DE202013100415U1

DE202013100415U1 - Gasbehälter, insbesondere zur Aufnahme von Biogas

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Publication number: DE202013100415U1
Application number: DE202013100415U
Authority: DE
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Priority date: 2013-01-29
Filing date: 2013-01-29
Publication date: 2013-02-04
Anticipated expiration: 2023-01-30

Abstract

Gasbehälter, insbesondere zur Aufnahme von Biogas einer Biogasanlage, mit einem Behälterunterteil, der zur Aufnahme von Biomasse (30) eine Wanne (21) aufweist, mit einer von einer Membrananordnung aus einer äußeren Membran (26) und mindestens einer inneren Membran (27) gebildeten oberen Behälterabdeckung (25), deren untere Lage unter Wirkung eines Stützgebildes (40) entgegen der Schwerkraft begrenzt und bei eingebrachter Biomasse (30) gegenüber dieser auf Abstand gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützgebilde (40) eine Schwimmkörperanordnung mit mindestens einem Schwimmkörper (41) aufweist und mittels diesem höhenvariabel in Abhängigkeit vom Niveau einer in der Wanne (21) befindlichen Biomasse (30) gelagert ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gasbehälter, insbesondere zur Aufnahme von Biogas einer Biogasanlage, mit einem Behälterunterteil, der zur Aufnahme von Biomasse eine Wanne aufweist, mit einer von einer Membrananordnung aus einer äußeren Membran und mindestens einer inneren Membran gebildeten oberen Behälterabdeckung, deren untere Lage unter Wirkung eines Stützgebildes entgegen der Schwerkraft begrenzt und bei eingebrachter Biomasse gegenüber dieser auf Abstand gehalten ist.
Ein Gasbehälter dieser Art ist in der EP 2 062 965 A1 angegeben. Bei diesem bekannten Gasbehälter einer Biogasanlage ist ein wannenartiger Behälterunterteil aus einer Bodenplatte und diese umgebenden Seitenwänden gebildet, auf denen eine Dachkonstruktion aus einer äußeren und einer inneren Membran aufsetzt. Die äußere Membran besitzt eine Dachneigung und besteht aus einer Wetterschutzfolie, die mittig von einer Stütze mit gewölbtem pilzartigem Abschluss abgestützt ist. Die Mittelstütze weist eine verbreiterte Bodenplatte auf, die auf dem verstärkten Wannenboden aufsteht. Unterhalb der äußeren Membran befindet sich in Abstand eine innere Membran, die zum einen im oberen Bereich der Seitenwände gasdicht an diesen befestigt ist und zum anderen fluiddicht an einen beweglichen Schlauch anschließt, der die mittige Stütze im oberen Bereich umfasst. Die Mittelstütze weist in ihrem oberen Bereich eine Blockiervorrichtung auf, die die Bewegung des beweglichen Schlauches und der daran angekoppelten Innenmembran nach unten hin begrenzt. Steigt die Menge an Biogas innerhalb der Anlage bzw. dem Behälter, so wird der Schlauch entlang der Stütze nach oben geschoben. Entsprechend bewegt sich die an den Schlauch gekoppelte Innenmembran nach oben, so dass sich das innere Gasvolumen in dem Reaktionsraum erhöht. Bei Entnahme von Biogas reguliert sich das System entsprechend selbst und die Innenmembran sinkt wieder ab. Bei dieser Ausführung ist die Anpassbarkeit des Gasvolumens begrenzt.
In der DE 689 22 151 T2 ist ein weiterer Gasbehälter für Biogas gezeigt, der für aus Abwässern oder aus festen Massen hergestelltes Biogas ausgelegt ist. Die obere Abdeckung besteht dabei aus einer Membrananordnung mit einer Außenmembran und einer Innenmembran, wobei das Biogas unterhalb der Innenmembran aufgenommen wird. Zwischen der Innenmembran und der Außenmembran ist eine weitere Kammer gebildet, die durch ein von außen zugeführtes Gas aufgeblasen und bei konstantem Druck gehalten wird. Bei einer Ausgestaltung sind die Außenmembran und die Innenmembran entlang einer Seitenlinie eines Zisternentanks zusammengeführt, in dem eine Biomasse bzw. Gärmasse aufgenommen ist, wobei eine Dichtung mittels entlang der Seiten verlaufender Begrenzungsschürzen gebildet ist. Die Innenmembran kann z. B. die Form zweier Rundbögen besitzen, die durch zwei Gegengewichte für einen Niveaumesser bestimmt sind. Ein solcher Aufbau ist relativ instabil, wobei z. B. die Innenmembran die Funktion von Rührern oder Pumpen stören kann.
Auch bei anderen bekannten Biogasanlagen wird häufig die obere Abdeckung von stehenden, insbesondere zylindrischen Gasbehältern bzw. Gärbehältern mit einer als Doppelmembrangasspeicher ausgebildeten Membrananordnung mit Doppelmembranfolienabdeckung ausgeführt. Die Membrananordnung besteht dabei aus einer flexiblen Innenmembran (z. B. Gasfolie aus Polyethylen), unter der das Biogas gespeichert wird, und einer witterungsbeständigen, flexiblen Außenmembran (z. B. einer beidseitig beschichteten PVC-Polyestergewebefolie). Über ein Stützluftgebläse wird ein annähernd konstanter Innendruck zwischen der Außenmembran und der Innenmembran erzeugt.
