DE102011077262A1 - System useful for utilizing energy contained in biomass, comprises biogas plant comprising concentrator for concentration of low calorific liquid biomass and cogeneration plant coupled to biogas plant for producing heat and electric current - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Nutzung von in Biomasse enthaltener Energie, umfassend eine Biogasanlage und ein damit gekoppeltes Blockheizkraftwerk zur Erzeugung von Wärme und elektrischem Strom. The invention relates to a plant for the use of energy contained in biomass, comprising a biogas plant and a coupled cogeneration plant for generating heat and electricity.
Zur Nutzung der in Biomasse enthaltenen Energie werden Biogasanlagen verwendet, in denen durch anaerobe Fermentation Biogas aus Biomasse hergestellt wird. Der in dieser Anmeldung verwendete Begriff „Biomasse“ umfasst sowohl feste Stoffe wie Stroh, Mist, Maissilage, Grünschnitt als auch flüssige Stoffe wie Gülle oder Abfälle aus der Lebensmittelindustrie. To use the energy contained in biomass biogas plants are used in which biogas is produced from biomass by anaerobic fermentation. The term "biomass" used in this application includes solid substances such as straw, manure, maize silage, green waste as well as liquid substances such as manure or waste from the food industry.
In der Biogasanlage wird die Biomasse ohne Sauerstoff mikrobiell abgebaut und vergoren. Durch Mikroorganismen werden die Inhaltsstoffe der Biomasse abgebaut, bei diesem Abbau werden Methan und Kohlendioxid in gasförmiger Form frei. Insbesondere das Methan wird als brennbares Gas verwendet, das gegebenenfalls nach einer Reinigung in einer Wärmekraftmaschine, beispielsweise einem Gasmotor, verbrannt wird, um mechanische Energie zu erzeugen, die mittels eines Generators in elektrischen Strom umgewandelt werden kann. Es ist auch bekannt, in einer Biogasanlage erzeugtes Methan in ein Gasnetz, beispielsweise ein Erdgasnetz, einzuspeisen. Eine Biogasanlage kann mit einem Blockheizkraftwerk als Beispiel für eine Wärmekraftmaschine gekoppelt sein, um gleichzeitig Wärme und elektrischen Strom zu produzieren. Blockheizkraftwerke weisen einen vergleichsweise hohen Wirkungsgrad auf, da die bei der Kühlung der Wärmekraftmaschine anfallende Abwärme unmittelbar genutzt werden kann. In the biogas plant, the biomass is degraded microbially without oxygen and fermented. By microorganisms, the ingredients of biomass are degraded, in this degradation methane and carbon dioxide are released in gaseous form. In particular, the methane is used as a combustible gas, which is optionally burned after cleaning in a heat engine, such as a gas engine, to generate mechanical energy, which can be converted by means of a generator into electricity. It is also known to feed methane produced in a biogas plant into a gas network, for example a natural gas network. A biogas plant may be coupled to a combined heat and power plant as an example of a heat engine to simultaneously produce heat and electricity. Combined heat and power plants have a comparatively high degree of efficiency, since the waste heat arising from the cooling of the heat engine can be used directly.
Bestimmte Arten von Biomasse eigneten sich bisher jedoch nicht für die Vergärung in Biogasanlagen. Dazu zählen niederkalorische organische Flüssigkeiten, deren Einsatz bisher aus technischen und/oder wirtschaftlichen Gründen nicht sinnvoll erschien. Ein Beispiel für eine niederkalorische Flüssigkeit ist Gülle, die volumenbezogen vergleichsweise wenig Methan liefert. In der Praxis wird Gülle daher mit Futterresten vermischt, damit überhaupt eine mikrobielle Umsetzung möglich ist, bzw. um die Ausbeute des entstehenden Methans zu erhöhen. Diese Vorgehensweise setzt jedoch voraus, dass entsprechende hochkalorische Substanzen wie Futterreste am Aufstellungsort der Biogasanlage in ausreichender Menge zur Verfügung stehen. Wenn eine ausreichende Versorgung mit hochkalorischer Biomasse nicht gewährleistet ist, ist eine Nutzung von Gülle und anderen niederkalorischen Flüssigkeiten in Biogasanlagen praktisch nicht möglich. However, certain types of biomass have so far not been suitable for fermentation in biogas plants. These include low-calorific organic liquids whose use hitherto did not seem sensible for technical and / or economic reasons. An example of a low calorie liquid is manure, which provides relatively little methane by volume. In practice, manure is therefore mixed with food residues, so that a microbial conversion is possible, or to increase the yield of the resulting methane. However, this procedure presupposes that corresponding high-calorie substances such as feed residues are available in sufficient quantities at the site of the biogas plant. If a sufficient supply of high calorific biomass is not guaranteed, the use of liquid manure and other low calorific liquids in biogas plants is practically impossible.