EP2462233A1 - Method for producing biogas or sewage gas - Google Patents

Method for producing biogas or sewage gas

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EP2462233A1
EP2462233A1 EP10749596A EP10749596A EP2462233A1 EP 2462233 A1 EP2462233 A1 EP 2462233A1 EP 10749596 A EP10749596 A EP 10749596A EP 10749596 A EP10749596 A EP 10749596A EP 2462233 A1 EP2462233 A1 EP 2462233A1
Authority
EP
European Patent Office
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fermentation
biogas
stage
hydrolysis
content
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10749596A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Lothar Günther
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
DGE Dr Ing Guenther Engineering GmbH
Original Assignee
DGE Dr Ing Guenther Engineering GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by DGE Dr Ing Guenther Engineering GmbH filed Critical DGE Dr Ing Guenther Engineering GmbH
Publication of EP2462233A1 publication Critical patent/EP2462233A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P5/00Preparation of hydrocarbons or halogenated hydrocarbons
    • C12P5/02Preparation of hydrocarbons or halogenated hydrocarbons acyclic
    • C12P5/023Methane
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/02Biological treatment
    • C02F11/04Anaerobic treatment; Production of methane by such processes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M21/00Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/04Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses for producing gas, e.g. biogas
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
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    • C12M23/00Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/58Reaction vessels connected in series or in parallel
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C12M29/02Percolation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C12M29/20Degassing; Venting; Bubble traps
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    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/28Anaerobic digestion processes
    • C02F3/286Anaerobic digestion processes including two or more steps
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Definitions

  • the invention relates to a process for the production of biogas or sewage gas by a multi-stage anaerobic conversion of biomass and / or sewage sludge.
  • the mesophilic (temperatures below 45 0 C) or thermophilic (temperatures 45 to 80 0 C) can be operated.
  • biomass organic materials are used, for example, as manure (manure, manure), renewable resources and biological waste materials incurred.
  • Sewage sludge is only suitable for anaerobic conversion if it is obtained from organically polluted wastewater or process water with a COD content of more than 5,000 mg / l, and thus is anaerobically convertible biomass.
  • COD is the abbreviation for "Chemical Oxygen Demand, which uses a COD measurement to determine how much oxygen the chemical digestion / purification processes in wastewater consume.
  • various biodegradation processes take place during the reaction, such as hydrolysis, acidification, acetic acid formation and methane formation.
  • the decomposition processes caused by bacteria can take place under aerobic or anaerobic conditions.
  • the most commonly used method is wet fermentation where the dry matter content TS is ⁇ 15% and the water content is> 85%.
  • biogas with a methane content of up to 65% can be achieved in practice.
  • Biogas is used inter alia for heating purposes, e.g. used in combined heat and power plants, or as an energy source for feeding into natural gas networks.
  • the CO 2 contained in the biogas must still be separated in order to obtain a high quality methane suitable for further processing.
  • the purification or processing of biogas is a technologically complicated process, which is associated with a high expenditure on apparatus.
  • a general disadvantage of the known processes are too low yields of methane in the conversion of biomass and / or sewage sludge to biogas or sewage gas.
  • the invention has for its object to provide a process for the production of biogas or sewage gas, which is characterized by a higher yield of raw or biogas and a higher content of methane in the raw gas and enables an economically improved operation.
  • the biomass is reacted in both fermentation stages in the slightly acidic to neutral range (pH 6.5 to 8).
  • the reaction is carried out while maintaining a TS content of 3 to 8% and a space loading of 1 to 3 kg OTS / m 3 d.
  • the solid phase of the fermentation substrate from the first fermentation stage is further reacted in the second fermentation stage while maintaining a DM content of 8 to 40% and a space load of more than 2 kg OTS / m 3 d. It is crucial that the TS content of the fermentation substrate in the second fermentation stage is set to a value which is greater, preferably 1.5 to 20 times, than the TS content of the first stage.
  • the processes hydrolysis, acidification and acetic acid formation proceed in parallel.
  • the hydrolysis occurs at a pH in the weakly acidic to neutral range. This represents a departure from the usual practice (pH 4.5 to 6) In conjunction with the low Faulraumbelastept it comes to a lower acidification, whereby the methane formation is accelerated.
  • the first fermentation stage produces a biogas with a high CO 2 content. Since this is continuously discharged and purified, biogas with a higher methane content is produced in the fermenter.
  • the first fermentation stage is carried out as wet fermentation.
  • the second fermentation stage can also be operated as a dry fermentation.
  • the optimum procedure in each case depends primarily on the composition of the biomass.
  • a further improvement of the abovementioned results is achieved if the biomass is pretreated without pressure in a hydrolysis stage upstream of the first fermentation stage, at temperatures of 25 to 60 ° C.
  • the hydrolysis takes place here at a pH of 5 to 8.
  • the residence time of the biomass in the Hydrolysis stage should be 3 to 8 days, preferably 4 to 6 days.
  • the residence time in the hydrolysis step can also be made on the measured in the withdrawn biogas H 2 S concentration. For this purpose, the H 2 S concentration is measured and evaluated continuously or at certain time intervals.
  • the resulting during the hydrolysis CO 2 -containing gas mixture (biogas) with a high H 2 S concentration is withdrawn and purified.
  • a biogas is obtained with a 3 to 10 times higher methane content.
  • the cleaning can be operated as a pressureless water wash.
  • the hydrolysis or biogas can be purified to a methane content of 50 vol .-% or higher.
  • the thereby separated carbon dioxide is recycled elsewhere.
  • the advantage of an advanced hydrolysis step is also a reduction of the H 2 S content in the subsequent fermentation stages. In the subsequent fermentation stages then no or only a very weak hydrolysis can take place. Under these conditions arise biocultures, which have an advantageous effect on the methagonesis.
  • Biogas withdrawn from the hydrolysis stage and the two fermentation stages is purified and then combined for further utilization to form a gas stream.
  • the gas streams can also be cleaned individually or after a merger. This depends primarily on the composition of the biogas obtained in the individual stages. It should also be taken into account the resulting cleaning effort, which should be kept as low as possible.
  • the methane yield can be achieved in the first fermentation stage and up to about 20% in the second fermentation stage. However, this depends on the type and composition of the raw materials used and the desired methane concentration for subsequent recovery.
  • a further additional advantage is achieved if at least a portion of the liquid phase separated from the fermentation residue of the first fermentation stage is fed to a stripping stage in which ammonia contained in the liquid phase is removed.
  • the separated from the digestate of the first fermentation stage solid phase can be mixed before being fed into the second fermenter with purified liquid phase (dehydrated) or thermally treated in an intermediate reactor, at temperatures up to 180 0 C and a pressure of up to 10 bar, if necessary with the addition of acidic or alkaline additives.
  • the contaminated stripping gas can be treated in a subsequent washing step by means of an acidic wash solution.
  • ammonia contained in the gas stream is converted to ammonium or phosphorus sulfate or other salts.
  • the discarded sulfate can be used as a fertilizer in agriculture.
  • biomass For the production of biogas the following raw materials are used as biomass:
  • the raw materials (1512 kg of cattle slurry, 302 kg of manure, 116 kg of maize and 349 kg of grass silage) are conveyed via line 1 into a mixing tank A1 (1.96 m 3 / h).
  • the mixture has a TS content of 12.2% and is adjusted in this with already existing unpurified fermentation water (1, 6 m 3 / h) so that a TS content in the batch tank of 6% is present.
  • the supply of fermentation or process water via line 2.
  • the fermentation substrate, no further additives are added and after a residence time of about 1 hour in the batch tank, the fermentation substrate in an amount of 3.57 m 3 / h continuously via line 11th promoted to the first fermenter F1.
  • This is operated mesophilic (temperature 38 0 C) and with a space load OTS of 1 kg / m 3 d.
  • the load on the room is continuously monitored by means of suitable measuring methods and, in the case of under- or overshoots, via the supply of fermentation substrate to the aforementioned value set.
  • the pH is continuously monitored, which is set to a value of 7.5 to 7.8.
  • the procedure in the first fermenter F1 takes place in the neutral range.
  • the fermentation substrate is kept at the aforementioned temperature via the fermenter heating and / or cooling.
  • the fermenter is equipped in a conventional manner with an insulation and a stirrer for mixing the fermentation substrate.
  • the first fermenter F1 produces a gas volume of 96 Nm 3 / h.
  • the biogas formed is removed via the line 21 and mixed with biogas from the fermenter F2.
  • the mixture (biogas) is then cleaned and recycled.
  • the fermentation substrate is withdrawn via line 5 from the first fermenter F1 and fed to a separation apparatus D1 (separator), for separation into a liquid phase and a solid phase.
  • the solid phase (water content of 30 to 70 wt .-%) can be supplied via lines 17, 18 either a reactor R1 or directly to the second fermenter F2.
  • the reactor R1 is heated, the supply of heating medium via the line 19.
  • the separated liquid phase (fermentation water) passes via line 6 into a container B1 and is stored for further use. A subset may be returned to the batch tank or to the first fermenter.
  • the solid phase of the fermentation substrate is adjusted in the second fermenter F2 to a TS content of 9%.
  • the procedure in the second fermenter F2 takes place under mesophilic conditions (temperature 38 to 42 0 C) and with a space load OTS of 2.2 kg / m 3 d.
  • the biological conversion of the fermentation substrate is carried out in the absence of air or oxygen and at pH values of 7.5 to 7.8.
  • the residence time in the second fermenter F2 is about 40-60 days.
  • small amounts of iron salts can be added.
  • the reaction in the second fermenter F2 arise 18 NnfVh biogas of the following composition:
  • the biogas is discharged via the line 22, merged with the biogas from the first fermenter and cleaned for further use.
  • the approach of biomass in approach tank A1 is carried out under the same conditions as in Example 1.
