DE3151187C2 - Biogas-Anlage - Google Patents

Biogas-Anlage

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Abstract

Biogas-Anlage mit einem Gärbehälter (1) zur Erzeugung von Biogas auf dem Wege der anaeroben Fermentation aus organischen Abfällen. Das von dem Gärbehälter abgezogene Biogas wird einerseits einem Gasmotor (12) zur Verbrennung zugeführt und andererseits durch einen von dem Gasmotor angetriebenen Verdichter (13) zum Gärbehälter (1) zurückgeleitet und dort am Boden des Gärbehälters in die Biomasse eingeleitet. Die in der Biomasse aufsteigenden Gasblasen verhindern die Bildung einer den Fermentationsprozeß beeinträchtigenden Schwimmdecke. Die Abwärme des Gasmotors (12) wird zur Schaffung optimaler thermischer Bedingungen für den Fermentationsprozeß im Gärbehälter (1) verwendet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Biogas-Anlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine derartige Anlage ist durch die GB-PS 14 51 398 bekannt. Der Gärbehälter dieser Anlage ist thermisch isoliert, er ist jedoch nicht in mehrere Temperaturzonen unterteilt. Vielmehr soll die Umwälzung mittels der Biogaseinleitung sicherstellen, daß keine wesentlichen Temperaturschwankungen zwischen verschiedenen Bereichen des Gärraumes auftreten.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Biogas-Anlage dieser Art so auszubilden, daß die Methanbildung im gesamten Spektrum vom mesophilen bis zum thermophilen Bereich erfolgt.
Die Lösung dieser Avfgabe ist im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 enthalten. Demgemäß ist der Gärbehälter in mehrere Zonen aufgeteilt. Diese Zonen werden durch unterschiedliche Aufheizung mittels rückgeführter Gasmotorwärme auf unterschiedlichen Temperaturen gehalten. Die erste Zone, der die Eintragseite für organische Abfälle, eine Frischwasserzufuhr und die Biogaseinleitung zugeordnet sind, hat beispielsweise vorteilhaft eine Temperatur zwischen 25 und 3O0C. In dieser Zone soll eine innige Vermischung der Masse stattfinden, wobei Säurebildung durch entsprechende Zusätze neutralisiert werden kann. Die folgenden Zonen bilden die eigentlichen Gärbereiche, in denen die Temperaturen z. B.33—36 und 55°C betragen können.
Zweckmäßige und bevorzugte Ausgestaltungen dieser Lösung enthalten die Unteransprüche 2 und 3. Der Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Biogas-Anlage unter Zuhilfenahme beigefügter Zeichnung näher erläutert Ein Gärbehälter 1 oder Reaktor ist als liegender zy lindrischer Behälter ausgebildet Der Eintrag organi scher Abfälle, d. h. der Biomasse, erfolgt über eine Eintragsleitung 2 nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren unter Zuhilfenahme einer Spezialpumpe 3, die neben der Förderfunktion zusätzlich noch die Zerklei nerung der einzutreffenden Masse übernimmt Grobe Materialien wie Reiser, Feinholz und Holzspäne werden von einem der Pumpe vorgeschalteten (nicht dargestellten) Mahlwerk, handelsüblicher Bauart, aufbereitet Zur Minimierung des Prozeßenergieaufwandes wird der gesamte Gärbehälter 1 oder Reaktor durch ein Wärmedämm-Material 4, z. B. auf Polyurethanbasis, ummantelt
Der Gärraum innerhalb des Gärbehälters 1 ist mittels Doppelwänden 5, 6 aus doppelwandigen Leichtmetall platten mit Innenausschäumung zum Zwecke der ther mischen Trennung in mehrere Zonen, im dargestellten Fall drei Zonen, aufgeteilt Zwischen den Doppelwänden 5,6 kann Biomasse von der einen Zone in die andere Zone übertreten.
Der Mehrzonenreak'or bietet, bedingt durch seine optimale thermische Trennung, den Methan bildenden Bakterien in unterschiedlichen Temperaturzonen die erforderlichen gewünschten Lebensbedingungen. Die Methanbildung kann dadurch das gesamte Spektrum vom mesophilen bis zum thermophilen Bereich abdekken. Die Anzahl der Temperaturzonen kann von 2 an beliebig gewählt werden. Vor der Beschreibung der Reaktorbeheizung wird nachfolgend die Sammlung und Verwertung des Biogases erläutert.
Das durch anaerobe Fermentation gewonnene Biogas (CH^-Methan) wird im oberen Viertel jeder Reaktorzone gesammelt. Von dort wird das Gas einer vorderen Zone durch eine Leitung 7 zum Boden einer nachfolgenden Zone geführt und in die Biomasse eingeleitet.
Eine den gasbildenden Prozeß behindernde Schwimmdecke wird durch aufsteigende Gasblasen verhindert, ohne daß zusätzliche mechanische Mittel benötigt werden.
Nachdem das Gas die einzelnen Temperaturzonen
so durchströmt hat, wird es aus dem der Austragseite 8 für Biomasse am nächsten liegenden Zonenteil nach einer Gasreinigung und einer Entwässerung in einen Niederdruck-Pufferspeicher 9 abgeleitet.
Die Gasreinigung erfolgt bei 10, wo das Gas und mit ihm die schwefelhaltigen Bestandteile wie Schwefelwasserstoffe und Schwefelsauerstoffverbindungen im Re duktionsverfahren durch ein Fe-Hydroxid-Bett geführt und gebunden werden. Nach Durchströmen des genannten Bettes liegt Schwefel als flüssige oder kristalline Substanz vor.
Der im gewonnenen Gas enthaltene Wasserdampfanteil wird in einem Kompressionskälteaggregat 11 durch Kühlen des Gases unter den Taupunkt bis auf einen minimalen Rest von höchstens 5% relative Feuchte ausgeschieden.
Der Niederdruck-Pufferspeicher 9 dient dazu, die Einschalthäufigkeit der nachfolgend beschriebenen Gasverdichter-Anlage zu reduzieren.
Das gereinigte und getrocknete Gas wird aus dem Niederdruck-Pufferspeicher 9 einerseits einem Gasmotor 12 und andererseits einem von dem Gasmotor angetriebenen Verdichter 13 zugeführt. Der Verdichter 13 verdichtet das Gas bis auf 250 bar, um es bei entsprechend kleinem Volumen in Behältern 14 zu speichern. Über ein Entspannungsventil 15 wird gleichzeitig Biogas zum Boden der ersten Zone des Gärbehälters 1 zurückgefühf t und in die Biomasse eingeleitet, um aufgrund der aufsteigenden Gasblasen, wie bereits geschildert, die Bildung einer Schwimmdecke zu verhindern.
Für die Schaffung der optimalen thermischen Bedingungen für den Methan bildenden Prozeß innerhalb der einzelnen Zonen des Gärbehälters 1 wird die Abwärme des Gasmotors 12 verwendet Die Motorabgase, die im Temperaturbereich zwischen 100 bis 150 Grad Celsius anfallen und ansonsten Verlustenergie sind, werden mittels eines in den Boden des Gärbehälters 1 integrierten Röhrenwärmetauschers 16 den verschiedenen Temperaturzonen zugeführt Die grundsätzliche Temperatursteuerung der Zonen erfolgt durch die Größe der jeweiligen Wärmetauscherfläche. Die Feinabstimmung erfolgt über Abgas-Drosselklappen 17, die als Zwei-Punkt-Regler den Abgasstrom regulieren.
Den Behälterheizflächen ist ein Abgas-Wasser-Wärmetauscher 18 nachgeschaltet, der die in den Motorabgasen enthaltene Restenergiemenge wahlweise dem Masseeintrag oder, wie hier dargestellt, einer Frischwasserzuführung 19 überträgt.
Das an der Austragsseite 8 in der ausfermentierten Biomasse enthaltene Restenergiepotential wird ebenfalls mittels eines Wärmetauschers zum Teil zurückgewonnen. Die Energie wird hier über den Wärmetauscher 18 der Frischwasserzuführung 19 zugeführt
Der pH-Wert innerhalb der Zonen des Gärbehälters 1 wird über eine pH-Wert-Überwachungseinrichtung 24 kontrolliert und über eine pH-Wert-Dosierungsanlage 25 im alkalischen Bereich gehalten. Zur Neutralisation kann beispielsweise Natronlauge zugegeben oder vorübergehend der Frischmasseeintrag reduziert werden.
Zwecks Umsetzung des im Gärbehälter 1 erzeugten Biogases in leicht verteilbare und möglichst vielfältig nutzbare Edelenergie wird mittels des Gasmotors 12 zusätzlich ein Synchrongenerator 26 zur Erzeugung elektrischen Stroms? angetrieben.
Durch den oberen Bereich des Gärbehälters 1 erstreckt sich eine mit der Frischwasserzufuhr 19 verbundene Sprühflutanlage 29, mit deren Hilfe der Gärbehälter geflutet werden kann, um im Störungsfall die Gasproduktion zu stoppen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
55
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Claims (3)

