EP3083932A1 - Baukastensystem zur erstellung eines biogasfermenters - Google Patents

Baukastensystem zur erstellung eines biogasfermenters

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Publication number
EP3083932A1
EP3083932A1 EP13843032.7A EP13843032A EP3083932A1 EP 3083932 A1 EP3083932 A1 EP 3083932A1 EP 13843032 A EP13843032 A EP 13843032A EP 3083932 A1 EP3083932 A1 EP 3083932A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
container
modular system
biomass
side wall
erdausnehmung
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13843032.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Oliver Nacke
Carsten Mantey
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.)
Archea GmbH
Original Assignee
Archea GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Archea GmbH filed Critical Archea GmbH
Publication of EP3083932A1 publication Critical patent/EP3083932A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS 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
    • C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/04—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses for producing gas, e.g. biogas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS 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
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/02—Form or structure of the vessel
    • C12M23/18—Open ponds; Greenhouse type or underground installations
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS 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
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/38—Caps; Covers; Plugs; Pouring means
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Definitions

  • the present invention is concerned with a modular system for creating a Biogasfermenters, with simple means at the site
  • Such a fermentation container is known from DE 103 54 598 B4.
  • This document discloses a container which is disposed over a flat insulating layer on a loose gravel bed.
  • the lateral boundary walls of a plurality of metallic segments are annularly screwed together not liquid-tight.
  • On the inner walls and on the bottom of the Fermentier employers an insulating layer is disposed, over which extends a waterproof and biomasseresistente film.
  • the side walls support a truss structure supported by a center pillar, the lower end of the center pillar being supported by a concrete slab.
  • a similar container for the production of biogas is further known from DE 201 17 518 U1.
  • This known container has a flat, towards the center inclined foundation on which a tubular support is arranged.
  • a Seilabschreib is arranged, which supports the above arranged gas hood, when the amount of gas formed decreases.
  • an agitator whose central axis protrudes at an angle of approximately 40 ° to the vertical in the biomass.
  • WO 82/00299 discloses an apparatus for the anaerobic digestion of organic solids, which comprises a spherical container of flexible material, wherein a part of the container is embedded in the ground and surrounded by a ring wall, preferably made of precast concrete parts.
  • the plates are rolled in the radius of the container diameter.
  • the connection of the plates, which are then bolted to a ring, is done with holes and screws that connect the overlapping sheets.
  • These joints are sealed at the moment of assembly by pressing tough, rubber-like sealant between the overlapping surfaces. This special sealant must be applied very carefully, since the resulting container rings expand radially under load and so only the tensile force acts on the screw elements. Often arise here
  • the corrosion protection of the bolted steel plates takes place in the factory during production, before the construction site delivery.
  • the plates are in contact with the medium, so that the corrosion protection must be based on the appropriate medium. This can with simple Löschwassertanks a
  • the submersible mixers are used in a variety of designs. This raises above all the problem of maintenance. Usually, the TMR are vertically adjusted in height on a profile tube, so that different liquid layers can be mixed by the container. For repair and maintenance, however, the machine is only accessible when the gas chamber is opened by the fermenter.
  • the entry systems in the prior art are generally mixers,
  • Push floor systems which in their function as dosing bunker and mixing unit convey the substrate with screws or conveyor belts into the fermentation chamber from the tank.
  • one aspect of the present invention is to provide a closed one
  • the modular system for creating a biogas fermenter with a biomass receiving container with at least one annular side wall and a roof structure arranged above, and at least one arranged on the inside of the container waterproof layer and a roof structure above the arranged gas storage foil, with the at least one waterproof layer is connected in a gastight manner.
  • the modular system is characterized in particular by the fact that at least part of the container is embedded in a recess in the ground and at the edge of the recess an annular foundation is embedded in the ground on which the annular side wall is arranged.
  • the fermenter is manufactured in a modular system in such a way that the individual parts and pre-assembled assemblies fit into a transport system, such as in one or more sea containers. At the construction site this is then set up and mounted with little tools and little technical effort. Also, the proportion of excipients and materials is like Concrete anchors and foundations or ground anchors minimized. Optionally, all necessary tools and assembly tools can complete the delivery.
  • a system which manages with low production costs, but still offers a high level of security against leaks and accidents. Not only will the setup be quick and easy, but also the operation and maintenance will be done by trained personnel. All moving parts are easily accessible and easy to handle, and can be moved and maintained without special tools such as cranes or loaders.
  • At least one annular side wall at least two, preferably a plurality of straight and / or curved sheet metal elements, for.
  • planks which are releasably connected to each other.
  • annular side wall is preferably arranged on an annular, embedded in the ground foundation of concrete.
  • At least a portion of the biomass receiving container is disposed in the ground.
  • a foundation or a suitable ground anchorage is arranged, on which at least one buttress (middle support) rests.
  • Anlagungs Stimulation of the biogas produced is arranged. It is also advantageous that holding elements are arranged in the upper region of the support pillar, from which radially support elements lead to the upper edge of the annular side wall.
  • At least one submersible mixer is arranged on the circumference of the annular side wall, which is guided on a rail guidance system.
  • Biomass entry is arranged.
  • the entry system first receives the biomass to be introduced at the bottom and lets it slowly retract into the already existing biomass within hours (about 6 hours).
  • At least one sand trapping device is arranged in the region of the base of the Erdausappelung.
  • Tightness of the container film is arranged.
  • Container film has at least two layers.
  • the inventive method for producing a biogas plant with at least one container system with at least one container the
  • At least one space for biomass, a roof construction and has at least one gas storage film is characterized by the following process steps:
  • Ground anchoring system such as e.g. Pile foundation, on the edge of the Erdaus Principleung for receiving the annular side wall
  • a significant advantage is that the individual components of the entire modular system can be essentially packed and shipped in a container.
  • FIG. 1 shows a simplified schematic representation of a modular system (1) according to the invention
  • FIG. 2 shows a plan view of the modular system (1) in a simplified representation
  • Fig. 3 the basic technical structure of a registration system (16) with a floating pad (17); 4 shows the basic technical structure of a submersible mixer (19) in a maintenance hood (20);
  • FIG. 5 a schematic representation of a section of the layers (9 ', 9 ") in FIG.
  • Fig. 6 a perspective detail view of the upper edge of the annular side wall (5), which represents the connection between the container film (9 ') and the gas foil (9).
  • Fig. 1 is a simplified schematic representation of a
  • the Erdausappelung 2 which is trapezoidal in cross-section substantially in order to thereby increase the stability of the walls 4, is a
  • the Erdausappelung 2 is formed from the base 3 and the oblique side walls 4, wherein the base 3 in the present embodiment is a circular horizontal surface of the composition of the soil 6.
  • the side walls of the entire container consist of both the natural walls 3, 4 of the Erdausappelung 2 and a superposed wall 5 made of steel or the like, such.
  • Wood the ring of a plurality of individual prefabricated individual pieces, z. As sheets, constructed and assembled and bolted together. They are pre-rolled in the container diameter.
  • the corrosion protection should consist only of a primer, since the outer ring is not in contact with the media, d. H. is not touched by the biomass received in the container.
  • the bottom attachment of the ring-shaped steel ring 5 takes place with an indicated ring anchor 7 ', which is connected to the concrete foundation 7, that is screwed.
  • the upper container edge of the steel ring 5 closes with a
  • the steel ring 5 contains openings 18 for viewing and control windows, such as manholes and maintenance openings Feedthroughs for the agitators are welded into the steel wall.
  • a ground anchorage as a foundation 10 is arranged centrally, on which there is at least one supporting pillar which essentially carries the roof structure 8.
  • the roof structure 8 is arranged above the steel ring 5, which is composed of a plurality of individual segments 8 'as a ceiling made of wood or straps or ropes, the u.a. serves as an attachment surface for the desulfurization of the generated biogas or methane, wherein the sulfur adhered to the operation of the fermenter mainly on wooden ceilings and then falls into the substrate in solid form.
