Industrie. Bevorzugt wird Gülle aus der Tierhaltung verwertet. Durch die gleichzeitige Vergärung von Pflanzen mit Gülle und/oder organischen Abfällen ist es ferner möglich, größere Biogasanlagen zu bauen, die vorzugsweise in einem Leistungsbereich von 0,5 bis 5 MW arbeiten und die eine wirtschaftliche Verwertung von Gülle auch aus kleinen Tierhaltungen durch den economy-of-scale-effekt ermöglichen. Gülle wird bisher nur zu weniger als 1% für die Biogaserzeugung genutzt.

Mit den beiden erfindungsgemäßen Endprodukten, nämlich erdgasgleiches Biomethan und Kohlendioxid, liefert die Erfindung Produkte, die sich für eine Verwertung durch die Allgemeinheit unmittelbar eignen. Das erfindungsgemäß erzeugte Biomethan kann insbesondere als Energielieferant dienen. Durch den Anbau und Zumischung von leicht vergärbarer Biomasse kann aus Gülle und/oder Abfällen auch zusammen mit anderweitig gewonnenem Methan ein Teil des Erdgasbedarfes durch erneuerbares Biomethan ersetzt werden. Das weitere erfindungsgemäße Endprodukt, nämlich Kohlendioxid, steht für jede für diesen Rohstoff bekannte Verwertung zur Verfügung.

Besonders bevorzugt wird das erdgasgleiche Biomethan in ein Leitungsnetz eingeleitet. Hierbei kann es sich um ein bestehendes Erdgasnetz handeln. Es kann jedoch auch ein eigenes, zumindest in einer ersten Ausbaustufe lokal begrenzten Netz für die Einleitung und Durchleitung des Biomethans zu interessierten Verbrauchern, insbesondere zu Industriebetrieben, erst errichtet werden. Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, dass das erfindungsgemäß erzeugte Biomethan anderweitig erzeugtem Erdgas, das bereits heute durch stationäre Leitungsnetze gefördert wird, zugemischt und mit diesem Erdgas transportiert werden kann. Es kann stattdessen oder auch zusätzlich in einer lokalen Anlage auf 250 bar komprimiert und in Druckbehälter abgefüllt werden.

Das abgetrennte Kohlendioxid ist vorzugsweise so rein, dass es einer direkten wirtschaftlichen Verwertung zuführbar ist, die beispielsweise in der Landwirtschaft in der näheren Umgebung der Biogasanlage erfolgen kann. Durch die direkte Verwertung von Kohlendioxid braucht der lange Kohlenstoffkreislauf über die Atmosphäre nicht abgewartet zu werden, bei dem bis zu 100 Jahre vergehen können, bis emittierter Kohlenstoff wieder assimiliert wird. Erst nach der wirtschaftlichen Verwertung des erfindungsgemäß erzeugten Kohlendioxids wird der Kohlenstoffkreislauf der Natur geschlossen. Nach der Erfindung kann das Kohlendioxid auch in ein bestehendes oder extra errichtetes CO₂-Leitungsnetz eingespeist werden.

Dank einer in anderen Verwendungen altbekannten und bewährten feuchten Konservierungsmethode, der Silierung, kann die eigens für die Erfindung angebaute Biomasse über etwa 10 Monate hinweg konserviert werden, so dass die Biogasanlage gleichmäßig und täglich mit einer Mischung von Silage und Gülle und/oder organischen Abfällen beschickt werden kann. Die Speicherung mittels Silierung hat den Vorteil, dass die Kapazität der Biogasanlage an den Erdgasbedarf angepaßt werden kann, der in der Winterzeit viel höher als in der Sommerzeit ist. Die Kapazitätsauslegung der Biogasanlage erfolgt deshalb vorzugsweise für den Winterbedarf. Die Ressourcenproduktivität des Faktors Boden, d. h. der Energieertrag pro Fläche bei einer Biogaserzeugung aus Ganzpflanzen, läßt sich gegenüber der von RME (Rapsmethylester) um das Drei- bis Vierfache erhöhen. Zudem hat Biogas sehr geringe CO₂- Minderungskosten in Höhe von etwa DM 200/t CO₂, zu heutigen Preisen. Bei RME sind CO₂- Minderungskosten in Höhe von etwa DM 1.450/t CO₂ bekannt. Vorzugsweise werden gehäckselte Ganzpflanzen nach der Ernte in einem Fahrsilo siliert und zwischengespeichert.

Die in dem Biogasreaktor abzubauende Mischung wird vorzugsweise in einer Vormischeinrichtung, insbesondere in einer Vorgrube am Ort der Anlage und/oder einem integrierten Seitenschacht am Reaktor gemischt und homogenisiert. Besonders bevorzugt wird die Mischung in einem aus mehreren Teilreaktoren bzw. Behältern bestehenden Biogasreaktor ausgefault.

Ein rohes Biogas und ein entschwefeltes Biogas werden vorzugsweise in je wenigstens einem Gasspeicher, vorzugsweise in je wenigstens einem Niederdruckspeicher, zwischengespeichert. Die Speicherung erfolgt bevorzugt ohne Luft- bzw. Sauerstoffzugabe. Besonders bevorzugt erfolgt sie unter Luft- bzw. Sauerstoffabschluss.

Vorzugsweise ein Teil des Biogases wird in einer Energiestation zur Energiebedarfsdeckung der Biogasanlage an Wärme und Kälte und/oder Strom genutzt bzw. umgewandelt.

Eine vorzugsweise in der Anlage durchgeführte Entschwefelung des Biogases erfolgt bevorzugt ohne Luftzusatz bzw. Sauerstoffzugabe. Besonders bevorzugt erfolgt sie unter Abschluss von Luft bzw. Sauerstoff.

In der Gastrennungseinrichtung wird vorzugsweise zuvor entschwefeltes Biogas in Methan und Kohlendioxid getrennt. Bevorzugt erfolgt die Entschwefelung in einer eigenen Entschwefelungsstufe und die Trennung von Biomethan und Kohlendioxid in einer anschließend mit dem entschwefelten Biogas durchgeführten Methan-CO2-Trennstufe oder mehreren Methan- CO2-Trennstufen der Gastrennung. Vorzugsweise sind die Entschwefelung und die Methan-CO2- Trennung voneinander separiert, und es kann das entschwefelte Biogas der Methan-CO2- Trennung und wahlweise dem Speicher für entschwefeltes Biogas für eine anderweitige Verwendung zugeführt werden.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Trennung von Methan und CO2 in mehreren, in Serie geschalteten Methan-CO2-Trennstufen. Insbesondere erfolgt sie in zwei hintereinander geschalteten Methan-CO2-Trennstufen. Die erste Methan-CO2-Trennstufe verlässt ein methanreicher Teilstrom und ein kohlendioxidreicher Teilstrom. Werden die Trennstufen als PSA-Kolonnen ausgebildet, welche mit Molekularsieben oder Flüssigkeit gefüllt sind, so fällt der kohlendioxidreiche Teilstrom als Desorptions- bzw. Evakuierungsgas an. Dieser Teilstrom wird einer weiteren, nachgeschalteten Methan-CO2-Trennstufe zugeführt, vorzugsweise jedoch nur, falls der Methangehalt in dem kohlendioxidreichen Teilstrom unterhalb eines vorgegebenen Werts liegt. Liegt der Methangehalt im kohlendioxidreichen Teilstrom über dem vorgegebenen Wert, so wird der kohlendioxidreiche Teilstrom vorzugsweise in eine frühere Verfahrensstufe zurückgeführt. Der genannte, vorgegebene Wert für den Restgehalt an Methan im kohlendioxidreichen Teilstrom liegt vorzugsweise bei 1 Vol.-%. In der nachgeschalteten Methan- CO2-Trennstufe erfolgt eine weitere Anreicherung des Kohlendioxids im kohlendioxidreichen Teilstrom, so dass letztlich Kohlendioxid in einer für beliebige wirtschaftliche Anwendungen ausreichenden Reinheit erhalten wird.

Der Wobbeindex des erdgasgleichen Biomethans ist vorzugsweise nach DVGW G 260 als erdgasgleiches Gas aufbereitet.

Das Kohlendioxid hat eine Reinheit von vorzugsweise über 99%. Besonders bevorzugt wird Kohlendioxid mit Lebensmittelqualität gewonnen.

Die ausgefaulte Flüssigkeit wird in einem vorzugsweise mit einer Gasspeicherfolie abgedeckten Lagertank, der gleichzeitig Nachgärtank ist, für vorzugsweise 1 Monat und in vorzugsweise weiteren Lagertanks für vorzugsweise weitere 5 Monate zwischengespeichert und bevorzugt als Dünger auf landwirtschaftlichen Flächen verwendet.

Nachwachsende Rohstoffe werden vorzugsweise als ganze Pflanze geerntet und erfindungsgemäß zur Biogaserzeugung verwendet, im Vergleich zu Biodiesel, bei dem nur das Saatgut zur Energieerzeugung genutzt wird.

Vorteilhaft ist die Ausfaulung von frischen Pflanzen, angewelkten Pflanzen oder Silage oder einer Mischung daraus mit vorzugsweise 20-60% Trockensubstanz und Gülle mit vorzugsweise 4-20% Trockensubstanz in Biogasreaktoren.

Liegende vollständig gefüllte Reaktoren mit horizontalem Rührwerk haben sich als besonders robust erwiesen, um Mischungen mit hohen Trockensubstanzgehalten von vorzugsweise 10 bis 30% ohne Verstopfungen auszufaulen. Während der Ausfaulung werden die Trockensubstanz und die Viskosität bereits erheblich verringert. Stehende Gärbehälter haben sich im Naßfermentationsverfahren mit Trockengehalten von vorzugsweise 5 bis 15% bewährt. Liegende und stehende Gärbehälter können deshalb vorteilhaft miteinander in Reihenschaltung gekoppelt werden. Der liegende, vorzugsweise kleinere Gärtank wird als erste Stufe eingesetzt. Vorteilhaft ist auch die Zusammenschaltung stehender Reaktoren, vorzugsweise im Naßfermentationsverfahren.

