DE3526820A1

DE3526820A1 - Vorrichtung zur erzeugung von biogas

Info

Publication number: DE3526820A1
Application number: DE19853526820
Authority: DE
Inventors: Manfred Heinrich; Peter Hildebrandt; Bernd Prof Dr Stephan
Original assignee: Stephan bernd profdrrernat
Current assignee: Stephan bernd profdrrernat
Priority date: 1985-07-26
Filing date: 1985-07-26
Publication date: 1987-02-05

Description

Zunehmende Verknappung von Rohstoffen, insbesondere von fossilen Energieträgern, hat zu einem überproportionalen Steigen ihrer Preise geführt. Diese Tendenz wird sich voraussichtlich fortsetzen. Zunehmende Belastung der Umwelt durch Schadstoffe wird den Handlungsspielraum in vielen Bereichen weiter stark einengen. Die Erfindung hat die Nutzung organischer Abfallstoffe zur Energie- und Düngererzeugung zum Inhalt und soll einen Beitrag zur Bewältigung der einleitend aufgezeigten Problematik leisten.

Systeme zur Erzeugung von Biogas aus organischem Material durch anaerobe, mikrobielle Behandlung sind schon seit langem bekannt. Ihnen allen ist die Fermentierung organischer Stoffe in einem abgeschlossenen Behälter gemeinsam, während die weiteren Parameter der Prozeßführung sich teilweise beträchtlich unterscheiden.

Das sind insbesondere:
- Verweilzeit des Substrates im Fermenter
- Faulraumtemperatur
- Faulraumform und -material
- Substratführung im Fermenter

Das Ziel von Biogasanlagen besteht üblicherweise darin, einen möglichst hohen Abbaugrad sowie eine möglichst hohe Abbaugeschwindigkeit der in den Fermenter eingebrachten organischen Substanzen zu erreichen. Diese Ziele werden üblicherweise insbesondere durch eine Rührung oder Umwälzung des Substrates während der Fermentation neben dem Aufrechterhalten erhöhter Fermentationstemperaturen erreicht.

Im Verlauf von Untersuchungen im Labor- und Betriebsmaßstab wurde festgestellt, daß es entgegen den bisherigen Erfahrungen nicht erforderlich ist, das Substrat während der Fermentation zu rühren bzw. umzuwälzen, um zu hohen Gasausbeuten zu gelangen. Wird in einem anaerob betriebenen Reaktor der mikrobielle Abbau organischer Rohstoffe unter Bedingungen der Pfropfströmung vorgenommen, so werden Gasausbeuten erzielt, die im oberen Bereich des Erwartungswertes in Bezug auf die eingebrachte Menge organischen Materials liegen und die die Gasausbeuten des anaeroben Abbaus in Rührkesseln vollständig durchmischten Reaktoren erreichen und/oder übertreffen. Ferner wurde im Verlauf der Untersuchungen festgestellt, daß durch Einbauten und/oder Zusatzstoffe aus inertem Material, die die Mobilität des Substrates im Fermenter behindern, eine Steigerung der Abbaugeschwindigkeit der eingebrachten Substrate erzielt wird, wobei das selbsttätige Fließvermögen des Substrates Vorraussetzung ist. Kennzeichen der Erfindung ist ein Verfahren zum anaeroben Abbau organischer Substanzen in wäßriger Lösung und/oder Suspension, bei dem die Abbauleitung durch strömungsreguliernde Maßnahmen im Fermenter gesteigert wird, bei dem eine Substratrührung unnötig ist.

Die Erfindung ermöglicht den Bau und Betrieb von einfachen Anlagen zur Biogaserzeugung. Dabei haben sich Reaktoren mit quadratischen oder rechteckigen Querschnitten hinsichtlich Gasausbeute, leichter Montage und relativ geringen Herstellungskosten besonders bewährt, wenn sie erfindungsgemäß ausgerüstet und betrieben werden.

Die Erfindung besteht aus einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Biogas- und Düngererzeugung aus organischen Substanzen in wäßriger Lösung und/oder Suspensionen, dadurch gekennzeichnet, daß der Substratstrom als möglichst ideale Pfropfströmung in einem Reaktor vorzugsweise quadratischen oder rechteckigen Querschnitts mit entsprechenden Einbauten und/oder Zusätzen geführt wird.

Zur kostengünstigen Umsetzung dieser Konzeption wurde gefunden, daß ein entsprechend modifizierter ISO-Transportcontainer besonders gut geeignet ist.