  • the segmental ceiling can also be designed to be accessible, in order to ensure a trouble-free replacement and construction of the gas foil arranged above it.
  • this segmental ceiling or roof construction 8 has the task of intercepting any snow load with no or only little gas so as to protect the container contents.
  • At the upper end of the support pillar 11 supporting elements 12 are fixed, which radiate on the edge of the annular side walls 5 made of steel sheets or other material, for. B. wood, lead and fixed there.
  • a commercially available spherical segment-shaped biogas storage film 9 is arranged, which collects the biogas produced in the fermenter and thereby inflates.
  • the gas storage foil 9 is optionally equipped with a net cover, not shown, equipped to intercept a possible pressure load can.
  • the gas storage film 9 is largely elastic and is made of a material which is additionally diffusion-tight in order to avoid possible gas leakage losses.
  • the arrangement of a nylon net, which is located above the gas storage foil 9 is to be chosen so that this initially results in a height and volume limitation. At risk of storms and Severe weather is still given the opportunity to straighten the net, so as to avoid weather damage.
  • nets and films are to be used which have both a high tensile strength and elongation, as well as an elongation at break of up to 300%.
  • the film must be gas-tight (diffusion-tight) and can easily be connected to one another and to the lining film in a gastight manner (welding, gluing, interlocking). It is also resistant to extreme environmental influences such as large temperature differences, high UV radiation, storm and hurricane and heavy rainfall / hail.
  • an agitator 19 is arranged laterally with a so-called.
  • a sand trap 15 is arranged with a centrifugal collector at the periphery of the base 3, which discharges the deposits of contaminants in the container via a pipe 24.
  • the deposits occupy a not inconsiderable storage space and increase the wear of the aggregates in and out of the container.
  • This sand trap 15 generally works by the centrifugal and gravitational force, by which the sand first sinks to the bottom and is circularly purged into the well 24 due to the stirring action of the agitator 19. From here it is possible to suck the material out of the shaft with a suction truck from the outside. The extraction must then take place at regular intervals, so that a large accumulation of sand in the fermenter is excluded.
  • a leakage control device 14 is arranged with the Any leaks in the container foil 9 ', 9 "can be detected, which represents an important cost saving in the present modular system 1.
  • the design of the container seal with some additional functions is of crucial importance 45 ° obliquely pulled upwards on the container sidewall 5 and also fastened to the upper edge of the annular sidewall. With the ground installation of the container, no concrete brine is required in the bottom area of the base 3. In the area of the middle support 11, the center support is passed through the foil, eg with a flange connection.
  • the container film 9 ' is laid in duplicate, so that the one side is in contact with the media and the other side, which represents the leakage film 9 ", is located between the container film and the container wall surface two-fold safety to the tightness of the container takes place and on the other hand there is the possibility of leakage of the inner container film immediately after entry of a liquid between the two films 9 ', 9 "to detect. This takes place with the aid of the leakage control device 14 via a shaft 30.
  • FIG. 2 shows a schematic plan view of the modular system 1 in an embodiment in which the entry system 16 and the agitator 19 are diametrically opposed.
  • the sand trap 15 is arranged, the contents of which is discharged through the shaft 24.
  • FIG. 3 shows a schematic side view of the entry system 16 through which the fresh biomass enters the fermenter.
  • This entry system 16 has an oblique insertion slot 25 which is located above the liquid surface and is gas-tightly separated from the container space by a partition plate 26.
  • the insertion shaft 25 is also the possibility, solid biomass such as solid manure, corn or grass in the fermenter to to lead.
  • the biomass is tilted into the hopper 25 so that it sinks below the water surface and a float pad 17 is supplied, on which the freshly introduced biomass first comes to rest, so that the biomass accumulates there. Because the filled biomass is now in the liquid (hydrolysis function), a pre-acidification of the material takes place as a function of the residence time. Is this residence time of z.
  • the floating pad 17 can first be lowered by the air space is relieved in the floating cushion and this falls due to gravity. Now, a portion of the lower biomass can further decrease and be stirred by combined agitator intervals of a second agitator 28 behind a mixing flap 27.
  • a further process step of introducing the biomass is then carried out with the remainder of the biomass in the feed chute 25 in that the stirring mechanism is actuated by actuation of the second agitator 28.
  • the mixing flap 27 opens due to the resulting flow through the second agitator 28, which is arranged behind the mixing flap 27.
  • the remaining biomass with the turbulent flow in the shaft is now transported into the container and can then be stirred in by the radial flow of the submersible mixer 19 (TMR).
  • TMR submersible mixer
  • FIG. 4 shows the schematic technical structure of the agitator 19 in a maintenance hood 20.
  • the liquid biomass sufficiently homogenized comes in a controlled movement and so the gas production is optimized and the largest possible amount of gas can leak, should with the help of the submersible mixer 19 (TMR ) the biomass are stirred.
  • TMR submersible mixer 19
  • the gas should not be drained. This means that the TMR must be removed from the liquid biomass, without gas can escape from the gas storage. Therefore, the solution to this problem is to mount the TMR on a rail system 21 place on which it can be variably adjusted in height.
  • the rail system 21 has at the top of a maintenance hood with wall opening.
  • the rail system 21 itself is on the one hand attached to the outer shell of the fermenter, on the other hand, the rail system 21 is installed with a large contact surface resting on the film.
  • the rail system has strong connections to the floor and / or wall, so that the film can not be damaged. Therefore, between the rail system 21 and the container film 9 'soft spacers such. B. rubber pad or similar. intended.
  • the agitator 19 is primarily a submersible mixer, which can be lowered on a rail system 21 into the liquid. As a result, it is possible by the external adjustment to adjust the agitator 19 in different depths of the container, thereby stirring up the Searchfaulende biomass in different sink or floating layers.
  • a common problem of such an agitator in a system is in practice the maintenance during operation of the plant, in which the gas storage is filled and can actually be accessed only with a stoppage access to the agitator.
  • a maintenance hood 20 is provided, which is installed in the container gas space.
  • the maintenance hood 20 consists of a downwardly open housing and a flange opening 22 which is opened when the agitator 19 is raised and the agitator 19 is rotated by means of a joint 23 by 180 °, so that the propeller and the submersible motor is freely accessible.
  • required maintenance work such as oil change, propeller change or replacement of the agitator 19
  • the agitator on the rail system 21 is driven so far that it enters the maintenance cover 20.
  • the maintenance hood is then lowered, so that it dips into the liquid or biomass with the lower housing part. This creates a separated gas space which is comparatively small, so that the agitator fits straight into it.
  • the flange opening 22 becomes from the outer wall to the former Unscrewed ventilation, so that a free access to the agitator 19 is made possible without the gas production is interrupted in the container.
  • the agitator 19 is rotated out of the container via a rotatable square tube 23, whereby the agitator 19 is accessible outside the container for maintenance.
  • the agitator 19 is repaired again, it is rotated back again and can be put back into operation in a known manner.
  • a leveling foil 33 eg made of foam or non-woven fabric or natural felt, is arranged on the surface 32 of the earth, which compensates for possible unevenness and points
  • the nonwoven structures are honeycomb-shaped in the form of individual chambers (spatial structures), which has the advantage that any leakage occurring in the film 1 and the resulting leakage of liquid waste in the individual chambers of the nonwoven fabric is collected and the leakage is thereby automatically canceled
  • Container foil 9 " which does not come into contact with the biomass, is arranged above the container foil 9", the second container foil 9 ', which comes into direct contact with the biomass to be digested.
  • the material of the films may consist of PVC, PP, PE or multilayer composite films. Between the first and the second container film inevitably results in a very thin layer of air, which communicates with the leakage device 12 in connection to immediately generate a signal after entering a liquid in the gossamer-thin gap.
  • heating and / or cooling coils 34 are integrated between the first container foil 9 "and the second container foil 9 'in order to prevent the
  • the heating or cooling water pockets are arranged between the individual films, which are integrated in or on the corresponding film. Both slides They are extremely flexible yet mechanically strong, so that they can adapt to the excavated soil and, if possible, form little or no corners and edges in order to avoid deposits of foreign substances and to be resistant to mechanical pressure loading.
