DE2940998A1 - Method for the production of methane and a plant for carrying out the method - Google Patents

Description

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Zusammenfassung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Methan aus einem Substrat, das ein organisches Material enthält, beispielsweise Mist, in einem Prozeß mittels einer Kultur anaerober und vorzugsweise thermophiler Mikroorganismen , die in einer Behandlungskanuner in Kontakt mit dem organischen Material gebracht wird, in der das erzeugte Gas gesammelt wird. Erfindungsgemäß wird das Substrat in eine Vorkammer zur Vorbehandlung eingeführt, die mit Heizorganen versehen ist, wobei das Substrat in der Vorkammer wenigstens auf die Temperatur, die es während des Prozesses haben soll, oder vorzugsweise auf eine höhere Temperatur erhitzt wird, wonach es in die Behandlungskammer gefördert und in Kontakt mit der Kultur der Mikroorganismen gebracht wird, indem sie in der Behandlungskammer mit dem Substrat vermischt wird.

Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.

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-JS-

A-Betong AB

03 Vaxjö, Schweden

Verfahren zur Herstellung von Methan und Anlage zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Methan aus einem Substrat, das ein organisches Material enthält, beispielsweise Mist, in einem Prozeß mittels einer Kultur anaerober und vorzugsweise thermophiler Mikroorganismen, die in einer Behandlungskammer in Kontakt mit dem organischen Material gebracht wird, in der das erzeugte Gas gesammelt wird.

auch iht sie

führung des Verfahrens.

Die Erfindung bezieht sich ,auf eine Anlage zur DurchMethan (CH₄) ist als brauchbare Energiequelle für Heizzwecke und als Brennstoff für Verbrennungskraftmaschinen zum Antrieb von Arbeitsmaschinen oder zur Erzeugung von elektrischem Strom bekannt. Mittels anaerober Mikroorganismen kann Methan mit einer biologischen Masse als Substrat erzeugt werden. Als biologisches Material kann beispielsweise Mist von Kuhställen oder Schweineställen, pflanzlicher oder tierischer Abfall von der Landwirtschaft und Nahrungsmittelerzeugungsindustrien verwendet werden. Auch kann man Abwasser-

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schlamm verwenden, wenn er im wesentlichen organisches Material enthält. Um das Verfahren durchzuführen, gibt es bestimmte Anforderungen, deren Erfüllung wesentlich ist, um eine hohe Gasausbeute, eine vernünftige Verfahrensdauer, einen hohen Anlageausnutzungsfaktor und niedrige Betriebskosten zu erreichen, beispielsweise:

1) Das Verfahren sollte kontinuierlich sein, damit die Kultur der Mikroorganismen für eine ununterbrochene Gaserzeugung beibehalten werden kann;

2) biologisches Material sollte kontinuierlich zugeführt und beseitigt werden, damit die Kapazität der Anlage aufgrund des volumetrischen Wirkungsgrades im höchstmöglichen Ausmaß ausgenutzt werden kann und Stillstandsperioden zur Zuführung und Entfernung von Material nicht erforderlich sind;

3) das Verfahren sollte bei einer solchen Temperatur ablaufen, daß eine vernünftige Verfahrensdauer und eine hohe Gasausbeute erhältlich sind;

4) die Handhabung des Materials sollte, vorzugsweise mittels Pumpen, automatisch sein und keine wesentliche Handarbeit erfordern.

Besonders in großen Anlagen einer Kapazität in der Größenordnung von einigen hundert Kubikmetern an Substrat erwies sich die Erfüllung dieser Anforderungen nach dem Stand der Technik als schwierig. So ist unter Verwendung von Arten von anaeroben Mikroorganismen eine Erhitzung erforderlich, die in Anlagen dieser Größe bezüglich Aufbau und Energie einen erheblichen Aufwand an Kosten bedeutet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Methan aus organischem Abfall mit Hilfe

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von Mikroorganismenkulturen zu entwickeln, mit dem die genannten Anforderungen erfüllt werden, und eine Anlage, die von einfachem Betrieb ist, anzugeben, mit der das Verfahren durchgeführt werden kann.

Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist zunächst ein Verfahren zur Herstellung von Methan aus einem Substrat, das ein organisches Material enthält, beispielsweise Mist, in einem Prozeß mittels einer Kultur anaerober und vorzugsweise thermophiler Mikroorganismen, die in einer Behandlungskammer in Kontakt mit dem organischen Material gebracht wird, in der das erzeugte Gas gesammelt wird, mit dem Kennzeichen, daß das Substrat in eine Vorkammer zur Vorbehandlung eingeführt wird, die mit Heizorganen versehen ist, daß das Substrat in der Vorkammer wenigstens auf die Temperatur, die es während des Prozesses haben soll, oder vorzugsweise auf eine höhere Temperatur erhitzt wird und daß es danach in die Behandlungskammer gefördert und in Kontakt mit der Kultur der Mikroorganismen gebracht wird, indem sie in der Behandlungskammer mit dem Substrat vermischt wird.

Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind in den Ansprüchen bis 6 gekennzeichnet.