  • the fermentation substrate, no further additives are added and after a residence time of about 1 hour in the mixing tank A1, the fermentation substrate (amount 3.57 m 3 / h) on the Line 3 promoted in a hydrolysis H1 and pretreated in a preceding the fermentation process hydrolysis, pressureless, at temperatures of 35 0 C and a pH of 6.5 to 7.5.
  • the residence time for the hydrolysis and acidification reaction in the hydrolysis vessel H1 is 4 days.
  • the hydrolysis reactor is operated batchwise. As shown in the drawing, two hydrolysis containers are provided.
  • the hydrolysis does not take place in the acidic but in the neutral range.
  • the H 2 S concentration rises after about 52 hours to a value of 2850 ppm (peak) and then drops slowly again.
  • the H 2 S concentration is measured at intervals of 60 minutes. After about another 43 hours, the H 2 S concentration drops to a value of 420 ppm and the hydrolysis is stopped.
  • the biogas withdrawn from the hydrolysis stage H1 is treated in a purification stage not shown. This is operated, for example, as a pressureless water wash.
  • the hydrolysis or biogas is purified to 4 NrrvVh with a methane content of 50 vol .-%.
  • the separated carbon dioxide is recycled elsewhere.
  • the fermentation substrate from the hydrolysis stage H1 is continuously fed via the line 4 to the fermenter F1 and treated in this under the same conditions as in Example 1.
  • the metered addition of air or oxygen or iron salts to reduce hydrogen sulfide in the biogas can be reduced by about 80%, since the major part of hydrogen sulfide was already separated in the hydrolysis step.
  • biogas is produced with the following composition:
  • the fermentation substrate withdrawn from the first fermenter F1 via line 5 is subjected, as in Example 1, to a separation into a liquid phase and a solid phase (water content of 30 to 70% by weight).
  • the solid phase of the fermentation substrate is treated in the second fermenter F2 under the same conditions as in Example 1.
  • NrrvYh biogas of the following composition:
  • the biogas is removed via line 22 for further utilization.
  • a biogas stream with a methane content of 72.26 vol .-% is generated.
  • the methane content can be increased by an extension of the residence time by about 2 to 3 days in the hydrolysis step to over 80 vol .-%.
  • Example 2 This differs from Example 2 merely by a stripping step K1 interposed after the first stage of the invention F1, in which under elevated pressure, preferably from 10 to 100 mbar, of heated fermentation water by means of stripping gas ammonia up to a concentration of 0.5 mg / l is separated.
  • the separated liquid phase (fermentation water) is fed via line 6 to the container B1.
  • a partial flow (about 50%) is branched off via the line 7 and heated in a downstream heat exchanger W1 to about 50 to 70 0 C and optionally adjusted the pH so that it is greater than 8.
  • the heated partial stream is fed to a stripping column K1 in which stripping gas is increased to a pressure of about 10 to 20 mbar via the compressor V1 integrated into stripping gas lines 23, 24, and ammonia contained in the dehydrating water is stripped off.
  • the contaminated circulation or stripping gas is treated in a wash column K2 with an acidic wash solution.
  • the guided in line 25 washing solution is driven by the pump P1 in the circuit.
  • the ammonia contained in the stripping gas is reacted on contact with the acidic wash solution to ammonium sulfate or phosphorus sulfate.
  • concentration of sulfate is adjusted to about 10 to 30 wt .-%, wherein via the line 26, the dosage of acid.
  • the sulfate formed as fertilizer via the line 27 is removed.
  • the stripping process reduces the ammonium concentration in the fermentation water from 2 to 0.5 mg / l.
  • the nearly ammonia-free fermentation water can then be used again in the biological process for adjusting the DM content of the biomass used during the batch. This has an advantageous effect on the biology of the implementation of the fermentation substrate.
  • a biogas of the following composition is formed during the biological conversion of the fermentation substrate in the first fermenter F1:
  • the average amount of gas produced is 75 Nm 3 / h.
  • Fermentation residue treated in reactor R1 can be fed directly to second fermenter F2. This can also be preceded by a second approach tank A2, which can be supplied via the line 8 purified fermentation water. Purified fermentation water can be supplied both to the first batch tank A1 and to the second fermenter F2 via the pipes 9, 10, 12 connected thereto.
  • the fermentation residue is fed via the line 13 to a second separator D2.
  • the solid phase is removed via the line 16 and the liquid phase passes via the line 14 into a second feed tank B2 and can be discharged from the latter via the line 15.
  • This example differs from Example 3 in that the hydrolysis step was run until the H 2 S concentration in the discharged hydrolysis or biogas after the peak had dropped to a lower limit of 240 ppm. This value was reached after about 142 hours. As a result, a higher yield of biogas is achieved. In addition, the proportion of methane in the biogas also increases.
  • the biogas from the hydrolysis stage is treated by means of a pressureless water wash while the hydrolysis or biogas to 8 Nm 3 / h cleaned with a methane content of 50 vol .-%.
  • a biogas of the following composition is formed:
  • the average amount of gas produced is 64 Nm 3 / h.
  • a biogas stream with a methane content of 81, 971 vol .-% is generated.
  • the high methane content even makes it possible to feed the biogas after fine desulphurisation and drying in a gas network.
  • the adjustment of the respective pH values can take place via the raw material, fermentation water or fresh water supply as well as the TS content.

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Abstract

The invention relates to a method for producing biogas or sewage gas by a multi-stage anaerobic reaction of biomass and/or sludge. Considering the disadvantages of the known prior art, a method is to be provided that leads to a higher yield of raw gas or biogas and a higher content of methane in the raw gas and enables an economically improved operating method. To this end, the reaction is carried out in the first fermentation stage (F1) while maintaining a TS content of 3 to 8% and a volume load of 1 to 3 kg OTS/m3 d. In the second fermentation stage (F2), a further reaction of the solid matter phase is carried out while maintaining a TS content of 8 to 40% and a volume load of over 2 kg OTS/ m3 d. In the second fermentation stage, the fermentation substrate is set to a TS content that is higher than the TS content of the first stage. In both fermentation stages, the reaction is carried out in the range from slightly acidic to neutral (pH value 6.5 to 8). The biogas obtained in the fermentation stages (F1, F2) is combined or removed separately and is subjected to further purification.

Description

Verfahren zur Herstellung von Bio- oder Klärgas  Process for the production of biogas or sewage gas
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Bio- oder Klärgas durch eine mehrstufige anaerobe Umsetzung von Biomasse und/oder Klärschlamm. The invention relates to a process for the production of biogas or sewage gas by a multi-stage anaerobic conversion of biomass and / or sewage sludge.
Die Herstellung von Biogas erfolgt in an sich bekannter Weise in einem oder mehreren Reaktoren bzw. Fermentern, die mesophil (Temperaturen unterhalb von 45 0C) oder thermophil (Temperaturen 45 bis 80 0C) betrieben werden können. The production of biogas in a conventional manner in one or more reactors or fermenters, the mesophilic (temperatures below 45 0 C) or thermophilic (temperatures 45 to 80 0 C) can be operated.
Als Biomasse kommen organische Materialien zum Einsatz, die beispielsweise als Wirtschaftsdünger (Gülle, Mist), nachwachsende Rohstoffe und biologische Abfallmaterialien anfallen. As biomass organic materials are used, for example, as manure (manure, manure), renewable resources and biological waste materials incurred.
Klärschlamm ist für eine anaerobe Umsetzung nur dann geeignet, wenn dieser aus organisch belasteten Ab- oder Prozesswässern mit einem CSB-Anteil von über 5.000 mg/1 anfällt, und somit anaerob umsetzbare Biomasse ist. CSB ist die Abkürzung für„Chemischen Sauerstoffbedarf, wobei im Rahmen einer CSB-Messung ermittelt wird, wie viel Sauerstoff die chemischen Faulungs-/Reinigungsprozesse im Abwasser verbrauchen. Zur Herstellung bzw. Erzeugung von Biogas finden während der Umsetzung unterschiedliche biologische Abbauprozesse statt, als Hydrolyse, Versäuerung, Essigsäurebildung und Methanbildung. Die durch Bakterien verursachten Abbauprozesse können unter aeroben oder anaeroben Bedingungen stattfinden. Das am häufigsten angewendete Verfahren ist die Nassfermentation, bei der der Trockensubstanzgehalt TS < 15% und der Wassergehalt > 85% ist.  Sewage sludge is only suitable for anaerobic conversion if it is obtained from organically polluted wastewater or process water with a COD content of more than 5,000 mg / l, and thus is anaerobically convertible biomass. COD is the abbreviation for "Chemical Oxygen Demand, which uses a COD measurement to determine how much oxygen the chemical digestion / purification processes in wastewater consume. For the production or production of biogas, various biodegradation processes take place during the reaction, such as hydrolysis, acidification, acetic acid formation and methane formation. The decomposition processes caused by bacteria can take place under aerobic or anaerobic conditions. The most commonly used method is wet fermentation where the dry matter content TS is <15% and the water content is> 85%.
In Abhängigkeit von den eingesetzten Rohstoffen und den verfahrenstechnischen Bedingungen lassen sich in der Praxis Biogase mit einem Methangehalt von bis zu 65% erzielen.  Depending on the raw materials used and the process conditions, biogas with a methane content of up to 65% can be achieved in practice.
Biogas wird unter anderem für Heizzwecke, z.B. in Blockheizkraftwerken, oder als Energieträger zur Einspeisung in Erdgasnetze verwendet.  Biogas is used inter alia for heating purposes, e.g. used in combined heat and power plants, or as an energy source for feeding into natural gas networks.