  • the mechanical pressure at the first container foil 9 "is built up when the soil is very rocky and the liquid biomass is in the fermenter, so the foil must be laid so that the pressure built up can not cause the foil to be slow
  • all the films are attached to the ground surface 32 by suitable means and, in any case, a heat insulation layer is arranged between the container film and the ground. which ensures that
  • Temperature variations of the soil and / or the atmosphere are largely prevented and can not influence the temperature of the substrate.
  • Fig. 6 shows a partial perspective view of some details of a technical embodiment of the connection between the gas foil 9 and the container film 9 'at the upper edge of the annular side wall 5.
  • a first angle member 35 is arranged, which by welding or Bonding is attached to the upper edge of the side wall 5.
  • the angle element 35 is bent in the container radius of the annular side wall 5.
  • a second angle element 36 is arranged, which also, in the
  • Container radius is bent and e.g. positively connected at the edge, wherein both angle elements 35, 36 'in each case in the outwardly facing legs 37, 37' have bores 38 which receive a screw 39, so that there is a horizontal flange.
  • connection between the container film 5 and the angle elements 36, 37 is made.
  • the screwing is done with the screw 39th
  • the other Leg of the second angle member 36 has in certain distances inwardly facing semicircular eyelets 40 through the openings at least one tensioning cable 41 is guided, which serves both for fastening the support members 12 and the sulfur network (not shown).
  • a tube sleeve 42 are clamped over the tensioning cable 41 so that the inner tensioning cable 41 is pulled slightly radially into the center of the container.
  • the tensioning cable 41 is slightly biased with clamping screws, not shown here.
  • a predetermined final tension can then be applied to the support members 12 by the wire rope tension of the tensioning cable 41 with the
  • Clamping screws is increased so that the support members 12 are pulled radially outward so as to be fully stretched.
  • the tubular sleeves 42 reduce the friction of the tensioning cable 41 and thereby avoid a possible notch stress in the connection.
  • a bent in the radius of the container curvature tube 43 is arranged, via which the gas roof foil 9 is placed.
  • a tensioning cable 44 which is of a resilient sheath, e.g. Rubber is surrounded, arranged.
  • the tensioning cable 44 encloses the entire circumference of the container, or the annular side wall 5 and thus gas-tight fixes the gas roof foil 9 at the upper edge of the annular side wall 5 of the container. Due to the overlapping overlap of the gas roof foil 9 on the circumference of the container, the system is securely sealed gas-tight below the tube 43.
  • the inner wire rope 41 is tightened mechanically again with an outward clamping screw.
  • a quick assembly and disassembly of the gas foil 9 and the overlying storm protection network is possible, which is generally arranged above the gas roof foil 9 and attached to additionally mounted eyebolts outside and with a turn

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Abstract

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Baukastensystem (1) vorgestellt, das mit einfachen technischen Mitteln den Aufbau eines Biogasfermenters mit einem Biomasse aufnehmenden Behältnis ermöglicht. Dabei wird ein Teil des Behältnisses durch eine Ausnehmung (2) im Erdboden (6) gebildet. Ein überirdischer Teil des Behältnisses besteht aus einer ringförmigen Stahlwand (5), die aus einer Vielzahl gebogener Einzelbleche (5) zusammengesetzt ist, wobei die ringförmige Seitenwand (5) auf einer ringförmigen Bodenverankerung, z.B. einem Fundament (7) angeordnet ist. Das die Biomasse aufnehmende Behältnis ist mit besonderen wasserdichten Behälterfolien (9', 9") ausgelegt, die mit einer gasdichten Dachhaube (9) verbunden sind.

Description

BAUKASTENSYSTEM ZUR ERSTELLUNG EINES BIOGASFERMENTERS
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem Baukastensystem zur Erstellung eines Biogasfermenters, der mit einfachen Mitteln am Aufstellungsort
zusammengebaut wird, insbesondere mit einer Konstruktion, die auch von eingearbeitetem Personal erstellt werden kann.
Ein derartiger Fermentierbehälter ist aus der DE 103 54 598 B4 bekannt. Diese Druckschrift offenbart einen Behälter, der über einer flachen Isolierschicht auf einem losen Kiesbett angeordnet ist. Dabei sind die seitlichen Begrenzungswände aus einer Vielzahl von metallischen Segmenten ringförmig nicht flüssigkeitsdicht zusammengeschraubt. An die Innenwände und auf dem Boden des Fermentierbehälters ist eine Isolierschicht angeordnet, über die sich eine wasserdichte und biomasseresistente Folie erstreckt. Die Seitenwände tragen eine Fachwerkkonstruktion, die durch eine Mittelsäule abgestützt wird, wobei das untere Ende der Mittelsäule von einer Betonplatte getragen wird.
Ein ähnlicher Behälter zur Erzeugung von Biogas ist weiterhin aus der DE 201 17 518 U1 bekannt geworden. Dieser bekannte Behälter weist ein flächiges, zur Mitte hin geneigtes Fundament auf, auf dem eine rohrförmige Stütze angeordnet ist. Am Kopf der Stütze ist eine Seilabspannung angeordnet, die die darüber angeordnete Gashaube abstützt, wenn die gebildete Gasmenge abnimmt. Ferner ist im seitlichen Bereich des Behälters ein Rührwerk angeordnet, dessen Mittelachse unter einem Winkel von ca. 40° zur Senkrechten in die Biomasse hineinragt.
Der WO 82/00299 ist eine Vorrichtung zur anaeroben Vergärung organischer Feststoffe zu entnehmen, die einen kugelförmigen Behälter aus flexiblen Material aufweist, wobei ein Teil des Behältnisses im Erdboden eingebettet ist und von einem Ringwall, vorzugsweise aus Fertigbetonteilen, umgeben ist.
Als nachteilig am gesamten Stand der Technik wird es empfunden, dass der funktionsgerechte Aufbau des Biogasbehälters technisch zu aufwendig ist und nur von Fachleuten erstellt werden kann. Weiterhin ist die Wartung der bekannten Anlagen nicht problemlos, was ebenfalls dazu führt, dass häufig Wartungsarbeiten durchgeführt werden müssen, die den kontinuierlichen Betrieb der Anlage empfindlich stören können.
Ein weiterer Nachteil an den im Stand der Technik bekannten Biogasanlagen ist darin zu sehen, dass der Aufbau einer derartigen Anlage vermeidliche logistische Probleme aufwirft, die zu erheblichen zeitlichen Verzögerungen im Aufbau der Anlage führen können, insbesondere dann, wenn die Anlage in Übersee oder weit weg vom Hersteller errichtet werden soll.
Ferner ist es im Stand der Technik nachteilig, dass das Herstellen eines
geschlossenen Betonfundaments Schwierigkeiten bereiten kann, da im
Allgemeinen nicht davon ausgegangen werden kann, dass zum einen der Beton in der notwendigen Qualität und Menge, sowie kostengünstig vorhanden ist wie sie benötigt wird, zum anderen nicht mit der erforderlichen Ebenheit realisiert werden kann, die für die heute am Markt erhältlichen Betonfermenter notwendig ist. Dabei müssen die für das jeweilige Land gültigen Sicherheitsvorschriften beim Erstellen der Bau- und Betriebsanleitung exakt definiert und beim Aufbau berücksichtigt werden. Die heute auf dem Markt befindlichen Systeme zum Behälteraufbau bestehen zunächst einmal aus einer Betonbodenplatte. Die Toleranzen in der Ebenheit dieser Platte liegt bei + - 1cm, die nicht ausreicht, um die präzise gefertigten Wandelemente auf den Außenring zu stellen und zu dichten. Die Wände im Fall einer Stahlkonstruktion beim Tankaufbau sind üblicher weise aus Stahlplatten gefertigt. Die Abmaße dieser Platten betragen ca. 1 ,5m Höhe und 3m Länge. Die Platten werden im Radius vom Behälterdurchmesser vorgewalzt. Die Verbindung der Platten, die dann anschließend zu einem Ring verschraubt werden, erfolgt mit Bohrungen und Schrauben, die die sich überlappenden Bleche verbinden. Die Abdichtung dieser Verbindungen erfolgt im Moment des Zusammenbaus, indem zäher, gummiartiger Dichtstoff zwischen die Überlappungsflächen gepresst wird. Dieser spezielle Dichtstoff muss sehr sorgfältig aufgebracht werden, da sich die entstehenden Behälterringe bei Belastung radial ausdehnen und so erst die Zugkraft auf die Schraubenelemente einwirkt. Oft entstehen hier bei
unprofessioneller Handhabung bei der Erstellung Undichtigkeiten. Der Einsatz von erfahrenen Montageleitern ist hier unabdingbar. Auch der Bodenanschluss der Plattenbauweise erfordert neben guter Betonherstellung sorgfältige
Abdichtungsarbeit. Hier wird der Dichtstoff zwischen der Bodenschiene, einem gebogenen Winkelstahl und dem Betonfußboden eingebracht.
