WO2010130813A2 - Fermenter zur kontinuierlichen erzeugung von biogas aus biomasse nach dem prinzip der feststoffmethanisierung sowie verfahren zum betreiben eines solchen fermenters - Google Patents

Fermenter zur kontinuierlichen erzeugung von biogas aus biomasse nach dem prinzip der feststoffmethanisierung sowie verfahren zum betreiben eines solchen fermenters Download PDF

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Bekon Energy Technologies Gmbh & Co. Kg
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    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Definitions

  • Fermenter for the continuous production of biogas from biomass according to the principle of solid-state methanisation as well as methods for the production of biomass
  • the invention relates to a fermenter for the production of biogas from biomass according to the principle of Feststoffmethan ⁇ stechnik according to claim 1 and a method for operating such a fermenter according to claim 15.
  • biogas technology has mainly focused on the "wet fermentation” of manure and / or biowaste from the municipal
  • the biomass is pumpable, so that such bioreactors can be operated continuously.
  • renewable raw materials with high dry matter contents eg corn silage
  • solid mash can only be admixed to a limited extent in these "liquid” processes.
  • dry fermentation makes it possible to methanize free-flowing biomass from agriculture, biowaste and communal care areas, without the It is possible to ferment biomasses with up to 50% dry matter content, this dry fermentation process being described, for example, in EP 0 934 998.
  • the material to be fermented is not stirred into a liquid phase, as is the case, for example, with the liquid fermentation of biowaste.
  • the fermentation substrate introduced into the fermenter is kept constantly moist by removing the percolate from the bottom of the fermenter and re-spraying it over the biomass. This creates optimal living conditions for the bacteria reached.
  • the recirculation of the perkofat can be used to regulate the temperature, and it is possible to add additives for process optimization.
  • a fermenter in the form of a prefabricated garage is known, which is operated according to the principle of dry fermentation in the so-called batch process.
  • the fermentation substrate is filled with wheel loaders in the fermenter.
  • the garage-shaped fermentation tank is closed with a gas-tight door.
  • the biomass is fermented under exclusion of air, there is no further mixing and it is fed to any additional material.
  • the percolate seeping out of the fermentation material is drawn off via a drainage channel, temporarily stored in a tank and sprayed over the fermentation substrate for humidification.
  • the fermentation process takes place in the mesophilic temperature range at 34-37 0 C, the temperature is mitteis a floor and wall heating.
  • a biogas plant with a transport device for biomass in bioreactors is known in which transport cushions are arranged on the bottom bioreactor.
  • WO 2005/085411 A2 discloses a biogas plant based on DE 202004003398 U1 with a transport device for biomass in bioreactors, in which transport cushions are additionally arranged on the side walls of the bioreactor.
  • the biomass in these bioreactors is flooded with percolate to a certain level to increase the biogas production rate.
  • the transport cushions are successively supplied with a fluid, whereby a Weitenterrorism is generated to move the biomass through the bioreactor.
  • From DE 202005019132.9 a similar biogas plant is known in which transport cushions are additionally provided in the ceiling of the bioreactor.
  • EP 1 972 691 B1 discloses a process and a device for producing biogas by discontinuous, 2-stage dry fermentation.
  • a mixing vessel fresh biomass is mixed with percolate and made pumpable.
  • the mixture of fresh biomass and percolate is supplied to a plurality of parallel operated Gär, digesters.
  • the fermented biomass is fed to a separator and percolate separated.
  • the separated percolate is fed to a seed culture tank or percolate storage.
  • the parallel operation of three fermentation tanks biogas biogas can always be produced in at least two fermentation tanks, so that a quasi-continuous production of biogas possible.
  • DE 10157347 A1 and DE 10005390 A1 each disclose an apparatus and a method for the continuous production of biogas from biomass, in which a transport channel for the biomass to be fermented is formed in a gas-tight digester.
  • a loading device fresh biomass is supplied at one end of the transport channel and at the other end of the transport channel fermented biomass is withdrawn by means of a discharge device.
  • the generated biogas is discharged via a biogas withdrawal connection.
  • Through a Perkolatverteil issued percolate is sprayed on the biomass to be fermented.
  • the transport of the fermenting biomass through the transport channel is carried out by a sliding layer or by floating the solid components of the biomass on the percolate. From the bottom area of the transport channel, liquid percolate is drawn off, filtered and returned to the digester via the percolate distribution device.
  • a so-called garage fermenter for quasi-continuous operation is known from DE 102007044336 A1, in which an intermediate floor is drawn in in the garage-shaped fermenter or digester.
  • the fermenting biomass moves by percolation on a sliding layer in one direction, falls at the end of the Intermediate soil on the bottom of the fermenter and moves back in the opposite direction
  • the fresh biomass outside of the digester fermented or partially fermented biomass is mixed with a high proportion of percolate and thus converted into a pumpable and automatically propellable state (claim 2 and 17)
  • the biomass is only incompletely fermented in a first digester and then pumped into at least one second digester results in high throughput and correspondingly high Biogas capacities possible without the digesters having to be oversized.
  • the gas generating capacity can be increased without the need for oversized digesters.
  • screw pumps are particularly suitable. (Claim 4 and 5)
  • the mixture of fermented biomass from the discharge area of the first or second transport channel is fed to a separator.
  • the separated percolate which is enriched with biogas-producing bacteria enriched, is fed back over the Perkolatverteil worn in the digester.
  • the separated percolate is intermediately stored in a percolate reservoir. In this way, most of the biogas-producing bacteria contained in the fermented biomass is recovered.
  • the separator reduces the weight and volume of fermented biomass. Suitable separators are so-called press screw separators as are known from EP 1972691 A1 and sold by the company agrikomp in Merkendorf under the name "QuetschProfi" (claim 6 and 7)
  • the percolate is admixed from the percolate storage by means of the mixing device of the fresh biomass outside of the digester, so that the mixture is pumpable and automatically drives in the transport channel from the loading area to the unloading area.
