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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Biogasanlage gemäß Anspruch 1.
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Biogasanlagen ermöglichen die Produktion von Biogas, durch dessen Verbrennung elektrischer Strom erzeugt werden kann, der entweder unmittelbar für Produktionszwecke oder private Zwecke verwendet wird oder auch in das Versorgungsnetz großer Stromkonzerne eingespeist werden kann.
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Biogas wird typischerweise durch einen biologischen anaeroben Zersetzungsprozess von landwirtschaftlichen Produkten, wie Mais, Gerste, Getreide, Zuckerrüben und dergleichen unter Verwendung von Mikroorganismen gewonnen, wobei zur Beschleunigung und Optimierung des Verfahrens Gülle und Festmist als Gärstoff hinzugefügt werden können. Das aus einem derartigen Zersetzungsprozess gewonnene Biogas besteht üblicherweise aus schwefelhaltigem Methan, wobei der im Methan enthaltene Schwefel in dem Gärrest gebunden wird und dieser Gärrest anschließend als Dünger verwendet werden kann.
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Nachteilig ist dabei, dass die verwendete Biomasse auch unzersetzbare Bestandteile, wie Sand, enthält, der sich im Verlaufe der Biogaserzeugung auf dem Boden des Fermentors absetzt. Sand wird zum Beispiel durch die Verwendung von verschmutzten Pflanzen, wie zum Beispiel sandige oder lehmige Zuckerrüben in den Fermenter als Reaktorbehälter einer Biogasanlage eingeführt. Die Ablagerung von Sand und anderen unzersetzbaren Bestandteilen nimmt im Betriebsverlauf der Biogasanlage allmählich zu, so dass dadurch bedingt der Rauminhalt des Fermenters eingeschränkt wird. Dies hat zum Nachteil, dass der Wirkungsgrad der Biogaserzeugung im Fermenter im Verlaufe der Betriebszeit der Anlage abfällt. Entsprechend ist es zur Aufrechterhaltung eines konstanten hohen Wirkungsgrades notwendig, den Fermenter in regelmäßigen Abständen von den Ablagerungen zu reinigen.
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In der Vergangenheit wurde die Reinigung des Fermenters zum Beispiel durch Abnehmen des Fermenterdaches und anschließender Entfernung der festen Ablagerungen aus dem Fermenter über die nach Abnahme des Fermenterdaches offene Oberseite des Fermenters durchgeführt. Ein derartiges Reinigen bzw. Warten des Fermenters ist nicht nur aufwändig, sondern erfordert auch eine vollkommene Stilllegung der gesamten Biogasanlage.
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Verschiedene Ansätze zur Reinigung des Fermenters sind bekannt. So wird in der
DE 20 2005 013 389 U1 eine Reinigungsvorrichtung für einen Fermenter einer Biogasanlage beschrieben, wobei die Reinigungsvorrichtung einen in den Fermenterbehälter montierbaren und von außen betreibbaren Mechanismus zum Sammeln der unzersetzbaren Bestandteile, wie zum Beispiel Sand, und zum Entfernen der gesammelten Bestandteile aus dem Fermenterbehälter umfasst. Nachteilig bei dieser Konstruktion ist allerdings der damit verbundene hohe technische Aufwand, da die Reinigungsvorrichtung in den Dimensionen eines Biogasfermenters konstruiert sein muss, und somit die Kosten für eine Biogasanlage nicht unbeträchtlich erhöht.
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Eine weitere Möglichkeit zur Reinigung des Fermenterbehälters zur Vermeidung von Betriebspausen der Biogasanlage ist in der
DE 10 2010 025 636 A1 beschrieben, wonach ein oberhalb des Fermenters angeordneter Unterdruckbehälter vorgesehen ist, in welchen die Mischung aus Pflanzenresten mit den Störstoffen, wie Sand, eingefüllt wird und die Störstoffe abgetrennt werden.
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Aus der
WO 2010/084003 A2 ist eine Biogasanlagenserviceeinrichtung bekannt, wobei ein Serviceschacht im Fermenterbehälter zum Einbringen der Serviceeinrichtung notwendig ist.
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Nachteilig bei den bisher bekannten Möglichkeiten zur Reinigung des Fermenterbehälters ist jedoch der damit verbundene, nicht unwesentliche konstruktive Aufwand, der die Verwendung von Biogasanlagen in einem erheblichen Maße verteuert.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht entsprechend darin, die genannten Nachteile des Standes der Technik zu überwinden, insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, die es ermöglichen, eine Reinigung des Fermenterbehälters einer Biogasanlage ohne hohen konstruktiven Aufwand und den damit verbundenen hohen Kosten zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Biogasanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Danach ist eine Biogasanlage vorgesehen, die mindestens einen Annahmebehälter zur Aufnahme von Biomasse, mindestens einen Fermenter und mindestens einen Gärrestespeicher umfasst, wobei der mindestens eine Fermenter und/oder der mindestens eine Gärrestespeicher mindestens eine Drucktür aufweisen. Die vorliegende Biogasanlage umfasst des Weiteren mindestens eine Vorrichtung zum Verteilen der Biomasse von dem mindestens einem Annahmebehälter auf dem mindestens einen Fermenter und/oder den mindestens einen Gärrestespeicher, wobei die Verteilungsvorrichtung so einstellbar ist, dass die Biomasse entweder auf den Fermenter oder den Gärrestespeicher verteilbar ist.
