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Digestor für die Fermentation von Zellulosematerialien
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und für die Herstellung von Methan Die Erfindung betrifft einen Digestor
für die Fermentation von Zellulosematerialien, insbesondere von Mist bzw. Stalldung,
Stroh oder Zelluloseabfällen und landwirtschaftlichen Abfällen, für die Herstellung
von Methan.
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Die steigenden Energiekosten haben die Herstellung von Methan ausgehend
von organischen Materialien und insbesondere ausgehend von Zellulosematerialien
mit Hilfe von Digestoren wieder auf die Tagesordnung gebracht. Die bekannten Digestoren
haben im allgemeinen die Form einer Wanne bzw. eines Bottichs, die bzw. der mit
Zellulosematerialien gefüllt ist, welche in eine wässrige Flüssigkeit so eingetaucht
sind, daß eine anaerobe Fermentation erfolgen kann, um die Bildung von Me-than während
der Fermentationsdauer zu bewirken. Das nach der Fermentation übrigbleibende Material
kann als Dünger oder als Kompostbasis verwendet werden.
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Die Temperatur zur Erzielung einer guten methanbildenden anaeroben
Fermentation liegt zwischen 35 und 450C. Diese Temperatur ist indessen nicht immer
leicht im Inneren eines Digestors in gemäßigten Breiten zu erreichen, so daß es
häufig erforderlich ist, die Masse aus organischen Materialien bei der Fermentation
zu erwärmen.
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Für diesen Zweck hat man bereits Digestoren vorgeschlagen, die eine
Wanne aufweisen, auf der ein Gasbehälter sitzt und die im unteren Teil eine Abführöffnung
aufweisen, wobei die seitliche Wand der Wanne so geteilt ist, daß ein die Wanne
umgebender Heizmantel gebildet wird, der, wenn dies erforderlich wird, mit Wasser
zum Heizen beschickt wird.
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Versuche zeigen jedoch, daß eine maximale Fermentationsleistung mit
Hilfe solcher Wannen trotz eines nicht vernachlässigbaren Heizungsenergieverbrauchs
nicht erreicht werden kann.
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Erfindungsgemäß sollen nun diese Nachteile beseitigt und ein Digestor
für die anaerobe Fermentation von Zellulosematerialien für die Herstellung von Methan
geschaffen werden, der eine Steigerung der Methanproduktion bei gleichem Wannenvolumen
ermöglicht, wobei der Energieverbrauch für die Heizung des Wanneninhalts so niedrig
wie möglich gehalten werden soll.
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Erfindungsgemäß sollen weiterhin in der der Fermentation unterliegenden
Masse die günstigsten Bedingungen für die anaerobe Fermentation aufrecht erhalten
werden, um so die Methanproduktion zu steigern.
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Außerdem sollen bei einem solchen Digestor die Gefahr eines Entweichens
des Methans ausgeschlossen sein, was bei dieser Technologie eines der Hauptprobleme
darstellt, weil die stündliche Gasproduktion relativ gering ist, so daß auch kleine
Leckagen nicht tragbar sind.
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Weiterhin soll der Digestor eine besonders einfache und leichte Bauweise
sowie geringe Gestehungskosten aufweisen.
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Die Erfindung geht von einem Digestor für die Zellulosefermentation
zur Herstellung von Methan durch anaerobe Fermentation aus. Der Digestor hat wenigstens
eine Wanne, die für die Aufnahme des Zellulosematerial bestimmt ist, eine oder mehrere
verschließbare Öffnungen für das Be-
füllen und Entleeren der Wanne
mit Material, Mittel zum Überführen des in der Wanne erzeugten Methans nach außen
oder um es zu lagern, und Heizeinrichtungen zur Förderung der Fermentation.
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Der Digestor zeichnet sich dadurch aus, daß die Wanne in einem bestimmten
Abstand von ihrem Boden einen durchbrochenen Zwischenboden hat, der das in die Wanne
eingebrachte organische Material trägt, so daß ein Sammelraum für Flüssigkeit unter
dem durchbrochenen Zwischenboden und über dem Boden begildet wird. Weiterhin sind
Heizeinrichtungen für die Flüssigkeit, die in dem Sammelraum enthalten ist, und
wenigstens eine Leitung vorgesehen, die sich im wesentlichen auf der Höhe der Wanne
erstreckt und unter dem durchbrochenen Zwischenboden in einen Sammelraum für die
Flüssigkeit mündet, um die Flüssigkeit zu entnehmen. Schließlich ist zur Oberseite
der Wanne hin wenigstens ein Rückhalteorgan vorgesehen. Die Wanne ist am oberen
Teil von einem Deckel verschlossen. Die Abdichtung zwischen dem Deckel und der Wanne
wird durch eine hydraulische Abdichtung gewährleistet.