Gegenstand der Erfindung ist außerdem eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens, mit einem Behälter mit einer eine Behandlungskammer bildenden Kammer zwecks Einschlusses

d. eines die Mikroorganismenkultur enthaltenen Substrats und mit Mitteln zur Abführung des Gases aus dem Raum im oberen Teil der Behandlungskammer/ die durch einen zweiten Behälter

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gekennzeichnet ist, der zur Bildung einer Vorkammer vorgesehen ist und ein Mittel zum Einführen frischen Substrats in die Vorkammer, Organe zum Erhitzen des Substrats und Mittel zum Fördern des behandelten Substrats in die Behandlungskammer zwecks Zuführung des frischen erhitzten Substrats zu dem die Mikroorganismenkultur enthalterden Substrat aufweist.

Ausgestaltungen dieser Anlage sind in den Ansprüchen bis 10 gekennzeichnet.

Die Erfindung wird anhand von vier in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispielen näher erläutert; darin zeigen:

Fig. 1 einen zentralen vertikalen Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anlage;

Fig. 2 das gleiche Ausführungsbeispiel längs der Linie H-II in Fig. 1;

Fig. 3 eine Variante einer Einzelheit der Anlage; und

Fig. 4, 5 und 6 das zweite bzw. das dritte bzw. das vierte Ausführungsbeispiel in zentralen Vertikalquerschnitten .

Gemäß Fig. 1 weist die Anlage nach dem ersten Ausführungsbeispiel einen zylindrischen Behälter mit einer Außenwand 2, einer Bodenplatte 3 und einem in Abschnitte unterteilten Deckel 4 auf, welcher Behälter geeignet in den umgebenden Boden 1 abgesenkt ist. Die Teile 2 und 4 des Behälters sind in der Form von Betonelementen hergestellt, während die Bodenplatte 3 geeignet an Ort und Stelle gegossen ist.

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Eine ringförmige Wand 5 ist konzentrisch zur Außenwand 2 angeordnet, ebenfalls aus Beton hergestellt und ruht auf der Bodenplatte 3 und stützt mittels ihrer Endflansche 6 am oberen Ende die Abschnitte des Deckels 4 ab. So bilden die Wände 2 und 5 zwei Räume, nämlich eine zentrale Kammer

8 innerhalb der Wand 5 und eine ringförmige Kammer zwischen den Wänden 2 und 5.

Eine isolierende Schicht 9, 1O und 11, die mit einer Abdeckung versehen sein kann, ist auf die Außenseite der Wand 2, der Bodenplatte 3 und des Deckels 4 aufgebracht. Die Abschnitte des Deckels 4 treffen nicht vollständig aufeinander, sondern bilden zwischen sich eine zentrale öffnung 12, die mit einem Deckel 13 und einer isolierten Haube 14 über diesem abgedeckt ist. Der Deckel 13 ist eine Inspektionsabdeckung. Der Deckel 4 mit dem Deckel 13 schließen die durch die Kammern 7 und 8 gebildeten Räume dicht ab. Wie gezeigt ist, können die Kammern 7 und 8 miteinander in Verbindung oder auch durch die bis zum Deckel hinaufreichende Wand 5 getrennt sein.

Ein von außen kommendes Einlaßrohr mündet in der Karrmer innerhalb der Wand 5. Innerhalb der Kammer 7 ist ein Transportsystem, das dem Zweck der Verlagerung der biologischen Masse dient, und zwar eine erste Pumpeinrichtung und eine zweite Pumpeinrichtung 17, deren jede eine elektrisch angetriebene Pumpe, beispielsweise des Zentrifugaltyps, aufweist. Ein kurzes Einlaßzuführrohr 18 der Pumpeinrichtung mündet direkt in der Kammer 7 an deren Bodenrand, während ein Einlaßrohr 19 der Pumpeinrichtung 17 in der Kammer 8 mündet,

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~⁷'

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Rohre 20 und 21 erstrecken sich von den entsprechenden Ausgangsseitenlder Pumpeinrichtung zu Motorventilen 22 bzw. 23. Das Motorventil 22 kann so umgestellt werden, daß es entweder das Rohr 20 mit einem in der Kammer 7 mündenden Auslaßrohr 24 oder einem in der Kammer 8 mündenden Auslaßrohr 25 verbinden kann. Das Ventil 23 ist zum Verbinden des Rohres 21 entweder mit einem von der Anlage herausführenden Rohr 26, wie beschrieben, oder mit einem in der Kammer
mündenden Rohr 27 vorgesehen.

In der Kammer 7 ist außerdem eine Rohrschleife 28
vorgesehen, die als Heizwendel dient und mittels eines Einlaßrohres 29 und eines Auslaßrohres 30 in Verbindung mit
einer Heizeinrichtung ist. Wasser wird zweckmäßig als
Heizmedium verwendet und beispielsweise von einem Kessel
durch die Rohrschleife 28 zur Zirkulation gebracht. Es gibt außerdem eine zusätzliche Heizquelle, und zwar ein zwischen der Wand 2 und deren Isolation 9 angeordnetes Heizkabel 31.