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Die vorliegende Biogasanlage verfügt somit über eine Verteilervorrichtung für die Biomasse, mit der es möglich ist, jeweils Fermenter und Gärrestespeicher getrennt voneinander mit Biomasse zu beschicken bzw. zu füttern. Die Verteilungsvorrichtung ist entsprechend so angeordnet, dass eine Verbindung zwischen Annahmebehälter, Fermenter und Gärrestespeicher besteht, wobei die Verteilervorrichtung so konstruiert ist, dass nicht nur eine Verbindung zwischen Annahmebehälter / Fermenter und Annahmebehälter / Gärrestespeicher besteht, sondern auch eine direkte Verbindung zwischen Fermenter / Gärrestespeicher herstellbar ist.
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Die getrennte Einspeisung der Biomasse in Fermenter und Gärrestespeicher unter Verwendung der vorliegenden Verteilungsvorrichtung ermöglicht ein Abschalten des jeweils nicht mit Biomasse beschickten Behälters zum Beispiel für Reinigungszwecke, wobei nicht die gesamte Biogasanlage heruntergefahren und abgeschaltet werden muss, sondern zumindest einer der Behälter, das heißt Fermenter oder Gärrestespeicher, zur Biogasproduktion einsetzbar sind.
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Vorliegend verfügen sowohl Fermenter als auch Gärrestespeicher zusätzlich über eine in die jeweilige Behälterwand eingeführte Drucktür. Durch den Einbau einer Drucktür in Fermenter und/oder Gärrestespeicher wird zudem eine zeitsparende Reinigung der Behälter möglich. So muss z.B. das Dach der Behälter, wie bisher üblich, nicht während der Reinigung abgenommen werden und ein Betrieb der Anlage ist durch die Verteilervorrichtung und die damit mögliche zeitweise Isolierung bzw. Abschaltung des jeweils anderen Behälters weiterhin möglich. Dies ermöglicht eine kontinuierliche Fahrweise der Biogasanlage, ohne die sonst für Reinigungszwecke üblichen Unterbrechungen, wobei entsprechend Kosten eingespart werden.
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In einer Ausführungsform verfügt die Verteilungsvorrichtung der Biogasanlage über mindestens drei miteinander in flüssiger Kommunikation stehende Leitungen. Mit anderen Worten, die Verteilungsvorrichtung der vorliegenden Biogasanlage ist so konstruiert, dass die Leitungen des Verteilers für die Biomasse nicht separat und parallel voneinander angeordnet sind, sondern vielmehr unmittelbar miteinander verbunden sind bzw. unmittelbar ineinander übergehen, und somit eine flüssige Kommunikation zwischen dem Annahmebehälter, Fermenter und Gärrestespeicher herstellbar ist.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Verteilungsvorrichtung der vorliegenden Biogasanlage mindestens eine erste Leitung, die eine direkte Verbindung zwischen Fermenter und dem Gärrestespeicher bildet. Die genannte erste Leitung kann vorteilhafterweise mindestens ein erstes Ventil und ein zweites Ventil (die vorliegenden Ventile werden auch als Schieber bezeichnet) umfassen, wobei das erste Ventil in unmittelbarer Nähe bzw. benachbart zum Gärrestespeicher angeordnet ist und das zweite Ventil in unmittelbarer Nähe bzw. benachbart zum Fermenter angeordnet ist. Des Weiteren kann an der ersten Leitung mindestens eine Pumpe, zum Beispiel in Form einer Drehkolbenpumpe, angeordnet sein, wobei diese Pumpe bevorzugterweise zwischen dem ersten Ventil und dem zweiten Ventil an der ersten Leitung vorgesehen ist.
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Wie bereits erwähnt, ist das erste Ventil bzw. Schieber benachbart, das heißt in einem kurzen Abstand, zum Gärrestespeicher an der ersten Leitung angeordnet und separat zum Beschicken des Gärrestespeichers mit Biomasse einstellbar. Entsprechend ist das zweite Ventil beziehungsweise der zweite Schieber an der ersten Leitung in einem kurzen Abstand von wenigen Zentimetern zum Fermenter angeordnet und ist separat zum Beschicken des Fermenters mit Biomasse einstellbar.
