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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entschwefelung von Biogas,
insbesondere für
Biogasanlagen von Blockheizkraftwerken.
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Bei
der Erzeugung von Biogas in Fermentern bzw. Biogasreaktoren entsteht
in der Phase der Methanbildung bei der anaeroben Vergärung Schwefelwasserstoff.
Zu hohe Schwefelwasserstoffkonzentrationen im Gas führen insbesondere
bei Blockheizkraftwerken zu erhöhten
Verschleißerscheinungen
in den Motoren. Jedoch spielt auch bei der Nutzung des Gases in
Brennstoffzellen oder bei der Einspeisung des Biogases in bestehende
Erdgasleitungsnetze die Entschwefelung eine wesentliche Rolle. Eine
Möglichkeit
zur Entschwefelung des Gases ist das Einbringen von Luft in den
Gasraum des Fermenters, wobei die Funktionalität der Luftentschwefelung wesentlich
von den folgenden Faktoren abhängt:
Erstens
bedarf es einer ausreichenden Sauerstoffzufuhr in Bereiche, in denen
entschwefelt werden soll. Zweitens muss eine ausreichende Besiedelungsfläche für die entschwefelnden
Mikroorganismen bereitstehen. Drittens muss die Nährstoffzufuhr
zu den entschwefelnden Mikroorganismen gewährleistet sein. Viertens muss
eine ausreichende Verweilzeit des Sauerstoffs bzw. der Luft in der
Entschwefelungszone durch eine große Grenzfläche zwischen Flüssigkeits-
und Gasphase sichergestellt werden.
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Durch
die herkömmliche
Methode, nämlich das
Einbringen von Luft in den Gasraum des Fermenters sind diese soeben
erwähnten
Voraussetzungen nur ungenügend
erfüllt
und somit ist es Aufgabe vorliegender Erfindung, eine Vorrichtung
zur Entschwefelung von Biogas bereitzustellen, welche bei kostengünstiger
Herstellung und wartungsarmer Verwendung das Einbringen der Luft
in den Fermenter optimiert.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale des Anspruches 1. Die Unteransprüche haben vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung zum Gegenstand.
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Somit
wird die Erfindung gelöst
durch eine Vorrichtung zur Entschwefelung von Biogas, umfassend
einen zur Aufnahme der Biomasse ausgebildeten Fermenter mit einer
oberhalb eines Flüssigkeitsspiegels
der Biomasse liegenden Gasentnahme. Desweiteren umfasst die Vorrichtung
einen unterhalb des Flüssigkeitsspiegels
liegenden Mikroblasenerzeuger und eine Druckluftversorgungseinrichtung, welche
ausgebildet ist, um Druckluft unterhalb des Flüssigkeitsspiegels in die Biomasse
einzubringen. Dadurch, dass der Mikroblasenerzeuger innerhalb der
Biomasse angeordnet ist und die Druckluftversorgungseinrichtung
die Druckluft in diese Biomasse liefert, bilden die Mikroblasen
mit ihrer großen
Oberfläche
bereits beim Aufsteigen die erforderliche Grenzfläche zwischen
dem Gas, also den Mikroblasen, und der Flüssigkeit zur Entschwefelung.
Vorteil dieser Mikroblasenmethode ist es, dass die Luftblasen sukzessive
aufsteigen und somit eine ausreichende Verweilzeit des Sauerstoffs
in der Entschwefelungszone gesichert ist. Dadurch, dass die Luftbläschen eine gewisse
Oberfläche
darstellen, wird der Umwandlungsprozess des Schwefelwasserstoffs
in elementaren Schwefel bzw. in schwefelige Säure optimiert und beschleunigt.
Die kugelige Form der Mikroblasen stellt also in Summe eine sehr
große
Oberfläche
dar. Diese sehr große
Oberfläche
steht bereits beim Aufsteigen innerhalb der Biomasse und nachfolgend
an der Oberfläche
der Biomasse im Bioreaktor für
die Entschwefelung zur Verfügung.
Folglich wird der in der Luft enthaltene Sauerstoff bestmöglich ausgenutzt
und eine unnötige
Verunreinigung des Biogases mit dem in der Luft enthaltenen Stickstoff
vermieden.
