DE68922151T2

DE68922151T2 - Gasbehälter mit gleichbleibendem Druck bei sich ändernder Füllmenge, insbesondere für aus Abwässern oder aus festen Massen hergestelltes Biogas.

Info

Publication number: DE68922151T2
Application number: DE68922151T
Authority: DE
Inventors: Luigi Spedini; Andrea Tilche
Original assignee: Agenzia Nazionale per le Nuove Tecnologie lEnergia e lo Sviluppo Economico Sostenibile ENEA; Agrisilos SRL
Current assignee: Agenzia Nazionale per le Nuove Tecnologie lEnergia e lo Sviluppo Economico Sostenibile ENEA; Agrisilos SRL
Priority date: 1988-05-06
Filing date: 1989-05-04
Publication date: 1995-09-28
Anticipated expiration: 2009-05-05
Also published as: DE68922151D1; IT8847930A0; EP0350455A3; EP0350455B1; EP0350455A2; IT1219578B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet alternativer Energien und insbesondere bezieht sie sich auf einen unter konstantem Druck stehenden Gasbehälter, der speziell zum Sammeln und Speichern eines beliebigen Gases ausgelegt ist, das aus Abwasser oder biologischen Schlänimen erzeugt wird.
Beim anaaerobischen Aufschließen handelt es sich um einen mikrobiologischen prozeß, durch den eine Vielzahl von organischen Substanzen in Metern und Kohlenstoffdioxid (das sogenannte Biogas) umgewandelt werden. Der Prozeß tritt natürlich unter Bedingungen eines Abschlusses von Sauerstoff und künstlich in geschlossenen Reaktoren auf.
Tierische Exkremente bilden ein sehr gutes Substrat für die Erzeugung von Biogas; um dieses möglichst kostengünstig zu erzeugen, sollten die Kosten für die Anlage so gering wie möglich sein.
Beim Entwerfen kostengünstiger Anlagen während der vergangenen Jahre sind mehrere Systeme entwickelt worden, um mit Kunststoffmaterialtanks und Flächen (Abwasserklärteiche) abzudecken, um tierisches Abwasser derart zu speichern, daß Biogas gesammelt wird, das in natürlicher Weise unter aaerobischen Bedingungen ausgebildet wird.
Zur Zeit sind Systeme zum Rückgewinnen von Biogas aus tierischen Abwasserklärteichen noch nicht sehr ausgearbeitet und können in zwei Haupttypen klassifiziert werden:
1. Weite bogenförmige Persenningabdeckungen (Ballons), die durch spezielle Systeme an den Abwasserteichen verankert und durch das erzeugte Gas aufgeblasen werden. Bei diesen Systemen hat das Gas einen sehr geringen Druck und ist als Funktion des Aufblasens des Ballons variabel. Da der Ballon die meiste Zeit über nicht unter Druck steht, flattert er durch Einwirkung von Wind und neigt dazu, Regenwasserseen auszubilden und unter Schnee verschüttet zu werden, wodurch die Anlage sowohl hinsichtlich der Wirksamkeit wie der Beständigkeit ernsthaft zu wünschen übrig läßt.
2. Niedrige Persennings mit Schwimmkörpern. Bei diesen Systemen, die aus Kunststofflachmaterial gebildet werden, die auf einer flüssigen Oberfläche ruhen und durch ein zylindrisches Schwimmelement mit einem Abstand von 1 bis 2 m angehoben gehalten werden, wird das Gas mehr oder weniger kontinuierlich mittels einer Saugpumpe abgezogen. Dieses System ist dem Wind weniger ausgesetzt, kann jedoch trotzdem durch Regen oder Schnee untergetaucht oder verschüttet werden und hat keine Speicherkapazität.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Nachteile der bislang bekannten Systeme durch eine Anlage zu überwinden, die den Erfordernissen hinsichtlich niedriger Kosten und gutem Wirkungsgrad entsprechen, wie sie für die Herstellung und wirtschaftliche Ausbeutung von Biogas erforderlich sind.
Aus dem französischen Patent Nr. 1 547 683 ist ein Gasbehälter bekannt, der durch eine geschlossene Außenmembran allgemein zylindrischer Form gebildet wird, dessen Innenseite durch eine zweite Membran in zwei Kammern unterteilt ist, die das Volumen in zwei Zonen trennt, die unterschiedliche Gase enthalten, d.h. das Lagergas und ein zusätzliches Gas, das es erlaubt, den Druck des Lagergases konstant zu halten.
Gemäß dieser Erfindung wird ein Biogasrückgewinnungsbehälter geschaffen, der eine undurchlässige Membran umfaßt, die als Innenmembran bezeichnet wird und zwischen der Oberfläche des Abwassers, aus der das Biogas abgegeben wird, und der Abdeckungsaußenmembran angeordnet ist, die zweckmäßigerweise dazu verwendet wird, das Gas zu sammeln. Dadurch werden zwei Kammern erhalten, das bedeutet, die Gasaufbaukammer unterhalb der Innenmembran und die Luftkammer, die zwischen der Innenmembran und der Außenmembran eingeschlossen ist, wobei die Luftkammer durch ein zusätzliches Aufblasgas befüllt ist, das von außen zugeführt wird, um den Druck konstant zu halten.