Außerdem erstreckt sich ein Auslaßrohr 32 für Gas durch
den Deckel 4 und mündet in der Kammer 8 nahe dem Deckel 4,
wobei es mit einer Station zur Verwendung und/oder Speicherung des Gases verbunden ist.

Die beschriebenen Transportmittel und die Heizschleife
sind außerdem in vergrößertem Maßstab, von oben gesehen, in
Fig. 2 gezeigt. Ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der
Transportmittel ist in Fig. 3 gezeigt. Nach dieser Variante ist eine (in Fig. 3 von oben gesehene) Pumpe 48 in der
Kammer 8 an einem peripher gelegenen Punkt deren Bodens
angeordnet. Zwei Rohre 50 und 51 münden gerade vor dem kurzen

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Auslaßspeiserohr 49. Der Einlaß der Pumpe 48 lieqt an der Unterseite, die in einem bestimmten Abstand über dem Boden ist. Die Pumpe kann um eine Welle 52 geschwenkt werden, die sich in Aufwärtsrichtung durch den Deckel 4 erstreckt. Das Rohr 50 erstreckt sich in der gleichen Weise wie das Rohr von der Anlage und ist Ersatz für dieses Rohr. Das Rohr erstreckt sich in die Kammer 7. Wenn die Pumpe 48 in der gezeigten Stellung, d. h. von den Rohren 50, 51 weggeschwenkt ist, kann sie zur Erzeugung eines Zirkulationspumpeffekts in der Masse in der Kammer 8 verwendet werden. Wenn die Pumpe 48 in eine Stellung direkt vor dem Rohr 51 geschwenkt ist, kann Masse in die Kammer 7 zwecks dortiger Erhitzung rückgeführt werden. Wenn Masse aus der Kammer entfernt wird, kann die Pumpe in eine Lage direkt vor dem Rohr 50 geschwenkt werden, und die Masse wird dadurch aus der Anlage abgegeben, wenn die Pumpe arbeitet. Die Zufuhr des Materials zur Kammer 7 sowie dessen Zirkulation darin durch die Pumpwirkung und dessen überführung in die Kammer werden mittels einer Pumpe erreicht, die mittels eines Ventils, wie oben beschrieben wurde, umgeschaltet werden kann.(Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, weist die Anlage im wesentlichen eine erste, durch die Kammer dargestellte Kammer, in der Heiz- und Förderorgane vorgesehen sind, und eine zweite, durch die Kammer 8 dargestellte Kammer zum Enthalten des biologischen Materials während des eigentlichen Methanerzeugungsprozesses auf. Die Ausführungsbeispiele nach den Fig. 4-6 sind nach den gleichen Prinzipien, jedoch mit dem Unterschied ausgelegt,daß beide Kammern, nämlich die eine, mit Heizorganen versehene und im folgenden Vorkammer genannte und die zweite, im folgenden Behandlungskammer genannte Kammer, in einem größeren Raum zum Zweck

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der Lagerung des biologischen Materials angeordnet sind, das dem Gaserzeugungsprozeß bereits unterworfen wurde und das danach zur Verwendung als Dünger dient. Unter praktischen Bedingungen können diese Ausführungsbeispiele verwendet werden, um als ergänzende Gaserzeugungsanlage für neue oder bereits vorhandene Mistlagerstätten herkömmlicher Auslegung zu dienen. Was die drei verschiedenen Ausführungsbeispiele nach den Fig. 4-6 unterscheidet, ist die Anordnung der Gaserzeugungsanlage, die im Mistlagerplatz in den zwei Kammern montiert ist.

So zeigt jedes der erwähnten Ausführungsbeispiele einen Mistlagerplatz vorzugsweise in der Form einer Ausgrabung im Boden 33 und im wesentlichen mit einer Wand 34 und einem Boden 35. Geeignet in einer mittleren Lage in diesem Mistlagerplatz ist eine mit einer Isolation 36 versehene Wand zusammen mit einem isolierten Dach 38 und dem Boden 35 installiert, welche Einheit die Methanerzeugungsanlage umfaßt. Das erzeugte Gas wird von dieser Anlage mittels eines Gassammelrohres 39 abgeführt. In allen diesen Ausführungsbeispielen ist die Gaserzeugungsanlage in eine Vorkammer und eine Behandlungskammer 41 aufgeteilt. Diese Aufteilung ist im zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 mittels einer horizontalen Wand 42, im dritten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 mittels einer vertikalen Wand 43 und im vierten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 mittels einer kreisförmigen vertikalen Wand 44 vorgenommen.

Eine Heizschleife 45 ist in der jeweiligen Vorkammer 40 installiert, und ein Einlaßrohr 4 6 für das biologische Material endet ebenfalls in dieser Kammer und kann am Boden oder in einem oberen Teil der Kammer münden. Um Material von der Vorkammer 40 in die Behandlungskammer 41 zu überführen, sind

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alle Ausführungsbeispiele mit wenigstens einer Pumpeinrichtung 47 zur Förderung von Material aus der Vorkammer 40 in die Behandlungskammer 41 versehen. Die Fördermittel, von denen die Pumpeinrichtung ein Teil ist, sind in Fig. 4 und in ihrer einfachsten Verkörperung als eine einzelne Pumpe mit einem Einlaßrohr und einem Auslaßrohr dargestellt, während ein komplizierteres Ausführungsbeispiel in den Fig. 1 und 6 gegeben ist. Die Auslegung der Fördermittel ist jedoch nicht vom Aufbau des übrigen Teils der Ausführungsbeispiele abhängig, sondern es sind zahlreiche Varianten möglich.

