DE3014780C2

DE3014780C2 - Biogasanlage

Info

Publication number: DE3014780C2
Application number: DE3014780A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr.-Ing. 2380 Schleswig Vogt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-04-17
Filing date: 1980-04-17
Publication date: 1981-10-29
Also published as: DE3014780B1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Biogasanlage, die nach dem Portionssystem arbeitet, mit mehreren Reaktoren und einem gemeinsamen Energiespeicher.

Biogasanlagen haben den Zweck, das Gas, das bei der Anaerob-Vergärung von organischen Stoffen — einem Abbauprozeß durch Bakterien unter Luftabschluß — anfällt, wirtschaftlich nutzbar zu machen durch Ausnutzung der zu erzeugenden Wärme. Derartiges Biogas besteht aus einem Gasgemisch, das sich aus 50 bis 70% des Energieträgers Methan CH4 und 30 bis 50% aus Kohlendioxyd CO2 zusammensetzt. Daneben entstehen Spuren von H2, H2O und H2S und anderen Gasen.

Eine schnelle Abgasung findet bei ungefähr 55° C statt. Um diese Temperatur zu halten, muß viel Wärme zugeführt werden. Die in diesem Bereich arbeitenden Bakterien sind sehr empfindlich gegenüber Temperatur-Schwankungen. Normalerweise findet die Abgasung in der Praxis unter einer Temperatur von etwa 36° C statt.

Bei Biogasanlagen wird als Ausgangsstoff für die Gasbildung in der Regel der Dung von Kühen, Schweinen und Hühnern benutzt Es ist jedoch auch möglich, von organischen Küchenabfällen, Schlachtereiabfällen auszugehen. Für die Abgasung wird vorzugsweise von einem flüssigen Ausgangsstoff mit einem Trockenstoffanteil zwischen 7% und 9% ausgegangen, der als die sogenannte »Gülle« bezeichnet wird. Die Abgasung, die ohne Energiezufuhr und ohne Energieabgabe erfolgt, dauert etwa 14 Tage bei einer Durchflußanlage ohne vollständige Vergasung und bis zu 8 Wochen bei einer sogenannten Portionsanlage bei fast vollständiger Vergasung, sofern eine Abgasungstemperatur von 35°C vorliegt

Bekannte Biogasanlagen lassen sich in zwei Klassen einteilen, und zwar in Anlagen, die nach dem Durchflußsystem arbeiten, und andere Anlagen, die nach dem Portionssystem arbeiten.

Bei Anlagen, die nach dem Durchflußsystem arbeiten, fließt fortlaufend Gülle in einen Reaktorbehälter und wird dort auf 35° C erwärmt, abgegast und aus dem Reaktor abgeleitet Zufluß und Abfluß sind damit stets gleich. Wenn die Durchlaufzeit 14 Tage oder langer dauert, so ist die Abgasung nicht vollkommen. Das DurchfluBsystem hat seine maximale Leistung bei einer systembedingten, bestimmten Güllemenge. Eine vorherige Bestimmung der von den gehaltenen Tieren zu erwartenden Güllemenge einschließlich der Art des Dunges ist jedoch schwierig, wobei noch hinzu kommt, daß sich die Belegung des Betriebes bzw. die Tiermenge im Verlaufe der Zeit regelmäßig ändert. Eine zu große Tiermenge führt jedoch zu einem zu schnellen Durchfluß und damit zu einer unvollständigen Vergasung. Wird nämlich zu viel Gülle in eine nach dem Durchflußsystem arbeitende Biogasanlage eingeführt, so läßt sich nicht die gesamte Gülle ausnutzen für die Energieverwertung. Sie muß vielmehr unvergast wieder austreten. Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß bei einem Auftreten von Betriebsstörungen die Gesamtanlage außer Betrieb gesetzt werden muß.

In Anlagen, die nach dem Portionssystem arbeiten, erfolgt die Abgasung in einzelnen Portionen. Die Gasproduktion ist damit zwar nicht kontinuierlich. Durch Ausnutzung mehrerer Reaktorbehälter läßt sich jedoch eine annähernd gleichmäßige Gasproduktion erzielen. In der Regel wird dafür mit vier bis sechs Reaktorbehältern gearbeitet. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß bei einer Änderung der Belegung die Möglichkeit besteht, einen Reaktor abzuschalten oder einen weiteren Reaktor hinzuzuziehen. Die Durchlaufzeit läßt sich dabei durch Änderung der Reaktortemperatur regeln. Portionsanlagen haben für den kleinen und mittleren landwirtschaftlichen Betrieb somit den Vorteil, in der technischen und wirtschaftlichen Nutzung überschaubar zu sein, wobei noch der Vorteil der Möglichkeit eirer Erweiterung gegeben ist.

