SE526875C2 - Sätt och anordning för att framställa biogas ur ett organiskt material - Google Patents

Description

< TI IM) CN 875 2 Det är ett problem vid ovan nämnda processer att framställningen av biogas är ineffektiv och att biogasen därför blir dyr.

Sammanfattning av uppfinningen Det är ett ändamål med föreliggande uppfinning att åstadkomma ett sätt att framställa biogas vid vilket sätt de ovan nämnda nackdelarna undanröjes eller väsentligt minskas och således åstadkomma ett sätt att framställa biogas på ett effektivare sätt.

Närmare bestämt åstadkommer uppfinningen ett sätt att framställa biogas genom anaerob rötning av ett or- ganiskt material, vilket sätt kännetecknas av att ett till en torrsubstanshalt av åtminstone 50 vikt% TS torkat och malt organiskt material blandas med en vätska för att bilda ett slam, att slammet bringas i kontakt med biogasalstrande bakterier för rötning under anaeroba betingelser i en reaktor, och att slammet rötas under alstring av biogas.

Uppfinningen avser även en anordning för fram- ställning av biogas genom anaerob rötning av ett or- ganiskt material, vilken anordning innefattar en för- slutbar, väsentligen gastät reaktor, som har ett inlopp för organiskt material och utlopp för bildad biogas och bildat rötslam, vilken anordning kännetecknas av att den innefattar en förblandningstank för blandning av ett till en torrsubstanshalt av åtminstone 50 vikt% TS torkat och malt organiskt material med en vätska till ett slam och en matningsledning för matning av slammet till reaktorn.

Ytterligare fördelar och kännetecken hos upp- finningen framgår av nedanstående beskrivning och de efterföljande patentkraven. 526 875 3 Kortfattad beskrivning av ritningarna Uppfinningen kommer nu att beskrivas mer i detalj med hjälp av icke begränsande utföringsexempel och under hänvisning till bifogade ritningar.

Fig 1 visar en anordning för framställning av biogas enligt en första utföringsform av uppfinningen.

Fig 2 visar en anordning för framställning av biogas enligt en andra utföringsform av uppfinningen.

Fig 3 visar en anordning för framställning av biogas enligt en tredje utföringsform av uppfinningen.

Fig 4 visar en anordning för framställning av biogas enligt en fjärde utföringsform uppfinningen.

Fig 5 visar schematiskt en anordning som använts vid exemplifierande rötningsförsök.

Fig 6 visar produktion av biogas per ton VS och dygn i ett första exemplifierande försök.

Fig 7 visar de halter av flyktiga fettsyror som uppmätts vid det första exemplifierande försöket.

Fig 8 visar produktion av biogas per ton VS och dygn i ett andra exemplifierande försök.

Fig 9 visar produktion av biogas per ton VS och dygn i ett tredje exemplifierande försök.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen I föreliggande ansökan avser enheten ”vikt% TS” ett materials torrsubstanshalt. Torrsubstansen för ett material mäts enligt svensk standard SS 02 81 13 genom att materialet vägs före mätningen och sedan värms vid l05°C i 20 timmar så att vatten avgår. Materialet vägs sedan åter. Torrsubstanshalten i vikt% TS beräknas sedan genom: vikt% TS = Vikt efter Värmning till l05°C + 100 % vikt före värmning 526 875 4 Exempelvis avser 90 vikt% TS ett material där 90% av materialets ursprungsvikt återstår efter det att materialet värmts till lO5°C under 20 H.

I föreliggande ansökan avser enheten ”vikt% VS” ett materials halt av flyktigt organiskt material, nedan kallat VS-halten. först materialets torrsubstans och därefter dess För att bestämma VS-halten bestäms glödgningsrest. Glödgningsresten kan bestämmas i enlighet med svensk standard SS 02 81 13 genom att ett material som indunstats vid lO5°C i 20 h enligt ovan glödgas i 2 h vid 550°C. VS-halten, där VS står för Volatile Solids, avser i föreliggande ansökan materialets torra vikt, dvs vikten efter indunstning vid lO5°C i 20 h, minskat med glödgningsresten och därefter delat med materialets torra vikt, dvs vikten efter indunstning vid lO5°C i 20 h.

Materialets VS-halt i vikt% VS beräknas således som: vikt efter lO5°C - vikt efter 550°C vikt% VS = * 100 % vikt efter lO5°C Exempelvis avser en VS-halt av 85 vikt% VS att 85% av av materialets vikt efter flyktiga materialets torra vikt, dvs värmning till lO5°C i 20 h, föreningar medan 15% utgörs av glödgningsrest. utgörs av organiska, Enheten ”g VS per dygn” avser i analogi med enheten vikt% VS en mängd flyktigt organiskt material i gram per dygn enligt ovan. Den mängd flyktigt organiskt material som tillförs reaktorn, dvs g VS, bestämmer hur mycket biogas som kan bildas eftersom biogasen bildas ur det flyktiga organiska materialet (och ej ur glödgningsresten eller vatteninnehållet).

Med ”utrötningsgrad” avses i föreliggande ansökan den andel av ett till en rötningsreaktor infört material som omvandlas till biogas i rötkammaren. Om exempelvis 10 g VS per dygn tillförs en reaktor i form av rötbart material och det rötslam som avlägsnas från reaktorn fn o ffs c a w m innehåller motsvarande 2 g VS per dygn är utrötnings- graden 80%. De bakterier som bortföres med avlägsnat rötslam innehåller en del g VS varför 100% utrötningsgrad enligt ovanstående definition inte kan uppnås i prak- tiken.

Vid uppfinningen rötas ett torkat och malt organiskt material i kontakt med biogasalstrande bakterier för att framställa biogas. Det torkade och malda organiska materialet ökar produktionen av biogas och gör att en viss mängd biogas kan framställas i en mindre reaktor än vad som tidigare varit möjligt. Således kan biogas framställas till en lägre kostnad med hjälp av före- liggande uppfinning.