Die vorliegende Erfindung wird nunmehr in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert, in denen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung als Erläuterung und ohne Beschränkung darauf gezeigt ist.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 und 2 schematisch die technische Lehre, auf welcher die Erfindung basiert,
Fig. 3 der erfindungsgemäße Entwurf einer Anlage zum Sammeln und Lagern von Biogas,
Fig. 3A einen Querschnitt der Anlage von Fig. 3,
Fig. 4 eine Anlage, die an der Böschung einer Zisterne verankert ist,
Fig. 4A einen Querschnitt von Fig. 4,
Fig. 5 das Schema einer Regel- und Pumpschalttafel, die dazu ausgelegt ist, in den Anlagen installiert zu werden.
In Bezug auf die Fig. 1 und 2 enthält die Erfindung im wesentlichen einen Behälter, der zwei flexible Membranen A und B umfaßt, die entlang einer geschlossenen Linie L1 derart miteinander vereinigt sind, daß eine Kammer P1 gebildet wird, deren Wände die besagten zwei Membranen sind; an seinem Rand ist der Behälter mit einer festen oder flüssigen Oberfläche C entlang einer geschlossenen Linie L2 derart vereinigt, daß eine zweite Kammer P2 gebildet wird.
Die derart erhaltenen zwei Kammern sind voneinander durch eine gemeinsame undurchlässige Membran B getrennt.
Auf gewisse Weise kann auch ein Abschnitt der Oberfläche C als ein Trennelement zwischen den Kammern P1 und P2 verwendet werden (s. Fig. 2).
Bei Betrachtung der Fig. 1 wird deutlich, daß dann, wenn der Druck in der Kammer P1 durch Zuführen oder Abführen von Luft oder anderen Gasen konstant gehalten wird, auch der Druck in P2 in Bezug auf PE konstant bleibt, wobei es sich um den Atmosphärendruck handelt. Eine gewisse Gasmenge kann deshalb in der Kammer P2 ohne Druckänderung in dieser bevorratet werden. Das System wird dadurch, sobald sich die Menge des enthaltenen Gases ändert, ein Gasbehälter unter konstantem Druck und er kann zusätzlich die folgenden Funktionen haben:
1. Wenn es sich bei C um eine Flüssigkeitsoberfläche handelt, aus der Gas austritt (tierisches Abwasser, Stadtund Industrieabwasser), kann die Kammer P2 dieses sammeln.
2. Für geeignete Drücke in der Kammer P1 arbeitet die Oberfläche A als Abdeckung, die dahingehend wirksam ist, Wind und Schneelasten zu widerstehen.
3. Die Kammer P1 kann als Wärmeisolator für die Kammer P2 in Bezug auf das Äußere verwendet werden und alternativ als Sonnenfalle arbeiten, um die Flüssigkeit zu erwärmen, die durch den Behälter abgedeckt wird.
4. Das Gas, das in P2 enthalten ist, kann selbst dann unter Verwendung von Luftpumpen komprimiert werden, wenn es entflammbar und korrosiv ist; tatsächlich würde es ausreichen, lediglich Luft in die Kammer P1 zu pumpen.
Aus dem Vorstehenden wird deutlich, daß durch diese Erfindung die folgenden Vorteile in Bezug auf den vor stehend genannten Stand der Technik erreicht werden können.
- Aus Flüssigkeitsoberflächen und Feststoffstapeln können Gase gesammelt werden, ohne daß diese mit der Luft vermischt werden und ohne irgendeine spezielle Saugpumpe für Gase, die bislang verwendet worden sind.
- Die gesammelten Gase können auch in großen Mengen gespeichert werden, während die Außengestalt ungeändert und die Witterungsbeständigkeit unverändert erhalten bleiben, wodurch die Anlage auch während des Winters durchgehend verwendet werden kann (die vorhandenen Anlagen werden durch Regen, Wind und Schnee beeinträchtigt).
- Gase können mit beliebiger Durchflußrate bei konstantem Druck abgegeben werden.
- Die flexiblen Membranen sind insofern haltbarer als:
a) die Außenmembran unbeweglich und gleichmäßig gestreckt ohne irgendeine Beschädigung durch veränderliches Durchbiegen und denen aufgrund von Wind und Druckänderungen bleibt,
b) die Innenmembran vollständig witterungsgeschützt ist.
- Die Herstellungs- und Installationskosten sind niedriger, wenn die Anlage auf flüssigen Oberflächen installiert werden soll, weil keine Schwimmer erforderlich sind, noch Systeme zum Beseitigen von Regen, weil die Kammer P1 einen großen Schwimmkörper darstellt und eine vollständig konvexe Oberfläche hat.