Der Korrosionsschutz der geschraubten Stahlplatten erfolgt im Werk bei der Herstellung, vor der Baustellenauslieferung. Die Platen stehen mit dem Medium in Verbindung, so dass sich der Korrosionsschutz nach dem entsprechenden Medium richten muss. Dies kann bei einfachen Löschwassertanks eine
Verzinkung oder bei Medien mit niedrigen PH-Werten ein schwerer
Korrosionsschutz mit einer oft dreischichtigen Emallierung sein, die kompliziert wie eine Glasoberfläche mit hohen Temperaturen aufgebracht wird.
Ferner werden die Tauchmotorrührwerke (TMR) in verschiedensten Bauformen eingesetzt. Hierbei erhebt sich vor allem das Problem der Wartung. Üblicher Weise werden die TMR an einem Profilrohr vertikal in der Höhe verstellt, so dass verschiedene Flüssigkeitsschichten vom Behälter durchmischt werden können. Bei Reparatur und Wartung jedoch, ist die Maschine nur zugänglich, wenn der Gasraum vom Fermenter geöffnet wird. Eine Lösung gibt es bei Behältern mit Betondecke, die eine Deckenluke haben und dort das TMR vertikal heraus fahren können, dies geht allerdings auch nicht ohne Gasverluste beim Öffnen. Es gibt jedoch keine derzeit bekannte Möglichkeit der gasverlustarmen Wartung bei flexiblen, elastischen Gasspeichern mit Luke in der Behälterwand.
Die Eintragssysteme im Stand der Technik sind allgemein Mischer,
Schubbodensysteme, die in der Funktion als Dosierbunker und Mischeinheit das Substrat mit Schnecken oder Förderbändern in den Gärraum vom Behälter fördern.
Ein weiteres Problem besteht darin, den in das System eingebrachten Sand und Feinsand entweder durch entsprechende Verfahrensschritte nach der
Fermentation abzutrennen, oder das Substrat vorher zu waschen, was einen hohen Aufwand erfordert. Ferner setzt sich der nicht in der Schwebe befindliche Sand mit den Jahren im Behälter ab und muss dann mit aufwendigen Maßnahmen entfernt werden, was nicht ohne Betriebsunterbrechung durchgeführt werden kann.
Im Hinblick auf die ständig steigenden Anforderungen zur Vermeidung und
Minderung von Abfall- und Schadstoffen, ist es unerlässlich, sich Gedanken zum weitergehenden Abbau energiehaltiger Stoffe zu machen. Aus weltpolitischen und ökonomischen Gründen, sollten neue Anlagenkonzepte und Technologien zu einer Verbesserung der Gesamtbilanz erstellt werden. Bei steigenden
Substratkosten für Biomasseanlagen ist es wichtig, dass die eingesetzten
Substrate in optimal auf die einzelnen Prozessstufen abgestimmten Bedingungen, mit einem deutlich höheren Abbaugrad abgebaut werden. Dieser Aspekt der besseren Gesamtnutzung der eingesetzten Substrate ist von großer Bedeutung für die Umwelt und die Wirtschaftlichkeit der Anlagen. Um die o.g. Schwierigkeiten im Stand der Technik auszuräumen, liegt ein Aspekt der vorliegenden Erfindung darin, auf das Herstellen eines geschlossenen
Betonfundaments weitestgehend zu verzichten.
Dabei müssen die für das jeweilige Land gültigen Sicherheitsvorschriften beim Erstellen der Bau- und Betriebsanleitung exakt definiert und beim Aufbau berücksichtigt werden.
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Behältnis zur Aufnahme und Fermentierung von Biomasse bereitzustellen, das einfach und unkompliziert im Aufbau und sicher im Betrieb und der Wartung, sowie kostengünstig in der
Herstellung ist.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Hauptansprüche gelöst.
Erfindungsgemäß weist das Baukastensystem zur Erstellung eines Biogasfermenters mit einem Biomasse aufnehmenden Behältnis mit mindestens einer ringförmigen Seitenwand und einer darüber angeordneten Dachkonstruktion, sowie mindestens einer auf der Innenseite des Behältnisses angeordneten wasserdichten Schicht und einer oberhalb der Dachkonstruktion angeordneten Gasspeicherfolie, die mit der mindestens einen wasserdichten Schicht gasdicht verbunden ist, auf. Das Baukastensystem zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass mindestens ein Teil des Behältnisses in einer Ausnehmung im Erdboden eingelassen ist und am Rand der Ausnehmung ein ringförmiges Fundament im Erdboden eingelassen ist, auf dem die ringförmige Seitenwand angeordnet ist.
Allgemeine Beschreibung:
Der Fermenter wird im Baukastensystem in der Weise hergestellt, dass die Einzelteile und vormontierten Baugruppen in ein Transportsystem passen, wie beispielsweise in einem oder mehreren Seecontainer. An der Baustelle wird dieser dann mit wenig Hilfsmitteln und geringem technischen Aufwand aufgestellt und montiert. Auch wird der Anteil an Hilfsstoffen und Materialien wie Betonverankerungen und Fundamente bzw. Bodenverankerungen minimiert. Wahlweise können sämtliche notwendigen Werkzeuge und Montagehilfsmittel die Lieferung vervollständigen.
Mit dem erfindungsgemäßen Behältersystem wird ein System bereitgestellt, das mit geringen Erstellungskosten auskommt, aber dennoch eine hohe Sicherheit bietet gegen Leckagen und Havarien. Es wird hiermit nicht nur der Aufbau einfach und schnell erfolgen, sondern auch der Betrieb und die Wartung wird von angelerntem Personal erledigt. Alle beweglichen Bauteile sind mühelos zugänglich und leicht handhabbar und können ohne besondere Hilfsmittel wie Krane oder Lader bewegt und gewartet werden.
Dazu ist es vorteilhaft, dass mindestens eine ringförmige Seitenwand mindestens zwei, vorzugsweise eine Vielzahl gerade und/oder gebogene Blechelemente, z. B. Planken, aufweist, die lösbar miteinander verbunden sind.
Ein weiterer Vorteil wird darin gesehen, dass die ringförmige Seitenwand auf einem ringförmigen, in den Erdboden eingelassenen Fundament vorzugsweise aus Beton angeordnet ist.
Vorteilhaft ist es ferner, dass mindestens ein Teil des Biomasse aufnehmenden Behältnisses im Erdboden angeordnet ist.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Erdausnehmung schräge Wände aufweist, so dass die Erdausnehmung im Querschnitt trapezförmig ausgebildet ist.
Vorteilhaft ist es auch, dass im Mittelpunkt der Basis der Erdausnehmung ein Fundament oder eine geeignete Bodenverankerung angeordnet ist, auf dem mindestens ein Stützpfeiler (Mittelstütze) ruht.
