DE202009002537U1

DE202009002537U1 - Einrichtung zur verbesserten Gasausbeute durch weiteren Aufschluss von organischer Biomasse in Biogasanlagen

Info

Publication number: DE202009002537U1
Application number: DE202009002537U
Authority: DE
Original assignee: Meyer Herwig Dipl-Landw
Current assignee: Meyer Herwig Dipl-Landw
Priority date: 2009-02-18
Filing date: 2009-02-18
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2019-02-19

Abstract

Einrichtung zur verbesserten Gasausbeute durch weiteren Aufschluss von organischer Biomasse in Biogasanlagen, dadurch gekennzeichnet, dass für ein flüssiges und mit Feststoffen versetztes Substrat aus der organischen Biomasse ein Separator (1) angeordnet ist, dass der Separator (1) sowohl mit einem Behältnis (3) für flüssiges Substrat als auch mit einem Extruder (2) für gequollene Feststoffe aus der organischen Biomasse verbunden ist, dass der Extruder (2) ein Extruder (2) für die gequollenen Feststoffe ist, wobei durch den Druck und die Temperatur sowie einer nachfolgenden starken Herabsetzung der Volumenspannung der gequollenen Feststoffe die Wirkung der Kavitation und Implosion der Zellen der gequollenen Feststoffe größer als die von Zellen nicht gequollener Biomasse als Ausgangsstoff für die Biogasanlage ist, und dass der Extruder (2) mit dem oder einem Behältnis (3) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft Einrichtungen zur verbesserten Gasausbeute durch weiteren Aufschluss von organischer Biomasse in Biogasanlagen.
Durch die Druckschrift DE 10 2004 054 468 A1 (Verfahren zur anaeroben Vergärung pflanzlicher Substrate und deren Vorbehandlung mittels thermomechanischem Aufschluss) ist ein Verfahren zur Herstellung von Biogas durch anaerobe Vergärung pflanzlicher Substrate in einem Reaktor bekannt. Dabei wird zur Erzielung einer nachweislich höheren Gasbildungsrate dem Vergärungsprozess eine aufbereitungstechnische Vorstufe außerhalb des Reaktors durch Extrusion der pflanzlichen Substrate vorgeschaltet. Dabei wird aber eine wirkungsvolle Zerstörung der Zellstrukturen in Form der Ligninstrukturen nicht erreicht. In diese sind Zellulose und Hemizellulose eingebunden, die ohne die Zerstörung der Ligninstrukturen für den Biogasbildungsprozess nicht wirksam werden können. Selbst mit langer Verweildauer ist dieser Extrusionseffekt nicht zu erreichen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass bei einer Platzierung des Extruders vor dem Fermenter auch Fremdstoffe, wie zum Beispiel Metallteile und Steine, die nicht absolut sicher aussortiert werden können, in den Extruder gelangen und diesen beschädigen können.
Die Druckschrift DE 10 2007 037 202 A1 (Verfahren zur Konversion von Biomasse zu Biogas in anaeroben Fermentern) beinhaltet ein Verfahren zur Konversion von Biomasse, wobei der Gärrest eines Fermenter-Reaktors einer Fest-Flüssig-Phasentrennung mit anschließender Thermodruckhydrolyse unterworfen wird. Die so behandelte Feststoffphase wird dem Fermenter oder einem weiteren Fermenter zugeführt. Die Thermodruckhydrolyse erfolgt dabei im Chargenbetrieb unter Nutzung der Abwärme eines Blockheizkraftwerks. Ein kontinuierlicher Betrieb ist nicht vorgesehen.
Der im Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Gasausbeute aus organischer Biomasse von Biogasanlagen zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird mit den im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.
Die Einrichtungen zur verbesserten Gasausbeute durch weiteren Aufschluss von organischer Biomasse in Biogasanlagen zeichnen sich durch eine Erhöhung der Ausbeute an Biogas von Biogasanlagen aus.
Dazu ist für ein flüssiges und mit Feststoffen versetztes Substrat aus der organischen Biomasse ein Separator angeordnet. Weiterhin ist der Separator sowohl mit einem Behältnis für flüssiges Substrat als auch mit einem Extruder für gequollene Feststoffe aus der organischen Biomasse verbunden. Der Extruder ist dabei ein Extruder für die gequollenen Feststoffe, wobei durch den Druck und die Temperatur sowie einer nachfolgenden starken Herabsetzung der Volumenspannung der gequollenen Feststoffe die Wirkung der Kavitation und Implosion der Zellen der gequollenen Feststoffe größer als die von Zellen nicht gequollener Biomasse als Ausgangsstoff für die Biogasanlage ist. Darüber hinaus ist der Extruder mit dem oder einem Behältnis verbunden.
Die Bioextrusion stellt eine Substratbehandlung der zu verarbeitenden organischen Biomasse für Biogasanlagen dar. Sie dient dem Aufschluss der organischen Substanz zur besseren Verfügbarkeit für die säurebildenden Bakterien.
Durch das Zerschneiden, Zerreißen und Zerquetschen der Biomasse mit beispielsweise gegenläufigen Schneidwerkzeugen wird eine wesentlich größere Oberfläche erreicht und damit auch eine größere Angriffsfläche für die Säure bildenden Bakterien und chemischen Vorgänge.
Zu dem wird durch den sich aufbauendem hohen Druck, der hohen Temperatur und einer plötzlichen Entspannung (Kavitation, Implosion und Desintegration der Zellen) eine wirkungsvolle Zerstörung der Zellstruktur, insbesondere der Ligninstrukturen erreicht. In diese sind Zellulose und Hemizellulose eingebunden, die ohne die Zerstörung der Ligninstrukturen für den Biogasbildungsprozess nicht wirksam werden können.
Selbst mit langer Verweildauer ist dieser Extrusionseffekt nicht zu erreichen, da zum biologisch-chemische Aufschluss der Ligninstrukturen das Ferment Lignase notwendig ist. Lignase aber wird nur unter aeroben Verhältnissen von Pilzen gebildet. Hier handelt es sich aber um Vergärung unter anaeroben Verhältnissen. Der Extruder wird bekannterweise vor dem Fermenter einer Biogasanlage angeordnet und der Feststoffeintrag der organischen Biomasse bearbeitet. Nachteilig wirken dabei auch Fremdstoffe, wie zum Beispiel Metallteile und Steine, die nicht absolut sicher aussortiert werden können, und den Extruder beschädigen können. Die Einrichtung führt dabei dazu, dass durch einen Extruder für fermentiertes und abgepresstes Substrat als organische Biomasse aus dem Fermenter einen wesentlich besseren Aufschluss erreichbar ist. Dieser Sachverhalt wurde beispielsweise bei Mais-, Anwelk- und Hirsesilage als organische Biomasse erreicht.
Neben der bedeutend höheren Gasausbeute ergeben sich noch die Vorteile, dass