Bei derartigen üblichen Doppelmembrangasspeicherkonstruktionen befindet sich in der Mitte des Gasbehälters eine Stütze, die je nach Behälterdurchmesser etwa 1 bis 2 m über die Wandkrone einer im Behälterunterteil ausgebildeten Wanne ragt. Von der Stütze sind strahlenförmig Spanngurte bis zur Wandkrone gespannt. Die Spanngurte verhindern, dass bei vollständiger Entleerung des Doppelmembrangasspeichers die innere Membran auf der noch vorhandenen Biomasse bzw. dem Gärsubstrat oder Gärrest aufliegt und gegebenenfalls durch Rührwerke beschädigt wird. Außerdem ist bei Ausfall eines Tragluftgebläses, mit dem der Innendruck zwischen der Außenmembran und der Innenmembran erzeugt wird, gleichzeitig leerem Doppelmembrangasspeicher und gleichzeitigem Regenereignis eine Entwässerung des Daches gewährleistet. Manche Hersteller setzen anstatt der Spanngurte auch Holzbalken ein, welche auf der Innenstütze aufgelegt sind. Das Gasvolumen unterhalb der Stütze kann bei solchen Konstruktionen schlecht genutzt werden, da die innere Membran maximal bis auf die Spanngurte abgesenkt werden kann.
In letzter Zeit werden zunehmend auch die Gärrestlager von Biogasanlagen mit Doppelmembrangasspeichern abgedeckt, um Geruchs- und Gasemissionen zu reduzieren und die Gasspeicherkapazität zu erhöhen. Da die Gärrestlager im Durchschnitt nur zu 50% gefüllt sind, ist hier das nicht nutzbare Gasvolumen unter den Spanngurten noch wesentlich größer.
Andererseits ist es für den Anlagenbetrieb wichtig, möglichst viel Gasspeicher mit Pufferfunktion zu haben, zumal von den Biogasanlagen künftig eine flexiblere Stromproduktion gefordert wird.
Ein anderes Problem bei Biogasanlagen ist darin zu sehen, dass für hochentzündliche Gase die Mengenschwelle zur Anwendung der Störfallverordnung (Grundpflichten) bei 10.000 kg liegt. Die Schwelle für die Anwendung der erweiterten Pflichten der Störfallverordnung liegt bei 50.000 kg.
Bei entleertem Gärrestlager und gleichzeitig vollständiger Füllung sämtlicher Gasspeicher bzw. Gasbehälter kann es bei einigen Anlagen dazu kommen, dass die vorstehend genannten Mengenschwellen auf der Biogasanlage überschritten werden. Dies führt dazu, dass die Anlage in den Anwendungsbereich der Störfallverordnung fällt, wodurch die erforderlichen Sicherheitsvorkehrungen erheblich zunehmen und zusätzlicher bürokratischer Aufwand und damit verbundene zusätzliche Betriebskosten entstehen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gasbehälter, insbesondere zur Aufnahme von Biogas einer Biogasanlage, mit effizienten Nutzungsmöglichkeiten von Gasvolumen bereit zu stellen, wobei ein sicherer Betrieb gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass das Stützgebilde eine Schwimmkörperanordnung mit mindestens einem Schwimmkörper aufweist und mittels diesem höhenvariabel in Abhängigkeit vom Niveau einer in der Wanne befindlichen Biomasse gelagert ist.
Mit diesen Maßnahmen passt sich die Lage des Stützgebildes in Schwerkraftrichtung zumindest bereichsweise dem Niveau von in der Wanne befindlicher Biomasse an, wodurch auch die durch die Auflage auf dem Stützgebilde bestimmte untere Lage der Innenmembran in ihrer Höhe entsprechend dem Niveau (Oberfläche) der Biomasse variiert. Dadurch wird eine effiziente Anpassung des Gasvolumens entsprechend jeweils vorherrschenden Bedingungen erreicht. Auf diese Weise kann vorteilhaft beispielsweise eine Anpassung an eine vorgegebene Mengenschwelle einer Störfallregelung vorgenommen und/oder zu einem ungestörten Betrieb eines Rührwerkes beigetragen werden.
Eine für die Stabilität und die Funktion vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass der oder die Schwimmkörper von mehreren an ihm/ihnen befestigten, nach außen verlaufenden Haltemitteln lagestabilisiert ist/sind, die an einer Wannenumrandung der Wanne angebunden sind.
Ein vorteilhafter Aufbau ergibt sich dadurch, dass der Schwimmkörper in Draufsicht zentral in der Wanne angeordnet ist.
Ferner tragen zu einem vorteilhaften Aufbau bei zuverlässiger Funktion die Maßnahmen bei, dass die äußere Membran und die innere Membran eine Doppelmembranfolienabdeckung bilden, wobei unter der gasdichten inneren Membran ein Gasspeichervolumen gebildet ist, in dem das Biogas gespeichert wird.
Für den Aufbau und den Betrieb sind dabei die Maßnahmen von Vorteil, dass ein Stützluftgebläse vorhanden ist, mittels dessen ein zumindest annähernd konstanter Innendruck zwischen der inneren Membran und der äußeren Membran erzeugt wird, um die äußere Membran in nach oben aufgestellter Lage zu halten.
Für den Betrieb sind weiterhin die Maßnahmen von Vorteil, dass eine Anlagensteuerung vorhanden ist, mittels welcher die aufgenommene Menge an Biogas in dem Gasbehälter auf ein vorgegebenes oder vorgebbares Maß begrenzt oder begrenzbar ist.
Zu einem effizienten Betrieb tragen des Weiteren die Maßnahmen bei, dass die Anlagensteuerung mit einer Messeinrichtung in Verbindung gebracht ist, mittels deren der Füllstand der Biomasse und/oder die Füllmenge des Biogases erfassbar ist.