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anlage zur Nutzung von in Biomasse enthaltener Energie anzugeben, mit der auch in niederkalorischer organischer Flüssigkeit enthaltene Energie nutzbar gemacht werden kann. The invention is therefore based on the object of specifying a plant for the use of energy contained in biomass, with which energy contained in low calorific organic liquid can be harnessed.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Anlage der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Biogasanlage einen Konzentrator zum Aufkonzentrieren von flüssiger niederkalorischer Biomasse aufweist. To achieve this object, it is provided according to the invention in a plant of the type mentioned that the biogas plant has a concentrator for concentrating liquid low calorific biomass.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Eignung niederkalorischer organischer Flüssigkeiten zur Vergärung in Biogasanlagen signifikant erhöht werden kann, indem niederkalorische Flüssigkeiten durch Aufkonzentrieren in hochkalorische Flüssigkeiten umgewandelt werden. Das Aufkonzentrieren entspricht einem Flüssigkeitsentzug, wodurch der volumenspezifische Nährstoffgehalt erhöht wird. Die konzentrierte hochkalorische Flüssigkeit eignet sich anschließend zur Vergärung in einer Biogasanlage, ohne dass die Zugabe von anderen hochkalorischen Stoffen, z. B. Futterresten, erforderlich ist. Dadurch ergeben sich beträchtliche Vorteile bei der Biogasherstellung, da die Biogasanlage vollkommen unabhängig von der lokalen Verfügbarkeit anderer hochkalorischer Substanzen betrieben werden kann. The invention is based on the finding that the suitability of low-calorific organic liquids for fermentation in biogas plants can be significantly increased by converting low calorific liquids by concentration into highly calorific liquids. The concentration corresponds to a fluid withdrawal, whereby the volume-specific nutrient content is increased. The concentrated high-calorie liquid is then suitable for fermentation in a biogas plant, without the addition of other high-calorie substances, eg. As food residues, is required. This results in considerable advantages in biogas production, since the biogas plant can be operated completely independently of the local availability of other high-calorie substances.
Die erfindungsgemäße Anlage kann besonders effizient betrieben werden, wenn der Konzentrator zum Aufkonzentrieren durch Wärmezufuhr unter Nutzung von Abwärme ausgebildet ist. Um die flüssige niederkalorische Biomasse in hochkalorische konzentrierte Biomasse umzuwandeln, erfolgt eine Wärmezufuhr, so dass das in der niederkalorischen Biomasse enthaltene Wasser verdunstet. Dabei wird Abwärme eines anderen technischen und/oder industriellen Prozesses verwendet, so dass für die Erwärmung keine zusätzliche Energie aufzuwenden ist. The system according to the invention can be operated particularly efficiently if the concentrator is designed to concentrate by supplying heat using waste heat. In order to convert the liquid low calorie biomass into high calorific concentrated biomass, heat is supplied, so that the water contained in the low calorie biomass evaporates. This waste heat is used by another technical and / or industrial process, so that no additional energy is needed for the heating.
Bei der erfindungsgemäßen Anlage wird es besonders bevorzugt, dass der Konzentrator mittels von dem Blockheizkraftwerk erzeugter Abwärme betreibbar ist, die vorzugsweise als Warmwasser (Wärme aus Kühlwasser und Abgas des Motors) bereitgestellt wird. In dem Blockheizkraftwerk, in dem das entstandene Methan verbrannt wird, um einerseits Wärme und andererseits elektrischen Strom zu erzeugen, entsteht zwangsläufig Abwärme, die beispielsweise als Kühlwasser zur Verfügung steht und in dem Konzentrator zum Erwärmen der niederkalorischen flüssigen Biomasse genutzt werden kann. Der Konzentrator kann beispielsweise über einen Wärmetauscher mit entsprechenden Kühlwasserleitungen des Blockheizkraftwerks gekoppelt sein. In the system according to the invention, it is particularly preferred that the concentrator can be operated by means of waste heat generated by the combined heat and power plant, which is preferably provided as hot water (heat from cooling water and exhaust gas from the engine). In the cogeneration plant in which the resulting methane is burned on the one hand to generate heat and on the other hand electric power, inevitably results in waste heat, which is available for example as cooling water and can be used in the concentrator for heating the low calorific liquid biomass. The concentrator may be coupled for example via a heat exchanger with corresponding cooling water pipes of the cogeneration plant.