Schließlich sei erwähnt, daß das Dach 38, das von haubenartiger Form ist, im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 die Anlage innerhalb der Wand in völlig dichter Weise mit der Ausnahme des Gassammelrohres 39 einschließen kann, während in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 und 5 ein Ausfluß von biologischem Material aus der Behandlungskammer zum Mistlagerplatz stattfinden soll und das Dach daher eine Haube, die an ihren Rand offen, jedoch nach unten über die Wand 37 umgebogen vorgesehen ist, in welcher Haube das erzeugte Gas gesammelt werden kann.

Wie erwähnt, kann das zugeführte Material von verschiedener Art sein. Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Anlage ist für Kuhstallmist geplant und soll einer ziemlich großen Herde von Tieren dienen. Das Volumen der Kammer 7 kann in der Größe von 20 m und das Volumen der Kammer 8 in der Größe von 200 m liegen. Die Anlagen gemäß Fig. 4-6 sind auch zum Betrieb mittels Kuhstallmist bestimmt, doch beziehen sie sich auf eine kleinere Tierherde. Die Anlage zur Erzeugung von Methan ist hier auf die Kammern 40 und 41 begrenzt, während der Raum außerhalb dieser Kammern einen

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Lagerraum für das Material darstellt, das bereits verarbeitet ist. Als Beispiele geeigneter Volumina in solchen Anlagen können 3 m für den Raum 40 und 30 m für den Raum 41 erwähnt werden. Wegen der Tatsache, daß das Material im Raum außerhalb der Wand 37 nicht am Methanerzeugungsverfahren teilnimmt, hängt die Größe dieses Raumes in erster Linie von der Häufigkeit der Materialentfernung ab. Der Mist für diesen Prozeß, der von einer mechanisierten Einrichtung zur Mistförderung zugeführt wird, sollte einen Anteil an Trockensubstanz von 10 bis 15 %, sog. flüssigen Mist, enthalten. Auch wenn der Prozeß kontinuierlich ist, was bedeutet, daß der bakteriologische Prozeß niemals unterbrochen wird und eine angemessene Materialmenge stets in der Prozeßstufe ist, bedeutet dies nicht, daß die Zufuhr und auch die Abfuhr des Materials nicht diskontinuierlich sein können, solange bei jeder Gelegenheit nur geringe Teilmengen der gesamten Masse gehandhabt werden. So kann die Zufuhr des Mists periodisch, beispielsweise einige Male pro Tag, sein, und der Mist wird dann in den Prozeß eingeführt_J"wie erwähnt, kann auch anderes organisches Material|statt|Mi^st verwendet werden. Pflanzenteile und pflanzlicher Abfall und auch Schlachthausabfall, z. B. von der Nahrungsmittelverarbeitung, Tiefkühl- und Konservenindustrien, können verwendet werden. Es kann auch Abwasserschlamm verwendet werden, wenn er keinen großen Anteil an nichtbiologischem Material, wie Sand, Ton, Industrieabfall u. dgl., enthält. Als sehr geeignete Quelle können sog. Wasserspar-Wasserklosettsysteme, z. B. Vakuumsysteme, verwendet werden, in denen die Wasserzufuhr sehr stark begrenzt ist und bei denen der Wasserklosettabfall vom Abwasser von Haushalten, Industrie und Oberflächenwasser getrennt gehalten wird.

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Wenn angenommen wird, daß die Anlage in Betrieb ist, wird die Vorkammer 7 bzw. 40 im wesentlichen mit frisch eingeführter biologischer Masse gefüllt. Diese Masse wird in kontinuierlicher oder diskontinuierlicher Folge in der erwähnten Weise durch das Einlaßrohr 15 bzw. 46 mittels einer nicht dargestellten Pumpeinrichtung zugeführt. Die für die Methanerzeugung bestimmte Mikroorganismenkultur wurde noch nicht in die Masse eingeführt. Ein Heizmedium, z. B. heißes Wasser einer Temperatur von 60-80 ⁰C, zur Erwärmung der biologischen Masse wird der Rohrschleife bzw. 4 5 durch das Rohr 29 zugeführt. Je nach der Zuführungsgeschwindigkeit wird das Material aus der Vorkammer 7 bzw. 40 mittels der Pumpeinrichtung 18 bzw. 47 in die Behandlungskammer 8 bzw. 41 überführt.