Die Anordnung eines Seitenschachts unmittelbar an einem Biogasreaktor mit Befüllung des Reaktors von dem Seitenschacht aus und mit einem bevorzugten Abströmen von Flüssigkeit aus dem Reaktor in den Seitenschacht ist an sich auch ohne die Erfindung vorteilhaft. Ebenso gilt dies für die Ausbildung eines oder mehrerer Biogasspeicher als luftundurchlässige Speicher und auch für die Entschwefelung von Biogas ohne Luft- bzw. Sauerstoffzugabe. Auch die Einleitung von aus einem Biogas hergestelltem Biomethan und/oder Kohlendioxid in ein fest verlegtes Leitungsnetz kann für sich allein oder in Kombination mit offenbarten Merkmalen zum Vorteil eingesetzt werden. Diese weiteren Erfindungen kommen zwar bevorzugt in Kombination mit der beanspruchten Erfindung zum Einsatz. Sie können vorteilhaft aber auch bei einer anderen Art der Biogaserzeugung, der Erzeugung aus anderen Ausgangsstoffen oder ohne die erfindungsgemäße Trennung eingesetzt werden. Schließlich ist auch ein Silo mit einem im Silo verlegten Leitungsnetz zur Einleitung von CO2 in eine zu silierende Schüttung alleine für eine Silerung nutzbringend einsetzbar.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Fahrsilo,

Fig. 2 einen Biogasreaktor mit zwei Reaktorbehältern und einer separaten Vorgrube als Vormischeinrichtung,

Fig. 3 einen Reaktorbehälter mit einem integrierten Seitenschacht als Vormischeinrichtung,

Fig. 4 den Seitenschacht der Fig. 3 in einem anderen Schnitt,

Fig. 5 eine Reihenschaltung eines liegenden und eines stehenden Reaktorbehälters,

Fig. 6 eine Biogasspeicherung und Biogastrennung

Fig. 7 den Speicher für entschwefeltes Biogas gemäß Fig. 6 und

Fig. 8 eine Gastrennungseinrichtung.

Fig. 1 zeigt ein Fahrsilo T1 in einem Querschnitt und darunter in einer Ansicht. Energiepflanzen, vorzugsweise Silomais, Raps, Weizen, Roggen, Hirse, Luzerne, Futterrüben, Zuckerrüben, Kartoffeln und/oder Gräser, werden vorzugsweise als Ganzpflanzen mit Feldhäckslern gehäckselt, zum Fahrsilo T1 transportiert und dort einsiliert. Der Siliervorgang umfaßt die Zugabe von Silierhilfsmitteln, wie beispielsweise Melasse und/oder Impfkulturen, vorzugsweise eine Kompaktierung der losen Schüttung auf eine Schüttdichte von vorzugsweise 300 bis 600 kg/m³ und Abdeckung mit Silofolie M1. Das Fahrsilo T1 ist mit einer waagerechten, vorzugsweise entlang des oberen Silorandes verlegten Rohrleitung R1 von vorzugsweise 1/2 bis 3 Zoll Durchmesser mit senkrechten, in vorzugsweise 2 bis 4 m Abstand angebrachten Abzweigungen zum Siloboden ausgestattet. Die senkrechten Abzweigungen haben Anschlüsse Fl1 an den Enden. Von diesen Anschlüssen sind perforierte Leitungen, vorzugsweise Schläuche R2, am Siloboden und auf die kompaktierten Pflanzen verlegt, über die eine vorzugsweise dem 1- bis 3-fachen des Porenvolumens entsprechende Menge an Kohlendioxid über direkt angeschlossene Druckflaschen T15 oder über ein Gebläse K5 zugegeben wird, um sowohl gleich nach Kompaktierung als auch nach Abdeckung mit der Folie M1 zu Beginn des Siliervorganges den Sauerstoff zu verdrängen und die Silierverluste zu verringern. Die am Boden verlegten Schläuche R2 liegen vorteilhafterweise in Aussparungen bzw. Vertiefungen. Mit T2 ist eine Sickerwassergrube bezeichnet.

Fig. 2 zeigt einen Biogasreator T4 mit einer vorgeschalteten, separaten Vormischeinrichtung in Form einer Vorgrube T3. Der Biogasreaktor T4 wird durch zwei Reaktorbehälter T4a und T4b gebildet, die wahlweise einzeln, parallel oder in Reihe betrieben werden können. Die Reaktorbehälter T4a und T4b werden im folgenden zusammen als Reaktor T4 oder als Teilreaktoren bezeichnet.

Die fertige Silage wird mit Radlader und/oder einer Greifvorrichtung aus dem Silo T1 entnommen, in einen Kipphänger oder auf ein Transportband gefüllt, zur Vorgrube T3 transportiert und in diese abgekippt. Der Transport mit dem Kipphänger erfolgt auf der Straße oder Schiene. Es kann eine Silierung in einem Silo aber auch am Ort der Biogasanlage vorhanden sein.

In der Vorgrube T3 befindet sich vorzugsweise zuvor bereits etwas Frischgülle und/oder Einstreu und/oder Festmist. Die Vorgrube T3 wird nach dem Abkippen der Silage mit Gülle und/oder Faulwasser aufgefüllt und die Mischung mit einem in der Vorgrube T3 befestigten Rührwerk Rü1, vorzugsweise ein Schneidrührwerk, homogenisiert und vorzugsweise zerkleinert, bis sich ein Trockensubstanzgehalt von vorzugsweise 10 bis 30% einstellt.

In die Vorgrube T3 werden organische Abfälle und/oder Gülle gegeben, die vorher vorzugsweise erhitzt wurden. Hierfür dient ein Wärmetauscher WT2 der Anlage. Die im Wärmetauscher WT2 erhitzten Stoffe werden in einem Haltetank T7, der vorzugsweise mit einer Zusatzheizung versehen ist, bei vorzugsweise 70 bis 75°C für vorzugsweise 30 bis 60 min thermisch hygienisiert. Sie können über eine Pumpe P6 über eine Leitung R3 in die Vorgrube T3 und/oder von einer Leitung R4 in den Biogasreaktor T4 gepumpt werden.

Die Mischung in der Vorgrube T3 wird mit einer Dickstoffpumpe P1 über die Leitung R4 wahlweise über ein Ventil V8 oder ein Ventil V9 oder beide Ventile in einen der stehenden Teilreaktoren T4a oder T4b oder in beide Teilreaktoren befördert.

Fig. 3 zeigt einen stehenden Biogasreaktor T4 mit einer integrierten Vormischeinrichtung T3. Fig. 4 zeigt den Seitenschacht T3 in einem zu Fig. 3 senkrechten Schnitt. Die Vormischeinrichtung T3 ist unmittelbar an dem Biogasreaktor T4 als Seitenschacht ausgebildet. Der Seitenschacht ist wegen der gleichen Funktion wie die Vorgrube ebenfalls mit T3 bezeichnet. Die beiden Teilreaktoren T4a und T4b im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 können wie der Reaktor T4 der Fig. 3 und 4 ausgebildet, insbesondere je mit einem Seitenschacht T3 versehen sein. Eine separate Vorgrube entfällt in diesem Falle vorzugsweise. Die Pumpe P1 und Teile der Rohrleitung R4 können entfallen oder anders eingesetzt werden.

Die silierten, festen, schüttfähigen Stoffe, Gülle und/oder organische Abfälle werden in den Seitenschacht T3 eingefüllt. Bei Ausbildung des Biogasreaktors T4 in Form mehrerer Teilreaktoren mit integrierten Seitenschächten T3 werden diese Stoffe bei Parallelbetrieb in jeden der Seitenschächte T3 eingefüllt. Die leichten pflanzlichen Stoffe neigen zur Brückenbildung und lassen sich nur schwierig nach unten befördern. Die Funktion des Seitenschachtes T3 wird durch erfindungsgemäße Einrichtungen verbessert. Vorzugsweise enthält solch ein Seitenschacht T3 einen Deckel, der aufgeklappt vorzugsweise als Ankippwand für feste Stoffe dient. Der Deckel verschließt den Seitenschacht T3 vorzugsweise geruchs- und spritzwasserdicht. Im Seitenschacht T3 ist ein vorzugsweise als Schneidrührwerk ausgebildetes Rührwerk Rü1 angebracht, welches die Stoffe miteinander vermischt und vorzugsweise zerkleinert. Der stehende Behälter des Reaktors T4 weist im Seitenschacht T3 vorzugsweise zwei Öffnungen Fl2 und Fl3 auf unterschiedlichen Höhen auf. Die zwei Öffnungen Fl2 und Fl3 liegen vorzugsweise diagonal übereinander, so dass eine Horizontalströmung im Seitenschacht T3 ebenfalls entsteht.

Die obere Öffnung Fl2, die vorzugsweise 2 bis 100 cm unterhalb des Seitenschachtdeckels liegt und in mehrere, vorzugsweise über 20 bis 100% der in Behälterumfangsrichtung gesehenen Breite des Seitenschachtes T3 verteilten Teilöffnungen unterteilt ist, ist vorzugsweise von außen und/oder von innen verschließbar. Dazu ist als Verschluss V3 eine Klappe mit vorzugsweise Rückschlagwirkung, ein Ventil oder ein Schieber oder Schnellschlußschieber eingesetzt. Vorzugsweise ist am Boden des Seitenschachtes T3 ein förderndes Tauchmotorrührwerk oder eine Pumpe P2 parallel oder senkrecht zum Reaktor T4 installiert. Wenn P2 betätigt wird, strömt durch den vorzugsweise gleichzeitig geöffneten Verschluß V3 ausgefaulte Flüssigkeit aus dem stehenden Reaktor T4 in den Seitenschacht T3 nach und spült die frischen Stoffe, insbesondere die festen, aufschwimmenden Pflanzenteile, direkt in P2. Die Spülwirkung kann gesteigert werden, indem der Verschluß V3 erst bei einem Differenzdruck von vorzugsweise 10 bis 200 cm Wassersäule plötzlich öffnet. Faulwasser sprüht vorzugsweise in den Seitenschacht T3.

P2 befördert die Stoffe vorzugsweise so in den Reaktor T4, dass Kurzschlußströmungen zu der oder den oberen Öffnungen Fl2 ausgeschlossen sind. Das Tauchmotorrührwerk oder die Pumpe P2 kann so angeordnet sein, dass die Förderrichtung von P2 senkrecht oder parallel zur Behälterwand durch die Öffnung Fl3 weist. Bei parallel zur Behälterwand des Reaktors T4 weisender Förderrichtung, wie in Fig. 4 dargestellt, ist die Ecke des Schachtes T3, in die das Rührwerk oder die Pumpe P2 fördert, vorzugsweise abgerundet, um den Reibungswiderstand zu verringern und gleichzeitig die Richtung des Stromes in den Behälter des Reaktors T4 vorzugeben. Der Radius der Abrundung ist vorzugsweise das 1- bis 8-fache des Querschnittes der unteren Öffnung Fl3. Eine vorzugsweise in das Innere entlang der Behälterwand reichende Erweiterung T3,1 von T3 mit dem Querschnitt von dem 0,2- bis 2-fachen von Fl2 und einer Länge, die höchstens dem halben Umfang des Behälters des Reaktors T4 entspricht, verhindert eine Kurzschlußströmung. P2 fördert nach Beendigung des Beschickungsvorganges den Seitenschacht T3 vorzugsweise leer. Die untere Öffnung Fl2 wird dann vorzugsweise von außen und/oder von innen mit einem Verschluß V3,1 geschlossen. Die Öffnung Fl2 kann auf gleicher Höhe wie P2 oder 2 bis 100 cm über P2 angebracht sein, was den Vorteil hätte, dass P2 nicht trocken laufen kann.

