DE3139914A1

DE3139914A1 - Verfahren und vorrichtung zur verarbeitung einer biomasse zu biogas.

Info

Publication number: DE3139914A1
Application number: DE19813139914
Authority: DE
Inventors: Helmut 2357 Hagen Jendrike
Original assignee: OEKOTHERM VERTRIEBS GES MBH
Current assignee: OEKOTHERM VERTRIEBS GES MBH
Priority date: 1981-10-07
Filing date: 1981-10-07
Publication date: 1983-04-21

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Verarbeitung
einer Biomasse zu Biogas Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.
-Der Kreislauf des Kohlenstoffs in der Natur ist im wesentlichen gekennzeichnet durch Fixierung des in der Luft enthaltenen Kohlenstoffdioxyds in Form von organischen Verbindungen, die in der Pflanze bei der Photosynthese gebildet werden. Der größte Teil der erzeugten Biomasse zerfällt in der Rückreaktion an der Luft meist mit Hilfe aerober Bakterien wieder in Kohlenstoffdioxyd und Wasser. Unter anaeroben Bedingungen und im neutralen bis schwach alkalischen- pH-Bereich ist es jedoch möglich, den Abbau so zu steuern, daß das entstehende Gas überwiegend zu-zwei Drittel aus Methan und zu einem Drittel aus CO2 besteht. Daneben werden noch geringe Mengen von H2S und NH3 gebildet. Der-Rückstand findet dann Verwendung als hochwertiger Dünger.
Während der Verarbeitung der Gülle zu Biogas ändert sich je nach fortschreitendem Verarbeitungsverlauf das spezifische Gewicht der Biomasse. Es werden bei der Gasbildung einerseits Feststoffteile'der Biomasse durch stark gasende Bläschen in den oberen Teil eines Biogasbehälters bzw. Faulbehälters transportiert. Diese Feststoffteile setzen sich auf der Biomasse als Schwemmschicht fest. Dadurch wird der Abfluß des Biogases.behindert oder sogar gestoppt. Der sich so verändernde Verarbeitungsprozeß überhöht die Temperatur in Säurereaktor und Biogasbehälter und unterbricht dadurch den Vetgasungsprozeß. Andererseits sinken andere Teile der Biomasse mit hohem Feststoffgehalt. Sie sammeln sich am Boden des Biogasbehälters und bilden dort eine Sinkschicht.
Da sich die entgaste und verflüssigte Gülle gleichfalls im unteren'Drittel des Biogasbehälters sammelt, besteht die Gefahr einer Verstopfung des Abflußrohrs für die entgaste Gülle in den Endlagerbehälter. Das hat zur Folge, das die Biogasproduktion nachläßt. Sowohl die Schwemm- als auch die Sinkschicht beeinflussen also die Biogasausbeute negativ.
Das macht sich insbesondere bei Durchflußverfahren mit.
täglich neuer Biomassenbeschickung bemerkbar,'deren Erwärmung im Reaktorkern sta£tfindet. Im Reaktorkern schließlich sammeln sich gleichzeitig je nach Fütterungsart, insbesondere bei Geflügelgülle, am Boden aus Sand und Kalk bestehende Gülleteile. Diese müssen alle paar Monate entleert, insbesondere ausgewaschen und die Anlage muß gesäubert werden.
Aus der DE-OS 29 39 169 ist ein Biogasbehälter bekannt, bei welchem im Innern des Faulbehälters ein mit einer Umwälzpumpe versehenes Rohr angeordnet ist, dessen untere Öffnung sich im unteren Teil des Faulbehälters befindet und dessen obere Öffnung eine Hochdruckdüse aufweist, die auf die Oberfläche der zu vergasenden Biomasse gerichtet ist.
Durch diese Maßnahme ist aber-nur diejenige Störung des Vergasungsprozesses - und damit das Problem nur unvollständig. - angegangenç die durch die Bildung einer Schwemmschicht verursacht wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine intensivere Verarbeitung der Biomasse zu erreichen, insbesondere die Biogasproduktion durch Beseitigung der Schwemm- und Sinkschichten zu erhöhen.
Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt durch die kenn-.
zeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1. Das erfindungsgemäß Verfahren hat den Vorteil, daß die Schwemmschicht durch Flüssigkeit und Sinkschichtpartikel beschwert; in tiefere Teile des Faulraumes gedrückt und dort von anaeroben Bakterien weiter zu Biogas verarbeitet wird. Das erfindungsgemäß Verfahren erhöht somit die Biogasproduktion, wesentlich und verhindert gleichzeitig die Verstopfung des Abflußrohres für die entgaste Gülle in den Endlagerbehälter, da sich dickere Sinkschichten nicht mehr bilden Diese Vorteile lassen sich in erhöhtem Maße erzielen, wenn- in weiterer Ausgestaltung der Erfindung unter -Anspruch,2' die Verwirbelung unter gleichzeitiger Verdünnung erfolgt.