  • a percolate control device is provided, which is connected to the Perkolatverteil worn so that the Perkolat- or liquid content of the fermenting biomass can be actively controlled in the digester.
  • this percolate control device is " 8 ⁇
  • the agitator in the discharge area of the first and / or second digester ensures that all solids in the fermented or partially fermented biomass are detected by the unloading device.
  • the percolate container In the center of the annular transport channel, the percolate container can be accommodated to save space.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an elongate fermenter according to a first embodiment of the invention
  • Figure 2 is a schematic sectional view through the digester of Figure 1 along the plane A - A.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a round fermenter according to a second embodiment of the invention
  • FIG. 4 shows a schematic sectional view through the digester of FIG. 3 along the plane B-B;
  • Fig. 5 is a schematic representation of a third embodiment of the invention with two round digesters.
  • Figs., 1 and 2 show a first embodiment of the fermenter according to the invention with an elongated, cuboid digester 2.
  • the digester 2 comprises a rectangular bottom plate 4, a top wall 5, a right side wall 6, a left side wall 7, an end wall 8 and a rear wall 9, Under the ceiling wall 5 a plurality of outlets 10 for percolate 11 a Perkolatverteil vibration 12 are provided.
  • the fermenter 2 comprises at one end a loading area 14 with a loading device 16 passing through the end wall 8 and at the other end a unloading area 18 with an unloading device 20 passing through the rear wall 9.
  • the transport channel 16 is barrier-free and has no internals for active promotion of driving in the transport channel, fermenting biomass 24.
  • the loading device 16 comprises a mixing device 26 in which fresh biomass 28 with a high solids content is mixed with fermented or partially fermented biomass 24 with a high proportion of liquid or percolate.
  • the pumpable mixture is by means of a first
  • Screw pump 30 which is arranged in a first biomass line 31, pumped through the end wall 8 of the digester 2 into the loading area 14.
  • the unloading device 20 comprises a second screw pump
  • Biomass 24 is pumped through the rear wall 9 from the digester 2.
  • the unloading device 20 comprises a separator 34 is separated by the percolate 11 from the fermented biomass 24.
  • the separated percolate 11 is pumped via a first Perkolat horr 35 in a percolate storage 36.
  • the fermented and dehydrated biomass 37 is stored temporarily.
  • the unloading device 20 further comprises an agitator 38, which dips into the fermenting biomass 24 in the Entiade Scheme 18. By the agitator 38 ensures that solids and percolate 11 are well mixed in the discharge area 18, so that all solids are detected by the second screw pump 32 and accumulate no solids in the digester 2.
  • the fermenting biomass 24 automatically drives through the transport channel 22, since fresh or biomass 28 and fermented or partially fermented biomass 24 are continuously or discontinuously supplied in the loading area 14 and continuously or discontinuously fermented or partially fermented biomass 24 is discharged in the unloading area 20.
  • the output side of the second screw pump 32 is connected to the mixing device 26 via a third biomass line 40.
  • a portion of the percolate 11 is passed through the Perkolatverteil worn 12 back into the digester 2. Another part of the is supplied via a second Perkolat ein 42 of the mixing device 26 of the loading device 16.
  • the supply of percolate 11 in the digester 2 and the supply of percolate 11 to the mixing device 26 is controlled by means of a percolate control device, not shown.
  • the percent percolate content in the fermenting biomass 24 is thus controlled by the percolate control device.
  • the biogas continuously generated in the digester 2 is removed via a biogas removal port 44 and the other
  • FIG. 3 and 4 show schematic representations of a second embodiment of the invention in the form of a round fermentation fermenter 50 with a circular cylindrical digester 52.
  • FIG. 4 shows a sectional view through the round fermenter 50 along the plane B-B.
  • the round fermenter 50 comprises a flat bottom plate 54. From the bottom plate 54, a circular cylindrical outer wall 56 extends in height.
  • the circular cylindrical outer wall 56 encloses a circular cylindrical inner wall 58 with a smaller diameter, through a Cover 60, the space between the outer and inner walls 56, 58 is closed.
  • the gas-tight interconnected bottom plate 54, the outer wall 56, the inner wall 58 and the cover 60 of the digester 52, the digester 52 is divided inside by a partition wall 62, on one side of the partition 62 is a loading area 64 with an outer wall 56th passing loading device 66 is provided. On the other side of the dividing wall 62, a discharge area 68 is provided with an unloading device 70 passing through the outer wall 56
  • Inner wall 58 and the outer wall 56 limited annular extending transport channel 72 is formed.
  • the transport channel 72 is barrier-free and contains no internals for actively conveying the fermenting biomass 24.
  • the loading device 66 corresponds in its construction to the loading device 16 and the unloading device 70 corresponds in its construction to the unloading device 70 of the first embodiment of the invention, so that a re-description is waived.
  • Fig. 5 shows schematically a third embodiment of the invention with first and second digesters 52-1 and 52-2. The two
  • Digesters 52-1 and 52-2 correspond in their construction to the digester 52 of FIGS. 3 and 4 and each have a loading area 64-1 and 64-2 and a discharge area 68-1 and 68-2.
  • Fresh biomass 28 and fermented or partially-digested biomass 24 are conveyed to the loading area 64-1 of the first digester 52-1 via a loading device 66.
  • Structure of the loading device 66 corresponds to the structure of the loading device 66 according to FIG. 3, so that a renewed description is unnecessary.
  • a first transport channel 72-1 and in the second digester 52-2 a second transport channel 72-2 is formed.
  • a transfer device 74 with a third screw pump 76 and a fourth biomass line 78 partially fermented biomass 24 with high percolate content is pumped out of the discharge area 68-1 of the first digester 52-1 and pumped into the loading area 64-2 of the second digester 52-2.
