DE4113000A1 - Anlage zur herstellung von biogas - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zur Herstellung von Biogas durch Vergärung von vorzugsweise dickflüssigen Medien mit einem vorzugsweise zylindrischen Behälter zum Vergären des Gärmediums sowie im Behälter kontinuierlich entlang der Behälterachse bewegbaren plattenförmigen Mischkörpern, wobei der Behälter durch Trennwände in mehrere Gärkammern unterteilt ist und diese Trennwände teilweise doppelwandig ausgebildet sind, so daß über diese ein Wärmeaustausch stattfinden oder eine Erwärmung des Gärmediums erfolgen kann. Eine derartige Anlage zur Herstellung von Biogas ist aus der DE-PS 37 37 870 bekannt. Durch den doppelwandigen Raum des Wärmetauschers kann z. B. Warmwasser geleitet werden, d. h. der Wärmetauscher ist einem plattenförmigen Heizkörper vergleichbar. In der Praxis hat sich gezeigt, daß die mit dem Gärmedium z. B. Gülle in Berührung stehenden Flächen der Wärmetauscher mit der Zeit verschmutzen. Es bildet sich eine Art Kruste, da das dickflüssige Gärmedium einen je nach Herkunft mehr oder minder hohen Feststoffanteil aufweist.

Diese Verschmutzung der Wärmetauscherflächen führt zu einer Senkung deren Wärmetauschkapazität, ja im Extremfall findet quasi kein Wärmeaustausch mit dem dickflüssigen Gärmedium mehr statt. Die erforderliche mechanische Reinigung der Wärmetauscherplatten erfordert bei der bekannten Anlage eine Stillegung und Entleerung des Gärbehälters und ist mit vergleichsweise hohem Aufwand verbunden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine Anlage zur Herstellung von Biogas aus dickflüssigen vergärbaren Medien der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der eine Erhaltung der Wärmeaustauschkapazität der Wärmetauscher bei kontinuierlichem Betrieb der Anlage möglich ist.

Die Lösung dieser Aufgabe liefert eine Anlage zur Herstellung von Biogas durch Vergärung von vorzugsweise dickflüssigen Medien mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs. Erfindungsgemäß erfolgt die Reinigung der Wärmetauscherflächen mittels einer mit den Mischkörpern verbundenen Reinigungseinrichtung, die bei der Bewegung der Mischkörper im Behälter in axialer Richtung an der Wandung des Wärmetauschers entlang bewegt wird. Da die Mischkörper zur Durchmischung des Gärmediums in der Regel kontinuierlich axial im Behälter hin und her bewegt werden, werden auch die Wärmetauscherflächen durch die Reinigungsvorrichtung kontinuierlich von Verunreinigungen gesäubert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist diese Reinigungsvorrichtung eine an der dem Wärmetauscher gegenüberliegenden Kante des plattenförmigen Mischkörpers angebrachte Lippe, vorzugsweise aus Gummi. Vorzugsweise ist diese Gummilippe schräg nach oben ausgerichtet, so daß sie sich bei der Aufwärtsbewegung des Mischkörpers durch die Strömungskraft des dickflüssigen Gärmediums an ihrem freien Ende etwas nach unten biegt und dadurch an dem zu reinigenden Wärmetauscher zur Anlage kommt und bei der Aufwärtsbewegung des Mischkörpers an diesem entlangstreicht und diesen somit von Verunreinigungen säubert.

In der DE-PS 37 37 870 ist eine Variante einer Anlage zur Herstellung von Biogas durch Vergärung von dickflüssigen Medien beschrieben, bei der das Gärmedium zunächst in eine Aufwärmkammer des Behälters eintritt, die der Ausströmkammer für das ausgegorene Gärmedium benachbart ist, so daß zwischen dem kalten frischen Gärmedium und dem warmen verbrauchten Gärmedium ein besserer Wärmeaustausch stattfindet. Bei dieser Variante sind für die Aufwärmkammer und die Ausströmkammer jeweils separate Mischkörper vorgesehen, die ebenfalls im Behälter in axialer Richtung bewegbar sind. Gemäß einer bevorzugten Variante der vorliegenden Erfindung sind diese Mischkörper für die Aufwärmkammer bzw. Ausströmkammer im Umriß etwa dreieckig ausgebildet und so angeordnet, daß eine Fläche der Mischkörper parallel zur Wandung der Kammer verläuft, über die der Wärmeaustausch stattfindet. Die beiden übrigen Flächen der Mischkörper verlaufen im spitzen Winkel zur vorgenannten Fläche. Durch diese quasi im Querschnitt keilförmige Ausbildung der Mischkörper wird erreicht, daß der Mischkörper sowohl bei der Aufwärtsbewegung (es sei davon ausgegangen, daß es sich um einen stehenden Behälter handelt) als auch bei der Abwärtsbewegung jeweils mit der zur Wandung des Wärmetauschers parallelen Fläche an diese Wandung angedrückt wird. Bei seiner Aufwärts-(Abwärts-) bewegung streicht der Mischkörper also an der Wandung entlang und befreit diese wiederum von Verunreinigungen. Diese Mischköper für die Aufwärmkammer bzw. Ausströmkammer sind vorzugsweise kunststoffbeschichtet, so daß sie gute Gleiteigenschaften haben und bei ihrer Bewegung entlang der Wandung der Kammer diese nicht beschädigen. Aufgrund des hohen Feststoffanteils ist in dem dickflüssigen Gärmedium keine oder nur geringe thermische Zirkulation vorhanden. Die Mischkörper sind daher so ausgebildet, daß sie eine in etwa kreisförmige horizontale Strömung des Gärmediums sowie kleinere Verwirbelungen um die Mischkörper herum erzeugen, wenn sie bewegt werden und so die fehlende thermische Zirkulation ersetzen.