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Bei einer ersten Ausführungsform hat der Digestor Heizeinrichtungen
für die Flüssigkeit in dem Sammelraum, einen Wärmetauscher, der in diesem Raum angeordnet
ist, um die Fermentationsflüssigkeit zu erhitzen, und wenigstens eine Leitung, die
sich im wesentlichen auf der Höhe der Wanne in ihr Inneres erstreckt und in den
Sammelraum mündet, um dort die Fermentationsflüssigkeit durch den Zirkulationseffekt
zu entnehmen, der durch einen Temperaturunterschied der Flüssigkeit zwischen dem
Boden und der Oberseite der Wanne hervorgerufen wird. Weiterhin sind ein oder mehrere
Siphons mit dem oberen Ende der Leitung über dem in der Wanne enthaltenen organischen
Material verbunden, so daß die in dem Sammelraum entnommene warme Flüssigkeit periodisch
auf der Oberseite der Wanne verteilt wird. Das auf der Oberseite der Wanne angeordnete
Rückhalteorgan verhindert, daß organisches Material über die Mündung des
Siphons
hinaus steigt.
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Der erfindungsgemäße Digestor hat also in vorteilhafter Weise von
unten nach oben einen Sammelraum für die Flüssigkeit mit einer Heizeinrichtung,
wie einer Rohrschlange, einen Zwischenboden, der die Masse trägt, jedoch eine Flüssigkeitszirkulation
für ihre Rückkehr in diesen Raum ermöglicht, ein Rückhaltegitter, das über der Masse
angeordnet ist, und einen Siphon, der auf der Oberseite der Masse die erhitzte Flüssigkeitsmenge
verteilt, die aus dem Sammelraum aufgrund der natürlichen Zirkulation stammt, die
sich in der vertikalen Leitung einstellt, wobei das Gitter zur Erleichterung des
Abströmens dient. Das Methan zeigt sich über diesem Gitter und wird in dem Raum
gewonnen, der sich unter dem Deckel befindet, welcher durch eine Wasserdichtung
so abgedichtet ist, daß jedes Entweichen von Gas vermieden wird.
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Die FlüssigkeiL, die sich in dem unteren Sammelraum ansammelt, beispielsweise
Purin wird dann durch den Wärmeaustauscher oder die Rohrschlange je nach Bedarf
erwärmt, wobei beispielsweise die Temperatur im Inneren der Masse an sorgfältig
verteilten Punkten so bestimmt wird, daß, wenn die Temperatur in der organischen
Masse unter einen bestimmten Wert abfällt, der Puringehalt in dem Raum erwärmt wird,
was zu einem Ansteigen der Flüssigkeit in der vertikalen Entnahmeleitung und zu
einem Austritt der Flüssigkeit in Strahlen aus dem Siphon führt, der so die Flüssigkeit
am oberen Teil der Fermentationsmasse abfließen läßt, so daß die Flüssigkeit beim
Nachuntenfließen in der Masse diese fortschreitend homogen wieder erwärmt.
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Es ist auch möglich, in der organischen Masse eine in geeigneter Weise
gesteuerte Temperatur aufrecht zu erhalten, um einen optimalen Wirkungsgrad der
anaeroben Fermentation zu begünstigen.
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Außerdem ergeben sich eine gleichmäßige Erwärmung der gesamten Masse
des organischen Materials und ein Minimum an Wärmeverlusten durch die Wände, während
bei dem Stand der Technik die Heizmäntel, welche eine weniger homogene Erwärmung
der Masse ermöglichen, zu bedeutenden Wärmeverlusten führen, so daß eine kostspielige
Wärmeisolierung der Wanne vorgesehen muß.
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Bei einer zweiten Ausführungsform hat der erfindungsgemäße Digestor
in wenigstens einer außerhalb der Wanne befindlichen Entnahmeleitung, die einerseits
unter dem durchbrochenen Zwischenboden und andererseits über dem Rückhalteorgan
mündet, wenigstens eine Pumpe für die Entnahme von Flüssigkeit im Sammelraum und
für das Verteilen der Flüssigkeit über dem Rückhalteorgan im oberen Teil der Wanne.
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Auf diese Weise erhält man eine Umwälzung bzw. Konvektion auch dann,
wenn der Temperaturunterschied zwischen der Flüssigkeit in dem Sammelraum und dem
Rest der Wanne gering ist. Bei dieser Ausführungsform kann die Umwälzung der Fermentationsflüssigkeit
mit einem bedeutenden Mengenstrom gewährleistet werden, so daß die Aufrechterhaltung
der Temperatur des Zellulosematerials, welches fermentiert, in einem schmalen Temperaturbereich
gehalten werden kann, der einer optimalen Fermentation entspricht.