Ferner wird der Betrieb dadurch begünstigt, dass die Messeinrichtung zum Erfassen des Füllstandes der Biomasse eine hydrostatische Messvorrichtung mit mindestens einem Messaufnehmer am oder nahe dem Wannenboden aufweist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale des Gasbehälters für den Aufbau und die Funktion bestehen darin, dass die Messeinrichtung zum Erfassen der Füllmenge des Biogases mit der inneren Membran gekoppelte Messelemente aufweist.
Zur Betriebssicherheit tragen ferner die Maßnahmen bei, dass die Anlagensteuerung eine automatisch ansteuerbare Gasfackelvorrichtung aufweist.
Eine sichere Funktion wird auch dadurch unterstützt, dass eine Gasabsaugung vorhanden ist, die eine zumindest abschnittsweise flexible Gasabsaugleitung umfasst, welche eine im Bereich des Schwimmkörpers angeordnete, gegen Verstopfen geschützte Gaseintrittsöffnung aufweist.
Vorteile für den Aufbau und die Funktion ergeben sich ferner dadurch, dass die Außenseite der äußeren Membran mit einer Notentwässerung versehen ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Ansicht eines Gasbehälters für Biogas in seitlicher schematischer Ansicht bei maximalem Füllstand einer eingefüllten Biomasse, wobei zusätzlich eine Anlagensteuerung und eine Messeinrichtung als Blöcke dargestellt sind,
2 den Behälter nach 1 bei niedrigerem Füllstand der eingefüllten Biomasse,
3 den Gasbehälter nach 1 bei noch niedrigerem Füllstand einer eingefüllten Biomasse, wobei eine innere Membran abgesenkt ist,
4 den Gasbehälter nach 1 bei sehr niedrigem Füllstand einer eingefüllten Biomasse und noch weiter abgesenkter innerer Membran,
5 den Gasbehälter nach 1 bei sehr niedrigem Füllstand einer eingefüllten Biomasse und abgefallenem Stützdruck für die äußere Membran der oberen Behälterabdeckung und abgefallenem Gasdruck unterhalb der inneren Membran,
6A einen unteren seitlichen Wannenrandbereich eines Behälterunterteils nach dem Stand der Technik und
6B einen unteren seitlichen Wannenrandbereich gemäß vorliegender Erfindung.
1 zeigt einen Gasbehälter, insbesondere zur Aufnahme von Biogas einer Biogasanlage. In einer Biogasanlage können mehrere Gasbehälter zur Aufnahme von Biogas vorhanden sein, nämlich neben mindestens einem Gasbehälter zur Aufnahme von Gärsubstrat bzw. Biomasse als Gärlager, auch mindestens ein Gärrestlager, mindestens ein Fermenter und/oder mindestens ein Endlager.
Der in 1 gezeigte Gasbehälter 20 für Biogas besteht aus einem Behälterunterteil und einer darüber angeordneten Behälterabdeckung 25.
Der Behälterunterteil weist eine Wanne 21 mit einer oben von einer umlaufenden Wandkrone 24 begrenzten Wannenumrandung 22 und einem an diese unten dicht anschließenden Wannenboden 23 auf. In die Wanne 21 ist Biomasse 30 eingefüllt, wobei in 1 das höchste Niveau (Füllstand 31 bis zur Oberfläche) dargestellt ist, wobei das Niveau der Oberflächen der Nähe des Niveaus der Wannenkrone 24 liegt.
Die obere Behälterabdeckung 25 ist als Membrananordnung in Doppelmembrankonfiguration entsprechend einem Doppelmembrangasspeicher (DMGS) mit einer oben angeordneten äußeren Membran 26 und einer darunter liegenden inneren Membran 27 ausgebildet. Zwischen der Oberfläche der Biomasse 30 und der Unterseite der inneren Membran 27 befindet sich ein je nach Gasproduktion und Füllstandshöhe 31 der Biomasse variables Gasvolumen 50 (Gasspeichervolumen) für das Biogas, das mittels der inneren Membran 27 nach oben und zur Seite gasdicht abgeschlossen ist, wobei auch am Übergangbereich zur Wannenkrone 24 bis auf einen Gaseintritt 63 (Gaszuführung) und einen Gasaustritt 62 an einer Gasabsaugungsleitung 61 einer Gasabsaugung 60 ein dichter Abschluss hergestellt ist.
Auf der Biomasse 30 ist im in Draufsicht zentralen Bereich ein Schwimmkörper 41 eines Stützgebildes 40 schwimmend gelagert. An der Oberseite des Schwimmkörpers 41 sind strahlenförmig nach außen verlaufende Haltemittel 42, wie z. B. Spanngurte oder Haltestäbe angebracht, die außenseitig an der Wandkrone 24 angekoppelt sind, um den Schwimmkörper 41 in seiner zentralen Lage zu stabilisieren. Der durch die Haltemittel 42 bzw. Spanngurte umlaufend an mehreren Stellen gehaltene Schwimmkörper 41 kann daher nicht kippen bzw. sich nicht beim Rühren der Biomasse 30 in der Wanne 21 drehen. Der Schwimmkörper 41 kann z. B. als gasgefüllter oder mit Material geringer Dichte gefüllter Sack aus einer Folie, als hohler Behälter aus Blech, Kunststoff oder Stahlbeton, als Kunststoff-Schaumkörper (z. B. aus Polystyrol, Polyurethan, extrudergeschäumtem Polystyrol-Hartschaum oder dgl.) ausgebildet sein. Die Haltemittel 42 bzw. Spanngurte werden z. B. vorteilhaft an einem kreisförmigen Metallring befestigt, welcher mit dem Schwimmkörper 41 verbunden ist. Auch eine andere Befestigung an dem Schwimmkörper 41 z. B. mittels Schrauben, Nieten und/oder Laschen gegebenenfalls in Kombination mit einem Haltering ist möglich.
Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel mit der maximalen Füllstandshöhe 31 ist die innere Membran 27 bei entsprechender Gasmenge bzw. Biogasmenge bis nahe an die Unterseite der konvex nach oben gewölbten äußeren Membran 26 kuppelartig aufgebläht. Zwischen der inneren Membran 27 und der äußeren Membran 26 ist ein Stützluftvolumen für die äußere Membran 26 eingefüllt, das mittels eines (nicht gezeigten) Stützluftgebläses auf konstantem Druck gehalten wird, so dass auch die flexible äußere Membran 26 kuppelartig aufgebläht ist. Somit kann Niederschlagswasser ungehindert nach außen abfließen und nicht in den Behälterunterteil eindringen. Für den Fall, dass sich aufgrund von Druckabnahme oder Belastungen die obere Behälterabdeckung 25 mit der äußeren Membran 26 absenken sollte, ist die obere Behälterabdeckung 25 auf ihrer Außenseite mit einer Notentwässerung 70 mit Entwässerungsschlauch und z. B. angeschlossener Pumpe versehen.
Wie 1 weiter zeigt, ist ferner eine Anlagensteuerung 90 vorhanden, um z. B. die Zufuhr bzw. Absaugung von Gas, insbesondere Biogas, über den Gaseintritt 63 bzw. die Gasabsaugung 60 zu regulieren. Für die Gasregulierung kann ferner eine Gasfackel zum Abfackeln von überschüssigem Gas im Ausnahmefall vorgesehen sein, die ebenfalls mittels der Anlagensteuerung 90 automatisch ansteuerbar ist. Ferner zeigt 1 eine Messeinrichtung 91, mit der beispielsweise der Füllstand des Substrats bzw. Biogases 30 erfassbar und/oder das Gasvolumen 50 messbar ist. Die Messeinrichtung 91 kann vorteilhaft an die Anlagensteuerung 90 angeschlossen sein, um die Steuerung oder Regelung der betrieblichen Vorgänge des Gasbehälters 20 oder der gesamten Biogasanlage in Abhängigkeit von den Messergebnissen bzw. Messdaten durchzuführen. In einer Biogasanlage kann eine gemeinsame Anlagensteuerung 90 vorhanden sein, der Messdaten von Messeinrichtungen 91 verschiedener Gasbehälter 20 zuführbar sind. Alternativ sind auch individuelle Anlagensteuerungen 90 möglich, die einzelnen Gasbehältern 20 zugeordnet sind, wobei die einzelnen Anlagensteuerungen 90 wieder in Datenaustausch mit einer übergeordneten Anlagensteuerung gebracht sein können und gegebenenfalls auch eine Datenfernübertragung vorgesehen sein kann.
Wie 2 zeigt, ist bei niedrigerer Füllstandshöhe 31 der Biomasse 30 der Schwimmkörper 41 entsprechend abgesenkt und mittels der dann lockereren Haltemittel 42 bzw. Spanngurte weiterhin im zentralen Bereich auf der Biomasse 30 schwimmend gehalten. Die innere Membran 27 ist weiterhin bis nahe zur Unterseite der äußeren Membran 26 aufgebläht und ergibt bezüglich dieser Füllstandshöhe 31 der Biomasse 30 ein maximales Gasvolumen 50.
3 zeigt eine noch niedrigere Füllstandshöhe 31 der Biomasse 30. Hierbei schwimmt der Schwimmkörper 31 gerade noch auf der Oberfläche der Biomasse, wobei die Haltemittel 42 bzw. Spanngurte maximal erstreckt sind. Die innere Membran 27, die das Gasvolumen 50 nach oben begrenzt, ist deutlich von der Unterseite der äußeren Membran 26 abgesunken. Der Luftdruck in dem Raum zwischen der inneren Membran 27 und der äußeren Membran 26 wird mittels eines Stützluftgebläses konstant gehalten, wobei auch z. B. die Anlagensteuerung 90 und Messdaten der Messeinrichtung 91 genutzt werden können.
4 zeigt eine minimale Füllstandshöhe 31 der Biomasse 30, wobei nur noch ein Rest in der Wanne 21 vorhanden ist. Der Schwimmkörper 41 liegt dabei aber nicht mehr auf der Oberfläche der Biomasse 30 oder gar dem Wannenboden 23 auf, sondern wird im Abstand zur Oberfläche der restlichen Biomasse 30 bzw. dem Wannenboden 23 mittels der Haltemittel 42 bzw. Spanngurte gehalten. Die innere Membran 27 ist unter entsprechender Anpassung bzw. Verkleinerung des Gasvolumens 50 weiter abgesunken. In dem Raum zwischen der inneren Membran 27 und der äußeren Membran 26 ist weiterhin ein im Wesentlichen konstanter Luftdruck z. B. mittels eines Stützluftgebläses aufrecht erhalten, wie vorstehend beschrieben.