Masse wird in die Vorkammer 7 durch das Einlaßzuführrohr eingeführt und mittels der Pumpe 16 und des Rohres 20 zum Motorventil 22 gefördert. Wenn dieses Ventil dann eingestellt wird, um die Masse durch das Rohr 24 zu leiten, wird in der Vorkammer mittels der Pumpwirkung eine Zirkulation der Masse erhalten, und man erzielt folglich einen Ausqleich der Wärmeverteilung in der Masse. Wenn die Masse in die Behandlungskammer 8 überführt werden soll, wird das Motorventil 22 umgestellt, wodurch die Masse aus der Vorkammer abgezogen und durch das Rohr 25 zur Behandlungskammer gefördert wird. Mittels der Pumpe 18 kann Masse aus der Behandlungskammer 8 durch das Einlaßrohr 19 gezogen und anschließend durch das Motorventil 2 3 über das Rohr 27 zur Behandlungskammer gefördert weden. Durch diese Anordnung ist eine Zirkulation des Materials in der Behandlungskammer mittels der Pumpwirkung möglich, so daß eine gleichmäßige Verteilung der

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bakteriologischen Kultur erhalten werden kann. Die Zirkulation mittels der Pumpwirkung kann alternativ mittels der Pumpe gemäß Fig. 3 erreicht werden. Durch diese Zirkulation wird die Masse gemischt, und gleichzeitig kann die Schaumdecke, die oben auf der Masse mit der bakteriologischen Kultur und für das Gas undurchlässig ist, gebrochen werden. Wenn das Material aus der Behandlungskammer entfernt werden soll, wird das Motorventil 23 umgestellt, und das Material wird durch das Rohr 26 und weiter zu einer Sammelstation, z. B. einem Mistlagerplatz ausgedrückt. In der Variante gemäß Fig. 3 kann die Masse durch Schwenken der Pumpe direkt vor das Rohr 50, wie schon erwähnt, ausgepumpt werden.

Die Fördermittel im Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 sind injder gleichen Weise eingerichtet. In den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 4 und 5 ist andererseits nur eine Pumpeinrichtung gezeigt, die Masse von der Vorkammer 40 zur Behandlungskammer 41 fördern kann. Überschußmasse, die zugeführt sein kann, wird aus der Behandlungskammer über den Rand der Kammer ausgepreßt und fließt in den Speicherraum innerhalb der Wand 34 herab. Jedoch können auch diese Ausführungsbeispiele mit komplizierteren Fördermitteln für die Zirkulation in den verschiedenen Räumen mittels der Pumpwirkung ausgestattet werden.

Die Wärmezufuhr, die Materialzufuhr und dessen Beseitigung werden in der. Weise eingestellt, daß das Material,, bevor es aus der Vorkammer entfernt wird, eine Temperatur von 60-70 ⁰C hat. Die Materialentfernung aus der Behandlungskammer wird ihrerseits so relativ zur Zufuhr justiert, daß die Behandlungskammer eine beträchtliche Materialmenge, vorzugsweise nicht weniger als 3/4 des verfügbaren Volumens, enthält. Die anaeroben Mikroorganismen, die für die Gaserzeugung

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verwendet werden sollen, sind in der Masse in der Behandlungskammer, und entsprechend der Zufuhr neuer Masse wircl auch diese mit der bakteriologischen Kultur infiltriert, und sämtliche zugeführte Masse wird nach und nach damit kontaktiert und nimmt daher an der Gaserzeugung teil.

Diese Gaserzeugung sollte, wie erwähnt, bei der Temperatur von 55-60 ⁰C stattfinden, und daher muß diese Temperatur in der frisch zugeführten Masse in der Behandlungskairaner eingehalten werden. Dies wird mittels guter Isolation und einer bestimmten Wärmemenge erreicht, die durch den Wärmeübergang von der Masse in der Vorkammer geliefert wird. Um jedes Entweichen von Wärme, das je nach der Jahreszeit variieren kann, noch weiter zu kompensieren, kann mehr oder weniger Wärme mittels der Heizwendel 31 in Fig. 1 zugeführt werden. In diesem Zusammenhang kann ein Reguliersystem bekannter Art mit thermischen Relais verwendet werden, die die Temperatur der Masse erfassen und sie regeln.

Mittels der bakteriologischen Kultur wird das Material in der Behandlungskammer 8 bzw. 41 zersetzt, wodurch Methan erzeugt wird. Dieses Gas wird im oberen Teil der Kammer durch das Rohr 32 b zw. 39 abgezogen und zu irgendeiner Art von Verbrauch, beispielsweise Heizkesseln oder gasbetriebenen Maschinen und/oder zu Lagerplätzen für einen späteren Verbrauch geleitet. Das Gas kann mit dem Druck gespeichert werden, den es durch den Prozeß erreicht, oder komprimiert und in Druckgefäßen gespeichert werden.

Das Material wird am besten zur Gaserzeugung ausgenutzt, wenn dieser Prozeß unter Durchmischung des Materials stattfindet,

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Ein solcher Mischungseffekt wird durch die mittels der Zirkulation des Materials durch die beschriebene Pumpwirkung erzielte Rührwirkung erhalten. Die Zufuhr und Abfuhr des Materials werden so eingestellt, daß die Durchschnittszeit, die das Substrat im Prozeß verbleibt angenähert 10 Tage ausmacht.