Der Biogasreaktor T4 kann in mehrere, bevorzugt in höchstens 4 Teilreaktoren bzw. Reaktorbehälter aufgeteilt sein. Besonders bevorzugt ist er in zwei Reaktorbehälter T4a und T4b aufgeteilt, wobei T4a vorzugsweise ein stehender oder liegender zylindrischer Behälter ist. Behälter T4b ist vorzugsweise ein stehender zylindrischer Behälter. Die Behälter des Biogasreaktors T4 stehen vorzugsweise gasseitig und hydraulisch miteinander in Verbindung.

Gasseitig sind sie über eine Gasleitung R9 in Reihe geschaltet und direkt mit einem Gasspeicher T8 verbunden.

Die Fig. 2 und 6 zusammen zeigen eine komplette Biogasanlage mit Biogaserzeugung, -speicherung und -trennung.

Wenn der Reaktor, wie bevorzugt und in Fig. 2 dargestellt, aus zwei stehenden Behältern T4a und T4b besteht, werden die Behälter vorzugsweise durch Ansteuerung der Ventile V8, V9, V10, V11 und V12 wahlweise parallel oder in Reihe beschickt. Die Entleerung der Behälter geschieht durch Überlaufleitungen R6 direkt in einen Nachgärtank T6, der in Fig. 6 dargestellt ist, und/oder durch Abpumpen. Zum Abpumpen wird eine Pumpe P4 saugseitig über Ansteuerung der Ventile V10, V11 und V12 mit der Entleerungsleitung R7 des jeweiligen Behälters verbunden.

Mit einer strichlierten Linie ist eine Rohrleitung angedeutet, in der das Ventil V10 sitzt. Mittels dieser Verbindung und entsprechender Schaltung der Ventile V10 bis V12 können die beiden Teilreaktoren T4a und T4b wahlweise parallel oder in Reihe hintereinander betrieben werden.

Der stehende zylindrische Teilbehälter T4a und/oder T4b hat vorzugsweise ein Verhältnis von Höhe zu Durchmesser von 0,2 bis 4 zu 1, ist gasdicht und gasseitig vorzugsweise an der höchsten Stelle in einem Kopfraum T5 oder in einem Mannloch Fl5 im Kopfraum über die Rohrleitung R9 mit einem Biogasspeicher T8 für rohes Biogas verbunden (Fig. 6). Der Biogasspeicher T8 ist vorteilhafterweise in den Nachgärtank T6 integriert. Der Kopfraum T5 des Biogasreaktors T4 steht unter einem Gasüberdruck von vorzugsweise 1 bis 100 mbar und hat vorzugsweise eine Höhe von 30 bis 200 cm. Beim Abpumpen von ausgefaulter Flüssigkeit aus dem Reaktor T4 strömt Biogas aus T8 hinein und beim Zupumpen der frischen Stoffe in T5 ab, um den Druckausgleich im Kopfraum T5 des Reaktors T4 zu gewährleisten. Zudem ist der Biogasreaktor T4 mit frostsicheren, vorzugsweise hydraulisch und/oder als Berstmembran wirkenden Über- und Unterdrucksicherungen ausgestattet, die an Stutzen Fl6 und Fl7 vorzugsweise am Mannloch Fl5 angebracht sind. Die Überdrucksicherung spricht vorzugsweise bei 50 bis 150 mbar, die Unterdrucksicherung bei vorzugsweise -2 bis -10 mbar zum atmospährischen Druck an.

Der stehende zylindrische Teilbehälter T4a und/oder T4b enthält vorzugsweise ein langsam laufendes Rührwerk Rü2, welches von einem außerhalb des Reaktionsraums angeordneten drehrichtungsvariablen Motor Mo2 angetrieben ist. Das Rührwerk Rü3 hat vorzugsweise eine mittig angebrachte, senkrechte Welle, an der vorzugsweise zwei Rührblätter befestigt sind: Rübl1 vorzugsweise am oberen Ende der Rührwelle unterhalb des Flüssigkeitsspiegels und Rübl2 vorzugsweise am unteren Ende der Rührwelle in der Nähe des Bodens des Behälters. Die beiden Rührblätter bewirken eine Zerstörung von Schwimm- und Sinkschichten und homogenisieren den Inhalt. Der Rührer Rü3 wird vorzugsweise in vorgegebenen Zeitintervallen angehalten und läuft ansonsten vorzugsweise ständig. Es handelt sich um einen vollständig durchmischten Reaktor, d. h. einen CSTR. Das Rührwerk Rü3 kann durch ein bis zwei Tauchmotorrührwerke gebildet sein, die vorzugsweise 20 bis 200 cm unter der Oberfläche und vorzugsweise 20 bis 200 cm über dem Boden befestigt sind, was auch für die Rührblätter Rübl1 und Rübl2 gilt.

Im stehenden Teilbehälter T4a oder T4a und T4b sind außer Öffnungen für das Rührwerk Rü3 und die Über- und Unterdrucksicherung weitere Öffnungen für das Mannloch Fl5 im Kopfraum T5, für ein Sichtglas an der Grenze Flüssigkeitsspiegel und Kopfraum, für Rohrleitungen zum Zu- und Abpumpen der Flüssigkeit Fl10 und Fl19, für Temperatur- und Druckmessungen Fl11 und Fl12 sowie eines Stutzens Fl13 zur Zugabe von Chemikalien vorgesehen. Die Öffnung Fl10 zum Zupumpen frischer Stoffe liegt vorzugsweise 50 bis 200 cm über der Reaktorunterkante. Die Öffnung Fl9 zum Abpumpen geht von der Mitte des vorzugsweise konisch oder waagerecht gestalteten Behälterbodens oder vorzugsweise seitlich in der Behälterwand bei waagerecht gestaltetem Behälterboden ab.

Der Reaktor T4 ist rundherum thermisch mit Wärmeschutz Iso1 isoliert, um einen k-Wert von ≦ 5 W/m²K zu gewährleisten. In der Bodenplatte ist vorzugsweise eine Fußbodenheizung WT1 mit einer Heizleistung von 4 bis 8 Watt/(m²K) verlegt. Die Fußbodenheizung WT1 wirkt vorzugsweise in Ergänzung zu dem Wärmetauscher WT2 und wird vorzugsweise mit Warmwasser über eine Heizungspumpe beschickt. Mit der Fußbodenheizung werden geringe Temperaturdifferenzen zur Reaktortemperatur von vorzugsweise < 5°C ausgenutzt. Der Reaktor wird bevorzugt auch dann noch beheizt, wenn beispielsweise die Zuführung von Biomasse für einige Tage unterbrochen und/oder der Wärmetauscher WT2 nicht in Betrieb ist.

Die Beheizung des Biogasreaktors auf vorzugsweise 26 bis 36°C geschieht vorzugsweise über den außenliegenden Gegenstrom- und/oder Kreuzstromwärmetauscher WT2, vorzugsweise ein Rohrbündelwärmetauscher, Plattenwärmetauscher, Spiralwärmetauscher und/oder Gülle-Gülle- Wärmetauscher, der thermisch mit Iso2 isoliert ist, um vorzugsweise einen k-Wert von ≦ 3 W/(m²K) zu gewährleisten. Die Heizleistung des Wärmetauschers WT2 ist so dimensioniert, dass vorzugsweise der gesamte Stoffstrom der Biomassen vorzugsweise in Verbindung mit dem Wärmetauscher WT2 und den Haltetanks/Hygienisierungsbehältern T7,1 und T7,2 auf vorzugsweise ≦ 40°C oder vorzugsweise nur Teilströme wie beispielsweise Gülle und/oder organische Abfälle auf bis zu vorzugsweise 75°C erhitzt werden können und vorzugsweise mit dieser Energie der Reaktor auf die gewünschte Temperatur von vorzugsweise 26 bis 36°C gebracht werden kann. Die Energiezufuhr erfolgt vorzugsweise mit heißem Wasser und/oder Dampf von vorzugsweise ≦ 130°C aus einer Energiestation T10 am Ort der Anlage. Besonders vorteilhaft ist es, wenn Abwärme der in der Anlage eingesetzten gekapselten Kompressoren für die Gase Biogas, Methan und Kohlendioxid für die Beheizung von T4, T4a, T4b, T7, T7,1, T7,2 und in WT2, WT3 und/oder WT4 verwendet wird. Bekanntlich wird nur etwa ein Drittel der elektrischen Anschlussleistung in Verdichtungsarbeit, jedoch etwa 2 Drittel in Abwärme umgesetzt. Falls erforderlich, kann ein auf vorzugsweise bis 75°C erhitzter Flüssigkeitsteilstrom oder der gesamte Strom in vorzugsweise zwei bis vier, vorzugsweise wechselweise beschickten Hygienisierungsbehältern T7,1 und T7,2 bei dieser Temperatur vorzugsweise 30 bis 60 min lang gehalten werden. Die ≦ 75°C heißen hygienisierten Stoffe werden mit der Pumpe P6 in den Gegenstromwärmetauscher WT2, besonders bevorzugt ein Gülle-Gülle-Wärmetauscher, und/oder in den Biogasreaktor T4 und/oder die Vormischeinrichtung T3 gepumpt.

Die homogenisierte Mischung wird aus der Vormischeinrichtung T3 mittels der Dickstoffpumpe P1 auf einmal oder vorzugsweise in bis zu 3 über den Tag verteilten Chargen durch die Leitung R4, bei entsprechender Ansteuerung der Ventile V6 und V7 über den außenliegenden Wärmetauscher WT2, in den Biogasreaktor T4 bzw. in dessen Behälter T4a und/oder T4b gepumpt. Bevor in T4 bzw. Behälter T4a und/oder T4b gepumpt wird, wird vorzugsweise die gleiche Menge aus dem Biogasreaktor abgepumpt, wenn nicht auf Überlauf geschaltet ist. Das zugepumpte Volumen wird so gewählt, dass in dem Biogasreaktor bzw. in allen Teilreaktoren von T4 ohne T6 zusammengenommen vorzugsweise eine durchschnittliche hydraulische Aufenthaltszeit von 15 bis 80 Tagen gewährleistet wird.

Fig. 5 zeigt eine besonders bevorzugte Ausführungsalternative zu den stehenden Teilbehältern der Fig. 2 mit einem liegenden Teilbehälter T4a und einem damit in Reihe geschalteten, stehenden Teilbehälter T4b. Wenn der Reaktor T4, wie bevorzugt und in Fig. 5 dargestellt, aus einem liegenden und einem stehenden Behälter besteht, werden die Behälter hydraulisch so in Reihe geschaltet, dass der liegende Behälter T4a über die Pumpe P1 zuerst beschickt wird. Der Überlauf fließt ohne weitere Pumparbeit in T4b.