Patentansprüche:
1. Biogas-Anlage mit einem thermisch isolierten Gärbehälter mit einer Eintragseite für organische Abfälle und einer Austragseite für ausfermentierte Biomasse und einem Biogasabzug, mit einem Gasmotor zur Verbrennung von aus dem Gärbehälter abgezogenem Biogas, mit einem von dem Gasmotor angetriebenen Verdichter und einer Leitung zum Zurückführen von aus dem Gärbehälter abgezogenem und verdichtetem Biogas zum Boden des Gärbehälters in die Biomasse, und mit einem im Gärbehälter angeordneten Wärmetauscher zum Zurückführen von Abwärme des Gasmotors in die Biomasse, dadurch gekennzeichnet, daß der Gärbehälter (1) mit thermisch isolierenden, einen Verbindungsweg offenlassenden Doppelwänden (5,6) in mehrere Zonen aufgeteilt ist, in denen jeweils unterschiedliche Aufheiztemperaturen der Biomasse durch unterschiedliche Wärmetauscherflächengrößen einstellbar sind, daß die Biogaseinleitung der ersten und die Austragsseite (8) für ausfermentierte Biomasse und der Biogasabzug der letzten Zone zugeordnet sind, und daß in einer vorderen Zone über der Biomasse angesammeltes Biogas durch mindestens eine Leitung (7) am Boden der nachfolgenden Zone in die Biomasse einleitbar ist
2. Biogas-Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Gärbehäiterzone eine pH-Wert-Überwachungseinrichtung (24) mit Dosierungsanlage (25) zur Konstanthaltung des pH-Wertes zugeordnet ist.
3. Biogas-Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gärbehälter (1) eine mit einer Frischwasserzufuhr (19) verbundene Sprühflutanlage (29) zur Beendigung der Gasproduktion im Störungsfall zugeordnet ist.
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