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Bei dieser Ausführungsform hat der Digestor vorzugsweise eine Verteilungseinrichtung
für die Flüssigkeit, die auf das Rückhalteorgan gepumpt wird, damit die Flüssigkeit
so gleichmäßig wie möglich auf dem Rückhalteorgan verteilt wird. Darüber hinaus
kann der Digestor eine Meßeinrichtung für die Temperatur in dem Raum, den das Zellulosematerial
einnimmt, und ein Steuerorgan aufweisen, das für das Wirksamwerden der Heizeinrichtungen
für die Flüssigkeit bestimmt ist, die sich in dem Sammelraum befindet. Vorteilhafterweise
dient dieses Steuerorgan auch für das Einschalten der Pumpe abhängig von der Temperatur
des Zellulosematerials in der Wanne. Weiterhin kann vorteilhafter-
weise
eine Zugangstür im unteren Teil der Wanne vorgesehen werden, die eine Wandöffnung
der Wanne verschließt und eine mit einem Ventil versehene Leitung aufweist, welche
mit der Pumpe verbunden ist. Die Heizeinrichtungen für die Flüssigkeit sind vorteilhafterweise
ein Wärmetauscher oder eine Umwälzheizschlange, bei welcher beispielsweise als fluider
Wärmeträger Warmwasser verwendet wird. Die Heizeinrichtung ist vorzugsweise in dem
Sammelraum der Flüssigkeit angeordnet, kann jedoch auch außerhalb der Wanne vorgesehen
werden.
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Der den oberen Teil der Wanne verschließende Deckel bildet vorzugsweise
eine hydraulische Dichtung, wie sie bei Gasbehältern verwendet wird.
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Bei einer speziellen Ausführungsform sind mehrere Wannen parallel
angeordnet, wobei jede Wanne eine Entnahmeleitung für die Flüssigkeit hat. Die Leitungen
sind parallel angeordnet und haben einen gemeinsamen Abschnitt, der eine Pumpe für
alle Wannen enthält. Stromauf und stromab von dem gemeinsamen Abschnitt sind in
jeder Leitung Elektromagnetventile angeordnet. Das Steuerorgan der Pumpe ist vorteilhafterweise
ein einziges Organ, welches Signale empfängt, welche die Temperaturen in jeder der
Wannen darstellen. Das Steuerorgan steuert die Elektromaynetventile, damit die Pumpe
die Flüssigkeitsumwälzung in der einen oder anderen Wanne ermöglicht.
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Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.
Es zeigt: Fig. 1 in Längsschnitt schematisch eine erste Ausführungsform einer Wanne,
Fig. 2 in einem um 90° versetzten Längsschnitt die Wanne von Fig. 1, Fig. 3 schematisch
die Anordnung mehrerer Wannen in Form einer Batterie mit einem getrennten Gasbehälter,
Fig.
4 schematisch im Längsschnitt einen Digestor gemäß einer zweiten Ausführungsform,
Fig. 5 den Schnitt V-V von Fig. 4, Fig. 6 den Schnitt VI-VI von Fig. 5 und Fig.
7 schematisch eine Steueranlage mit drei Digestoren gemäß Fig. 4 bis 6.
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Der in den Figuren 1 und 2 gezeigte Digestor hat eine Wanne, die für
die Aufnahme von Mist und Stroh für die Erzeugung von Methan bestimmt ist. Die Wanne
hat beispielsweise einen viereckigen Querschnitt und besteht aus Beton oder einem
Kunststoff. Sie hat einen quadratischen Boden 1 und vier Seitenwände 2, von denen
die eine auf der Höhe des Bodens eine Öffnung aufweist, die von einer Tür 3 verschlossen
ist, beispielsweise von einer Metalltür, die auf einem Rahmen sitzt, der in geeigneter
Weise an der Wand befestigt ist und das Entleeren von Feststoffteilen und einen
Personendurchgang für die Installierung und Wartung ermöglicht.
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An der Oberseite der Wanne ist am gesamten Umfang eine Rinne 4 angeordnet,
die durch eine örtliche Teilung der Wand 2 oder mit anderen Mitteln erhalten wird.
In die Rinne 4 taucht der vertikale Umfangsrand 5 eines plattenförmigen Abdichtdeckels
6 ein, der beispielsweise aus Metall oder Kunststoff besteht. Die Rinne 4 ist mit
Wasser gefüllt, wodurch eine Wasserdichtung durchgehend am Umfang ausgebildet ist,
welche eine vollständige Abdichtung des Innenraums der Oberseite der Wanne zwischen
ihrem Wänden und dem Deckel 6 gewährleistet. Um ein unerwünschtes Abheben des Deckels
6 zu verhindern, kann ein Befestigungsträger 7 vorgesehen werden.
