DE923539C - Verfahren zur Erzeugung von brennbarem Gas auf biologischem Wege - Google Patents

Description

• Verfahren zur Erzeugung von brennbarem,Gas auf biologischem Wege Aus allen. zellulosehaltigen Abfallstoffen, unter anderem auch aus Graßtiermist, läßt sich Methan (CH4) gewinnen. Methan entsteht durch die Lebenstätigkeit der Methanb.akterien. Diese gedeihen nur unter Luftabschluß (anaerob) und unter Lichtabschluß. Die beste Gasausbeute wird erzielt, wenn das zu vergasende Material auf einer konstanten Temperatur von + 30° C gehalten wird. Bei der gewöhnlichen Ausgaswng von zellulosehaltigem Material entstehen neben Methan in geringeren Mengen noch Kohlensäure und Wasserstoff. Das von den Bakterien @erzeugte Gas kann entweder urigereinigt oder gereinigt verwendet werden.
• Der Dungwert des ausgegasten Mistes ist gegenüber dem frischen nicht vermindert. Im Gegenteil wird durch die Ausgasung ein der Kompostierung ähnlicher Zustand des Materials erreicht, so daß die Aufscblußfähigkeit des Mistes für .die Bodenbakterien verbessert und damit sogar der Dungwert erhöht wird.
• Es ist bereits bekannt, Dümb r und andere Abfahstoffe unter Belüftung und unter Impfung mit Abwasserschlamm in Gruben Bohne Methangewinnung zu vergären. Zwecks Gewinnung von Methan war man bisher nur in der Lage, zell11ulosehaltiges Material unter Wasser zu vergasen. Das Material mußte vorher zerkleinert und die lästige Bildung der Schwimmdecke durch ein Rührwerk verhindert werden.
• Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, da:ß@ frischer Mist mit etwa dem natürlichen Feuchtigkeitsgehalt bei konstanter Temperatur von +30'C brennbares Gas mit einem Methangehalt von 6o bis 70 % liefert. Ferner ist für die Erfindung die Erkenntns wichtig, daß. die Vergasungszeit verkürzt und die Gasausbeute wesentlich gesteigert werden kann, wenn dem zu vergasenden Material bestimmte Reizstoffe zugesetzt werden.
• Die Ausgasungszeit beträgt dann nur noch 3o Tage, zu denen noch 6 Tage Aufenth;altsaeit in dem thermophilen Vorwärmeraum kommen.
• Gegenüber den bisher bekanntgewordenen Verfahren bietet dae Erfindung folgende Vorteile: i. keine Zerklenierung des Materials, 2. keine Schwimmdeckenbildung und damit kein Rührwerk, 3. geringere Heizaufwendung, da das Volumen d:er zu erwärmenden Masse durch den Wegfall der Vergasung unter Wasser wesentlich geringer ist, ¢. zusätzlicher Wärmegeivsnn durch Ausnutzung der H@eizkiaft ,der thermophilen Bakterien, 5. Sbei:gerung der Gasausbeute und Verkürzung der Gasnusbieube und Vergasungszeit durch Zugabe vom. Reizstoffen, 6. einfaches Entfernen der ausgegasten Stoffe am Boden der Behälter, kein Abfischen, wie bei der Ausgasunig unter Wasser.
• Die mikrobiologischen Prozesse, auf -denen das Verfahren beruht, werden durch zwei biologisch scharf voneinander zu trennende Vorgänge gekennzeichnet, °nämlilch: a) Ausnutzung der thermo.philen aeroben Bakterien für die Erwärmung von Mist und Anreizung des Wachstums dieser Bakterien durch Hinzufügung von Reizstoffen, b) Vergasung des von dien thermophüen Bakterien vorgewärmten Mistes, ohne denselhen unter Wasser zu bringen, und Anreizeng des Wachstums der anaeroben Methanbakberiendurch Hinzufügung von Wachsstoffen, die zugleich Kohlensäure entwickeln.
• Biologische Einzelheiten zu a) : Die thermophilen Bakterien sind :sauerstoffbedürf 'tag (aerob). Der therm@ophile Vorwärm@eraum m@uß. deshalb mit regulierbaren Luftlöchern versehen sein. Die Regulierung hat den Zweck, daß. .die therm:ophilen Bakterien zunächst den im Material vorhandenen Sauerstoff verbrauchen sollen und daß ihnen dann durch die Lüftung Sauerstoff zunächst nur in geringen Mengen zugeführt wird. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die Oxydationsprozesse hinausgezogen werden und dadurch die durch die Lebenstätigkeit der Bakterien (erzeugte Temperatur nicht rund + ¢o° C überschreibet.
• Nach Fülhunig des Raumes mit Mist wird je Kilogramm Frischmist mit z 50 ccm Wasser von i 30° C überbraust. Dem Wasser werden je Liter 2,5g Hefe-P1asinolysat zugefügt.
• Durch Zugabe dieser im Wasser rasch löslichen Reizstoffe wind das Wachstum der thermophilen Bakterien so angeregt, daß die Temperatur innerhalb vom: 2q. Stunden auf -j- 30° C steigt und 6 Tage lang auf dieser Höhe bleibt bzw. durch Regulierung der Luftzufuhr + q.0° C nicht Überschreitet.
• Biologische Einzelheiten zu b) : Der im aerobien Vorwärmeraum auf mindestens + 30° C ierwärmte Mist fällt durch seine Klappe in den Vergas:ungs; r,aum. Die hier wirksamen Bakterien sind sowohl sauerstoff- als auch lichtempfindlich. Sie ientfalten sich am lebhaftesten bei einer Temperatur von

