DE202018105157U1

DE202018105157U1 - biogas plant

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Publication number: DE202018105157U1
Application number: DE202018105157.1U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-07-09
Filing date: 2018-09-10
Publication date: 2018-10-08
Anticipated expiration: 2028-09-11
Also published as: ES1216519U; ES1216519Y

Abstract

Biogasanlage (1) zur Herstellung von Biogas aus Abfällen und organischen Stoffen, wie beispielsweise Nebenprodukten der Landwirtschafts- und Lebensmittelindustrie und/oder organischen Abfällen aus Anlagen zur Behandlung von Abwasser oder von organischen städtischen Abfällen, um Biogas für die Herstellung von Graphen und/oder Diamantfilmbeschichtungen zu erzeugen, die mindestens einen anaeroben Faulbehälter (2) zur Gewinnung des Biogases aus diesen organischen Abfallstoffen (3) aufweist, gekennzeichnet durch:
- mindestens einen Reaktor (4) für die Graphensynthese (20), und
- eine Zuleitung (5) für das aus dem Faulbehälter (2) kommende Biogas als Kohlenstoffquelle für diesen Reaktor (4), wobei:
- der Reaktor (4) einen Tunnelofen (40) mit einer Abscheidungskammer (41) auf einem Substrat (42), mindestens eine Gasquelle (43) und eine Zuleitung (5) für Biogas aufweist, wobei das von der Quelle (43) gelieferte Gas ein oder mehrere Gase ausgewählt aus Wasserstoff und Argon ist,
- weiterhin Durchflussregler (45) vorgesehen sind, die vor dem Eingang zum Reaktor (4) in die Zuleitung (5) für Biogas und die Gasquelle (43) eingesetzt werden.

Biogas plant (1) for the production of biogas from wastes and organic matter, such as by-products of the agricultural and food industries and / or organic waste from wastewater treatment plants or organic municipal wastes, biogas for the production of graphene and / or diamond film coatings comprising at least one anaerobic digester (2) for recovering the biogas from these organic wastes (3), characterized by:
- At least one reactor (4) for the graphene synthesis (20), and
a feed line (5) for the biogas coming from the digester (2) as carbon source for this reactor (4), wherein:
- The reactor (4) has a tunnel furnace (40) with a deposition chamber (41) on a substrate (42), at least one gas source (43) and a supply line (5) for biogas, wherein the gas supplied from the source (43) one or more gases selected from hydrogen and argon,
- Further flow regulator (45) are provided, which are used in front of the entrance to the reactor (4) in the supply line (5) for biogas and the gas source (43).

Description

TECHNISCHER BEREICH DER ERFINDUNGTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Biogasanlage, die mit Elementen und Vorrichtungen ausgestattet ist, die in der Lage sind, aus dem in dieser Anlage erzeugten Biogas Graphen oder Diamantfilmbeschichtungen herzustellen, wobei unter Biogasanlage jegliche Industrieanlage zu verstehen ist, die über mindestens einen anaeroben Faulbehälter zur Gewinnung von Biogas aus organischen Abfallstoffen verfügt.The present invention relates to a biogas plant equipped with elements and devices capable of producing graphene or diamond film coatings from the biogas produced in this plant, biogas plant means any industrial plant having at least one anaerobic digester for recovery biogas from organic waste.

