DE3308734C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufarbeiten von land- und forstwirtschaftlichen pflanzlichen Produkten.

Land- und forstwirtschaftliche pflanzliche Produkte werden bisher schon auf die vielfältigste Art aufgearbeitet:

Kartoffeln, Obst und Korn werden zum Teil zum Essen vom Menschen oder zum Füttern von Tieren benutzt.

Kartoffeln, Obst, Korn und Melasse werden auch benutzt, um Alkohol herzustellen. Für die Herstellung eines Hektoliters Alko­ hol wird bisher etwa 50 bis 54 ltr. Heizöl benötigt, um die ver­ gorenen Produkte zu destillieren. Das erhaltene Produkt hängt von den Ausgangsstoffen ab. Durch den großen Energiebedarf muß der erhaltene Alkohol eine hohe Qualität aufweisen, weshalb bisher nur sogenannte "edle" Ausgangsstoffe verwendet werden, wie eben Kartoffeln, Obst und Korn für die Schnapserzeugung oder Melasse insbesondere zur Herstellung von Brennspiritus.

Holzabfälle, wie Zweige, Äste oder Wurzelholz werden bisher im land- und forstwirtschaftlichen Bereich im wesentlichen nur zum Verheizen benutzt. Weiterhin werden solche Produkte zum Teil für die Papierherstellung benutzt.

Verdorbene landwirtschaftliche pflanzliche Produkte werden neuerdings zu einem kleinen Teil schon in sogenannten Biogasreak­ toren aufgeschlossen, wobei Biogas, insbesondere Methangas gewon­ nen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Aufarbeiten von land- und forstwirtschaftlichen pflanzlichen Pro­ dukten zu schaffen, das energieautark arbeitet und mit dem neben der Produktion von Alkohol auch lagerfähige Nahrungsmittel für Mensch und Tier hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruches ge­ löst.

Es konnte überraschenderweise festgestellt werden, daß dann, wenn man land- und forstwirtschaftliche pflanzliche Produkte un­ ter vollkommener Zerstörung der Zellstruktur preßt, diese Produk­ te völlig aufgeschlossen werden.

Durch die dabei entstehende Reibung insbesondere zwischen den Feststoffpartikeln und den ausgeübten Druck erhöht sich ins­ besondere die Temperatur der Flüssigkeitsphase sehr stark, z. B. auf 70°C, weshalb die weitere, durch die Abgase des Verbren­ nungsmotors gelieferte Wärme ausreicht, die Maischtemperatur von z. B. 85°C zu erreichen. Zum Erzielen der Maischtemperatur ist also erfindungsgemäß nur die zum Antrieb des Verbrennungsmotors benötigte Energie notwendig. Durch den völligen Aufschluß der Produkte und durch die gleichzeitige Trennung in Feststoff- und in Flüssigkeitsphase wird außerdem die nachfolgende Vergärung der Flüssigkeit erleichtert und beschleunigt. Für die Vergärung selbst ist deshalb weniger Energie notwendig.

Beim bisher bekannten Mahlen von pflanzlichen Produkten ist die Wärmeentwicklung minimal, weshalb der entstandene Saft, wenn er gären soll, mit teurer Wärmeenergie, die dem Verfahren zusätz­ lich zugeführt werden muß, auf die Maischtemperatur erwärmt wer­ den muß, was nun durch das erfindungsgemäße Pressen entfällt.

Wenngleich auch Obst, insbesondere Weintrauben, nach bekann­ ten Verfahren gepreßt werden, so ist dieses "Pressen" mit dem er­ findungsgemäßen Pressen nicht vergleichbar. Beim Pressen von Obst, insbesondere von Weintrauben, muß darauf geachtet werden, daß die Temperatur nicht wesentlich ansteigt.

Bei den zugeführten land- und forstwirtschaftlichen Produk­ ten kann es sich um Wurzelholz, Zweige, Äste oder auch Teile von Baumstämmen handeln, es können aber auch Grünmasse, wie Gras, Ge­ treide, Leguminosen od. dgl., Melasse, Kartoffeln, Obst und Gemüse oder ähnliches verarbeitet werden. Wesentlich ist nur, daß die beim Pressen entstandene Flüssigkeitsphase bei entsprechenden Be­ dingungen vergären kann.