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In
vorteilhafter Ausgestaltung ist die Druckluftversorgungseinrichtung
mit einer Luftaustrittseinheit des Mikroblasenerzeugers betriebsverbunden und
die Luftaustrittseinheit über
einen Antrieb, insbesondere Exzenterantrieb, in kreisförmige Schwingung
versetzbar. Die Druckluft wird also direkt über den Mikroblasenerzeuger
in die Biomasse eingebracht, wobei durch die kreisförmige Schwingung bzw.
Vibration der Luftaustrittseinheit sichergestellt wird, dass Mikroblasen
einer bestimmten Größe von Luftaustrittslöchern, insbesondere
Luftaustrittsporen, in der Luftaustrittseinheit abreißen. Ohne
eine Bewegung der Luftaustrittseinheit bzw. Scheiben haften die
Mikroblasenblasen zu lange an der Oberfläche derselben fest und werden
zu groß.
Sie würden
sich damit nicht an Feststoffteilchen anhaften, würden sich
vereinigen, zu schnell aufsteigen und folglich einen durchmischenden
negativen Effekt bewirken. Die erfindungsgemäß zu erzeugenden Mikroblasen
sind so klein, dass sie sich beim Zusammenstoß nicht vergrößern und
nebelartig sowie über
die ganze Fläche verteilt,
gleichmäßig aufsteigen.
Von besonderem Vorteil ist es, die Blasen durch eine Strömung der Flüssigkeit
unmittelbar über
der Oberfläche
der Membranen der Luftaustrittseinheit so zeitig abzulösen, dass
Mikroblasen mit einem Durchmesser von 30–50 μm entstehen.
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Um
eben diese Mikroblasen mit einer kreisförmig schwingenden bzw. vibrierenden
Luftaustrittseinheit zu erzeugen, ist vorteilhafterweise vorgesehen,
dass die Luftaustrittseinheit zumindest eine mikroporöse keramische
Membran umfasst. Auf dieser Membran bilden sich die kleinen Luftbläschen, welche
dann durch die Bewegung zwischen der Flüssigkeit und der Membran von
der Oberfläche
derselben abgelöst
werden.
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Vorteilhafterweise
umfasst die Druckluftversorgungseinrichtung einen Kompressor, um
die Luft mit ausreichendem Druck in die Biomasse einzubringen.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass
der Mikroblasenerzeuger in einer unteren Hälfte der Flüssigkeitssäule der Biomasse angeordnet
ist. Dabei erstreckt sich per Definition die Flüssigkeitssäule der Biomasse vom Boden
des Fermenters bis zum Flüssigkeitsspiegel
bzw. zur Gas/Flüssigkeitsgrenze
im Fermenter. Dadurch, dass der Mikroblasenerzeuger in der unteren
Hälfte der
Biomasse angeordnet ist, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Entschwefelung
von Biomasse gleichzeitig auch zur Flotation der Biomasse verwendet
werden. D. h., dass sich an den aufsteigenden Luftblasen bzw. an
der Oberfläche
der aufsteigenden Luftblasen Feststoffteilchen der Biomasse sammeln und
mit aufsteigen. Damit werden noch verwertbare Nährstoffe und die für den Umsetzungsprozeß notwendigen
Mikroorganismen im Fermenter zurückgehalten.
Die Dichte der Biomasse steigt an, wobei sich im unteren Teil des
Fermenters Flüssigkeit
ansammelt. Wie später
beschrieben wird, fließt
diese Flüssigkeit
optimalerweise über
einen Ablauf aus dem Fermenter ab.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist der Mikroblasenerzeuger
in einem unteren Drittel der Flüsskeitssäule der
Biomasse angeordnet. Dadurch wird der soeben beschriebene Flotationsprozess
der Biomasse weiter unterstützt
und die Gasbläschen können sich über die
Breite des Fermenters besser verteilen, wodurch auch die Entschwefelung
unterstützt
wird.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
sieht vor, dass innerhalb des Fermenters eine nach oben offene Kammer
angeordnet ist, wobei die obere Öffnung der
Kammer unterhalb des Flüssigkeitsspiegels
liegt und wobei der Mikroblasenerzeuger in der unteren Hälfte der
Kammer angeordnet ist. Vorteilhafterweise befindet sich nun unterhalb
des Mikroblasenerzeugers in der Kammer der Ablauf. D. h., dass innerhalb der
Kammer sowohl Luft zur Entschwefelung eingebracht wird, als auch
mit den Luftbläschen
der Flotationsprozess vollzogen wird. An den aufsteigenden Luftbläschen innerhalb
der Kammer sammelt sich Feststoff der Biomasse. Dies führt zur
Hufkonzentration der Biomasse im oberen Bereich der Kammer und zur
Sammlung von Flüssigkeit
im unteren Bereich. Diese angesammelte Flüssigkeit im unteren Bereich
kann über
den Ablauf abfließen,
wodurch im Ergebnis die Dichte der Biomasse im Fermenter erhöht wird.