Außer der Entfernung von sonstigen Verunreinigungen, wie insbesondere Schwefelwasserstoff, Stickstoff und Ammoniak, muss noch das im Biogas enthaltene CO2 abgetrennt werden, um ein für die Weiterverarbeitung geeignetes Methangas hoher Qualität zu erhalten. In addition to the removal of other impurities, in particular hydrogen sulfide, nitrogen and ammonia, the CO 2 contained in the biogas must still be separated in order to obtain a high quality methane suitable for further processing.
Die Reinigung bzw. Aufarbeitung von Biogas ist ein technologisch komplizierter Prozess, der mit einem hohen apparatetechnischen Aufwand verbunden ist.  The purification or processing of biogas is a technologically complicated process, which is associated with a high expenditure on apparatus.
Mit steigendem Anteil an Methan im hergestellten Biogas verringern sich auch die Kosten für die nachträgliche Reinigung bzw. Aufarbeitung zu Methangas. Daher sind auch bereits Lösungen bekannt, den Prozess der Biogasherstellung so zu verändern, dass ein Biogas mit einem möglichst hohen Anteil an Methan entsteht. As the proportion of methane in the biogas produced increases, so does the cost of subsequent purification or workup to methane gas. Therefore, solutions are already known to change the process of biogas production so that a biogas is produced with the highest possible proportion of methane.
In der DE 103 16 680 A1 wird vorgeschlagen, einen Vorgärreaktor mit Nährlösung zu beschicken und in diesen eine unbehandelte Biomasse so lange einzuspeisen, bis sich ein pH-Wert von 4,3 bis 4,8 einstellt. Anschließend wird die vorgegärte Biomasse in einer solchen Menge dem Hauptreaktor zugeführt, dass sich ein konstanter pH-Wert von 6,7 bis 7,7 einstellt und konstant bleibt. Dem Vorreaktor wird ausgefaultes Material des Hauptreaktors als Nährmedium zugeführt. Diesem kann ständig neue Biomasse zugeführt werden. Ein Teil des Produktes des Vorgärreaktors wird in den Hauptreaktor eingespeist und umgekehrt, wobei es sich um annähernd gleiche Mengen handeln sollte. Beide Reaktionen werden im Kreislauf geführt, wobei die entscheidende Steuergröße der pH-Wert ist. Der Nachteil dieser Verfahrensweise besteht darin, dass die Bakterien für die Hydrolyse, Versäuerung, Essigsäurebildung und Methanisierung vermischt werden. Das im Vorgärreaktor erzeugte Biogas hat einen sehr geringen Anteil an Methan von 5 bis 20%, so dass es nur durch Mischen mit Biogas aus dem Hauptreaktor verwendbar ist. In DE 103 16 680 A1 it is proposed to feed a pre-fermentation reactor with nutrient solution and to feed into it an untreated biomass until a pH value of 4.3 to 4.8 is reached. Subsequently, the pre-fermented biomass is fed to the main reactor in such an amount that sets a constant pH of 6.7 to 7.7 and remains constant. The prereactor is fed with rotted material from the main reactor as the nutrient medium. This can be fed constantly new biomass. Part of the product of the pre-fermentation reactor is fed into the main reactor and vice versa, which should be approximately equal amounts. Both reactions are recycled, with the key control variable being the pH. The disadvantage of this procedure is that the bacteria are mixed for the hydrolysis, acidification, acetic acid formation and methanation. The biogas produced in the primary reactor has a very low proportion of methane of 5 to 20%, so that it can only be used by mixing it with biogas from the main reactor.
In der DE 10 2007 037 202 A1 ist ein Verfahren zur Konversion von Biomasse zu Biogas beschrieben, das unter anaeroben Bedingungen in Fermentern erfolgt. In den ersten Fermenter werden nachwachsende Rohstoffe zusammen mit Flüssigkeit und weiteren für die Methagonese notwendigen Ausgangsstoffen eingebracht und einem Gärprozess unterworfen. Anschließend wird der Gärrest einer Trennung in eine Fest-Flüssig-Phase unterzogen und die Feststoffphase einer Thermodruckhydrolyse bei Temperaturen von mindestens 170 0C und Drücken von mindestens 1 MPa unterworfen. Die so behandelte Feststoffphase kann entweder in den ersten Fermenter zurückgeführt oder in einem zweiten Fermenter für einen weiteren Gärprozess zugeführt werden. Der Verfahrensschritt, die abgetrennte Feststoffphase einer Thermodruckhydrolyse zu unterziehen, ist aufwendig und kostenintensiv. DE 10 2007 037 202 A1 describes a process for the conversion of biomass into biogas, which takes place under anaerobic conditions in fermenters. In the first fermenter renewable raw materials are introduced together with liquid and other necessary for the methagines starting materials and subjected to a fermentation process. Subsequently, the digestate is subjected to a separation into a solid-liquid phase and subjected to the solid phase of a thermal pressure hydrolysis at temperatures of at least 170 0 C and pressures of at least 1 MPa. The solid phase treated in this way can either be returned to the first fermenter or fed into a second fermenter for a further fermentation process. The process step of subjecting the separated solid phase to a thermal pressure hydrolysis is complicated and cost-intensive.
In der DE 10 2007 000 834 A1 wird vorgeschlagen, silierte nachwachsende Rohstoffe zu waschen und zu zerkleinern, ein Teil des Waschwassers zu entfernen und diese einer Hydrolyse zu unterziehen. Die Hydrolyseprodukte werden dann zur Biogaserzeugung in an sich bekannter Weise in Fermentern weiter behandelt.  In DE 10 2007 000 834 A1, it is proposed to wash and comminute ensiled renewable raw materials, to remove part of the washing water and to subject it to hydrolysis. The hydrolysis products are then further treated for biogas production in a conventional manner in fermenters.
Der Einsatz silierter nachwachsender Rohstoffe ist aus ökologischen Gründen von Nachteil. Die erforderlichen Stufen Waschen und Zerkleinern sind energie- und kostenaufwendig.  The use of ensiled renewable raw materials is disadvantageous for ecological reasons. The required levels washing and crushing are energy and costly.
Ein genereller Nachteil der bekannten Verfahren sind zu geringe Ausbeuten an Methan bei der Umsetzung von Biomasse und/oder Klärschlamm zu Bio- oder Klärgas. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Bio- oder Klärgas zu schaffen, das sich durch eine höhere Ausbeute an Roh- bzw. Biogas sowie einen höheren Gehalt an Methan im Rohgas auszeichnet und eine wirtschaftlich verbesserte Betriebsweise ermöglicht. A general disadvantage of the known processes are too low yields of methane in the conversion of biomass and / or sewage sludge to biogas or sewage gas. The invention has for its object to provide a process for the production of biogas or sewage gas, which is characterized by a higher yield of raw or biogas and a higher content of methane in the raw gas and enables an economically improved operation.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Verfahrensweise sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 13.  According to the invention the object is achieved by the features specified in claim 1. Advantageous developments of the procedure are the subject matter of claims 2 to 13.
Die Umsetzung der Biomasse erfolgt in beiden Fermentationsstufen im schwach sauren bis neutralen Bereich (pH-Wert 6,5 bis 8). In der ersten Fermentationsstufe wird die Umsetzung unter Einhaltung eines TS-Gehaltes von 3 bis 8% und einer Raumbelastung von 1 bis 3 kg OTS/m3 d durchgeführt. Die Feststoffphase des Gärsubstrates aus der ersten Fermentationsstufe wird in der zweiten Fermentationsstufe unter Einhaltung eines TS- Gehaltes von 8 bis 40% und einer Raumbelastung von über 2 kg OTS/m3 d weiter umgesetzt. Dabei ist entscheidend, dass TS-Gehalt des Gärsubstrates in der zweiten Fermentationsstufe auf einen Wert eingestellt wird, der größer ist, vorzugsweise das 1 ,5 bis 20- fache, als der TS-Gehalt der ersten Stufe. The biomass is reacted in both fermentation stages in the slightly acidic to neutral range (pH 6.5 to 8). In the first fermentation stage, the reaction is carried out while maintaining a TS content of 3 to 8% and a space loading of 1 to 3 kg OTS / m 3 d. The solid phase of the fermentation substrate from the first fermentation stage is further reacted in the second fermentation stage while maintaining a DM content of 8 to 40% and a space load of more than 2 kg OTS / m 3 d. It is crucial that the TS content of the fermentation substrate in the second fermentation stage is set to a value which is greater, preferably 1.5 to 20 times, than the TS content of the first stage.
In der ersten Fermentationsstufe laufen die Vorgänge Hydrolyse, Versäuerung und Essigsäurebildung parallel ab. Die Hydrolyse erfolgt bei einem pH im schwach sauren bis neutralen Bereich. Dies stellt eine Abkehr von der bisher üblichen Praxis dar (pH 4,5 bis 6). In Verbindung mit den geringen Faulraumbelastungen kommt es zu einer geringeren Versäuerung, wodurch die Methanbildung beschleunigt wird. In der ersten Fermentationsstufe entsteht ein Biogas mit einem hohen CO2-Gehalt. Da dieses kontinuierlich abgeführt und gereinigt wird, entsteht im Fermenter ein Biogas mit einem höheren Methangehalt. Überraschenderweise zeigte sich, dass bei Einhaltung der vorgenannten Werte der Verfahrensparameter pH-Wert, TS-Gehalt und Raumbelastung sowie einem höherer TS- Gehalt in der zweiten Fermentationsstufe eine höhere Ausbeute an Biogas mit einem höheren Gehalt an Methan erzielt werden kann. In the first fermentation stage, the processes hydrolysis, acidification and acetic acid formation proceed in parallel. The hydrolysis occurs at a pH in the weakly acidic to neutral range. This represents a departure from the usual practice (pH 4.5 to 6). In conjunction with the low Faulraumbelastungen it comes to a lower acidification, whereby the methane formation is accelerated. The first fermentation stage produces a biogas with a high CO 2 content. Since this is continuously discharged and purified, biogas with a higher methane content is produced in the fermenter. Surprisingly, it was found that a higher yield of biogas with a higher content of methane can be achieved by adhering to the above-mentioned values of the process parameters pH value, DM content and room load as well as a higher DM content in the second fermentation stage.