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„Benachbart“ im Sinne der vorliegenden Anmeldung bedeutet, dass das erste Ventil beziehungsweise der erste Schieber in unmittelbarer Nähe zum Gärrestespeicher, das heißt mit einem Abstand von 50 cm bis 500 cm, bevorzugt 100 cm bis 300 cm, insbesondere bevorzugt 150 cm zum Gärrestespeicher angeordnet ist, und das zweite Ventil beziehungsweise der zweite Schieber in unmittelbarer Nähe zum Fermenter mit einem Abstand von 30 cm bis 300 cm, bevorzugt 50 cm bis 150 cm, insbesondere bevorzugt 65 cm zum Fermenter angeordnet ist. Das erste und zweite Ventil beziehungsweise der erste und zweite Schieber können in Abhängigkeit des Betriebszustandes der Biogasanlage geöffnet oder geschlossen sein. Die genaue Funktion der genannten Ventile wird bei der Beschreibung des mittels der vorliegenden Biogasanlage durchführbaren Verfahrens deutlich.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Verteilungsvorrichtung der vorliegenden Biogasanlage mindestens eine zweite Leitung, wobei diese zweite Leitung eine Verbindung zwischen dem Annahmebehälter und der ersten Leitung ausbildet. Die zweite Leitung beginnt entsprechend am Annahmebehälter und mündet senkrecht in die erste Leitung, wobei die Mündung beziehungsweise der Verknüpfungspunkt der zweiten mit der ersten Leitung T-förmig ausgebildet ist. Die zweite Leitung weist demnach bevorzugt eine T-förmige Mündung in die erste Leitung auf. Diese erste T-förmige Mündung der zweiten Leitung in die erste Leitung ist mit einem Abstand von 60 cm bis 600 cm, bevorzugt von 150 cm bis 400 cm, insbesondere bevorzugt von 200 cm zum Gärrestespeicher angeordnet. Zwischen dieser ersten T-förmigen Mündung der zweiten Leitung in die erste Leitung und dem Kontaktpunkt bzw. Eintrittspunkt der ersten Leitung in den Gärrestespeicher ist das oben beschriebene erste Ventil an der ersten Leitung angeordnet.
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In einer weiteren Ausführungsform ist an der zweiten Leitung mindesten ein drittes Ventil oder Schieber angeordnet, über welches die Beschickung des Fermenters mit Biomasse zusätzlich steuerbar ist. Entsprechend dient die zweite Leitung zusammen mit dem dritten Ventil beziehungsweise Schieber in Kombination mit der ersten Leitung und dem daran benachbart zum Fermenter angeordneten zweiten Ventil beziehungsweise Schieber der Beschickung beziehungsweise Fütterung des Fermenters mit Biomasse.
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In einer noch weiteren Ausführungsform umfasst die Verteilungsvorrichtung der vorliegenden Biogasanlage mindestens eine dritte Leitung, wobei die dritte Leitung eine Verbindung zwischen der ersten Leitung und der zweiten Leitung ausbildet. Diese dritte Leitung kann auch als eine Verknüpfungsleitung zwischen der zweiten und der ersten Leitung angesehen werden.
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Bevorzugt ist die dritte Leitung derart angeordnet, dass diese von der zweiten Leitung in einen beliebigen Bereich, das heißt in einem beliebigen Abstand zwischen Annahmebehälter und der ersten Mündung der zweiten Leitung in die erste Leitung abzweigt und im Folgenden in die erste Leitung einmündet. Die Abzweigung der dritten Leitung von der ersten Leitung erfolgt bevorzugt in einem Winkel kleiner 90 Grad, insbesondere in einem Winkel von 45 Grad. Folgt man der dritten Leitung von diesem Abzweigungspunkt, dann gelangt man zu einem Biegungspunkt oder Beugungspunkt der dritten Leitung, sodass die dritte Leitung im weiteren Verlauf hin zum Mündungspunkt mit der ersten Leitung parallel zur zweiten Leitung verläuft. Dieser Beugungspunkt ist dabei beliebig in Abhängigkeit von dem Winkel der Abzweigung der dritten Leitung von der zweiten Leitung wählbar und einstellbar. Entsprechend laufen die zweite und dritte Leitung in einem vorbestimmten Abschnitt bis zu deren Mündung mit der ersten Leitung parallel zueinander.
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Die Einmündung der dritten Leitung in die erste Leitung ist bevorzugter Weise ebenfalls T-förmig ausgebildet und ist benachbart zum Fermenter angeordnet. Benachbart heißt auch im Falle der zweiten T-förmigen Mündung, dass der Abstand der zweiten T-förmigen Mündung vom Fermenter so gewählt ist, dass sich zwischen zweiter T-fömiger Mündung und Fermenter-Anschlusspunkt das zweite Ventil an der ersten Leitung befindet.