  • a fifth biomass line 80 branches off from the fourth biomass line 78 and opens into the mixing device 26. In this way, partially fermented biomass 24 of the fresh biomass 28 is added.
  • a biomass line can also branch off from the second biomass line 33 at the outlet of the second screw pump 32 and lead into the mixing device 26, as is the case in the first two embodiments.
  • a discharge device 70 the fermented biomass 24 is pumped out of the discharge areas 68-2 of the second digester 52-2 and dewatered in a separator 34.
  • the structure of the unloading device 70 corresponds to the structure of the unloading device 70 of FIG. 3, so that a re-description is unnecessary, Perkoiat Grande 36, Perkolatverteii worn 12 and the agitator 38 correspond in their construction to the components of the first and second embodiment of the invention, so that a new description is unnecessary.

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Abstract

Es wird ein Fermenter zur kontinuierlichen Erzeugung von Biogas aus Biomasse nach dem Prinzip der Feststoffmethanisierung sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Fermenters angegeben, wobei mit einem einfachen Aufbau eine sichere kontinuierlich Biogasproduktion erreicht wird. Der Fermenter umfasst ein Beladebereich (14), in den frische Biomasse (28) eingefüllt wird, und einen Entladebereich (18) aus dem die vergorene Biomasse (24) aus dem Fermenter nach außen gefördert wird. In dem Fermenter bzw. Faulbehälter (2) ist zwischen dem Belade- und dem Entladebereich ( 14, 18) ein Transportkanal (22) angeordnet, der barrierefrei ist, d. h. keine Einbauten zum aktiven Fördern der gärenden Biomasse (24) aufweist. Mittels einer Perkolatverteileinrichtung (12) wird die gärende Biomasse (24) in einem Zustand gehalten, dass sie selbsttätig aus dem Beladebereich (14) des Transportkanals (22) zu dem Entladebereich (18) des Transportkanals (22) treibt. Einbauten zur aktiven Förderung der gärenden Biomasse (24) erübrigen sich daher.

Description

Beschreibung
Fermenter zur kontinuierlichen Erzeugung von Biogas aus Biomasse nach dem Prinzip der Festsfoffmethanisϊerung sowie Verfahren zum
Betreiben eines solchen Fermenters
Die Erfindung betrifft einen Fermenter zur Erzeugung von Biogas aus Biomasse nach dem Prinzip der Feststoffmethanϊsierung gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Fermenters nach Anspruch 15.
In der Vergangenheit hat sich die Biogastechnik hauptsächlich auf die "Nassvergärung" von Gülle und/oder Bioabfäüen aus dem kommunalen
Bereich konzentriert. Anlagen und Vorrichtungen zur Erzeugung von Biogas aus Biomasse nach dem Nassgärverfahren sind z. B aus Druckschriften AT
408230 B, WO 96/12789, DE 3228391 A1 , AT 361885 B und DE 19746636
A1 bekannt. Bei dem Nassgärverfahren ist die Biomasse pumpbar, so dass derartige Bioreaktoren kontinuierlich betrieben werden können.
Nachwachsende Rohstoffe mit hohen Trockensubstanzgehalten (z.B. Maissilage) oder Festmiste können bei diesen „flüssigen" Verfahren nur in begrenztem Umfang beigemischt werden. Die so genannte "Trockenfermentation" erlaubt es, schüttfähige Biomassen aus der Landwirtschaft, aus Bioabfällen und kommunalen Pflegeflächen zu methanisieren, ohne die Materialien in ein pumpfähiges, flüssiges Substrat zu überführen. Es können Biomassen mit bis zu 50% Trockensubstanzanteil vergoren werden. Dieses Trockenfermentations-Verfahren ist beispielsweise in der EP 0 934 998 beschrieben.
Bei der "trockenen" Vergärung wird das zu vergärende Material nicht in eine flüssige Phase eingerührt, wie das zum Beispiel bei der Fiüssigvergärung von Bioabfällen der Fall ist. Stattdessen wird das in den Fermenter eingebrachte Gärsubstrat ständig feucht gehalten, indem das Perkolat am Fermenterboden abgezogen und über der Biomasse wieder versprüht wird So werden optimale Lebensbedingungen für die Bakterien erreicht. Bei der Rezirkuiation des Perkofats kann zusätzlich die Temperatur reguliert werden, und es besteht die Möglichkeit, Zusatzstoffe für eine Prozessoptimierung zuzugeben.
Aus der WO 02/06439 ist ein Fermenter in Form einer Fertiggarage bekannt, der nach dem Prinzip der Trockenfermentation im sogenannten Batch-Verfahren betrieben wird. Hierbei wird nach einer Animpfung mit bereits vergorenem Material wird das Gärsubstrat mit Radladern in den Fermenter gefüllt. Der garagenförmig aufgebaute Gärbehälter wird mit einem gasdichten Tor verschlossen. Die Biomasse wird unter Luftabschluss vergoren, dabei erfolgt keine weitere Durchmischung und es wird kein zusätzliches Material zugeführt. Das aus dem Gärgut sickernde Perkolat wird über eine Drainagerinne abgezogen, in einem Tank zwischengespeichert und zur Befeuchtung wieder über dem Gärsubstrat versprüht. Der Gärprozess findet im mesophilen Temperaturbereich bei 34-370C statt, die Temperierung erfolgt mitteis einer Boden- und Wandheizung.
