DE10115623A1

DE10115623A1 - Vorrichtung zur Lagerung flüssiger organischer Stoffe wie Gülle und zur Speicherung von Biogas

Info

Publication number: DE10115623A1
Application number: DE10115623A
Authority: DE
Inventors: Herbert Pfefferkorn; Klaus-Peter Ploetner
Original assignee: AGRONET GmbH
Current assignee: AGRONET GmbH
Priority date: 2001-03-29
Filing date: 2001-03-29
Publication date: 2002-10-17

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Gasspeicher für eine Biogasanlage, die zum anaeroben Abbau von Biomasse eingesetzt wird. Derartige Anlagen bestehen zumindest aus einem Gärbehälter und einer Abdeckung, die entweder als feste, stationäre Abdeckung oder als flexible Abdeckung, zumeist als Folie ausgeführt ist. Feste Abdeckungen beispielsweise in Form eines Daches sind kostenintensiv, flexible Abdeckungen sind mit einer starken Beanspruchung des Abdeckmaterials verbunden. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine flexible und witterungsunabhängigere Abdeckung des Gasraumes von Biogasanlagen zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gelöst, die einen stationären Behälter mit veränderlichem Volumen umfaßt, wobei der untere Teil des Behälters von einem Gärbehälter (1) und der obere Teil von einer den Gärbehälter noch oben gasdicht verschließenden Abdeckung (2) aus einer witterungs- und gasbeständigen Folie gebildet ist, wobei die Folie auf ein Gerüst gespannt ist, das von Schwimm- und Stabiliserungskörpern (5) getragen ist, die sich in dem Behälter befinden und in der Gülle schwimmen, wodurch erreicht wird, daß sowohl Gülle als auch Gasvolumen variabel sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasspeicher für eine Biogasanlage, die zum ana eroben Abbau von Biomasse eingesetzt wird.

Es sind verschiedene Grundformen derartiger Anlagen bekannt. Grundsätzlich bestehen Biogasanlagen, bei denen Biomasse anaerob abgebaut wird, aus einem Fermenter, in dem die Gärung stattfindet, und einem Gasraum, in dem das bei der Gärung entstehende Gas, insbesondere Methan gesammelt wird. Eine übliche Ausgestaltung einer solchen Anlage besteht aus einer teilweise in den Untergrund eingelassenen Betonwanne, vorzugsweise einem flachen Rundbehälter mit großem Durchmesser. Nach oben ist die Anlage von einer flexiblen Abdeckung, vorzugsweise einer Kunststoffolie abgeschlossen. Die Folie ist dabei gasdicht an der Oberkante des Fermenters angebracht und bläht sich durch das bei der Gärung entstehende Biogas auf, bis sie annähernd eine auf der Wanne ruhende Halbkugel bildet. Bei einer solchen Konstruktion ist je doch die Wärmeisolierung unzureichend, überdies wird die Haltbarkeit der Folie im schlaffen Zustand durch die ungehinderte Einwirkung von Wind und Wetter beeinträchtigt. (Siehe dazu H. Schulz, Biogas-Praxis, Landwirtschaftliche Bio gaserzeugung, Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft, 1998).

Es ist deshalb empfehlenswert, den Gasraum mit einer festen Ummantelung zu umgeben, wozu beispielsweise die Seitenwände des Fermenters erhöht wer den. Auf diese Weise wird die Folie vor Einwirkungen des Windes und vor Au ßenfeuchtigkeit geschützt, überdies trägt die Ummantelung zur Verbesserung der Wärmeisolierung bei. Ein auf diese Weise gebildetes Schutzdach ist jedoch erst recht Wind und Wetter ausgesetzt, so daß eine aufwendige und teure Kon struktion notwendig ist.