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Für eine Verbindung mit der Atmosphäre ist eine schematisch gezeigte
Öffnung 8 vorgesehen, die normalerweise von einem
geeigneten nicht
gezeigten Ventil verschlossen ist.
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Im Inneren der Wanne ist in einem bestimmten Abstand über ihrem Boden
1 ein metallischer, Durchbrechungen aufweisender Zwischenboden 9 vorgesehen, der
auf Stützen oder Distanzstücken 10 ruht und einen Zwischenboden bildet, der die
in der Wanne gestapelte Masse aus Zellulosematerial trägt, so daß unter dem Zwischenboden
ein Sammelraum 11 für Flüssigkeit und darüber ein Aufnahmeraum für die Zellulosematerialien
12 gebildet wird. Die Tür 3 weist eine Leitung auf, die mit einem Ventil oder Hahn
13 versehen ist, der die Verbindung mit dem Raum 11 für die Flüssigkeitsentleerung
der Wanne oder für die Lufteinführung während der anfänglichen aeroben Fermentation
herstellt.
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Der Raum für die Speicherung der Zellulosematerialien 12 wird an seinem
Oberteil von einem horizontalen abnehmbaren Gitter 14 begrenzt, welches jedes Nachobenbewegen
des organischen Materials über das Gitter hinaus verhindert und über dem Raum 12
einen Raum 15 für das Ansammeln von Methan freiläßt. Das Methan kann in der üblichen
Weise gesammelt werden, entweder durch Anschließen einer Rohrleitung für die Methangewinnung
an die Leitung 8 oder durch Vorsehen einer gesonderten Leitung für die Methangewinnung,
die in den Raum 15 mündet.
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In der Mitte der Wanne ist eine vertikale Leitung bzw. ein vertikales
Rohr 16 aus Metall angeordnet, daß sich zwischen dem Sammelraum 11 für die Flüssigkeit
und dem Sammelraum 15 für Methan erstreckt. Das Rohr 16 mündet in dem Raum 11 über
ein Filter bzw. einem Siebkorb 17, der verhindert, daß Feststoffe in der Flüssigkeit
des Raums 11 in das Rohr 16 eindringen können.
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Das Erwärmen des Inhalts der Wanne erfolgt mit Hilfe eines Wärmetauschers,
der aus einer Rohrschlange 18 besteht, die in dem Raum 11 angeordnet ist und mit
einem Heizfluid, beispielsweise mit Warmwasser beschickt wird. Es kann auch
jede
andere Einrichtung für das Erwärmen oder für einen Wärmeaustausch in dem Raum anstelle
einer Rohrschlange vorgesehen werden.
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An seinem oberen Ende mündet das Rohr 16 auf der Höhe des Raums 15
in einem Siphon 19, der vorteilhafterweise aus zwei geeignet ausgebildeten und übereinander
liegenden Blechen besteht, so daß ein Siphon gebildet wird, der eine rotationssymmetrische
Form hat und in den Raum 15 über eine Ringöffnung 20 mündet, die nach oben gerichtet
ist.
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Der doppelwandige Siphon 19 paßt mit. seinem Mittelteil auf das obere
Ende des Rohres 16. Er kann deshalb leicht für das Füllen abgenommen werden, bei
welchem das obere Ende des Rohres 16 dann durch einen Schutzstopfen verschlossen
wird, um das Einführen von Material in das Rohr zu vermeiden.
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Das Gitter 14 ist vorzugsweise so ausgebildet, daß es eine relativ
geringe Durchgangsfläche hat, wodurch das Abströmen der Flüssigkeit, die aus der
Ringöffnung 20 austritt, auf die gesamte Gitteroberfläche begünstigt wird.
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Eine erfindungsgemäße Wanne hat beispielsweise ein Nutzvolumen von
20 m3 und besteht aus einem Prisma in Form einer quadratischen Basis von 2,5 m Seitenlänge
und einer Höhe von etwa 3,5 m.
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Der erfindungsgemäße Digestor arbeitet folgendermaßen: Für das Füllen
ist der Digestor leer. Der Träger 7 sowie der Deckel 6 sind abgenommen. Der Siphon
19 ist entfernt.
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Das obere Ende des Rohrs 16 nimmt an seiner Stelle eine Schutzstopfen
auf. Das Gitter 14 ist ebenfalls entfernt.
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Für das Füllen der Wanne bis zur Anordnungshöhe des Gitters 14 wird
von oben dann Mist oder Stroh eingebracht. Wenn die Wanne einmal gefüllt ist, wird
auf das darin enthaltene Zellulosematerial bei vorhergehenden Entleerungen gewonnenes
Purin
aufgegossen, um die Masse zu befeuchten.