Zu einer Biogasanlage, die nach dem Portionssystem arbeitet, gehört regelmäßig ein Vortank, in dem die Gülle homogenisiert wird eventuell unter Zusatz von Wasser und Stroh und der pH-Wert zu prüfen ist. In dem Lagertank wird die abgegaste Gülle bis zur abschließenden Verwendung als Düngemittel aufbewahrt. Dem Energiespeicher kommt die Aufgabe zu, den Verbrauch und die, Erzeugung an Energie auszugleichen. Dafür können Gas-Hochdruck-Behälter Verwendung finden. In Betracht kommen jedoch auch aufgeheizte Wasserbehälter. Das Maschinenhaus, das der Steuerung der gesamten Anlage dient, enthält die erforderlichen Pumpen und Steuerventile sowie gege-

benenfalls einen Gaskompressor, wenn der Energiespeicher aus einem Gas-Hochdruck-Behälter besteht, oder einen Gasofen zur Erzeugung von Warmwasser oder einen Elektrogenerator, wenn zusätzlich elektrischer Strom erzeugt werden soll. Den wesentlichen Bestandteil der Anlage bilden darüber hinaus die Reaktorbehälter, in denen die Abgasung der Gülle- erfolgt. Für diese Reaktorbehälter ist es von wesentlicher Bedeutung, die Wärme auf einer konstanten Betriebstemperatur zu halten. Das setzt jedoch voraus, daß die Wärmeabgabe nach außj?n möglichst gering gehalten wird, denn je geringer die Wärmeabgabe nach außen ist, desto weniger wird an erzeugter Energie von der Anlage selbst verbraucht

Bei einer bekannten Biogasanlage mit vier Reaktor- is behältern sind diese im Querschnitt quadratisch ausgebildet und stehen unmittelbar aneinander innerhalb einer quadratischen gemeinsamen Außenwand. Eine besondere Wärmeisolierung ist dabei nicht vorgesehen. Der Energiespeicher steht außerhalb der Reaktorbehälter. Wird bei einer solchen bekannten Anlage ein Reaktorbehälter entleert, so kühlt er sich erheblich ab, und zwar auch wieder beim Einfüllen neuer Gülle, die nur eine Temperatur von etwa 10⁰C hat. Die Abkühlung wirkt sich aus auf die beiden unmittelbar angrenzenden, nebenstehenden Reaktorbehälter. Dadurch wird jedoch in diesen die Betriebstemperatur abgesenkt. Um dem Rechnung zu tragen, ist bei den bekannten Anlagen jeder Reaktorbehälter mit einer gesonderten Heizung versehen durch Anschluß an eine Sammelheizleitung, über die sich zunächst die Gülle aufheizen läßt und danach die gewünschte Betriebstemperatur beibehalten läßt. Ein derartiger Betrieb erfordert jedoch einen relativ hohen Energieaufwand. Dies gilt auch für eine andere bekannte Biogasanlage (Biogas I Danmark; Brandbjerg Hojskole 79, Blatt 35) bei der mehrere sektorförmige Reaktorbehälter kreisförmig angeordnet sind allerdings unter Freilassung einer in der Mitte liegenden, oben offenen Kammer, die als Vortank dienen soll.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Biogasanlage zu schaffen mit einem im Vergleich zu bekannten Anlagen verbesserten Wärmehaushalt zum Zwecke einer gesteigerten Energiegewinnung bei besonders einfacher und raumsparender Bauweise. Gemäß der Erfindung ist dafür vorgesehen, daß die Reaktoren gleichmäßig um den Energiespeicher herum verteilt angeordnet sind und in einem geschlossenen Gebäude stehen. Dadurch wird vom Energiespeicher abgegebene Wärme noch ausgenutzt. Ausgegangen werden kann dabei von dem so Zustand, in dem der Energiebehälter im Inneren des Gebäudes eine Temperatur aufweist von etwa 65 bis 75°C und in den Reaktorbehältern eine Betriebstemperatur von etwa 35° C optimal ist. Der Raum zwischen dem Energiebehälter und zwischen den Reaktorbehältern hat bei der erfindungsgemäßen Anordnung unter diesen Umständen ebenfalls eine Temperatur von etwa 35°C, d.h. also wie das Innere der Reaktorbehälter, unter der Voraussetzung, daß die Reaktorbehälter und der Energiespeicher umschlossen sind von einerr. wärmeisolierenden Gebäude. Die Reaktorbehälter selber brauchen unter diesen Umständen nicht isoliert zu sein. Es genügt vielmehr oder ist besonders vorteilhaft, wenn der Energiespeicher zusätzlich eine Wärmedämmschicht trägt. Dies gilt auch für die Gebäudewände, die deshalb vorzugsweise nicht aus Beton, sondern aus einem wärmeisolierenden Stoff hergestellt sind, der in Leichtbauweise herkömmlicher Art verarbeitet ist Die Außenwand kann dabei im Querschnitt ringförmig bzw. zylindrisch ausgebildet sein oder auch vieleckig, wobei die Anzahl der Seitenwände vorzugsweise der Anzahl der Reaktorbehälter entspricht, so daß also die Gehäuwaußenwand bei einer Anlage mit sechs Reaktorbehältern sechs Wandabschnitte aufweist Eine weitere Raumersparnis läßt sich dadurch erzielen, daß anstelle eines Reaktorbehälters der Maschinenraum innerhalb des Gebäudes angeordnet wird, und zwar neben und/oder unter dem Energiespeicher. Die Reaktorbehälter können als Betonfertigteile ausgebildet sein und stehen vorzugsweise im Abstand zueinander und zu dem Energiespeicher, damit die Gesamtanlage begehbar ist. Sie können einen Durchmesser von vorzugsweise bis zu drei Metern haben, damit sie im öffentlichen Straßenwesen für ihre Montage zu transportieren sind.