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In
einer ebenso bevorzugten Ausführungsform
wird der Mikroblasenerzeuger in einem separaten Kessel außerhalb
des Fermenters angeordnet, wobei der Kessel und der Fermenter über einen
Zulauf und einen Rücklauf
betriebsverbunden sind, und wobei die Biomasse über den Zulauf in den Kessel fließt und die
mit Mikroblasen versetzte Biomasse über den Rücklauf in den Fermenter fließt. D. h.
also, zusätzlich
oder vor allem anstatt der separaten Kammer wird Biomasse über den
Zulauf aus dem Fermenter abgezweigt und in den Kessel geleitet.
In diesem Kessel fließt
die Biomasse dann über
den Mikroblasenerzeuger, welcher die Biomasse mit Luftblasen versetzt.
Die mit Luftblasen versetzte Biomasse fließt sodann über den Rücklauf zurück in den Fermenter. Um wiederum
nicht nur die Entschwefelung zu unterstützen, sondern auch den Flotationsprozess und
somit die Verdichtung der Biomasse voranzutreiben, ist unterhalb
des Mikroblasenerzeugers im Kessel ein Ablauf vorgesehen.
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Bei
der gleichzeitigen Optimierung des Entschwefelungs- und des Flotationsprozesses
der Biomasse kann es unter Umständen
sein, dass über
die Mikroblasen nicht ausreichend Luft zur Entschwefelung in den
Fermenter eingebracht werden kann. Deshalb wird vorteilhafterweise
eine Zusatzluftzufuhr, welche ausgebildet ist, Luft auf Höhe des Flüssigkeitsspiegels
in den Fermenter einzubringen, vorgesehen.
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Selbstverständlich können auch
mehren Mikroblasenerzeuger und/oder mehrere Zusatzluftzufuhreinheiten
in einem Fermenter vorgesehen werden.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von drei Ausführungsbeispielen
mit der begleitenden Zeichnung genauer erläutert. Dabei zeigt:
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1 eine
erfindungsgemäße Vorrichtung zur
Entschwefelung von Biogas nach einem ersten Ausführungsbeispiel,
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2 eine
erfindungsgemäße Vorrichtung zur
Entschwefelung von Biogas nach einem zweiten Ausführungsbeispiel,
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3 eine
erfindungsgemäße Vorrichtung zur
Entschwefelung von Biogas gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel,
und
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4 einen
erfindungsgemäßen Mikroblasenerzeuger
für alle
drei Ausführungsbeispiele.
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Im
Folgenden wird anhand der 1 eine erste
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Entschwefelung von Biogas nach dem ersten Ausführungsbeispiel
genauer beschrieben.
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1 zeigt
die Vorrichtung 1 zur Entschwefelung von Biogas in einem
Fermenter (auch Biogasreaktor) 3. Innerhalb dieses Fermenters 3 befindet sich
die Biomasse 2 und bildet somit die Flüssigkeitssäule 11. Über dieser
Flüssigkeitssäule 11 bildet
sich das Biogas, wobei die Ebene zwischen dem Biogas und der Flüssigkeitssäule 11 als
Flüssigkeitsspiegel 4 definiert
ist. Ferner befindet sich oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 4 eine
Gasentnahme 5.
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Ein
Teil des Innenraums des Fermenters 3 ist durch eine Zwischenwand 12a abgetrennt
und bildet somit eine nach oben offene Kammer 12 mit einer oberen Öffnung 13.
Am Boden dieser Kammer 12 steht ein Gestell 23,
wobei innerhalb des Gestells 23 ein Mikroblasenerzeuger 6 oberhalb
eines, durch eine Tauchpumpe realisierten Ablaufs 17 angeordnet ist.