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Hier stellt sich dann eine anfängliche schnelle aerobe Fermentation
mit einem Temperaturanstieg auf etwa 60° während eines Zeitraums von 48 bis 72 h
ein. Um diese aerobe Fermentation zu erleichtern, wird vorteilhafterweise Warmluft
durch die durch die Tür 3 gehende Leitung mit dem Ventil 13 eingeführt, wobei über
dieses Ventil eine nicht gezeigte Vorrichtung zum Zuführen von Warmluft angeschlossen
ist.
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Wenn die aerobe Fermentation während einer Dauer von beispielsweise
48 bis 72 Stunden abgelaufen ist, wird die Luftzufuhr am Ventil 13 geschlossen.
Dann wird das obere Gitter 14 an der vorgesehenen Stelle positioniert. Außerdem
wird der Siphon 19 am oberen Ende des Rohrs 16 wieder angebracht. Erforderlichenfalls
wird Wasser zugegeben, so daß das Feststoffmaterial bis in die Nähe des Gitters
14 vollständig eingetaucht ist.
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Während der vier ersten Tage ist die Masse aufgrund der aeroben Fermentation
noch warm, so daß sich die anaerobe Fermentation in geeigneter Weise ohne weiteren
Eingriff entwickeln kann. Das Methangas, das in den Raum 15 entweicht, wird fortlaufend
abgezogen. Nach dem Durchlauf durch eine Reinigungseinrichtung zur Beseitigung von
Kohlendioxid wird es in einem Gasbehalter für die Speicherung geführt.
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Die in der Wanne enthaltene Masse kühlt sich indessen nach und nach
ab. Sobald die Temperatur im Raum 12, der von einem in geeigneter Weise darin angeordneten
Thermometer oder Thermostat überwacht wird, unterhalb 350C liegt, wird die Rohrschlange
18 aktiviert, so daß Warmwasser mit einer Temperatur von beispielsweise 55 bis 60"C
hindurchströmt.
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Das sich in dem Raum 11 befindene Purin wird dann bis auf diese Temperatur
erwärmt und steigt aufgrund natürlicher Zirkulation bzw. freier Konvektion in dem
Raum 16 nach oben und tritt in den Siphon 19 ein. Dieser sorgt für ein Ab-
fließen
des warmen Pur ins durch periodische Ausstoßungen oder Strahlen, die ausgehend von
der Ringöffnung 20 sich auf der Oberfläche des Gitters 14 verteilen und dann in
die unter dem Gitter befindliche Masse eindringen und dabei diese wieder erwärmen.
Man erhält so eine besonders homogene Wiedererwärmung, die es ermöglicht, die gesamte
feste und flüssige Masse im Raum 12 auf der gewünschten, für die anaerobe Fermentation
besonders geeigneten Temperatur zu halten, bei welcher die Durchmengung der Mikrobenkolonien
begünstigt wird, die an der Methanerzeugung beteiligt sind.
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Die Fermentation kann so in optimaler Weise während der ganzen erforderlichen
Zeitdauer ablaufen, die unter 30 Tagen liegt, wobei das erzeugte Methan dauern abgezogen
und gespeichert wird.
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Mit-dem erfindungsgemäßen Digestor lassen sich etwa 60 m3 Methan durch
im wesentlichen vollständige Fermentation pro 1 m3 Mist bzw. Stalldung bei einer
täglichen oberen Erzeugung von 2 m3 Methan pro m3 Digestorraum gewinnen.
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Wenn die Fermentation beendet ist, wird der Digestor geleert, wofür
das Ventil 13 der Tür 3 geöffnet wird. Dadurch wird das Purin entleert, welches
für das Einbringen in eine andere Wanne gelagert wird. Dann wird die untere Tür
geöffnet. Die gewonnenen Feststoffe werden in einem Kippwagen gespeichert und können
als Dünger weiterverwendet werden, der reicher ist als der Dünger, den man bei der
Freiluftfermentation erhält.
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Wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, können mehrere Digestoren 21, die denen
der Figuren 1 und 2 entsprechen, als Batterie, beispielsweise auf einem Betonsockel
23 angeordnet werden. Die verschiedenen Digestoren werden mit Warmwasser für ihre
Rohrschlangen durch eine Leitung 22 gespeist, während ein Rohrleitungsnetz 24 die
Gewinnugn von Methangas
für den Transport in eine Reinigungseinrichtung
ermöglicht, in der es blasenförmig durch Kalkmilch 25 strömt, dann zu einem Gasbehälter
26 gelangt, von wo es abgezogen und in einem Kompressor 27 komprimiert werden kann,
der von einem Motor 28 angetrieben wird, wofür vorzugsweise ein'Teil des Methans
aus dem Gasbehälter benutzt wird.
