DE10254308A1

DE10254308A1 - Verfahren zur Erzeugung von Biogas

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Publication number: DE10254308A1
Application number: DE10254308A
Authority: DE
Original assignee: OSTENDORF JOSEPH
Current assignee: OSTENDORF JOSEPH
Priority date: 2002-11-21
Filing date: 2002-11-21
Publication date: 2004-06-17

Abstract

Zur Lösung der Aufgabe, ein Verfahren zur Erzeugung von Biogas, insbesondere aus in der Landwirtschaft anfallenden Produkten, zu entwickeln, welches eine hohe Ausbeute an Biogas ermöglicht, wird ein Verfahren vorgeschlagen, wobei einem von einem Behälter umfaßten Fermenter über einen Zulauf zu fermentierende Produkte zugeführt werden, wobei durch die Fermentation zumindest Biogas, Sedimente und Substrat entsteht, und der Inhalt des Fermenters über mindestens eine am Boden des Fermenters angeordnete Düse, die ein Gemisch, umfassend Biogas und/oder Substrat, in den Fermenter eindüst, bedüst wird, und wobei die Düse derart gesteuert ist, daß sich die auf dem Boden absetzenden Sedimente in einem Sammelmittel sammeln.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Biogas, insbesondere aus in der Landwirtschaft anfallenden Produkten.

Biogas besteht zu etwa 50 bis 60% aus Methan, welches brennbar ist und einen hohen Heizwert hat, und aus Kohlendioxyd. Es entsteht in der Natur überall dort, wo organisches Material von Mikroorganismen in Abwesenheit von Sauerstoff (anaerob) umgesetzt wird. Biogas läßt sich in entsprechend dafür konstruierten Anlagen gewinnen, wobei als Ausgangsmaterialien folgende in Frage kommen:

1. Belebtschlamm aus Kläranlagen;
2. Abfallprodukte der Tierhaltung wie Dung und Gülle;
3. Pflanzenmaterial wie beispielsweise Stroh und Heu;
4. Rückstände der Nahrungsmittelproduktion wie Schlachthofabwässer, Brauereischlamm, Abwässer der Molkereien und Zuckerfabriken und Rückstände biotechnologischer Produktionsbetriebe; und/oder
5. Hausmüll.

Besonders vorteilhaft ist der Einsatz von Vorrichtungen zur Erzeugung von Biogas dort, wo die vorstehend genannten Ausgangsmaterialien unmittelbar anfallen. Besonders bevorzugt sind dabei landwirtschaftliche Betriebe oder Betriebsgemeinschaften, in welchen sowohl Ackerbau betrieben wird als auch Vieh (Schweine und Rinder) sowie Geflügel gehalten werden. Landwirtschaftliche Betriebe oder Betriebsgemeinschaften sind deshalb besonders gut zur Installation von Biogasanlagen geeignet, da Biogasanlagen eine relativ große Grundfläche benö tigen, welche bei derartigen Betrieben immer vorhanden sein sollte.

Grundsätzliches Problem bei Vorrichtungen zur Erzeugung von Biogas ist die Durchmischung des vorgelegten und mit Bakterien geimpften Ausgangsmaterials, beispielsweise von Gülle. Wünschenswert ist eine möglichst starke Durchmischung der Gülle, da dadurch ein erhöhter Ertrag an Biogas gewonnen werden kann.

Darüber hinaus sind Biogasanlagen häufig nur schlecht zu warten, insbesondere müssen diese in regelmäßigen Abständen heruntergefahren werden, um sich in diesen absetzende Sedimente aus den Ausgangsmaterialien und Sedimente, die sich teilweise durch die Fermentation gebildet haben, zu entfernen. Hierzu muß der Betrieb der Biogasanlage unterbrochen werden, was kostenintensiv ist. Darüber hinaus ist eine Reinigung einer Biogasanlage insbesondere im Hinblick auf die Geruchsbelästigung nur schwer durchzuführen.