Aus der DE 202004003398 U1 ist eine Biogasanlage mit einer Transporteinrichtung für Biomasse in Bioreaktoren bekannt, bei der am Boden Bioreaktors Transportkissen angeordnet sind. Aus der WO 2005/085411 A2 ist eine auf der DE 202004003398 U1 aufbauende Biogasanlage mit einer Transporteϊnrichtung für Biomasse in Bioreaktoren bekannt, bei der zusätzlich an den Seitenwänden des Bioreaktors Transportkissen angeordnet sind. Die Biomasse in diesen Bϊoreaktoren wird bis zu einem bestimmten Niveau mit Perkolat geflutet, um die Biogaserzeugungsrate zu erhöhen. Die Transportkissen sind aufeinander folgend mit einem Fluid beaufschlagbar, wodurch eine Weitenbewegung erzeugt wird, um die Biomasse durch den Bioreaktor zu bewegen. Aus der DE 202005019132.9 ist eine ähnliche Biogasanlage bekannt, bei der zusätzlich in der Decke des Bioreaktors Transportkissen vorgesehen sind. Bei diesen Biogasanlagen wird im Beladebereich kontinuierlich frische Biomasse zugeführt, die Biomasse durchläuft den Bioreaktor und es wird Biogas erzeugt. Im Entladebereϊch wird kontinuierlich „verbrauchte" Biomasse entnommen. Auf diese Weise ist eine kontinuierliche Biogaserzeugung möglich. Aus der EP 1 972 691 B1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Biogas durch diskontinuierliche, 2-stufige Trockenfermentation bekannt In einem Mischbehälter wird frische Biomasse mit Perkolat vermischt und pumpfähig gemacht. Die Mischung aus frischer Biomasse und Perkolat wird einer Mehrzahl von parallel betriebenen Gärbzw, Faulbehältern zugeführt. Nach dem die Biomasse vollständig vergoren ist, wird die vergorene Biomasse einem Separator zugeführt und Perkolat abgetrennt. Das abgetrennte Perkolat wird einem Impf kulturtank bzw. einem Perkolatspeicher zugeführt. Durch den Paralleibetrieb von drei Gärbehältern kann in wenigstens zwei Gärbehältern immer Biogas erzeugt werden, so das eine quasi-kontinuierliche Erzeugung von Biogas möglich.
Aus der DE 10157347 A1 und der DE 10005390 A1 ist jeweils eine Vorrichtung und ein Verfahren zur kontinuierlichen Erzeugung von Biogas aus Biomasse bekannt, bei dem in einem gasdichten Faulbehälter ein Transportkanai für die zu vergärende Biomasse ausgebildet ist. Mittels einer Beladeinrichtung wird an einem Ende des Transportkanals frische Biomasse zugeführt und am anderen Ende des Transportkanals wird vergorene Biomasse mittels einer Entladeeinrichtung abgezogen. Über einen Biogasentnahmeanschluss wird das erzeugte Biogas abgeführt. Durch eine Perkolatverteileinrichtung wird Perkolat über die zu vergärende Biomasse versprüht. In dem Transportkanal sind keine Einbauten oder Transporteinrichtungen vorgesehen. Der Transport der gärenden Biomasse durch den Transportkanal erfolgt durch ein Gleitschicht bzw. durch Aufschwimmen der Feststoffanteile der Biomasse auf dem Perkolat. Aus dem Bodenbereich des Transportkanals wird flüssiges Perkoiat abgezogen, gefiltert und über die Perkolatverteileinrichtung wieder dem Faulbehälter zugeführt.
Aus der DE 102007044336 A1 ist ein sogenannter Garagenfermenter zum quasikontinuierlichen Betrieb bekannt, bei dem im dem garagenförmigen Fermenter bzw. Faulbehälter ein Zwischenboden eingezogen ist. Die gärende Biomasse bewegt sich durch Perkolatbildung auf einer Gleitschicht in eine Richtung, fällt am Ende von dem Zwischenboden auf den Boden des Fermenters und bewegt sich in entgegengesetzer Richtung wieder zurück
Aus der DE 19746636 A1 ist eine Biogasanlage bekannt, die einen ersten zylindrischen Faulbehälter aufweist, αer mnernaib eines zweiten zylindrischen Faulbehälters angeordnet ist Durch diese
Ineinanderschachtelung kann eine erhöhte Gasleistung nur durch einen vergrößerten Durchmesser der beiden Faulbehälter erreicht werden
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen verbesserten Fermenter zur kontinuierlichen Erzeugung von Biogas anzugeben, der einen einfachen Aufbau aufweist und einen sicheren, kontinuierlichen Betrieb ermöglicht Weiter ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Fermenters anzugeben
Die Losung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs
1 bzw 15
Dadurch, dass der Transportkanal barrierefrei ist, d h keine Einbauten zum aktiven Fordern der garenden Biomasse aufweist, ergibt sich ein einfacher Aufbau des Fermenters Mittels der Perkolatverteilemπchtung wird die garende Biomasse in einem Zustand gehalten, dass sie selbsttätig aus dem Beladebereich des Transportkanals zu dem Entladebereich des Transportkanals treibt Einbauten zur aktiven Forderung der garenden Biomasse erübrigen sich daher (Anspruch 1 und 15)
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der frischen Biomasse außerhalb des Faulbehälters vergorene oder teilvergorene Biomasse mit einem hohen Anteil an Perkolat zugemischt und damit in einen pumpbaren und selbsttätig treibfahigen Zustand übergeführt (Anspruch 2 und 17)