Ett föredraget exempel på organiskt material som är lämpligt att utnyttja vid föreliggande uppfinning är grönmassa. Med grönmassa avses i föreliggande uppfinning växter, som är av den typ som utnyttjar fotosyntes för uppbyggnad av växtmassan. Grönmassan kan med fördel utgöras av olika lantbruksprodukter såsom ensilage, halm, spannmål, spannmàlsrens, ryps, raps, sockerbetor, rovor, majs, solrosor, kål, potatis, melass, ärtor, bönor, linser, lin samt vallväxter, såsom lusern, gräs och klöver. Lantbruksprodukter är ofta tillgängliga i stora mängder och har ofta stort energiinnehåll. Dessutom har lantbruksprodukterna ofta ett innehåll av spårämnen som gör att det alstrade rötslammet är mycket lämpligt att utnyttja som gödselmedel på åkermark. En ytterligare fördel med de ovan nämnda lantbruksprodukterna är att de inte innehåller några harmfulla bakterier. Således kan den uppvärmning till åtminstone 70°C under minst l h, kallad hygienisering, som är nödvändig vid exempelvis hushållsavfall och slakteriavfall, undvikas med minskade produktionskostnader som följd. Även produkter, såsom gräsklipp, väghalm, naturslåtter och löv, som normalt uppstår vid kommunal verksamhet kan utnyttjas vid rötningen. 6 Det organiska materialet torkas före rötningen.

Många av de ovan nämnda exemplen på grönmassa har en torrsubstanshalt av endast 15-35 vikt% TS. Torkningen av grönmassan har flera fördelar. Förutom att rötningen i reaktorn blir effektivare blir det även enklare att transportera och lagra grönmassan. Således kan grönmassan skördas och torkas vid en tidpunkt på året när tillgången på grönmassa är god för att sedan rötas under en ut- sträckt tidsperiod. Den torkade grönmassan är också betydligt billigare att transportera eftersom en stor mängd vatten har avlägsnats.

Grönmassan torkas till en torrhalt av åtminstone 50 vikt% TS. En torkning till åtminstone 70 vikt% TS, än mer föredraget åtminstone 80 vikt% TS, har visat sig ge en än effektivare rötning i reaktorn och minskar den mängd vatten som tillförs reaktorn.

Rötningen i rötkammaren får störst effektivitet om det organiska materialet mals innan det införs i röt- kammaren. Malningen gör materialet mer tillgängligt för de biogasalstrande bakterierna och påskyndar därmed röt- ningen. Grönmassa kan malas före ovan nämnda torkning. En sådan malning av ett ”blött” material är dock ganska svår att utföra och resulterar ofta, i synnerhet vid grön- massor med låg torrsubstanshalt, i en svårhanterlig slurry. Av detta skäl är det ofta föredraget att först torka grönmassan och sedan mala den till önskad storlek.

En lämplig storlek på det malda materialet ur rötnings- synvinkel har visat sig vara ca 0,5-3 mm, dvs huvuddelen, åtminstone ca 80 vikt%, av materialet bör ha en storlek i detta intervall efter malningen. En malning till mindre storlekar, tex under 0,1 mm, ökar problemen med damning och ökar energiförbrukningen vid malningen utan att rötningen blir väsentligt snabbare. Vid större storlekar på det malda materialet, såsom storlekar större än 5 mm, blir rötningsförloppet långsammare vilket innebär att en större reaktor krävs. I vissa fall, vid exempelvis kompakta grönmassor som potatis, sockerbetor och kål, är 526 ,0 w Én 7 det lämpligt att skära grönmassan i flingor, exempelvis flingor med en storlek av 10-30 mm, innan grönmassan torkas för åstadkommande av bästa effektivitet i torkningsprocessen. Ett exempel på en typ av tork som är lämplig för torkning av grönmassa är roterugn.

Enligt uppfinningen pelleteras den torkade grönmassan efter torkningen. Pelleteringen överför den torkade grönmassan i en form som är lätt att hantera och transportera. Sålunda kan grönmassa torkas och pelleteras lokalt och transporteras till storskaliga regionala anläggningar för framställning av biogas. En ytterligare fördel är att olika typer av pelleterade grönmassor enkelt kan doseras i önskat inbördes förhållande till reaktorn för åstadkommande av en kemisk sammansättning i reaktorn som ger de biogasalstrande bakterierna goda förutsättningar för tillväxt. Således kan pelleterade grönmassor med olika innehåll av mineraler, såsom fosfor och kalium, blandas på sådant sätt att optimala förhållanden för bakterierna åstadkommes och att ett rötslam med lämplig sammansättning för återföring till lantbruket erhålles. Vid användning av pelleterade grönmassor mals pelleten innan den införs i reaktorn. Vid själva pelleteringen åstadkommes en viss kompaktering av den torkade grönmassan. Malningen gör det pelleterade materialet mer tillgängligt för de biogasalstrande bakterierna och ökar rötningshastigheten. Då det pelleterade materialet ofta har malts redan före själva pelleteringen kan en kvarn för malning av pellets göras relativt enkel. De ovan angivna storleksintervallen för malning av det torkade organiska materialet gäller även för malning av pellets.

Då det torkade och malda organiska materialet skall införas i en reaktor blandas materialet med en vätska till ett slam. Slammet kan alstras på ett flertal olika sätt. Ett föredraget sätt att alstra ett slam är att blanda det torkade och malda organiska materialet med vatten, exempelvis vattenledningsvatten, sjövatten, kondensat, renat avloppsvatten eller någon annan vatten- innehållande vätska som ur biogasproduktionshänseende är lämplig för att tillföras reaktorn. Således kan även vatteninnehållande vätskor som har lågt värde, eller är att betrakta som avfall, utnyttjas för framställning av slammet. Enligt detta sätt blandas malt material med vatten i en förblandningstank, som är försedd med en kraftig omrörare som arbetar vid ett lågt varvtal.

Förblandningstanken minskar risken för att luft oavsiktligt införs i reaktorn och gör det enklare att hålla kontroll på den mängd material som införs i reaktorn. Förblandningstanken ger även en vätning av det torkade organiska materialet, vilket medför att rötningen börjar snabbare i reaktorn. Ett styrsystem utnyttjas för att åstadkomma önskad torrsubstanshalt på slammet i förblandningstanken. Lämpligen utnyttjas ett satsvis förfarande för blandningen av slammet. Uppehållstiden i förblandningstanken är lämpligen relativt kort, ca 5-50 minuter. I vissa fall kan dock även kontinuerliga förfaranden utnyttjas. Det är önskvärt att inte införa stora mängder vatten i reaktorn eftersom uppehållstiden och därmed utrötningsgraden då minskar. En liten mängd tillfört vatten medför även en låg kostnad för värmning av tillfört vatten till önskad rötningstemperatur. Det har visat sig att med hjälp av torkade och malda organiska material i allmänhet är det möjligt att åstadkomma pumpbara slam med en torrsubstanshalt av upp till ca 35 vikt% TS. Vid spannmål, spannmålsrens och pellets av spannmålsrens är det möjligt att åstadkomma pumpbara slam med en torrsubstanshalt av upp till 45 vikt% TS. Den höga torrsubstanshalten har flera fördelar.