Im Rahmen einer Weiterbildung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Anlage einen Behälter für im Konzentrator anfallendes Kondensat aufweist. Dieser Behälter dient zum Auffangen des Kondensats, das anschließend einer weiteren Verwendung zugeführt werden kann. In the context of a development of the invention, it may be provided that the system a container for accumulating in the concentrator Has condensate. This container is used to collect the condensate, which can then be fed to another use.
Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Nutzung von in Biomasse enthaltener Energie, bei dem die Biomasse in einer Biogasanlage fermentiert wird und mit dem entstehenden Biogas in einem Blockheizkraftwerk Wärme und elektrischer Strom erzeugt werden. In addition, the invention relates to a method for using energy contained in biomass, in which the biomass is fermented in a biogas plant and generated with the resulting biogas in a combined heat and power plant heat and electricity.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass flüssige niederkalorische Biomasse in einem Konzentrator aufkonzentriert wird. The inventive method is characterized in that liquid low calorific biomass is concentrated in a concentrator.
Neben der bereits beschriebenen Möglichkeit, dass bei der erfindungsgemäßen Anlage bzw. dem erfindungsgemäßen Verfahren das Aufkonzentrieren der flüssigen niederkalorischen Biomasse durch Abwärme erfolgt, die von dem Blockheizkraftwerk erzeugt worden ist, kann alternativ vorgesehen sein, dass das Aufkonzentrieren der Biomasse an einem von der Biogasanlage entfernten Ort erfolgt und die konzentrierte Biomasse anschließend zur Biogasanlage transportiert wird. Die konzentrierte Biomasse kann dabei entweder in konzentrierter, flüssiger Form oder alternativ als getrocknete konzentrierte Biomasse vorliegen. In addition to the possibility already described that in the system according to the invention or the method according to the invention, the concentration of the liquid low calorific biomass by waste heat, which has been generated by the cogeneration plant, may alternatively be provided that the concentration of biomass at a remote from the biogas plant Place takes place and the concentrated biomass is then transported to the biogas plant. The concentrated biomass can be present either in concentrated, liquid form or alternatively as dried concentrated biomass.
Eine Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass mit dem in dem Konzentrator anfallenden Kondensat eine landwirtschaftliche Fläche bewässert wird. Das Kondensat kann dabei in einem Behälter, der als Auffang- und/oder Lagerbehälter dient, gesammelt werden. A further development of the method according to the invention provides that an agricultural area is irrigated with the condensate produced in the concentrator. The condensate can be collected in a container that serves as collecting and / or storage container.
Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass Ammoniak aus dem Kondensat ausgefällt wird, um dieses als Dünger für landwirtschaftliche Zwecke zur Verfügung zu stellen. It is also within the scope of the invention that ammonia is precipitated from the condensate in order to make it available as a fertilizer for agricultural purposes.
Es sind auch Konstellationen denkbar, bei denen das erfindungsgemäße Verfahren vorsieht, dass zu der niederkalorischen Flüssigkeit vor oder nach dem Aufkonzentrieren hochkalorische Biomasse zugegeben wird, beispielsweise Tierfutter. In den meisten Fällen dürfte es allerdings zweckmäßiger sein, die hochkalorische Biomasse erst nach dem Aufkonzentrieren der niederkalorischen flüssigen Biomasse zuzugeben. Constellations are also conceivable in which the method according to the invention provides that high-calorie biomass, for example animal feed, is added to the low-calorie liquid before or after concentration. In most cases, however, it would be more appropriate to add the high calorie biomass only after concentrating the low calorie liquid biomass.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen: Further advantages and details of the invention will be explained below with reference to embodiments with reference to the drawings. The drawings are schematic representations and show:
Das Verfahren zur Nutzung von in Biomasse enthaltener Energie wird anhand von
In einer Anlage
In dem Konzentrator
Anders als in dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Konzentrator
Aus dem in dem Behälter
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Although the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiment, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.
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| DE102014011479A1 (en) * | 2014-07-31 | 2016-02-04 | Christoph Bürger | New process for the fermentation of biogenic energy sources |
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2011
- 2011-06-09 DE DE102011077262A patent/DE102011077262A1/en not_active Ceased
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