– nur noch etwa 30% der ursprünglichen Feststoffe extrudiert werden, insofern ein erheblicher Eigenenergieverbrauch für den Extruder eingespart wird,
– die Problematik der Fremdstoffe wegfällt, da im abgepressten Fermentersubstrat keine Fremdstoffe, die den Extruder gefährden könnten, mehr enthalten sind und
– andere aufgrund ihres Ligningehaltes bisher nichtvergärungswürdige Biomassen zur Gasproduktion herangezogen werden können.

Entscheidend ist dabei eine gequollene organische Biomasse, wie diese beispielsweise nach einem Fermenter oder einem Nachgärer zur Verfügung steht. Der Effekt dieser Anordnung besteht darin, dass bei gequollenem organischen Material durch Druck und Temperatur die Wirkung der Kavitation und Implosion der Zellen (Desintegration) wesentlich höher ist als bei normalem Trockensubstanzgehalt der Kofermente und Verwendung des Extruders vor einer flüssigen Phase. Damit ist eine kompakte Einrichtung realisiert, die anaerob führbar ist und auch als Modul leicht in bestehende oder neu zu installierende Anlagen integrierbar ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Schutzansprüchen 2 bis 6 angegeben.
Die Einrichtung zur verbesserten Gasausbeute ist nach der Weiterbildung des Schutzanspruchs 2 vorteilhafterweise nach einem Fermenter und/oder nach einem Nachgärer einer Biogasanlage angeordnet.
Die Einrichtung zur verbesserten Gasausbeute ist nach der Weiterbildung des Schutzanspruchs 3 vorteilhafterweise eine kontinuierlich arbeitende Einrichtung. Der Separator und der Extruder sind kontinuierlich arbeitende Baueinheiten der Einrichtung. Dazu werden beispielsweise ein nach dem Prinzip einer Zentrifuge arbeitender Separator und ein Extruder mit Schnecken eingesetzt.
Der Trockensubstanzgehalt der gequollenen Feststoffe der organischen Biomasse nach dem Separator für den Extruder ist nach der Weiterbildung des Schutzanspruchs 4 größer 20%.
Im Behältnis ist nach der Weiterbildung des Schutzanspruchs 5 ein Rührwerk für die flüssige und feste Phase der organischen Biomasse angeordnet. Ein Absetzen von festen Bestandteilen im Behältnis wird weitestgehend verhindert.
An das Behältnis ist nach der Weiterbildung des Schutzanspruchs 6 eine Fördereinrichtung für das darin enthaltene Gemisch aus dem Separator und dem Extruder gekoppelt. Damit steht dem Nutzer eine kompakte Einrichtung zur Verfügung, die auch als Modul leicht in bestehende oder neu zu realisierende Anlagen integrierbar ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen jeweils prinzipiell dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
1 ein Fließschema einer Einrichtung zur verbesserten Gasausbeute durch weiteren Aufschluss von organischer Biomasse in Biogasanlagen und
2 eine Einrichtung zur verbesserten Gasausbeute durch weiteren Aufschluss von organischer Biomasse in Biogasanlagen.
Eine Einrichtung zur verbesserten Gasausbeute durch weiteren Aufschluss von organischer Biomasse in Biogasanlagen besteht im Wesentlichen aus einem Separator 1, einem Extruder 2 und einem Behältnis 3.
Die 1 zeigt ein Fließschema einer Einrichtung zur verbesserten Gasausbeute durch weiteren Aufschluss von organischer Biomasse in Biogasanlagen.
Die Einrichtung ist vorzugsweise nach einem Fermenter und/oder nach einem Nachgärer einer Biogasanlage angeordnet. Biogasanlagen mit derartigen Einrichtungen sind bekannt.
Für ein Trennen von flüssigem und mit Feststoffen versetztem Substrat aus der organischen Biomasse der vorgenannten Einrichtungen ist der Separator 1 angeordnet. Der Separator 1 arbeitet bekannterweise nach dem Prinzip der Zentrifuge. Durch Fliehkräfte in einer sich drehenden Trommel werden Feststoffe höherer Dichte von Flüssigkeiten geringerer Dichte getrennt. Der Separator 1 arbeitet im kontinuierlichen Betrieb, so dass hohe Trennleistungen bezogen auf den Volumenstrom bei kleinen Abmessungen möglich sind. Der Feststoff sammelt sich im Inneren der Trommel an dem größten Durchmesser. Mit einem automatischen Entleerungssystem werden die Feststoffe nach einer entsprechenden Zeit aus dem Trommelkörper durch axiales Absenken eines Bauteils in der Trommel und Freigabe einer Öffnung aus dem Separator 1 herausgeschoben und fallen in den angekoppelten Extruder 2.