Dels behöver endast lite vatten tillsättas. Vatten- förbrukningen blir således låg och uppehållstiden i reaktorn blir lång, vilket ger en god utrötningsgrad. En ytterligare fördel med låg vattentillsats är att det alstrade rötslammet kommer att ha en hög torrsubstanshalt vilket underlättar hantering, minskar kostnader för 526 875 . ökar rötslammets lärde som gödselmedel. Den höga torrsubstanshalten minskar också det pumparbete som åtgår för att pumpa in slammet i reaktorn och gör att förblandningstank, pumpar och ledningar kan dimensioneras för mindre flöden. En fördel med att utnyttja väsentligen rent vatten vid tillblandning av slammet är att bland- ningen av slammet kan utföras i en öppen förblandnings- tank. Detta gör tanken billig att tillverka och enkel att övervaka. Det har visat sig att slammet lämpligen bör ha en torrsubstanshalt av 15-45 vikt% TS, än mer föredraget -40 vikt% TS och mest föredraget 25-35 vikt% TS. Vid jämförelse med rötning av exempelvis kogödsel enligt känd teknik, där torrsubstanshalten i infört slam är endast ca 6-8 vikt% TS, kan vid uppfinningen med samma uppehållstid i reaktorn utvinnas samma mängd biogas ur en reaktor som har endast ca en fjärdedel av den volym som krävs vid rötningen enligt den kända tekniken.

Ett annat föredraget sätt att framställa ett slam är att ta ut rötslam från reaktorn och blanda detta med det torkade och malda organiska materialet i en förbland- ningstank till ett slam som sedan införs i reaktorn. En fördel med att utnyttja rötslam är att inget vatten utöver den lilla mängd restfukt som finns i det torkade organiska materialet behöver tillsättas. Uppehàllstiden i reaktorn blir därför lång. Eftersom rötslammet innehåller bakterier kommer en viss alstring av biogas att ske redan i förblandningstanken, som lämpligen har en uppehàllstid av ca 5-50 min. Av detta skäl bör förblandningstanken vara en väsentligen gastät behållare som kontinuerligt avluftas för att undvika att explosiva gasblandningar alstras då bildad biogas och luft som följer med det malda materialet blandas. Det är önskvärt att minimera den energi som förbrukas för att pumpa rötslam till förblandningstanken och för att pumpa det av torkat organiskt material och rötslam beredda slammet till reaktorn. Såsom nämnts ovan medger det torkade organiska materialet beredning av pumpbara slam med mycket hög l5 526 875 torrsubstanshalt. Det har visat sig att slammet lämpligen bör ha en torrsubstanshalt av 15-45 vikt% TS än mer I ' A xvfl v-~ "41 9 -49 VlkÉ% TS ÛCh mcSt fuicdlaget 25-35 viáto föredraget TS. Av torrsubstanshalten i slammet härrör ca 3-6 vikt% TS från rötslammet varför den mängd slam som, vid given torrsubstanshalt i det bildade slammet och given mängd torkat organiskt material, måste pumpas till reaktorn blir något större jämfört med ovan beskrivna blandning med rent vatten.

Det har visat sig att ett torkat och malt organiskt material och i synnerhet torkade och malda lantbruks- produkter är mycket lämpliga för ökning av biogas- produktionen i befintliga rötningsanläggningar. Det finns ett stort antal befintliga rötningsanläggningar som rötar exempelvis kogödsel, källsorterat hushållsavfall och slam från avloppsreningsanläggningar. Syftet med slakteriavfall, (komposterbara delen), livsmedelsavfall dessa befintliga anläggningar är vanligen att undanskaffa ett svårhanterligt avfall. Dessa anläggningar rötar ofta ett material med låg torrhalt och lågt energiinnehåll per ton avfall. Följden blir att produktionen av biogas blir liten. Det bildade rötslammet har en låg torrsubstanshalt och är därför svårhanterligt. Enligt uppfinningen till- föres ett torkat och malt organiskt material till en sådan anläggning. Det torkade och malda materialet till- för mycket lite vätska till den befintliga anläggningen.

Detta har den fördelen att uppehållstiden i den be- fintliga reaktorn inte minskar nämnvärt. Således kommer utrötningsgraden, dvs den andel av det införda materialet som omvandlas under rötningsprocessen, inte att minska.

Det tillförda torkade och malda organiska materialet har ett högt energiinnehåll per kg och kommer att öka biogasproduktionen väsentligt i anläggningen. Torrhalten i det bortförda rötslammet ökar tack vare att mer material införs i reaktorn. Detta gör rötslammet enklare att hantera. Det införda torkade, organiska materialet 526 875 ll kommer även att öka näringsvärdet i rötslammet så att detta får ett större värde som gödselmedel. Den extra näring som tack vare det torkade örganiska materialet tillförs de biogasalstrande bakterierna kan göra bakterierna aktivare genom samrötning, dvs att de rötade materialens näringsämnen kompletterar varandra, vilket kan leda till en ökad utrötningsgrad. Den extra ut- rustning som krävs för att på ovan nämnda sätt effek- tivisera en befintlig rötningsprocess är enkel tack vare att det torkade materialet är lätt att hantera. kan med hjälp av uppfinningen biogasproduktionen ökas och Sålunda rötslammets hanterbarhet förenklas och dess värde ökas i en befintlig rötningsanläggning. Det inses att det torkade organiska materialet även kan utnyttjas vid anläggningar som från början byggs för att röta torkat och malt organiskt material tillsammans med ett annat organiskt material, som exempelvis kan vara vatten- reningsslam, som önskas bortskaffas.