Die erste Fermentationsstufe wird als Nassfermentation durchgeführt. Die zweite Fermentationsstufe kann auch als Trockenfermentation betrieben werden. Die jeweils optimale Verfahrensweise ist in erster Linie auch von der Zusammensetzung der Biomasse abhängig- The first fermentation stage is carried out as wet fermentation. The second fermentation stage can also be operated as a dry fermentation. The optimum procedure in each case depends primarily on the composition of the biomass.
Eine weitere Verbesserung vorgenannter Ergebnisse wird erreicht, wenn die Biomasse in einer der ersten Fermentationsstufe vorgeschalteten Hydrolysestufe drucklos vorbehandelt wird, bei Temperaturen 25 bis 60 0C. Die Hydrolyse erfolgt hier bei einem pH-Wert von 5 bis 8. Die Verweildauer der Biomasse in der Hydrolysestufe sollte 3 bis 8 Tage, vorzugsweise 4 bis 6 Tage betragen. Die Verweildauer in der Hydrolysestufe kann auch über die im abgezogenen Biogas gemessene H2S-Konzentration vorgenommen werden. Hierzu wird die H2S-Konzentration kontinuierlich oder in bestimmten Zeitabständen gemessen und ausgewertet. A further improvement of the abovementioned results is achieved if the biomass is pretreated without pressure in a hydrolysis stage upstream of the first fermentation stage, at temperatures of 25 to 60 ° C. The hydrolysis takes place here at a pH of 5 to 8. The residence time of the biomass in the Hydrolysis stage should be 3 to 8 days, preferably 4 to 6 days. The residence time in the hydrolysis step can also be made on the measured in the withdrawn biogas H 2 S concentration. For this purpose, the H 2 S concentration is measured and evaluated continuously or at certain time intervals.
Die als Kurvendiagramm aufgezeichneten Messwerte (H2S-Konzentration in ppm und Zeitverlauf in Stunden) zeigen im Kurvenverlauf deutlich ein Peak (erhöhte H2S- Konzentration). Danach fallen die Werte langsam wieder ab. In Abhängigkeit von den eingesetzten Rohstoffen und den konkreten Hydrolysebedingungen wird ein unterer Grenzwert für die H2S-Kon-zentration festgelegt. Ist dieser nach dem Peak erreicht, so wird die Hydrolyse beendet. The measured values recorded as a curve diagram (H 2 S concentration in ppm and time course in hours) clearly show a peak in the course of the curve (increased H 2 S concentration). After that, the values slowly drop off again. Depending on the raw materials used and the specific hydrolysis conditions, a lower limit for the H 2 S concentration is set. If this is reached after the peak, the hydrolysis is stopped.
In Abhängigkeit von den eingesetzten Rohstoffen und der Zusammensetzung der Biomasse ergeben sich unterschiedliche H2S-Konzentration und Kurvenverläufe. Depending on the raw materials used and the composition of the biomass, different H 2 S concentrations and curves occur.
Das während der Hydrolyse entstehende CO2-haltige Gasgemisch (Biogas) mit einer hohen H2S-Konzentration wird abgezogen und gereinigt. So wird ein Biogas mit einem um das 3 bis 10-fache höheren Methangehalt erhalten. Die Reinigung kann als drucklose Wasserwäsche betrieben werden. Das Hydrolyse- bzw. Biogas kann bis auf einen Methananteil von 50 Vol.-% oder höher gereinigt werden. Das dabei abgetrennte Kohlendioxid wird anderweitig verwertet. Der Vorteil einer vorgezogenen Hydrolysestufe besteht auch in einer Verringerung des H2S-Gehaltes in den nachfolgenden Fermentationsstufen. In den nachfolgenden Fermentationsstufen kann dann keine oder nur noch eine stark abgeschwächte Hydrolyse stattfinden. Unter diesen Bedingungen entstehen Biokulturen, die sich vorteilhaft auf die Methagonese auswirken. The resulting during the hydrolysis CO 2 -containing gas mixture (biogas) with a high H 2 S concentration is withdrawn and purified. Thus, a biogas is obtained with a 3 to 10 times higher methane content. The cleaning can be operated as a pressureless water wash. The hydrolysis or biogas can be purified to a methane content of 50 vol .-% or higher. The thereby separated carbon dioxide is recycled elsewhere. The advantage of an advanced hydrolysis step is also a reduction of the H 2 S content in the subsequent fermentation stages. In the subsequent fermentation stages then no or only a very weak hydrolysis can take place. Under these conditions arise biocultures, which have an advantageous effect on the methagonesis.
Aus der Hydrolysestufe und den beiden Fermentationsstufen abgezogenes Biogas wird gereinigt und anschließend zur weiteren Verwertung zu einem Gasstrom zusammengeführt. Alternativ können die Gasströme auch einzeln oder nach einer Zusammenführung gereinigt werden. Dies ist in erster Linie abhängig von der Zusammensetzung des in den einzelnen Stufen erhaltenen Biogases. Zu berücksichtigen ist dabei auch der entstehende Reinigungsaufwand, der möglichst gering gehalten werden soll.  Biogas withdrawn from the hydrolysis stage and the two fermentation stages is purified and then combined for further utilization to form a gas stream. Alternatively, the gas streams can also be cleaned individually or after a merger. This depends primarily on the composition of the biogas obtained in the individual stages. It should also be taken into account the resulting cleaning effort, which should be kept as low as possible.
Es kann auch möglich sein, in der zweiten Fermentationsstufe noch eine weitere Hydrolysestufe zu integrieren. Erforderlichenfalls können in der zweiten Fermentationsstufe auch noch geringe Mengen an Rohmaterial bzw. Biomasse zugeführt werden.  It may also be possible to integrate another hydrolysis step in the second fermentation stage. If necessary, even small amounts of raw material or biomass can be supplied in the second fermentation stage.
In Abhängigkeit vom eingesetzten Ausgangsmaterial lassen sich in der ersten Fermentationsstufe bis zu 80% und in der zweiten Fermentationsstufe bis zu etwa 20% an Methanausbeute realisieren. Dies ist jedoch abhängig von der Art und Zusammensetzung der eingesetzten Rohstoffe und der für die nachfolgende Verwertung gewünschten Methankonzentration. Ein weiterer zusätzlicher Vorteil wird erreicht, wenn mindestens eine Teilmenge der aus dem Gärrest der ersten Fermentationsstufe abgetrennten flüssigen Phase einer Strippstufe zugeführt wird, in der in der flüssigen Phase enthaltener Ammoniak entfernt wird. Das so gereinigte Gärwasser mit einem Ammoniakgehalt von unter 2g/l, vorzugsweise bis auf 0,5 mg/1, wird z.B. zwischengelagert. Gereinigtes Gärwasser kann dann für weitere Ansätze an Biomasse bzw. Gärsubstrat verwendet werden. Dadurch verbessert sich im Vergleich zu Frischwasserzusatz die Biologie im Ausgangsmaterial, wodurch ein höherer Methangehalt im Biogas erzielbar ist. Depending on the starting material used, up to 80% of the methane yield can be achieved in the first fermentation stage and up to about 20% in the second fermentation stage. However, this depends on the type and composition of the raw materials used and the desired methane concentration for subsequent recovery. A further additional advantage is achieved if at least a portion of the liquid phase separated from the fermentation residue of the first fermentation stage is fed to a stripping stage in which ammonia contained in the liquid phase is removed. The thus purified fermentation water with an ammonia content of less than 2 g / l, preferably up to 0.5 mg / l, for example, stored temporarily. Purified fermentation water can then be used for further approaches to biomass or fermentation substrate. As a result, the biology in the starting material improves compared to addition of fresh water, whereby a higher methane content in biogas can be achieved.
Die aus dem Gärrest der ersten Fermentationsstufe abgetrennte Feststoffphase kann vor der Zuführung in den zweiten Fermenter mit gereinigter Flüssigphase (Gärwasser) vermischt oder in einem zwischengeschalteten Reaktor thermisch behandelt werden, bei Temperaturen von bis zu 180 0C und einem Druck von bis zu 10 bar, ggf. unter Zugabe von sauer oder alkalisch wirkenden Zusatzstoffen. Das verunreinigte Strippgas kann in einer nachgeschalteten Waschstufe mittels einer sauren Waschlösung behandelt werden. Dadurch wird im Gasstrom enthaltener Ammoniak zu Ammonium- oder Phosphorsulfat oder anderen Salzen umgesetzt. Das ausgekreiste Sulfat kann als Dünger in der Landwirtschaft eingesetzt werden. The separated from the digestate of the first fermentation stage solid phase can be mixed before being fed into the second fermenter with purified liquid phase (dehydrated) or thermally treated in an intermediate reactor, at temperatures up to 180 0 C and a pressure of up to 10 bar, if necessary with the addition of acidic or alkaline additives. The contaminated stripping gas can be treated in a subsequent washing step by means of an acidic wash solution. As a result, ammonia contained in the gas stream is converted to ammonium or phosphorus sulfate or other salts. The discarded sulfate can be used as a fertilizer in agriculture.
Die Erfindung soll nachstehend an einigen Beispielen erläutert werden.  The invention will be explained below with some examples.
In der zugehörigen Zeichnung ist eine Anlage zur Durchführung der Verfahrensweisen dargestellt. Im Zusammenhang mit den Beispielen wird die Anlage näher erläutert. In the accompanying drawing, an apparatus for carrying out the procedures is shown. The system will be explained in more detail in connection with the examples.