Das Verfahren und die zugehörige Vorrichtung werden anhand der folgenden Beispiele erläuert:

Beispiel 1 (vgl. Abb. 1)

Der Faulbehälter 1 wird aus einem 20′ ISO-Transportcontainer gebildet. Er kann je nach Erfordernis mit einer Schicht zur Thermischen Isolierung versehen werden, die vorzugsweise an der Außenwand angebracht wird. Über die Leitung 2 wird das Substrat in den Fermenter eingebracht. Die Leitung 2 ist mit einem Mundstück 2 a versehen, das das Substrat möglichst gleichmäßig in dem Gärbereich 3 verteilt. Der Bereich 3 ist durch eine senkrecht zur Substratströmungsrichtung angeordnete Fläche 5, die vorteilhaft gleichzeitig als Wärmeübertrager zur Substratbeheizung ausgelegt ist, gegen den nachgeordneten Hauptgärraum 4 weitgehend abgetrennt. Das Substrat kann über Zwischenräume jeweils zu den Seitenwänden des Behälters 1 weiterströmen. Durch diese Vorrichtung gelangt ein homogenisiertes und gleichmäßig erwärmtes Substrat in den Hauptgärraum 4. Dieser Raum 4 ist mit Wärmeübertragern 6 ausgestattet, die parallel zur Substratströmungsrichtung angeordnet sind. Dadurch wird der aus 3 kommende, vereinheitlichte Substratstrom keinen weiteren Umlenkungen unterzogen. Insbesondere stärker abgebautes Substrat zeigt die Tendenz, im Fermenter nach unten abzusinken. Diese Neigung zur Separation wird genutzt, um vorzugsweise das schon stärker abgebaute Substrat aus dem Reaktor über den Auslauf 9, der dicht über dem Fermenterboden beginnt, selbsttätig austreten zu lassen. Dieser Substratstrom enthält besonders hohe Anteile aktiver Bakterienmasse, die durch Einbauten 7 (quer zur Strömung angebrachte Leisten) im Bodenbereich des Fermenters zu einem gewissen Anteil zurückgehalten werden. Dadurch wird die Retentionszeit dieser Bakterienmasse im Vergleich zu Reaktoren ohne derartige Einbauten verlängert, die Gasproduktion gesteigert, der mikrobielle Abbauprozeß stabilisiert.

Das Gas wird dem Gasdom 8 zugeführt und gelangt von dort in einen Gasspeicher oder wird unmittelbar einer Nutzung zugeführt.

Beispiel 2

Ein 20′ ISO-Container, ausgerüstet wie im Beispiel 1 beschrieben, wird täglich mit 1,5 m³ bis 2,5 m³ Rindergülle beschickt. Diese Substratmenge wird vorteilhaft in mehreren kleinen Portionen zugeführt. Bei Faulraumtemperaturen von 308 K, organischen Anteilen von 8% in dem Frischsubstrat bei 9,5% gesamter Trockenmasse, produziert der erfindungsgemäß ausgestattete Container 45 bis 60 m³ Biogas pro Tag, während bei Verzicht auf die Einbauten nach Beispiel 1 die Gasproduktion um bis zu 20% abfällt.

Beispiel 3

Ein 20′ ISO-Container wird mit einer Vorrichtung zur Substratverteilung 2 a (Abb. 1) sowie Wärmeübertragungsflächen, angeordnet wie im Beispiel 1 beschrieben, ausgestattet. Die Einbauten 7 zur Rückhaltung aktiver Bakterienmasse werden jedoch weggelassen. Setzt man statt dessen inerte feinteilige Feststoffe wie z. B. Alumosilikate in einer Menge von bis zu 5 Gew.-% der Frischgülle zu, so wird eine Steigerung von bis zu 25% der Gasausbeute im Vergleich zum anaeroben Abbau der gleichen Gülle Zusatz des Inertstoffes erzielt.

Claims

1. Vorrichtung zur Erzeugung von Biogas, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem beheizbaren Behälter mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt besteht, der am Vorder- bzw. Hinterteil mit einem Ein- bzw. Austritt für das Substrat vorsehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf der Form der bekannten ISO-Transportcontainer beruht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Vor- und einen Hauptgärraum aufweist, in denen das Substrat entsprechend einer Pfropfströmung den Reaktor durchläuft.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrateinleitungsrohr mit einem Mundstück zur Verteilung des Substrates in dem Vorgärraum ausgestattet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptgärraum am Boden Vorrichtungen zum Rückhalt aktiver Biomasse aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß ihr mit dem zu behandelnden Substrat inerte, feinteilige Feststoffe in einem Anteil von bis zu 5 Gew.-% zugesetzt werden können.