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Außerdem kann das Kühlwasser des Motors 28 für die Beschickung der
Rohrschlangen 18 mit Warmwasser benutzt werden.
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Die Wanne des Digestors wird vorzugsweise aus Beton oder aus an Ort
und Stelle geschweißtem Kunststoff hergestellt, kann jedoch auch aus Metall oder
einem anderen geeigneten Material gefertigt werden. Die Anzahl der Rohre 16 pro
Digestor kann ebenfalls entsprechend der Wannenfläche ebenso wie die Form des Siphons
20 modifiziert werden. Wesentlich ist dabei, daß die Heizung der in dem unteren
Raum 11 enthaltenen Flüssigkeit eine freie Konvektion und die Abgabe von erwärmter
Flüssigkeit durch Strahlen aus dem Siphon ermöglicht.
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Bei der in den Figuren 4 bis 6 gezeigten Ausführungsform des Digestors
soll die Wanne Stallmist und Stroh für die Erzeugung von Methan aufnehmen. Die Wanne
hat einen rechteckigen Querschnitt und besteht aus Beton oder Kunststoff.
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Sie hat einen rechteckigen Boden 101 mit vier Seitenwänden 102, von
denen eine auf der Höhe des Bodens eine normalerweise von einer Tür 103 verschlossene
hoffnung aufweist. Die Tür ist beispielsweise eine Metalltür, die auf einem geeigneten
wandfesten Rahmen sitz-t, um das Entleeren der Feststoffe und den Durchgang einer
Bedienungsperson für Installation und Wartung zu gewährleisten.
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Die Wanne hat am Oberteil auf ihrem ganzen Umfang eine Rinne 104,
die durch örtliche Bildung einer Doppelwand am oberen Teil der Wand 102 erhalten
wird. Der sich am Umfang erstreckende vertikale Rand 105 einer Platte 106 bildet
einen abdichtenden Deckel, der beispielsweise aus Metall
oder Kunststoff
hergestellt ist und in der Rinne 104 angeordnet ist, welche Wasser enthält. Auf
diese Weise erhält man auf dem ganzen Umfang des Deckels eine Wasserdichtung, welche
die vollständige Abdichtung des Innenraums des oberen Teils der Wanne zwischen den
Wänden und dem Deckel gewährleistet. Ein Befestigungsträger 107 verhindert das unerwünschte
Anheben des Deckels 106. An dem Deckel 106 ist eine Leitung 108 mit einem Ventil
abdichtend befestigt.
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Im Inneren der Wanne und in einem bestimmten Abstand über ihrem Boden
101 ruht ein durchbrochener Zwischenboden 109 aus Metall auf Distanzstücken 110.
Er trägt die Masse des Zellulosematerials 112, die in der Wanne aufgeschichtet ist.
Der Zwischenboden 109 begrenzt unter sich einen Sammelraum 111 für Flüssigkeit.
Durch die Tür 103 geht eine Tür 121 hindurch, die mit einem Ventil 113 versehen
ist, und die für die Verbindung zwischen dem Sammelraum 111 für die Flüssigkeit
und dem Raum außerhalb der Wanne dient.
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Die Leitung ermöglicht auch das Einführen von vorzugsweise erhitzter
Luft, die für eine anfängliche aerobe Fermentation erforderlich ist, was bereits
erläutert wurde.
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Der die Zellulosematerialien 112 enthaltende Raum ist an seinem Oberteil
von einem Rückhalteorgan 114 begrenzt, das von einem abnehmbaren horizontalen Gitter
gebildet wird, welches das Hochsteigen von Zellulosematerialien über es hinaus verhindert.
Der Raum zwischen dem Rückhalteorgan 114 und dem Deckel 106 bildet einen Sammelraum
115 für Methan. Der Sammelraum 115 kann über die Leitung 108 entleert werden.
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Eine Leitung 116 stellt die Verbindung zwischen dem Sammelraum 111
für die Flüssigkeit und dem oberen Teil der Wanne her, der sich unter dem Rückhalteorgan
114 befindet. Die Leitung 116 besteht beispielsweise aus einem Metallrohr, das sich
an eine Leitung anschließt, die das Ventil 113 trägt und eine Pumpe 117 aufweist.
Die Pumpe fördert die von ihr gepumpte Flüssigkeit in eine Rohrleitung 119, wel-
che
eine Einrichtung 120 für das Verteilen der gepumpten Flüssigkeit beschickt. Die
Verteilung erfolgt durch Berieselung des größten Teils der Oberfläche des Rückhalteorgans
114.
