DE2944584C2 - Vorrichtung zur Herstellung von Biogas - Google Patents

Vorrichtung zur Herstellung von Biogas

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DE2944584C2 DE2944584A DE2944584A DE2944584C2 DE 2944584 C2 DE2944584 C2 DE 2944584C2 DE 2944584 A DE2944584 A DE 2944584A DE 2944584 A DE2944584 A DE 2944584A DE 2944584 C2 DE2944584 C2 DE 2944584C2
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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Biogas nach der im Anspruch 1 angegebenen Gattung.
Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (US-PS 22 394) weist der Deckelteil auf seiner Innenseite konzentrische Ringe auf, die entsprechend der Form des Deckelteils von außen nach innen geringfügig ansteigen in bezug auf die Oberfläche der Biomasse. Diese Ringe dienen dazu, das aufsteigende Gas einzufangen, bis der dabei entstehende Gasdruck ein Wiedereintauchen des freien Gases in und unter die Oberfläche erzwingt, so wodurch im Oberflächenbereich der Flüssigkeit Vermischungen hervorgerufen werden und dabei die Schwimmdecke zerbrochen wird. Hierzu ist es erforderlich, daß der Deckelteil aufgrund seines Gewichtes seine Position oberhalb der Biomasse im wesentlichen einhält, wenn er das Gas in die Flüssigkeit zurückdrücken soll. Weiterhin müssen die Ringe ständig mit der Oberfläche der Biomasse in Berührung stehen, um im vorgesehenen Sinne wirksam zu sein. Wenn der Deckelteil durch die Volumenarbeit des Biogases angehoben wird, werden die Ringe sofort unwirksam. Dies bedeutet weiterhin, daß unter dem Deckelteil nur sehr beschränkte Mengen an Gas eingefangen werden können, während das übrige entstehende Gas sofort abgeleitet werden muß, r da sonst unweigerlich ein unerwünschtes Anheben des Deckelteils eintreten würde. Sofern der nachfolgende Gasspeicher von dem Raum unterhalb des Deckelteils nicht druckmäßig abgetrennt ist, müssen die Menge der aus der Biomasse aufsteigenden Gase einerseits und di Menge der entnommenen Gase andererseits ii wesentlichen ständig gleich gehalten werden. Dies V. nur sehr schwierig oder gar nicht möglich.
Weiterhin war eine Biogasanlage (»Berliner Bauart aus der Zeitschrift Agrartechnik, Heft 10, Oktober 195; Seiten 467—469) bekannt, in welcher eine Rechenank ge zur Zerstörung der Schwimmdecke in einei Faulbehälter vorgesehen ist, der gleichzeitig al Gassammeiraum dient Wenn der Biogasverbrauc gering ist, steigt der Druck im Gassammeiraum an im führt dazu, daß die Schwimmdecke nach unten durch di Rechenanlage gedrückt und dabei mit zerstört wire Wenn andererseits der Gasverbrauch hoch ist, sinkt de Druck im Gassammeiraum ab, während die Schwimm decke wieder aufsteigt und erneut durch die Rechenan lage gedrückt und zerteilt wird. Eine Schwimmdecken zerstörung findet also nur dann statt, wenn da Verhältnis zwischen Biogasentwicklung und Biogasvei brauch häufig stark schwankt
Es ist bekannt, das bei solchen Biogasanlage anfallende Gas in einem Gasbehälter zu sammeln, de durch eine oberhalb der Biomasse schwebende um teilweise in die Biomasse eintauchende Gasspeichei glocke gebildet wird. Um ein großes Gasvolume aufnehmen zu können sind solche Gasspeicherglocke üblicherweise so ausgebildet, daß sie in den zugeordne ten, die Biomasse enthaltenden Behälter langhubij eintauchen bzw. daraus wieder auftauchen könne (Agrartechnik, Heft 10, Oktober 1957, Seiten 467-469
Außerdem ist es bei den bekannten Biogasanlage: erforderlich, die bei der Zerstörung der Schwimmdeck anfallenden Bruchstücke mit hierfür geeigneten Einrich tungen durch geeignete öffnungen auszutragen, wöbe für das Austragen der Bruchstücke üblicherweis« Fremdenergie erforderlich ist
Aufgabe der Erfindung ist es, -:ine gattungsgemäß Vorrichtung derart weiterzubilden, daß die Volumenar beit des Gases bei größerer Unabhängigkeit von dei anfallenden und verbrauchten Gasmengen besser um einfacher genutzt wird für das Betreiben der Vorrich tung.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist in Anspruch 1 angegeben, während eine vorteilhaft« Weiterbildung dem Anspruch 2 entnommen werde! kann.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin daß die langhubige Bewegung einer Gasspeicherglockc dazu ausgenutzt wird, die Schwimmdecke ständig zi bearbeiten unabhängig von dem gerade anstehendet Verhältnis zwischen Biogaserzeugung und Biogasvor brauch.