Es besteht daher ein Bedarf an Verfahren zur Erzeugung von Biogas, mittels welchen Biogas in hoher Ausbeute produziert werden kann und wobei die entsprechenden Vorrichtungen wartungsfreundlich und standardisierbar sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Erzeugung von Biogas zur Verfügung zu stellen, welches die vorgenannten Nachteile nicht aufweist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Erzeugung von Biogas, wobei einem von einem Behälter umfaßten Fermenter über einen Zulauf zu fermentierende Produkte zugeführt werden und der Inhalt des Fermenters über mindestens eine am Boden desselben angeordnete Düse mit einem Gemisch umfassend Biogas und/oder Substrat bedüst wird, wobei die Düse derart angesteuert ist, daß die sich auf dem Boden absetzenden Sedimente in einem Sammelmittel sammeln. Bevorzugt ist das Sammelmittel als Vertiefung im Boden des Fermenters ausgebildet, jedoch könnten auch beispielsweise kastenförmige Behälter zur Aufnahme der Sedimente dienen, aus welchen dann über eine Öffnung die angesammelten Sedimente entnommen werden. Vorteilhafterweise sind mindestens zwei Düsen vorgesehen. Das zu verdüsende Substrat ist vorteilhafterweise zumindest teilfermentiert.

Ist beispielsweise das Sammelmittel als Vertiefung ausgebildet und die Vertiefung ringförmig auf der Innenseite der Außenwand des Fermenters angeordnet, so werden die bevorzugt in Reihen und/oder Kreisen am Boden des Fermenters angeordneten Düsen, insbesondere teilweise ausgerichtet auf die Fermenterwand hin, derart angesteuert, daß bei Ausbildung des Fermenters in Zylinderform vom Zentrum desselben ausgehend zur Außenwand hin die Düsen angesteuert werden, d.h. zunächst die sich im Zentrum des Fermenters befindlichen Düsen ein Gemisch umfassend Biogas und/oder Substrat sowie gegebenenfalls auch weitere Mittel wie Impfmittel und/oder Gase wie Methangas eindüsen, und anschließend bei dem nächsten Steuerschritt die vom Zentrum des Fermenters aus gesehen nächste Reihe von Düsen angesteuert wird. Dies setzt sich entsprechend fort, bis die letzte Düsenreihe, welche unmittelbar an der Vertiefung angeordnet ist, den Fermenterinhalt bedüst hat. Hierdurch werden die Sedimente am Boden vom Zentrum des Fermenters zu der auf der Innenseite der Außenwand des Fermenters befindlichen ringförmigen Vertiefung transportiert. Selbiges Steuerungsverfahren kann auch in umgekehrter Weise ablaufen, wenn nämlich die Vertiefung zur Aufnahme der anfallenden Sedimente beispielsweise im Zentrum des Fermenters desselben angeordnet ist, so daß hier zunächst die unmittelbar auf der Innenseite an der Außenwand des Fermenters angeordneten Düsen zuerst angesteuert werden, dann die darauffolgende nächste Reihe an Düsen, welche näher zum Zentrum des Fermenters hin liegt, usw.

Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, daß die Düsen derart angesteuert werden, daß diese im Prinzip eine Schaufelbewegung ähnlich einem Rührwerk nachvollziehen. Geht man wiederum von einem zylinderförmigen Fermenter aus, so wird zunächst eine Reihe von Düsen, welche auf einer gedachten Linie vom Zentrum des Fermenters zur Außenwand desselben, d.h. etwa auf einer Radiuslinie, liegen, und an einer Seite der beispielsweise als Kreisabschnitt ausgebildeten Vertiefung entfernt angeordnet sind, angesteuert, anschließend werden die auf der nächstbenachbarten Radiuslinie, von der einen Seite der Vertiefung weiter entfernt liegenden Düsen angesteuert. Dieser Vorgang wird so oft wiederholt, bis die Sedimente durch diese im oder gegen den Uhrzeigersinn verlaufende Düsenansteuerung und den hierdurch hervorgerufenen Transport der Sedimente in die beispielsweise kreisabschnittförmige Vertiefung transportiert sind. Die Vertiefung ist hierbei etwa im letzten Achtelkreis bei einem Fermenter mit kreisförmiger Grundfläche am Boden desselben angeordnet. Die Sedimente werden mittels bekannter Entnahmevorrichtungen aus der Vertiefung entfernt, beispielsweise kann die Entnahme über eine Schneckenförderung erfolgen, wobei diese auch im Boden verlegt sein kann. Darüber hinaus sind jedoch auch einfache Entnahmevorrichtungen, beispielsweise mit der Vertiefung verbundene Abflußleitungen, insbesondere mit Gefälle, und in dieser angeordnete Ventile, möglich.