Vid den typ av anläggningar där det torkade kogödsel eller något avfall, organiska avfallet utnyttjas för att öka effektiviteten i en befintlig anläggning blandas det torkade och malda organiska materialet lämpligen med en vätska till ett slam som sedan införes i reaktorn. Åtminstone 10 vikt% av den totalt tillförda torrsubstansen bör härröra från det torkade och malda organiska materialet, dvs vid l ton TS som införs till reaktorn bör åtminstone 100 kg vara TS som härrör från det torkade organisk materialet. Än mer föredraget bör åtminstone 30 vikt% av den totalt tillförda torrsubstansen härröra från det torkade och malda organiska materialet. Det är önskvärt att undvika att stora mängder slam pumpas runt i anläggningen. Ett cirkulerande av stora mängder slam leder till ökad energiförbrukning och kan också orsaka störningar i rötningsprocessen. Således är det lämpligt att åstadkomma ett slam som har relativt hög torrsubstanshalt. Slammet kan alstras på ett flertal olika sätt. Ett föredraget 526 875 12 sätt är att ta ut rötslam från reaktorn och blanda detta med det torkade och malda organiska materialet i en förblandningstank. Det i förblandningstanken bildade slammet införs sedan i reaktorn. Detta har den fördelen att inget extra vatten utöver den mindre mängd restfukt som finns i det torkade organiska materialet tillförs reaktorn. Ett annat föredraget sätt är att blanda det torkade organiska materialet med det organiska materialet av annan typ, dvs kogödseln, vattenreningsslammet etc, som också rötas i reaktorn. Detta sätt är ofta mycket kostnadseffektivt i det att en befintlig tank kan ut- nyttjas som förblandningstank. Inte heller vid detta sätt tillsätts något extra vatten utöver den mindre mängd restfukt som finns i det torkade organiska materialet.

Ett ytterligare sätt är att i en separat förblandnings- tank blanda det torkade organiska materialet med rent vatten. Detta ökar dock den mängd vatten som tillförs den reaktor där det torkade organiska materialet rötas samman med ett organiskt material av annan typ, såsom kogödsel, vattenreningsslam. I de fall rent vatten ändå måste tillföras reaktorn av något skäl kan detta vatten lämpligen utnyttjas för beredning av slammet med hög torrsubstanshalt.

Rötningen utföres lämpligen som en kontinuerlig eller semi-kontinuerlig process, med hjälp av en tankreaktor, vilken nedan skall beskrivas mer i detalj, eller med hjälp av en tubreaktor, även kallad plugg- flödesreaktor. I en första ände av tubreaktorn införs torkad grönmassa, företrädesvis i form av pellets, och en bakteriekultur, som exempelvis kan föreligga i form av àterfört rötslam, varvid rötslam och biogas tas ut i en andra ände av tubreaktorn, vilken andra ände är belägen nedströms tubreaktorns första ände. Förfarandet kan även genomföras i en satsreaktor.

För att den anaeroba rötningen skall fungera är det nödvändigt att ingen luft kommer i kontakt med slammet LH ÅJ O\ 875 13 under rötning. En reaktor för användning vid sättet enligt uppfinningen måste således vara lufttät. Reaktorn förses med inlopp för slam berett av torkat och malt organiskt material och utlopp för rötslam och biogas vilka in- och utlopp är så utformade att ingen luft kan komma in i reaktorn.

Torkad och mald grönmassa rötas lämpligen under en genomsnittlig uppehàllstid av ca 5-lO0 dygn, före- trädesvis ca 40-60 dygn. Vid längre uppehållstid för- bättras utrötningsgraden något, men samtidigt minskar den mängd organiskt material som kan införas i reaktorn.

Rötningen sker vid en temperatur av 30-65°C. En högre temperatur innebär vanligen en snabbare rötning.

Samtidigt ökar uppvärmningskostnaderna och den tid som man har till sitt förfogande för att hinna rätta till eventuella problem i processen minskar. Vissa bakterie- kulturer har även ett produktionsmaxima som ligger lägre än ovan nämnda övre temperaturintervall. Det har därför visat sig att en temperatur i intervallet 36-40°C är speciellt föredragen vid föreliggande uppfinning. Det är lämpligt att göra en avvägning mellan uppehàllstid, temperatur och rötningsgrad och använda den mest ekonomiska kombinationen av dessa faktorer.

Vid rötning i en tankreaktor är torrsubstanshalten för det i reaktorn befintliga rötslammet lämpligen ca 4- vikt% TS, företrädesvis ca 5-10 vikt% TS. Vid en omrörd och kontinuerligt arbetande tankreaktor kommer det från reaktorn avlägsnade rötslammet att ha väsentligen samma torrsubstanshalt som det i reaktorn befintliga röt- slammet.

Vid igångsättning av förfarandet införes vanligen en aktiv bakteriekultur i reaktorn. Denna bakteriekultur kan till exempel utgöras av rötslam från en parallell röt- ningsanläggning, rötslam från ett kommunalt avlopps- reningsverk eller kogödsel. Då bakteriekulturen tillväxer kan en allt större mängd av slammet av torkat och malt organiskt material tillföras reaktorn. En alltför snabb 526 875 14 ökning av mängden tillfört organiskt material undviks genom att man med korta intervall mäter halten av flyktiga fettsyror i rötslammet och tillser att halten flyktiga fettsyror hålls på en önskvärt låg nivå genom reglering av tillförseln av organiskt material.

Sättet enligt uppfinningen kan utföras i flera seriekopplade reaktorer. Speciellt fördelaktigt är dock att genomföra den anaeroba rötningen i ett enda steg, eftersom detta sparar apparat- och underhållskostnader.

Beskrivning av föredragna utföringsformer Fig 1 visar en första utföringsform av en anordning 1 för framställning av biogas. Anordningen 1 har en behållare i form av en väsentligen gastät reaktor 2.

Reaktorn 2 har ett inlopp 4 för organiskt material, ett utlopp 6 för bildad biogas och ett utlopp 8 för bildat rötslam. En omrörare 10 håller det i reaktorn befintliga materialet omrört.

Spannmål, som torkats till en torrsubstanshalt av 92 vikt% TS, förs från en ej visad förvaringssilo via en matningsledning 12 till en kvarn 14. I kvarnen 14 mals spannmàlen till en genomsnittlig storlek av cirka 1 mm.