Beispiel 1 example 1
Zur Herstellung von Biogas werden als Biomasse folgende Rohstoffe eingesetzt:  For the production of biogas the following raw materials are used as biomass:
Rindergülle mit einem TS-Gehalt von 6 %, Mist mit einem TS-Gehalt von 25%, Mais mit einem TS-Gehalt von 32% und Grassilage mit einem TS-Gehalt von 30%. Cattle slurry with a TS content of 6%, manure with a TS content of 25%, maize with a TS content of 32% and grass silage with a TS content of 30%.
Die Rohstoffe (1512 kg Rindergülle, 302 kg Mist, 116 kg Mais und 349 kg Grassilage) werden über die Leitung 1 in einen Ansatzbehälter A1 gefördert (1 ,96 m3/h). Das Gemisch besitzt einen TS-Gehalt von 12,2% und wird in diesem mit bereits vorhandenem ungereinigtem Gärwasser (1 ,6 m3/h) so eingestellt, dass ein TS-Gehalt im Ansatzbehälter von 6% vorliegt. Die Zuführung von Gär- bzw. Prozesswasser erfolgt über die Leitung 2. Dem Gärsubstrat werden keine weiteren Zusatzstoffe zugesetzt und nach einer Verweilzeit von etwa 1 Stunde im Ansatzbehälter wird das Gärsubstrat in einer Menge von 3,57 m3/h kontinuierlich über die Leitung 11 in den ersten Fermenter F1 gefördert. Dieser wird mesophil (Temperatur 38 0C) und mit einer Raumbelastung OTS von 1 kg/m3 d betrieben. Die Raumbelastung wird mittels geeigneter Messverfahren kontinuierlich überwacht und bei Unter- oder Überschreitungen über die Zuführung von Gärsubstrat auf vorgenannten Wert eingestellt. Außerdem wird der pH-Wert kontinuierlich überwacht, der sich auf einen Wert von 7,5 bis 7,8 einstellt. Die Fahrweise im ersten Fermenter F1 erfolgt im neutralen Bereich. Das Gärsubstrat wird über die Fermenterheizung und/oder -kühlung auf der vorgenannten Temperatur gehalten. Der Fermenter ist in an sich üblicher Weise mit einer Isolierung und einem Rührwerk zur Vermischung des Gärsubstrates ausgerüstet. The raw materials (1512 kg of cattle slurry, 302 kg of manure, 116 kg of maize and 349 kg of grass silage) are conveyed via line 1 into a mixing tank A1 (1.96 m 3 / h). The mixture has a TS content of 12.2% and is adjusted in this with already existing unpurified fermentation water (1, 6 m 3 / h) so that a TS content in the batch tank of 6% is present. The supply of fermentation or process water via line 2. The fermentation substrate, no further additives are added and after a residence time of about 1 hour in the batch tank, the fermentation substrate in an amount of 3.57 m 3 / h continuously via line 11th promoted to the first fermenter F1. This is operated mesophilic (temperature 38 0 C) and with a space load OTS of 1 kg / m 3 d. The load on the room is continuously monitored by means of suitable measuring methods and, in the case of under- or overshoots, via the supply of fermentation substrate to the aforementioned value set. In addition, the pH is continuously monitored, which is set to a value of 7.5 to 7.8. The procedure in the first fermenter F1 takes place in the neutral range. The fermentation substrate is kept at the aforementioned temperature via the fermenter heating and / or cooling. The fermenter is equipped in a conventional manner with an insulation and a stirrer for mixing the fermentation substrate.
Unter vorgenannten Bedingungen finden im ersten Fermenter F1 eine überlagerte Hydrolyse- und Versäuerungsphase sowie Methanbildung statt. Durch Zudosierung von Luft oder Sauerstoff oder Eisensalzen kann der Gehalt an Schwefelwasserstoff im Biogas reduziert werden. Under the conditions mentioned above, a superimposed hydrolysis and acidification phase and methane formation take place in the first fermenter F1. By adding air or oxygen or iron salts, the content of hydrogen sulphide in the biogas can be reduced.
Während der biologischen Umsetzung des Gärsubstrates im ersten Fermenter entsteht ein Biogas folgender Zusammensetzung:  During the biological conversion of the fermentation substrate in the first fermenter, a biogas of the following composition results:
CH4 55 Vol.-% CH 4 55 vol.%
CO2 41 Vol.-% CO 2 41 vol.%
H2O 3,5 Vol.-% H 2 O 3.5% by volume
H2S 60 ppm H 2 S 60 ppm
NH3 35 ppm. NH 3 35 ppm.
Durchschnittlich entsteht im ersten Fermenter F1 eine Gasmenge von 96 Nm3/h. Das gebildete Biogas wird über die Leitung 21 abgeführt und mit Biogas aus dem Fermenter F2 gemischt. Das Gemisch (Biogas) wird anschließend gereinigt und einer Verwertung zugeführt. On average, the first fermenter F1 produces a gas volume of 96 Nm 3 / h. The biogas formed is removed via the line 21 and mixed with biogas from the fermenter F2. The mixture (biogas) is then cleaned and recycled.
Nach einer Verweilzeit des Gärsubstrates von 20 Tagen wird die Umsetzung des Gärsubstrates im ersten Fermenter F1 beendet.  After a residence time of the fermentation substrate of 20 days, the reaction of the fermentation substrate in the first fermenter F1 is stopped.
Das Gärsubstrat wird über Leitung 5 aus dem ersten Fermenter F1 abgezogen und einem Trennapparat D1 (Abscheider) zugeführt, zur Trennung in eine Flüssigphase und eine Feststoffphase. Die Feststoffphase (Wassergehalt von 30 bis zu 70 Gew.-%) kann über die Leitungen 17, 18 entweder einem Reaktor R1 oder direkt dem zweiten Fermenter F2 zugeführt werden. Der Reaktor R1 ist beheizbar, die Zuführung von Heizmedium erfolgt über die Leitung 19. Die abgetrennte flüssige Phase (Gärwasser) gelangt über Leitung 6 in einen Behälter B1 und wird zur weiteren Verwendung zwischengelagert. Eine Teilmenge kann in den Ansatzbehälter oder in den ersten Fermenter zurückgeführt werden.  The fermentation substrate is withdrawn via line 5 from the first fermenter F1 and fed to a separation apparatus D1 (separator), for separation into a liquid phase and a solid phase. The solid phase (water content of 30 to 70 wt .-%) can be supplied via lines 17, 18 either a reactor R1 or directly to the second fermenter F2. The reactor R1 is heated, the supply of heating medium via the line 19. The separated liquid phase (fermentation water) passes via line 6 into a container B1 and is stored for further use. A subset may be returned to the batch tank or to the first fermenter.
Die Feststoffphase des Gärsubstrates wird im zweiten Fermenter F2 auf einen TS-Gehalt von 9% eingestellt. Die Fahrweise im zweiten Fermenter F2 erfolgt unter mesophilen Bedingungen (Temperatur 38 bis 42 0C) und mit einer Raumbelastung OTS von 2,2 kg/m3 d. Die biologische Umsetzung des Gärsubstrates wird unter Ausschluss von Luft oder Sauerstoff und bei pH-Werten 7,5 bis 7,8 durchgeführt. Die Verweilzeit im zweiten Fermenter F2 beträgt ca. 40-60 Tage. Zur Verringerung der Bildung von Schwefelwasserstoff können geringe Mengen an Eisensalzen zudosiert werden. Während der Umsetzung im zweiten Fermenter F2 entstehen 18 NnfVh Biogas folgender Zusammensetzung: The solid phase of the fermentation substrate is adjusted in the second fermenter F2 to a TS content of 9%. The procedure in the second fermenter F2 takes place under mesophilic conditions (temperature 38 to 42 0 C) and with a space load OTS of 2.2 kg / m 3 d. The biological conversion of the fermentation substrate is carried out in the absence of air or oxygen and at pH values of 7.5 to 7.8. The residence time in the second fermenter F2 is about 40-60 days. To reduce the formation of hydrogen sulfide small amounts of iron salts can be added. During the reaction in the second fermenter F2 arise 18 NnfVh biogas of the following composition:
CH4 54 Vol.-% CH 4 54% by volume
CO2 43 Vol.-% CO 2 43 vol.%
H2O 3 Vol.-% H 2 O 3 vol.%
H2S 40 ppm H 2 S 40 ppm
NH3 42 ppm. NH 3 42 ppm.
Das Biogas wird über die Leitung 22 abgeführt, mit dem Biogas aus dem ersten Fermenter zusammengeführt und zur weiteren Verwendung gereinigt.  The biogas is discharged via the line 22, merged with the biogas from the first fermenter and cleaned for further use.
Insgesamt entstehen in beiden Fermentern F1 und F2 ca. 114 Nm3/h Biogas mit einem Methangehalt von 54,8 Vol.-%. Die erzeugte Methanmenge beträgt 62,5m3/h und liegt damit um 35% über den bekannter konventioneller Verfahren. In total, about 114 Nm 3 / h of biogas with a methane content of 54.8% by volume are produced in both fermenters F1 and F2. The amount of methane produced is 62.5 m 3 / h, which is 35% above the known conventional method.
Die unterschiedlichen Bedingungen hinsichtlich des TS-Gehaltes und der Raumbelastung für die Umsetzung des Gärsubstrates im ersten und zweiten Fermenter, jeweils im neutralen Bereich, führen zu einer höheren Biogasausbeute und einem Anstieg des Methangehaltes.  The different conditions in terms of the TS content and the space load for the implementation of the fermentation substrate in the first and second fermenter, each in the neutral range, lead to a higher biogas yield and an increase in the methane content.