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Biomasse in einem ersten Faulbehälter nur unvollständig vergoren und anschließend in wenigstens einen zweiten Faulbehälter umgepumpt Hierdurch sind hohe Durchsatzleistungen und entsprechend hohe Biogasleistungen möglich, ohne dass die Faulbehälter übergroß dimensioniert werden müssen. Je größer der Faulbehälter wird, um so stabiler muss er gebaut sein, um die erhöhten Drücke aufzunehmen. Durch die Reihenschaltung von zwei oder mehr Faulbehältern iässt sich die Gaserzeugungsleistung vergrößern, ohne dass übergroße Faulbehälter nötig wären. (Anspruch 3 und 16)
Zum Fördern und Pumpen der Biomasse mit hohem Perkolatanteil eignen sich besonders Schneckenpumpen. (Anspruch 4 und 5)
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Gemisch aus vergorener Biomasse aus dem Entladebereich des ersten oder zweiten Transportkanals einem Separator zugeführt. Das abgetrennte Perkolat, das hoch mit Biogas erzeugenden Bakterien angereicht ist, wird über die Perkolatverteileinrichtung in den Faulbehälter zurück geführt. Vorzugsweise wird das abgetrennte Perkolat in einem Perkolatspeicher zwischengeiagert. Auf diese Weise wird der Großteil der in der vergorenen Biomasse enthaltenen, Biogas erzeugenden Bakterien zurück gewonnen. Zusätzlich wird durch den Separator das Gewicht und das Volumen der vergorenen Biomasse reduziert. Als Separatoren eignen sich sogenannte Pressschneckenseparatoren wie sie aus der EP 1972691 A1 bekannt sind und von der Firma agrikomp in Merkendorf unter der Bezeichnung „QuetschProfi" vertrieben werden (Anspruch 6 und 7)
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Perkoiat aus dem Perkolatspeicher mittels der Mischeinrichtung der frischen Biomasse außerhalb des Faulbehälters zugemischt, so dass das Gemisch pumpbar wird und im Transportkanal selbsttätig aus dem Beladebereich zu dem Entladebereich treibt. (Anspruch 8)
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Perkolat-Steuereinrichtung vorgesehen, die mit der Perkolatverteileinrichtung verbunden ist, so dass der Perkolat- bzw. Flüssigkeitsanteil der gärenden Biomasse in dem Faulbehälter aktiv gesteuert werden kann. Vorzugsweise ist diese Perkolat-Steuereinrichtung „ 8 ~
mit dem Perkolatspeicher, der Perkolat-Zumischeinrichtung und dem
Separator verbunden (Anspruch 9 und 10)
Durch die vorteilhafte Ausgestaltung des Transportkanals mit einem leichten Gefälle wird die selbsttätige Förderung der gärenden Biomasse in dem Transportkanal unterstützt. (Anspruch 11 und 12)
Durch das Rührwerk im Entladebereich des ersten und/oder zweiten Faulbehälters wird sichergestellt, dass alle Feststoffanteile in der vergorenen oder teilvergorenen Biomasse durch die Entladeeinrichtung erfasst werden. (Anspruch 13)
Durch die ringförmige Ausgestaltung des Transportkanals ergibt sich ein „Rundfermenter" mit einem kompakten und platzsparenden Aufbau. (Anspruch 14)
Im Zentrum des ringförmigen Transportkanals kann der Perkolatbehälter platzsparend untergebracht werden.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung zeigt die nachfolgende Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen anhand der Zeichnungen:
Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines lang gestreckten Fermenters gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung durch den Faulbehälter nach Fig. 1 entlang der Ebene A - A;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Rundfermenters gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; Fig. 4 eine schematische Schnittdarsteilung durch den Faulbehälter nach Fig. 3 entlang der Ebene B - B; und
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der Erfindung mit zwei runden Faulbehältern.
Fig, 1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform des erfindungsgemaßen Fermenters mit einem einen langgestreckten, quaderförmigen Faulbehälter 2. Der Faulbehälter 2 umfasst eine rechteckigen Bodenplatte 4, eine Deckenwand 5, eine rechten Seitenwand 6, eine linken Seitenwand 7, eine Stirnwand 8 und eine Rückwand 9, Unter der Deckenwand 5 sind mehrere Auslässe 10 für Perkolat 11 einer Perkolatverteileinrichtung 12 vorgesehen. Der Fermenter 2 umfasst an einem Ende eine Beladebereich 14 mit einer die Stirnwand 8 durchsetzenden Beladeeinrichtung 16 und am anderen Ende einen Entladebereich 18 mit einer die Rückwand 9 durchsetzenden Entladeeinrichtung 20. Zwischen Beladebereich 14 und Entladebereich 18 ist ein durch die Stirnwand 8, die beiden Seitenwände 6, 7, die Bodenplatte 4, die Deckenplatte 5 und die Rückwand 9 begrenzter Transportkanal 22 ausgebildet. Der Transportkanal 16 ist barrierefrei und weist keine Einbauten zur aktiven Förderung der in dem Transportkanal treibenden, gärenden Biomasse 24 auf.
Die Beladeeinrichtung 16 umfasst eine Mischeinrichtung 26 in der frische Biomasse 28 mit hohem Feststoffanteil mit vergorener oder teilvergorener Biomasse 24 mit hohem Flüssigkeits- bzw. Perkolatanteil vermischt wird. Das pumpfähige Gemisch wird mittels einer ersten
Schneckenpumpe 30, die in einer ersten Biomasseleitung 31 angeordnet ist, durch die Stirnwand 8 des Faulbehälters 2 in den Beladebereich 14 gepumpt. Die Entladeeinrichtung 20 umfasst eine zweite Schneckenpumpe
32 mittels der über eine zweite Biomasseleitung 33 aus dem Entladebereich
18 am Ende des Transportkanals 22 die vergorene oder teilvergorene
Biomasse 24 durch die Rückwand 9 aus dem Faulbehälter 2 gepumpt wird.