Der technische Bereich, in dem die vorliegende Erfindung angemeldet wird, gehört zur Industriebranche, die sich mit der Behandlung von Abfällen und organischen Stoffen, wie beispielsweise Nebenprodukten aus der Landwirtschafts- und Lebensmittelindustrie und/oder organischen Abfällen, zum Beispiel aus Anlagen zur Behandlung von Abwasser oder von organischen städtischen Abfällen befasst, um Biogas zur Energienutzung herzustellen.The technical field in which the present invention is filed belongs to the industrial sector, which deals with the treatment of waste and organic substances, such as by-products from the agricultural and food industry and / or organic waste, for example from wastewater treatment plants or from organic urban wastes to produce biogas for energy use.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Zur Aufarbeitung von organischen Abfallstoffen wie etwa Nebenprodukten aus der Landwirtschafts- und Lebensmittelindustrie und/oder organischen oder städtischen oder bei der Abwasserbehandlung anfallenden Abfällen sind Anlagen zur Biogaserzeugung bekannt, die mindestens einen anaeroben Faulbehälter aufweisen, in dem diese Stoffe in Abwesenheit von Sauerstoff durch Einwirkung von Bakterien und/oder anderen Mikroorganismen zersetzt werden. Das Produkt dieses Faulvorgangs wird als Gärrückstand bezeichnet, der aus fest-flüssigen Gemischen, die sehr reich an organischen Stoffen sind, besteht und zu Düngemittel verarbeitet werden kann, wobei jedoch das wichtigste Produkt des Faulvorgangs das Biogas ist, dessen Verbrennung eine Energierückgewinnung aus dem ursprünglichen Abfall bedeutet. Gegenwärtig wird diese Verbrennung zur Erzeugung elektrischer Energie verwendet, wozu diese Anlagen über Generatoren oder Kraft-Wärme-Generatoren für elektrische und/oder thermische Energie verfügen.For the treatment of organic waste such as by-products from the agricultural and food industries and / or organic or urban waste or wastewater treatment biogas plants are known which have at least one anaerobic digester in which these substances in the absence of oxygen by the action of Bacteria and / or other microorganisms are decomposed. The product of this process of digestion is called fermentation residue, which consists of solid-liquid mixtures rich in organic matter and can be processed into fertilizers, but the most important product of the digestion process is biogas, whose incineration recovers energy from the original one Waste means. At present, this combustion is used to generate electrical energy, to which these plants have generators or power-heat generators for electrical and / or thermal energy.

Im Allgemeinen ist der Faulvorgang ein komplexer Prozess, der mehrere Stufen umfasst, die in unterschiedlichen Bereichen des Faulbehälters stattfinden.In general, the digestion process is a complex process that involves multiple stages that take place in different areas of the digester.

Die derzeitige Ausgestaltung der Biogasanlagen dieser Ausgestaltung ist dadurch begrenzt, dass ihre Ausgestaltung nur die Nutzung des Biogases zur Erzeugung oder Kraft-Wärme-Kopplung erlaubt.The current configuration of the biogas plants of this embodiment is limited by the fact that their design allows only the use of biogas for generating or cogeneration.

Im Stand der Technik sind einige Offenbarungen bekannt, die Beispiele für Prozesse beschreiben, die mit der Herstellung bestimmter Produkte aus Biogas verbunden sind. Die Patentanmeldung EP 3 045 575 A1 beschreibt einen Prozess, mit dem Graphit-Nanofasem aus Biogas erhalten werden, d.h. aus einem Kohlenstoffmaterial emeuerbaren Ursprungs, das im Biogas-Rückgewinnungsprozess durch katalytische Zersetzung zusammen mit einem wasserstoffreichen brennbaren Gas gewonnen wird. Das aus Kohlenstoff-Nanofilamenten bestehende Material verwandelt sich mittels Wärmebehandlung schrittweise in Nanofasern graphitartiger Struktur.Some disclosures are known in the art that describe examples of processes associated with the production of certain biogas products. The patent application EP 3 045 575 A1 describes a process by which graphite nanofibers are obtained from biogas, ie, a carbon material of renewable origin obtained in the biogas recovery process by catalytic decomposition along with a hydrogen-rich combustible gas. The material, which consists of carbon nanofilaments, is gradually transformed by heat treatment into nanofibers of graphitic structure.

Die KR 20090131782 A offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Kohlenstoffnanoröhre oder einer Kohlenstoffnanofaser unter Verwendung von Biomasse, wobei die Erzeugung anfallender Abfälle erheblich reduziert wird. Das Verfahren umfasst die Stufen Gewinnung von Biogas aus der Biomasse, Herstellung eines metallischen Stützpulvers, das Katalysatorpulver oder einen Metallkatalysator beinhaltet, und Bereitstellung von Biogas zur Herstellung einer Kohlenstoffnanoröhre oder einer Kohlenstoffnanofaser aus diesem Stützpulver, das das metallische Stützpulver oder den Metallkatalysator enthält. Die Biogasgewinnung erfolgt mithilfe eines anaeroben Faulbehälters.The KR 20090131782 A discloses a process for producing a carbon nanotube or a carbon nanofiber using biomass, whereby the generation of waste is significantly reduced. The method comprises the steps of obtaining biogas from the biomass, producing a metallic support powder including catalyst powder or a metal catalyst, and providing biogas for producing a carbon nanotube or a carbon nanofiber from this support powder containing the metallic support powder or the metal catalyst. The biogas is produced by means of an anaerobic digestion tank.

KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

Die Biogasanlage der vorliegenden Erfindung ist derart ausgestaltet, dass sie die Gewinnung von Graphen als Produkt ermöglicht, was deren Wirtschaftlichkeit erhöht.The biogas plant of the present invention is designed such that it allows the production of graphene as a product, which increases their cost-effectiveness.

Die Biogasanlage der vorliegenden Erfindung ist von einer Art, die mindestens einen anaeroben Faulbehälter zur Gewinnung von Biogas aus organischen Abfallstoffen, wie beispielsweise Nebenprodukten aus der Landwirtschafts- und Lebensmittelindustrie und/oder organischen oder städtischen oder aus Abwasser-Kläranlagen stammenden Abfällen aufweist, wobei die erfindungsgemäße Anlage zusätzlich Folgendes aufweist:

- mindestens einen Reaktor für die Graphensynthese und
- eine Zuleitung für das direkt oder indirekt, d. h. mit oder ohne vorherige Ansammlung, aus dem Faulbehälter kommende Biogas als Kohlenstoffquelle für diesen Reaktor.

The biogas plant of the present invention is of a type having at least one anaerobic digester for recovering biogas from organic wastes such as by-products from the agricultural and food industries and / or organic or municipal or wastewater treatment waste Plant additionally has:

- At least one reactor for the synthesis of graphene and
- A supply line for the direct or indirect, ie with or without previous accumulation, coming from the digester biogas as a carbon source for this reactor.

Auf diese Weise wird die Ausgestaltung der bisherigen Biogasanlagen erheblich verbessert, da sie mit der Herstellung von Graphen aus dem Biogas aufgewertet werden können. Da das Biogas Konzentrationen an Methan CH₄von bis zu 60-70 % erreicht, verfügt man zudem über eine günstige Kohlenstoffquelle mit einer hohen Konzentration an diesem, was zudem die Rückgewinnung eines Abfallstoffs bedeutet. Das heißt, es wird Graphen erhalten, ein hochtechnologisches Material, auf dem wahrscheinlich eine bedeutende industrielle Entwicklung beruhen wird, da es beispielsweise für die Herstellung von Graphen-Batterien, -Bildschirmen oder -Kabel ausgehend von Gülle, Kuhmist, städtischen Abfällen und/oder Abfällen aus der Abwasserbehandlung verwendbar ist.In this way, the design of the previous biogas plants is considerably improved because they can be upgraded with the production of graphene from the biogas. Since the biogas concentrations of methane CH ₄ of up to 60-70% achieved, it also has a cheap carbon source with a high concentration of this, which also provides the recovery of a Waste material means. That is, graphene will be obtained, a hi-tech material that is likely to be based on significant industrial development, for example, for the production of graphene batteries, screens, or cables from manure, cow dung, municipal waste, and / or waste from wastewater treatment is usable.

Wenn man weiterhin berücksichtigt, dass der aktuelle Preis des Graphens gegenwärtig bei 20 bis 10 € pro Gramm liegt und dass eine Biogasanlage mit 1 MW oder einer anderen, sowohl niedrigeren als auch höheren Leistung, in Abhängigkeit von der Anlagengröße und der Biogasherstellung etwa 2 Tonnen Graphen im Jahr produzieren kann, so ermöglicht das wirtschaftliche Ergebnis, die Anlage in besonders kurzer Zeit zu amortisieren. Weiterhin können dort, wo die Anlage eingesetzt wird, auch die Kosten der städtischen Müllabfuhr für die Bevölkerung gesenkt werden, da das hergestellte Graphen oder die Diamantbeschichtung für die Verwendung in Schneidwerkzeugen oder anderen Utensilien verkauft werden kann. Es ist zu beachten, dass im Reaktor für die Graphensynthese auch die Diamantbeschichtung hergestellt werden kann.Taking into account that the current price of graphene currently stands at € 20 to € 10 per gram, and that a biogas plant with 1 MW or other, both lower and higher power, depending on the size of the plant and biogas production about 2 tons of graphene can produce in the year, so the economic result allows to amortize the plant in a very short time. Furthermore, where the plant is used, the cost of municipal garbage disposal for the population can also be reduced since the produced graphene or diamond coating can be sold for use in cutting tools or other utensils. It should be noted that in the reactor for graphene synthesis also the diamond coating can be produced.