Beispiel 2 Example 2
Der Ansatz von Biomasse im Ansatzbehälter A1 erfolgt unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel 1. Dem Gärsubstrat werden keine weiteren Zusatzstoffe zugesetzt und nach einer Verweilzeit von etwa 1 Stunde im Ansatzbehälter A1 wird das Gärsubstrat (Menge 3,57 m3/h) über die Leitung 3 in einen Hydrolysebehälter H1 gefördert und in einer dem Fermentationsprozess vorgeschalteten Hydrolysestufe vorbehandelt, drucklos, bei Temperaturen von 35 0C und einem pH-Wert von 6,5 bis 7,5. Die Verweilzeit für die Hydrolyse- und Versäuerungsreaktion im Hydrolysebehälter H1 beträgt 4 Tage. Der Hydrolysereaktor wird batchweise betrieben. Wie in der Zeichnung gezeigt sind zwei Hydrolysebehälter vorgesehen. The approach of biomass in approach tank A1 is carried out under the same conditions as in Example 1. The fermentation substrate, no further additives are added and after a residence time of about 1 hour in the mixing tank A1, the fermentation substrate (amount 3.57 m 3 / h) on the Line 3 promoted in a hydrolysis H1 and pretreated in a preceding the fermentation process hydrolysis, pressureless, at temperatures of 35 0 C and a pH of 6.5 to 7.5. The residence time for the hydrolysis and acidification reaction in the hydrolysis vessel H1 is 4 days. The hydrolysis reactor is operated batchwise. As shown in the drawing, two hydrolysis containers are provided.
Im Vergleich zu anderen bekannten Hydrolysestufen findet die Hydrolyse nicht im sauren sondern im neutralen Bereich statt.  In comparison to other known hydrolysis stages, the hydrolysis does not take place in the acidic but in the neutral range.
Unter diesen Bedingungen entsteht in der Hydrolyse ein CO2-haltiges Gas mit geringen Spuren an Wasserstoff und Methan und hoher Konzentration an Schwefelwasserstoff. Das über Leitung 20 entweichende Biogas (32 Nm3/h) hat folgende Zusammensetzung: Under these conditions, a CO 2 -containing gas is produced in the hydrolysis with small traces of hydrogen and methane and high concentration of hydrogen sulphide. The escaping via line 20 biogas (32 Nm 3 / h) has the following composition:
CO2 60 bis 85 Vol.-% CO 2 60 to 85 vol.%
H2 bis 5 Vol.-% H 2 to 5 vol.%
CH4 bis 10 Vol.-% CH 4 to 10% by volume
H2S 800 ppm (Mittelwert) H 2 S 800 ppm (mean)
Rest Luft.  Rest air.
Während der Hydrolyse steigt die H2S-Konzentration nach ca. 52 Stunden bis auf einen Wert von 2850 ppm an (Peak) und fällt danach wieder langsam ab. Die H2S-Konzentration wird in Abständen von 60 min gemessen. Nach ca. weiteren 43 Stunden fällt die H2S- Konzentration auf einen Wert von 420 ppm ab und die Hydrolyse wird beendet. During the hydrolysis, the H 2 S concentration rises after about 52 hours to a value of 2850 ppm (peak) and then drops slowly again. The H 2 S concentration is measured at intervals of 60 minutes. After about another 43 hours, the H 2 S concentration drops to a value of 420 ppm and the hydrolysis is stopped.
Das aus der Hydrolysestufe H1 abgezogene Biogas wird in einer nicht mit dargestellten Reinigungsstufe behandelt. Diese wird beispielsweise als drucklose Wasserwäsche betrieben. Dabei wird das Hydrolyse- bzw. Biogas auf 4 NrrvVh mit einem Methananteil von 50 Vol.-% gereinigt. Das abgetrennte Kohlendioxid wird anderweitig verwertet. The biogas withdrawn from the hydrolysis stage H1 is treated in a purification stage not shown. This is operated, for example, as a pressureless water wash. The hydrolysis or biogas is purified to 4 NrrvVh with a methane content of 50 vol .-%. The separated carbon dioxide is recycled elsewhere.
Das Gärsubstrat aus der Hydrolysestufe H1 wird über die Leitung 4 kontinuierlich dem Fermenter F1 zugeführt und in diesem unter gleichen Bedingungen wie im Beispiel 1 behandelt. The fermentation substrate from the hydrolysis stage H1 is continuously fed via the line 4 to the fermenter F1 and treated in this under the same conditions as in Example 1.
Aufgrund der vorgeschalteten Hydrolyse kann die Zudosierung von Luft oder Sauerstoff oder Eisensalzen zur Reduzierung von Schwefelwasserstoff im Biogas um ca. 80% reduziert werden, da der Hauptanteil von Schwefelwasserstoff bereits in der Hydrolysestufe abgetrennt wurde.  Due to the upstream hydrolysis, the metered addition of air or oxygen or iron salts to reduce hydrogen sulfide in the biogas can be reduced by about 80%, since the major part of hydrogen sulfide was already separated in the hydrolysis step.
Während der biologischen Umsetzung des Gärsubstrates im ersten Fermenter F1 entsteht Biogas folgender Zusammensetzung:  During the biological conversion of the fermentation substrate in the first fermenter F1, biogas is produced with the following composition:
CH4 72,26 Vol.-% CH 4 72.26 Vol .-%
CO2 24,24 Vol.-% CO 2 24.24 Vol .-%
H2O 3,50 Vol.-% H 2 O 3.50 vol.%
H2S 20 ppm H 2 S 20 ppm
NH3 31 ppm. NH 3 31 ppm.
Durchschnittlich entsteht eine Gasmenge von 73 Nm3/h. Dieses über die Leitung 21 abgeführte Biogas kann mit Biogas aus dem zweiten Fermenter F2 gemischt oder ggf. auch separat verwertet werden. Nach einer Verweilzeit von 20 Tagen wird die Umsetzung des Gärsubstrates im ersten Fermenter F1 beendet. On average, a gas volume of 73 Nm 3 / h. This biogas discharged via the line 21 can be mixed with biogas from the second fermenter F 2 or, if necessary, also be utilized separately. After a residence time of 20 days, the reaction of the fermentation substrate in the first fermenter F1 is stopped.
Das aus dem ersten Fermenter F1 über die Leitung 5 abgezogene Gärsubstrat wird analog wie in Beispiel 1 einer Trennung in eine Flüssigphase und eine Feststoffphase (Wassergehalt von 30 bis zu 70 Gew.-%) unterzogen.  The fermentation substrate withdrawn from the first fermenter F1 via line 5 is subjected, as in Example 1, to a separation into a liquid phase and a solid phase (water content of 30 to 70% by weight).
Die Feststoffphase des Gärsubstrates wird im zweiten Fermenter F2 unter gleichen Bedingungen wie im Beispiel 1 behandelt.  The solid phase of the fermentation substrate is treated in the second fermenter F2 under the same conditions as in Example 1.
Während der Umsetzung im zweiten Fermenter F2 entstehen 18 NrrvYh Biogas folgender Zusammensetzung:  During the reaction in the second fermenter F2 arise 18 NrrvYh biogas of the following composition:
CH4 54 Vol.-% CH 4 54% by volume
CO2 43 Vol.-% CO 2 43 vol.%
H2O 3,5 Vol.-% H 2 O 3.5% by volume
H2S 40 ppm H 2 S 40 ppm
NH3 39 ppm. NH 3 39 ppm.
Das Biogas wird über die Leitung 22 zur weiteren Verwertung abgeführt.  The biogas is removed via line 22 for further utilization.
Insgesamt entstehen in der Hydrolysestufe H1 und den beiden Fermentern F1 und F2 ca. Overall, in the hydrolysis stage H1 and the two fermenters F1 and F2 approx.
95 NnfVh an Biogas mit einem Methangehalt von 67,9 Vol.-%. Die erzeugte Methanmen- ge beträgt 64,5m3/h und liegt damit um 39,3% über den bekannter konventioneller Verfahren. 95 NnfVh of biogas with a methane content of 67.9% by volume. The methane produced ge is 64.5 m 3 / h, which is 39.3% above the known conventional method.
Im Fermenter F1 wird ein Biogasstrom mit einem Methangehalt von 72,26 Vol.-% erzeugt. Der Methangehalt kann durch eine Verlängerung der Verweilzeit um ca. 2 bis 3 Tage in der Hydrolysestufe bis auf über 80 Vol.-% gesteigert werden.  In the fermenter F1, a biogas stream with a methane content of 72.26 vol .-% is generated. The methane content can be increased by an extension of the residence time by about 2 to 3 days in the hydrolysis step to over 80 vol .-%.
Beispiel 3 Example 3
Dieses unterscheidet sich von Beispiel 2 lediglich durch eine nach der ersten Fermen- terstufe F1 zwischengeschalteten Strippstufe K1 , in der unter erhöhtem Druck, vorzugsweise von 10 bis 100 mbar, aus erwärmten Gärwasser mittels Strippgas Ammoniak bis auf eine Konzentration von 0,5 mg/l abgetrennt wird.  This differs from Example 2 merely by a stripping step K1 interposed after the first stage of the invention F1, in which under elevated pressure, preferably from 10 to 100 mbar, of heated fermentation water by means of stripping gas ammonia up to a concentration of 0.5 mg / l is separated.