Vorteilhaft ist ferner, dass an einer Segmentdecke mindestens eine
Anlagerungsfläche zur Entschwefelung des erzeugten Biogases angeordnet ist. Vorteilhaft ist es ferner, dass im oberen Bereich des Stützpfeilers Halteelemente angeordnet sind, von denen aus strahlenförmig Stützelemente an die obere Kante der ringförmigen Seitenwand führen.
Vorteilhaft ist es weiterhin, dass am Umfang der ringförmigen Seitenwand mindestens ein Tauchmotorrührwerk angeordnet ist, das auf einem Schienen- Leitsystem geführt wird.
Ein weitere Vorteil besteht darin, dass am Umfang der rindförmigen Seitenwand mindestens ein verschiebliches Schwimmkissen zur Aufnahme des
Biomasseneintrags angeordnet ist.
Vorteilhaft ist es ferner, dass das Eintragsystem im unteren Bereich die einzubringende Biomasse zunächst aufnimmt und langsam innerhalb von Stunden (ca. 6 Stunden) in die bereits vorhandene Biomasse einfahren lässt.
Vorteilhaft ist es auch, dass im Bereich der Basis der Erdausnehmung mindestens eine Sandfangeinrichtung angeordnet ist.
Vorteilhaft ist es ferner, dass an geeigneter Stelle, z. B. im Bereich der Basis der Erdausnehmung, mindestens eine Leckage-Einrichtung zur Kontrolle der
Dichtigkeit der Behälterfolie angeordnet ist.
Eine vorteilhafte Ausbildung des Baukastensystems ist es ferner, dass die
Behälterfolie mindestens zwei Schichten aufweist.
Vorteilhaft ist es auch, dass eine Heizung in die Behälterfolie integriert ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Biogasanlage mit mindestens einem Behältersystem mit mindestens einem Behälter, der
mindestens einen Raum zur Aufnahme von Biomasse, eine Dachkonstruktion und mindestens eine Gasspeicherfolie aufweist, ist durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet:
- Ausnehmen einer Erdeinlassung, die Teil eines Behälters darstellt; und
- Errichten eines ringförmigen Fundaments oder
Bodenverankerungssystem, wie z.B. Pfahlgründung, am Rande der Erdausnehmung zur Aufnahme der ringförmigen Seitenwand
- Aufstellen der ringförmigen Seitenwand auf das ringförmige Fundament bzw. auf die geeignete Bodenverankerung im Randbereich der Erdausnehmung; und
- Auslegen der Erdausnehmung zusammen mit der ringförmigen
Seitenwand mit mindestens einer Folie; und
- Befestigung der Dachkonstruktion im oberen Bereich an mindestens einem Stützpfeiler; und
- Anordnen eine Gasspeicherfolie oberhalb der Dachkonstruktion.
Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, dass die einzelnen Bauteile des gesamten Baukastensystems im Wesentlichen in einem Container verpackt und versendet werden kann.
Im nun Folgenden wird das erfindungsgemäße Baukastensystem zur Erstellung eines Biogasbehälters zur Fermentierung von Biomasse anhand von Zeichnungen im Detail näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 : eine vereinfachte schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Baukastensystems (1);
Fig. 2: eine Draufsicht auf das Baukastensystem (1) in vereinfachter Darstellung;
Fig. 3: den prinzipiellen technischen Aufbau eines Eintragungssystems (16) mit einem Schwimmkissen (17); Fig. 4: den prinzipiellen technischen Aufbau eines Tauchmotorrührwerkes (19) in einer Wartungshaube (20);
Fig. 5: eine Prinzipdarstellung eines Ausschnitts der Schichten (9', 9") in
Bodennähe der Erdausnehmung (2);
Fig. 6: eine perspektivische Detailansicht des oberen Rands der ringförmigen Seitenwand (5), der die Verbindung zwischen der Behälterfolie (9') und der Gasfolie (9) darstellt.
In Fig. 1 ist eine vereinfachte schematische Darstellung eines
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Baukastensystems 1 zur Erstellung eines Behälters zur Aufnahme und Fermentierung einer Biomasse dargestellt. Am Rand der Erdausnehmung 2, die im Wesentlichen im Querschnitt trapezförmig ausgebildet ist, um dadurch die Stabilität der Wände 4 zu erhöhen, ist ein
Bodenverankerungssystem, z.B. ein ringförmiges Fundament 7, in den Erdboden 6 eingelassen. Die Erdausnehmung 2 wird aus der Basis 3 und den schrägen Seitenwänden 4 gebildet, wobei die Basis 3 im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine kreisrunde waagerechte Fläche aus der Zusammensetzung des Erdbodens 6 darstellt. Die Seitenwände des gesamten Behälters bestehen sowohl aus den natürlichen Wandungen 3, 4 der Erdausnehmung 2 als auch aus einer darüber angeordneten Wandung 5 aus Stahl oder ähnlichem, wie z.B. Holz, die ringförmig aus einer Mehrzahl von einzelnen vorgefertigten Einzelstücken, z. B. Blechen, aufgebaut und zusammengesetzt ist und miteinander verschraubt werden. Sie sind in dem Behälterdurchmesser vorgewalzt. Der Korrosionsschutz sollte lediglich aus einer Grundierung bestehen, da der Außenring nicht medienberührt, d. h. nicht von der im Behälter aufgenommenen Biomasse berührt wird.
Die Bodenbefestigung des ringförmig ausgebildeten Stahlringes 5 erfolgt mit einem angedeuteten Ringanker 7', der mit dem Betonfundament 7 verbunden, d.h. verschraubt ist. Die obere Behälterkante des Stahlringes 5 schließt mit einem Ringwinkel ab, an dem die Gasspeicherfolie 9 und die Behälterfolien 9', 9" befestigt werden. Im Stahlring 5 befinden sich Öffnungen 18 für Sicht- und Kontrollfenster, so wie Mannlöcher und Wartungsöffnungen. Des Weiteren sind dort alle Zu- und Ablaufleitungsstutzen eingeschweißt. Auch sind Durchführungen für die Rührwerke in die Stahlwand eingeschweißt.
In der Basis 3 der Erdausnehmung 2 ist mittig ein eine Bodenverankerung als Fundament 10 angeordnet, auf dem mindestens ein Stützpfeiler steht, der im Wesentlichen die Dachkonstruktion 8 trägt. Somit ist über dem Stahlring 5 die Dachkonstruktion 8 angeordnet, die sich aus einer Vielzahl einzelner Segmente 8' als Decke aus Holz oder Gurten bzw. Seilen zusammensetzt, die u.a. als Anlagerungsfläche zur Entschwefelung des erzeugten Biogases bzw. Methans dient, wobei der Schwefel im Betrieb des Fermenters vornehmlich an Holzdecken anhaftete und dann in fester Form in das Substrat fällt. Die Segmentdecke kann darüber hinaus begehbar ausgelegt sein, um einen problemlosen Austausch und Aufbau der darüber angeordneten Gasfolie zu gewährleisten. Außerdem hat diese Segmentdecke, bzw. Dachkonstruktion 8 die Aufgabe, bei keiner oder nur geringer Gasbeaufschlagung eventuelle Schneelasten abzufangen, um so den Behälterinhalt zu schützen. Am oberen Ende des Stützpfeilers 11 sind Tragelemente 12 befestigt, die strahlenförmig auf den Rand der ringförmigen Seitenwände 5 aus Stahlblechen oder einem anderen Material, z. B. Holz, führen und dort befestigt sind.