Wie die 3 und 4 zeigen, kann die Lage der inneren Membran 27 z. B. mittels mindestens eines Seilzuges 51 festgestellt werden, der über die innere Membran 27 verläuft und auf einer Seite oder an mehreren Stellen auf der Außenseite der Wannenumrandung 22 herausgeführt ist. Die Lage des unteren Endes des Seilzugs 51 gibt dann bei entsprechender Skalierung die Höhe der inneren Membran 27 an und damit Aufschluss über das Ausmaß des Gasvolumens 50. Das mittels des Seilzugs 51 erhaltene Messergebnis kann automatisch erfasst und in der Messeinrichtung 91 registriert werden. Entsprechende Messdaten können dann von der Anlagensteuerung 90 weiter verarbeitet werden.
Wie 6A zeigt, kann beim Stand der Technik das Problem auftreten, dass restliche Biomasse 30 bzw. Gärreste 30' Aggregate zum Abpumpen von Gärresten stören, und zwar bereits dann, wenn der Füllstand der restlichen Biomasse 30 noch relativ hoch ist. Eine Randabdeckung 80, wie in 6B gezeigt, verhindert eine Störung von Abpumpaggregaten im Randbereich und lässt die Entnahme von Biomasse bis zu einem deutlich niedrigeren Füllstandsniveau zu. Im Randbereich ist unterhalb der horizontalen, an die Wannenumrandung 22 anschließenden Randabdeckung 80 eine nach unten rechende Vertiefung eingebracht, in die ein Pumpaggregat eingesetzt ist. Die Randabdeckung 80 überragt die innere Randumgrenzung und lässt zur Biomasse 30 hin lediglich einen schmalen Spalt frei, durch die Gärreste in die Vertiefung zum Abpumpen gelangen.
Durch das beschriebene Stützgebilde 40 mit dem schwimmend gelagerten und an den Spanngurten gehaltenen Schwimmkörper 41 erhöht sich das nutzbare Gasvolumen 50, und somit ein Puffervolumen gerade dann, wenn aufgrund des niedrigen Füllstandes der Biomasse 30 bzw. des niedrigen Gärrestfüllstandes die Höhe der inneren Membran 27 sich in ihrer tiefsten, begrenzten Lage befindet. Durch das Stützgebilde 40 mit dem Schwimmkörper 41 wird dabei erreicht, dass die Rührwerke mit der inneren Membran 27 auch in deren tiefster Lage nicht in Kontakt treten, da die innere Membran 27 auch bei ungenügendem Druck in dem Gasvolumen 50 höchstens bis auf den Schwimmkörper 41 und die Spanngurte absinken kann. Dabei lassen sich die Rührwerke leicht so montieren, dass ein Kontakt mit der inneren Membran 27 vermieden wird.
Der Schwimmkörper 41 ist vorteilhaft so dimensioniert, dass er die Last aus dem Stützluftdruck (Tragluftdruck) für die äußere Membran 26 z. B. bei geleerten Gärrestlager bzw. geleertem Gasbehälter 20 einschließlich der inneren Membran 27 tragen kann. Bei Ausfall des Stützluftgebläses (Tragluftgebläses), vollständiger Entleerung des Gasbehälters und einem gleichzeitigen Regenereignis muss die Haltemittelkonstruktion bzw. Gurtkonstruktion die Last des entstehenden Wassersacks abtragen können. Zur Verstärkung können unter dem Schwimmkörper 41 kurze Stützen eingebaut werden, die ihn ab einer gewissen Tiefe unterstützen und so die Spanngurte entlasten.
Um eine angesammelte Wassermenge auf der Behälterabdeckung 25 zu begrenzen bzw. wieder zu entfernen, kann die vorstehend erwähnte Notentwässerung 70 mit einem Entwässerungsschlauch vorgesehen sein. Kommt es in einem an sich unwahrscheinlichen Fall zu einem länger anhaltenden Stromausfall bei gleichzeitig entleertem Gasvolumen bzw. Stützluftvolumen, d. h. zu einem entleerten Gasraum, und gleichzeitig zu einem Regenereignis, sinkt die äußere Membran 26 ab und füllt sich mit Wasser, wie vorstehend erwähnt. Um das Wasser zu entfernen, wird auf der äußeren Membran 26 in einem Hohlsaum eine flexible Entwässerungsleitung bis annähernd zum Scheitel (Spitze) der im Normalfall aufgeblähten Kuppel eingebaut und seitlich an den Gasbehälter 20 soweit wie möglich nach unten geführt. An der Spitze kann ein Rückschlagventil eingebaut sein, am tiefsten Punkt der Entwässerungsleitung ist am Behälterrand ein Schieber angeordnet. Ist die obere Behälterabdeckung (Dach) mit Wasser gefüllt, so taucht die Entwässerungsleitung (der Entwässerungsschlauch) in das Wasser ein und das Wasser kann abgesaugt werden.
Sofern die Geländehöhe tiefer als der hängende oder auf Stützen aufstehende Schwimmkörper 41 liegt, kann die Entwässerung nach dem System des Winkelhebers erfolgen. Hierfür wird die Entwässerungsleitung vollständig entlüftet bzw. mit einer Flüssigkeit gefüllt. Hierbei sind folgende Varianten denkbar:

1. Ansaugen des Wassers mit einer Pumpe. Bei Stromausfall mit einer auf Biogasanlagen vorhandenen schlepperbetriebenen selbst ansaugenden Güllepumpe (Pumpe am Güllefass).
2. Absaugen der Luft an der Wandkrone 24 über eine Vakuumpumpe (motorbetrieben oder gegebenenfalls händisch).
3. Dauerhafte Befüllung der Leitung mit einer frostsicheren Flüssigkeit ausreichender Dichte.
4. Befüllen der Leitung mit einer Flüssigkeit, welche in einem Behälter an der Wandkrone 24 bereit gehalten wird.

Wenn die Leitung gefüllt ist, wird der Abtransport des Regenwassers durch Öffnen des unteren Schiebers in Gang gesetzt. Durch den Schieber kann die Absaugung gedrosselt oder unterbrochen werden, um zu vermeiden, dass Luft angesaugt wird und der Vorgang zum Erliegen kommt.