Alternativ ist deshalb vorgeschlagen worden, die zur Abdeckung des Fermen ters verwendete Folie doppellagig auszuführen. Zwischen die untere und obere Folie wird mittels eines kleinen Gebläses immer soviel Luft eingeblasen, daß die obere Folie die erwähnte Halbkugelform bildet. Diese bietet dem Wind we niger Angriffsfläche. Die untere Folie trennt Luft und Biogas und kann sich der wechselnden Biogasmenge anpassen. Um so mehr sich der mit der unteren Folie abgedeckte Gasraum füllt, desto weniger Luft wird in den Raum zwischen den beiden Folien eingeblasen und umgekehrt. Eine Biogasanlage, die dieses Prinzip anwendet, wird beispielsweise in DE 196 50 055 beschrieben. Das ständige Zuführen von Luft mittels eines Gebläses ist jedoch energetisch und somit wirtschaftlich nicht akzeptabel. Außerdem muß auch die obere Folie ge gen Wind- und Wettereinflüsse gesichert werden, wenn sie über einen längeren Zeitraum verwendet werden soll.

Nachteil beider Systeme zur flexiblen Abdeckung des Gasraumes ist es jedoch generell, daß an die Folie hohe Ansprüche gestellt werden, da die Folie ständi gen anderen Drücken ausgesetzt wird. Überdies muß die Folie im Vergleich zum Durchmesser des Beckens große Durchmesser aufweisen, wenn sie einen geeignet großen Gasraum bilden soll. Im schlaffen Zustand bilden sich somit Falten oder hängt die Folie durch, so daß sie auch in dieser Hinsicht stark be ansprucht wird.

Bei der in DE 196 08 996 offenbarten Vorrichtung ist die Außenkante einer Formplane am oberen Rand eines zylindrischen Behälters gasdicht befestigt, während die Innenkante der Formplane mit einer kreisrunden Scheibe gasdicht verbunden ist. Die Scheibe befindet sich am oberen Ende eines Führungsroh res, an dessen unteren Ende ein Gewicht angebracht ist. Das Führungsrohr kann auf einem in der Mitte des Bodens des zylindrischen Behälters befestigten Dorn in senkrechter Richtung gleiten, so daß die Scheibe die Formplane zur Mitte des zylindrischen Behälters zentriert und fixiert. Auf diese Weise wird ein Behälter mit flexiblem Volumen geschaffen, dessen Größe sich nach der Menge der zu lagernden Gülle und der Menge des benötigten Biogases richtet. Der Gasdruck sorgt im Zusammenspiel mit dem Gewicht dafür, daß die Formplane straf gehalten wird. Das ist jedoch auch nur dann der Fall, wenn sich eine Min destmenge Gas in dem Behälter befindet.

Nachteil dieser Lösung ist allerdings, daß die Veränderung des Gasraumvolu mens eine Veränderung der Form der Folie bedingt, da sich die Höhe der Scheibe ändert. Damit werden an die Flexibiltät der Folie weiterhin hohe An sprüche gestellt. Außerdem sammelt sich auf der Folie oberhalb der Scheibe Regenwasser an, daß abgeleitet werden muß. Wird dies - wie vorgeschlagen - über einen Siphon in die Gülle geleitet, werden die Gärbedingungen verändert, was bei bestimmten Anwendungen unzweckmäßig ist. Eine andere Form der Ableitung des sich sammelnden Regenwassers ist mit einem technisch nicht vertretbaren Aufwand verbunden.

Ein weiterer wesentlicher Nachteil dieser Lösung ist, daß mit dieser Vorrichtung nur auf eine Veränderung der Gasmenge selbst reagiert wird, nicht aber auf unterschiedliche eingebrachte Güllevolumina. Das Volumen des Gasraumes wird von der eingebrachten und der sich entwickelnden Biogasmenge be stimmt, nicht aber von der Menge der eingebrachten Gülle. Wird also nur eine geringe Güllemenge eingebracht, muß der von dieser Menge im Vergleich zu einer großen eingebrachten Güllemenge ungenutzte Raum von dem Biogas gefüllt werden.