Vorteilhafterweise wird dem Fermenter über den Zulauf ein Gemisch aus zu fermentierenden Produkten umfassend 20 bis 75 Gew% Rübensilage, bezogen auf die Gesamtmenge, zugeführt. Rübensilage steigert vorteilhafterweise die Ausbeute an Biogas, da über diese ein hoher Energieeintrag in den Fermenterinhalt erfolgt. So liegt der Energieertrag bei Futterrüben bei etwa 15.000 m³ Gas je Hektar Anbaufläche, was einer elektrischen Energie von etwa 33.000 kW/h entspricht. Darüber hinaus sind der Rübenanbau und die Rübenernte weitgehend automatisierbar, so daß Rüben entsprechend kostengünstig zur Verfügung stehen. Nach der Ernte werden die für die Rübensilage vorgesehen Rü ben vermust, einsiliert und vom Rübenlagerbehälter beispielsweise mittels einer Dosierpumpe in den Fermenter eingebracht. Hierbei kann in der Pumpe oder erst nachgeschaltet die Vermischung der Rübensilage mit den weiteren zu fermentierenden Produkten, insbesondere Gülle, vorgesehen werden. Aufgrund des relativ geringen Trockensubstanzanteils in der Rübensilage ist selbige pumpfähig und somit der Prozeß der Zugabe von Rübensilage hochgradig automatisierbar. Insbesondere ist hierbei von Vorteil, daß der Gefrierpunkt von Rübensilage niedriger als Wasser ist, wodurch die Lagerung einerseits als auch die Zufuhr der Rübensilage zum Fermenterinhalt andererseits erheblich vereinfacht wird. Bevorzugt liegt der Anteil der Rübensilage, bezogen auf die Gesamtmenge, in einem Bereich von etwa 20 bis 50 Gew%, weiter bevorzugt in einem Bereich von 25 bis 40 Gew%.

Vorzugsweise wird die Vergärungstemperatur im Fermenter in einem Bereich etwa 15 bis 60°C, bevorzugt 20 bis 50°C, weiter bevorzugt 20 bis 40°C, gehalten. Dieser Bereich entspricht dem sogenannten mesophilen Bereich, welchen die für die Fermentierung benötigten Bakterienkulturen zum optimalen Wachstum benötigen. Durch Führung des Prozesses bei mesophilen Temperaturen sind vorteilhafterweise größere Temperaturschwankungen in dem vorgenannten Bereich möglich, des weiteren ist der Energieaufwand erheblich geringer als bei einem Arbeiten im thermophilen Bereich. Des weiteren ist die Temperaturdifferenz zwischen der Heizungsvorrichtung und dem Fermenterinhalt geringer bei einem Arbeiten im mesophilen Bereich als bei einer Prozeßführung im thermophilen Bereich. Dadurch werden Prozeßstörungen durch lokale Überhitzungen, wodurch die Biogasausbeute negativ beeinflußt wird, vorteilhafterweise vermieden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wurden die Düsen in Abhängigkeit von der Temperatur und/oder Druck im Fermenter angesteuert. Besonders vorteilhaft werden die Düsen in (Zeit-)Intervallen angesteuert, sobald ein vorgege bener Sollwert über- und/oder unterschritten wird. Durch diese Steuerung der Düsen ist sichergestellt, daß eine gleichmäßige Biogasproduktion erfolgt. Denn durch die durch die Düsen erfolgte Rührung des Fermenterinhaltes wird die Produktion von Biogas angeregt. Der Anfall von Biogas wiederum erhöht die Temperatur im Fermenter sowie den Druck in diesem. Steigen nun Temperatur und/oder Druck über einen vorgegebenen Sollwert, so wird über die Steuerung ein Signal an die Düsen gegeben zu schließen bzw. die Zufuhr von beispielsweise Biogas und/oder Substrat wird unterbunden. Hierdurch kommt die Rührung zum Erliegen, die Biogasproduktion sinkt. Damit sinkt als Folge der Druck und/oder die Temperatur im Fermenter letztendlich wieder unter den vorgegebenen Sollwert, so daß dann über die Steuerung die Düsen wieder geöffnet werden. Auch kann zusätzlich über den durch das Biogas entstehenden Druck im Fermenter die Zufuhr von Biogas in den Fermenter zwecks Rührung abgestellt werden. Dann werden über die Steuerung beispielsweise Düsen, welche bisher Biogas eindüsten, nunmehr auf Eindüsung von teilfermentiertem Substrat umgestellt. Durch die vorstehend geschilderte Ansteuerung erfolgt eine Rührung in Intervallen, wobei sichergestellt ist, daß immer eine bestimmte gewünschte Menge an Biogas produziert und letztendlich entnommen werden kann.

Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Erzeugung von Biogas, insbesondere aus in der Landwirtschaft anfallenden Produkten, mit einem Behälter, umfassend einen Fermenter, mit einem Zulauf zur Zufuhr von zu fermentierenden Produkten, wobei durch die Fermentation zumindest Biogas, Sedimente und/oder Substrat entsteht, mit mindestens einer am Boden des Fermenters angeordneten Düse, die ein Gemisch umfassend Biogas und/oder Substrat in den Fermenter eindüst, wobei die Düse derart angesteuert ist, daß die sich auf dem Boden absetzenden Sedimente in einem Sammelmittel sammeln. Dabei kann bei Vorsehen mehrerer Düsen im Fermenter z. B. eine Düse nur Biogas, eine andere nur (auch: teilfer mentiertes) Substrat, oder aber ein und dieselbe Düse abwechselnd Biogas oder Substrat eindüsen.

Besonders vorteilhaft hieran ist, daß mittels der Eindüsung eines Gemisches aus Biogas und/oder Substrat sowohl eine horizontale als auch vertikale Durchmischung des Inhalts des Fermenters sichergestellt ist. Hierdurch kann die Ausbeute an Biogas erheblich erhöht werden. Das eingedüste Biogas sorgt insbesondere für eine vertikale Durchmischung der im Fermenter enthaltenen Masse, wohingegen durch das eingedüste Substrat insbesondere eine horizontale Durchmischung des Inhalts des Fermenters erfolgt, da durch die Inhomogenität des eingedüsten Substrats, d.h. insbesondere der unterschiedlichen Dichte der in dieser enthaltenen Substanzen bzw. Teile, eine horizontale Durchmischung des Fermenterinhalts erfolgt. Diese horizontale Durchmischung wird durch die Ansteuerung der am Boden des Fermenters angeordneten Düsen unterstützt werden, wobei die Ansteuerung nicht nur den Eindüswinkel, sondern auch die Schaltreihenfolge bei mehreren Düsen umfaßt. Denn hierdurch erfolgt eine Rührung des Fermenterinhaltes, wodurch die Produktion von Biogas erhöht wird, bei gleichzeitiger Sammlung von Sedimenten im Sammelmittel.

Der Behälter der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann weiterhin einen Gasdom umfassen. Der Gasdom kann vorzugsweise aus einer Traglufthaube bestehen. Allerdings kann das Gas auch über eine Gasabfuhrleitung unmittelbar dem Fermenter entnommen werden. Die Anordnung der Düse am Boden kann derart erfolgen, daß die Düse selbst unmittelbar in den Boden des Fermenters eingelassen ist. Jedoch ist es beispielsweise auch möglich, Düsen aufgeständert in einer Entfernung von 20 cm bis etwa 1 m, bevorzugt 30 cm bis 70 cm, vom Boden entfernt im Fermenter anzuordnen. Dies hat den Vorteil, daß mit einer derartigen aufgeständerten Düsenanordnung auch bereits bestehende Fermenter ohne Düsen im Boden aufgerüstet werden können. Die Dü sen sind dann in der geständerten Version bevorzugt schräg auf den Boden hin ausgerichtet.

Als Düsen werden bevorzugt sogenannte Zweistoffdüsen verwendet, welche bevorzugt als Schlitzstrahler ausgebildet sind. Mit solchen Düsen kann sowohl entweder nur Biogas oder nur (auch: teilfermentiertes) Substrat, oder aber diese abwechselnd, als auch Biogas und Substrat gleichzeitig eingedüst werden, wobei dann die Vermischung mit dem Biogas bevorzugt in der Düse selbst oder aber bereits in der Pumpeneinheit erfolgt. Darüber hinaus können insbesondere auch sonstige Mittel und/oder Gase zugedüst werden wie Methangas, Impfmittel etc. Hierbei wird die Bewegungsenergie eines Flüssigkeits-Treibstrahls (hier: Substrat-Treibstrahls) vorteilhafterweise ausgenutzt, um das mitgerissene bzw. eingeblasene Biogas in sehr feine Gasbläschen zu zerteilen. Durch derartige Schlitzstrahl-Zweistoffdüsen wird daher mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine weitere Erhöhung der Ausbeute an Biogas erzielt. Zusätzlich kann dem Gemisch aus Biogas und/oder Substrat besonders vorteilhaft auch der Impfstoff, d.h. die zur Fermentierung benötigten Mikroorganismen (Bakterien), zugegeben werden.