Den malda spannmàlen matas via en matningsledning 16, som exempelvis kan utgöras av en skruvtransportör, till en förblandningstank 18. Förblandningstanken 18, som är en öppen tank, har en långsamgående omrörare 20. Omröraren är av typen roterande skrapa och kan lämpligen likna de omrörare som utnyttjas i bageriindustrin för beredning av bakdeg. En vattentillförselledning 22 är anordnad att mata väsentligen rent processvatten till förblandnings- tanken 18. Ett styrsystem 24 är anordnat att satsvis mata vatten via ledningen 22 och mald spannmål via ledningen 16 till förblandningstanken 18 i ett sådant förhållande att en torrsubstanshalt av 35 vikt% TS erhålles i förblandningstanken 18. Lämpligen utnyttjas en (ej visad) vågcell, som anordnas under förblandningstanken 18, för att styra tillsättningen av vatten och spannmål till LH förblandningstanken 18. Då ett slam av spannmål och vatten har blandats till jämn konsistens i förblandnings- tanken l8 pum as slammet via en ledning 26 av en pump 28 till reaktorns 2 inlopp 4 och in i reaktorn 2. För att åstadkomma en jämn vätskevolym i reaktorn 2 pumpas en motsvarande mängd rötslam ut via utloppet 8.

Fig 2 visar en annan utföringsform av uppfinningen i form av en anordning 100. Anordningen 100 har en väsentligen gastät behållare i form av en reaktor 102 som har inlopp 104 för organiskt material, utlopp 106 för bildad biogas, utlopp 108 för bildat rötslam och omrörare 110 av väsentligen samma utförande som de i fig 1 visade.

Torkad och pelleterad grönmassa leds från en ej visad förvaringssilo via en matningsledning 112 till en kvarn 114. I kvarnen 114 mals pelletten till en genom- snittlig storlek av cirka 1 mm. Den malda pelletten matas via en matningsledning 116 till en förblandningstank 118.

Förblandningstanken 118, hållare, har en långsamgående omrörare 120. En vätske- tillförselledning 122 är anordnad att med hjälp av en ledning 123 och en pump 125 mata rötslam från reaktorn 102 till förblandningstanken 118. Ett styrsystem 124 är anordnat att satsvis mata rötslam via ledningen 122 och mald pellet via ledningen 116 till förblandningstanken 118 i ett sådant förhållande att en torrsubstanshalt av åtminstone 15 vikt% TS erhålles i förblandningstanken 118. Då ett slam berett av pellet och rötslam har blandats till jämn konsistens i förblandningstanken 118 pumpas slammet via en ledning 126 av en pump 128 till reaktorns 102 inlopp 104 och in i reaktorn 102. För att åstadkomma en jämn vätskevolym i reaktorn 102 pumpas en motsvarande mängd rötslam ut via utloppet 108. I för- blandningstanken 118 kommer en viss mängd biogas att utvecklas under blandningsförfarandet. En gasledning 130 bortför denna gas, som består av en blandning av bildad biogas och den luft som oavsiktligt tillförts via matningsledningen 116, till ett biofilter (ej visat) som som är en väsentligen gastät be- 16 bryter ned metan och luktande gaser. I den mån det är nödvändigt för att kunna hålla TS-halten i reaktorn 102 på önskad nivå kan rent processvatten tillföras för att späda ut slammet i reaktorn. Detta processvatten kan antingen tillföras förblandningstanken 118 via en ledning 132 eller direkt till reaktorn 102 via en ledning 134.

Fig 3 visar schematiskt en tredje utföringsform av uppfinningen i form av en anordning 200. Pumpar och omrörare visas inte i fig 3, men det inses att sådana utnyttjas på väsentligen motsvarande sätt som visats i fig 1 och 2. Anordningen 200 rötar en blandning av kogödsel, som tillförs en blandningstank 240 via en ledning 242 och slakteriavfall som tillförs blandnings- tanken 240 via en ledning 244. Blandningstanken 240 är en sluten tank som via en gasledning 243 avluftas till ett (ej visat) biofilter, som bryter ned metan och luktande gaser. Den blandning som åstadkommits i blandningstanken 240 leds via en ledning 246 till en hygieniseringstank 248 där blandningen upphettas till minst 70°C i åtminstone 1 h i syfte att döda harmfulla bakterier. Den hygieniserade blandningen, som har en torrsubstanshalt av ca 4-12 vikt% TS leds via en ledning 250 från hygieniseringstanken 248 till en reaktor 202, som är av liknande slag som den reaktor 102 som beskrivits ovan och således bland annat har ett utlopp 206 för bildad biogas och ett utlopp 208 för bildat rötslam.

I syfte att förbättra biogasproduktionen i an- ordningen 200 matas torkad spannmål via en matnings- ledning 212 till en kvarn 214 där spannmålen mals till en genomsnittlig storlek av cirka 1 mm. Via en matnings- ledning 216 matas den malda spannmålen till en för- blandningstank 218, beskrivits ovan avseende förblandningstanken 118. En vätsketillförselledning 222 är anordnad att mata rötslam från reaktorn 202 till förblandningstanken 218. Ett styrsystem 224 är anordnat att satsvis mata rötslam via som är av väsentligen samma typ som ledningen 222 och mald spannmål via ledningen 216 till 17 förblandningstanken 218 i ett sådant förhållande att en torrsubstanshalt av 35 vikt% TS erhålles i förblandnings- tanken 218. Då ett slam berett av spannmål och rötslam har blandats till jämn konsistens i förblandningstanken 218 pumpas slammet från förblandningstanken 218 till reaktorn 202 via ett inlopp 204. En gasledning 230 bortför gas, som alstras vid blandningen i förblandnings- tanken 218, till ett biofilter metan och luktande gaser. (ej visat) som bryter ned Fig 4 visar schematiskt en fjärde utföringsform av uppfinningen i form av en anordning 300. Pumpar och omrörare visas inte i fig 4, men det inses att sådana utnyttjas på väsentligen motsvarande sätt som visats i fig 1 och 2. Anordningen 300 rötar kogödsel och kött- avfall. Kogödseln och köttavfallet matas via ledning 322 respektive ledning 323 till en väsentligen gastät tank 318 och blandas.