Dadurch wird sichergestellt, daß die Erfindung mit sehr geringen Kosten realisiert werden kann.
Ein Arbeitsprototyp ist installiert worden und in einer schmutzwasserklärteichen untersucht worden.
Die technischen Eigenschaften sind wie folgt:
- 20 Meter lang;
- 6 Meter breit;
- Rundbogen;
- Material des oberen Flachmaterials: Trevira-Stoff, PVC- beschichtet;
- Membranmaterial: gekoppeltes PVC;
- Betriebsdruck: 70 mm H&sub2;O im Innern der Luftkammer und 75 mm H&sub2;O innerhalb der Biogaskammer (wobei das Flachmaterial und das Gegenwicht in Betracht gezogen sind);
- Gebläse zum Aufrechterhalten des Drucks in der Luftkammer, das durch einen automatischen Druckregler gesteuert ist und eine Leistungsaufnahme von 200 W hat sowie eine maximale Strömungsrate von etwa 200 m³/h;
- Verankerungsballast mit einem Umfangsrohr von 80 cm Durchmesser aus mit Trevira beschichtetem PVC mit Wasser gefüllt;
- Hochwassermarke der Gaskammer, die mit Hilfe von drei elektromechanischen Fühlern überprüft wird.
In den Fig. 3 und 3A ist eine Anlage zum Sammeln und Speichern von Biogas gezeigt, die auf einer Flüssigkeitsoberfläche schwimmt. Die Bezugsziffer 1 bezeichnet eine Außenmembran, die außerdem die Abdeckung umfaßt und mit dem Wasserrohr 2 verbunden ist, das als Gegengewicht dient, und eine Dichtung für die Gase, die auf der Oberseite der Oberfläche C ausgebildet werden.
Innerhalb der Abdeckung 1 ist die Innenmembran angeordnet, die das Raumvolumen in zwei Kammern unterteilt, bei denen es sich jeweils um eine Kammer 4 zum Sammeln des Biogases und eine Luftkammer 5 handelt, in die Luft eingeleitet und aus der Luft durch ein Rohr 6 abgezogen werden kann. Das Biogas wird mittels einer Leitung 7 abgeführt, und an der Oberseite der Luftkammer 5 ist ein Überdruckventil 8 vorgesehen, das zum Auslassen von Luft aus der Kammer bestimmt ist, sobald der Innendruck einen vorbestimmten Wert übersteigt.
Wie in Fig. 3A gezeigt, bildet die Innenmembran zwei Rundbögen, die durch das Gegengewicht 9 für den Fühler bestimmt sind, der das Niveau der Membran bestimmt. Dieser Fühler ist durch einen Draht 10 an eine Schalttafel 11 angeschlossen, die nachfolgend im einzelnen erläutert wird.
An die Schalttafel ist folgendes angeschlossen:
Der elektrische Speisedraht 12, die Druckluftleitung 13, der Draht 14 des automatischen Druckregelfühlers der Luftkammer und die bereits erwähnte Leitung 7.
Von dem automatischen Druckregler 11 dient die Leitung 15 zum Übertragen von Biogas zur Verwendung.
Wenn das Biogas durch das Material erhalten werden soll, das in einem Zisternentank angeordnet ist, kann die schematisch in den Zeichnungen 4 und 4A gezeigte Anlage verwendet werden. In diesem Fall sind die Außenmembran 1 und die Innenmembran 3 entlang den Seitenlinien 20 miteinander vereinigt und an den Seiten 22 des Sammeltanks verankert. Eine Begrenzungslinienschürze 23 ist zum Sichern der Dichtung vorgesehen.
Sämtliche Anlagen sind mit einer Regel- und Pumpschalttafel ausgestattet, die im einzelnen in Fig. 5 gezeigt ist. Sie enthält eine Zentrifugalpumpe 24, die Luft von außen durch einen Einlaß 25 ansaugt, der mit einem Filter 26 verbunden ist und überträgt sie zur Luftkammer 5 durch die Leitung 6, die mit einem Absperrventil 27 versehen ist, das mit dem automatischen Druckregler 28 zusammenwirkt, der an die Luftkammer 5 durch die Leitung 29 angeschlossen ist.
Die elektrische Karte 30, an die der Speisedraht 12 angeschlossen ist, steuert die Pumpe 24, den automatischen Druckregler 28 und ein Elektroventil 31, das zwischen die Leitung 7, die von der Biogassammelkammer kommt und die Leitung 15 eingesetzt ist, durch die das Biogas zum Abnehmer übertragen wird. Diese Tafel ist ferner mit einer Vorrichtung versehen, die dazu ausgelegt ist, die in der Sammelkammer 4 enthaltene Biogasmenge anzuzeigen. In Fig. 5 sind die elektrischen Anschlüsse zum besseren Verständnis durch eine durchgezogene Linie gezeigt, während die Luft- und Gasleitungen durch eine Doppellinie gezeigt sind.
Die vorliegende Erfindung ist anhand einiger ihrer bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden; es versteht sich jedoch, daß strukturelle Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang des vorliegenden Industriepatents abzuweichen.