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Es ist ebenfalls bevorzugt, wenn an der dritten Leitung mindestens ein weiteres viertes Ventil angeordnet ist. Somit dient die dritte Leitung zusammen mit dem vierten Ventil beziehungsweise Schieber in Kombination mit der ersten Leitung und dem daran benachbart zum Gärrestespeicher angeordneten ersten Ventil beziehungsweise Schieber zur Beschickung des Gärrestespeichers mit Biomasse.
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In einer weiteren Variante der vorliegenden Biogasanlage ist die mindestens eine Pumpe an der ersten Leitung zwischen der ersten Mündung der zweiten Leitung in die erste Leitung und der zweiten Mündung der dritten Leitung in die erste Leitung angeordnet.
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Zum Einführen von Biomasse in den Fermenter wird entsprechend wie folgt vorgegangen: Schließen des ersten Ventils an der ersten Leitung und Schließen des vierten Ventils an der dritten Leitung; Öffnen des zweiten Ventils an der ersten Leitung und des dritten Ventils an der zweiten Leitung; Einschalten der Pumpe, sodass Biomasse aus dem Annahmebehälter durch die zweite Leitung inklusive dritten Ventil bzw. Schieber und durch die erste Leitung und die daran angeordnete Pumpe sowie das zweite Ventil in den Fermenter geleitet wird. Da sowohl das erste Ventil als auch das vierte Ventil geschlossen sind, ist ein Einleiten von Biomasse in den Gärrestespeicher in dieser Funktionsstellung nicht möglich.
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Eine Beschickung beziehungsweise Fütterung des Gärrestespeichers kann demnach wie folgt erfolgen: Schließen des zweiten Ventil (welches benachbart zum Fermenter angeordnet ist) an der ersten Leitung und Schließen des sich an der zweiten Leitung befindenden dritten Ventils; Öffnen des benachbart zum Gärrestespeicher angeordneten ersten Ventils an der ersten Leitung sowie Öffnen des vierten Ventils an der dritten Leitung; Anschalten der Pumpe, die an der ersten Leitung zwischen erstem und zweitem Ventil angeordnet ist. Im Folgenden wird die Biomasse aus dem Annahmebehälter in die zweite Leitung über die dritte Leitung und die erste Leitung in den Gärrestespeicher gepumpt.
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In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Biogasanlage ist zwischen dem Fermenter und dem Gärrestespeicher mindestens eine Überlaufleitung als eine weitere direkte Verbindung zwischen Fermenter und Gärrestespeicher vorgesehen. Dabei kann die Überlaufleitung ebenfalls mindestens ein Ventil, jedoch bevorzugt zwei Ventile in Form von Schiebern aufweisen, wobei zum Beispiel ein Schieber als Handrad ausgebildet sein kann und der zweite Schieber pneumatisch betreibbar ist.
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Die bisher beschriebenen Leitungen sind bevorzugt rohrförmig mit einem äußeren Durchmesser zwischen 100 und 500 mm, bevorzugt 150 und 350 mm, insbesondere bevorzugt 200 bis 300 mm ausgebildet. Das für die Leitungen verwendete Material ist dem Fachmann bekannt und kann zum Beispiel ein geeignetes korrosionsbeständiges Material wie zum Beispiel ein Legierungsmaterial oder Polymermaterial sein.
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In einer Variante der Biogasanlage sind im beziehungsweise am Fermenter mindestens ein Rührwerk, bevorzugt bis zu vier Rührwerke vorgesehen, wobei das mindestens eine Rührwerk gegen mindestens eine Lüftungseinrichtung austauschbar ist. Die Rührwerke können in beziehungsweise an der Wand des Fermenters angeordnet sein und sind bevorzugter Weise herausnehmbar, das heißt die Rührwerke können zum Bespiel bei einer Reinigung des Fermenters entfernt werden, umso eine problemlose und schnellere Behälterreinigung zu ermöglichen.
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Wie bereits erwähnt, sind die Rührwerke durch Lüftungseinrichtungen wie zum Beispiel Lüfter austauschbar, die einen Luftstrom im Fermenter, zum Beispiel während einer Reinigung desselbigen, erzeugen. Auf diese Weise können die oft explosiven und giftigen Biogasse, die bei der Fermentation entstehen, vor und während der Reinigung des Fermenters aus demselbigen zum Beispiel durch die geöffnete Drucktür abgeleitet werden, sodass eine für Mensch und Maschine ungefährliche Fermenterreinigung ermöglicht wird.