Oberhalb der Dachkonstruktion 8 ist eine handelsübliche kugelsegmentförmige Biogasspeicherfolie 9 angeordnet, die das im Fermenter erzeugte Biogas auffängt und sich dabei aufbläht. Die Gasspeicherfolie 9 ist wahlweise mit einer Netzabdeckung, hier nicht gezeigt, ausgerüstet, um eine mögliche Druckbelastung abfangen zu können. Die Gasspeicherfolie 9 ist weitgehend elastisch und ist aus einem Material gefertigt, das zusätzlich noch diffusionsdicht ist, um mögliche Gasleckageverluste zu vermeiden. Die Anordnung von einem Nylonnetz, das sich über der Gasspeicherfolie 9 befindet ist so zu wählen, dass sich dadurch zunächst eine Höhen- und Volumenbegrenzung ergibt. Bei Gefahr von Stürmen und Unwettern ist dann noch die Möglichkeit gegeben, das Netz fest zu zurren, um so einen Witterungsschaden zu vermeiden. Generell sind Netze und Folien zu verwenden, die sowohl eine hohe Reißfestigkeit und Dehnung haben, als auch eine Reißdehnung von bis zu 300 % aufweisen. Weiterhin muss die Folie gasdicht (diffusionsdicht) sein und sich untereinander und mit der Auskleidungsfolie problemlos gasdicht verbinden lassen (Schweißen, Kleben, Ineinanderfalzen). Sie ist zudem resistent gegenüber extremen Umwelteinflüssen wie große Temperaturunterschiede, hohe UV-Strahlung, Sturm und Orkan und Starkregen/Hagel.
In dieser Darstellung ist seitlich ein Rührwerk 19 mit einem sog. Tauchmotor und mit einer Wartungshaube 20 angeordnet, was weiter unten zu Fig. 4 näher beschrieben wird.
Ferner ist in dieser Darstellung auf der rechten Seite das Eintragssystem 16 der frischen Biomasse angeordnet, das weiter unter zu Fig. 3 näher beschrieben wird.
Im Basisbereich der Erdausnehmung 2 ist an der Peripherie der Basis 3 eine Sandfangeinrichtung 15 mit einem Zentrifugalsammler angeordnet, die die Ablagerungen von Störstoffen im Behälter über eine Rohrleitung 24 austrägt. Die Ablagerungen nehmen einen nicht unbeachtlichen Lagerraum ein und erhöhen den Verschleiß der Aggregate in und außerhalb des Behälters. Diese Sandfangeinrichtung 15 funktioniert im Allgemeinen durch die Zentrifugal- und die Schwerkraft, durch die der Sand zunächst auf den Boden sinkt und aufgrund der Rührwirkung des Rührwerkes 19 kreisförmig in den Schacht 24 gespült wird. Von hier aus ist es dann möglich das Material mit einem Saugwagen von außen aus dem Schacht abzusaugen. Die Absaugung hat dann in regelmäßigen Abständen zu erfolgen, so dass eine große Ansammlung von Sand im Fermenter ausgeschlossen ist.
Des Weiteren ist im Basisbereich der Erdausnehmung 2 in dieser Darstellung auf der linken Seite eine Leckage-Kontrolleinrichtung 14 angeordnet, mit der eventuelle Undichtigkeiten in der Behälterfolie 9', 9" festgestellt werden können, was eine wichtige Kosteneinsparung beim vorliegenden Baukastensystem 1 darstellt. In diesem System ist die Ausführung der Behälterabdichtung mit einigen Zusatzfunktionen von ausschlaggebender Bedeutung. Dabei ist die Behälterfolie 9' von der Bodenfläche über die 45° Schräge an der Behälterseitenwand 5 hoch gezogen und am oberen Rand der ringförmigen Seitenwand auch befestigt. Durch den Erdeinbau des Behälters ist im Bodenbereich der Basis 3 keine Betonsole erforderlich. Im Bereich der Mittelstütze 11 erfolgt die Durchführung der Mittelstütze durch die Folie, z.B. mit einer Flanschverbindung.
Die Behälterfolie 9' ist in doppelter Ausführung verlegt, so dass die eine Seite medienberührt nach innen zeigend verlegt ist und die andere Seite, die die Leckage Folie 9" darstellt, sich zwischen Behälterfolie und Behälterwandfläche befindet. Durch diese Doppelung ist gewährleistet, das einerseits eine zweifache Sicherheit zur Dichtigkeit des Behälters erfolgt und andererseits die Möglichkeit besteht eine Leckage der inneren Behälterfolie unmittelbar nach Eintritt einer Flüssigkeit zwischen die beiden Folien 9', 9" zu detektieren. Dieses erfolgt mit Hilfe der Leckage-Kontrolleinrichtung 14 über einen Schacht 30.
Die Fig. 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Baukastensystem 1 in einem Ausführungsbeispiel, bei dem das Eintragssystem 16 und das Rührwerk 19 sich diametral gegenüberstehen. An der Peripherie der Basis 3 der Erdausnehmung 2 ist tangential der Sandfang 15 angeordnet, dessen Inhalt über den Schacht 24 abgeführt wird. Von den zahlreichen Tragelementen 12, die Teil der Dachkonstruktion 8 sind, sind nur vier symbolisch dargestellt.
Die Fig. 3 zeigt eine schematische Seitenansicht des Eintragssystems 16, durch das die frische Biomasse in den Fermenter gelangt. Dieses Eintragssystem 16 weist einen schräg liegenden Einschubschacht 25 auf, der sich über der Flüssigkeitsoberfläche befindet und mit einem Schottblech 26 gasdicht vom Behälterraum getrennt ist. Der Einschubschacht 25 dient u.a. auch der Möglichkeit, feste Biomasse wie Festmist, Mais oder Grass in den Fermenter zu führen. Dabei wird die Biomasse in den Einfüllschacht 25 gekippt, so dass diese unter die Wasseroberfläche sinkt und einem Schwimmkissen 17 zugeführt wird, auf dem die frisch eingeführte Biomasse zunächst zu liegen kommt, so dass sich die Biomasse dort staut. Dadurch, dass die eingefüllte Biomasse sich nunmehr in der Flüssigkeit befindet (Hydrolysefunktion), erfolgt eine Vorversäuerung des Materials in Abhängigkeit zur Verweilzeit. Ist diese Verweilzeit von z. B. 6 hs beendet, kann zunächst das Schwimmkissen 17 abgesenkt werden, indem der Luftraum im Schwimmkissen entlastet wird und dieses aufgrund der Schwerkraft absinkt. Jetzt kann ein Teil der unteren Biomasse weiter absinken und durch kombinierte Rührwerksintervalle eines zweiten Rührwerkes 28hinter einer Mischklappe 27 eingerührt werden. Ein weiterer Prozessschritt der Einbringung der Biomasse erfolgt danach mit dem verbleibenden Rest der Biomasse im Einfüllschacht 25 dadurch, dass der Einrührmechanismus durch Betätigung des zweiten Rührwerkes 28 in Gang gesetzt wird. Dabei öffnet sich die Mischklappe 27 auf Grund der entstehenden Strömung durch das zweite Rührwerk 28, das hinter der Mischklappe 27 angeordnet ist. Es wird nun die verbleibende Biomasse mit der Wirbelströmung im Schacht in den Behälter transportiert und kann dann von der radialen Strömung des Tauchmotorrührwerks 19 (TMR) eingerührt werden. Nach Abschluss dieses Zyklus mit all seinen Funktionen kann das Schwimmkissen 17 wieder mit Druckluft beaufschlagt werden und es kann eine neue Befüllung der nächsten Charge für einen weiteren Tag erfolgen.
Die Fig. 4 zeigt den schematischen technischen Aufbau des Rührwerkes 19 in einer Wartungshaube 20. Damit die flüssige Biomasse ausreichend homogenisiert in eine kontrollierte Bewegung kommt und so die Gasproduktion optimiert wird und eine möglichst große Gasmenge austreten kann, soll mit Hilfe des Tauchmotorrührwerkes 19 (TMR) die Biomasse gerührt werden. Da sich das TMR innerhalb der flüssigen Biomasse befindet, unterliegt es bestimmten Wartungszyklen. Bei der Wartung soll jedoch das Gas nicht abgelassen werden müssen. Das bedeutet, dass das TMR aus der flüssigen Biomasse entfernt werden muss, ohne dass Gas aus dem Gasspeicher austreten kann. Daher sieht die Lösung dieses Problems vor, das TMR auf eine Schienensystem 21 zu platzieren, auf dem es in der Höhe variabel verstellt werden kann. Das Schienensystem 21 weist am oberen Ende eine Wartungshaube mit Wandöffnung auf. Dadurch ist es möglich, infolge der Außenverstellung in verschiedenen Tiefen des Behälters zu rühren und dadurch verschiedene Sink- oder Schwimmschichten aufzurühren. Das Schienensystem 21 selbst ist zum einen an der Außenhülle des Fermenters befestigt, zum anderen ist das Schienensystem 21 mit großer Auflagefläche auf der Folie aufliegend installiert. Das Schienensystem weist feste Verbindungen zum Boden und/oder zur Wand auf, damit die Folie nicht beschädigt werden können. Daher sind zwischen dem Schienensystem 21 und der Behälterfolie 9' weiche Abstandshalter wie z. B. Gummipolster o.ä. vorgesehen.