Eine weitere Verbesserung kann durch die Weiterbildung, des Verfahrens nach Anspruch 3 erzielt werden. Denn die Auflockerung der Biomasse-Sinkschicht durch thermischen Auftrieb stellt eine wesentliche Unterstützung für die Sinkschichtbeseitigung dar.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ergibt sich aus dem Verfahren nach Anspruch 5.. Dadurch wird die sonst erforderliche Entleerung und -Säuberung des Säurereaktors alle paar Monate überflüssig.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung anhand der Zeichnung eines Faulbehälters zur Durchführung des.erfindungsgemäßen Verfahrens beispielhaft erläutert.
Gülle mit einem Feststoffgehalt von bis zu 12 % wird aus einem zeichnerisch nicht dargestellten Vorlagerbehälter von unten durch ein Rohr 1 in einen Säurereaktor 2 gepumpt, der im Inneren eines Faulbehälters 3 angeordnet ist. Der Säurereaktor 2 ist so dimensioniert, daß die täglich eingepumpte Güllemenge sich drei Tage in ihm befindet und anschließend in den umgebenden Faulbehälter 3 abgegeben wird. Während dieser Zeit wird die Gülle mittels einer im Säurereaktor 2 angeordneten Heizschlange 4 auf die erforderliche Reaktionstemperatur gebracht Im Faulbehälter 3 sorgt eine an der Außenwand sich befindliche Heizspirale 5 für den Ersatz der entstehenden Wärmeabstrahlungsverluste, so daß die temperatur im Faulbehälter immer auf der gewünschten Temperatur gehalten werden kann Im Säurereaktor 2 wird die Gülle in den Zustand versetzt, in dem die Biogasproduktion voll anlaufen kann,wobei gleichzeitiE eine teilweise Zersetzung der organischen Stoffe erfolgt.
Der pH-Wert der Gülle, der von Haus aus zwischen 7,5 und 8,5 liegt, wird innerhalb des ersten Tages im Säurereaktor durch die Erwärmung und die erste Verarbeitung bis auf einen pH-Wert 5 gesenkt. Durch die im Faulbehälter 3 ablaufende Reaktion wird der pH-Wert nachfolgend auf 6,9 bis 7,1 angehoben.
Im Faulbehälter 3 wird bei Temperaturen zwischen 370 bis 56"C unter Ausschluß von Sauerstoff die Biomasse in Biogas (2/3 CH4, -1/3 CO2) verwandelt, wobei die Feststoffe weitgehend verarbeitet werden. Hierbei ist es zur gleichmäßigen Gaserzeugung wichtig, daß die Temperatur im Inneren des Faulbehälters 3 konstantgehalten wird. Dies erfolgt über die Heizspirale 5 und eine Umwälzpumpe,. die mittels.eines Thermostaten geregelt werden.
Bei der Gasproduktion ändert sich das spezifische Gewicht der Biomasse je nach fortschreitendem Verarbeitungsverlauf.
Die leichten Feststoffe sammeln sich an der Oberfläche und setzen sich dort als Schwemmschicht fest. Dies hat zur Folge, daß eine unerwünschte Temperaturerhöhung eintritt, wodurch der Vergasungsprozeß unterbrochen wird. Andere Teile der Biomasse mit hohem Feststoffgehalt sammeln sich am Boden des Faulbehälters und bilden dort eine Sinkschicht. Da sich die entgaste und verflüssigte Gülle gleichfalls im unteren Drittel des Biogasbehälters sammelt, besteht die Gefahr einer Verstopfung des Abflußrohres 7 für die entgaste Gülle in den nicht dargestellten Endlagerbehälter. Das hat zur Folge, daß die Biogasproduktion nachläßt. Im Säurereaktor 2 sammeln sich gleichzeitig je nach Fütterungsart, insbesondere bei Geflügelgülle, zugemischte mineralische Stoffe, wie Kalk, Sand, Mergel od.dgl. am Boden und bilden dort gleichfalls eine Sinkschicht.