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Des Weiteren kann der Fermenter mindestens einen Sumpfbereich als sprungartige Vertiefung im Boden des Fermenters aufweisen. Unzersetzbare, feste Bestandteile wie Sand oder andere Fremdkörper setzen sich, wie bereits oben beschrieben, bevorzugt auf dem Fermenterboden ab und können somit mit einen Räumvorrichtung, wie zum Beispiel einem Bobcat oder ähnlichem manuell oder automatisch betreibaren Geräten, in Richtung zum Sumpfbereich bewegt werden. Die festen Bestandteile fallen dann in diesen vertieften Sumpfbereich hinein und werden aus dem Sumpfbereich durch eine geeignete Absaugeinrichtung wie zum Beispiel einen Abfahrtsstutzen aus dem Sumpfbereich abgesaugt und nach außen hin aus dem Fermenter herausbefördert.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Biogasanlage ist die mindestens eine im Fermenter und/oder im Gärrestespeicher angeordnete Drucktür so dimensioniert, dass maschinelle Reinigungsgeräte, wie zum Beispiel Sauggeräte oder ähnliches und Förderbänder, in den Fermenter und/oder Gärrestespeicher einführbar sind. Entsprechend ist die Drucktür auch so dimensioniert, dass gegebenenfalls Reinigungspersonal in den Fermenter und/oder Gärrestespeicher eintreten können. So kann die Drucktür zum Beispiel eine Breite von 100 bis 200 cm, bevorzugt von 130 cm und eine Höhe von 150 bis 250 cm, bevorzugt 180 cm aufweisen.
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Die Heizung des Fermenters kann bevorzugt über eine Wand- und/oder Bodenheizung unter Nutzung der Abwärme der Biogasanlage erfolgen.
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In einer Variante ist der Annahmebehälter der vorliegenden Biogasanlage mit mindestens einer Öffnung zum Befüllen des selbigen mit Biomasse und mit mindestens einem Rührwerk, zum Beispiel einem Tauchmotorrührwerk, zur Durchmischung der Biomasse im Annahmebehälter versehen.
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Die vorliegende Biogasanlage ermöglicht eine zeitsparende Reinigung der Reaktorbehälter, insbesondere des Fermenters. So kann durch den Einbau einer Drucktür in den Fermenter auf die Abnahme des Fermenterdaches während der Reinigung verzichtet werden, da die Drucktür ein Einbringen der Reinigungsgeräte und des Reinigungspersonals in den Fermenterinnenraum ermöglicht. Auch ist ein Betrieb der Biogasanlage durch die speziell konstruierte Verteilervorrichtung und die damit verbundenen einstellbaren Pumpwege und der damit verbundenen isolierten Einspeisung von Biomasse in den Fermenter bzw. in den Gärrestespeicher möglich. Dies spart Kosten und verlängert insbesondere die Lebensdauer der Dächer der Behälter der Biogasanlage.
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Entsprechend ist mit der vorliegenden Biogasanlage ein Verfahren zur Reinigung eines Fermenters möglich, welches die folgenden Schritte umfasst:
- a) Schließen des zweiten Ventils an der ersten Leitung und des dritten Ventils an der zweiten Leitung zur Unterbrechung der Beschickung des Fermenters mit Biomasse;
- b) Öffnen des ersten Ventils an der ersten Leitung und des vierten Ventils an der dritten Leitung zum Beschicken des Gärrestespeichers mit Biomasse;
- c) Öffnen der Drucktür des Fermenters und Entfernen der sich im Fermenter befindlichen Restgase sowie
- d) Reinigen des Fermenters.
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In einer Variante des vorliegenden Verfahrens wird vor dem Öffnen des Fermenters in Schritt c) das mindestens eine im Fermenter angeordnete Rührwerk gegen mindestens eine Belüftungsvorrichtung ausgetauscht. Unter anschließender Betätigung von mindestens einer Belüftungsvorrichtung können entsprechend die im Fermenter befindlichen Restgase durch die geöffnete Drucktür ausgeleitet werden. Dies ist möglich, da nach Öffnen der Drucktür und Betätigung der Belüftungsvorrichtung, zum Beispiel in Form eines Lüfters, ein Luftstrom innerhalb des Fermenters von der Belüftungsvorrichtung weg hin zur Drucktür erzeugt wird, so dass die sich noch im Fermenter befindlichen Restgase aus dem Fermenterinnenraum aufgrund dieses Luftstromes durch die Drucktür in einen Bereich außerhalb des Fermenters geleitet werden.
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Nach Ableiten der teils explosiven Restgase aus dem Fermenterinnenraum kann anschließend der Innenraum des Fermenters unter Verwendung von manuellen oder maschinellen Reinigungsgeräten von den Ablagerungen aus Sand und anderen Feststoffen befreit werden. So können durch die geöffnete Drucktür geeignete Reinigungsgeräte in den Innenraum des Fermenters bewegt bzw. transportiert werden und gegebenenfalls kann Reinigungspersonal in den Fermenterinnenraum einsteigen, um eine Reinigung oder eventuelle Wartungsarbeiten des Fermenterinnenraumes vorzunehmen. Somit entfällt das bisher zu Reinigungszwecken des Fermenterinnenraumes notwendige Abnehmen des Fermenterdaches, wodurch die Lebensdauer des Fermenterdaches erhöht wird und Kosten eingespart werden.