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Behälter für die Vergärung dickflüssiger Medien;

Fig. 2 einen Horizontalschnitt durch den Behälter gemäß Fig. 1;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch den Behälter entlang der Linie III-III von Fig. 2;

Fig. 4 eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Mischkörpers.

Es wird zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen. Die erfindungsgemäße Anlage zur Herstellung von Biogas weist einen zylindrischen oben geschlossenen Behälter 10 auf, in dem sich das Gärmedium 33 befindet, das z. B. Gülle ist. Die frische Gülle gelangt über den Zufluß 16 im Boden zunächst in die Aufwärmkammer 13, die im Querschnitt, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, rechteckig ist und steigt in der Aufwärmkammer nach oben. Die Frischgülle wird mit einer speziellen Pumpe in die Aufwärmkammer 13 gepumpt. Wenn die Frischgülle das obere Ende der Aufwärmkammer 13 erreicht hat, strömt sie über die Trennwand 30 in die Gärkammer 11. Die Gärkammer 11 ist über eine Öffnung 15 im Bodenbereich mit der zweiten Gärkammer 12 verbunden. In den Gärkammern 11 und 12 finden zwei aufeinanderfolgende Gärvorgänge unter unterschiedlichen Bedingungen, d. h. mittels unterschiedlicher Mikroorganismen, bei verschiedenen pH-Werten, verschiedenen Temperaturen etc. statt. Diese mehrstufige Vergärung ist im Prinzip bekannt. In den Hauptgärkammern 11 und 12 sind jeweils etwa plattenförmige Mischkörper 52, 55 angeordnet, die im Behälter aufgehängt sind und mit Hilfe eines Antriebs im Behälter in etwa in horizontaler Lage auf und ab bewegbar sind, um dadurch das Gärmedium vorsichtig zu durchmischen. In der Gärkammer 11 ist im mittleren Bereich der Trennwand 30 zur Aufwärmkammer 13 ein Wärmetauscher 20 angeordnet, der doppelwandig etwa wie ein plattenförmiger Heizkörper ausgebildet ist und als Austauschmedium in der Regel Wasser enthält. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist nun an der dem Wärmetauscher 20 zugewandten Seite des plattenförmigen Mischkörpers 52 entlang der Innenkante 53 des Mischkörpers eine schräg nach oben gerichtete Gummilippe 51 angeordnet. Diese Gummilippe wird bei Aufwärtsbewegung des plattenförmigen Mischkörpers 52 aufgrund der Strömung des Gärmediums 33, die durch die Bewegung des Mischkörpers veranlaßt wird, etwas nach unten gebogen und somit an die Wandung des Wärmetauschers 20 angedrückt. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Gummilippe 51 bei der Bewegung des Mischkörpers 52 an dem Wärmetauscher 20 entlangstreicht und diesen von Verunreinigungen reinigt. In gleicher Weise ist in der zweiten Gärkammer 12 an dem plattenförmigen Mischkörper 55 eine Gummilippe 57 angeordnet, die bei der Bewegung des Mischkörpers 55 an dem Wärmetauscher 21 entlangstreicht. Der Wärmetauscher 21 ist im mittleren Bereich der Trennwand 31 angeordnet, die die Gärkammer 12 von der Ausströmkammer 14 abtrennt. Das Gärmedium strömt nämlich, wenn die zweite Gärkammer 12 voll ist, über die Trennwand 31 von oben in die Ausströmkammer 14, die ebenfalls im Querschnitt rechteckig ist, wie aus Fig. 2 hervorgeht, und die der Aufwärmkammer 13 benachbart ist.

