DE3024352A1

DE3024352A1 - Verfahren und anlage zur gewinnung von brenngas durch ausfaulen organischer stoffe

Info

Publication number: DE3024352A1
Application number: DE19803024352
Authority: DE
Inventors: Karlheinz 8000 München Geiger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-06-27
Filing date: 1980-06-27
Publication date: 1982-01-21

Description

Verfahren und Anlage zur Gewinnung von Brenngas
durch Ausfaulen organischer Stoffe Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein wesentliches Problem bei der Gewinnung von Brenngas durch Ausfaulen organischer Stoffe besteht darin, daß das Faulgas, das hauptsächlich aus Methan und Kohlendioxid besteht, einen vergleichsweise niedrigen Heizwert hat. Es ist daher erstrebenswert, den Kohlendioxidgehalt des Faulgases zu senken, um dadurch ein Brenngas mit höherem Heizwert zu erhalten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die im allgemeinen gewünschte Verdichtung des Brenngases und die Reduzierung des Kohlendioxidanteils des Brenngases auf technisch möglichst einfache Weise zu bewerkstelligen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird das Verfahren erfindungsgemäß so geführt, wie im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegeben.
Die Erfindung basiert auf dem Grundgedanken, das Faulgas während der Verdichtung mit einer Flüssigkeit in Kontakt zu bringen, die Kohlendioxid in stärkerem Maße als Methan löst.
Auf diese Weise wird gleichzeitig mit der Verdichtung mindestens ein Teil des Kohlendioxids durch Lösen in der Flüssigkeit vom restlichen Faulgas getrennt. Der nicht gelöste Faulgasanteil kann durch Schwerkrafttrennung auf einfache Weise unter dem Verdichtungsdruck stehend durch Schwerkraft oberhalb der sich unten absetzenden Flüssigkeit mit dem gelösten Faulgasanteil gewonnen werden. Wenn man die Kontaktierungsflüssigkeit im Kreislauf führen will, empfiehlt es sich, sie, vorzugsweise nach Druckerniedrigung, von mindestens einem Großteil des gelösten Faulgasanteils zu befreien. Dabei kann es sich allerdings ergeben, daß verunreinigende Gasanteile, wie H2S, NH3 und ein Rest von CO2 in der Flüssigkeit verbleiben, so daß ein Flüssigkeitsaustausch von Zeit zu Zelt erforderlich ist.
Statt der Gasabtrennung durch Schwerkraft nach Druckerniedrigung kann man auch andere Möglichkeiten zur Trennung von Gas und Flüssigkeit einsetzen, beispielsweise Entgasung, Destillation, Rektifikation, Sedimentation oder Filtration.
Die Betriebsflüssigkeit erfährt durch die Druckerhöhung bei der Verdichtung eine Erwärmung. Diesen Wärmeinhalt kann man auf besonders einfache Weise dadurch nutzen, daß man den nutzbaren Teil des Wärmeinhalts an die faulenden organischen Stoffe per Wärmetausch abgibt. Eine günstige Faultemperatur liegt im Bereich von etwa 30 bis 400 C. Die Wärmeverluste des Faulraums können durch den geschilderten Wärmetausch mindestens teilweise gedeckt werden.
Es ist günstig, dem Faulraum ein die Faulungsbedingungen verbesserndes Gas zuzuführen. Hierfür wird in Weiterbildung der Erfindung das Brenngas vorgesehen, wodurch der relative Kohlendioxidgehalt des Faulgases im Faulraum verringert wird, was für die Faulung positiv ist.
Das Ausfaulen organischer Stoffe bei der Erfindung ist im wesentlichen ein Abbau organischer Stoffe mittels Methanbakterien (anaerobe Schlammfaulung). Dabei liegen die abzubauenden organischen Stoffe im allgemeinen in in einer Flüssigkeit, im allgemeinen Wasser, suspendierten Form vor.