Der liegende zylindrische Behälter T4a mit kreisförmigem Querschnitt ist auf Stützen aufgestellt, die vorzugsweise 2-4 m auseinander liegen. Er hat ein Volumen von 100 bis 200 m³ und enthält ein durchgehendes horizontales Rührwerk Rü3, dessen Rührflügel tragende Welle an den beiden Enden und zusätzlich in Abständen von vorzugsweise 2-4 m gelagert ist. Die Reaktorenden sind vorzugsweise als Böden in Klöpperform gestaltet. Der Behälter T4a enthält an jedem Ende ein Mannloch Fl5. Vorzugsweise das erste Drittel des Behälters ist auf der Unterseite mit einem Heizmantel WT4 umschlossen. Der Stutzen Fl13 dient zur Zugabe von Chemikalien und ragt vorzugsweise 10 bis 20 cm in den Behälter hinein. Auf der Rührerwelle sind in Abständen von vorzugsweise 0,5 bis 2 m Rührarme befestigt. Jeder Rührarm ist gegenüber dem benachbarten um einen Winkel von 18° bis 36° versetzt auf der Welle angeordnet. Die gemischten Stoffe mit vorzugsweise 5 bis 40% Trockensubstanz werden mit der Pumpe P1 über die Rohrleitung R4 und Ventil V5, das vorzugsweise eine Rückschlagklappe ist, in den liegenden Fermenter T4a gepumpt, durchlaufen den Fermenter in vorzugsweise 4 bis 10 Tagen und treten vorzugsweise zusammen mit dem gebildeten Gas durch ein Rohr R5 und eine Rückschlagklappe V15 in den stehenden Fermenter T4b ein. Durch diese Vorgehensweise ist der liegende Fermenter T4a ständig gefüllt, steht unter dem Druck, der durch die Flüssigkeitssäule im senkrechten Reaktor T4b vorgegeben ist, und benötigt keinen Gasdom. Ansammlungen von abgesetzten Stoffen werden vorzugsweise über eine am Ende angebrachte nicht dargestellte Schnecke gelegentlich abgezogen. Die Förderung durch den Behälter T4a erfolgt vorzugsweise durch die Pumpe P1 und nicht durch das Rührwerk Rü3.

Fig. 6 zeigt die Speicherung und Trennung des Biogases.

Der Biogasspeicher T8 ist vorzugsweise ein Niederdruckgasspeicher, der bei separater Aufstellung in einer vorzugsweise feuerhemmenden Umhüllung untergebracht ist. Vorteilhafterweise ist T8 in den Nachgärtank T6 als Abdeckung integriert. Der Nachgärtank T6 ist mit einem von einem Motor Mo4 angetriebenen, seitlich angebrachten Rührwerk Rü4 ausgerüstet. Der Speicher T8 wird von einer Membran M2, insbesondere einer Folie luftundurchlässig abgeschlossen. Der Nachgärtank T6 bildet ein Teil des Reaktors T4.

In den bisherigen Biogasspeichern ist ein Gasraum über einer abschließenden Membran der Luft ausgesetzt, absichtlich belüftet und/oder unter Luftdruck gesetzt, um dem Biogas unter der Membran einen Druck zu verleihen. Zur Herstellung von vermarktungsfähigem, erdgasgleichen Biomethan und Kohlendioxid ist erfindungsgemäß hingegen der Kontakt zu Luft und insbesondere Sauerstoff verhindert. An die Reinheit von Kohlendioxid werden besonders hohe Anforderungen gestellt. Deshalb wird für die Membran M2 eine sehr geringe Permeabilität für Luft bei 0 bis 30°C von vorzugsweise höchstens 150 cm³/(m²bar24 h) gefordert. Bei preisgünstigen Membranen mit Permeabilitäten im oberen, erfindungsgemäß noch zulässigen Bereich wird vorzugsweise ein Schutzraum M3,1 ausgebildet, um die Isolation zu verbessern. Dieser Schutzraum M3,1 wird erfindungsgemäß statt mit Luft vorzugsweise mit Prozeßgasen, vorzugsweise mit Biogas und/oder Kohlendioxid, gespült. Der Schutzraum M3,1 kann mehrfach unterteilt sein und/oder insbesondere durch mehrere Schutzräume M3,1 übereinander gebildet werden. Vorgefertigte Schutzräume können an Gasspeichern, die vorzugsweise als Säcke und/oder Kissen ausgebildet sind, angebracht werden. Biogas dient nach dem Durchgang durch den Schutzraum M3,1 vorzugsweise zur Prozeßenergieerzeugung in einer in der Anlage integrierten Energiestation. Durchgeleitetes Kohlendioxid dient vorzugsweise als Dünger in Treibhäusern und/oder zur Entwesung von Lagern, wo der Sauerstoffgehalt nicht stört.

Ein insgesamt sehr geringer Durchgang von Luft wird vorzugsweise gewährleistet durch eine Edelstahlmembran, eine metallbedampfte Kunststofffolie und/oder eine wenigstens zweischichtige Membran M2. Zwei Schichten werden vorzugsweise gebildet durch flexible Kunststoffolien oder durch eine gasdichte starre Behälterabdeckung mit darunter liegender flexibler Folie, wobei der Schutzraum M3,1 vorzugsweise mit rohem Biogas, entschwefeltem Biogas oder Kohlendioxid gefüllt und vorzugsweise durchströmt und das Biogas nach Verlassen des Schutzraumes M3,1 vorzugsweise in der Energiestation verbraucht wird. Der Schutzraum M3,1 hat ein konstantes oder variables Volumen. Ein konstantes Volumen des Schutzraumes M3,1 wird vorzugsweise bei Gassäcken und Gaskissen erreicht, indem die beiden vorzugsweise flexiblen und/oder dehnbaren Folien durch Abstandshalter getrennt sind. Durch die Form der Abstandshalter kann ein kontrollierter Gasfluß unterstützt werden, um Kurzschlußströmungen zu unterbinden. Die Abstandshalter können gasdicht oder porös mit einem Porenvolumen von bis zu 99,9% sein. Der Schutzraum M3,1 kann in mehrere Räume unterteilt sein, die vorzugsweise je einen eigenen Gaszutritt und Gasausgang haben. Der Gasspeicher T8 kann, wie die weiteren Gasspeicher der Anlage ebenfalls, mehrere übereinander angebrachte Lagen von Schutzräumen enthalten, um die Isolation gegen Lufteintritt zu verbessern.

Ein Schutzraum M3,1 mit einem variablen Schutzraumvolumen stellt sich bei der Kombination Membran/starre Platte ein, beispielsweise zwischen einer in einem starren Behälter befestigten flexiblen Membran und den Seitenwänden und dem Dach des Behälters, weil sich die flexible und/oder dehnbare Membran, insbesondere Folie, dem Füllungsgrad anpaßt. Dies führt dazu, dass der Schutzraum größer wird, wenn das Gasspeichervolumen kleiner wird und umgekehrt. Die Gesamtgasmenge an Gas im Schutzraum M3,1 und im Speicher T8 bleibt gleich.

Durch die Erfindung wird vorzugsweise Luftzutritt in das gespeicherte rohe und/oder entschwefelte Biogas verhindert. Außerdem wird ein Überdruck von vorzugsweise 1 bis 100 mbar im Schutzraum M3,1 und im gespeicherten Biogas erzeugt, der bei Gasspeichern mit variablem Schutzraumvolumen die Arbeit eines Gebläses K1 und/oder K2 unterstützt.

Zusätzlich zu dem als Rohgasspeicher dienenden Speicher T8 weist die Biogasspeicherung einen separaten Reingasspeicher T11 auf. In dem Reingasspeicher T11 wird entschwefeltes Biogas gespeichert. Über dem Reingasspeicher T11 wird mittels einer für die Belange der Praxis für Sauerstoff nicht permeablen Membran M3 wieder ein Schutzvolumen M3,1 gebildet, das mit dem Schutzvolumen M3,1 des Rohgasspeichers T8 ständig verbunden oder bei Bedarf verbindbar ist.

In Bezug auf den Reingasspeicher T11 und dessen Zwischenvolumen M3,1 wird ergänzend stets auch auf Fig. 7 verwiesen. Der Reingasspeicher T11 ist als doppelwandiges Gasspeicherkissen oder -sack mit innerem Speicher T11, umgebendem flexiblen Zwischenraum M3,1 und diesen umgebende, feuerfeste Umhüllung T9 ausgebildet. In Bezug auf die doppelschichtige Membran M3 und das von der Membran M3 gebildete Schutzvolumen M3,1 gilt das zur Membran M2 und deren Schutzvolumen M3,1 Gesagte gleichermaßen. Sämtliche Gasspeicher der Anlage können wie der Reingasspeicher T11 ausgebildet sein.

Vorzugsweise ein Teilstrom des durch einen Motor angetriebenen Rohgasgebläses K1 und/oder des durch einen Motor angetriebenen Reingasgebläses K2 und/oder des durch einen Motor Mo10 angetriebenen CO2-Gebläses K5 geförderten Gases wird in die Zwischenräume M3,1 zwischen M2 und/oder M3 in den Gasspeichern T8 und/oder T11 in Reihe oder parallel geleitet. Der Gasspeicher T8 ist vorzugsweise mit einer Fackel verbunden, welche plötzliche Überschüsse an Biogas abfackeln kann. Wäre der Gasspeicher T8 separat aufgestellt, so wäre vorzugsweise am tiefsten Punkt ein Ventil angebracht, wie Ventil 16 des Speichers 11, über das Kondensat abgezogen wird. Die flexible Hülle M3 des Gasspeichers T11 ist vorzugsweise mit einer Vorrichtung verbunden, die den Füllstand anzeigt. Das saugseitig mit dem Gasraum des Biogasspeichers T8 verbundene Gebläse K1 sorgt für den notwendigen Vordruck im Rohgas für eine bevorzugte Weiterleitung zumindest eines Teilstromes in den Zwischenraum M3,1 von M3 und/oder zur Energiestation und/oder zu einer Gastrennungseinrichtung T12.

Vorzugsweise wird die H2S-Konzentration im rohen Biogas auf 1 bis 500 ppm gesenkt, indem über eine Dosierpumpe P3 vorzugsweise Eisen-III in T4a und/oder T4b vorzugsweise proportional zum Schwefelgehalt des zugeführten frischen Stoffgemisches und/oder Biogasvolumenstrom zugegeben wird. Die Zugabe kann vorteilhafterweise auch direkt in die Vormischeinrichtung T3 erfolgen.

Vorteilhafterweise bildet diese Entschwefelung eine Vorstufe, und die vollständige Entschwefelung des Biogases erfolgt in einer ersten Trennstufe der Gastrennungseinrichtung T12. Das so entschwefelte Biogas (Reingas) wird vorzugsweise in den separaten Gasspeicher T11 gepumpt und steht von dort aus der Gastrennungseinrichtung T12 und/oder vorzugsweise nach Durchgang durch die Zwischenräume M3,1 der Membranen M2 und/oder M3 der Energiestation zur Verfügung.