Die Entladeeinrichtung 20 umfasst einen Separator 34 durch den Perkolat 11 aus der vergorenen Biomasse 24 abgetrennt wird. Das abgetrennte Perkolat 11 wird über eine erste Perkolatleitung 35 in einen Perkolatspeicher 36 gepumpt. Die vergorene und entwässerte Biomasse 37 wird zwischengelagert. Die Entladeeinrichtung 20 umfasst weiter ein Rührwerk 38, das in die gärende Biomasse 24 in dem Entiadebereich 18 eintaucht. Durch das Rührwerk 38 wird gewährleistet, dass Feststoffanteile und Perkolat 11 im Entladebereich 18 gut durchmischt werden, so dass alle Feststoffanteile durch die zweite Schneckenpumpe 32 erfasst werden und sich keine Feststoffanteile in dem Faulbehälter 2 anreichern. Aufgrund des hohen Flüssigkeitsanteils treibt die vergärende Biomasse 24 selbsttätig durch den Transportkanal 22, da im Beladebereich 14 kontinuierlich oder diskontinuierlich frische Biomasse 28 und vergorene oder teilvergorene Biomasse 24 zugeführt und im Entladebereich 20 kontinuierlich oder diskontinuierlich vergorene oder teilvergorene Biomasse 24 abgeführt wird. Die Ausgangseite der zweiten Schneckenpumpe 32 ist über eine dritte Biomasseleitung 40 mit der Mischeinrichtung 26 verbunden.
Ein Teil des Perkolats 11 wird über die Perkolatverteileinrichtung 12 zurück in den Faulbehälter 2 geführt. Ein anderer Teil des wird über eine zweite Perkolatleitung 42 der Mischeinrichtung 26 der Beiladeeinrichtung 16 zugeführt. Die Zuführung von Perkolat 11 in den Faulbehälter 2 und die Zuführung von Perkolat 11 zu der Mischeinrichtung 26 wird mittels einer nicht dargestellten Perkolat-Steuereinrichtung gesteuert. Durch die Perkolat- steuereinrichtung wird somit der Perkolatanteil in der gärenden Biomasse 24 gesteuert. Das kontinuierlich in dem Faulbehälter 2 erzeugte Biogas wird über einen Biogasentnahmeanschluss 44 entnommen und der weiteren
Verwendung zugeführt - nicht dargestellt.
Fig. 3 und 4 zeigen schematische Darstellungen einer zweiten Ausführungsform der Erfindung in Form eines Fermenters 50 in Rundbauweise mit einem kreisringzylindrischem Faulbehälter 52. Fig. 4 zeigt eine Schnittdarstellung durch den Rundfermenter 50 entlang der Ebene B - B. Der Rundfermenter 50 umfasst eine ebene Bodenplatte 54. Von der Bodenplatte 54 erstreckt sich eine kreiszylinderische Außenwand 56 in die Höhe. Die kreiszylindrische Außenwand 56 umschließt eine kreiszylinderische Innenwand 58 mit kleinerem Durchmesser, Durch eine Abdeckung 60 wird der Raum zwischen Außen- und Innenwand 56, 58 geschlossen. Die gasdicht miteinander verbundene Bodenplatte 54, die Außenwand 56, die Innenwand 58 und die Abdeckung 60 büden den Faulbehälter 52, Der Faulbehälter 52 wird im Inneren durch eine Trennwand 62 unterteilt, Auf einer Seite der Trennwand 62 ist ein Beladebereich 64 mit einer die Außenwand 56 durchsetzenden Beladeeinrichtung 66 vorgesehen. Auf der anderen Seite der Trennwand 62 ist ein Entladebereich 68 mit einer die Außenwand 56 durchsetzenden Entladeeinrichtung 70 vorgesehen
Zwischen Beladebereich 64 und Entladebereich 68 ist ein durch die
Innenwand 58 und die Außenwand 56 begrenzter ringförmig verlaufender Transportkanal 72 ausgebildet. Der Transportkanal 72 ist barrierefrei und enthält keine Einbauten zur aktiven Förderung der gärenden Biomasse 24. Die Beladeeinrichtung 66 entspricht in ihrem Aufbau der Beladeeinrichtung 16 und die Entladeeinrichtung 70 entspricht in ihrem Aufbau der Entladeeinrichtung 70 der ersten Ausführungsform der Erfindung, so dass auf eine erneute Beschreibung verzichtet wird.
Fig. 5 zeigt schematisch eine dritte Ausführungsform der Erfindung mit ersten und einem zweiten Faulbehältern 52-1 und 52-2. Die beiden
Faulbehälter 52-1 und 52-2 entsprechen in ihrem Aufbau dem Faulbehälter 52 aus Fig. 3 und 4 und weisen jeweils einen Beladebereich 64-1 und 64-2 sowie einen Entiadebereich 68-1 und 68-2 auf. Über eine Beladeeinrichtung 66 wird frische Biomasse 28 und vergorene oder teiivergorene Biomasse 24 in den Beladebereich 64-1 des ersten Faulbehälters 52-1 befördert. Der
Aufbau der Beladeeinrichtung 66 entspricht dem Aufbau der Beladeeinrichtung 66 nach Fig, 3, so dass sich eine erneute Beschreibung erübrigt. Im ersten Faulbehälter 52-1 ist ein erster Transportkanal 72-1 und im zweiten Faulbehälter 52-2 ist ein zweiter Transportkanal 72-2 ausgebildet. Mittels einer Umladeeinrichtung 74 mit einer dritten Schneckenpumpe 76 und einer vierten Biomassleitung 78 wird teilvergorene Biomasse 24 mit hohem Perkolatanteil aus dem Entladebereich 68-1 des ersten Faulbehälters 52-1 abgepumpt und in den Beladebereich 64-2 des zweiten Faulbehälters 52-2 gepumpt. Am Ausgang der dritten Schneckenpumpe 76 zweigt eine fünfte Biomasseleitung 80 von der vierten Biomasseleitung 78 ab und mündet in die Mischeinrichtung 26. Auf diese Weise wird teilvergorene Biomasse 24 der frischen Biomasse 28 zugemischt. Alternativ oder zusätzlich kann auch von der zweiten Biomasseleitung 33 am Ausgang der zweiten Schneckenpumpe 32 eine Biomasseleitung abzweigen und in die Mischeinrichtung 26 führen, wie dies bei den ersten beiden Ausführungsformen der Fall ist. Über eine Entladeeinrichtung 70 wird die vergorene Biomasse 24 aus dem Entladebereiche 68-2 des zweiten Faulbehälters 52-2 abgepumpt und in einem Separator 34 entwässert. Der Aufbau der Entladeeinrichtung 70 entspricht dem Aufbau der Entladeeinrichtung 70 nach Fig. 3, so dass sich eine erneute Beschreibung erübrigt, Perkoiatspeicher 36, Perkolatverteiieinrichtung 12 und die Rührwerk 38 entsprechen in ihrem Aufbau den Komponenten aus der ersten und zweiten Ausführungsform der Erfindung, so dass sich eine erneute Beschreibung erübrigt.