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Der
Mikroblasenerzeuger 6 ist über eine erste Leitung 22 mit
einer Druckluftversorgungseinrichtung 7 verbunden. Diese
Druckluftversorgungseinrichtung 7 weist einen ersten Kompressor 10,
eine erste Schwebekörperluftmengenmess-
und Regeleinheit 18, ein erstes Absperrventil 19,
zwei 3-Wege-Ventile 20 und zwei Filter 21 auf.
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Der
Kompressor 10 erzeugt also Druckluft, fördert diese über die
erste Schwebekörperluftmengenmess-
und Regeleinheit 18 und das erste Absperrventil 19 durch
die beiden parallel verlaufenden Filter 21 und über die
erste Leitung 22 zum Mikroblasenerzeuger 6 innerhalb
der Kammer 12. An diesem Mikroblasenerzeuger 6 entstehen
die Mikroblasen, welche innerhalb der Biomasse 2 aufsteigen
und dort vorerst zur Flotation der Biomasse und Entschwefelung bereitstehen.
D. h., an der Oberfläche
der Mikroblasen sammelt sich Feststoff und wird nach oben getragen.
Folglich sammelt sich im unteren Bereich der Kammer 12 Flüssigkeit,
welche über
den Ablauf 17 abfließt.
Dank des Sauerstoffs in der Luft der Mikroblasen entsteht aus dem
Schwefelwasserstoff elementarer Schwefel sowie schwefelige Säure.
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Dadurch,
dass der Mikroblasenerzeuger 6 innerhalb der Biomasse 2 angeordnet
ist und die Druckluftversorgungseinrichtung 7 die Druckluft
in diese Biomasse 2 liefert, bilden die Mikroblasen mit ihrer
großen
Oberfläche
bereits beim Aufsteigen die erforderliche Grenzfläche zwischen
den Mikroblasen und der Flüssigkeit
zur Entschwefelung. Vorteil dieser Mikroblasenmethode ist es, dass
die Luftblasen sukzessive aufsteigen und somit eine ausreichende Verweilzeit
des Sauerstoffs in der Entschwefelungszone gesichert ist. Dadurch,
dass die Luftbläschen eine
gewisse Oberfläche
darstellen, wird der Umwandlungsprozess des Schwefelwasserstoffs
in elementaren Schwefel bzw. in schwefelige Säure optimiert und beschleunigt.
Die kugelige Form der Mikroblasen stellt also in Summe eine sehr
große
Oberfläche
dar. Diese sehr große
Oberfläche
steht bereits beim Aufsteigen innerhalb der Biomasse 2 und
nachfolgend an der Oberfläche
(Flüssigkeitsspiegel 4)
der Biomasse 2 im Fermenter 3 für die Entschwefelung zur
Verfügung.
Folglich wird der in der Luft enthaltene Sauerstoff bestmöglich ausgenutzt
und eine unnötige Verunreinigung
des Biogases mit dem in der Luft enthaltenen Stickstoff vermieden.
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Dadurch,
dass der Mikroblasenerzeuger 6 in der unteren Hälfte der
Biomasse 2 angeordnet ist, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur
Entschwefelung von Biomasse 2 gleichzeitig auch zur Flotation
der Biomasse 2 verwendet werden. D. h., dass sich an den
aufsteigenden Luftblasen bzw. an der Oberfläche der aufsteigenden Luftblasen
Feststoffteilchen der Biomasse 2 sammeln und mit aufsteigen.
Damit werden noch verwertbare Nährstoffe und
die für
den Umsetzungsprozeß notwendigen
Mikroorganismen im Fermenter 3 zurückgehalten. Die Dichte der
Biomasse 2 steigt an, wobei sich im unteren Teil des Fermenters 3 Flüssigkeit
ansammelt. Diese Flüssigkeit
fließt
optimalerweise über
den Ablauf 17 aus dem Fermenter 2 ab.
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Innerhalb
der Kammer 12 wird sowohl Luft zur Entschwefelung eingebracht,
als auch mit den Luftbläschen
der Flotationsprozess vollzogen wird. An den aufsteigenden Luftbläschen innerhalb
der Kammer 12 sammelt sich Feststoff der Biomasse 2. Dies
führt zur
Hufkonzentration der Biomasse 2 im oberen Bereich der Kammer 12 und
zur Sammlung von Flüssigkeit
im unteren Bereich. Diese angesammelte Flüssigkeit im unteren Bereich
kann über
den Ablauf 17 abfließen,
wodurch im Ergebnis die Dichte der Biomasse 2 im Fermenter 3 erhöht wird.