In den äußeren Bereichen der Trennwand 30 zwischen Gärkammer 11 und Gärkammer 12 befindet sich, dort wo kein Wärmetauscher angeordnet ist, beidseitig eine Isolierschicht 30a zum Beispiel aus Hartschaum, da zwischen dem kühleren Gärmedium in der Gärkammer 11 und dem wärmeren Gärmedium in der Gärkammer 12 kein Wärmetausch stattfinden soll, wenn zweistufig bei verschiedenen Temperaturen vergoren wird.

Vielmehr ist dann erwünscht, daß die jeweilige Temperatur in den Gärkammern 11 und 12 möglichst konstant auf dem jeweiligen Niveau gehalten wird. An der Innenseite der Trennwand 30 zwischen Gärkammer 11 und Aufwärmkammer 13 und an der Innenseite der Trennwand 31 zwischen Gärkammer 12 und Ausströmkammer 14 ist ebenfalls jeweils eine Isolierschicht angebracht, so daß keine Wärme von der Gärkammer 11 an die Aufwärmkammer 13 abgegeben wird und auch zwischen dem Wärmetauscher 21 und der Ausströmkammer 14 kein Wärmetausch stattfindet. Das Wasser in den plattenförmigen Heizkörpern (Wärmetauschern) 20, 21 kann durch Verbrennung von in der Biogasanlage hergestelltem Biogas erwärmt werden, so daß ein Teil der in der Anlage erzeugten Energie als Prozeßwärme wieder eingespeist wird.

Die Trennwand zwischen der Aufwärmkammer 13 und der Ausströmkammer 14 ist ebenfalls von einem Wärmetauscher 54 gebildet. Dadurch wird ein Wärmetausch zwischen der insbesondere im Winter vergleichsweise kalten Frischgülle (z. B. 6° bis 8°C), die über den Zufluß 16 in die Aufwärmkammer 13 strömt, und der abfließenden ausgegorenen Gülle erzielt, die eine vergleichsweise hohe Temperatur aufweist (bis zu etwa 55°C, wenn in der Gärkammer 12 eine thermophile Gärung stattfindet) und über die Ausströmkammer 14 und den Abfluß 17 den Behälter verläßt. Bei der vorgenannten Eintrittstemperatur der Frischgülle und thermophiler Gärung in der Gärkammer 12 wird erreicht, daß die Frischgülle beim Verlassen des Zuflusses 16 und Eintritt in die Gärkammer 11 etwa eine Temperatur von ungefähr 30°C erreicht hat, so daß bereits annähernd die in der Gärkammer 11 herrschende Temperatur erreicht ist, wenn dort im Temperaturbereich von ca. 35°C vergoren wird. Auf diese Weise ist die restliche noch erforderliche Aufheizung des Gärmediums in der Gärkammer 11 gering, der Wärmehaushalt der Anlage wird somit optimiert. Der Wärmetauscher 54, der als einfache Stahlwand ausgebildet sein kann, dient demnach der Wärmerückgewinnung der aus der thermophilen Gärung gewonnenen Wärme.

Es hat sich als bedeutsam erwiesen, daß die Gülle auch in den beiden kleinen Kammern, der Aufwärmkammer 13 und der Ausströmkammer 14 effektiv durchmischt wird. Zu diesem Zweck sind in diesen Kammern jeweils Mischkörper 60, 61 angeordnet, die ebenfalls im Behälter in vertikaler Richtung also entlang der Behälterachse bewegbar sind, um das Gärmedium zu durchmischen. Die zusätzlichen Mischkörper 60, 61 für diese Kammern können mit Hilfe des für die Bewegung der Mischkörper 52, 55 verwendeten Antriebs im Behälter auf und ab bewegt werden. Um einen effektiven Wärmetausch zwischen der Gülle in der Aufwärmkammer 13 und der ausgegorenen Gülle in der Ausströmkammer 14 über den Wärmetauscher 54 zu erzielen, wird erfindungsgemäß dieser Wärmetauscher mit Hilfe der Mischkörper 60, 61 gereinigt. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, die eine perspektivische Ansicht des Mischkörpers 60 bzw. 61 zeigt, weist der Mischkörper eine bei im Behälter aufgehängtem Mischkörper etwa senkrechte Fläche 62 auf, die jeweils der als Wärmetauscher ausgebildeten Trennwand 54 zugewandt ist. Die beiden Seitenflächen 63, 64 sind zu der etwa senkrechten Fläche 62 im spitzen Winkel ausgerichtet, so daß sich ein Querschnitt eines spitzwinkligen Dreiecks ergibt. Der Mischkörper 60, 61 ist insgesamt langgestreckt, so daß er etwa den Querschnitt der Aufwärmkammer 13 bzw. Ausströmkammer 14 ausfüllt und dort für eine effektive Durchmischung sorgt.