I syfte att förbättra biogasproduktionen i an- ordningen 300 matas torkad och pelleterad grönmassa via en matningsledning 312 till en kvarn 314 där pelleten mals till en genomsnittlig storlek av cirka 1 mm. Via en matningsledning 316 matas den malda pelleten till tanken 318, som i anordningen 300 således utnyttjas som för- blandningstank och är av väsentligen samma typ som beskrivits ovan avseende förblandningstanken 118. I förblandningstanken 318 kommer en viss mängd biogas att utvecklas under blandningsförfarandet. En gasledning 330 bortför gas, luft, 316, samt gaser alstrade av kogödseln och köttavfallet, fràn tanken 318 till ett biofilter (ej visat) som bryter ned metan och luktande gaser. Ett styrsystem 324 är anordnat att satsvis mata kogödsel och köttavfall via ledningarna 322, som består av en blandning av bildad biogas, som oavsiktligt tillförts via matningsledningen 323 och mald pellets via ledningen 316 till förblandningstanken 318 i ett sådant förhållande att en torrsubstanshalt av åtminstone 15 vikt% TS erhålles i förblandningstanken 318. Då mald pellet, gödsel och LTÉ .J \_,\ CÛ \~1 (J-Ä 18 köttavfall har blandats till ett slam med jämn konsistens i förblandningstanken 318 pumpas detta slam från för- blandningstanken 318 via en ledning 325 till en hygieniseringstank 348 där slammet upphettas till minst 70°C i åtminstone 1 h i syfte att döda de harmfulla bakterier som eventuellt kan förekomma i slakteriavfallet. Det hygieniserade slammet pumpas från hygieniseringstanken 348 via ett inlopp 304 in i en reaktor 302, som är av liknande slag som den reaktor 2 som beskrivits ovan och således bland annat har ett utlopp 306 för bildad biogas och ett utlopp 308 för bildat rötslam.

Det inses att en mängd variationer av de ovan beskrivna utföringsformerna är möjliga inom uppfinningens ram, såsom den definieras av de efterföljande patent- kraven.

Exempel 1.

Vid ett försök med rötning av spannmål utnyttjades en försöksanordning 400, som visas i fig 5, vilken anordning 400 hade en gastät glasreaktor 402 med en volym av 5 liter. Vätskevolymen i reaktorn 402 hölls konstant på 3 liter. En propelleromrörare 410 (med ett varvtal av 300 rpm) utnyttjades för att åstadkomma fullständig omrörning i reaktorn 402. En ledning 406 ledde bildad gas från reaktorn 402 till en gasmätare 412, som mätte volymen bildad gas. En tät glasgenomföring 404 ut- nyttjades för satsvis tillförsel av spannmål och inter- mittent bortförande av bildat rötslam. Ett ej visat tempererat rum utnyttjades för att hålla temperaturen i glasreaktorn 402 konstant vid 37°C.

Vid starten av försöket infördes 3 liter rötslam från en fullskalig rötningsanläggning i reaktorn 402. Det slam som rötades i den fullskaliga anläggningen hade det ursprung som framgår av tabell l. 19 Tillförd produkt Volymsandel %vo1 Gödsel 5,4 Slakteriavfall 72,7 Övrigt* 21,9 Suma: 100 * i ”Övrigt” ingår framförallt avfall från livsmedelsproduktion och avfall från storkök Tabell l. Ursprung för material i fullstor anläggning.

Vid starten av försöket fanns således i reaktorn 402 ett aktivt rötslam innehållande en aktiv kultur av biogas- alstrande bakterier.

Varje dygn satsades 10 g spannmål i reaktorn 402.

Spannmålen bestod av 50% råg och 50% vete och förelåg i form av hela och rensade korn. Spannmålen maldes i en laboratoriekvarn av typen Retsch Mühl typ SR2 från Retsch GmbH, DE, till en storlek av ca 1 mm. Torrsubstanshalten på den malda spannmålen var 91,6 vikt% TS och VS-halten var 96,7 vikt% VS. Således satsades varje dygn 8,68 g VS vilket motsvarade ca 3 g VS per liter reaktorvätska och dygn. Den malda spannmålen blandades med 18 ml vatten till en substratblandning med en torrsubstanshalt av 35 vikt% TS och en volym av 25 ml. Av praktiska skäl var det nödvändigt att späda ut substratblandningen med rötslam för att med hjälp av en spruta kunna införa den i reaktorn 402 via den täta glasgenomföringen 404. Av detta skäl uttogs 100 ml rötslam per dygn. 75 ml av detta rötslam blandades med substratblandningen och infördes samman med substratblandningen i reaktorn 402. De återstående 25 ml av rötslammet kastades för att hålla volymen i reaktorn 402 konstant. Uppehållstiden i reaktorn blev med ovan beskrivna satsning 120 dygn.

I fig 6 visas produktionen av biogas i enheten Nm3 gas per tillsatt ton VS och dygn som funktion av antalet dygn efter start. Såsom framgår av fig 6 är produktionen till en början något ojämn. Från och med dygn 50 har systemet kommit i jämvikt. Såsom framgår av fig 6 är den (II HJ CF 03 Q .f- genomsnittliga produktionen av biogas från dag 50 till dag 70 ca 700 Nm3 biogas per ton VS och dygn, varvid ”tün VS ”Nm3” avser m3 gas vid 0°C och l,0l3*l05 Pa, och per dygn” avser den mängd VS som satsas per dag. Räknat på den satsade spannmålen var den genomsnittliga produktionen 616 Nm3 biogas per ton spannmål och dygn.

Räknat på torrsubstanshalten för satsad spannmål blev den genomsnittliga produktionen 673 Nm3 biogas per ton TS och dygn. Den producerade biogasen samlades upp med jämna mellanrum och analyserades med avseende på metanhalt. Vid stabil produktion var metanhalten 49-51 %. I fig 6 visas även pH i reaktorvätskan under försöket. Med undantag för vissa störningar låg pH relativt stabilt i intervallet pH 7.3-7.5. Det uttagna rötslammet hade en torrsubstanshalt av 6,6 vikt% TS och en VS-halt av 89,4 vikt% VS, vilket motsvarade en utrötningsgrad av 83%.