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Bei der gezeigten Ausführungsform erfolgt die Erwärmung des Inhalts
der Wanne mit Hilfe eines Wärmetauschers, der von einer in dem Raum 111 angeordneten
Rohrschlange 118 gebildet wird. In der Rohrschlange 118 zirkuliert ein Heizfluid,
beispielsweise Warmwasser.
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Die Figuren 5 und 6 zeigen, daß die Leitung 121, die mit dem Ventil
113 versehen ist, durch eine Öffnung in der Tür 103 durchgeht, an der sie abdichtend
befestigt ist.
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Im Inneren der Wanne ist ein Filter bzw. Siebkorb 122 im Raum 111
angeordnet, um gegebenenfalls vorhandene Feststoffe zurückzuhalten. Aus Fig. 6 ist
zu sehen, daß die Befestigung der Leitung 116 über ein Verbindungsstück erfolgt.
Das Ventil 113 oder ein mit der Leitung 112 verbundenes Röhrchen kann am Anfang
der Fermentation für das Einführen von Warmluft verwendet werden, um eine aerobe
Fermentation zu beschleunigen. Die Heizschlange 118 erstreckt sich durch die Tür
103 über eine Eintrittsöffnung und eine Austrittsöffnung 124.
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Bei einer Variante der Ausführung von Fig. 4 sind die Probleine, die
sich durch die Abdichtung der Öffnungen 124 auf der Höhe der Tür 103 und durch die
Schwierigkeit der Förderung auf der Höhe dieser Öffnungen beim öffnen und Schließen
der Tür 103 ergeben können, dadurch beseitigt, daß die Heizeinrichtung außerhalb
der Wanne, beispielsweise auf der Leitung 116 montiert ist.
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Die Wanne ist außerdem von einer Wärmeisolierung umgeben.
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Die Wanne kann auch zum Teil eingegraben sein.
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Der Digestor der Figuren 4 bis 6 arbeitet folgendermaßen:
Der
Digestor wird zuerst gefüllt. Demzufolge werden zunächst der Träger 107 und der
Deckel 106, die Verteilervorrichtung 120 und gegebenenfalls die Förderleitung 119
entfernt. Dann wird das Rückhalteorgan 114 abgenommen, damit der obere Teil der
Wanne in weitem Umfang offen ist. Die Tür 103 und das Ventil 113 sind geschlossen.
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Durch den Oberteil der Wanne wird Mist oder Stroh eingebracht und
bis zum Maximum aufgehäuft, damit die Inhaltsmenge an organischem Material so groß
wie möglich ist. Die Füllung wird auf einer Höhe unterbrochen, bei welcher, wenn
das Rückhalteorgan 114 auf dem Material 112 angeordnet ist, dieses um etwa 10 cm
steigen kann. Während der Anfangsperiode von 10 bis 15 Fermentationstagen sättigt
sich die fasrige Zellulosemasse mit Gas, so daß ihr Volumen zunimmt. Der für das
Aufsteigen des Organs 114 freigelassene Raum ermöglicht dieses Aufblähen und vermeidet
eine Zerstörung des Organs 114 und der Verteilervorrichtung 120.
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Wenn die Wanne mit Zellulosematerialien gefüllt ist, wird das Stroh
mit Purin berieselt, das als Folge von vorhergehenden Entleerungen gewonnen wurde,
so daß die Masse befeuchtet wird und die aerobe Fermentation beginnt. Diese wird
durch Injizierung von durch das Ventil 113 eingeführter Warmluft beschleunigt. Die
Fermentation beginnt sehr schnell. Die Zellulosematerialien 112 erreichen eine Temperatur
in der Größenordnung von 600C nach zwei oder drei Tagen. Der Digestor kann dann
für die anaerobe Fermentation verwendet werden.
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Für diesen Zweck wird das Ventil 113 geschlossen. Nach dem Anbringen
des Gitters 114 wird die Wanne mit gewonnenem und gegebenenfalls durch Wasser vervollständigtem
Purin gefüllt, damit das Festoffmaterial 112 vollständig durchtränkt bzw.
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eingetaucht ist. Wenn die Verteilervorrichtung 120 und die Leitung
119 positioniert sind, wird der Deckel 106 unter Bildung einer hydraulischen Dichtung
104 geschlossen. Der Träger 107 hält dann den Deckel 106.
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Während eines Zeitraums in der Größenordnung von vier Tagen ist dann
die Zellulosematerialmasse noch warm, da die aerobe Fermentation Wärme erzeugt.
Die Fermentation ist aktiv und setzt sich auf natürliche Weise fort. Das Methan
entweicht über die Leitung 108. Nach dem Reinigen zum Extrahieren von kohlensaurem
Anhydrid und nach dem Überprüfen wird das Gas vor der Benutzung in einen Gaslagerbehälter
geführt.