Durch die Eindüsung eines Gemisches aus Biogas und/oder Substrat ist es vorteilhafterweise möglich, daß gezielt Wärme dann in den Fermenterinhalt eingebracht wird, wenn das Gemisch auf die entsprechende Temperatur vorgewärmt wird. Dies kann besonders einfach dann erfolgen, wenn die für die Eindüsung benötigte Pumpe mit den entsprechenden Ab- und Ansaugleitungen außerhalb des Fermenters angeordnet ist, so daß in dieser Pumpen- und Leitungseinheit eine gezielte Vorwärmung, gegebenenfalls auch Kühlung, vorgenommen werden kann. Zusätzlich kann insbesondere auch Impfstoff miteingedüst werden.

Vorteilhafterweise ist das eingedüste Biogas und/oder Substrat mindestens teilweise aus dem Behälter im Kreislauf ent nommen. Durch eine Kreislaufführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Ausbeute derselben weiter erhöht und das Gärverfahren vereinfacht. Hierbei wird nur eine geringe Teilmenge des im Fermenterinhalt vorliegenden Substrats aus dem Fermenter abgezogen und über eine Pumpe der Düse zugeführt. Das Biogas wird ebenfalls in einer geringen Menge unmittelbar dem Gasdom oder einem separaten Gaslagertank, in welchen das entstehende Biogas abgeleitet wird, zugeleitet.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gelangen die über den Zulauf zugeführten zu fermentierenden Produkte in ein Einfüllmittel, welches im Fermenter angeordnet ist. Das Einfüllmittel ist beispielsweise als Zylinder, insbesondere als Absetzzylinder, ausgebildet. Im Zylinder setzen sich die in dem zugeführten zu fermentierenden Produkt enthaltenen Sedimente am Boden desselben ab. Ist der Zylinder vollständige gefüllt, so läuft das zugeführte zu fermentierende Produkt in den Gärfermenter über und vermischt sich mit dem in diesem vorhandenen Inhalt. Im Zylinder selbst findet bevorzugt keine Fermentation statt. Der Zylinder weist den großen Vorteil auf, daß hierin das zuzuführende zu vermentierende Produkt den im Fermenter herrschenden Temperaturen angeglichen werden kann. Hierdurch werden insbesondere lokale Temperaturunterschiede im Gärfermenter vermieden, welche den Fermentationsprozeß verlangsamen und dadurch die Ausbeute an Biogas vermindern würden.

Besonders vorteilhaft ist das Sammelmittel mit dem Einfüllmittel verbunden. In dem Sammelmittel werden die im zu fermentierenden Produkt enthaltenen Sedimente und diejenigen im Fermentationsprozeß anfallenden Sedimente und/oder Produkte gesammelt. Hierbei werden die Sedimente zu einem großen Teil durch gezielte Ansteuerung der am Boden des Fermenters angeordneten Düsen in die Vertiefung befördert. Dadurch, daß das Sammelmittel mit dem Einfüllmittel verbunden ist, können die sich im Zylinder absetzenden Sedimente des zu fermentierenden Produktes unmittelbar aus diesem entfernt und in das Sammel mittel überführt werden, so daß Sedimente des zu fermentierenden Produkts nur noch in ausgesprochen geringer Menge in den Fermenter gelangen. Durch diese schon allein durch das Vorsehen eines Einfüllmittels erzielte Sedimentvorabscheidung und unmittelbare Abführung der Sedimente wird der Inhalt des Gärfermenters homogener, wodurch wiederum eine erhöhte Biogaserzeugung gewährleistet ist.

Der Fermenter selbst weist bevorzugt eine kreisförmige Grundfläche auf und ist vorzugsweise im wesentlichen zylinderförmig ausgebildet. Im Innern des Fermenters ist vorteilhafterweise eine Heizvorrichtung angeordnet. Diese kann als Heizwand ausgebildet sein, welche dann bevorzugt aufgeständert auf dem Boden des Fermenters angeordnet ist. Durch die Aufständerung wird der Transport der sich am Boden des Fermenters absetzenden Sedimente, welche insbesondere durch die steuerbaren Düsen transportiert werden, nicht unterbunden.

Vorzugsweise sind die Düsen in Reihen und/oder Kreisen am Boden des Fermenters angeordnet, beispielsweise radial. Eine Anordnung in Reihen erlaubt eine Vielzahl unterschiedlicher Ansteuerungen der steuerbaren Düsen, wodurch ein Transport der sich auf dem Boden des Fermenters absetzenden Sedimente je nach Anordnung und Ausbildung der Vertiefung gezielt erfolgen kann. Bevorzugt ist etwa eine Düse pro 3 bis 7 m² Grundfläche, bevorzugt 5 m² Grundfläche, des Fermenters angeordnet. Jedoch können die Düsen auch in jeder anderen Anordnung, etwa unregelmäßig, angeordnet sein.