Durch die dritte Ausführungsform der Erfindung wird es möglich, höhere Durchsatzleistungen für Biomasse und damit größere Gasmengen zu erzielen, ohne dass ein einzelner Faulbehälter überdimensional groß sein müsste Die einfache Vergrößerung eines einzigen Faulbehälters würde aufgrund der höheren hydraulischen Drücke stärkere und damit teuere Begrenzungswände für den Faulbehälter bedingen.
Typische Maße für die Rundfermenter gemäß der zweiten und dritten Ausführungsform sind:
Außendurchmesser D = 42 m, Innendurchmesser d = 12 m, Höhe H = 6 m. Bezugszeichenliste
2 Faulbehälter
4 Boderipiatte
5 Deckenwand
6 linke Seitenwand
7 rechte Seitenwand
8 Stirnwand
9 Rückwand
10 Perko!ataus!ass
11 Perkolat
12 Perkolatverteileinrichtung
14 Beladebereich
16 Beladeeinrichtung
18 Entladebereich
20 Entladeeinrichtung
22 Transportkanal
24 gärende, vergorene Biomasse
26 Mischeinrichtung
28 frische Biomasse
30 erste Schneckenpumpe
31 erste Biomasseleitung
32 zweite Schneckenpumpe
33 zweite Biomasseleitung
34 Separator
35 erste Perkolatleitung
36 Perkolatspeicher
37 vergorene und entwässerte Biomasse
38 Rührwerk
40 dritte Biomasseleitung
42 zweite Perkolatleitung
44 Biogasentnahmeanschluss
50 Rundfermenter
52 Faulbehälter 54 Bodenplatte
56 Außenwand
58 Innenwand
60 Abdeckung
62 Trennwand
64 Beladebereich
66 Beladeeinrichtung
68 Entladebereich
70 Entiadeeinrichtung
72 Transportkanal
52-1 erster Faulbehälter
52-2 zweiter Faulbehälter
64-1 Beladebereich von 52-1
64-2 Beladebereich von 52-2
68-1 Entladebereich von 52-1
68-2 Entladebereich von 52-2
72-1 erster Transportkanal
72-2 zweiter Transportkanal
74 Umladeeinrichtung
76 dritte Schneckenpumpe
78 vierte Biomasseleitung
80 fünfte Biomasseleitung

Claims

Ansprüche
Fermenter zur kontinuierlichen Erzeugung von Biogas aus Biomasse nach dem Prinzip der Fβststoffmethanisϊerung, mit
- einem gasdichten Faulbehälter (2; 52; 52-1 , 52-2) in dem ein Transportkana! (22; 72, 72-1 , 72-2) für Biomasse (24) mit einem Beladebereich (14; 64, 64-1 , 64- 2) am Anfang des Transportkanals und einem Entladebereich (18; 68; 68-1 , 68- 2) am Ende des Transportkanais ausgebildet ist,
- einer Beladeeinrichtung (16; 66), die von außen in den Beladebereich (14; 64; 64-1 ) ragt, zum Zuführen von frischer Biomasse (28) in den Faulbehälter (2; 52; 52-1),
- einer Entladeeinrichtung (20; 70), die aus dem Entladebereich (18; 68; 68-2) nach außen ragt, zum Entnehmen von vergorener Biomasse (24) aus dem Faulbehälter,
- einer Perkolatverteileinrichtung (12) zum Besprühen der gärenden Biomasse (24) in dem Faulbehälter mit Perkolat (11 ), und
- einem Biogasentnahmeanschluss (44), dadurch gekennzeichnet, dass der Transportkanal (22; 72; 72-1 , 72-2) zum Fördern der gärenden Biomasse (24) von dem Beladebereich (14; 64; 64-1 , 64-2) zu dem Entladebereich (18; 68; 68-1 , 68-2) keine Einbauten zur aktiven Förderung der gärenden Biomasse (24) aufweist. , Fermenter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Beladeeinrichtung (16; 66) eine Mischeinrichtung (26) zum Mischen von frischer Biomasse (28) und vergorener oder teilvergorener Biomasse (24) umfasst. , Fermenter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein zweiter Faulbehälter (52-2) vorgesehen ist, der einen zweiten Transportkanal (72-2) für Biomasse mit einem Beladebereich (64-2) am
Anfang des zweiten Transportkanals (72-2) und einem Entladebereich (68-2) am
Ende des zweiten Transportkanais (72-2) umfasst, dass die Faulbehälter (52- 1 , 52-2) nebeneinander angeordnet sind, dass zwischen den Faulbehältern (52- 1 , 52-2) eine Umladeeinrichtung (74) vorgesehen ist, um teilvergorene Biomasse (24) aus dem Entladebereich (68-1 ) des ersten Faulbehälters (52-1) in den Beiadebereich (64-2) des zweiten Faulbehälters (52-2) zu fördern, und dass die Entladeeinrichtung (70) vergorene Biomasse (24) aus dem Entladebereich (68-2) des zweiten Faulbehälters (52-2) fördert.