Die abgetrennte flüssige Phase (Gärwasser) wird über Leitung 6 dem Behälter B1 zugeführt. Aus diesem wird über die Leitung 7 ein Teilstrom (ca. 50%) abgezweigt und in einem nachgeschalteten Wärmetauscher W1 bis auf ca. 50 bis 70 0C erwärmt und ggf. der pH-Wert so eingestellt, dass dieser über 8 liegt. Anschließend wird der erwärmte Teilstrom einer Strippkolonne K1 zugeführt, in der über den in Strippgasleitungen 23, 24 eingebundenen Verdichter V1 Strippgas auf einen Druck von ca. 10 bis 20 mbar erhöht wird, und im Gärwasser enthaltener Ammoniak ausgestrippt wird. Das verunreinigte Kreis- bzw. Strippgas wird in einer Waschkolonne K2 mit einer sauren Waschlösung behandelt. Die in der Leitung 25 geführte Waschlösung wird mittels der Pumpe P1 im Kreislauf gefahren. Das im Strippgas enthaltene Ammoniak wird bei Kontakt mit der sauren Waschlösung zu Ammoniumsulfat oder Phosphorsulfat umgesetzt. Die Konzentration an Sulfat wird auf etwa 10 bis 30 Gew.-% eingestellt, wobei über die Leitung 26 die Dosierung von Säure erfolgt. Am Sumpf der Waschkolonne K2 wird das gebildete Sulfat als Dünger über die Leitung 27 ausgekreist. The separated liquid phase (fermentation water) is fed via line 6 to the container B1. For this, a partial flow (about 50%) is branched off via the line 7 and heated in a downstream heat exchanger W1 to about 50 to 70 0 C and optionally adjusted the pH so that it is greater than 8. Subsequently, the heated partial stream is fed to a stripping column K1 in which stripping gas is increased to a pressure of about 10 to 20 mbar via the compressor V1 integrated into stripping gas lines 23, 24, and ammonia contained in the dehydrating water is stripped off. The contaminated circulation or stripping gas is treated in a wash column K2 with an acidic wash solution. The guided in line 25 washing solution is driven by the pump P1 in the circuit. The ammonia contained in the stripping gas is reacted on contact with the acidic wash solution to ammonium sulfate or phosphorus sulfate. The concentration of sulfate is adjusted to about 10 to 30 wt .-%, wherein via the line 26, the dosage of acid. At the bottom of the scrubbing column K2, the sulfate formed as fertilizer via the line 27 is removed.
Durch den Strippvorgang wird die Ammoniumkonzentration im Gärwasser von 2 auf 0,5 mg/l reduziert.  The stripping process reduces the ammonium concentration in the fermentation water from 2 to 0.5 mg / l.
Das nahezu ammoniakfreie Gärwasser kann dann wieder im biologischen Prozess zur Einstellung des TS-Gehaltes der eingesetzten Biomasse während des Ansatzes verwendet werden. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Biologie der Umsetzung des Gärsubstrates aus.  The nearly ammonia-free fermentation water can then be used again in the biological process for adjusting the DM content of the biomass used during the batch. This has an advantageous effect on the biology of the implementation of the fermentation substrate.
Bei Einsatz von gereinigtem Gärwasser in der Ansatzphase entsteht während der biologischen Umsetzung des Gärsubstrates im ersten Fermenter F1 ein Biogas folgender Zusammensetzung:  When using purified fermentation water in the batch phase, a biogas of the following composition is formed during the biological conversion of the fermentation substrate in the first fermenter F1:
CH4 72,61 Vol.-% CH 4 72.61 Vol .-%
CO2 23,89 Vol.-% CO 2 23.89 Vol .-%
H2O 3,50 Vol.-% H2S 20 ppm H 2 O 3.50 vol.% H 2 S 20 ppm
NH3 8 ppm. NH 3 8 ppm.
Die durchschnittlich erzeugte Gasmenge beträgt 75 Nm3/h. The average amount of gas produced is 75 Nm 3 / h.
Während der Umsetzung im zweiten Fermenter F2 entstehen 18 NπrVh Biogas folgender During the reaction in the second fermenter F2 arise 18 NπrVh biogas following
Zusammensetzung: Composition:
CH4 54 Vol.-% CH 4 54% by volume
CO2 43 Vol.-% CO 2 43 vol.%
H2O 3 Vol.-% H 2 O 3 vol.%
H2S 40 ppm H 2 S 40 ppm
NH3 6 ppm. NH 3 6 ppm.
Insgesamt entstehen in der Hydrolysestufe und den beiden Fermentern F1 und F2 ca. 97 Nm3/h an Biogas mit einem Methangehalt von 68,2 Vol.-%. Die erzeugte Methanmenge beträgt 66,2 m3/h. Die Steigerung der Methanausbeute im Vergleich zu Beispiel 2 ist auf den geringeren Anteil von Ammoniak im zugesetzten Gärwasser zurückzuführen. In total, approximately 97 Nm 3 / h of biogas with a methane content of 68.2% by volume are formed in the hydrolysis stage and the two fermenters F1 and F2. The amount of methane produced is 66.2 m 3 / h. The increase in the methane yield compared to Example 2 is due to the lower proportion of ammonia in the added fermentation water.
Im Reaktor R1 behandelter Gärrückstand kann direkt dem zweiten Fermenter F2 zugeführt werden. Diesem kann auch ein zweiter Ansatzbehälter A2 vorgeschaltet werden, dem über die Leitung 8 gereinigtes Gärwasser zugeführt werden kann. Über die an diesen angeschlossenen Leitungen 9, 10, 12 kann gereinigtes Gärwasser sowohl dem ersten Ansatzbehälter A1 als auch dem zweiten Fermenter F2 zugeführt werden. Fermentation residue treated in reactor R1 can be fed directly to second fermenter F2. This can also be preceded by a second approach tank A2, which can be supplied via the line 8 purified fermentation water. Purified fermentation water can be supplied both to the first batch tank A1 and to the second fermenter F2 via the pipes 9, 10, 12 connected thereto.
Nach Beendigung der Umsetzung im zweiten Fermenter F2 wird der Gärrückstand über die Leitung 13 einem zweiten Abscheider D2 zugeführt. Die Feststoffphase wird über die Leitung 16 abgeführt und die Flüssigphase gelangt über die Leitung 14 in einen zweiten Vorlagebehälter B2 und kann von diesem aus über die Leitung 15 abgeführt werden. After completion of the reaction in the second fermenter F2, the fermentation residue is fed via the line 13 to a second separator D2. The solid phase is removed via the line 16 and the liquid phase passes via the line 14 into a second feed tank B2 and can be discharged from the latter via the line 15.
Beispiel 4 Example 4
Dieses Beispiel unterscheidet sich von Beispiel 3 dadurch, dass die Hydrolysestufe so lange gefahren wurde, bis die H2S-Konzentration im abgeführten Hydrolyse- bzw. Biogas nach dem Peak bis auf einen unteren Grenzwert von 240 ppm abgesunken ist. Dieser Wert wurde nach ca. 142 Stunden erreicht. Dadurch wird eine höhere Ausbeute an Biogas erreicht. Außerdem erhöht sich somit auch der Anteil an Methan im Biogas. This example differs from Example 3 in that the hydrolysis step was run until the H 2 S concentration in the discharged hydrolysis or biogas after the peak had dropped to a lower limit of 240 ppm. This value was reached after about 142 hours. As a result, a higher yield of biogas is achieved. In addition, the proportion of methane in the biogas also increases.
In der Hydrolyse entstehen 43 Nm3/h CO2-haltiges Biogas in identischer Zusammensetzung wie in Beispiel 3. In the hydrolysis 43 Nm 3 / h CO 2 -containing biogas in identical composition as in Example 3.
Das Biogas aus der Hydrolysestufe wird mittels einer drucklosen Wasserwäsche behandelt und dabei das Hydrolyse- bzw. Biogas auf 8 Nm3/h mit einem Methananteil von 50 Vol.-% gereinigt. The biogas from the hydrolysis stage is treated by means of a pressureless water wash while the hydrolysis or biogas to 8 Nm 3 / h cleaned with a methane content of 50 vol .-%.
Während der biologischen Umsetzung des Gärsubstrates im ersten Fermenter F1 entsteht ein Biogas folgender Zusammensetzung:  During the biological conversion of the fermentation substrate in the first fermenter F1, a biogas of the following composition is formed:
CH4 81 ,97 Vol.-% CO2 14,53 VoI. -% CH 4 81, 97 Vol .-% CO 2 14.53 VoI. -%
H2O 3,50 Vol. -% H 2 O 3.50 vol.%
H2S 17 ppm H 2 S 17 ppm
NH3 8 ppm. NH 3 8 ppm.
Die durchschnittlich entstandene Gasmenge beträgt 64 Nm3/h. The average amount of gas produced is 64 Nm 3 / h.
Während der späteren Umsetzung im zweiten Fermenter F2 entstehen 18 Nm3/h Biogas folgender Zusammensetzung: During the later conversion in the second fermenter F2, 18 Nm 3 / h of biogas with the following composition are formed:
CH4 54 Vol.-% CH 4 54% by volume
CO2 43 Vol.-% CO 2 43 vol.%
H2O 3 Vol.-% H 2 O 3 vol.%
H2S 40 ppm H 2 S 40 ppm
NH3 6 ppm. NH 3 6 ppm.
Insgesamt entstehen in der Hydrolysestufe und den beiden Fermenterstufen F1 und F2 90 NrrvVh an Biogas mit einem Methangehalt von 73,6 Vol.-%. Die erzeugte Methanmenge beträgt 66,2 m3/h und liegt damit um 43,0% über den bekannter konventioneller Verfahren. In total, in the hydrolysis stage and the two fermenter stages F1 and F2 90 NrrvVh biogas with a methane content of 73.6 vol .-%. The amount of methane produced is 66.2 m 3 / h, which is 43.0% above the known conventional method.
Im Fermenter 1 wird ein Biogasstrom mit einem Methangehalt von 81 ,971 Vol.-% erzeugt. Der hohe Methangehalt ermöglicht sogar eine Einspeisung des Biogases nach erfolgter Feinentschwefelung und Trocknung in ein Gasnetz.  In fermenter 1, a biogas stream with a methane content of 81, 971 vol .-% is generated. The high methane content even makes it possible to feed the biogas after fine desulphurisation and drying in a gas network.
In der Praxis kann die Einstellung der jeweiligen pH-Werte über die Rohstoff-, Gärwasseroder Frischwasserzufuhr sowie den TS-Gehalt erfolgen.  In practice, the adjustment of the respective pH values can take place via the raw material, fermentation water or fresh water supply as well as the TS content.