Bei dem Rührwerk 19 handelt es sich vornehmlich um ein Tauchmotorrührwerk, das sich auf einem Schienensystem 21 in die Flüssigkeit herabfahren läßt. Dadurch ist es durch die Außenverstellung möglich, das Rührwerk 19 in verschiedene Tiefen des Behälters zu verstellen, um dadurch in verschiedenen Sink- oder Schwimmschichten die auszufaulende Biomasse aufzurühren. Ein allgemeines Problem eines derartigen Rührwerks in einem Systems ist in der Praxis, die Wartung während des Betriebs der Anlage, in dem der Gasspeicher gefüllt ist und eigentlich nur mit einer Betriebsunterbrechung Zugang zu dem Rührwerk erfolgen kann. Zur weitgehenden Vermeidung derartiger Probleme bei der Wartung ist eine Wartungshaube 20 vorgesehen, die im Behältergasraum installiert ist. Die Wartungshaube 20 besteht aus einem nach unten hin offenen Gehäuse und einer Flanschöffnung 22, die bei hochgefahrenem Rührwerk 19 geöffnet wird und das Rührwerk 19 mit Hilfe eines Gelenkes 23 um 180° gedreht wird, so dass der Propeller und der Tauchmotor frei zugänglich ist. Bei erforderlichen Wartungsarbeiten wie Ölwechsel, Propellerwechsel oder Austausch des Rührwerkes 19 wird das Rührwerk auf dem Leitschienensystem 21 so weit hoch gefahren, dass es in die Wartungshaube 20 einfährt. Die Wartungshaube wird dann abgesenkt, so dass diese mit dem unteren Gehäuseteil in die Flüssigkeit, bzw. Biomasse eintaucht. Dadurch entsteht ein abgetrennter Gasraum, der vergleichsweise klein ist, so dass das Rührwerk gerade hinein passt. Jetzt wird die Flanschöffnung 22 von der Außenwand nach vorheriger Belüftung abgeschraubt, so dass ein freier Zugang zum Rühwerk 19 ermöglicht wird, ohne dass die Gasproduktion im Behälter unterbrochen wird. Anschließend wird das Rührwerk 19 über ein drehbares Quadratrohr 23 aus dem Behälter herausgedreht, wodurch das Rührwerk 19 außerhalb des Behälters für Wartungsarbeiten zugänglich ist. Wenn das Rührwerk 19 wieder instand gesetzt ist, wird es wieder zurück gedreht und kann in bekannter Art und Weise wieder in Betrieb genommen werden.
Die Fig. 5 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Ausschnitts der erdnahen
Folienauslegung des Biogasbehälters. Weil die Oberfläche 32 der
Erdausnehmung 2 verhältnismäßig rauh und uneben sein kann, wird zwischen der Erdoberfläche 32 und der ersten Behälterfolie 9" eine Ausgleichsfolie 33, z. B. aus Schaumstoff oder Vliesstoff oder Naturfilz, auf der Erdoberfläche 32 angeordnet, die mögliche Unebenheiten und Spitzen ausgleicht. Darüber hinaus könnte diese Folie auch als Isolierschicht gegen Temperaturschwankungen ausgelegt werden. Zudem sind die Vliesstoffstrukturen wabenförmig in Form einzelner Kammern aufgebaut (räumliche Gebilde). Das hat den Vorteil, dass eventuell auftretende Leckage in der Folie 1 und der resultierende Austritt von flüssigem Abfall in den einzelnen Kammern des Vliesstoffes aufgefangen wird und die Leckage dadurch selbständig aufgehoben wird. Über der Ausgleichsfolie 33 ist die erste
Behälterfolie 9" angeordnet, die nicht mit der Biomasse in Berührung kommt. Über der Behälterfolie 9" ist die zweite Behälterfolie 9' angeordnet, die direkt mit der auszufaulenden Biomasse in Berührung kommt. Das Material der Folien kann aus PVC, PP, PE oder Mehrschicht-Verbundfolien bestehen. Zwischen der ersten und der zweiten Behälterfolie entsteht zwangsläufig eine hauchdünne Luftschicht, die mit der Leckagevorrichtung 12 in Verbindung steht, um sofort nach Eintritt einer Flüssigkeit in den hauchdünnen Zwischenraum ein Signal zu erzeugen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind zwischen der ersten Behälterfolie 9" und der zweiten Behälterfolie 9' Heiz- und/oder Kühlwendeln 34 integriert, um die
Biomasse auf Prozesstemperatur zu bringen. In einer anderen Ausführungsform der Heizung bzw. Kühlung sind zwischen den einzelnen Folien Wassertaschen angeordnet, die in oder auf der entsprechenden Folie integriert sind. Beide Folien sind extrem flexibel und trotzdem mechanisch belastbar, damit sie sich dem ausgehobenen Boden anpassen können und möglichst keine bzw. wenig Ecken und Kanten bilden, um Ablagerungen von Fremdstoffen zu vermeiden und gegenüber mechanischer Druckbelastung resistent zu sein. Der mechanische Druck bei der ersten Behälterfolie 9" wird dann aufgebaut, wenn der Boden sehr steinig ist und sich die flüssige Biomasse im Fermenter befindet. Die Folie muss daher so verlegt werden, dass der aufgebaute Druck nicht dazu führen kann, dass sich die Folie langsam an den Stellen auflöst oder beschädigt wird, wo direkt Steine darunterliegen. Um den Strömungseinfluss der Biomasse weitgehend zu kompensieren, werden alle Folien an der Erdoberfläche 32 mit geeigneten Mitteln befestigt. Darüber hinaus ist in jedem Fall zwischen der Behälterfolie und dem Erdboden eine Wärmeisolationsschicht angeordnet, die dafür sorgt, dass
Temperaturschwankungen des Bodens und/oder der Atmosphäre weitgehend abgehalten werden und keinen Einfluss auf die Temperatur des Substrats nehmen können.
Die Fig. 6 zeigt eine perspektivische Teilansicht einiger Details einer technischen Ausführung der Verbindung zwischen der Gasfolie 9 und der Behälterfolie 9' am oberen Rand der ringförmigen Seitenwand 5. Am oberen Rand der ringförmigen Seitenwand 5 ist ein erstes Winkelelement 35 angeordnet, das durch Schweißung oder Klebung am oberen Rand der Seitenwand 5 befestigt wird. Dabei ist das Winkelelement 35 im Behälterradius der ringförmigen Seitenwand 5 gebogen. Darüber ist ein zweites Winkelelement 36 angeordnet, das ebenfalls, im
Behälterradius gebogen ist und z.B. formschlüssig am Rand verbunden ist, wobei beide Winkelelemente 35, 36 jeweils in dem nach Außen weisenden Schenkel 37, 37' Bohrungen 38 aufweisen, die eine Schraube 39 aufnehmen, so dass sich eine horizontale Flanschfläche ergibt.