Die Energiestation T10 entnimmt erfindungsgemäß rohes und/ oder entschwefeltes Biogas über das Gebläse K1 aus dem Biogasspeicher T8 für rohes Biogas, über Gasleitung R11 aus dem Zwischenraum M3,1 von T8, aus dem Zwischenraum M3,1 des Gasspeichers T11 für entschwefeltes Biogas und/oder direkt aus T11 über das Gebläse K2 und Gasleitung R10.

Die Energiestation T10 besteht vorzugsweise aus einem Blockheizkraftwerk (BHKW) des Typs Ottomotor oder Zündstrahler, das wärmeseitig mit einer Temperaturspreizung von vorzugsweise 70 bis 130°C arbeitet, einer Brennstoffzelle und/oder einer Absorptionskältepumpe und/oder einem Heizkessel. Das in der Energiestation untergebrachte BHKW und/oder die Brennstoffzelle hat die Aufgabe, so viel Energie an Strom, Wärme und/oder Kälte aus Biogas zu erzeugen, dass vorzugsweise der Energiebedarf der Biogasanlage und der Gastrennungseinrichtung an Strom, Kälte und/oder Wärme gedeckt wird. Wenn es wirtschaftlich ist, können zusätzlich auch landwirtschaftliche Betriebe mit Strom, Wärme und/oder Kälte beliefert werden. Zusätzlich oder alternativ zu dem BHKW ist vorzugsweise eine Absorptionswärme-/kältepumpe und/oder ein Heizkessel aufgestellt, der vorzugsweise die benötigte Wärme und/oder Kälte aus Biogas erzeugt. Es ist auch schon vorteilhaft, wenn die Energiestation nur den Bedarf an Prozeßwärme und Prozeßkälte deckt und der Prozeßelektrizitätsbedarf aus dem öffentlichen Netz gedeckt wird. Bei vorzugsweise gleichzeitiger Nutzung von Wärme, beispielsweise zur Erwärmung von Stoffen in den Wärmetauschern, und Kälte, beispielsweise bei der Kondensation von Feuchte und bei der CO2-Kompression aus der Absorptionswärme-/kältepumpe, ist der Wirkungsgrad um den Faktor 1,1 bis 1,9 besser als der eines Brennwertkessels. Strom wird vorzugsweise aus dem Netz bezogen, wenn keine Kraft-Wärme-Kopplung installiert ist. Die Energiestation ist in einem Container untergebracht, läuft vorzugsweise vollautomatisch über eine eigene EMSR- und SPS- Anlage und wird über den Füllstand der Biogasspeicher, den Gasvolumenstrom, den Methangehalt und/oder den Energiebedarf der Biogasanlage an vorzugsweise Strom, Wärme und/oder Kälte kontrolliert. Das BHKW ist vorzugsweise wärmegeführt, um die Temperatur im Biogasreaktor, im außenliegenden Wärmetauscher, bei der Hygienisierung und/oder in der Gastrennungseinrichtung aufrechtzuerhalten und die Energie bereitzustellen.

Die Biogastrennungseinrichtung T12 entnimmt Biogas vorzugsweise aus dem Gasspeicher T8 für rohes Biogas über das Gebläse K1. In einer Entschwefelungsstufe T12a, die einer Kältefalle zur Kondensatentfernung folgt, wird H2S entfernt. Die Entschwefelung in der Gastrennungseinrichtung T12 wird vorzugsweise zusätzlich zu einer Entschwefelung mittels Chemikalienzugabe im Biogasreaktor T4 durchgeführt, beispielsweise der beschriebenen Eisen-III Zugabe. Die Entschwefelung erfolgt in diesem Fall in zwei Stufen. In der Gastrennungseinrichtung T12 wird der Schwefelgehalt des Biogases auf 5 ppm oder weniger vermindert. Im Reaktor T4 erfolgt eine Entschwefelung auf vorzugsweise 5 bis 500 ppm. Die Entschwefelung in der Gastrennungseinrichtung kann nach einer anderen bevorzugten Ausführung auch die einzige Art der Entschwefelung sein. Auch in diesem Falle wird der Schwefelgehalt im entschwefelten Biogas auf 5 ppm oder weniger gesenkt. Vorzugsweise wird das gesamte Biogas entschwefelt und nicht nur der Teil, der nicht in der Energiestation genutzt wird. Das in der der Entschwefelungsstufe entschwefelte Biogas kann in dem separaten Gasspeicher T11 für entschwefeltes Biogas zwischengespeichert werden. Das entschwefelte Biogas wird direkt nach der Entschwefelungsstufe wahlweise entweder einer nachfolgenden CH4- CO2-Trennungsstufe T12b oder dem Reingasspeicher T11 zur Zwischenspeicherung zugeführt oder es werden zwei Teilströme gebildet, einer zur Trennstufe T12b und einer zu T11. Aus T11 wird es über das Reingasgebläse K2 und die Gasleitung R10 bei geöffnetem Ventil V18 für die CH4-CO2-Trennung entnommen.

Die Gastrennungseinrichtung T12 ist vorzugsweise in sich vollständig automatisch geregelt und gesteuert, vorzugsweise durch eine EMSR- und SPS-Anlage. Die Gastrennungseinrichtung T12 besteht vorzugsweise aus bei wechselndem Druck arbeitenden PSA-Modulen, insbesondere Molekularsieben und/oder absorbierenden Flüssigkeiten, zur Anreicherung von Methan bzw. Abtrennung von Kohlendioxid. Den PSA-Modulen vorgeschaltet sind vorzugsweise jodidbeaufschlagte Aktivkohlefilter zur Adsorption von Schwefelwasserstoff und Geruchsstoffen und Molekularsiebe für halogenierte Bestandteile. An die Stelle der PSA-Module können bei konstantem und niedrigem Überdruck arbeitende Membranmodule treten, die aus dem Biogas selektiv Schwefelwasserstoff und/oder Kohlendioxid entfernen. Sie bestehen vorzugsweise aus hydrophoben, mit Flüssigkeit durchströmten Membranen, die mit dem Biogas vorzugsweise im Kreuz- oder Gegenstrom angeströmt werden. Die Gase diffundieren durch die Membran in die Flüssigkeit, wobei vorzugsweise in der ersten Trennungsstufe Schwefelwasserstoff und in der zweiten Trennungsstufe Kohlendioxid von der für diesen Zweck jeweils ausgewählten Flüssigkeit vorzugsweise selektiv absorbiert werden.

Die aus der Gastrennungseinrichtung T12 austretenden Gase Biomethan und Kohlendioxid haben eine Reinheit von vorzugsweise mindestens 95,0 Vol.-%. Der Methanverlust beträgt vorzugsweise weniger als 5%. Erdgasgleiches Biomethan wird vorzugsweise mit Tetrahydrothiophen (THT) in einer Konzentration von vorzugsweise über 10 mg/m³ in einer nicht dargestellten Odierstation odoriert und entweder über einen mit dem Motor Mo8 angetriebenen, vorzugsweise zwei- bis dreistufigen Kompressor K3 auf vorzugsweise 250 bar komprimiert und in Druckflaschen T14 abgefüllt und/oder über einen mit dem Motor Mo9 angetriebenen Kompressor K4 auf einen Druck über Atmosphärendruck, vorzugsweise auf einen Druck im Bereich von 100 mbar bis 100 bar, komprimiert und über eine Volumenstrommessung durch eine Rohrleitung R14 in ein Erdgasnetz eingespeist. Die Leitgröße für die Einspeisung in das Erdgasnetz und damit für die Ansteuerung der Gastrennungseinrichtung ist vorzugsweise der CH₄-Gehalt und/oder die Methanzahl und/oder der Wobbeindex des einzuspeisenden Biomethans. Der Wobbeindex liegt vorzugsweise zwischen 10 und 15 kWh/m³. Wird der vorgegebene Wert für die Leitgröße nicht erreicht, so wird das Biomethan in die Gastrennungseinrichtung T12 zurückgeführt oder vorzugsweise in den Gasspeicher T8.

Kohlendioxid wird vorzugsweise über einen für Luft nicht permeablen Niederdruckspeicher T13 als Zwischenpuffer geleitet. Aus dem Speicher T13 wird das Kohlendioxid mit einem motorangetriebenen Kompressor K6 als Flüssig-CO₂ in Druckbehälter T15, beispielsweise Druckflaschen oder Tankwagen, abgefüllt und/oder in Rohrleitungen für flüssiges CO₂ eingeleitet und/oder als Gas aus dem Gasspeicher T13 über das Gebläse K5 in Rohrleitungen zum Transport für gasförmiges CO₂ abgegeben. Das Gebläse K5 leitet vorzugsweise über ein Ventil V19 einen Teilstrom in den Zwischenraum M3,1 der vorzugsweise doppelschichtigen Membran M3, um in dem Zwischenraum M3,1 einen stabilen Überdruck von vorzugsweise 1 bis 100 mbar zu erzeugen. Überschüssiges CO₂ wird in die Umgebung abgelassen. Eine Membran M4 ist mehrwandig ausgeführt, im Ausführungsbeispiel doppelwandig, und bildet einen mit CO₂ gefüllten Zwischenraum. Für die Membran M4 gilt das zu dem Membranen M2 und M3 Gesagte.

Fig. 8 zeigt eine Gastrennungseinrichtung T12 und deren Zu- und Ableitungen. Die Gastrennungseinrichtung T12 der Fig. 8 ist gegenüber der Gastrennungseinrichtung T12 der Fig. 6 um eine zweite Methan-CO2-Trennstufe T12c erweitert. Die Gastrennungseinrichtung T12 der Fig. 8 kann in sämtlichen Ausführungen der Erfindung alternativ zu der vereinfachten Ausführung der Fig. 6 verwendet werden. Das vorstehend zur Gastrennungseinrichtung T12 Gesagte gilt daher gleichermaßen auch für die Gastrennungseinrichtung T12 der Fig. 8. Insbesondere ist die Einbettung in die Gesamtanlage mit Ausnahme der nachstehend beschriebenen Besonderheiten die gleiche wie in Fig. 6.

Insgesamt weist die Gastrennungseinrichtung T12 der Fig. 8 drei hintereinander geschaltete Trennstufen T12a, T12b und T12c auf. T12a bildet die Entschwefelungsstufe und die beiden Trennstufen T12b und T12c sind Methan-CO2-Trennstufen, für die je die vorstehenden Ausführungen zu solchen Trennstufen T12a und T12b gelten. Jede der beiden Trennstufen T12b und T12c wird durch mehrere PSA-Kolonnen gebildet, die je mit Molekularsieben oder Flüssigkeit gefüllt sind, die selektiv Kohlendioxid absorbieren und Methan hindurchströmen lassen. Die jeweils mehreren PSA-Kolonnen einer der Trennstufe T12b und T12c werden batchweise betrieben, wobei durch Parallelschaltung und zeitlich gestaffelte Beschickung der mehreren Kolonnen in der jeweiligen Trennstufe eine Vergleichmäßigung im Produktstrom erzielt wird.