Überdies besteht der Nachteil, daß infolge des Gleitens des Führungsrohrs Verschleiß der Folie eintritt, diese undicht wird, wodurch ein explosives Luft- Biogas-Gemisch entsteht. Daher ist ein hoher Wartungsaufwand für die Kon trolle der Dichtheit zu erwarten.

Es ist daher Ziel der vorliegenden Erfindung, die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik zu überwinden. Dabei steht die Aufgabe, eine Lösung zu finden, die eine flexible, witterungsunabhängigere und dabei kostengünstige Abdeckung des Gasraumes von Biogasanlagen ermöglicht und völlig war tungsfrei ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruches gelöst. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die gas- und witterungsbeständige Folie, die zur gasdichten Abdeckung des Gär behälters dient, auf ein Gerüst gespannt ist, wobei das Gerüst von Schwimm- und Stabilisierungskörpern getragen wird, die sich in dem Behälter befinden.

Befindet sich keine oder nur eine sehr geringe Menge Gülle in dem Behälter liegen die Schwimm- und Stabilisierungskörper auf dem Boden des Gärbehäl ters auf. Wird weitere Gülle in den Behälter gefüllt, schwimmen die Schwimm- und Stabilisierungskörper in der Gülle, so daß die Abdeckung angehoben wird. Dies ist auch dann der Fall, wenn das Volumen an Biogas, das sich in dem Be hälter befindet zunimmt. Auch dann werden aufgrund des von dem Biogas auf die Abdeckung ausgeübten Druckes die Schwimm- und Stabilisierungskörper aus der Gülle herausgehoben, so daß sich der Gasraum vergrößert. Nimmt die Biogasmenge wieder ab ober sinkt der Güllestand in dem Gärbehälter sinkt die Schwimm- und Stabilisierungskörper wieder nach unten, so daß der von der Abdeckung überdeckte Raum wieder abnimmt.

Der Behälter, der aus dem Gärbehälter und der Abdeckung gebildet ist, weist darüber hinaus Zu- und Ableitungen für die flüssigen organischen Stoffe, ins besondere Gülle, und das Biogas auf. Überdies können Einrichtungen wie Bo denheizungen oder Rührer zum Bewegen der organischen Stoffe vorgesehen sein. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dann beispielsweise als Nachgär anlage für Gülle einsetzbar.

Die Vorrichtung bietet mehrere Vorteile. Mittels der Schwimm- und Stabilisie rungskörper wird ein Behälter zur Lagerung flüssiger organischer Stoffe wie Gülle und zur Speicherung von Biogas mit flexiblem Volumen geschaffen, ohne daß die Flexibilität wie im Sand der Technik durch eine Veränderung der Form der Folie geschaffen wird. Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist die Form der Folie unabhängig vom Volumen des Behälters. Damit wird die Folie nicht stän dig beansprucht. Da sich die Form dieser Folie infolge des Gerüstes, auf dem sie aufgespannt ist, nicht verändert, ist die Abdeckung auch witterungs-, insbe sondere windunabhängiger, da eine geeignete, windsichere Form der Folie ge wählt werden kann. Eine derartige bevorzugte Form ist eine halbkugelförmige Ausgestaltung der Abdeckung. Demnach sollte die auf dem Gerüst aufliegende Folie eine in bezug auf den Behälter nach außen gewölbte Gasglocke über dem Gärbehälter bilden.

Darüber hinaus ist der Wärmeverlust gegenüber herkömmlichen Vorrichtungen geringer, da jeweils nur der von der Gülle und dem Biogas benötigte Raum in dem Behälter zur Verfügung steht.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung bilden die Schwimm- und Stabili sierungskörper einen Schwimmkranz, an dem der Rand der Folie gasdicht be festigt ist. Der Außendurchmesser des Schwimmkranzes entspricht im wesent lichen dem Innendurchmesser des Behälters. Gegebenenfalls sind an der In nenseite des Gärbehälters eine oder mehrere senkrechte Schienen ange bracht, die in den Schwimmkranz eingreifen, so daß dieser auf den Schienen gleiten kann. Das Maximalvolumen des Behälters kann dabei durch Riegel be stimmt werden, die sich an den oberen Enden der Schienen befinden, so daß Schwimmkörper nicht über eine maximale Position hinaus gleiten können. Überdies ist es auch möglich, den Schwimmkörper lose durch zwei oder mehre re Seile zu arretieren.