Ein zusätzlicher wesentlicher Vorteil der Erfindunj ist darin zu sehen, daß die Schwimmdeckenbruchstück· unmittelbar während der Bearbeitung der Schwimm decke ausgetragen werden und hierfür keine Fremd energie erforderlich ist, da die Hubarbeit der Biogas« hierzu ausgenutzt wird.
Die Wirkung der erfindungsgemäßen Vorrichtunj wird dann optimiert, wenn der Verwenderteil und di« Gasspeicherglocke kreisförmigen Querschnitt aufwei sen und die Einbauten wendelförmig angeordnet sind Denn dann wird die Gasspeicherglocke während ihre Auf- und Abbewegung durch die Hubarbeit der Biogasc noch zusätzlich gedreht
Die F i g. 1 bis 3 stellen zwei bevorzugte Ausführungs formen der erfindungsgemäßen Vorrichtung (Gasome ter) dar, wobei F i g. 2 den Querschnitt der in F i g. 1
skizzierten Vorrichtung zeigt,
Die Vorrichtung gemiß F i g, 1 und 2 besteht aus dem beheizbaren, auf dem Boden fest stehenden bzw, in den Boden eingelassenen tankähnlicben Gefäß I1 d.h, dem Fermenterteil, und der luftdicht damit verbundenen und auf- und abbeweglichen Gasglocke Z Der Gasometer (Fermenter) ist mit einer Leitung für die Zufuhr von Frischjauche 10 und vorteilhaft mit einer Pumpe 8, ferner mit einem Abflußrohr 4 für die Ableitung der fermentierten Jauche und die Abfuhr der Schwimiadekken-Bruchstücke und mit einer durch den Hahn 11 verschließbaren Abzapfleitung 7 für das erhaltene Biogas versehen. Die Gasglocke 2 enthält in ihrem Innern Einbauten 3, welche aus einem oder mehreren trichterförmigen Gebildeten sowie einer oder mehreren Lochplatten 6 bestehen. (In F i g. 1 sind drei solche »Trichter« 3 und zwei Lochplatten 6 eingezeichnet (es können aber auch mehrere sein); Fig.2 zeigt die Draufsicht auf diese Einbauten.)
Anstelle einer Glasglocke kann auch ein Kolben, welcher sich in einem entsprechend langen, zylinderförrnigen Fermentertei! auf· und abbewegt und die erwähnten Einbauten und Lochplatten trägt, eingesetzt werden.
Die Vorrichtung gemäß Fig.3 besteht aus dem beheizbaren, auf dem Boden feststehenden bzw. in den Boden eingelassenen Fennenterteil 13 mit einem abgeschrägten Boden, welcher von einem Sockel 23 durchstoßen ist und der luftdicht damit verbundenen und auf- und abbeweglichen Gasglocke 14. Der Boden des Fermenterteils hat gegenüber der Horizontalen eine Neigung von etwa 20°. Der Gasometer ist ferner mit einer Leitung 24 und mit Pumpe 20 versehen für die Zufuhr von Frischjauche, ferner mit einem ringförmig um den Fermenterteil liegenden Überlaufwehr, welches einen Ringkanal 16 bildet, dessen Boden leicht geneigt ist (etwa 20° gegenüber der Horizontalen) und dessen unterster Teil in eine Leitung mit Syphon 17 für die Ableitung der fermentierten Jauche und die Abfuhr der Schwimmdecken-Bruchstücke ausläuft, und mit einer durch den Hahn 21 verschließbaren Abzapfleitung 19 für das erhaltene Biogas. Die Gasglocke 14 enthält in ihrem Innern Einbauten 15, welche aus eine.m oder mehreren trichter- oder wendeiförmigen Gebilden bestehen. Sowohl die »Trichter« als auch die »Wendeln« verjüngen sich nach oben hin. Außerdem tragen die Einbauten noch Lochplatten 18 und sin zusätzliches Gewicht 22. (In der F i g. 3 ist ein solcher »Trichter« 15 und eine Lochplatte 18 eingezeichnet; es können jedoch deren mehrere vorhanden sein.)