Diese und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Figuren erläutert:

1: Querschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung von Biogas; und

2: Draufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß 1.

1 zeigt eine Vorrichtung zur Erzeugung von Biogas, welche einen insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 bezeichneten Behälter aufweist, der einen Gärfermenter 2 mit einem unmittelbar mit diesem verbundenen Gasdom 9 umfaßt. Zusätzlich kann der Behälter 1 beispielsweise noch die Steuerungs- und/oder Pumpanlage umfassen. Der Fermenter ist im unteren Teil aus V2a-Stahl gefertigt, wohingegen im Übergangsbereich zwischen Gärfermenter 2 und Gasdom 9, d.h. im Übergangsbereich zwischen der Flüssig- und der Gasphase V4a-Stahl verwendet ist. Der Behälter 1 ist insbesondere im Bereich des Gärfermenters 2 gegen Wärmeverluste isoliert.

Der Behälter 1 samt Gärfermenter 2 ist zylinderförmig ausgebildet und weist dementsprechend eine kreisförmige Grundfläche auf. Auf einem durch die kreisförmige Grundfläche gelegten gedachten Achsenkreuz ist als Einfüllmittel ein Absetzzylinder 6 auf einer der beiden Achsen in der Nähe der Fermenter-Außenwand angeordnet. Im Absetzzylinder 6 endet ein Zulauf 3, über welchen zu fermentierende Produkte von außerhalb des Behälters 1 zugeführt werden. Diese zu fermentierenden Produkte werden aus Vorratsbehältern über eine Dosierpumpe in den Behälter 1 gepumpt. So wird beispielsweise ein Gemisch aus 25 Gew% Rübensilage und Gülle über den Zulauf 3 in den Absetzzylinder 6 befördert. Der Zulauf 3 ist derart ausgebildet, daß die Öffnung desselben im Absetzzylinder 6 etwa auf ein Drittel bis ein Viertel Höhe des Absetzzylinders 6 angeordnet ist. Die zugeführten zu fermentierenden Produkte setzen sich im Absetzzylinder 6 ab, wobei sich die in diesem enthaltenen Sedimente, welche insbesondere auch aus Verunreinigungen wie Steine, Erde usw. bestehen können, am Boden des Absetzzylinders 6 selbst absetzen. Hier ist der Absetzzylinder 6 mit einem Sammelmittel, nämlich einer Vertiefung 7, unmittelbar verbunden. So können die sich absetzenden Sedimente aus dem Absetzzylinder 6 unmittelbar in die Vertiefung 7 gelangen und aus dieser mittels einer Austragsvorrichtung (Schneckenförderung) 10 entnommen werden. Hierbei kann die Austragvorrichtung 10 in der Vertiefung 7 an ihrem einen Ende unterstützt sein durch ein entsprechend geformtes Bauteil 7.1.

Im Absetzzylinder 6 findet noch keine Fermentierungsreaktion statt. Im Absetzzylinder 6 findet eine Temperaturangleichung der zugeführten zu fermentierenden Produkte mit dem Gärfermenterinhalt statt. Hierdurch ist sichergestellt, daß bei Überführung der zu fermentierenden Produkte aus dem Absetzzylinder 6 zu dem im Fermenter 2 vorliegenden Fermenterinhalt durch die nicht mehr vorhandenen Temperaturunterschiede die Biogasausbeute erhöht wird. Ist der Absetzzylinder 6 mit zu fermentierenden Produkten gefüllt, so laufen diese, wie durch den Pfeil 6.1 angedeutet, in den eigentlichen Fermenter über und vermischen sich mit dem Fermenterinhalt, wodurch eine Konvektion des Fermenterinhalts erfolgt. Die Zufuhr der zu fermentierenden Produkte über den Zulauf 3 und letztendlich den Absetzzylinder 6 in den Gärfermenterinhalt erfolgt über eine steuerbare Pumpe, wodurch sichergestellt ist, daß sich die Temperatur des Inhalts des Absetzzylinders 6 derjenigen des Gärfermenterinhalts angeglichen hat.