Zweckmäßigerweise kann das Gerüst aus feuerverzinkten Stahlprofilen beste hen, während die Schwimm- und Stabilisierungskörper aus Chrom-Nickel-Stahl gebildet sind. Auf diese Weise wird die Korrosion des Gestells weitgehend ver hindert.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1a eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit gerin gem Güllevolumen im Querschnitt;

Fig. 1b eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit hohem Güllevolumen im Querschnitt;

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Draufsicht.

Zunächst wird auf Fig. 1a bezug genommen. Die Vorrichtung zur Lagerung flüssiger organischer Stoffe wie Gülle und zur Speicherung von Biogas besteht aus einem Gärbehälter 1 und einer Abdeckung 2. In dem Gärbehälter befindet sich die Gülle 3. Der Gasraum 4 wird von der Abdeckung 2 nach oben hin be grenzt. Darüber hinaus umfaßt die Vorrichtung Zu- und Ableitungen für Gülle und Biogas, die jedoch nicht gezeigt werden. Die Abdeckung 2 wird von einer Folie gebildet, die auf ein Gerüst gespannt ist. Das Gerüst wird von Schwimm- und Stabilisierungskörpern 5 getragen, die einen Schwimmkranz bilden. In der Mitte des zylinderförmigen Gärbehälters ist eine Säule 6 angeordnet, die bei spielsweise Zu- und Ableitungen für das Biogas aufnehmen kann und am obe ren Ende als Ablage für die Folie einen verkehrt herum befestigten Kesselbo den besitzt.

Ist das Volumen an Gülle und/oder Gas in dem Behälter gering, liegen die Schwimmer- und Stabilisierungskörper 5 auf dem Boden des Gärbehälters 1 auf. Dann wird von dem Gärbehälter 1 und der Abdeckung 2 nur ein kleiner Raum umschlossen. Dabei liegt die Abdeckung 2 auf der Säule 6, auf der sich ein verkehrt herum angebrachter Kesselboden befindet, auf. Es ist jedoch eine Mindestmenge Gülle 3a erforderlich, bei der das Gerüst vollständig in Gülle eingetaucht ist.

Nimmt die Menge der in dem Gärbehälter befindlichen Gülle zu, so werden, wie in Fig. 1b zu erkennen ist, die Schwimm- und Stabilisierungskörper vom Boden des Gärbehälters noch oben verschoben, da sie in der Gülle 3 schwimmen.

Damit wird der Raum, der von dem Gärbehälter 1 und der Abdeckung 2 um schlossen wird, an den tatsächlichen Bedarf angepaßt. Das ist möglich, weil die Abdeckung mittels der Schwimm- und Stabilisierungskörper eine auf der Gülle schwimmende Gasspeicherglocke bildet. Diese Gasglocke kann auch bei star kem Wind nicht aus dem Güllebehälter gehoben werden und "wegfliegen", da sich bei dem Versuch, die Glocke aus der Gülle zu heben, zwischen Folie und Gülleoberfläche Vakuum bildet.

In Fig. 2 ist die in Fig. 1a und b gezeigte Vorrichtung als Draufsicht dargestellt. Der Gärbehälter 1 weist eine zylindrische Form auf, wobei die Schwimm- und Stabilisierungskörper 5 am Innenrand des Gärbehälters 1 angeordnet sind.