Die Pumpe 8 in F i g. ί bzw. 20 in F i g. 3 kann weggelassen werden, wenn das Niveau des Vorratsgefäßes genügend höher liegt als dasjenige im Fermenler 1 bzw. 13.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Biogas soll anhand der Funktionsweisen der in F i g. 1 (bzw. 2) und F i g. 3 dargestellten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtungen näher erläutert werden.
In der Vorrichtung gemäß F i g. 1 und F i g. 2 wird aus der Grube 9 mittels der Pumpe 8 über die Leitung 10 Frischjauche in den unteren Teil des Gasometers (Fermenterteils) 1 bis zur gewünschten Höhe, d. h. bis zum Überlauf am oberen Ende des Rohres 4 gepumpt, wie das in F i g. 1 dargestellt ist (Falls die Niveau-Unterschiede der Jauche in Grube 9 und derjenigen im Fermenterteil 1 nur gering sind oder das Niveau der Jauche in 9 sogar höher li%'t als in 1, was oft dann der Fall ist, wenn der Fermenterteil in den Boden versenkt ist, kann die Pumpe 8 weggelassen werden.) Dann wird der Hahn ti am Abzugsrohr 7 geschlossen, wobei sich die Glocke 2 zusammen mit den Einbauten 3 und den Siebplatten 6 infolge der fortschreitenden Bildung von Biogas hebt Sobald die Glocke die gewünschte obere Stellung erreicht hat (etwa dort, wo sie in F i g, 1 eingezeichnet ist), wird der Hahn It geöffnet und das Biogas abgezogen. Hierbei senkt sich die Gasglocke zusammen mit den Einbauten 3 und den Siebplatten 6, wobei durch die trichterförmigen Einbauten 3 die Schwimmdecke zerstoßen wird, während die Siebplaiten die Biomasse aufwirbeln. Beim neuerlichen Schließen des Hahns 11 und Aufsteigen der Gasglocke 2 werden die Bruchstücke der Schwimmdecke von den »Trichtern« 3 nach innen in das Rohr 4 abgedrängt und somit in die Grube 5 gefördert Das Rohr 4 taucht genügend tief in die fermentierte Jauche der Grube 5 ein.
In der Vorrichtung, die durch F i g. 3 skizziert ist, wird durch die Leitung 24, beispielsweise mi^.els der Pumpe 20, Frischjauche in den unteren Teil öes Gasometers (d. h. in den Fermenter) 13 bis zur gewünschten Höhe gepumpt Dann wird der Hahn 21 am Abzugsrohr 19 geschlossen, wobei sich die Glocke 14 zusammen mit den Einbauten 15 und den Siebplatten 18 und dem Gewicht 22 infolge der fortschreitenden Bildung von Biogas hebt Dann wird der Hahn 21 geöffnet wobei das Biogas durch die Leitung 19 entweicht und seiner Verwendung zugeführt werden kann. Hierbei senkt sich die Gasglocke 14 mit den Einbauten, Siebplatten und Gewicht maximal bis zu dem Punkt, an dem das Gewicht 22 auf dem Sockel 23 aufsitzt Bei dieser Abwärtsbewegung wird die Schwimmdecke durch die trichterförmigen Einbauten 15 zerstoßen, während die Biomasse durch die Siebplatten 18 aufgewirbelt wird. Dann wird der Hahn 21 wiederum geschlossen, wodurch die Gasglocke 14 von neuem angehoben wird und die zuvor zerstoßenen Schwimmdecken-Bruchstücke nach außen in den Ringkanal 16 abgedrängt und durch das Rohr und Syphon 17 zur Apparatur hinausbefördert werden.