Im Boden 4 des Fermenters 2 bzw. des Behälters 1 sind Düsen 5 gleichmäßig verteilt in Reihen angeordnet. Über diese Düsen 5 wird ein Gemisch aus Biogas und/oder zumindest teilfermentiertem Substrat, welches im Kreislauf dem Gärfermenterinhalt entnommen ist, unter einem Druck von 6 bar in den Fermenter gesteuert eingedüst. Die Steuerung erfolgt hierbei pneumatisch und kann vollständig automatisiert werden unter Einschaltung einer Datenverarbeitungsanlage. Die Düsen sind als Zweistoff-Schlitzdüsen ausgebildet, und düsen entweder nur bzw. abwechselnd Biogas und teilfermentiertes Substrat, gegebenenfalls versetzt mit weiteren Mitteln und/oder Gasen, oder aber ein Gemisch ein.

Des weiteren weist der Behälter einen Ablaß 11 auf, über welchen der Fermenterinhalt teilweise oder ganz abgelassen wer den kann. Dies kann insbesondere bei einer routinemäßigen Generalreinigung des Behälters 1 notwendig sein. Üblicherweise wird das zumindest teilfermentierte Substrat aus dem Gärfermenter 2 über eine Substratentnahme 12 entnommen. Zusätzlich ist durch einen Überlauf 14 gesichert, daß der Inhalt der flüssigen Phase im Gärfermenter einen maximalen Pegel nicht übersteigt. Das sich im Gasdom 9 befindliche und durch die Fermentation erzeugte Biogas wird über eine Gasentnahme 13 dem Gasdom entnommen. Der Gasdom besteht aus einer als Kuppel ausgebildeten Traglufthaube und ist mit einer Überdrucksicherung versehen. Das entnommene Gas kann in einem weiteren Schritt gereinigt werden, beispielsweise kann eine Entschwefelung vorgenommen werden, wobei diese unter Luftzufuhr erzeugt wird. Durch die Größe des Gasdomes wird das Biogas abgekühlt, so daß der im Biogas enthaltene Wasserdampf kondensiert, sich an der Innenseite des Gasdomes absetzt und in den Fermenter 2 zurückläuft.

Am Absetzzylinder 6 ist weiterhin eine Heizvorrichtung 8 befestigt. Diese ist aufgeständert auf dem Boden 4 des Behälters 1, so daß der Transport der sich am Boden des Fermenters 2 absetzenden Sedimente durch die steuerbaren Düsen 5 nicht unterbunden wird.

2 verdeutlicht insbesondere die Anordnung der im Boden 4 des Fermenters 2 angeordneten Düsen 5. Diese sind in regelmäßigen Abständen in Reihen im Fermenterboden angeordnet. Hierbei ist etwa eine Düse pro 5 m² Bodenfläche vorgesehen. Deutlich ist in 2 die Anordnung der Vertiefung 7 im Boden 4 des Behälters 1 zu erkennen. Die Vertiefung 7 selbst ist derart ausgebildet, daß deren Wandungen eine leichte Schrägung aufweisen, wobei diese auch unterschiedlich steil ausgebildet sein kann. An der tiefsten Stelle der Vertiefung 7 ist dann die Schneckenförderung 10 zur Entnahme der sich in dieser ansammelnden Sedimente angeordnet. Über eine Pumpe 15, welche insbesondere nach dem Venturi-Prinzip arbeitet, wird über ein Gasansaugrohr 17 und ein Substratansaugrohr 18 eine Teilmenge des sich in dem Behälter 1 befindlichen Biogases und Substrates entnommen und über Zuleitungen 16 den einzelnen Düsen 5 gesteuert zugeführt. Hierbei kann vorgesehen sein, daß über eine weitere Zuleitung der Pumpe insbesondere Impfsubstrat zugeführt wird. Weiterhin kann das eingedüste Gemisch gezielt erwärmt werden, so daß über die Eindüsung des Gemisches eine gezielte Erwärmung eines lokalen Bereichs des Fermenterinhalts erreicht wird. Daher ist die Pumpe 15 außerhalb des Behälters 1 angeordnet.