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Im
Folgenden wird anhand der 2 eine Vorrichtung
zur Entschwefelung von Biogas gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel
beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den
gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
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Im
Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel
befindet sich der Mikroblasenerzeuger 6 im zweiten Ausführungsbeispiel
nicht in einer separaten Kammer 12 innerhalb des Fermenters 3,
sondern in einem Kessel 14 außerhalb des Fermenters 3.
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Hierzu
weist die Vorrichtung 1 nach dem zweiten Ausführungsbeispiel
den Kessel 14 mit einem Zulauf 15 und einem Rücklauf 16 auf.
Die Biomasse 2 fließt
also über
den Zulauf 15 aus dem Fermenter 3 in den Kessel 14.
Innerhalb des Kessels 14 fließt die Biomasse 2 über den
seitlich eingebrachten Mikroblasenerzeuger 6. Dank der
Luft in den Mikroblasen steigt die mit Mikroblasen versetzte Biomasse 2 im
Kessel 14 auf und fließt über den
Rücklauf 16 zurück in den
Fermenter 3. Da in dem zweiten Ausführungsbeispiel die Flotation,
d. h., das Anreichern der Biomasse 2 im Wesentlichen in
dem Kessel 14 stattfindet, befindet sich der Ablauf 17 sinnigerweise im
unteren Bereich des Kessels 14.
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An
diesen Ablauf 17 schließt sich ein Ablaufrohr 24 an,
welches bis zum Flüssigkeitsspiegel 4 ansteigt.
Auf Höhe
des Flüssigkeitsspiegels 4 geht
das Ablaufrohr 24 in einem Überlauf 25 über. Aus
dem Überlauf 25 kann
die gereinigte Flüssigkeit über einen Überlaufausgang 26 abfließen.
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D.
h. also, zusätzlich
oder vor allem anstatt der separaten Kammer 12 aus dem
ersten Ausführungsbeispiel
wird Biomasse 2 im zweiten Ausführungsbeispiel über den
Zulauf 15 aus dem Fermenter 3 abgezweigt und in
den Kessel 14 geleitet. In diesem Kessel 14 fließt die Biomasse 2 dann über den Mikroblasenerzeuger 6,
welcher die Biomasse 2 mit Luftblasen versetzt. Die mit
Luftblasen versetzte Biomasse 2 fließt sodann über den Rücklauf 16 zurück in den
Fermenter 2. Um wiederum nicht nur die Entschwefelung zu
unterstützen,
sondern auch den Flotationsprozess und somit die Verdichtung der
Biomasse 2 voranzutreiben, ist unterhalb des Mikroblasenerzeugers 6 im
Kessel 14 der Ablauf 17 vorgesehen.
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Des
Weiteren zeigt das zweite Ausführungsbeispiel
den Aufbau des Mikroblasenerzeugers 6 detaillierter. Wie
zu sehen ist, besteht der Mikroblasenerzeuger 6 aus einem
Antrieb bzw. Exzenterantrieb 9, welcher einen Exzenter
die Luftaustrittseinheit 8 in kreisförmige Schwingung versetzt.
Der genauere Aufbau des Mikroblasenerzeugers wird in Verbindung
mit 4 genauer erläutert.
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Ferner
zeigt das zweite Ausführungsbeispiel eine
leicht modifizierte Druckluftversorgungseinrichtung 7.
Dabei ist die erste Schwebekörperluftmengenmess-
und Regeleinheit 18 nach den beiden Filtern 21 und
den 3-Wege-Ventilen 20 angeordnet. Die beiden Filter 21 sind
wie im zweiten Ausführungsbeispiel
als zwei Kerzenfilter ausgeführt.
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Anhand
der 3 wird eine Vorrichtung zur Entschwefelung der
Biomasse gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
beschrieben. Dabei sind gleiche bzw. funktionalgleiche mit den gleichen
Bezugszeichen wie im ersten und zweiten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
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Das
dritte Ausführungsbeispiel
zeigt eine gegenüber
dem ersten Ausführungsbeispiel
erweitere Vorrichtung zur Entschwefelung von Biogas. Dabei ist eine
Zusatzluftzufuhr 37, bestehend aus einem zweiten Kompressor 27,
einer zweiten Schwebekörperluftmengenmess-
und Regeleinheit 28, einem zweiten Absperrventil 29 und
einer zweiten Leitung 30 gezeigt.