Vergleichserqebnisse: Vergleichserqebnisse:
Aus der Fachliteratur,„Biogas Basisdaten Deutschland, Stand: August 2007", Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR), 18276 Gülzow, sind zur Herstellung von Biogas aus nachfolgend angegebenen Ausgangsstoffen folgende Ausbeuten an Biogas und Methan bekannt:  From the literature, "Biogas Basic Data Germany, as of August 2007", Agency for Renewable Resources e.V. (FNR), 18276 Gülzow, the following yields of biogas and methane are known for the production of biogas from the following starting materials:
13.000 1 Rindergülle (TS-Gehalt 6 %) 325.000 m3 Biogas 195.000 m3 Methan13,000 1 cattle manure (TS content 6%) 325,000 m 3 biogas 195,000 m 3 methane
2.600 1 Rindermist (TS-Gehalt 25 %) 117.000 m3 Biogas 70.200 m3 Methan2,600 1 bovine manure (TS content 25%) 117,000 m 3 biogas 70,200 m 3 methane
1.000 1 Maissilage (TS-Gehalt 30%) 202.000 m3 Biogas 105.040 m3 Methan1,000 1 maize silage (TS content 30%) 202,000 m 3 biogas 105,040 m 3 methane
300 1 Grassilage (TS-Gehalt 30%) 51.600 m3 Bioqas 27.864 m3 Methan300 1 grass silage (TS content 30%) 51,600 m 3 Bioqas 27,864 m 3 methane
Summe 695.600 m3 Biogas 398.104 m3 Methan Total 695,600 m 3 of biogas 398,104 m 3 of methane
Demzufolge entstehen bei einem kontinuierlichen Betrieb einer konventionellen Biogasanlage von 8600 Stunden 80,9 Nm3/h Biogas mit einem Methangehalt von 57,23 Vol.-%. Die erzeugte Methanmenge beträgt 46,3 Nm3/h. Consequently, with a continuous operation of a conventional biogas plant of 8600 hours 80.9 Nm 3 / h of biogas with a methane content of 57.23 vol .-%. The amount of methane produced is 46.3 Nm 3 / h.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung von Bio- oder Klärgas durch eine mehrstufige anaerobe Umsetzung von Biomasse und/oder Klärschlamm mittels Nassfermentation in mindestens zwei getrennten Fermentationsstufen, wobei nach der ersten Fermentationsstufe (F1) eine Trennung des Gärrestes in eine Feststoffphase und eine Flüssigphase vorgenommen wird, die Feststoffphase weiter behandelt und anschließend in der zweiten Fermentationsstufe (F2) einem weiteren Gärprozess unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung in der ersten Fermentationsstufe (F1) unter Einhaltung eines TS-Gehaltes von 3 bis 8% und einer Raumbelastung von 1 bis 3 kg OTS/m3 d durchgeführt wird und in der zweiten Fermentationsstufe (F2) eine weitere Umsetzung der Feststoffphase unter Einhaltung eines TS-Gehaltes von 8 bis 40% und einer Raumbelastung von über 2 kg OTS/m3 d vorgenommen wird, wobei das Gärsubstrat in der zweiten Fermentationsstufe auf einen TS-Gehalt eingestellt wird, der größer ist als der TS-Gehalt der ersten Stufe, und die Umsetzung in beiden Fermentationsstufen im schwach sauren bis neutralen Bereich (pH-Wert 6,5 bis 8) erfolgt, und das in den Fermentationsstufen (F1 , F2) entstehende Biogas zusammengeführt oder getrennt abgeführt und einer weiteren Reinigung unterzogen wird. 1. A process for the production of biogas or sewage gas by a multi-stage anaerobic conversion of biomass and / or sewage sludge by wet fermentation in at least two separate fermentation stages, wherein after the first fermentation stage (F1) a separation of the digestate is carried out in a solid phase and a liquid phase, the solid phase further treated and then subjected to a further fermentation process in the second fermentation stage (F2), characterized in that the reaction in the first fermentation stage (F1) while maintaining a TS content of 3 to 8% and a space load of 1 to 3 kg OTS / m 3 d is performed and in the second fermentation stage (F2), a further implementation of the solid phase while maintaining a TS content of 8 to 40% and a space load of about 2 kg OTS / m 3 d is made, wherein the fermentation substrate is set in the second fermentation stage to a TS content which is greater than the T S content of the first stage, and the reaction in both fermentation stages in the weakly acidic to neutral range (pH 6.5 to 8) takes place, and merging the biogas formed in the fermentation stages (F1, F2) or separated separately and another Cleaning is subjected.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Biomasse in einer der ersten Fermentationsstufe (F1) vorgeschalteten Hydrolysestufe (H1) drucklos vorbehandelt wird, bei Temperaturen 25 bis 60 0C und die Hydrolyse bei einem pH-Wert von 5 bis 8 durchgeführt wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the biomass in a first fermentation stage (F1) upstream hydrolysis (H1) is pretreated without pressure, carried out at temperatures 25 to 60 0 C and the hydrolysis at a pH of 5 to 8 becomes.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweildauer der Biomasse in der Hydrolysestufe (H 1) 3 bis 8 Tage beträgt, wobei ein CO2-haltiges Gasgemisch mit einer hohen H2S-Konzentration entsteht, das abgezogen und gereinigt wird. 3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the residence time of the biomass in the hydrolysis step (H 1) is 3 to 8 days, wherein a CO 2 -containing gas mixture is formed with a high H 2 S concentration, the removed and cleaned.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweildauer der Biomasse in der Hydrolysestufe (H 1) über die im abgezogenen Biogas gemessene die H2S-Konzentration gesteuert wird, wobei in Abhängigkeit von der Rohstoffzusammensetzung und den Hydrolysebedingungen ein unterer Grenzwert festgelegt und nach Erreichen eines Peaks und nachfolgendem Absinken der H2S- Kon-zentration bis auf diesen Grenzwert, die Hydrolyse beendet wird. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the residence time of the biomass in the hydrolysis step (H 1) is controlled by the measured in the withdrawn biogas H 2 S concentration, wherein, depending on the raw material composition and the hydrolysis set a lower limit and after reaching a peak and then lowering the H 2 S concentration to this limit, the hydrolysis is terminated.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Hydrolysestufe (H1) abgezogenes Biogas gereinigt wird, wobei der Methananteil im Biogas um das 3 bis 5-fache erhöht wird. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that from the hydrolysis stage (H1) withdrawn biogas is purified, wherein the methane content in the biogas is increased by 3 to 5 times.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Hydrolysestufe (H1) und den beiden Fermentationsstufen (F1 , F2) abgezogene Biogase gereinigt und anschließend zur weiteren Verwertung zu einem Gasstrom zusammengeführt werden. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that from the hydrolysis stage (H1) and the two fermentation stages (F1, F2) withdrawn biogas are purified and then combined for further utilization to a gas stream.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Teilmenge der aus dem Gärrest der ersten Fermentationsstufe (F1) abgetrennten flüssigen Phase einer Strippstufe (K1) zugeführt wird, in der in der flüssigen Phase enthaltener Ammoniak entfernt und die gereinigte Flüssigphase zwischengelagert wird. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that at least a portion of the from the digestate of the first fermentation stage (F1) separated liquid phase of a stripping (K1) is supplied, removed in the ammonia contained in the liquid phase and the cleaned liquid phase is stored.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Gärrest der ersten Fermentationsstufe (F1) abgetrennte Feststoffphase mit gereinigter Flüssigphase vermischt und der zweiten Fermentationsstufe (F2) zugeführt wird. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the separated from the digestate of the first fermentation stage (F1) solid phase mixed with purified liquid phase and the second fermentation stage (F2) is supplied.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohprodukt Biomasse in einer Ansetzstufe (A1) vorbehandelt wird, unter Zusetzung von ammoniakreduziertem Gärwasser aus dem Prozesskreislauf. 9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the crude product biomass in a Ansetzstufe (A1) is pretreated, with the addition of ammonia-reduced fermentation water from the process cycle.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der ersten Fermentationsstufe (F1) erhaltene Feststoffphase in einer zweiten Ansetzstufe (A2) vorbehandelt wird, unter Zusetzung von ammoniakreduziertem Gärwasser aus dem Prozesskreislauf. 10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the solid phase obtained from the first fermentation stage (F1) is pretreated in a second Ansetzstufe (A2), with the addition of ammonia-reduced fermentation water from the process cycle.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die nach der ersten Fermentationsstufe abgetrennte Feststoffphase einer thermischen Behandlung (R1) bei Temperaturen von bis zu 180 0C und einem Druck von bis zu 10 bar unterzogen wird, unter Zugabe von sauer oder alkalisch wirkenden Zusatzstoffen. 11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the separated after the first fermentation stage solid phase of a thermal treatment (R1) at temperatures of up to 180 0 C and a pressure of up to 10 bar is subjected, with the addition of acid or alkaline additives.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass in der Strippstufe (K1) unter erhöhtem Druck aus erwärmtem Gärwasser mittels Strippgas Ammoniak bis auf eine Konzentration von 0,5 mg/l abgetrennt wird. 12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that in the stripping step (K1) under elevated pressure from heated fermentation water by means of stripping gas ammonia is separated to a concentration of 0.5 mg / l.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das verunreinigte Strippgas in einer Waschstufe (K2) mittels einer sauren Waschlösung behandelt wird, wobei im Gasstrom enthaltener Ammoniak zu Ammonium- oder Phosphorsulfat oder anderen Salzen umgesetzt und ausgekreist wird. 13. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized in that the contaminated stripping gas is treated in a washing step (K2) by means of an acidic wash solution, wherein ammonia contained in the gas stream is converted to ammonium or phosphorus sulfate or other salts and removed.
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