Es wird nun wieder auf Fig. 1 Bezug genommen, um die Funktion der Mischkörper 60, 61 zu erläutern. Diese sind an Seilen aufgehängt und die Seile sind auf eine oberhalb der Gärkammern 11, 12 horizontal im Behälter drehbar angeordnete Walze aufwickelbar. Bei Drehung der Walze wird der Mischkörper 61, 60 je nach Drehrichtung entweder angehoben oder abgesenkt. Durch die im Querschnitt dreieckige etwa keilförmige Ausbildung der Mischkörper 60, 61 entsteht beim Anheben bzw. Absenken der Mischkörper in dem dickflüssigen Gärmedium eine Kraft, die den Mischkörper jeweils an die Trennwand 54 zwischen den Kammern 13, 14 andrückt. Auf diese Weise streicht der Mischkörper 60, 61 bei der Aufwärts- bzw. Abwärtsbewegung an dem Wärmetauscher 54 entlang und säubert diesen von Verunreinigungen, so daß ein effektiver Wärmetausch zwischen den unterschiedlich temperierten Gärmedien gegeben ist. Um eine Beschädigung des Wärmetauschers 54 zu vermeiden, sind die Mischkörper 60, 61 entweder außen mit Kunststoff beschichtet oder ganz aus Kunststoff oder einem anderen Material mit guten Gleiteigenschaften.

Claims (7)

1. Anlage zur Herstellung von Biogas durch Vergärung von vorzugsweise dickflüssigen Medien mit einem vorzugsweise zylindrischen Behälter zum Vergären des Gärmediums sowie im Behälter kontinuierlich entlang der Behälterachse bewegbaren plattenförmigen Mischkörpern, wobei der Behälter durch Trennwände in mehrere Gärkammern unterteilt ist und diese Trennwände teilweise doppelwandig ausgebildet sind, so daß über diese ein Wärmeaustausch stattfinden oder eine Erwärmung des Gärmediums erfolgen kann, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit den plattenförmigen Mischkörpern (52) verbundene Reinigungseinrichtung (51) für die Wärmetauscher (20) vorgesehen ist, die bei der Bewegung der Mischkörper (52) im Behälter (10) in axialer Richtung an der Wandung des Wärmetauschers (20) entlangbewegt wird.

2. Anlage zur Herstellung von Biogas durch Vergärung von vorzugsweise dickflüssigen Medien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Reinigungsvorrichtung eine an der dem Wärmetauscher zugewandten Kante (53) des plattenförmigen Mischkörpers (52) angebrachte Lippe (51) aus Gummi oder dergleichen vorgesehen ist.

3. Anlage zur Herstellung von Biogas durch Vergärung von vorzugsweise dickflüssigen Medien nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lippe (51) sich von dem Mischkörper (52) aus schräg nach oben erstreckt.

4. Anlage zur Herstellung von Biogas durch Vergärung von vorzugsweise dickflüssigen Medien nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (10) neben den Gärkammern (11, 12) eine Aufwärmkammer (13) und/oder eine Ausströmkammer (14) aufweist, für die ebenfalls Mischkörper (60, 61) vorgesehen sind, die im Behälter in axialer Richtung bewegbar sind, wobei diese Mischkörper (60, 61) so ausgebildet sind, daß sie bei ihrer axialen Bewegung im Behälter an der als Wärmetauscher ausgebildeten Wandung (54) der Kammer entlangstreichen.

5. Anlage zur Herstellung von Biogas durch Vergärung von vorzugsweise dickflüssigen Medien nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkörper (60, 61) eine zur Wandung der Kammer parallel verlaufende Fläche (62) aufweisen, die der Wandung (54) zugewandt ist und die übrigen Flächen (63, 64) jeweils im spitzen Winkel zu der wandparallelen Fläche (62) verlaufen.

6. Anlage zur Herstellung von Biogas durch Vergärung von vorzugsweise dickflüssigen Medien nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkörper (60, 61) wenigstens an ihrer Oberfläche aus einem Material mit guten Gleiteigenschaften bestehen.

7. Anlage zur Herstellung von Biogas durch Vergärung von vorzugsweise dickflüssigen Medien nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkörper (60, 61) kunststoffbeschichtet sind oder aus Kunststoff bestehen.