Die Durchmischung der Biomasse durch die Lochplatte 6 bzw. 18 in den F i g. 1 und 3 kann durch Kolbenpumpen, Mammutpumpen etc unterstützt werden.
Periodisch wird Frischjauche in den Gasometer eingepumpt wobei fermentierte Jauche über die Leitung 4 bzw. 19 zur Vorrichtung hinausfließt
Der beschriebene Vorgang kann beliebig oft wiederholt werden. Vorzugsweise erfolgen pro Tag 1 bis 4 Hebungen und Senkungen der Glocke und 1 bis 2 Neufüllungen des Feimenterteils mit Frischjauche.
Der Effekt der Auf- und Abbewegung der Gasglocke zusammen mit den genannten Einbauten kann durch Drehen der Gasglocke (der Gasometer hat vorzugsweise kreisförmigen Querschnitt) verstärkt we-den, was besonders wirksam bei wendeiförmigen Einbauten in der Gasglocke ist Dies kann maschinell von außen oder durch die Auf- und Abbewegung selbst mit Hilfe der hierbei üblichen mechanischen Einrichtungen bewerkstelligt werden.
Die beschriebene Funktionsweise kann auf Übliche Art automatisiert werden; dies ist insbesondere für die bevorzugte kontinuierliche Arbeitsweise angezeigt
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäßc Vorrich.yng hat gegenüber vorbekannten Verfahren und Vorrichtungen den Vorteil, daß es sehr einfach, effektvoll und energiesparend ist da es
allein durch die Biogasbildung betrieben wird und keinerlei äußere mechanische Einrichtungen benötigt.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung (siehe F i g. I bzw. 2 sowie F i g. 3).
Beispie I 1
Der noch leere Gasometer, bestehend aus dem Fermenterteil 1 (Durchmesser 4 m, Höhe 4,3 m, Volumen 50 m3) und der Gasglocke 2 (Durchmesser 3,8 m, Höhe 2 m, Volumen total 22 m3) wird über die m Leitung 10 mittels der Pumpe 8 mit 50 m' Frischjauche (Biomasse) bis zum Überlauf des Wehrs 12 und somit automatisch auch bis zum Überlauf am oberen Ende des Rohres 4 aufgefüllt. Dann wird der Hahn 11 geschlossen und das Ganze auf 33° C aufgeheizt, wobei die anaerobe ; · Fermentation einsetzt. Es bildet sich hierbei Biogas, welches unter Druck des Glockengewichtes steht um ca. 300 mbar beträgt, und auf der Oberfläche der Jauche eine Schwimmdecke. Durch die zunehmende Menge an
Einbauten 3 und den Siebplatten 6 angehoben, bis sie ungefähr die in der Fig. 1 eingezeichnete Stellung erreicht hat. Hierbei werden Bruchstücke der jetzt zerstörten Schwimmdecke in das Rohr 4 und von dort in die Grube 5 gefördert. Nun wird der Hahn 11 geöffnet. :> Hierbei strömt das Biogas aus, welches bestimmungsgemäß verwendet werden kann. Die Glocke zusammen mit den Einbauten unJ den Siebplatten sinkt, wobei die Schwimmdecke durch die Einbauten 3 zerstört wird. Die ganze Biomasse wird hierbei durch die Lochplatten 6 jo bei jeder Auf- und Abbewegung der Glocke etwas aufgewirbelt. Dann wird der Hahn 11 wieder geschlossen und das Ganze beginnt von vorne und kann beliebig oft wiederholt werden.
In einer bevorzugten kontinuierlichen Ausführungs- ü form wird in diesem Prozeß täglich 2 m3 Frischjauche eingespeist und zugleich dasselbe Volumen fermentierte Jauche über den Überlauf 4 ausgestoßen. Hierbei entstehen gleichzeitig 50 bis 70 m3 Biogas, gemessen be dem oben angegebenen Druck der Glocke.