Wenn man ein Gas, vorzugsweise das Brenngas, in den Faulraum einbringt, kann man dies zur Erzeugung einer Rührwirkung nutzen. Zu diesem Zweck kann man unten im Faulraum eine Mehrzahl geeignet angeordneter, beispielsweise eine Reihe quer über den Faulraumquerschnitt angeordneter, Gasaustrittsdüsen vorsehen. Die hierdurch einbringbare Rührleistung ist sehr hoch, und es ergibt sich eine intensive Durchmischung und Umwälzung des Faulrauminhalts. Durch die Intensität der Begasung wird Schwimmschlammbildung verhindert und eine erhöhte biologische Abbauleistung erzielt, wobei vermutet wird, daß das eingeblasene Gas die mikroskopisch kleinen Blasen im Faulraum mitreißt.
Die Gasaustrittsdüsen können auch auf einem rotierbaren Rührarm angeordnet sein, wodurch sich eine zusätzliche Rührwirkung durch den aufgrund des austretenden Gases rotierenden Rührarm erzeugt wird.
Ein typischer Bereich des Verdichtungsdruckes des Brenngases liegt bei der Erfindung bei etwa 4 bis 10 bar. Als besonders geeignete Betriebsflüssigkeit hat sich ein Glykol/Wasser-Gemisch herausgestellt.
Eine erfindungsgemäße Anlage zur Gewinnung von Brenngas durch Ausfaulen organischer Stoffe ist in Anspruch 8 angegeben. Dies ist zugleich eine bevorzugte Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Flüssigkeitsringverdichter sind an sich bekannt und müssen daher nicht im einzelnen beschrieben werden. Sie bestehen im wesentlichen aus einer exzentrisch in einem Gehäuse angeordneten Welle, die ein oder mehrere Flügelräder trägt. Das im allgemeinen zylindrische Gehäuse ist nur zum Teil mit der Betriebsflüssigkeit gefüllt, so daß sich im Betrieb bei rotierendem Flügelrad ein konzentrisch zur Gehäuseachse rotierender Flüssigkeitsring ergibt. Die Betriebsflüssigkeit tritt kolbenartig aus den etwa sektorförmigen Bereichen bzw. Zellen zwischen den Flügeln des Flügelrades ein und wieder aus. Das zu verdichtende Gas wird den Zellen in einem Bereich zugeführt, in dem sie sich bei der Rotation des Flügelrades vergrößern.
Die Abführung des verdichteten Gases zusammen mit einem Teil der Betriebsflüssigkeit geschieht in einem Bereich der Zellen, in dem diese sich bei der Rotation des Flügelrades verkleinern.
Ein Flüssigkeitsringverdichter stellt also das für die Zwecke der Erfindung ideal geeignete Kernstück der Anlage dar, da zugleich das Faulgas verdichtet und mit einer Flüssigkeit intensiv in Kontakt gebracht werden kann, die unerwünschte Faulgasbestandteile, wie H2S, NH3 und CO, aufnimmt. Diese Eignung des Flüssigkeitsringverdichters für derartige Zwecke ist bisher nicht erkannt worden, vielmehr hat man die zwangsläufige, intensive Kontaktierung zwischen zu verdichtendem Gas und Betriebsflüssigkeit des Flüssigkeitsringverdichters vorwiegend als Nachteil angesehen, da die Betriebsflüssigkeit hinter dem Flüssigkeitsringverdichter wieder von dem verdichteten Gas getrennt werden muß, wenn man es weiterverwenden will.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung, in anlagentechnischer Hinsicht ergeben sich aus den Ansprüchen 9 bis 12.
Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Brenngasgewinnungsanlage noch näher erläutert. Die Zeichnung zeigt eine schematisierte Darstellung der Anlage.
Die Anlage weist einen Faulbehälter 2 auf, der im wesentlichen die Gestalt eines aufrechten Zylinders hat. Der Faulbehälter 2 besitzt ein deckelartiges Oberteil 4 mit nach unten ragendem, zylindrischem Rand 6. Der Rand 6 ragt in eine in Draufsicht kreisrunde, wassergefüllte Rinne 8 am oberen Rand des Behälterhauptteils. Das Behälteroberteil 4 wird durch den im Inneren des Faulbehälters 2 herrschenden Faulgasdruck gehalten und paßt sich der enthaltenen Faulgasmenge durch Höhenveränderung an.
Im Inneren des Faulbehälters 2 befindet sich bis zu einem bestimmten Niveau organisches Material in wässriger Suspension.