Der Gasbehälter 20, sei es als Gärrestbehälter oder Gärbehälter (mit Biomasse 30), wird mit einer Über- und Unterdrucksicherung ausgestattet, damit gewährleistet ist, dass es bei erhöhtem Gasdruck bzw. einem Unterdruck in der Anlage nicht zu Schäden an der Anlage kommt. Es handelt sich dabei um eine Sicherheitseinrichtung. Ein Überdruck im Gärrestbehälter ist aufgrund der technischen Konzeption der Anlage (Begrenzung der Gasmenge in Verbindung mit dem Betrieb einer Gasfackel) auszuschließen. Druckseitig wird die Gasfackel so in das System eingebunden, dass diese immer vor einer Aktivierung der Überdrucksicherungen eines Gasbehälters in Betrieb geht.
Anlagensteuerung
Zum Erfüllen von Sicherheitsvorkehrungen und um gesetzlich oder durch Richtlinien vorgegebene Mengenschwellen einzuhalten und/oder zur Verbesserung der Betriebsabläufe, ist die Anlage mit der Anlagensteuerung 90 ausgestattet, die vorzugsweise eine elektronische Regelung aufweist, welche die Gasmenge auf eine vorgegebene Mengenschwelle von z. B. 10.000 kg, gegebenenfalls abzüglich einer Sicherheitsmenge begrenzt. Hierfür wird der Rest der Biomasse bzw. der Gärrest und/oder der Gasfüllstand des Gasbehälters bzw. des Gärrestlagers oder eines Fermenters mit einer entsprechenden Sensorik gemessen, die z. B. Teil der Messeinrichtung 91 ist. Die Füllstände des Gärsubstrats bzw. der Biomasse 30 von Fermenter(n), Nachgärer(n) und/oder Gärrestlager werden über Drucksensoren ermittelt. Vorteilhaft wird der hydrostatische Druck am Wannenboden 23 gemessen und über die Dichte des betreffenden Substrats (z. B. der Biomasse 30) die jeweilige Füllhöhe rechnet. Die Füllstände 31 vorzugsweise sämtlicher Gasbehälter 20 werden über eine Füllstandsanzeige z. B. mit dem Seilzug 51 gemessen. Der Seilzug 51 in einem Gasbehälter 20, beispielsweise Gärrestbehälter, wird an einer Seite des Behälters befestigt, über den Mittelpunkt hinweg über die innere Membran 27 auf die andere Seite des Behälters geführt und dort durch ein Gegengewicht belastet. Die Lage des Gegengewichts wird über geeignete Sensoren ermittelt. Zur Erhöhung der Genauigkeit bei geringer Füllmenge des Gases (geringem Gasfüllstand) können auch mehrere Seilzüge 51 über Kreuz angeordnet werden. Eine Auswerteeinrichtung der Anlagensteuerung 90 bzw. der elektronischen Regelung errechnet aus den von den Signalen der Sensoren abgeleiteten Daten und der darüber erfassten Höhenlage der inneren Membran 27 ständig oder in mehr oder weniger kurzen Zeitabständen die aktuell vorhandene Gasmenge in einem Gasbehälter oder der gesamten Anlage. Bei Überschreitung einer vorgegebenen Mengenschwelle von z. B. 9.500 kg einer Gasmenge kann beispielsweise zunächst die Leistung des vorhandenen Blockheizkraftwerks erhöht werden, bis eine zulässige Gesamtleistung erreicht ist. Danach wird z. B. automatisch die Gasfackel in Betrieb genommen, bis die Mengenschwelle von z. B. 9.500 kg oder eine andere vorgegebene Mengenschwelle wieder um ein gewisses Maß unterschritten ist. Parallel kann eine telefonische Meldung an das Mobiltelefon des Betreibers erfolgen. Der Betreiber oder ein Stellvertreter kann dann den Vorgang überwachen. Außerdem kann auch die noch entnehmbare Gasmenge berechnet und angezeigt werden.
Durch diese Regelung kann auch der Fall einer Absenkung des Füllstandes an Biomasse bzw. Substrat in einem der Gasbehälter z. B. zu Wartungszwecken berücksichtigt werden. Die Erstellung einer Betriebsanweisung für diesen Fall ist somit nicht erforderlich.
Durch die Regelung wird somit die Höhe der inneren Membran 27 in Abhängigkeit vom Füllstand der Biomasse 30 bzw. des Gärrests auf eine gewisse Höhe begrenzt, um z. B. die entsprechende Mengenschwelle einzuhalten. Das Puffervolumen wird dabei also auf den Raum zwischen dieser reduzierten Höhe und den abgespannten Spanngurten des Stützgebildes 40 begrenzt.
Der hydrostatische Druck am Wannenboden 23 kann z. B. mittels eines Perlrohres kontinuierlich gemessen werden. Das Perlrohr ist einige Meter lang, z. B. zwischen 2 und 8 Meter, beispielsweise ca. 6 Meter, und taucht von oben in den Gärrest bzw. die Biomasse 30 bis zu einem Abstand von einigen Zentimetern oder ca. einem dm zum Wannenboden 23 ein. Über das Perlrohr wird über einen Kompressor ständig eine sehr geringe Menge an Luft eingeblasen. Der Druck in dem Perlrohr steigt solange an, bis die Luft unten aus dem Rohrende herausperlt. Der dazu notwendige Luftdruck wird gemessen und entspricht dem hydrostatischen Druck am unteren Ende des Perlrohrs. Über den gemessenen Luftdruck wird über die Dichte der Biomasse 30 bzw. des Gärsubstrates der z. B. im Gärrestlager vorhandene Füllstand und damit das Gasvolumen berechnet.