Der aus dem Faulbehälter 3 und dem Säurereaktor 2 bestehende Biogasbehälter gibt das gebildete Biogas an einen, in der Zeichnung nicht dargestellten Gasverbraucher ab 8 ist die Ableitung für das entstandene Biogas und 9 eine Ventilanordnung. Die entgaste Gülle sammelt sich aufgrund ihres spezifischen Gewichts im unteren Drittel des Faulbehälters 3 und wird dort durch den Überdruck, der durch das Einpumpen der frischen Gülle in den Säurereaktor 2 in dem Faulbehälter 3 entsteht, über das Ableitungsrohr7 einem nicht dargestellten Lagerbehälter zugeführt und findet von dort Verwendung als hochwertiger Dünger.
Die Ableitung für die Biomasse ist mit 10 bezeichnet. Der Säurereaktor 2 ist oben offen, so daß die täglich eingepumpte Güllemenge nach drei Tagen durch Überlauf in den umgebenden Faulbehälter 3 abgegeben wird.
Mit 11 ist eine Hochdruckdüse bezeichnet, die auf die Oberfläche der zu vergärenden Biomasse gerichtet ist. Im Faulraum 3 ist um den Säurereaktor 2 herum eine sich schräg vom Boden 12 erhebende Prellplatte 14 angeordnet. Die Prellplat'te ist eine Stahlplatte, auf der sich.die Sinkschicht mit hohem Biomassetrockenanteil absetzt. Diese Sinkschicht wird mit Hilfe der Hochdruckdüse 11 aufgewirbelt und verdünnt und dann mittels einer Umwälzpumpe 15 UbQr eine Steigleitung 16 mittels einer Hochdruckdüse 17 auf die Schwemmschicht gepreßt, so daß diese befeuchtet und mit Sinkschichtpa'rtikel'n beschwert in den unteren Teil des Faulraume's 3 absinkt, wo sie von den anaeroben Bakterien weiter zu Biogas verarbeitet werden.
Unter der Prellplatte 14 ist eine Heizspirale 18 angeordnet.
Diese ist mit Wasser gefüllt, das auf eine Temperatur von etwa 400C gebracht wirdr so daß die über der Prellplatte 14 sich befindende Biomassesinkschicht durch thermischen Auftrieb aufgelockert wird.
In dem Säurereaktor 2 sind-gleichfalls eine Hochdruckdüse 19, ein Saugrohr 20 und eine Umwälzpumpe 22 angeordnet. Die sich im Säurereaktor 2 bildende Sinkschicht wird gleichfalls mit Hilfe der Hochdruckdüse aufgewirbelt und die Feststoffe werden im gleichen Vorgang aus dem Säurereaktor herausgesaugt.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1Verfahren zur Verarbeitung einer Biomasse, wie Gülle Kot oder Schlachtereiabfälle, durch anaeroben Abbau in einem alkalischen Medium zu Biogas, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in bestimmten Abständen eine sich ablagernde Biomassesinkschicht aufgewirbelt wird und daß die aufgewirbelte Biomassesinkschicht aufgesaugt und auf eine sich bildende Biomasseschwemmschicht gepreßt wird.
2 Verfahren nach Anspruch-1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verwirbelung unter gleichzeitiger Verdünnung erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,. dadurch gekennzeichnet, daß die Biomassesinkschicht durch thermischen Auftrieb aufgelockert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Biomasse vor der Behandlung im neutralen bis alkalischen Medium einer Säuerung unterworfen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß. in bestimmten Abständen eine sich, insbesondere in einem Säurereaktor, ablagernde Sinkschicht mit verschiedenen Futterarten zugemischten mineralischen Stoffen, wie Kalk, Sand, Mergel od.dgl., aufgewirbelt und aus ihr die Feststoffe abgesaugt und entfernt werden.
6. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die aus einem Faulbehälter mit Zu- und Ableitungen für die Biomasse sowie einer Ableitung für das entstandene Biogas und einem in dem Faulbehälter angeordneten, oben offenen Säurereaktor besteht, bei welcher im Inneren des Säurereaktors und des Faulbehälters über Thermostasteuerbare Heizspirale sowie eine Umwälzanlage und ein tten an eier Umwälzpumpe angeschlossenes Rohr angeordnet sind, dessen untere Öffnung sich im unteren Teil des Faulbehälters befindet und dessen obere Öffnung eine Hochdruckdüse aufweist, die auf die Oberfläche der zu vergasenden Biomasse gerichtet ist, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß in dem sich um den Säurereaktor befindlichen Faulraum eine sich schräg vom Boden abhebende Prellplatte, eine Steigleitung und eine Umwälzpumpe eingebaut sind, über der Prellplatte ein System von Düsen und unter der Prellplatte eine Heizspirale angeordnet sind und daß in dem Säurereaktor gleichfalls eine Hochdruckdüse, ein Saugrohr und eine Umwälzpumpe angeordnet sind.