Im unteren Bereich des Faulbehälters 2 ist ein zweiseitiger Rührarm 10 angeordnet, der um eine vertikaler zentrale Achse 12 rotierbar ist und sich beidseits der Achse 12 bis nahe zur Wand des Faulbehälters 2 erstreckt. Der rührarm 10 trägt eine Reihe von Gasdüsen 14, die so ausgerichtet sind, daß das austretende Gas eine Strömungskomponente in Umfangsrichtung hat.
Somit kann der Rührarm 10 durch austretendes Gas in Rotation versetzt werden.
Im Faulbehälter 2 findet die Ausfaulung bzw. der biologische Abbau der enthaltenen organischen Stoffe unter Mitwirkung von Bakterien statt. Das dabei gebildete Gas, das im wesentlichen aus Methan und Kohlendioxid mit geringeren Beimengungen von H2S und NH3 besteht, sammelt sich oben im Faulbehälter 2. Der ausgefaulte Faulschlamm kann durch eine nicht dargestellte Schleuse, beispielsweise am Boden des Faulbehälters 2, entfernt werden.
Vom Oberteil des Faulbehälters 2 führt eine Leitung 16 zu einem Flüssigkeitsringverdichter 18. Dort wird das Faulgas mit der Betriebsflüssigkeit des Flüssigkeitsringverdichters 18 intensiv vermischt und dieses Gemisch unter Druck gesetzt. Die Betriebsflüssigkeit des Flüssigkeitsringverdichters ist ein Glykol/ Wasser-Gemisch, das Kohlendioxid sowie H2S und NH3 in wesentlich stärkerem Maße löst als Methan. Dieses Gemisch wird einem ersten Gasabscheider 20 zugeführt, der somit ebenfalls unter dem durch den Flüssigkeitsringverdichter gelieferten Druck steht.
Im ersten Gasabscheider kommt das Gemisch stärker zur Ruhe, und es ergibt sich unter Schwerkraftwirkung ein Absetzen der Betriebsflüssigkeit mit den gelösten Gasanteilen unten und ein Sammeln des ungelösten Faulgasanteils, der im wesentlichen nur aus Methan besteht, oben.
Vom ersten Gasabscheider 20 strömt die Betriebsflüssigkeit über eine Drosselstelle 22, wo sich ihr Druck erniedrigt, zu einem zweiten Gasabscheider 24. In Folge der Druckerniedrigung treten die gelösten Gasbestandteile, insbesondere das Kohlendioxid, weitgehend aus der Betriebsflüssigkeit aus und sammeln sich oben im zweiten Gasabscheider 24. Sie können von dort an die Atmosphäre abgegeben werden.
Die Betriebsflüssigkeit hat sich im Flüssigkeitsringverdichter 18 erwärmt. Sie wird daher vom zweiten Gasabscheider 24 durch einen im Faulbehälter 2 angeordneten W-r.etauscher 26 geleitet, ehe sie von dort zurück zum Eintritt des Flüssigkeitsringverdichters 18 strömt. Die besten Faulbedingungen hat man in einem Temperaturbereich von etwa 30 bis 40 OC, und es ist im allgemeinen zur Aufrechterhaltung dieses Temperaturbereichs im Faulbehälter 2 erforderlich, diesem Wärmeenergie zuzuführen. Dies kann vollständig oder mindestens zu einem wesentlichen Teil durch die Betriebsflüssigkeit und den Wärmetauscher 26 geschehen.
Vom ersten Wärmetauscher 20 strömt das unter dem Verdichtungsdruck stehende Brenngas zu einem Brenngasspeicher 28 oder unmittelbar zum Verbraucher. Ein Teil des Brenngases wird jedoch abgezweigt und den Düsen 14 des Rührarms 10 im Faulbehälter 2 mindestens zeitweise zugeführt. Das ergibt eine hohe Rührleistung, ein Absenken des relativen Kohlendioxidgehalts in der Faulsuspension und ein Mitreißen nach oben von kleinen Gasbläschen in der Suspension. All dies bewirkt eine Erhöhung der biologischen Abbauleistung im Faulbehälter 2.
Eine gesonderte Reinigung des Brenngases hinter dem ersten Gasabscheider 20 ist nicht erforderlich, aber möglich.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anlage eignen sich ganz besonders für die Weiterbehandlung von Klärschlamm von Kläranlagen und für Flüssigmist-Faulanlagen bzw.