Figurenlistelist of figures

Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind deutlicher anhand einer nachstehenden ausführlichen Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform derselben erkennbar, die einzig als veranschaulichendes Beispiel und mit nicht einschränkendem Charakter in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen bereitgestellt wird, wobei:

1 eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Biogasanlage gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

These and other features and advantages of the invention will become more apparent from the following detailed description of a preferred embodiment thereof, provided solely by way of illustrative and non-limiting example with reference to the accompanying drawings, in which:

1 a schematic view of a preferred embodiment of a biogas plant according to the present invention shows.

BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMDESCRIPTION OF A PREFERRED EMBODIMENT

Wie bereits erwähnt zeigt 1 der der vorliegenden Beschreibung beiliegenden Zeichnung eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer Biogasanlage, die gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung ausgelegt ist. Die Biogasanlage der vorliegenden Erfindung, die allgemein mit der Bezugsnummer 1 gekennzeichnet ist, ist von einer Art, die mindestens einen anaeroben Faulbehälter 2 zur Gewinnung von Biogas aus organischen Abfallstoffen 3 aufweist und die erfindungsgemäß Folgendes aufweist:

- mindestens einen Reaktor 4 für die Graphensynthese 20 und
- eine Zuleitung 5 für das aus dem Faulbehälter 2 kommende Biogas als Kohlenstoffquelle für diesen Reaktor 4.

As already mentioned shows 1 The accompanying drawings are a schematic representation of a preferred embodiment of a biogas plant constructed in accordance with the teachings of the present invention. The biogas plant of the present invention, generally designated by reference number 1 is one of a kind, the at least one anaerobic digester 2 for the production of biogas from organic waste 3 and according to the invention comprises

- At least one reactor 4 for graphene synthesis 20 and
- a supply line 5 for that from the digester 2 upcoming biogas as a carbon source for this reactor 4 ,

Idealerweise umfasst der Reaktor 4 einen chemischen Dampfabscheidungsreaktor (CVD), der in der Lage ist, sehr dünne Filme aus dem Material herzustellen, was ein mit der Anlage 1 der vorliegenden Erfindung angestrebter Effekt ist. Dieser Reaktor 4 umfasst einen Tunnelofen 40 mit einer Abscheidungskammer 41 auf einem Substrat 42 (zum Beispiel Kupfer) und, zusätzlich zur Kohlenstoffquelle, die die Zuleitung 5 für Biogas darstellt, mindestens eine Gasquelle 43 wie etwa Wasserstoff und/oder Argon.Ideally, the reactor comprises 4 a Chemical Vapor Deposition Reactor (CVD) capable of producing very thin films of the material, which is one with the plant 1 The object of the present invention is the desired effect. This reactor 4 includes a tunnel kiln 40 with a deposition chamber 41 on a substrate 42 (For example, copper) and, in addition to the carbon source, the supply line 5 for biogas, at least one gas source 43 such as hydrogen and / or argon.

Bevorzugt werden vor dem Eingang zum Reaktor 4 Durchflussregler 45 in die Biogaszuleitung 5 und die Gasquelle 43 integriert, um den Eingangsstrom zur Kontrolle der Graphen- oder Diamantfilmsynthese regeln zu können.Preference is given to the entrance to the reactor 4 Flow Controllers 45 into the biogas supply line 5 and the gas source 43 integrated to control the input current to control graphene or diamond film synthesis.

Ferner sieht die Erfindung vor, dass der Reaktor 4 einen Niederdruckgenerator 46 umfasst, der auch Vakuum erzeugen und außerdem als Extraktor der Nebenprodukte dienen kann, da er die Abscheidung des Graphens auf dem Substrat 42 verbessert.Furthermore, the invention provides that the reactor 4 a low pressure generator 46 which can also create vacuum and also serve as an extractor of the by-products since it prevents the deposition of graphene on the substrate 42 improved.