Die Feststoffphase wird mit der Abwärme des Verbrennungsmo­ tors, d. h., mit der aufgewärmten Kühlluft des Motors, getrocknet. Der getrocknete Feststoff kann als Tierfutter verwendet werden. Kot und Harn der Tiere, also die Gülle, wird wieder zum Düngen des land- und forstwirtschaftlichen Anbaus verwendet, so daß das durch die Tiere verarbeitete Futter dem erfindungsgemäßen Kreis­ lauf wieder zugeführt wird.

Die auf die Maischtemperatur erwärmte Flüssigkeitsphase wird einer Alkoholbrennerei zugeführt, wobei Alkohol, insbesondere Ätha­ nol und Methanol gewonnen wird. Die für die Destillation benö­ tigte Destillationswärme wird aus dem Verfahren erhalten.

Während der gewonnene Alkohol als Verfahrensprodukt dem Ver­ fahren entnommen wird, wird die verbleibende Schlempe einem Bio­ gasreaktor zugeführt. Im Biogasreaktor wird durch anaerobe Reak­ tionen der Biomasse Methangas gebildet. Dieses Methangas wird als Prozeßenergie benutzt, indem damit ein oder mehrere Verbrennungs­ motoren angetrieben werden, von denen einer die oben beschriebene Presse antreibt. Dieser eine oder ein anderer Verbrennungsmotor kann einen Hochdruckverdichter antreiben, durch den die Wärme­ energie erhalten wird, durch die die vergorene Flüssigkeit auf die für die Alkoholbrennerei notwendige Temperatur erhitzt wird. Um die Temperatur zu erreichen, können aber auch die Abwärme und/oder die Abgaswärme eines der Verbrennungsmotoren z. B. un­ ter Zuhilfenahme eines Wärmetauschers, ausgenutzt werden.

Das aus dem Biogasreaktor kommende, ausgefaulte Substrat wird durch ein Trennverfahren auf physikalische, chemische und/ oder bakterielle Art in Eiweiß, Tiernahrung und Biodünger aufge­ teilt, die als gewonnene Produkte aus dem Verfahren abgeführt werden.

Einer der Verbrennungsmotoren kann weiterhin einen Generator zur Erzeugung von elektrischer Energie antreiben. Der gewonnene elektrische Strom kann zum Antrieb von im Verfahren benutzten elektrischen Pumpen und für ähnliche Hilfsmittel oder anderweitig benutzt oder zwischengespeichert werden.

Land- und forstwirtschaftliche pflanzliche Produkte, die im Überschuß vorliegen und bisher auf eine Halde gekippt wurden, oder verdorbene Abfallprudukte können durch das beschriebene Ver­ fahren ohne Zufuhr von Fremdenergie verarbeitet werden. Beim heu­ tigen Stand der Steuerungs- und Regelungstechnik und dem Einsatz von Speichern und Silos kann ein solches Verfahren im wesentli­ chen vollautomatisch durchgeführt werden.

Neben Energie - Abwärme und elektrischer Strom - werden dar­ über hinaus noch Alkohol und Produkte - Eiweiß, Tierfutter, Bio­ dünger - erhalten, die insbesondere in der Landwirtschaft wieder sinnvoll eingesetzt werden können und fremdbezogene Produkte er­ setzen.

Im folgenden wird anhand eines in der Zeichnung dargestell­ ten Verfahrensschemas eine mögliche Ausführungsform des Verfahrens beschrieben.

Als Rohstoff können verschiedenste land- und forstwirt­ schaftliche pflanzliche Produkte, insbesondere bisher noch als Abfall bezeichnete Produkte, verwendet werden. Dies können Wur­ zeln, Zweige, Äste oder auch Teile von Baumstämmen sein; weiter­ hin kann Grünmasse, wie Gras, Getreide, Leguminosen od. dgl., Me­ lasse, Kartoffeln, Obst und Gemüse und ähnliches verarbeitet wer­ den. Wesentlich ist einerseits, daß die Teile von ihrer Größe her überhaupt in die Presse eingebracht werden können, d. h., Baum­ stämme od. dgl. müssen zuvor dementsprechend zerkleinert werden. Andererseits ist es notwendig, daß die beim Pressen entstehende Flüssigkeitsphase bei entsprechenden Bedingungen vergären kann.