Zwischen dem Schenkel 37 und 37' der beiden Winkelelemente 35, 36 ist die Behälterfolie 9' über die Behälterkante geklemmt, so dass eine gasdichte
Verbindung zwischen der Behälterfolie 5 und den Winkelelementen 36, 37 hergestellt wird. Die Verschraubung erfolgt mit der Schraube 39. Der andere Schenkel des zweiten Winkelelements 36 weist in bestimmten Abstanden nach innen weisende halbkreisförmige Ösen 40 auf, durch deren Öffnungen mindestens ein Spannseil 41 geführt wird, das sowohl zur Befestigung der Tragelemente 12 als auch des Schwefelnetzes (hier nicht gezeigt) dient. Dazu werden über das Spannseil 41 eine Rohrhülse 42 so verspannt, dass das innere Spannseil 41 leicht radial in die Behältermitte gezogen wird. Das Spannseil 41 ist dabei mit hier nicht gezeigten Spannschrauben leicht vorgespannt.
Sobald die Tragelemente 12 und das Schwefelnetz gut verzurrt sind, kann dann anschließend eine vorbestimmte Endspannung auf die Tragelemente 12 gegeben werden, indem die Drahtseilspannung von dem Spannseil 41 mit den
Spannschrauben so erhöht wird, das die Tragelemente 12 radial nach außen gezogen werden, um so voll gespannt zu sein. Die Rohrhülsen 42 reduzieren dabei die Reibung vom Spannseil 41 und vermeiden dadurch eine mögliche Kerbspannung bei der Verbindung.
Auf dem Ende des nach oben weisenden Schenkel des zweiten Winkelelements 36 ist ein im Radius der Behälterkrümmung gebogenes Rohr 43 angeordnet, über das die Gasdachfolie 9 aufgelegt ist. Unterhalb des gebogenen Rohres 43 ist ein spannfähiges Seil 44, das von einer nachgiebigen Ummantelung, z.B. Gummi umgeben ist, angeordnet. Das spannfähige Seil 44 umschließt den gesamten Umfang des Behälters, bzw. der ringförmigen Seitenwand 5 und fixiert somit gasdicht die Gasdachfolie 9 an der Oberkante der ringförmigen Seitenwand 5 des Behälters. Durch die sich überschneidende Überlappung der Gasdachfolie 9 am Umfang des Behälters wird das System unterhalb vom Rohr 43 sicher gasdicht abgedichtet. Um eine dichtende Tangentialspannung aufzubauen, wird das innere Drahtseil 41 wiederrum mit einer außerhalb befindlichen Spannschraube mechanisch angezogen. Dadurch ist eine schnelle Montage und Demontage der Gasfolie 9 und des darüber angeordneten Sturmschutznetzes möglich, das im Allgemeinen oberhalb der Gasdachfolie 9 angeordnet ist und an zusätzlich montierten Augenschrauben außen befestigt und mit einem wiederum
umlaufenden Spannseil verzurrt wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Baukastensystem (1) zur Erstellung eines Biogasfermenters mit einem Biomasse aufnehmenden Behältnis mit mindestens einer ringförmigen Seitenwand (5) und einer darüber angeordneten Dachkonstruktion (8), sowie mindestens einer auf der Innenseite des Behältnisses angeordneten wasserdichten Schicht (9') und einer oberhalb der Dachkonstruktion (8) angeordneten Gasspeicherfolie (9), die mit der mindestens einen wasserdichten Schicht (9') gasdicht verbunden ist, dadurch geken nzeichnet, dass mindestens ein Teil des Behältnisses in einer Ausnehmung (2) im Erdboden (6) eingelassen ist und am Rand der Ausnehmung (2) eine ringförmige Bodenverankerung (7) im Erdboden (6) eingelassen ist, auf dem die ringförmige Seitenwand (5) angeordnet ist,
2. Baukastensystem (1) nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die ringförmige Seitenwand (5) mindestens zwei, vorzugsweise eine Vielzahl, gerade und/oder gebogene Elemente (5'), z. B. Planken aus Stahl oder Holz, aufweist, die miteinander verbunden werden.
3. Baukastensystem (1) nach Anspruch 1 , dadurch
gekennzeichnet, dass das ringförmige, im Erdboden eingelassene Fundament (7) vorzugsweise aus Beton gefertigt ist.
4. Baukastensystem (1) nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die Erdausnehmung (2) im Querschnitt trapezförmig ausgebildet ist.
5. Baukastensystem (1) nach Anspruch 1 , dadurch
gekennzeichnet, dass im Mittelpunkt der Basis (3) der
Erdausnehmung (2) eine weitere Bodenverankerung, vorzugsweise ein zweites Fundament (10), angeordnet ist, auf dem mindestens ein
Stützelement (11) (Mittelstütze) mit einer Flanschverbindung durch die Bodenfolie kraftschlüssig angeordnet ist.
6. Baukastensystem (1) nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass an der Segmentdecke (8') mindestens eine Anlagerungsfläche zur Entschwefelung des erzeugten Biogases angeordnet ist.
7. Baukastensystem (1) nach Anspruch 1 , dadurch
gekennzeichnet, dass im oberen Bereich des Stützelements (11) kranzförmig Halteelemente angeordnet sind, von denen aus strahlenförmig Tragelemente (12) an die obere Kante der ringförmigen Seitenwand (5) führen.
8. Baukastensystem (1) nach Anspruch 1 , dadurch
gekennzeichnet, dass am Umfang der ringförmigen Seitenwand (5) mindestens ein Tauchmotorrührwerk (19), das auf einem Schienen- Leitsystem (21) geführt wird, angeordnet ist.
9. Baukastensystem (1) nach Anspruch 1 , dadurch
gekennzeichnet, dass am Umfang der rindförmigen Seitenwand (5) mindestens ein verschiebliches Schwimmkissen (17) zur Aufnahme des Biomasseneintrags angeordnet ist.
10. Baukastensystem (1) nach Anspruch 1 , dadurch
gekennzeichnet, dass im Bereich der Basis (3) der Erdausnehmung (2) mindestens eine Sandfangeinrichtung (15) angeordnet ist.
11. Baukastensystem (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch
gekennzeichnet, dass an geeigneter Stelle, z. B. im Bereich der Basis (3) des Erdausnehmung (2), mindestens eine Leckageeinrichtung (14) zur Kontrolle der Dichtigkeit der Behälterfolie (9', 9") angeordnet ist.
12. Baukastensystem (1) nach Anspruch 15, dadurch
gekennzeichnet, dass die Behälterfolie mindestens zwei Schichten (9', 9") aufweist.
13. Baukastensystem (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Heizung bzw. Kühlung zwischen oder auf den Behälterfolien (9', 9") integriert ist.
14. Baukastensystem (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdachfolie (9) mit der Behälterfolie (9') durch das Zusammenwirken von mindestens zwei
Seilzügen (12, 41) gasdicht mit einander verbunden sind.
15. Verfahren zur Herstellung einer Bigasanlage mit mindestens einem
Behältersystem mit mindestens einem Behälter, der mindestens einen Raum zur Aufnahme von Biomasse, eine Dachkonstruktion (8) , und mindestens eine Gasspeicherfolie (9) aufweist, dadurch
gekennzeichnet, dass zur Erstellung des Behälters eine im
Querschnitt trapezförmige Erdausnehmung (2) errichtet wird, an deren Randbereich eine ringförmige Seitenwand (5) aufgestellt wird; und - die Erdausnehmung (2) zusammen mit der ringförmigen Seitenwand (5) innenseitig mit mindestens einer Folie (9', 9") ausgelegt wird; und
- die Dachkonstruktion (8) an mindestens einem Stützelement (11) im oberen Bereich tragend befestigt wird; und
- oberhalb der Dachkonstruktion (8) eine Gasspeicherfolie (9) angeordnet wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Bauteile des gesamten Behältersystems (1) im Wesentlichen in einem Container verpackt und versendet werden kann.
17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass das Eintragssystem (16) im unteren Bereich die einzubringende Biomasse zunächst aufnimmt und langsam innerhalb von Stunden (ca.6 Stunden) in die bereits vorhandene Biomasse einfahren lässt.
EP13843032.7A 2013-12-17 2013-12-17 Baukastensystem zur erstellung eines biogasfermenters Withdrawn EP3083932A1 (de)

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