In den PSA-Kolonnen der ersten Methan-CO2-Trennstufe T12b werden der methanreiche Teilstrom M und ein kohlendioxidreicher Teilstrom C in an sich bekannter Weise in einem PSA Verfahren erhalten. Der methanreiche Teilstrom M wird, wie bereits beschrieben, in T14 gespeichert, oder unmittelbar in ein festverlegtes Methanrohrleitungsnetz eingespeist.

In den PSA-Kolonnen der ersten Methan-CO2-Trennstufe T12b wird der kohlendioxidreiche Teilstrom C bei der Desorption und einer anschließenden Evakuierung gebildet. Bei dem PSA- Verfahren wird Kohlendioxid bei einem Druck von 6 bis 8 bar absorbiert und bei einer anschließenden Drucksenkung desorbiert. Zum Ende der Desorption wird ein geringer Unterdruck angelegt, es wird somit evakuiert. Zu Anfang der Desorption enthält der kohlendioxidreiche Teilstrom C das meiste Methan in einer relativ hohen Konzentration von 5 bis 10 Vol%. Ferner enthält der Teilstrom C auch noch andere im Biogas enthaltene Begleitstoffe, die in einem Vorfilter vor der ersten Methan-CO2-Trennstufe T12b oder in der Trennstufe T12b selbst zurückgehalten worden sind und bei der Desorption ebenfalls desorbiert werden. Die Konzentration dieser Begleitstoffe, beispielsweise flüchtige Fettsäuren, Aldehyde, Ketone, Silane, Alkohole usw., hängt eng mit der Zusammensetzung der Inputstoffe und den Ausfaulungsbedingungen im Bioreaktor T4 zusammen. Schon die Ausfaulung von beispielsweise Apfelsinenschalen, Friteusefetten, tierischen Fetten, Kosmetika usw. kann zu flüchtigen höher- und niedermolekularen, leicht bis schwer kondensierbaren Spurenstoffen im Biogas führen. Die zusätzliche oder alleinige Ausfaulung solcher Stoffe, insbesondere in Kombination mit einer hohen Raumbelastung von über 5 kg organischer Trockenmasse pro m³ Reaktorvolumen und Tag, ergibt mehr Begleitstoffe im Biogas als die Ausfaulung reiner Gülle und reiner Energiepflanzen. Mit fortschreitender Desorption nimmt der Gehalt an Methan im kohlendioxidreichen Teilstrom C und auch der Gehalt von Begleitstoffen ab, d. h. es nimmt die Reinheit des Kohlendioxids zu.

In einer die zwei Trennstufen T12b und T12c verbindenden Leitung ist eine Verzweigung 20 vorgesehen, durch die hindurch der kohlendioxidreiche Teilstrom C wahlweise der nachgeschalteten Trennstufe T12c, unmittelbar dem Kohlendioxidspeicher T13 oder in eine frühere Verfahrensstufe zurückgeführt werden kann. Die in den jeweiligen Verbindungsleitungen eingezeichneten Ventile werden entsprechend geschaltet. In der Verbindungsleitung zwischen den Trennstufen T12b und T12c ist vor der Verzweigung 20 eine Messeinrichtung angeordnet, mit der der Restgehalt an Methan im kohlendioxidreichen Teilstrom C ermittelt wird.

Zu Beginn und im anfänglichen Verlauf der Desorption ist der Restgehalt an Methan im Teilstrom C meist so groß, dass der kohlendioxidreiche Teilstrom C in eine oder mehrere der früheren Verfahrensstufen zurückgeführt wird. Dementsprechend sind die beiden Ventile in den Leitungen zur Trennstufe T12c und zum Kohlendioxidspeicher T13 geschlossen. Im Verlaufe der Desorptions- und Evakuierungsphase sinkt der Restgehalt an Methan im Teilstrom C. Wird ein vorgegebener Restgehalt unterschritten, vorzugsweise 1 Vol.-% Restgehalt an Methan, so wird durch entsprechende Schaltung der Ventile der kohlendioxidreiche Teilstrom C der zweiten Methan-CO2-Trennstufe T12c zugeführt. In dieser Trennstufe T12c wird das im Teilstrom C enthaltene Kohlendioxid aufkonzentriert. Der Strom mit dem aufkonzentrierten Kohlendioxid wird anschließend aus T12c zu dem Kohlendioxidspeicher T13 geleitet. Sollte die Kohlendioxidreinheit im Teilstrom C bereits so hoch sein, dass der Teilstrom C als Kohlendioxidgas oder, nach Verflüssigung, als Flüssig-CO2 verkauft werden kann, so wird durch entsprechende Schaltung der Ventile der Teilstrom C unmittelbar zu dem Kohlendioxidspeicher T13 geleitet.

Ist der kohlendioxidreiche Teilstrom C aus der zweiten Methan-CO₂-Trennstufe T12b mit Methan und/oder anderen Spurenstoffen noch hoch beladen, wie insbesondere zu Beginn der Desorption, so werden die Ventile in den Leitungen zur Trennstufe T12c und zum Kohlendioxidspeicher T13 geschlossen, und es erfolgt eine Rückführung in eine frühere Verfahrensstufe. Durch solch eine Rückführung kann zusätzlich auch der Methanverlust stark reduziert werden. Ferner können eventuelle organische Begleitstoffe durch beispielsweise anaeroben Abbau oder physikalisch chemische Reaktionen abgetrennt werden, um deren Anreicherung zu verhindern. Ob die Konzentration eines Begleitstoffes ermittelt werden kann, hängt natürlich von der Ausbildung der Messeinrichtung vor der Verzweigung 20 ab. Das Vorhandensein und die Konzentration organischer Begleitstoffe kann alternativ auch aufgrund von Erfahrungswerten abgeschätzt werden. Grundsätzlich gilt dies auch für den Restgehalt an Methan. Eine Messung einer Restkonzentration ist daher nicht unumgänglich erforderlich, sondern lediglich vorteilhaft. Die Rückführung erfolgt insbesondere bei hohen Methanrestgehalten, vorzugsweise bei Methanrestgehalten von wenigstens 1 Vol.-%, da in solch einem Fall auch noch die Methangewinnung lohnt. Die Rückführung erfolgt aber auch, falls ein Begleitstoff mit solch einem hohen Gehalt im Teilstrom C enthalten ist, dass eine ausreichende Anreicherung von Kohlendioxid in der nachgeschalteten Trennstufe T12c nicht möglich oder nicht wünschenswert ist.

Wird beispielsweise lediglich ein hoher Methanrestgehalt festgestellt, so wird der Teilstrom C vorzugsweise in die erste Methan-CO2-Trennstufe T12b zurückgeführt. Wird ein vorgegebener Gehalt eines anderen organischen Begleitstoffs überschritten, so erfolgt stattdessen vorzugsweise die Rückführung in ein Organikfilter zum Herausfiltern solcher Begleitstoffe. Ist das Organikfilter vor der Entschwefelungsstufe T12a angeordnet, wie dies üblicherweise der Fall ist, so erfolgt die Rückführung durch Zumischung zu dem Gasstrom in der Leitung R8 aus dem Gasspeicher T8 für rohes Biogas. Insbesondere für den Fall, dass der Gehalt eines weiteren Begleitstoffs oder mehrerer weiterer Begleitstoffe einen vorgegebenen Wert überschreitet, erfolgt ebenso bevorzugt stattdessen oder als Teilstrom eine Rückführung in einen oder mehrere Behälter des Bioreaktors T4 oder in einen oder mehrere Festbettreaktoren T4c. Letztere sind vorzugsweise als senkrecht stehende Festbettreaktoren, insbesondere als Füllkörperkolonnen, ausgebildet. Bei Rückführung in einen Behälter des Bioreaktors T4 wird der Teilstrom C in die faulende Flüssigkeit eingeblasen. Ist ein Festbettreaktor T4c oder sind mehrere Festbettreaktoren T4c vorgesehen, so wird in solch einen Festbettreaktor T4c ausgefaulte Flüssigkeit von dem Überlauf des Bioreaktors T4 über die Leitung R6 zugeführt. Der Teilstrom C wird in einen Bodenbereich des Festbettreaktors T4c geführt. Dem aufsteigenden Teilstrom C rieselt in dem Festbettreaktor T4c oder in den Festbettreaktoren T4c die ausgefaulte Flüssigkeit von oben entgegen. Da der Festbettreaktor bzw. die mehreren Festbettreaktoren T4c bei sehr geringer Raum- und Faulschlammbelastung arbeitet bzw. arbeiten, werden die organischen Begleitstoffe im Teilstrom C stark abgebaut. Der derart gereinigte Teilstrom C wird dem Gasspeicher T8 zugeführt.

Falls infolge der Ausfaulung im Bioreaktor T4 das Auftreten von Begleitstoffen im Biogas wahrscheinlich ist, kann das rohe Biogas auch direkt, entweder vor oder nach dem Gasspeicher T8 über solch einen Festbettreaktor T4c geleitet werden. Hierfür dient eine von R9 abzweigende Leitung R9a, durch die das Biogas aus dem Biogasreaktor T4 in gleicher Weise wie der kohlendioxidreiche Teilstrom C durch den Festbettreaktor T4c geführt wird.

Für die Reinheit des Kohlendioxids ist es besonders vorteilhaft, wenn nach Durchlauf der zweiten Methan-CO2-Trennstufe T12c und vor der Zuführung zum Kohlendioxidspeicher T13 oder einer direkten Einspeisung in ein Leitungsnetz eine weitere Aufkonzentrierung vorzugsweise im flüssigen Zustand durch Destillation, Strippen und/oder Aktivkohlefilter erfolgt.

Es soll schließlich auch daran hingewiesen werden, dass die anhand der Fig. 8 beschriebene Gastrennungseinrichtung T12 und das im Zusammenhang mit Fig. 8 betriebene Trennverfahren nicht nur bei einer in einem PSA-Verfahren betriebenen Gastrennungseinrichtung mit Vorteil eingesetzt werden kann, sondern beispielsweise auch im Zusammenhang mit Membranverfahren zur Gastrennung.