Der zugeführte Rohstoff sollte möglichst trocken sein. Je trockener das Gut ist, desto wärmer wird insbesondere die Flüs­ sigkeitsphase. Bei einem besonders nassen Rohstoff kann man, um einen möglichst geringen Feuchtigkeitsgehalt der insgesamt zuge­ führten Masse zu erhalten, die Masse entweder mit dem Verfahren entnommener Energie, worauf noch eingegangen wird, vortrocknen oder besonders trockene Rohstoffe, wie z. B. Stroh, Sägemehl, Holz oder einen anderen trockenen, pflanzlichen Feststoff, beimischen.

Dieser Rohstoff wird einer Presse zugeführt, in der er unter Zerstörung der Zellstruktur gepreßt wird. Das Gut wird insbeson­ dere an benachbarten Teilchen zerrieben, wodurch nicht nur die pflanzlichen Zellen geöffnet werden, sondern das Gut, insbesonde­ re die flüssigen Bestandteile, erwärmt werden. In dieser Presse wird das Gut außerdem in eine Feststoffphase und eine Flüssig­ keitsphase aufgeteilt.

Die Presse wird von einem Verbrennungsmotor angetrieben, in dem in einem noch zu beschreibenden Biogasreaktor gebildetes Bio­ gas, insbesondere Methangas, verbrannt wird.

Der Motor wird mit Frischluft gekühlt, die die Abwärme des Motors mitnimmt. Diese Abwärme wird zum Trocknen der aus der Presse kommenden Feststoffphase benutzt. Die getrocknete Fest­ stoffphase wird hierauf gelagert und kann je nach Ausgangsstoff z. B. als Tierfutter oder auch als Dünger verwendet werden.

Die aus dem Trockner kommende Luft weist immer noch eine ausreichende Wärmekapazität auf, so daß damit noch Räume wie Stallungen od. dgl. gewärmt werden können.

Das aus dem Verbrennungsmotor strömende Abgas wird in die eine Kammer eines Wärmetauschers geleitet, durch dessen andere Kammer die der Presse entströmende Flüssigkeitsphase geführt wird. Hatte die Flüssigkeitsphase nach dem Verlassen der Presse z. B. eine Temperatur von 70°C, so wird sie in dem Wärmetauscher auf die Maischtemperatur von z. B. 85°C nachgewärmt.

Der auf die Maischtemperatur aufgewärmten Flüssigkeit wird ein Verflüssiger und Hefe beigemischt. Danach vergärt die Flüs­ sigkeit, je nach notwendiger Gärdauer, in Gärtanks. Durch den völligen Aufschluß ist die Gärdauer relativ kurz, so daß eventu­ ell der Zeitraum vom Verlassen des Mischers über das nachfolgen­ de, weitere Erwärmen bis zum Erreichen der Destillationseinrich­ tung ausreicht, wenn die Flüssigkeit durch ein entsprechend lan­ ges Rohr geführt wird.

Die vergärende bzw. vergorene Flüssigkeit wird einem weite­ ren Wärmetauscher zugeführt, in dem sie auf die Destillationstem­ peratur von 102°C erwärmt wird. Die Wärme wird dem Wärmetauscher z. B. von einem Hochdruckverdichter zugeführt. Dieser Hochdruck­ verdichter wird von dem oben beschriebenen oder von einem weite­ ren Verbrennungsmotor angetrieben, der auch mit Biogas betrieben wird. Die vergorene Flüssigkeit kann aber auch mittels aus dem Verfahren gewonnener Warmluft oder den Abgasen aus dem oben be­ schriebenen Verbrennungsmotor auf die Destillationstemperatur er­ wärmt werden, wozu das Abgas zuerst dem zum Erreichen der Destil­ lationstemperatur dienenden Wärmetauscher zugeführt wird, ehe es in den dem Erwärmen auf die Maischtemperatur dienenden Wärmetau­ scher geführt wird.

Bei der Destillation wird die Flüssigkeitsphase in Alkohol, insbesondere Methanol und Äthanol, und Schlempe aufgetrennt. Der dabei entstandene Alkohol wird als Produkt aus dem Verfahren ge­ wonnen und abgeführt.