Biogas-Anlagen in landwirtschaftlichen Betrieben.
Die von der zwischen dem ersten Gasabscheider 20 und dem Gasspeicher 28 liegenden Leitung 30 zur Saugseite des Flüssigkeitsringerdichters 18 abzweigende Leitung 32 mit darin vorgesehenem Ventil 34 dient der Saugdruckregelung.
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Claims

"Verfahren und Anlage zur Gewinnung von Brenngas durch Ausfaulen organischer Stoffe" PATENTANSPRÜCHE Verfahren zur Gewinnung von Brenngas durch Ausfaulen organischer Stoffe, bei dem das hauptsächlich aus Methan und Kohlendioxid bestehende Faulgas verdichtet und aus dem Faulgas das Kohlendioxid mindestens teilweise ~ntfernt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Faulgas während der Verdichtung mit einer Flüssigkeit in Kontakt gebracht wird, die Kohlendioxid in stärkerem Maße als Methan löst; daß das derart gebildete, unter überdruck stehende Gemisch aus dem ungelösten Faulgasanteil und der Flüssigkeit mit dem gelösten Faulgasanteil in unter überdruck stehendes Brenngas, das einen höheren Methananteil als das Faulgas hat, und Flüssigkeit mit gelöstem Faulgasanteil getrennt wird; daß von der derart erhaltenen Flüssigkeit mindestens ein Großteil des gelösten Faulgasanteils abgetrennt wird, und daß die derart mindestens weitgehend entgaste Flüssigkeit im Kreislauf wieder zum Kontaktieren mit Faulgas herangezogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennen des Gemischs durch Flüssigkeitsabscheidung mit Hilfe der Schwerkraft erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtrennen des mindenstens Großteils des gelösten Faulgasanteils durch Flüssigkeitsabscheidung mit Hilfe der Schwerkraft nach Druckerniedrigung der Flüssigkeit erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch Wärmetausch ein Teil des Wärmeinhalts der mindestens weitgehend entgasten Flüssigkeit an die faulenden organischen Stoffe abgegeben wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Brenngases in fein verteilter Form den faulenden organischen Stoffen zugeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Zuführung des Teils des Brenngases eine Rührwirkung auf die als Suspension vorliegenden organischen Stoffe ausgeübt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Kontaktierungsflüssigkeit ein Glykol/ Wasser-Gemisch verwendet wird.
8. Anlage zur Gewinnung von Brenngas durch Ausfaulen organischer Stoffe, Verdichtung des hauptsächlich aus Methan und Kohlendioxid bestehenden Faulgases und mindestens teilweises Entfernen des Kohlendioxids aus dem Faulgas, gekennzeichnet durch einen Flüssigkeitsringverdichter (18), durch den das Faulgas mit einer Kohlendioxid stärker als Methan lösenden Flüssigkeit in Kontakt gebracht und das sich ergebende Gemisch unter überdruck gesetzt wird; und durch einen Gasabscheider (20), durch den das einen höheren Methananteil als das Faulgas besitzende Brenngas von diesem Gemisch getrennt wird.
9. Anlage nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen zweiten Gasabscheider (24), durch den aus der vom ersten Gasabscheider (20) kommenden Flüssigkeit nach Druckerniedrigung mindestens ein Großteil des vorher gelösten Gases abgetrennt wird.
10. Anlage nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch einen Faulbehälter (2) zum Ausfaulen der in Suspension befindlichen organischen Stoffe, der eine Einrichtung (10,14) zur Erzeugung einer Rührwirkung durch Einblasen von Gas aufweist.
11. Anlage nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet durch einen Faulbehälter (2), der einen, vorzugsweise durch vom zweiten Gasabscheider (24) kommende Flüssigkeit mit höherer Temperatur als der Faulbehälterinhalt beaufschlagten, Wärmetauscher (26) aufweist.
12. Anlage nach einem der Ansprüche 8 bis 11, gekennzeichnet durch einen Faulbehälter (2), der als Gasdruckbehälter mit höhenveränderlichem Oberteil (4) und Flüssigkeitsring-Abdichtung (6,8) ausgebildet ist.