Claims

1. Gasbehälter zum Speichern von Biogas, das aus in einem Tank enthaltenem tierischen Abwasser erzeugt wird, mit einem Tank, einer konvexen flexiblen Außenmembran (A), die einen Raum über der oberen Seite des Tanks bestimmt, einer flexiblen Innenmembran (B) undurchlässigen Typs, die zwischen der oberen Oberfläche (C) des Tankinhalts und der Außenmembran (A) derart angeordnet ist, daß eine untere Kammer (P2) bestimmt wird, die durch die obere Oberfläche (C) und die Innenmembran (B) gebildet wird und durch aus dem Tank abgegebenes Biogas eingenommen wird, und einer oberen Kammer (P1), die durch die Außenmembran (A) und die Innenmembran (B) gebildet ist und durch ein zusätzliches Aufblasgas befüllt ist, das von außen zugeführt wird, um den Druck konstant zu halten.

2. Gasbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Kammer (P2) durch die Innenmembran (B,3) und die freie Oberfläche (C) des Abwassers oder des Schlamms begrenzt ist, durch das oder den das Biogas erzeugt wird.

3. Gasbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei flexiblen Membranen (A,1; B,3) miteinander längs einer geschlossenen Linie (L1;20) vereinigt sind.

4. Gasbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abschnitt der Oberfläche (C) des Materials, durch das das Biogas erzeugt wird, als Trennelement zwischen den zwei Kammern (P1,P2) verwendet ist.

5. Gasbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenmembran (1) mit der Basiskante an einem Gegengewicht (23) verankert ist, das aus Wasser oder einem anderen inerten Material besteht, das in die Oberfläche der Biogasquelle eingetaucht ist.

6. Gasbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tnnenmembran (3) zwei Rundbögen bildet, die durch zwei Gegengewichte (9) für den Zähler bestimmt sind, der das Niveau der Membran prüft.

7. Gasbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenmembran (1) und die Innenmembran (2) miteinander längs der Seitenlinie (20) eines Zisternentanks vereinigt sind, wo das Material angeordnet ist, aus dem das Biogas abgegeben wird, und an die Seiten (22) des Sammeltanks verankert sind, wobei eine Begrenzungslinienschürze (23) vorgesehen ist, um die Dichtung sicherzustellen.