Ausführungsbeispiele der E-findung sind nachstehend unter Bezugnahme auf eine Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig.! eine Biogasanlage mit sechs Reaktorbehäliern im Querschnitt,

Fig. 2 eine Biogasanlage mit kreisringförrniger Gehäusewand, die den Maschinenraum umschließt, und F i g. 3 einen Querschnitt durch eine Biogasanlage.

Die in Fig. 1 schematisch im Querschnitt wiedergegebene Biogasanlage besitzt ein Gebäude 1, das aus wärmedämmenden Stoffen in Leichtbauweise erstellt ist Dieses Wärmeschutzgebäude 1 besitzt sechs Seitenwände 2, die sechs Reaktorbehälter 3 umschließen. Die Reaktorbehälter 3 stehen im Abstand zueinander und zu einem mittig angeordneten Energiespeicher 4, der ebenso einen zylindrischen Mantel aufweist. Die Reaktorbehälter 3 können als Betonfertigteile ausgebildet sein. Im Gegensatz zum Energiespeicher 4 tragen sie keine zusätzliche Wärmedämmschicht.

Die Anordnung von F i g. 2 unterscheidet sich von der vorbeschriebenen insoweit als dort das Gebäude eine im Querschnitt kreisrunde Wand 6 aufweist. Außerdem ist von dem Gebäude ein Maschinenraum 7 umschlossen, der die schematisch dargestellten Pumpen und Steuerventile 8 aufnimmt und sich bis unter den Energiespeicher 4 erstrecken kann.

Der Schnitt nach F i g. 3 zeigt ebenfalls eine Anlage, bei der mehrere Reaktorbehälter 3 bzw. Reaktoren satellitenförmig um einen in der Mitte stehenden Energiespeicher 4 angeordnet sind. Der Maschinenraum 7 wird ebenfalls von der Gehäusewand 2 umfaßt und erstreckt sich bis unter den Energiespeicher 4.

Die Wände und die Decke des Gebäudes 1 sind auf ihrer Innenseite mit einer Wärmeisolierung 9 versehen. Der Energiespeicher 4 ist auf seiner Außenseite mit einer Wärmeisolierung 10 versehen.

Für den Betrieb der Anlage ist der Energiespeicher 4 an eine Warmwasserzuleitung 11 angeschlossen und an eine Warmwasserableitung 12. Diese Leitungen 11 und 12 sind an eine Heizschlange 13 angeschlossen. Wird das Abgas aus den Reaktoren 3 über Leitungen 4 und ein Steuerventil 15 in einen nicht in der Zeichnung wiedergegebenen Ofen abgeleitet und dort verbrannt, so wird die dadurch erzeugte Wärme zum Aufheizen eines geschlossenen Heißwasserkreislaufes ausgenutzt, der durch die Heizschlange 13 des Energiespeichers 4 geführt ist, so daß das in dem Speicher 4 gespeicherte Wasser aufgewärmt wird für eine spätere Ausnutzung als Entergieträger insbesondere zu Heizungszwecken der Wohn-, Arbeits- und Betriebsräume sowie der Wirtschaftsräume. Die Zuführung der Gülle in die

einzelnen Reaktorbehälter erfolgt über eine Zuleitung 16 und einen Verteiler mit Saug- und Druckpumpen sowie Steuerventilen, der im Maschinenraum angeordnet ist und mit »8« bezeichnet ist. Die Ableitung der Gülle kann über eine Leitung 17 erfolgen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Biogasanlage, die nach dem Portionssystem arbeitet, mit mehreren Reaktoren und einem gemeinsamen Energiespeicher, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktoren (3) gleichmäßig um den Energiespeicher (4) herum verteilt angeordnet sind und in einem geschlossenen Gebäude (1) stehen.

2. Biogasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktoren (3) im Abstand zueinander und zu dem Energiespeicher (4) stehen.

3. Biogasanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktoren (3) als Betonfertigteile ausgebildet sind.

4. Biogasanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Seitenwände (2) des Gebäudes (1) der Anzahl der Reaktoren (3) entspricht.

5. Biogasanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebäude (1) einen kreisrunden Querschnitt aufweist.

6. Biogasanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebäude (1) mit einer Wärmeisolierung (9) versehen ist.

7. Biogasanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher (4) ein Warmwassertank mit einem Durchlauferhitzer (13) ist.

8. Biogasanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher (4) mit einer Wärmedämmschicht (10) versehen ist.

9. Biogasanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Maschinenraum (7) mit Pumpen und Steuerventilen (8) innerhalb des Gebäudes (1) neben und/oder unter dem Energiespeicher (4) vorgesehen