Fig 7 visar halten av flyktiga fettsyror i röt- slammet som funktion av antalet dagar från start. Såsom framgår varierar halterna av de olika fettsyrorna mycket under försökets första 50 dygn. Under dygn 50-70 stabiliseras halterna. En förklaring till detta är att det tar tid för bakteriekulturen, som härrör från rötning av huvudsakligen animaliskt avfall, att anpassa sig till spannmålen. Det förekom även vissa försöksrelaterade problem under försökets inledning. Kring dygn 70 är halterna av samtliga fettsyror låga, vilket tyder på att rötningsprocessen är effektiv och fungerar stabilt.

Exempel 2 En anordning 400 av den typ som beskrivits ovan utnyttjades för försöket. Vid försökets start satsades 3 liter rötslam från den ovan nämnda fullskaliga anläggningen. Rötslammets ursprung framgår således av tabell 1 ovan.

Det substrat som tillfördes reaktorn 402 utgjordes av spannmål och vall. Spannmàlen bestod av 50% råg och 50% vete och förelåg i form av hela och rensade korn. f 51 ;J J\ 3 'l Q "l 21 Spannmàlen maldes i ovan nämnda laboratoriekvarn till en storlek av ca 1 mm. Torrsubstanshalten på den malda 91 CH 4 , vikt% TS och VS-halten var 96,7 v1kt% spannmalen var VS. Vallen bestod av en blandning av klöver och gräs och hade en torrsubstanshalt av 30,8 vikt% TS och en VS-halt av 92,2 vikt% VS.

Fyra dagar per vecka tillsattes endast mald spannmål till reaktorn 402. Tillsatsen av spannmål var då 11,1 gram, vilket motsvarade 10 g VS. Tillsatsen av spannmål gjordes medelst blandning av spannmål och vatten till en torrsubstanshalt av 35 vikt% TS på liknande sätt som beskrivs i exempel 1. Övriga tre dagar per vecka tillsattes både spannmål och vall enligt följande: 300 ml rötslam togs ut ur reaktorn 402 och blandades under ca 1 minut med 25 g vall, vilket motsvarade 7 g VS, i en matmixer. 3,3 g mald spannmål, vilket motsvarande ca 3 g VS, blandades med 6 ml vatten till en blandning med 35 vikt% TS. Denna spannmålsblandning sattes till vallblandningen i matmixern varefter den samlade blandningen infördes i reaktorn 402 via glasgenomföringen 404. En viss mängd rötslam, ca 20 ml, togs ut och kastades varje dygn för att hålla volymen i reaktorn konstant. Räknat som ett genomsnitt under hela försöket tillsattes således 10 g VS per dygn, vilket motsvarade 3,3 g VS per liter reaktorvätska och dygn, varav 7 g VS per dygn var spannmål och 3 g VS per dygn var vall. Uppehâllstiden i reaktorn 402 var ca 150 dygn.

I fig 8 visas produktionen av biogas per dygn i enheten Nm3 biogas per tillsatt ton VS och dygn som funktion av antalet dygn efter start. Såsom framgår av fig 8 har systemet ännu efter 40 dygn inte stabiliserats.

Det kan dock utläsas av fig 8 att den genomsnittliga produktionen av biogas från dag 32 till dag 39 var ca 561 Nm3 biogas per ton VS och dygn. Räknat på satsad spannmål och vall var den genomsnittliga produktionen 505 Nm3 biogas per ton spannmål+vall och dygn. Räknat på ( TI fi_j\ C 3 U? 22 torrsubstanshalten för satsad spannmål och vall blev den genomsnittliga produktionen 541 Nm3 biogas per ton TS och dygn. Den producerade biogasen samlades upp med jämna mellanrum och analyserades med avseende på metanhalt. Vid försökets slut var metanhalten 50-51 %. I fig 8 visas även pH i reaktorvätskan under försöket. Med undantag för vissa störningar låg pH relativt stabilt i intervallet pH 7.5-7.8. Det uttagna rötslammet hade en torrsubstanshalt av 6,3 vikt% TS och en VS-halt av 83,9 vikt% VS. Halterna av flyktiga fettsyror var ungefär de samma som vid exempel 1, även om stabilitet ännu inte hade nåtts efter 40 dygn.

Av resultaten i exempel 2 framgår att även en så pass måttlig inblandning som 30% (räknat på satsad mängd VS per dygn) av ej torkad vall kraftigt försämrar gasproduktionen i reaktorn jämfört med om enbart spannmål rötas, som vid exempel l. En orsak till detta kan vara att uttaget av så mycket som 300 ml rötslam för blandning med vall i matmixern har stört processen i reaktorn.

Exempel 3 En anordning 400 av den typ som beskrivits ovan utnyttjades för försöket. Vid försökets start satsades 3 liter rötslam från den ovan nämnda fullskaliga anlägg- ningen. Rötslammets ursprung framgår således av tabell l ovan.

Varje dygn satsades 10 g pelleterat spannmålsrens i reaktorn 402. Spannmålsrenset bestod huvudsakligen av skal, strån och kasserade korn. Spannmålsrenset hade först torkats i ugn och sedan pelleterats i en pelleteringsmaskin. Pelleten maldes i ovan nämnda laboratoriekvarn till en storlek av ca 1 mm.

Torrsubstanshalten på den malda pelleten var 88,6 vikt% TS och VS-halten var 96,5 vikt% VS. Således satsades varje dygn 8,55 g VS vilket motsvarade knappt 3 g VS per liter reaktorvätska och dygn. Den malda pelleten blandades med 18 ml vatten till en substratblandning med _17! w C,\ cci w r -l 23 en torrsubstanshalt av 35 vikt% TS och en volym av 25 ml.

Av praktiska skäl var det nödvändigt att späda ut substratblandningen för att ned spruta kunna införa den i den täta glasgenomföringen 404. Av detta skäl uttogs 100 ml rötslam per dygn. 75 ml av detta rötslam blandades med substratblandningen och infördes samman med substrat- blandningen i reaktorn 402. De återstående 25 ml av rötslammet kastades för att hålla volymen i reaktorn 402 konstant. Uppehållstiden i reaktorn blev med ovan be- skrivna satsning 120 dygn.