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Um
die gesamte Biogasanlage besser regeln zu können und vor allem, um sowohl
die Luftentschwefelung als auch die Flotation zu optimieren, ist diese
Zusatzluftzufuhr 37 vorgesehen. Mit der Zusatzluftzufuhr 37 kann
Druckluft oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 4 bzw.
direkt am Flüssigkeitsspiegel 4 eingebracht
werden, wodurch die Luftentschwefelung in diesem Bereich optimiert
wird.
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Bei
der gleichzeitigen Optimierung des Entschwefelungs- und des Flotationsprozesses
der Biomasse 2 kann es unter Umständen sein, dass über die
Mikroblasen 6 nicht ausreichend Luft zur Entschwefelung
in den Fermenter 3 eingebracht werden kann. Deshalb wird
die Zusatzluftzufuhr 37, welche ausgebildet ist, Luft auf
Höhe des
Flüssigkeitsspiegels 4 in
den Fermenter 3 einzubringen, vorgesehen.
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Selbstverständlich können auch
mehrer Mikroblasenerzeuger 6 und/oder mehrere Zusatzluftzufuhreinheiten 37 in
einem Fermenter 3 vorgesehen werden.
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4 zeigt
den Mikroblasenerzeuger 6 für alle drei Ausführungsbeispiele
im Detail. Zu sehen ist die Luftaustrittseinheit 8 bestehend
aus zwei Scheiben 31 mit mikroporösen keramischen Oberflächen sowie
der elektromotorische Antrieb 9. Auf dem Antrieb 9 sitz
eine Anschluss 32 für
die druckluftführende
erste Leitung 22. Von diesem Anschluss 32 wird die
Druckluft über
eine dritte Leitung 33 zur Luftaustrittseinheit 8 geführt. In
dieser Luftaustrittseinheit 8 sind die beiden Scheiben 31 jeweils
innen hohl und somit kann die Druckluft innerhalb der beiden Scheiben 31 verteilt
werden und über
die mikroporösen
keramischen Oberflächen
austreten. Um die Luftaustrittseinheit 8 in kreisförmige Schwingung
zu versetzen sitz auf der Abtriebswelle des Antriebs 9 ein
exzentrischer Aufsatz 34. Auf diesem exzentrischen Aufsatz 34 ist
die Luftaustrittseinheit 8 mittels zweier Wälzlager 35 gelagert.
Ferner umschließt
eine Gummimanschette 36 den Exzenteraufsatz 34 und
die Wälzlager 35.
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Durch
diesen Aufbau des Mikroblasenerzeugers 6 können die
Scheiben 31 in eine kreisförmige Schwingung versetzt werden.
Dies hat zur Folge, dass jede Pore der Scheiben 31 eine
Kreisbahn mit demselben Radius beschreibt und sich somit jede Pore
mit der gleichen Relativgeschwindigkeit gegenüber der Flüssigkeit bzw. Biomasse 2 bewegt.
Dadurch können
auf der gesamten Oberfläche
der Scheiben 31 Mikroblasen mit demselben Durchmesser erzeugt
werden.
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Die
Druckluft wird also direkt über
den Mikroblasenerzeuger 6 in die Biomasse 2 eingebracht,
wobei durch die kreisförmige
Schwingung bzw. Vibration der Luftaustrittseinheit 8 sichergestellt
wird, dass Mikroblasen einer bestimmten Größe von den Luftaustrittslöchern, insbesondere
Luftaustrittsporen, in der Luftaustrittseinheit 8 abreißen. Ohne
eine Bewegung der Luftaustrittseinheit 8 bzw. der Scheiben 31 haften die
Mikroblasenblasen zu lange an der Oberfläche derselben fest und werden
zu groß.
Sie würden
sich damit nicht an Feststoffteilchen anhaften, würden sich
vereinigen, zu schnell aufsteigen und folglich einen durchmischenden
negativen Effekt bewirken. Die erfindungsgemäß zu erzeugenden Mikroblasen
sind so klein, dass sie sich beim Zusammenstoß nicht vergrößern und
nebelartig sowie über
die ganze Fläche verteilt,
gleichmäßig aufsteigen.