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Sobald ein im Inneren der Wanne angeordnetes Thermometer anzeigt,
daß die Temperatur der Feststoffe im Inneren der Wanne unterhalb 300C liegt, wird
die Aufheizung mit Hilfe der Rohrschlange 11-8 befohlen. Das Wasser, welches in
der Rohrschlange zirkuliert, hat eine Temperatur in der Größenordnung von 50 bis
600C.
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Erfindungsgemäß wird das Wiederaufheizen der Masse aus Zellulosematerialien
und die Durchmengung der Hefekolonien durch Einschalten der Pumpe 117 gewährleistet,
wobei sich das Ventil 113 in der Offenstellung befindet. Bei einer Wanne mit einem
Volumen von 200 m3 liegt der gepumpte Mengenstrom in der Größenordnung von 4 m3/h.
Die Pumpe arbeitet gewöhnlich incermittierend.
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Wenn die anaerobe Fermentation praktisch beendet ist, wird die Wanne
geleert. Das Ventil 113 dient zum Entleeren des Purins, das für die spätere Verwendung
in einer anderen Wanne gewonnen wird. Die Feststoffmaterialien werden durch die
Tür 103 entnommen und für die Verwendung als Dünger lagert, dessen Düngewirkung
der eines Düngers überlegen ist, der durch Freiluftfermentation erhalten wird.
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Eine Wanne mit einem Voluen von 200 m3 gibt durch Fermentation bei
550C 800 m3 Methan in etwa 24 h. Während der gesamten Fermentationsdauer ergibt
1 m3 Stalldung ein Gasvolumen von etwa 60 m3. Die mittlere Produktion bei
einer
vollständigen Fermentation in maximal 30 Tagen liegt also bei 2 m3 Gas pro Tag und
m3 Digestor.
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Bei der in Fig. 7 gezeigten Anlage haben mehrere Wannen 125, 126 und
127 gemeinsam eine Pumpe 128 und ein Steuerorgan 129. Die Leitung des unteren Teils
einer jeden Wanne 125, 126 und 127 ist mit einer Zuführung zur gemeinsamen Pumpe
128 über ein Elektromagnetventil 130 verbunden, für das jede Wanne ihr Elektromagnetventil
hat. Weiterhin ist jeder Wanne ein Elektromagnetventil 131 zugeordnet, das in der
Förderleitung der Pumpe 128 angeordnet ist.
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Das Steuerorgan 129 empfängt Signale für die Temperatur der Feststoffe
im Inneren einer jeden Wanne 125, 126 und 127.
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Die Temperatur wird jeweils durch ein in der Wanne vorgesehenes Thermometer
132 gemessen.
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Das Steuerorgan 129 aktiviert die Pumpe 128 und öffnet ein Paar von
Elektromagnetventilen 130, 131 entsprechend einer der Wannen 125, 126 und 127, wenn
das entsprechende Thermometer 132 anzeigt, daß die Temperatur unzureichend ist.
Das Steuerorgan 129 gewährleistet auch das Arbeiten der in Fig. 4 nicht gezeigten
Heizeinrichtungen, die entweder in jeder Wanne enthalten oder längs der zu jeder
der Wannen gehörenden Leitungen zwischen der entsprechenden Wanne und dem zugeordneten
Elektromagnetventil 130 oder 131 angeordnet sind. Auf diese Weise kann das Steuerorgan
129 eine optimale Arbeitsweise mehrerer Wannen unter Einsatz einer geringen Anzahl
von Bauelementen gewährleisten.
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Der Digestor nach der zweiten Ausführungsform hat so den Vorteil,
daß die Regelung der beiden wichtigsten Parameter bei der Fermentation der betrachteten
Art möglich ist. Die Methanfermentation ist optimal in einem sehr schmalen Temperaturbereich,
der 8 bis 100C nicht überschreitet. Der erfindungsgemäße Digestor ermöglicht eine
sehr genaue Regelung dieser Temperatur aufgrund der Heizflüssigkeitsumwälzung mit
gewünschtem Mengenstrom. Darüber hinaus ge-
währleistet die Vorrichtung
eine bedeutende Durchmengung der Hefen, was für das Erzielen einer homogenen Fermentation
in der gesamten Masse der Zellulosematerialien unerläßlich ist.
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Für kleinere Anlagen kann der Deckel in Vertikalrichtung verschieblich
ausgebildet werden, so daß über der eigentlichen Wanne ein Gasbehälter gebildet
wird, wobei die Abdichtung durch eine hydraulische Dichtung, beispielsweise eine
Wasserdichtung, gewä.hrleiset bleibt.