Erfindungsgemäß kann die Anlage 1 ebenfalls mindestens einen Generator 6 umfassen, der mittels Verbrennung des aus dem Faulbehälter 2 kommenden Biogases Energie erzeugt, sodass die Erzeugung von Energie und/oder Graphen gleichzeitig oder abwechselnd erfolgen kann. In 1 ist zu erkennen, dass der Energiegenerator (6) ein Kraft-Wärme-Generator ist, der elektrische 9 und thermische 10 Energie erzeugt, wobei ein Teil davon zur Verbesserung der Funktionsweise der Faulbehälter 2 eingesetzt werden kann. Weiterhin ist vorgesehen, dass die Anlage als Sicherheitsmaßnahme gegebenenfalls eine Notfackel 7 beinhaltet.According to the invention, the plant 1 also at least one generator 6 include, by means of combustion of the digester 2 Biogas generated energy so that the generation of energy and / or graphene can occur simultaneously or alternately. In 1 it can be seen that the energy generator ( 6 ) is a power-heat generator that generates electric 9 and thermal 10 energy, part of which is to improve the operation of the digester 2 can be used. Furthermore, it is provided that the system as a safety measure, if necessary, an emergency torch 7 includes.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Anlage 1 auch einen zusätzlichen Ausgang 8 für den Gärrückstand umfassen, der für Düngemittel genutzt werden kann und beispielsweise in einem entsprechenden Tank 80 gesammelt wird.According to the preferred embodiment of the invention, the plant 1 also an additional exit 8th for the digestate, which can be used for fertilizers and, for example, in a corresponding tank 80 is collected.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform hervorgeht, ist die Erfindung insbesondere in der Industriebranche der Biogasanlagen zur Herstellung von Graphen oder Diamantfilmbeschichtungen aus dem in dieser Anlage erzeugten Biogas anwendbar.As is apparent from the above description of a preferred embodiment, the invention is particularly applicable in the industrial sector of biogas plants for the production of graphene or diamond film coatings from the biogas produced in this Appendix.

Es wird nicht als erforderlich angesehen, den Inhalt der vorliegenden Beschreibung umfangreicher zu gestalten, damit ein Fachmann deren Umfang und die aus dieser abgeleiteten Vorteile verstehen sowie die praktische Durchführung ihres Gegenstands ausführen kann. Ungeachtet dessen kann ein Fachmann verstehen und bestimmen, dass zahlreiche Variationen der Details in die Wesentlichkeit der Erfindung eingeführt werden können, die sich auf die Formen, Abmessungen und Größen auswirken können, ohne sich dadurch von dem laut den beiliegenden Ansprüchen definierten Umfang der Erfindung zu entfernen.It is not believed necessary to broaden the scope of the present description so that a person skilled in the art can understand its scope and the benefits derived therefrom, as well as the practical execution of its subject matter. Regardless, a person skilled in the art can understand and determine that numerous variations of the details are essential to the invention can be introduced, which may affect the shapes, dimensions and sizes without thereby departing from the scope of the invention as defined by the appended claims.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 3045575 A1 [0006]
KR 20090131782 A [0007]

Claims

Biogas plant (1) for the production of biogas from wastes and organic matter, such as by-products of the agricultural and food industries and / or organic waste from wastewater treatment plants or organic municipal wastes, biogas for the production of graphene and / or diamond film coatings comprising at least one anaerobic digester (2) for recovering the biogas from these organic wastes (3), characterized by : - at least one reactor (4) for graphene synthesis (20), and - a feed line (5) for the from the digester (2) coming biogas as a carbon source for this reactor (4), wherein: - the reactor (4) has a tunnel furnace (40) with a deposition chamber (41) on a substrate (42), at least one gas source (43) and a supply line (5) for biogas, wherein the gas supplied by the source (43) is one or more gases selected from hydrogen and argon, Furthermore, flow regulators (45) are provided, which are used in front of the entrance to the reactor (4) in the supply line (5) for biogas and the gas source (43).

Biogas plant (1) after Claim 1 , characterized in that the reactor (4) comprises a chemical vapor deposition reactor.

Biogas plant (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the reactor (4) has a low-pressure generator (46).

Biogas plant (1) according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises at least one generator (6) which generates energy by means of combustion of the biogas coming from the digester (2).

Biogas plant (1) according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises an emergency flare (7).

Biogas plant (1) according to one of the preceding claims, characterized in that it has an additional outlet (8) for the fermentation residue.