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Mit der vorliegenden Biogasanlage ist ebenfalls ein Verfahren zur Reinigung eines Gärrestespeichers möglich, welches die folgenden Schritte umfasst:
- e) Schließen des ersten Ventils an der ersten Leitung und des vierten Ventils an der dritten Leitung zur Unterbrechung der Beschickung des Gärrestespeichers mit Biomasse;
- f) Öffnen des zweiten Ventils an der ersten Leitung und des dritten Ventils an der zweiten Leitung zum Beschicken des Fermenters mit Biomasse;
- g) Öffnen der Drucktür des Gärrestespeichers und Entfernen der sich im Gärrestespeicher befindlichen Restgase sowie
- h) Reinigen des Gärrestespeichers.
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Die für das Reinigungsverfahren des Fermenters beschriebenen vorteilhaften Ausführungsformen sind ebenfalls auf das Reinigungsverfahren des Gärrestespeichers anwendbar.
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Weitere Eigenschaften, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der beiliegenden Zeichnungen deutlich. Es zeigen:
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1 eine schematische Übersicht einer erfindungsgemäßen Biogasanlage;
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2 eine Ausschnittsansicht einer Verteilungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in einer ersten Verfahrenseinstellung;
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3 eine Ausschnittsansicht einer Verteilervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in einer zweiten Verfahrenseinstellung;
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4 eine Ausschnittsansicht einer Verteilervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in einer dritten Verfahrenseinstellung;
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5 ein Draufsicht auf den Fermenterbehälter, ausgestattet mit Rührwerk bzw. Belüftungsvorrichtung;
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6 schematische Seitenansicht eines Fermenters während der Reinigung des selbigen;
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7 schematische Ansicht einer Belüftungsvorrichtung, verwendet in einem Fermenter der vorliegenden Biogasanlage; und
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8 schematische Seitenansicht eines Pumpensumpfes, angeordnet in einem Fermenterbehälter der vorliegenden Biogasanlage mit einem Abfahrtstutzen.
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1 zeigt den allgemeinen Aufbau einer erfindungsgemäßen Biogasanlage 1, in der landwirtschaftliche Nutzstoffe, wie zum Beispiel Zuckerrüben, Mais, Gerste, Weizen, oder Gülle und Festmist mithilfe von anaeroben Mikroorganismen zersetzt werden, wobei während des Zersetzungsverfahrens methanhaltiges Biogas entsteht.
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Die vorliegende Biogasanlage umfasst einen Annahmebehälter 2, einen Fermenter 3, einen Gärrestespeicher 4 und eine zwischen Annahmebehälter 2, Fermenter 3 und Gärrestespeicher 4 angeordnete Verteilervorrichtung 6.
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Die beschriebenen landwirtschaftlichen Nutzstoffe werden von dem Annahmebehälter 2 zunächst in den Fermenter 3 geleitet, in den auch über eine weitere Zulaufleitung (nicht gezeigt) Gülle und Sickerwasser zugeführt werden können. Im Fermenter 3 werden die Biomasse, Gülle und Sickerwasser mittels einer geeigneten Heizung erwärmt. Das durch Mikroorganismen in einem anaeroben Prozess produzierte Biogas wird zunächst zu einer Gaskühl- und Kondensationseinrichtung (nicht gezeigt) geleitet und anschließend weiter zu einem mit Biogas betreibbaren Stromgenerator geführt, beispielsweise zu einem Blockheizkraftwerk. Mit der durch den Stromgenerator erzeugten Abwärme kann zumindest teilweise der Fermenter 3 beheizt werden.
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Die Gärrestestoffe als Endprodukt der Biogaserzeugung werden aus dem Fermenter 3 in den Gärrestespeicher 4 abgeleitet. Im Gärrestespeicher 4 werden die Gärreste zur Weiterverarbeitung zum Beispiel als Wirtschaftsdünger vorbereitet und schließlich abgegeben.
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In 2 ist ein Ausschnitt der vorliegenden Biogasanlage, insbesondere der Bereich der Verteilervorrichtung für die Biomasse zwischen dem Annahmebehälter 2, Fermenter 3 und Gärrestespeicher 4 aufgezeigt. Wie der 2 entnehmbar, umfasst die Verteilervorrichtung 6 eine erste Leitung 7, die eine direkte Verbindung zwischen Fermenter 3 und Gärrestespeicher 4 bildet. Diese erste Leitung 7 weist zwei Schieber bzw. Ventile 10, 11 und eine Drehkolbenpumpe 14 auf, wobei die Drehkolbenpumpe 14 zwischen dem ersten Schieber 10 und dem zweiten Schieber 11 angeordnet ist. Der erste Schieber 10 ist benachbart zum Eingang der ersten Leitung 7 in den Gärrestespeicher 4 angeordnet und der zweite Schieber 11 ist benachbart zum Eingang der ersten Leitung 7 in den Fermenter 3 angeordnet.