Bezugszeichenliste

Silierung
T1 Fahrsilo
R1 Rohr für CO₂

V1 Ventil im Silo
M1 Silofolie
T2 Sickersaftgrube
Fl1 Stutzen für Schlauchanschlüsse
R2 Schlauch für CO₂

-Zugabe
T15 Tank für flüssiges CO₂

K5 CO₂

-Gebläse
Vormischung
T3 Vorgrube oder Seitenschacht
Rü1 Rührer mit Schneidrührwerkswirkung
Mo1 Motor am Schneidrührwerk
P1 Dickstoffpumpe
V2 Ventil an Dickstoffpumpe
Fl2 Obere Öffnung im Seitenschacht
Fl3 Untere Öffnung im Seitenschacht
V3 Verschluß an Fl2
P2 Tauchmotorrührwerk oder Pumpe
Fl4 Deckel auf dem Seitenschacht
T3,1 Verlängerung des Seitenschachtes am Boden
V4,1 Verschluß an Fl3
R3 Druckleitung zur Vorgrube
Biogaserzeugung
T4 Biogasreaktor
T4a Liegender oder stehender Fermenter
T4b Stehender Fermenter
T4c Füllkörperkolonne
T5 Kopfraum im Biogasreaktor
Fl5 Mannloch
Fl6 Stutzen für Überdrucksicherung im Biogasreaktor
Fl7 Stutzen für Unterdrucksicherung im Biogasreaktor
Rü2 Rührwerk im Biogasreaktor
Rübl1 Oberes Rührblatt am Rührwerk
Rübl2 Unteres Rührblatt am Rührwerk
Mo2 Motor am senkrechten Rührwerk im stehenden Fermenter
Rü3 Rührwerk im liegenden Fermenter
Mo3 Getriebemotor am Rührwerk im liegenden Fermenter
P3 Dosierpumpe für Chemikalienzugabe
P4 Entleerungspumpe für Biogasbehälter
Iso1 Thermische Isolierung am Biogasreaktor
WT1 Wärmetauscher Fußbodenheizung im Biogasreaktor
Fl9 Zuführöffnung
Fl10 Entleerungsöffnung
Fl11 Stutzen für Temperaturmessung
Fl12 Stutzen für Druckmessung
Fl13 Öffnung für Chemikalienzugabe
V5 Rückschlagklappe vor liegendem Fermenter T4a
V6 Ventil vor außenliegendem Wärmetauscher
V7 Ventil in Wärmetauscherumgehungsleitung
V8 Ventil nach Dickstoffpumpe vor T4a
V9 Ventil nach Dickstoffpumpe vor T4b
V10 Ventil in Entleerungsleitung von T4a zwischen T4a und T4b
V11 Ventil in Entleerungsleitung von T4a vor V10 in Saugleitung von Entleerungspumpe
V12 Ventil in Entleerungsleitung von T4b in Saugleitung von Entleerungspumpe
R4 Druckleitung nach Dickstoffpumpe vor T4a und T4b
R5 Verbindungsleitung von Teilreaktor T4a zu T4b
R6 Überlaufleitung T4a
R7 Überlaufleitung T4b
T6 Nachgärtank
Mo4 Motor am Rührwerk im Nachgärtank
Rü4 Seitlich angebrachtes Rührwerk im Nachgärtank
M2 Gasspeichermembran über Nachgärtank
WT2 Außenliegender Wärmetauscher zur Erhitzung
Iso2 Thermische Isolierung am Wärmetauscher
T7 Haltetank für Hygienisierung
Iso3 Thermische Isolierung am Hygienisierungstank
P5 Heizungspumpe für Heißwasser aus Energiestation
Mo5 Motor an Förderpumpe nach Haltetank
P6 Förderpumpe nach Haltetank
V13 Ventil nach Haltetank
V14 Zweiwegeventil nach Förderpumpe am Haltetank
WT4 Heizmantel am liegenden Fermenter T5,1
V15 Rückschlagklappe nach liegendem Behälter
Gasspeicherung und -trennung
T8 Gasspeicher für rohes Biogas
M3 Folie im Biogasspeicher, roh und entschwefelt
T9 Feuerhemmende Umhüllung um Folienspeicher
V16 Kondensatablaßventil am Biogasspeicher
Fl14 Anschluß für Kondensatablaß am Biogasspeicher
K1 Gebläse für rohes Biogas
V17 Ventil in Rohgasleitung nach Gebläse
R8 Gasleitung nach Gebläse für rohes Biogas
R9 Gasleitung nach Biogasreaktor zum Gasspeicher für rohes Biogas
T10 Energiestation
T11 Gasspeicher für entschwefeltes Biogas
K2 Gebläse für entschwefeltes Biogas
V18 Ventil in Gasleitung für entschwefeltes Gas nach Gebläse
R10 Gasleitung nach Gebläse für entschwefeltes Biogas
R11 Gasleitung zur Energiestation
R12 Gasleitung zwischen den Zwischenräumen M3,1
T12 Gastrennungseinrichtung
T12a Entschwefelungsstufe
T12b erste Methan-CO2-Trennstufe
T12c zweite Methan-CO2-Trennstufe

20

Verzweigung
T13 Niederdruck CO₂

-Speicher
M4 CO₂

-Speichermembran für Niederdruckspeicher
R13 Rohrleitung für CO₂

nach Niederdruckspeicher
K3 CH₄

-Kompressor 250 bar
K4 CH₄

-Kompressor 50 bar
Mo8 Motor am CH₄

-Kompressor 250 bar
Mo9 Motor am CH₄

-Kompressor 50 bar
T14 CH₄

-Tank 250 bar
R14 Gasleitung für Biomethan zum Erdgasnetz
R15 Gasleitung nach Entschwefelungsstufe zum Gasspeicher T11
K5 CO₂

-Gebläse zur direkten Entnahme
Mo10 Motor am CO₂

-Gebläse
K6 CO₂

-Kompressor zur Verflüssigung
Mo11 Motor am CO₂

-Kompressor zur Verflüssigung
T15 Tank für flüssiges CO₂

WT5 Wärmetauscher in der Gastrennungseinrichtung
V19 Ventil in Abzweigung zum Zwischenraum in CO₂

-Speichermembran (M4)
R16 Leitung zum Zwischenraum in CO₂

-Speichermembran
T16 Zwischenraum bei Gasspeicherfolie für CO₂

Claims

1. Verfahren, bei dem eine Mischung aus Energiepflanzen und wenigstens einer der Biomassen Gülle und organischer Abfall mittels Mikroorganismen fermentativ anaerob abgebaut wird und aus einem bei dem Abbau entstehenden Biogasgemisch erdgasgleiches Biomethan und Kohlendioxid hergestellt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiepflanzen siliert und für den späteren Abbau gelagert werden.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine aus den Energiepflanzen bestehende Biomasse für den Abbau 20-60% Trockensubstanz aufweist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Biogasgemisch ohne Zugabe von Luft, insbesondere ohne Zugabe von Sauerstoff, entschwefelt wird; vorzugsweise wird es unter Sauerstoffabschluss, insbesondere untere Luftabschluss, entschwefelt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schwefel bei einer Teilentschwefelung als Sulfid ausgefällt wird.

6. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Sulfidausfällung mit Eisen-III erfolgt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Eisen-III als Hydroxid oder Clorid in eine Vormischeinrichtung (T3) für den Abbau oder in die gärende Mischung bei dem Abbau zugegeben wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine vollständige Entschwefelung des Biogasgemisches auf 0,1 bis 30 mg/m³ in einer Gastrennungseinrichtung (T12) erfolgt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Entschwefelung des Biogasgemisches mit Aktivkohle und/oder in Molekularsieben und/oder in gasangeströmten, hydrophoben, flüssigkeitsdurchströmten Membranen erfolgt.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Biogas in einer ersten Methan-CO2-Trennstufe (T12b) ein methanreicher Teilstrom (M) und ein kohlendioxidreicher Teilstrom (C) gebildet werden und Kohlendioxid in dem kohlendioxidreichen Teilstrom (C) durch Abtrennung von Restmethan in einer nachgeschalteten, zweiten Methan-CO2-Trennstufe (T12c) aufkonzentriert wird.

11. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der kohlendioxidreiche Teilstrom (C) nur bei Unterschreitung eines vorgegebenen Gehalts von Restmethan der zweiten Methan-CO2-Trennstufe (T12c) zugeführt und bei Überschreitung des vorgegebenen Gehalts an Restmethan in eine frühere Stufe des Verfahrens zurückgeführt wird.

12. Verfahren nach einem der zwei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der kohlendioxidreiche Teilstrom (C) bei Überschreitung eines vorgegebenen Restgehalts an Methan zurückgeführt wird in den fermentativen Abbau, in ein Organikvorfilter einer Gastrennungseinrichtung (T12) und/oder in die erste Methan-CO2-Trennstufe (T12b).

13. Biogasanlage umfassend

- einen Biogasreaktor (T4) mit wenigstens einem Reaktorbehälter (T4a, T4b), in dem durch fermentativen, anaeroben Abbau einer Biomasse ein Biogas erzeugt wird,

dadurch gekennzeichnet, dass

- die Biogasanlage ferner eine Gastrennungseinrichtung (T12) umfasst, der das erzeugte Biogas zugeführt wird und die aus dem Biogas erdgasgleiches Biomethan und Kohlendioxid trennt.

14. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage ein Silo (T1) für die Silierung und Zwischenspeicherung von Energiepflanzen am Ort der Anlage oder entfernt von der Anlage umfasst.

15. Anlage nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Silo (T1) mit Leitungen (R1, R2) zur Einleitung von Kohlendioxid auf eine kompaktierte Pflanzenmasse und am Siloboden ausgestattet ist.

16. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage eine Vormischeinrichtung (T3) zur Vermischung der Biomasse für den Reaktor (T4) aufweist.

17. Anlage nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Vormischeinrichtung (T3) ein Seitenschacht ist, der an einer Behälterwand des Reaktors (T4) angeordnet ist.

18. Anlage nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (T4) an einem oberen und an einem unteren Ende des Seitenschachtes (T3) Öffnungen (Fl2, Fl3) zu dem Seitenschacht (T3) aufweist und frische Biomasse durch die untere Öffnung (Fl3) in den Reaktor (T4) gelangt.

19. Anlage nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Öffnung (Fl2) auf solch einer Höhe angeordnet ist, dass Faulwasser aus dem Reaktor (T4) in den Seitenschacht (T3) strömt und vorzugsweise im Seitenschacht (T3) befindliche frische Stoffe zu der unteren Öffnung (Fl3) spült.

20. Anlage nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Öffnung (Fl2) aus einer oder mehreren Teilöffnungen besteht und 20 bis 100% der Breite des Seitenschachtes (T3) einnimmt.

21. Anlage nach einem der vier vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verschluß (V3) die obere Öffnung (FL2) bei einer Druckdifferenz von 10 bis 200 cm Wassersäule plötzlich öffnet und das Faulwasser in den Seitenschacht (T3) vorzugsweise sprüht.

22. Anlage nach einem der fünf vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Förderung durch ein auf dem Boden des Seitenschachtes (T3) befindliches, förderndes Tauchmotorrührwerk oder eine Pumpe (P2) erfolgt, das oder die parallel zur Wand des stehenden Reaktors (T4) und vorzugsweise über eine abgerundete Ecke des Seitenschachtes (T3) schräg in den Reaktor (T4) fördert.

23. Anlage nach einem der sechs vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Seitenschacht (T3) von der unteren Öffnung (Fl3) aus in Förderrichtung des Rührwerks oder der Pumpe (P2) ins Innere des Reaktors (T4) entlang der Reaktorwand verlängert (T3,1) ist.

24. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Biogasreaktor (T4) aus mehreren Behältern (T4a, T4b; T4a, T4b, T6) besteht.

25. Anlage nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Biogasreaktor (T4) aus zwei Behältern (T4a) und (T4b) besteht.

26. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Biogasreaktor (T4) aus zwei Behältern (T4a) und (T4b) und einem Nachgärtank (T6) besteht.

27. Anlage nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Behälter (T4a, T4b) des Reaktors (T4) in Reihe oder parallel geschaltet oder schaltbar sind.

28. Anlage nach einem der vier vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein stehender Behälter (T4a, T4b) des Reaktors (T4) ein Rührwerk (Rü2) enthält, das vorzugsweise durch ein senkrecht stehendes Rührwerk oder zwei Tauchmotorrührwerke gebildet wird.

29. Anlage nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl des Rührwerkes (Rü2) 2 bis 100 Umdrehungen pro min beträgt und die Drehrichtung umkehrbar ist.

30. Anlage nach einem der sechs vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Behälter (T4a) ein liegender Behälter mit vorzugsweise kreisförmigem Querschnitt ist und in Reihe mit einem zweiten, vorzugsweise stehenden Behälter (T4b) mit vorzugsweise kreisförmigem Querschnitt geschaltet ist.

31. Anlage nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der liegende Behälter (T4a) ein Volumen von 100 bis 200 m³ bei einem Durchmesser von 3 bis 4 m hat und aus Stahl mit 2 bis 4 mm dickem Blech gefertigt ist.

32. Anlage nach einem der zwei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der liegende Behälter (T4a) ein durchgehendes horizontales Rührwerk (Rü3) enthält mit einer Rührflügel tragenden Welle, wobei jeder Rührflügel gegenüber dem benachbarten um einen Winkel aus dem Bereich von 18° bis 36° versetzt auf der Welle angeordnet ist.

33. Anlage nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Rührwerk (Rü3) nur eine radiale Rührwirkung entfaltet und dem Behälterinhalt keinen Vorschub verleiht und dass eine fördernde Wirkung in dem Behälter (T4a) nur durch eine Stoffzuführung ausgeübt wird.

34. Anlage nach einem der vier vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der liegende Behälter (T4a) auf der Unterseite mit einem Heizmantel (WT4) umschlossen ist, der 20 bis 80% der Unterseite des liegenden Behälters (T4,1) bedeckt.

35. Anlage nach einem der fünf vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der liegende Behälter (T4a) keinen Gasdom enthält und das gebildete Gas zusammen mit Flüssigkeit über eine Rückschlagklappe (V15) in den zweiten Behälter (T4b) entleert, wobei eine Austrittsöffnung an einem oberen Ende des liegenden Behälters (T4a) angeordnet ist.

36. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein separater Gasspeicher (T8) für rohes Biogas vorgesehen und vorzugsweise in einen Nachgärtank (T6) des Reaktors (T4) integriert ist.

37. Anlage nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Biogasreaktor (T4) über eine Gasleitung (R9) direkt mit dem Gasspeicher (T8) für rohes Biogas verbunden ist.

38. Anlage nach einem der zwei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass rohes Biogas aus dem Gasspeicher (T8) in die Gastrennungseinrichtung (T12) gefördert wird.

39. Anlage nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Membran (M2) auf dem Nachgärtank (T6) schwimmt und Biogas von dem Reaktor (T4) durch eine Behälterwand des Nachgärtanks (T6) von unten durch die Flüssigkeitsoberfläche in den Gasspeicher (T8) unter der Membran (M2) oder durch eine Behälterwand des Nachgärtanks (T6) direkt in den Gasspeicher (T8) unter der Membran (M2) eintritt.

40. Anlage nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (M2) im Nachgärtank (T6) gasdicht befestigt ist.

41. Anlage nach einem der zwei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (M2) des Gasspeichers (T8) durch Materialien und/oder doppelte Schichten luftundurchlässig ist.

42. Anlage nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasspeichermembran (M2) mehrere übereinanderliegende Schichten aufweist.

43. Anlage nach einem der zwei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaspermeabilität jeder Schicht bei 0 bis 30°C höchstens 150 cm³/(m²bar24 h) beträgt.

44. Anlage nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (M2) einen Schutzraum (M3,1) bildet.

45. Anlage nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen Schichten der Membran (M2), falls die Membran ein Gasspeichersack oder Gasspeicherkissen ist, mit Abstandshaltern konstant gehalten wird.

46. Anlage nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Abstandshalter einen kontrollierten Gasfluß unterstützt und Rückströmungen und Kurzschlußströmungen verhindert.

47. Anlage nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzraum (M3,1) ein variables Volumen hat.

48. Anlage nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung eines variablen Volumens ein starrer Behälter verwendet wird, in dem die flexible Membran (M2) befestigt ist.

49. Anlage nach einem der fünf vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzraum (M3,1) mit rohem und/oder entschwefeltem Biogas gefüllt ist.

50. Anlage nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Biogas nach einem Durchströmen des Schutzraumes (M3,1) in eine Energiestation (T10) der Anlage gefördert wird.

51. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Biogas in der Gastrennungseinrichtung (T12) in einer Entschwefelungsstufe auf 0,1 bis 30 mg/m³ Schwefel entschwefelt und in einem Gasspeicher (T11) für entschwefeltes Biogas gespeichert wird.

52. Anlage nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasspeicher (T11) für entschwefeltes Biogas aus einer Membran (M3) und eine vorzugsweise feuerhemmenden Umhüllung (T9) umfasst oder daraus besteht.

53. Anlage nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (M3) gasdicht auf 40 bis 60% der Höhe der zylindrischen, senkrecht stehenden, feuerhemmenden und gasdichten Umhüllung (T9) befestigt ist.

54. Anlage nach einem der zwei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (M3) einen Schutzraum (M3,1) bildet, der mit rohem und/oder entschwefeltem Biogas mit einem Überdruck von 1 bis 100 mbar gefüllt und vorzugsweise von dem Biogas durchströmt ist.

55. Anlage nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gebläse (K2) das entschwefelte Biogas aus einem Gasraum der Membran (M3) des Biogasspeichers (T11) absaugt und zumindest einen Teilstrom in den Schutzraum (M3,1) des Gasspeichers (T8) für rohes Biogas und/oder des Gasspeichers (T11) für entschwefeltes Biogas fördert.

56. Anlage nach einem der fünf vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gebläse (K2) das entschwefelte Biogas aus dem Gasspeicher (T11) absaugt und zur CO2-CH4-Trennung der Gastrennungsanlage (T12) fördert.

57. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Energiestation aus Biogas in einem Kessel Prozeßdampf von 100 bis 130°C erzeugt und in der Gastrennungseinrichtung (T12) eingesetzt wird.

58. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gastrennungseinrichtung (T12) Schwefelwasserstoff, Kohlendioxid und Methan voneinander getrennt werden.

59. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gastrennungseinrichtung (T12) in einem PSA-Verfahren (Pressure-Swing- Absorption) arbeitet.

60. Anlage nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das PSA-Verfahren in der Gastrennungseinrichtung (T12) mit Aktivkohlefiltern ausgestattet ist.

61. Anlage nach einem der zwei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das PSA-Verfahren in der Gastrennungseinrichtung (T12) mit Molekularsieben ausgestattet ist.

62. Anlage nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche 1 bis 138, dadurch gekennzeichnet, dass das PSA-Verfahren in der Gastrennungseinrichtung (T12) mit Druckwäschen und absorbierenden Flüssigkeiten ausgestattet ist.

63. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gastrennungseinrichtung (T12) mit kontinuierlich arbeitenden Aktivkohlefiltern ausgestattet ist.

64. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gastrennungseinrichtung (T12) mit einer kontinuierlich arbeitenden Membrantrenneinrichtung ausgestattet ist.

65. Anlage nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass kontinuierlich arbeitende Membranen der Membrantrenneinrichtung hydrophobe, flüssigkeitsdurchströmte Membranen sind, die von außen mit Biogas und seinen Komponenten im Kreuz- oder Gegenstrom angeströmt werden.

66. Anlage nach einem der zwei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit in den Membranen selektiv Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid absorbiert.

67. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gastrennungseinrichtung (T12) Mittel zur Aufkonzentrierung von Kohlendioxid in vorzugsweise flüssigem Zustand durch Destillation, Strippen und Aktivkohlefilter enthält.

68. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gastrennungseinrichtung (T12) Biogas so aufbereitet, dass Biomethan als erdgasgleiches Gas und Kohlendioxid mit einer Reinheit von < 99% anfällt und die Methanverluste weniger als 5% betragen.

69. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Biomethan als erdgasgleiches Gas über eine Mengenmessung am Ort der Anlage in eine Erdgasleitung eingespeist wird.

70. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Biomethan als erdgasgleiches Gas über Kompressor (K4) und Rohrleitung (R14) mit Mengenmessung (Ms8) in einen Hochdruckspeicher der Anlage gefördert wird.

71. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Kohlendioxid in einen am Ort der Anlage vorgesehenen Niederdruckspeicher (T13) eingeleitet wird.

72. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Kohlendioxid am Ort der Anlage in ein fest verlegtes Leitungsnetz für flüssiges CO2 zur weiteren Verwertung gefördert wird.

73. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Kohlendioxid am Ort der Anlage in ein fest verlegtes Leitungsnetz für gasförmiges CO2 zur weiteren Verwertung gefördert wird.

74. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gastrennungseinrichtung (T12) eine erste Methan-CO2-Trennstufe (T12b) aufweist, die aus dem Biogas einen methanreichen Teilstrom (M) und einen kohlendioxidreichen Teilstrom (C) trennt, dass die Gastrennungseinrichtung (T12) eine zweite Methan-CO2-Trennstufe (T12c) aufweist und dass ein Auslass der ersten Methan-CO2-Trennstufe (T12b) für den kohlendioxidreichen Teilstrom (C) durch eine Fluidverbindung mit einem Einlass der zweiten Methan-CO2-Trennstufe (T12c) verbunden ist.

75. Anlage nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in der Fluidverbindung eine Verzweigung (20) vorgesehen ist und dass der kohlendioxidreiche Teilstrom (C) durch die Verzweigung (20) hindurch der zweiten Methan-CO2-Trennstufe (T12c) zuführbar oder in wenigstens einen der zweiten Methan-CO2-Trennstufe (T12c) vorgeschalteten Teil der Anlage zurückführbar ist.

76. Anlage nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgeschaltete Anlagenteil durch einen Festbettreaktor (T4c) gebildet wird, der mit einem Flüssigkeitsauslass (R6) des Biogasreaktors (T4) verbunden ist und dass der zurückgeführte, kohlendioxidreiche Teilstrom (C) in dem Festbettreaktor (T4c) durch einen Rieselstrom einer ausgefaulten Flüssigkeit aus dem Biogasreaktor (T4) geführt wird.