Jedoch ist die Zeit, die die Masse in der Vorkammer behandelt wird, nicht so wichtig, wenn sichergestellt ist, daß sie die gewünschte Temperatur erreicht. Es ist am vorteilhaftesten, die Masse durchzuarbeiten, so daß sie eine gleichmäßige Zusammensetzung und eine ausgeglichene Temperatur erreicht. Die beste Art, dies zu erreichen, ist durch Rühren. Um eine gleichmäßige Temperatur zu sichern, können die Zufuhr und Beseitigung des Materials und seine Zirkulation durch Pumpwirkung nach einem bestimmten Zyklus, nämlich zunächst die Zufuhr und anschließend die Zirkulation durch Pumpwirkung für eine bestimmte Zeitdauer, bevor es abgezogen wird, stattfinden, so daß das zugeführte Material Zeit hat, die gewünschte Temperatur zu erreichen.

Wenn das zugeführte Material Mist ist, erfolgt die Zufuhr üblicherweise nur ein- oder zweimal während 24 h. Dieses Material wird so mittels Zirkulation durch Pumpwirkung in der Kammer 7 bzw. 40 durchgearbeitet und erreicht dadurch eine gleichmäßigeJTemperatur und eine homogene Konsistenz. Während der Aufwärmung und der gleichzeitig stattfindenden Durchmischungswirkung können gewisse Gase, wie Kohlendioxid, je nach der Art des Materials entweichen. Es kann vorteilhaft sein, dieses Gas sich nicht mit dem erzeugten Methan vermischen zu lassen. Wie erwähnt, kann die Kammer 7 bzw.

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geschlossen werden, wodurch dis in der Vorkammer 7 entwickelte Gas leicht abgezogen werden kann. Das erzeugte Methan wird aus dem getrennten Raum 8 abgeführt.

Durch Leeren des Raumes 7 bzw. 40 in den Raum 8 bzw. 41 werden geeignet geringe Mengen folglich in kurzen Intervallen, angenähert einmal jede Stunde, ausgepumpt. Durch diese Anordnung wird der bakteriologische Prozeß in der geringsihöglichen Weise durch neu zugeführtes Material gestört. Das Auspumpen des Materials aus dem Raum 8 bzw. 41 findet zweckmäßig in der gleichen Weise, d. h. angenähert einmal jede Stunde statt.

Gemäß der Erfindung dient die Erhitzung der Masse in der Vorkammer dem Zweck, die beabsichtigte Temperatur in dem am Prozeß teilnehmenden Material zu erzeugen. Jedoch hat die Erhitzung auch einen Pasteurisiereffekt. Dieser Effekt kann noch weiter gesteigert werden, wenn die Temperatur bis zu und möglich über 65 C angehoben wird, bei welcher Temperatur krankheitserregente Bakterien der Salmonellen— Familie schnell getötet werden.

Jedoch sollte das der Gaserzeugungsstufe zugeführte Material keine Temperatur über 65 C haben, und falls der Pasteurisiereffekt durch erhöhte Temperatur beim Behandeln der in den Gaserzeugungsprozeß einzuführenden Masse erhalten werden soll, ist eine Temperaturerniedrigung auf angenähert 60 ⁰C erforderlich. Dies kann bewirkt werden, indem man die Masse durch eine Kühlschleife fließen läßt, bevor sie in die Behandlungskammer eingeführt wird, und ein Abkühlungsprozeß kann zur Vorwärmung von frisch zugeführtem Material ausgenutzt werden. Es kann daher vorteilhaft sein, die Vorkammer

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in Zonen aufzuteilen: Eine Zone zur Einführung, wo das frisch zugeführte_;nicht erhitzte Material in eine Kühlschleife eingeführt wird, in der das Material zur Abgabe in die Behandlungskairaner 8 bzw. 41 gefördert wird, und eine zweite Zone, die eine Rohrschleife mit einem Heizmedium enthält, zu welcher Zone die vorgewärmte Masse gefördert wird, um auf die gewünschte Maximaltemperatur erhitzt zu werden, bevor sie durch die Kühlschleife zur Behandlungskammer weiter^gefördert wird.

Auch wenn die Masse in der Vorkammer 7 bzw. 40 über 60 ⁰C erhitzt wird, ist es nicht sicher, daß eine besondere Abkühlung erforderlich ist. Durch überführen der Masse in kleinen Mengen zur Behandlungskairaner 8 bzw. 41, wie schon erwähnt wurde, tritt nur eine unbedeutende Störung des Prozesses auf, auch wenn die zugeführten Mengen eine Temperatur über 60 ⁰C haben sollten. Die Masse kühlt sich auch während der Förderung zur Behandlungskammer 8 ab.