Der Separator 1 ist dazu sowohl mit dem Behältnis 3 für flüssiges Substrat als auch mit dem Extruder 2 für die gequollenen Feststoffen aus der organischen Biomasse verbunden. Der Trockensubstanzgehalt der gequollenen Feststoffe der organischen Biomasse nach dem Separator 1 für den Extruder 2 ist größer 20% vorzugsweise größer 25%.
Der Extruder 2 besitzt wenigstens eine Verdichtungsschnecke für die gequollenen Feststoffe der organischen Biomasse aus dem Separator 1. Durch den Druck, die Temperatur und eine nachfolgende starke Herabsetzung der Volumenspannung der gequollenen Feststoffe ist die Wirkung der Kavitation und Implosion der Zellen der gequollenen Feststoffe größer als die von Zellen nicht gequollener Biomasse als Ausgangsstoff für die Biogasanlage.
Weiterhin ist der Extruder 2 mit dem Behältnis 3 verbunden.
Die 2 zeigt eine Einrichtung zur verbesserten Gasausbeute durch weiteren Aufschluss von organischer Biomasse in Biogasanlagen in einer prinzipiellen Darstellung.
Im Behältnis 3 ist ein Rührwerk für die flüssige und feste Phase der organischen Biomasse angeordnet. Weiterhin ist an das Behältnis 3 eine Fördereinrichtung für die darin enthaltene organische Biomasse als ein Gemisch aus dem Separator 1 und dem Extruder 2 gekoppelt.
Die Einrichtung zur verbesserten Gasausbeute durch weiteren Aufschluss von organischer Biomasse in Biogasanlagen kann vorteilhafterweise als kompakte Baugruppe realisiert werden. Dazu sind nacheinander über dem Behältnis 3 der Extruder 2 und der Separator 1 angeordnet.
Diese Baugruppe kann leicht in neu zu errichtende aber auch in bestehende Biogasanlagen integriert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004054468 A1 [0002]
- DE 102007037202 A1 [0003]

Claims

Einrichtung zur verbesserten Gasausbeute durch weiteren Aufschluss von organischer Biomasse in Biogasanlagen, dadurch gekennzeichnet, dass für ein flüssiges und mit Feststoffen versetztes Substrat aus der organischen Biomasse ein Separator (1) angeordnet ist, dass der Separator (1) sowohl mit einem Behältnis (3) für flüssiges Substrat als auch mit einem Extruder (2) für gequollene Feststoffe aus der organischen Biomasse verbunden ist, dass der Extruder (2) ein Extruder (2) für die gequollenen Feststoffe ist, wobei durch den Druck und die Temperatur sowie einer nachfolgenden starken Herabsetzung der Volumenspannung der gequollenen Feststoffe die Wirkung der Kavitation und Implosion der Zellen der gequollenen Feststoffe größer als die von Zellen nicht gequollener Biomasse als Ausgangsstoff für die Biogasanlage ist, und dass der Extruder (2) mit dem oder einem Behältnis (3) verbunden ist.
Einrichtung nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur verbesserten Gasausbeute nach einem Fermenter und/oder nach einem Nachgärer einer Biogasanlage angeordnet ist.
Einrichtung nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur verbesserten Gasausbeute eine kontinuierlich arbeitende Einrichtung ist.
Einrichtung nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Trockensubstanzgehalt der gequollenen Feststoffe der organischen Biomasse nach dem Separator (1) für den Extruder (2) größer 20% ist.
Einrichtung nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Behältnis (3) ein Rührwerk für die flüssige und feste Phase der organischen Biomasse angeordnet ist.
Einrichtung nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an das Behältnis (3) eine Fördereinrichtung für das darin enthaltene Gemisch aus dem Separator (1) und dem Extruder (2) gekoppelt ist.