Von besonderem Vorteil ist es, die Blasen durch eine Strömung der Flüssigkeit
(Biomasse 2) unmittelbar über der Oberfläche der
Membranen der Luftaustrittseinheit 8 so zeitig abzulösen, dass
Mikroblasen mit einem Durchmesser von 30–50 μm entstehen.
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Versuche,
die Scheiben 31 drehen zu lassen führten zu keinem befriedigenden
Ergebnis, da die Geschwindigkeiten der Kreisbahnen, bezogen auf den
größer werdenden
Radius unterschiedlich sind und damit auch die Blasen verschieden
groß werden. Eine
lineare Vibration brachte ähnliche
Ergebnisse. Auch hier werden die Poren auf ihrem Weg ständig zwischen
Null- und Maximum-Punkten bewegt. Durch die Bewegung der Scheiben
mit dem Exzenterantrieb 9, dessen Exzentrizität einen
Radius von 3 mm beträgt,
wird jede Pore auf einer gleichmäßigen Kreisbahn
mit 18,8 mm Länge
geführt.
Der Motor des Antriebs 9 hat dabei 1500 U/min = 25 U/sec.
Die gleichmäßige Geschwindigkeit
aller Poren auf der Oberfläche
der Scheiben 31 gegenüber
der Flüssigkeit
beträgt
damit 18,8 × 25
= 470 mm/sec.
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Die
soeben beschriebene Vorrichtung dient dazu, ein erfindungsgemäßes Verfahren
zur Entschwefelung von Biomasse durchzuführen. Erfindungsgemäß werden
bei dem Verfahren aus Druckluft Mikroblasen erzeugt, wobei die Mikroblasen
dann in die Biomasse einer Biogasanlage eingebracht werden, und
wobei die Mikroblasen unterhalb des Flüssigkeitsspiegels eingebracht
werden.
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Dabei
sind die Mikroblasen in dem Verfahren vorteilhafterweise so ausgelegt,
dass sie gleichzeitig den Flotationsprozess in der Biomasse unterstützen und
folglich das Verfahren zur Entschwefelung von Biogas gleichzeitig
zur Aufkonzentrierung der Biomasse verwendet werden kann. Dazu werden
vorteilhafterweise die Mikroblasen in der unteren Hälfte, besonders
vorzugsweise im unteren Drittel, der Flüssigkeitssäule eingebracht, damit sich
die Mikroblasen optimal verteilen können. D. h., dass während des Aufsteigens
der Mikroblasen in der Flüssigkeitssäule bzw.
in der Biomasse der Flotationsprozess gefördert wird, wobei gleichzeitig
die Mikroblasen selbst eine Gas/Flüssigkeitsgrenze bilden, an
der die Entschwefelung stattfindet.
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- 1
- Entschwefelungsvorrichtung
- 2
- Biomasse
- 3
- Fermenter
- 4
- Flüssigkeitsspiegel
- 5
- Gasentnahme
- 6
- Mikroblasenerzeuger
- 7
- Druckluftversorgungseinrichtung
- 8
- Luftaustrittseinheit
- 9
- Antrieb
- 10
- erster
Kompressor
- 11
- Flüssigkeitssäule
- 12
- Kammer
- 13
- obere Öffnung
- 14
- Kessel
- 15
- Zulauf
- 16
- Rücklauf
- 17
- Ablauf
- 18
- erste
Schwebekörperluftmengenmess-
und Regeleinheit
- 19
- zweites
Absperrventil
- 20
- 3-Wege-Ventile
- 21
- Filter
- 22
- erste
Leitung
- 23
- Gestell
- 24
- Ablaufrohr
- 25
- Überlauf
- 26
- Überlaufausgang
- 27
- zweiter
Kompressor
- 28
- zweite
Schwebekörperluftmengenmess-
und Regeleinheit
- 29
- zweites
Absperrventil
- 30
- zweite
Leitung
- 31
- Scheiben
- 32
- Anschluss
- 33
- dritte
Leitung
- 34
- exzentrischer
Aufsatz
- 35
- Wälzlager
- 36
- Gummimanschette
- 37
- Zusatzluftzufuhr