Im Stand der Technik wurde angenommen, daß bei bakteriologischen Prozessen mit Kulturen anaerober Mikroorganismen zur Erzeugung von Methan die Temperatur im Bereich von 30-40 ⁰C liegen sollte. Im Zusammenhang mit der Erfindung wurde jedoch nachgewiesen, daß eine Erzeugung bei Temperaturen zwischen 50-60 ⁰C vorteilhaft durchführbar ist. Bei einer solchen Temperatur läuft der Prozeß rascher ab, und daher kann die Anlage besser als bei niedrigeren Temperaturen ausgenutzt werden. Jedoch muß eine gewisse Einbuße hingenommen werden, da die Methanmenge je Materialeinheit etwas niedriger als bei der niedrigeren Temperatur ist. Eine Gesamtbewertung der Menge des erzeugten Gases und der

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Kapitalkosten zeigt jedoch, daß ein bei der höheren Temperatur durchgeführter Prozeß unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten vorteilhafter ist. Es ist jedoch im Zusammenhang mit der höheren Temperatur wichtig, daß die Temperatur sehr sorgfältig reguliert wird, so daß sie nicht den Bereich der Koagulationstemperatur von Protein, nämlich 65 °c, erreicht, die die bakteriologische Kultur verderben würde.

Die Aufwärmung auf eine Pasteurisiertemperatur, mindestens 65 °c, ist eine wichtige Phase des Verfahrens. Dadurch wird tatsächlich erreicht, daß die resultierende Mistmenge ohne die für unpasteurisierten Mist geltenden Vorschriften verwendet werden kann. So kann der Mist während aller Jahreszeiten verstreut und auch für Gartenbauzwecke verwendet werden.

Das Material, das die Behandlung im Methanerzeugungsverfahren durchgemacht hat, wird aus der Behandlungskammer abgegeben und in den umgebenden Mistbehälter 34, 35 bzw. eine getrennte Mistablage für anschließende Verwendung gefördert. Das in dieser Weise behandelte Material ist zur Verwendung als Düngemittel geeignet.

Im Vorstehenden wurde beschrieben, wie die Anlage im kontinuierlichen Betrieb funktioniert. Beim Ingangsetzen des Prozesses sind jedoch besondere Maßnahmen wie Einführungen der Mikroorganismenkultur in die Masse in der Behandlungskammer erforderlich. Für diesen Zweck sind spezielle Methoden und Zusätze bekannt, um einen sicheren und schnellen Start des bakteriologischen Prozesses zu erreichen.

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Es besteht eine Gefahr, daß der bakteriologische Prozeß aufhört, und dies kann geschehen, wenn der pH-Wert unkorrekt ist (er sollte angenähert 6,8 sein), wenn die Temperatur ungeeignet ist (außerhalb des Bereichs von 50-60 ⁰C), wenn die Masse Luft ausgesetzt ist, wenn die Kultur überladen wird (zu rasche Zufuhr von frischem Material), wenn zu viel Material bei jeder Entleerung herausgeholt wird oder wenn ungeeignete Bestandteile (beispielsweise Chemikalien) der biologischen Masse zugeführt werden. Falls der Prozeß unter solchen Umständen aufhört, ist ein neuer Startvorgang erforderlich, und dieser kann in etwa der gleichen Weise wie der ursprüngliche nach Korrektur der Fehlerquellen ablaufen.

Ausführungsbeispiele der Anlage mit einem kompakten

+ ) Aufbau wurden in der Beschreibung erläutert wurden die Vorkammer und die Behandlungskammer so in unmittelbarem gegenseitigen Zusammenhang angeordnet. Konzentrische Anordnungen oder eine Aufspaltung eines gemeinsamen Behälters in die zwei Kammern mittels einer horizontalen oder einer vertikalen Wand wurden vorgeschlagen. Jedoch ist die Erfindung auf solche Arten von Anordnungen nicht beschränkt. Die Erfindung kann auch mit solchen Arten von Anlagen Anwendung finden, wo die Vorkammer und die Behandlungskammer getrennt voneinander und/oder auf getrennten Niveaus angeordnet sind, in welchen Fällen sie mittels einer Zahl von Rohrleitungen zum Fördern des Substrats verbunden sind. Durch solche Anordnungen kann die Anlage an verschiedene Arten von räumlichen Gegebenheiten angepaßt werden. Durch nicht nahe beieinander angeordnete Kammern kann der Vorteil erzielt werden, daß kein Einfluß bezüglich der Temperatur zwischen den Kammern auftritt.

+) und sind in der Zeichnung veranschaulicht. In allen Fällen

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Es ist nicht erforderlich,daß die Vorkammer als ein eigener Behälter ausgestaltet ist, sondern sie kann auch eine Rohrschleife oder eine rohrförmige Batterie sein, wo das Substrat für den angegebenen 2weck erwärmt wird. Der Raum für den Durchgang durch das Rohr oder die Rohre stellt in einem solchen Fall die Vorkammer dar.

Wie aus der Beschreibung ersichtlich ist, kann der Behälter für Abfall, in dem das Substrat nach dem Durchgang durch die Behandlungskammer gesammelt wird, vom Rest der Anlage getrennt oder, wie in den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 4-6_#. in dieser integriert sein. Jedoch ist die Erfindung auch in dieser Hinsicht nicht auf irgendein besonderes Ausführungsbeispiel beschränkt, da der Behälter für Abfall jede Form und Lage auf__weisen oder auch auf mehrere Räume aufgeteilt sein kann. Er kann auch entfallen, wenn der Abfall direkt zu einer Art von Beladeorganen zur Beseititung gefördert wird.