Die erhaltene Füllstandsmessung des Gasbehälters bzw. Gärrestbehälters kann in die Anlagensteuerung 90 z. B. auf einer SPS-Ebene eingebunden und mit der Steuerung der automatisch betriebenen Gasfackel gekoppelt werden. Über eine Tastatur und einen PC-Bildschirm oder Touchscreen kann ein Anlagenbediener alle wichtigen Informationen (gesamte Gasmenge, nutzbare Gasmenge, Restzeit für Betrieb des Blockheizkraftwerkes mit erhöhter Leistung oder dgl.) abfragen und in den Prozess eingreifen. Für die Berechnung der Gasmenge kann auch die tatsächliche Gasqualität herangezogen werden, sofern ein geeignetes Gasanalysegerät die entsprechenden Daten zur Verfügung stellt.
Die Daten werden vorteilhaft für jeden einzelnen Gasbehälter 20 einer Biogasanlage getrennt gewonnen bzw. berechnet. Es besteht die Möglichkeit, Gasbehälter, die außer Betrieb sind, aus dem System abzumelden.
Bei Entstehen eines Unterdrucks im Gasraum des Gasbehälters 20 kann durch den Eintritt von Außenluft z. B. über die Unterdrucksicherung des Gasbehälters 20 ein zündfähiges Gemisch entstehen. Dem wird auch durch die Verringerung des Gasvolumens 50 (Gasspeichervolumen) über das Stützgebilde 40 mit dem Schwimmkörper 41 wirksam entgegen gewirkt.
Biogaszuführung und Entnahme über Schwimmer
Es ist üblich, bei Gasbehältern 20 die Gaszuführung und Gasabsaugung über Öffnungen am oberen Ende der Wannenumrandung 22 vorzunehmen. Durch eine entsprechende Steuerung wird sichergestellt, dass der Füllstand der Biomasse 30 bzw. des Gärsubstrats die Unterkante der Öffnung nicht erreicht, da sonst die Gasleitungen mit flüssiger Biomasse bzw. Gärsubstrat gefüllt werden, mit entsprechenden Störungen. Außerdem kann das Volumen zwischen Oberkante Wanne 21 und Unterkante Gasöffnung nicht genutzt werden. Wird das Gasrohr im Behälter durch ein starres Rohrstück über die Wannenoberkante geführt, besteht die Gefahr, dass die innere Membran 27 angesaugt und beschädigt wird, und zur Verstopfung der Gasabsaugung führt.
Die Gasabsaugung 60 bei vorliegender Ausführung ist zur Vermeidung dieses Problems mit einer flexiblen Gasabsaugleitung 61, beispielsweise in Form einer Schlauchleitung gelöst, mit der das Gas aus dem Bereich über dem Schwimmkörper 41 abgesaugt wird. Die Öffnung der Gasabsaugleitung 61 im Bereich des Schwimmkörpers 41 ist von oben durch eine Abdeckung vor Kontakt mit der inneren Membran 27 geschützt. Die Gasabsaugleitung 61 kann an den Spanngurten befestigt werden. Dies hat auch den Vorteil einer Vermischung des Gases und einer Vergleichmäßigung der Gasqualität, einer gleichmäßigen Erwärmung der äußeren Membran 26 (z. B. Abschmelzen von Schnee und Eis) und bestmöglicher Abkühlung des Gases, was zu einer erwünschten Trocknung des Gases führt.
Bei einer so gestalteten Gasabsaugung kann unter Umständen in der gegebenenfalls durchhängenden Gasleitung Kondensat anfallen und sich ansammeln, wodurch ein Verschluss der Gasleitung eintreten könnte. Diesem Problem wird mit folgenden Maßnahmen begegnet:

1. Ableitung des Kondensats über mehrere auf die Länge der flexiblen Gasabsaugleitung 61 verteilten Ableitungen.
2. Verwenden eines starren Rohres, welches durch ein kurzes, flexibles Schlauchstück beweglich an der Wannenumrandung 22 angeschlossen ist und innen auf dem Schwimmkörper gelagert ist. Dadurch wird eine Kondensatansammlung vermieden, da das Kondensat je nach Gefällerichtung nach innen oder außen ablaufen kann.
3. Geringfügige Beheizung der Gasabsaugleitung 61 bzw. des Rohres entweder elektrisch oder über eine Wärmeauskopplung des Blockheizkraftwerkes, um das Ausfallen von Kondensat zu vermeiden.