Der Gärbehälter 1 kann beispielsweise eine Durchmesser von 24 m und eine Höhe von 6 m aufweisen. Die in der Mitte des Gärbehälterbodens befindliche Säule hat dann ein Höhe von beispielsweise 7,5 m. Die von der Abdeckung gebildete Gasglocke hat eine Hubhöhe von 2 m. Diese Hubhöhe bestimmt das Hubvolumen, das dem nutzbaren Speichervolumen gleichzusetzen ist. Das Nutzvolumen des Gärraumes beträgt in diesem Falle 2500 m³, während die Gasspeicherkapazität 800 m³ beträgt.

Im Prinzip schwimmt die Gasglocke in der Gülle. Sie erfährt ihren Auftrieb durch das zwischen Flüssigkeitsoberfläche und Folie gespeicherte Gas. Da durch ist das Flüssigkeitsvolumen im Gärbehälter variabel, nur eine Mindest menge in etwa in Höhe des Schwimmkranzes darf im Gärbehälter nicht unter schritten werden. Das Gasspeichervolumen unter der Folie ist damit ebenfalls variabel. Nach oben ist das Gasspeichervolumen dadurch begrenzt, daß der Schwimmkörper soweit aus der Flüssigkeit gehoben wird, daß am Rand Gas entweichen kann. Dieser Fall kann jedoch aufgrund der Überdrucksicherung nicht eintreten. Ist weniger Gas im Speicher vorhanden, sinkt der Schwimmkör per tiefer ein, so daß die Folie immer gestrafft ist. Die Folie bildet also auch bei wenig Gas keine Falten. Es gibt keine Angriffsflächen für Wind, so daß auch keine Umbauung nötig ist.

Die in den Zeichnungen verwendeten Bezugszeichen haben folgende Bedeu tung: 1 Gärbehälter
2 Abdeckung
3 Gülle
3a Gülle mit Mindestfüllstand
3b Gülle mit Maximalfüllstand
4 Gasraum
5 Schwimm- und Stabilisierungskörper
6 Säule

Claims

1. Vorrichtung zur Lagerung flüssiger organischer Stoffe wie Gülle und/oder Gärsubstrat und zur Speicherung von Biogas, die zumin dest einen flüssigkeitsdichten stationären Behälter mit veränderli chem Volumen, Zu- und Ableitungen für die flüssigen organischen Stoffe und das Biogas umfaßt, wobei der untere Teil des Behälters von einem Gärbehälter (1) und der obere Teil von einer den Gärbe hälter (1) nach oben gasdicht verschließenden Abdeckung (2) aus einer witterungs- und gasbeständigen Folie gebildet ist, dadurch ge kennzeichnet, daß die Folie auf ein Gerüst gespannt ist, wobei das Gerüst von Schwimm- und Stabilisierungskörpern (5) getragen ist, die sich in dem Behälter befinden.

2. Gasspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwimm- und Stabilisierungskörper (5) einen Schwimmkranz bil den, an dem der Rand der Folie gasdicht befestigt ist, wobei der Au ßendurchmesser des Schwimmkranzes im wesentlichen dem Innen durchmesser des Behälters entspricht.

3. Gasspeicher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenplatte des Behälters mit einer Fußbodenheizung versehen ist und die Wände isoliert sind.

4. Gasspeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenseite des Gärbehälters (1) eine oder mehrere senkrechte Schienen angebracht sind, die in den Schwimmkranz eingreifen, so daß dieser auf den Schienen gleiten kann.

5. Gasspeicher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schienen an ihrem oberen Ende einen Riegel aufweisen, der die maximal mögliche, obere Position des Schwimmkranzes bestimmt.

6. Gasspeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmkranz durch zwei oder mehrere Seile lose arretiert ist.

7. Gasspeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß das Gerüst aus feuerverzinkten Stahlprofilen be steht.

8. Gasspeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Schwimm- und Stabilisierungskörper (5) aus Chrom-Nickel-Stahl bestehen.

9. Gasspeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die auf dem Gerüst aufliegende Folie eine in be zug auf den Behälter nach außen gewölbte Gasglocke bildet.