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In der in der 2 beschriebenen Ausführungsform einer Biogasanlage weist der Annahmebehälter 2 einen Durchmesser von 10 m und eine Höhe von 3,5 m auf, der Fermenter 3 einen Durchmesser von 26 m und eine Höhe von 8 m auf und der Gärrestespeicher 4 einen Durchmesser von 32 m und eine Höhe von 8 m auf.
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Ausgehend von der ersten Leitung 7 ist eine zweite Leitung 8 erkennbar, die senkrecht zu der ersten Leitung 7 verläuft und eine Verbindung zwischen der ersten Leitung 7 und dem Annahmebehälter 2 darstellt. An dieser zweiten Leitung 8 ist ein weiteres drittes Ventil/Schieber 12 angeordnet.
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Von der ersten Leitung 7 geht eine weitere dritte Leitung 9 senkrecht ab. Diese dritte Leitung 9 verläuft ausgehend von der ersten Leitung 7 zunächst über eine bestimmte Strecke parallel zu der zweiten Leitung 8 bevor die dritte Leitung 9 in Richtung zweite Leitung 8 abknickt und mit einem Winkel von 45° in die zweite Leitung 8 einmündet. Der Mündungspunkt der dritten Leitung 9 in die zweite Leitung 8 kann an jeder beliebigen Stelle entlang der zweiten Leitung 8 zwischen der ersten Leitung 7 und dem Annahmebehälter 2 sein. Wesentlich ist lediglich, dass das erwähnte dritte Ventil 12 sich zwischen dem Mündungspunkt der ersten Leitung 7 mit der zweiten Leitung 8 und dem Verzweigungspunkt der zweiten Leitung 8 und dritten Leitung 9 befindet. Entlang der dritten Leitung 9 ist ebenfalls ein weiterer vierter Schieber 13 angeordnet.
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Die Mündungsöffnungen 8a, 9a der zweiten Leitung 8 und der dritten Leitung 9 in die erste Leitung 7 sind so angeordnet, dass die erste Mündungsöffnung 8a der zweiten Leitung 8 benachbart zum ersten Ventil 10 ist und die zweite Mündungsöffnung 9a der dritten Leitung 9 benachbart zum zweiten Ventil 11 ist. Entsprechend befindet sich die Drehkolbenpumpe 14 zwischen erster Mündung 8a der zweiten Leitung 8 und der zweiten Mündung 9a der dritten Leitung 9 in die erste Leitung 7.
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Neben den drei Leitungen der Verteilervorrichtung 6 ist eine weitere Überlaufleitung 15 in einer Höhe von 4,50 m zwischen Fermenter 3 und Gärrestespeicher 4 vorgesehen. Auch diese Überlaufleitung 15 verfügt über zwei Schieber, wobei der eine Schieber als Handrad ausgebildet ist und der andere Schieber pneumatisch betrieben wird.
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In der in 2 gezeigten Einschaltstellung bzw. Schieberstellung ist das Füttern bzw. das Beschicken des Fermenters 3 mit Biomasse aus dem Annahmebehälter 2 möglich. Wie aus 2 erkennbar, sind hierzu das erste Ventil 10 und das vierte Ventil 13 geschlossen und das zweite Ventil 11 und das dritte Ventil 12 geöffnet. Die Drehkolbenpumpe 14 ist so eingestellt, dass ein Pumpen von Biomasse aus dem Annahmebehälter 2 über die zweite Leitung 8 durch den dritten Schieber 12 in die erste Leitung 7 und durch den zweiten Schieber 11 unmittelbar in den Fermenter 3 möglich ist.
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Das Befüllen des Annahmebehälters 2 kann über eine geeignete Einbringöffnung erfolgen, die zum Beispiel die Abmaße 1,50 × 2,50 m aufweist. Durch ein in dem Annahmebehälter 2 angeordnetes Tauchmotorrührwerk (nicht gezeigt) wird eine gute Durchmischung der Biomasse im Annahmebehälter gewährleistet.