Die Schlempe wird abgekühlt, wobei die abgegebene Wärme im Verfahren selbst verwendet wird, insbesondere in einem Biogasre­ aktor, in den die Schlempe überführt wird.

In diesem Biogasreaktor wird die Schlempe zu Biogas und aus­ gefaulter Biomasse abgebaut. Im Biogasreaktor soll die Biomasse, hier die Schlempe, eine Temperatur von etwa 34°C aufweisen. Bei den Reaktionen im Biogasreaktor wird jedoch Wärmeenergie ver­ braucht, weshalb die beim Abkühlen der aus der Destillationsanla­ ge kommenden Schlempe gewonnene Wärmeenergie zum Aufrechterhalten der optimalen Verfahrenstemperatur von 34°C benutzt wird.

Der Biogasreaktor liefert, wie schon beschrieben, Biogas, insbesondere Methangas, welches dem oder den Verbrennungsmo­ tor(en) zu deren Betrieb zugeführt wird.

Die aus dem Biogasreaktor kommende, ausgefaulte Biomasse wird einem Auftrennungsprozeß unterworfen, durch den die Biomasse in Eiweiß, Tiernahrung und Biodünger aufgeteilt wird. Dieses Auf­ trennen wird physikalisch, chemisch und/oder bakteriologisch vorgenommen. Der Biodünger wird wieder in der Landwirtschaft ein­ gesetzt, so daß dieser den eingesetzten Rohstoffen direkt zugute kommt.

Das Biogas kann darüber hinaus auch noch benutzt werden, um einen Generator anzutreiben, der entweder von einem eigenen Ver­ brennungsmotor oder von einem der beiden oben beschriebenen Ver­ brennungsmotoren, insbesondere dem, der den Hochdruckverdichter antreibt, bewegt wird. Der vom Generator gelieferte Strom wird nicht nur für die elektrisch betriebenen Teile der Anlage, wie elektrische Pumpen usw. eingesetzt, er reicht auch noch aus, um Energie für Beleuchtung und ähnliches zu liefern.

Die Zuleitung der Wärmeenergie zu den einzelnen Wärmetau­ schern wird kontrolliert gesteuert. Die Wärme kann dabei zum Teil an den Wärmetauschern mittels Bypass-Leitungen vorbeigeführt werden und z. B. für die Heizung von Gebäuden oder zur Warmwasser­ bereitung benutzt werden.

Claims (1)

1. Verfahren zum Aufarbeiten von land- und forstwirtschaftlichen pflanzlichen Produkten, dadurch gekennzeichnet, daß

   • a) die Produkte unter vollkommener Zerstörung der Zellstruktur gepreßt werden, wobei die Produkte völlig aufgeschlossen werden und eine Feststoff- und eine Flüssigkeitsphase ent­ steht, die Flüssigkeitsphase durch den Preßvorgang auf eine erhöhte Temperatur aufgewärmt wird und mittels der Auspuff­ gase eines die Presse antreibenden Verbrennungsmotors auf die Maischtemperatur der Produkte nacherwärmt wird,
   • b) die Feststoffphase mittels der Kühlluft des Verbrennungsmo­ tors getrocknet wird,
   • c) die Flüssigkeitsphase einer Alkoholbrennerei zugeführt und dabei Alkohol, insbesondere Äthanol und Methanol, gewonnen wird,
   • d) die Maische zur Alkoholbrennerei mittels eines durch einen Hochdruckverdichter erwärmten Wärmemittels oder mittels der Wärme der Abluft oder des Auspuffgases eines Verbrennungsmo­ tors nachgeheizt wird,
   • e) der Hochdruckverdichter von einem mittels des im Biogasreak­ tor erzeugten Methangases betriebenen Verbrennungsmotors angetrieben wird,
   • f) die bei der Alkoholbrennerei entstehende Schlempe einem Bio­ gasreaktor zugeführt wird und daß das im Biogasreaktor ent­ stehende Methangas der Prozeßenergie zugeführt wird, insbe­ sondere zum Antrieb der Presse benutzt wird und
   • g) das ausgefaulte Substrat aus dem Biogasreaktor durch ein Trennverfahren in Eiweiß, Tiernahrung und Biodünger aufge­ teilt wird.