4. Fermenter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beladeinrichtung (16; 66), die Umladeeinrichtung (74) und die Entladeeinrichtung (20; 70) Pumpen (30, 32, 76) zum Fördern der Gemisches aus frischer Biomasse (28) und vergorener oder teilvergorener Biomasse (24) und der vergorenen oder teilvergorenen Biomasse (24) umfassen.
5. Fermenter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpen Schneckenpumpen (30, 32, 76) sind.
6. Fermenter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladeeinrichtung (20; 70) einen Separator (34) zum Abtrennen von Perkolat (11) aus der aus dem Entladebereich (18; 68; 68-2) des ersten oder zweiten Transportkanals (22; 72; 72-1 , 72-2) geförderten vergorenen Biomasse (24) umfasst.
7. Fermenter nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen Perkolatspeicher (36) zur Zwischenlagerung des Perkolats (11) aus dem Separator (34).
8. Fermenter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinrichtung (26) mit dem Perkolatspeicher (36) verbunden ist.
9. Fermenter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine mit der Perkolatverteileinrichtung (12) verbundenen Perkolat- Steuereinrichtung zum Steuern des Perkolatfüllstandes in den Faulbehältern (2;
52; 52-1 ; 52-2).
10. Fermenter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Perkolat- Steuereinrichtung mit dem Perkolatspeicher (36), der Mischeinrichtung (26) und dem Separator (34) verbunden ist.
11. Fermenter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder der zweite Transportkanal (22; 72; 72- 1 , 72-2) zwischen Beladebereich (14; 64; 64-1 , 64-2) und Entladebereich (18; 68; 68-1 , 68-2) eine Gefälle aufweist.
12. Fermenter nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gefälle im Transportkanal (22; 72; 72-1 , 72-2) zwischen 0,5% und 5% und vorzugsweise zwischen 1 % und 2% beträgt.
13. Fermenter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Ent!adebereich (18; 68; 68-1 , 68-2) des ersten und/oder zweiten Transportkanals (22; 72; 72-1 , 72-2) ein Rührwerk (38) angeordnet ist.
14. Fermenter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder zweite Faulbehälter (52; 52-1 , 52-2) umfasst:
- eine gasdichte Bodenplatte (54),
- eine gasdichte, sich von der Bodenplatte (54) in die Höhe erstreckende zylinderische, insbesondere kreiszylinderische Außenwand (56),
- eine gasdichte, sich von der Bodenplatte (54) in die Höhe erstreckende zylinderische, insbesondere kreiszylinderische Innenwand (58),
- eine gasdichten Abdeckung (60), die mit Außen- und Innenwand (56, 58) verbunden ist,
- eine sich von der Bodenplatte (54) zwischen Außenwand (56) und Innwand (58) in die Höhe erstreckende Trennwand (62),
- wodurch zwischen Bodenplatte (54), Außenwand (56), Innenwand (58) und Abdeckung (60) der Transportkanal (72; 72-1 , 72-2) mit einer ringzyiindrischen Form zur Aufnahme der Biomasse (24) festgelegt ist,
- wobei die Beladeeinrichtung (66) auf einer Seite der Trennwand (62) die Außenwand (56) durchsetzt, und wobei die Entladeeinrichtung (70) auf der anderen Seite der Trennwand (62) die Außenwand (54) durchsetzt.
15. Verfahren zum Betreiben eines Fermenters nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur kontinuierlichen Erzeugung von Biogas nach dem Prinzip der Feststoffmethanisierung mit den Verfahrensschritten:
- Förderung von frischer Biomasse (28) über die Beladeeinrichtung (16; 66) in den Beladebereich (14; 64; 64-1) des ersten Faulbehälters (2; 52; 52-1) am Anfang des ersten Transportkanals (22; 72; 72-1);
- Selbsttätiger Transport der gärenden Biomasse (24) von dem Beladebereich (14, 64; 64-1) am Anfang des ersten Transportkanals (22, 72; 72-1) zu dem Entladebereϊch (18; 68; 68-1) am Ende des ersten Transportkanals (22, 72; 72-
1);
- Entnahme des Gemisches von Vergorener Biomasse (24) und Perkoiat (11) über die Entladeeinrichtung (20; 70) aus dem Entladebereich (18; 68; 68-1) am Ende des ersten Transportkanals (22; 72; 72-1);
- Abtrennen des Perkolats (11) aus dem Gemisch von vergorener Biomasse (24) und Perkoiat (11), und
- Kontinuierliche Entnahme von Biogas aus dem ersten Faulbehälter (2, 52; 52- 1). , Verfahren nach Anspruch 15, weiter gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:
- Entnehmen teilvergorener Biomasse (24) aus dem Entiadebereich (68-1) des ersten Transportkanals (72-1 ) und Zuführung in den Beladebereich (64-2) des zweiten Transportkanals (72-2);
- Selbsttätiger Transport der gärenden Biomasse (24) aus dem Beladebereich (64-2) am Anfang des zweiten Transportkanals (72-2) zu dem Entladebereich (68-2) am Ende des zweiten Transportkanals (72-2);
- Entnahme des Gemisches aus vergorener Biomasse (24) und Perkoiat (11) über die Entladeeinrichtung (70) aus dem Entladebereich (68-2) am Ende des zweiten Transportkanals (72-2);
- Abtrennen des Perkolats (11) aus dem Gemisch von vergorener Biomasse (24) und Perkoiat (11), und
- Kontinuierliche Entnahme von Biogas aus dem ersten und zweiten Faulbehälter (52-1 , 52-2). , Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der frischen Biomasse (28) vergorene oder teilvergorene Biomasse (24) zugemischt wird.
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