Die Ansteuerung der Düsen 5 erfolgt derart, daß zunächst auf einer gedachten Radiuslinie diejenigen Düsen angesteuert werden, welche auf dieser Radiuslinie liegen und am weitesten von der Vertiefung 7 entfernt sind. In der in 2 gezeigten Ausführungsform werden dementsprechend zunächst die sich rechts vom Absetzzylinder 6 und der Heizvorrichtung 8 befindlichen Düsen angesteuert, im nächsten Schritt werden im Uhrzeigersinn die nächsten auf einer gedachten Radiuslinie in etwa liegenden Düsen 5 angesteuert. Diese Ansteuerungen im Uhrzeigersinn der Düsen 5, welche auf einer gedachten Radiuslinie liegen, wird solange fortgesetzt, bis schließlich die Sedimente, welche sich am Boden 4 des Fermenters 2 abgesetzt haben, in die Vertiefung 7 transportiert sind. Die Düsen 5 weisen dabei Eindüswinkel auf, welche etwa in einem Bereich von 10° bis 60°, bezogen auf den Boden 4, liegen, bevorzugt liegen die Eindüswinkel in einem Bereich von etwa 20° bis 50°, weiter bevorzugt 35° bis 45°. Die Düsen 5 können dabei hinsichtlich ihres Eindüswinkels steuerbar ausgelegt sein. Darüber hinaus können die Düsen 5 auch verschließbar ausgebildet sein, wodurch vorteilhafterweise erreicht wird, daß nichtaktive Düsen sich nicht mit Sedimenten zusetzen.

Durch die vorliegende Erfindung wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung von Biogas zur Verfügung gestellt, welches zum einen eine hohe Ausbeute an Biogas ermöglicht wird. Andererseits wird jedoch auch eine ausgesprochen einfache Reinigung hinsichtlich der sich absetzenden Sedimente er möglicht. Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt darin, daß hiermit standardisierte Anlagen hergestellt werden können, welche beispielsweise bei einer Leistung von 500 kW in etwa einen Durchmesser von 18 m aufweisen. Eine vollständige Vergärung dauert dabei etwa 25 Tage.

Claims

Verfahren zur Erzeugung von Biogas, wobei einem von einem Behälter (1) umfaßten Fermenter (2) über einen Zulauf (3) zu fermentierende Produkte zugeführt werden und der Inhalt des Fermenters (2) über mindestens eine am Boden (4) desselben angeordnete Düse (5) mit einem Gemisch umfassend Biogas und/oder Substrat bedüst wird, wobei die Düse (5) derart gesteuert ist, daß sich die auf dem Boden (4) absetzenden Sedimente in einem Sammelmittel (6) sammeln.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch umfassend Biogas und/oder Substrat unter einem Druck in einem Bereich von etwa 2 bis 7 bar in den Fermenter (2) eingedüst wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sammelmittel (6) als Vertiefung im Boden (4) des Fensters (2) ausgebildet wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Fermenter (2) über den Zulauf (3) ein Gemisch aus zu fermentierenden Produkten, umfassend 20 bis 75 Gew% Rübensilage, bezogen auf die Gesamtmenge, zugeführt wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergärungstemperatur im Fermenter (2) in einem Bereich von etwa 20 bis 40°C gehalten wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Düsen (5) vorgesehen sind.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (5) in Abhängigkeit der Temperatur und/oder Druck im Fermenter (2) angesteuert werden.
Verfahren gemäß einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (5) in Intervallen angesteuert wird, sobald ein vorgegebener Sollwert über- und/oder unterschritten wird.
Vorrichtung zur Erzeugung von Biogas, insbesondere aus in der Landwirtschaft anfallenden Produkten, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einem Behälter (1), umfassend einen Fermenter (2), mit einem Zulauf (3) zur Zufuhr von zu fermentierenden Produkten, wobei durch die Fermentation zumindest Biogas, Sedimente und/oder Substrat entsteht, und mindestens einer am Boden (4) des Fermenters (2) angeordneten Düse (5), die ein Gemisch umfassend Biogas und/oder Substrat in den Fermenter (2) eindüst, und wobei durch ein Steuerungsmittel die Düse (5) derart gesteuert ist, daß sich die auf dem Boden (4) absetzenden Sedimente in einem Sammelmittel (6) sammeln.
Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das eingedüste Biogas und/oder Substrat mindestens teilweise aus dem Behälter (1) im Kreislauf entnommen ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß über den Zulauf (3) die zugeführten zu fermentierenden Produkte in ein Einfüllmittel (6) gelangen.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Sammelmittel (7) im Boden (4) mindestens eine Vertiefung zur Aufnahme der Sedimente vorgesehen ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Sammelmittel (7) mit dem Einfüllmittel (6) verbunden ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Fermenter (2) eine kreisförmige Grundfläche aufweist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern des Fermenters (2) eine Heizvorrichtung (8) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (5) in Reihen und/oder Kreisen auf dem Boden (4) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Düse (5) pro 3 bis 7 m² Grundfläche des Fermenters (2) angeordnet ist.