Optimierte Gärrestentnahme
Der in der Biogasanlage entstehende Gärrest wird über eine Pumpe aus dem Gärrestlager gepumpt und mittels Güllefässern auf den Feldern ausgebracht. Die Pumpe befindet sich zumeist in einem Pumpensumpf, in welchen der Gärrest hineinfließt, wie in den 6A (Stand der Technik) und 6B gezeigt. Aufgrund der Viskosität des Gärrests bildet sich während des Pumpvorgangs ein Trichter aus, der zur Pumpe hin zunehmend steiler wird. Damit die Pumpe keine Luft bzw. kein Gas absaugt, muss im Gärrestlager ein relativ hoher Füllstand verbleiben. Dieser Rest-Füllstand reduziert das nutzbare Volumen des Gärrestlagers. Um diesen Effekt zu reduzieren, wird im Bereich um die Pumpe in einem Abstand von z. B. ca. 5 bis 50 cm zum Wannenboden 23 eine kreisförmige horizontale Begrenzung in Form der oben genannten Randabdeckung 80 aus Stahl oder Stahlbeton eingebaut und gegen die Wannenumrandung 22 und gegebenenfalls durchgeführte Leitungen abgedichtet. Unter dieser Begrenzung bildet sich ein Unterdruck aus. Am Rand der Begrenzung wird der Gärrest mit einer vergrößerten Fläche mit verringerter Geschwindigkeit angesaugt. Es ist deshalb eine geringe Höhendifferenz erforderlich und das Gärrestlager kann somit tiefer entleert und effektiver genutzt werden.
Frostsichere Schauglasreinigung
In die Wände von Gasbehältern 20 für Biogas werden häufig Schaugläser (Bullaugen) eingebaut, die eine Überwachung der Vorgänge im Inneren der Gasbehälter 20 zulassen. Diese Schaugläser verfügen auf der Innenseite über einen drehbaren Scheibenwischer und eine Spritzdüse, aus welcher zur Reinigung der Scheibe Wasser von innen gegen die Scheibe gespritzt werden kann. Die Zuleitung zu dieser Spritzdüse befindet sich außen an der Wannenumrandung 22 bzw. Behälterwand, wo die Wasserzufuhr während der Reinigung händisch z. B. über einen Kugelhahn betätigt werden kann. Die Frostsicherheit der Wasserzuleitung ist dadurch gewährleistet, dass die Behälter bzw. Wannen 21 außen gedämmt sind und die Zuleitung sich unter dieser Dämmung befindet. Gärrestbehälter sind aber häufig nicht gedämmt, so dass z. B. ein Kugelhahn oder eine entsprechende Absperreinheit bei Frost zerstört wird.
Um dies zu vermeiden, wird vorliegend die Wasser-Zuleitung bei nicht gedämmten Gasbehältern 20 an der Innenseite der Behälterwand verlegt. Die Absperreinheit befindet sich ebenfalls im Inneren. Die Betätigung der Absperreinheit bzw. des Kugelhahns erfolgt über eine im Rahmen des Schauglases oder in der Behälterwand gasdicht eingebaute drehbare Achse.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2062965 A1 [0002]
DE 68922151 T2 [0003]

Claims

Gasbehälter, insbesondere zur Aufnahme von Biogas einer Biogasanlage, mit einem Behälterunterteil, der zur Aufnahme von Biomasse (30) eine Wanne (21) aufweist, mit einer von einer Membrananordnung aus einer äußeren Membran (26) und mindestens einer inneren Membran (27) gebildeten oberen Behälterabdeckung (25), deren untere Lage unter Wirkung eines Stützgebildes (40) entgegen der Schwerkraft begrenzt und bei eingebrachter Biomasse (30) gegenüber dieser auf Abstand gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützgebilde (40) eine Schwimmkörperanordnung mit mindestens einem Schwimmkörper (41) aufweist und mittels diesem höhenvariabel in Abhängigkeit vom Niveau einer in der Wanne (21) befindlichen Biomasse (30) gelagert ist.
Gasbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Schwimmkörper (41) von mehreren an ihm/ihnen befestigten, nach außen verlaufenden Haltemitteln (42) lagestabilisiert ist/sind, die an einer Wannenumrandung (22) der Wanne (21) angebunden sind.
Gasbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmkörper (41) in Draufsicht zentral in der Wanne (21) angeordnet ist.
Gasbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Membran (26) und die innere Membran (27) eine Doppelmembranfolienabdeckung bilden, wobei unter der gasdichten inneren Membran (27) ein Gasspeichervolumen (50) gebildet ist, in dem das Biogas gespeichert wird.
Gasbehälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stützluftgebläse vorhanden ist, mittels dessen ein zumindest annähernd konstanter Innendruck zwischen der inneren Membran (27) und der äußeren Membran (26) erzeugt wird, um die äußere Membran (26) in nach oben aufgestellter Lage zu halten.
Gasbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anlagensteuerung (90) vorhanden ist, mittels welcher die aufgenommene Menge an Biogas in dem Gasbehälter (10) auf ein vorgegebenes oder vorgebbares Maß begrenzt oder begrenzbar ist.
Gasbehälter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagensteuerung (90) mit einer Messeinrichtung (91) in Verbindung gebracht ist, mittels deren der Füllstand (31) der Biomasse und/oder die Füllmenge des Biogases erfassbar ist.
Gasbehälter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (91) zum Erfassen des Füllstandes (31) der Biomasse eine hydrostatische Messvorrichtung mit mindestens einem Messaufnehmer am oder nahe dem Wannenboden (23) aufweist.
Gasbehälter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (91) zum Erfassen der Füllmenge des Biogases mit der inneren Membran (27) gekoppelte Messelemente aufweist.
Gasbehälter nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagensteuerung (90) eine automatisch ansteuerbare Gasfackelvorrichtung aufweist.
Gasbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gasabsaugung (60) vorhanden ist, die eine zumindest abschnittsweise flexible Gasabsaugungsleitung (61) umfasst, welche eine im Bereich des Schwimmkörpers (41) angeordnete, gegen Verstopfen geschützte Gaseintrittsöffnung aufweist.
Gasbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenseite der äußeren Membran (26) mit einer Notentwässerung (70) versehen ist.