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In 3 ist eine weitere Einstellung der Verteilervorrichtung 6 der vorliegenden Biogasanlage gezeigt, in welcher ein spezifisches Beschicken des Gärrestespeichers 4 möglich ist. In der Einstellung der 3 sind das erste Ventil 10 und das vierte Ventil 13 geöffnet, wohingegen das zweite Ventil 11 und das dritte Ventil 12 geschlossen sind. Entsprechend ist es nunmehr möglich, bei geeigneter Richtungseinstellung der Drehkolbenpumpe 14 Biomasse aus dem Annahmebehälter 2 über die zweite Leitung 8 durch die dritte Leitung 9 und dem daran angeordneten Schieber 13 in die erste Leitung 7 und durch den Schieber 10 in den Gärrestespeicher 4 zu pumpen. Entsprechend ist in dieser Schieberstellung das spezifische Füttern des Gärrestelagers über den Annahmebehälter möglich. Dieser Fall ist dann von besonderem Interesse, wenn Arbeiten am Fermenter, wie zum Beispiel Reinigen oder Wartungsarbeiten durchgeführt werden. Somit entstehen keine Ausfallzeiten der Biogasanlage, da ebenfalls im Gärrestespeicher Biogas – auch wenn zu einem geringerem Volumen als im Fermenter – produziert wird und entsprechend zur Stromerzeugung genutzt werden kann.
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Der in 4 gezeigte Ausschnitt der Verteilervorrichtung 6 zeigt eine Einstellung, die ein Umpumpen vom Fermenter 3 in den Gärrestespeicher 4 ermöglicht. In dieser beispielhaften Einstellung sind der erste Schieber 10 und der zweite Schieber 11 geöffnet, während der dritte Schieber 12 und der vierte Schieber 13 geschlossen sind. Entsprechend wird keine Biomasse aus dem Annahmebehälter 2 in den Fermenter 3 oder Gärrestespeicher 4 eingeführt, sondern es ist lediglich eine Übertragung von Gärresten aus dem Fermenter 3 in den Gärrestespeicher 4 durch die erste Leitung 7 und Verwendung der Drehkolbenpumpe 14 möglich.
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Neben dem Umpumpen von Gärresten aus dem Fermenter 3 in den Gärrestespeicher 4 über die erste Leitung 7 ist auch ein Übertragen von Gärresten aus dem Fermenter 3 in den Gärrestespeicher 4 mittels der Überlaufleitung 15 möglich. Eine vollständige Entleerung des Fermenters 3 ist durch den in 8 gezeigten Pumpensumpf 18 und den Abfahrtstutzen 19 möglich.
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Die in 5 gezeigte Draufsicht auf einen Fermenterbehälter 5 zeigt die Vorgänge vor und während der Reinigung des Fermenterbehälters 5. Im Fall einer notwendigen Reinigung des Fermenters 3 bzw. auch des Gärrestelagers 4 werden zunächst die vier an der Fermenterwand angeordneten Rührwerke 16 gegen Lüfter 17 der gleichen Größe ausgetauscht (ein typischer Lüfteraufbau ist in 7 gezeigt). Nach Öffnen der Drucktür 5 und Einschalten der Lüfter 17 wird im Fermenterbehälter 5 ein Luftstrom erzeugt (der Luftstrom ist durch die Pfeile angedeutet), der ein Ausströmen der im Behälterinnenraum befindlichen teilweise explosiven Restgase durch die Drucktür 5 nach außerhalb des Fermenterbehälters 5 geleitet werden. Bevorzugterweise wird dieser Luftstrom während des gesamten Reinigungsprozesses des Fermenterbehälters 5 aufrechterhalten, um unnötige Gefährdungen des Reinigungspersonals bzw. der Reinigungsvorrichtungen zu vermeiden.
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Die Reinigung des Fermenters 3 bzw. des Gärrestespeichers 4 kann anschließend durch geeignete mechanische oder automatische Reinigungsvorrichtungen, wie zum Beispiel einem Bobcat, durchgeführt werden, wobei die festen Ablagerungen aufgenommen werden, und zum Beispiel mittels eines Förderbandes aus dem Behälterinnenraum durch die Drucktür nach außen befördert werden. Entsprechend ist ein Abnehmen des Daches nicht mehr notwendig, wodurch die Lebensdauer der Dächer erhöht wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Biogasanlage
- 2
- Annahmebehälter
- 3
- Fermenter
- 4
- Gärrestespeicher
- 5
- Drucktür
- 6
- Verteilungsvorrichtung
- 7
- erste Leitung
- 8
- zweite Leitung
- 8a
- Mündung der zweiten Leitung 8 in die erste Leitung 7
- 9
- dritte Leitung
- 9a
- Mündung der dritten Leitung 9 in die erste Leitung 7
- 10
- erstes Ventil bzw. Schieber an erster Leitung 7
- 11
- zweites Ventil bzw. Schieber an erster Leitung 7
- 12
- drittes Ventil bzw. Schieber an zweiter Leitung 8
- 13
- viertes Ventil bzw. Schieber an dritter Leitung 9
- 14
- Drehkolbenpumpe
- 15
- Überlaufleitung
- 16
- Rührwerk
- 17
- Lüfter
- 18
- Pumpensumpf
- 19
- Abfahrstutzen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202005013389 U1 [0006]
- DE 102010025636 A1 [0007]
- WO 2010/084003 A2 [0008]