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Claims (10)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Methan aus einem Substrat, das ein organisches Material enthält, beispielsweise Mist, in einem Prozeß mittels einer Kultur anaerober und vorzugsweise thermophiler Mikroorganismen, die in einer Behandlungskammer (8; 41) in Kontakt mit dem organischen Material gebracht wird, in der das erzeugte Gas gesammelt wird,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Substrat in eine Vorkammer (7; 40) zur Vorbehandlung eingeführt wird, die mit Heizorganen (28; 4 5) versehen ist,

daß das Substrat in der Vorkammer (7; 40) wenigstens auf die Temperatur, die es während des Prozesses haben soll, oder vorzugsweise auf eine höhere Temperatur erhitzt wird und

daß es danach in die Behandlungskammer (8; 41) gefördert und in Kontakt mit der Kultur der Mikroorganismen gebracht wird, indem sie in der Behändlungskammer (8; 41) mit dem Substrat vermischt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat allmählich von der Vorkammer (7; 40) zur Behandlungskammer (8; 41) gefördert wird, so daß das mit der Mikroorganismenkultur vermischte Substrat den wesentlichen Teil des Substrats in der Behandlungskammer relativ zum von der Vorkammer (7; 40) frisch eingeführten Substrat darstellt und so eine Funktionsüberlastung der Mikroorganismenkultur vermieden wird.
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3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat in der Vorkammer (7; 40) auf eine solche Temperatur, daß ein Pasteurisierungseffekt erhalten wird, vorzugsweise <
erhitzt wird.

vorzugsweise auf eine Temperatur im Bereich von 65-75 C

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das der Mikroorganismenkultur in der Behandlungskammer (8; 41) zugemischte Substrat auf einer für die Mikroorganismenkultur günstigen Temperatur, vorzugsweise 50-60 ⁰C, gehalten wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat in der Vorkammer (7; 40) auf eine Temperatur von wenigstens etwa 65 C erhitzt und anschließend, vorzugsweise mittels frisch zugeführten Substrats, vor der Förderung zur Behandlungskammer (8; 41) auf eine Temperatur von etwa 55-65 ⁰C abgekühlt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat folgenden Behandlungen nacheinander in Kombination unterworfen wird:

Einführung in die mit den Heizorganen (28; 45) und Mischorganen (16, 17; 47; 48) versehene Vorkammer (7; 40);

Erhitzung in der Vorkammer (7; 40) auf eine Temperatur von etwa 65-75 ⁰C durch Rühren des Substrats;

Abgabe des Substrats von der Vorkammer (7; 40) zur Behandlungskammer (8; 41) mit einer Temperatur von etwa 55-65 ⁰C und nacheinander in kleinen Anteilen etwa einmal jede Stunde; und

Abtransport des durch den Prozeß behandelten Substrats aus der Behandlungskammer (8; 41).

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7. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem Behälter mit einer eine Behandlungskammer (8; 41) bildenden Kammer zwecks Einschlusses eines die Mikroorganismenkultur enthaltenden Substrats und mit Mitteln (Rohren 32, 39) zur Abführung des Gases aus dem Raum im oberen Teil der Behandlungskammer (8; 41)^ gekennzeichnet durch

einen zweiten Behälter, der zur Bildung einer Vorkammer (7; 40) vorgesehen ist und ein Mittel (Rohr 15) zum Einführen frischen Substrats in die Vorkammer (7; 40), Organe (28; 45) zum Erhitzen des Substrats und Mittel zum Fördern des behandelten Substrats in die Behandlungskammer (8; 41) zwecks Zuführung des frischen erhitzten Substrats zu dem die Mikroorganismenkultur enthaltenden Substrat aufweist.

8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet ,daß die Mittel zum Fördern des erhitzten Substrats in die Behandlungskammer (8; 41) Pumpeinrichtungen (16, 17; 47; 48) aufweisen, die zwischen der Förderung des Substrats von der Vorkammer (7; 40) in die Behandlungskammer (8; 41) und dem Vermischen des Substrats in einer der Kammern zur Zirkulation desselben als Ergebnis der Pumpwirkung umschaltbar sind.

9. Anlage nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, da£, wenigstens eine Pumpeinrichtung (48) wenigstens in dem die Behandlungskammer (8; 41) bildenden Raum vorgesehen und mit einer Saugöffnung und einer Drucköffnung (49) versehen ist, welch letztere vor der Öffnung eines sich von der Kammer erstreckenden Rohres (50) angeordnet ist, und daß die Pumpeinrichtung (48) zwischen Stellungen schwenkbar ausgebildet ist, in deren einer die Drucköffnung (49) zur Öffnung des Rohres (50) hin gerichtet ist und in deren anderer die Drucköffnung (49) frei ist, so daß Substrat in das Rohr (50) bzw. rings^um in die Kammer (8; 41) gepumpt werden kann.

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29A0998

10. Anlage nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kanunern (7; 40, 8; 41) zur Bildung einer Einheit in einem Abfallbehälter (34, 35), beispielsweise einer Mistgrube, ausgestaltet sind und die Anlage so eingerichtet ist, daß Substrat von der Behandlungskammer (8; 41^ dessen Behandlung beendet ist, in den Abfallbehälter überführt (34, 35) wird.

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