Beispiel 2
Der noch leere Gasometer, bestehend aus dem Fermenterteil 13 (Durchmesser 4 m, Höhe 4,3 m, Volumen 50 m3) und der Gasglocke 14 (Durchmesser 3,8 m Höhe 2 m, Volumen total 22 m3) wird über die Leitung 24 mittels der Pumpe 20 mit 50 m3 Frischjauchi (Biomasse) bis zum Überlaufwehr am Ringkanal Ιβ aufgefüllt. Dann wird der Hahn 21 geschlossen und das Ganze auf 33°C aufgeheizt, wobei die anaerobe Fermentatio1' einsetzt. Es bildet sich hierbei Biogas, welches unter dem Druck des Gewichts der Glocke und deren Einbauten, Siebplatten und Gewicht steht und etwa 30 mbar beträgt, und auf der Oberfläche der Jauche eine Schwimmdecke. Durch die zunehmende Menge an Biogas wird die Gasglocke 14 zusammen mit den Einbauten 15, Siebplatten 18 und Gewicht 22 aPigChobcn. inCrbci wefuefi m'üCnSiückc uci jet£i zerstörten Schwimmdecke in den Ringkanal 16 und von dort in Leitung und Syphon 17 abgeleitet. Nun wird der Hahn 21 geöffnet. Hierbei strömt das Biogas aus, welches bestimmungsgemäß verwendet werden kann. Die Glocke zusammen mit den Einbauten, Siebplatten und dem Gewicht sinkt, wobei die Schwimmdecke durch die Einbauten 15 zerstört wird. Die ganze Biomassii wird hierbei durch die Lochplatten 18 bei jeder Auf- und A'.'-bewegung der Glocke etwas aufgewirbelt. Dann wird der Hahn 21 wieder geschlossen und das Ganze beginnt von vorne und kann beliebig oft wiederholt werden.
In der bevorzugten kontinuierlichen Ausführungsform wird in diesem Prozeß täglich 2 m3 Frischjauche eingespeist und zugleich dasselbe Volumen fermentierte Jauche ausgestoßen. Hierbei entstehen gleichzeitig 50 bis 70 m3 Biogas, gemessen bei dem oben angegebenen Druck der Glocke.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentansprüche;
    J, Vorrichtung zur Herstellung von Biogas durch bakterielle anaerobe Fermentation einer Biomasse aus tierischen Exkrementen, Pflanzen und/oder pflanzlichen Abfällen, insbesondere Jauche, mit einem beheizbaren, am Boden feststehenden oder in den Boden eingelassenen unteren Fermenterteil und einem damit luftdicht verbundenen, auf- und abbewegbaren oberen Deckelteil, der das aus der iu Biomasse aufsteigende Biogas auffängt und durch sein Gewicht den Gasdruck bestimmt, wobei der Fermenterteil eine Leitung für die Zufuhr von Frischjauche, und Ableitungen für die Entfernung von fermentierter Jauche und Schwimmdecken-Bruchstücken aufweist, auf der Innenseite des Deckelteils Einbauten fest angebracht sind, die zum Mischen der Biomasse und Zerstören der Schwimmdecke dienen, und eine Leitung für die Abzapfung der Biogase vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckelteil als durch die Volumenarbeit des Biogases auf- und abbewegbare Gasspeicherglocke (2; 14) ausgebildet ist, in der die Einbauten als trichter- oder wendeiförmige Teile (5; 15) derart angeordnet sind, daß sie bei der Auf- und Abbewegung jeweils die Schwimmdecke durchstoßen, und sich in einer solchen Richtung verjüngen, daß sie bei der Aufwärtsbewegung Schwimmdekken-Bruchstücke zur öffnung der Ableitung (4; 16) drängen, auf denen Höhe das Niveau der Biomasse gehalten wird.
    Z Vü.-richtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Lochplat"' ,n (6; 18) im Inneren der Gasspeicherglocke an dieser fest angebracht sind und sich unterhalb der Sch' "ümmdecke erstrecken.
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