I fig 9 visas produktionen av biogas per dygn i enheten Nm3 biogas per tillsatt ton VS som funktion av antalet dygn efter start. Såsom framgår av fig 9 är produktionen till en början något ojämn. Från och med dygn 50 blev produktionen stabil. Såsom framgår av fig 9 är den genomsnittliga produktionen av biogas från dag 50 till dag 70 ca 722 Nm3 biogas per ton VS och dygn. Räknat på den satsade pelleten var den genomsnittliga produktionen 616 Nm3 biogas per ton pellet och dygn.

Räknat på torrsubstanshalten för satsad pellet blev den genomsnittliga produktionen 697 Nm3 biogas per ton TS och dygn. Den framställda biogasen samlades upp med jämna mellanrum och analyserades med avseende på metanhalt. Vid I fig 9 visas även pH i reaktorvätskan under försöket. Med stabil gasproduktion var metanhalten 51-53 %. undantag för vissa störningar låg pH relativt stabilt i intervallet pH 7.5-7.7. Det uttagna rötslammet hade en torrsubstanshalt av 6,8 vikt% TS och en VS~halt av 85,9 vikt% VS. Halterna av fettsyror var generellt lägre än vid exempel l, vilket understryker att driften vid för- söket var mycket stabil.

Av fig 9 framgår således att produktionen av biogas var väsentligen lika stor som vid exempel 1. I tabell 2 nedan har produktionen av biogas vid de tre försöken sammanställts. Så som framgår àstadkoms vid försöket i exempel 2, där vall tillsattes, en betydligt lägre gasproduktion än vid försöken i exempel 1 och 3. lO 24 Exempel Substrat Biogasproduktion Nm3 biogas/(ton VS, dygn) 1 Spannmål 700 2 Spannmål+vall 561 Pelleterat 3 spannmàlsrens 722 Tabell 2. Sammanställning av försöksresultat Det visade sig under försöken att de av mald spannmål respektive pelleterat spannmålsrens framställda substratblandningarna med en torrsubstanshalt av 35 vikt% TS var klart pumpbara även om de inte kunde injiceras i glasreaktorn 402 med hjälp av en spruta. Med hjälp av mald spannmål kunde pumpbara substratblandningar med en torrsubstanshalt av upp till 42 vikt% TS åstadkommas.

Claims (14)

10 15 20 _25 30 35 E96 875 &fi3ï._'LÉ.â.% 25 PATENTKRAV

1. Sätt att framställa biogas genom anaerob rötning av ett organiskt material, k ä n n e t e c k n a t av att ett organiskt material torkas till en torr- substanshalt av åtminstone 50 vikt% TS och sedan pelleteras, att det pelleterade organiska materialet mals och blandas med en vätska för att bilda ett slam, att slammet bringas i kontakt med biogasalstrande bakterier för rötning under anaeroba betingelser i en (2; 102; 202; 302), att slammet rötas under alstring av biogas. reaktor och

2. Sätt enligt krav 1, vid vilket det organiska materialet torkas till en torrsubstanshalt av åtminstone 70 Vikt% TS.

3. Sätt enligt något av föregående krav, vid vilket det organiska materialet mals på sådant sätt att åtminstone 80 vikt% av materialet erhåller en storlek av 0,5-3 mm innan det blandas med vätskan.

4. Sätt enligt något av föregående krav, vid vilket ett organiskt material av annan typ än förstnämnda organiska material också rötas i reaktorn (202; 302), varvid åtminstone 10 vikt% av den totala torrsubstans som införs i reaktorn härrör från det torkade och pelleterade organiska materialet.

5. Sätt enligt något av föregående krav, vid vilket den vätska med vilken det organiska materialet blandas är väsentligen rent vatten.

6. Sätt enligt nàgot av krav 1-4, vid vilket den vätska med vilken det organiska materialet blandas åtminstone delvis är rötslam som tas ut ur reaktorn 102; 202; 302).

7. Sätt enligt något av föregående krav, vid vilket (2: det pelleterade organiska materialet i en förblandningstank (l8; 118; 218; 318) blandas med en annons 10 15 20 25 30 35 526 875 26 vätska för att bilda nämnda slam med en torrsubstanshalt av 15-45 vikt% TS och att detta slam sedan införes i v Ul reaktorn för att rötas vid en torrsubstanshalt a vikt% TS.

8. Sätt enligt något av föregående krav, vid vilket ".L\J det torkade och pelleterade organiska materialet utgörs av torkad grönmassa, såsom torkade lantbruksprodukter.

9. Sätt enligt nägot av föregående krav, vid vilket det organiska materialet mals innan det pelleteras.

10. Anordning för framställning av biogas genom anaerob rötning av ett organiskt material, k ä n n e - t e c k n a d av att anordningen (l; 100; 200; 300) innefattar en matningsledning (112) för matning av pellet av ett till en torrsubstanshalt av åtminstone 50 vikt% TS torkat organiskt material till en i anordningen ingående kvarn (114) för malning av pellet, en förblandningstank (l8; 118; 218; 318) för blandning av mald pellet med en vätska till ett slam, och en matningsledning (4, 26; 104, 126; 204; 304) för matning av slammet till en i anord- ningen ingående, förslutbar, väsentligen gastät tank- reaktor (2; 102; 202; 302), som har en omrörare (10; 110) för omrörning av i tanken befintligt material, ett inlopp <4; 104; 204; 304) för slammet av vätska och pellet, och utlopp (6, 8; 106; 108; 206, 208; 306, 308) för bildad biogas och bildat rötslam.

11. Anordning enligt krav 10, vid vilken kvarnen (14; 114; 214; 314) är anordnad för malning av det torkade och pelleterade organiska materialet så att åtminstone 80 vikt% av det organiska materialet erhåller en storlek av 0,5-3 mm innan detta införes i förbland- ningstanken (18; 118; 218; 318).

12. Anordning enligt något av krav 10-11, vid vilken en tillförselledning (122; 222) är anordnad för matning av rötslam från reaktorn (102; 202) till för- blandningstanken (118; 218). :ocean o 5 '53 '> 9 7/ b wa _ f: ' : : .I, .øc- .ao- 1:0 0:9 1:0 .0a. g z 27

13. Anordning enligt något av krav 10-12, vilken har en pelleteringsanordning för pelletering av torkat organiskt material.

14. Anordning enligt krav 13, vilken har en tork för torkning av material som ska pelleteras.