  --- 30° C. Der Vergasungsraum mufdeshalb luft-

  dicht abgeschlossen und dunkel sein und konstant

  auf + 30° C gehalten werden.

  Nach Schüttang des Mistes aus dem Vorwärme-

  riaum in: den Vergasungsraum wird je Kilogramm

  Frischmist mit 25o ccm Wasser von +30° C übier-

  braust, dem je Liter 2,5g Hiefe-P1asmolysat zu-

  geführt werden.

  Hefe-Plasm@olysatenthält Hormone, die wachs-

  tumsfördernd auf die Methanbakterien wirken und

  damit zugleich die Gasausbeute erhöhen bzw. die

  Ausgasungszeit verkürzen. Außerdem -enthält es

  eine Hefekomponente, die bewirkt, da:ß :den Methan-

  bakberien im alkalischen Medium Kohlensäure ge-

  liefiert wird, die wiederum wachtumsbeschleunigend

  auf die Methanbakterien wirkt. Ferner kann der

  abgespaltene Wasserstoff mit Kohlensäure zusammen

  zu: Methan umgesetzt werden.

  Hiefie-Plasm,olysat ist ein: Hefekonzentrat, dessen

  Eiweiffinolekül durch Kochen, in Kochsalzlösung

  nufgeschlioissen ist, so da:ß es für die Bakterien

  leichter angrefbar wird; die Konzentration der

  Kochsalzlösung ist so gewählt, daß sie denn optimalen

  Wachstumsbedingungen der Bakteriiem entspricht.

  Dieses Hefe-Plasm@olysat ist ,als Reizstoff für das

  erfindungsgemäße Verfahren geeignet. Noch besser

  eignet sich Hefie-Pllasm@olysat, das ebenso zusammen-

  gesetzt ist, jiedoch noch seinen Zusatz von Fol7ikel-

  hormonen enthält.

  Bei der fersten Füllung der Anlage wird das

  Material gleich in den Vergasungsraum gefüllt und

  je Kilogramm Material mit 55occm +3.o° warmem

  Wasser übieAraust, Odem je Liter 5 g Hefe-Plas-

  molysat zugefügt sind.

  Ferner müssien bei tierersten Füllung zum Impfen

  je Kilogramm Material ,etwa 5 ccm Faulschlamm

  aus jener städtischen Kläranlage; Abortgrube oder

  Jauchetonne zugegeben werden.

  Nach der erste. Füllung steht bneniba:res Gas

  in 7 bis i o Tagen zur Verfügung. Nach weiteren

  3o Tägen ist das Material im wesentlichen aus-

  gegast. Es wird ,nun im regelmäßigen Turnus von

  6 Tagen immer ein Zehntel des alten Materials

  unten entfernt und durch ein Zehntel des neuen

  Materialsolen iersietzt. Dien neuen Material werden

  die ob@engmannten Zusätze zugegeben, rund zwar in

  diesien Zeitabständen.

  Die Figuren @erläutern das Verfahren und zeigen

  an seinem Beispiel eine erfindungsgemäße Anlage.

  Es stellt dar

  Fig. i -den Schnitt mach Linie A-B zu Fig. z,

  Fig. z den, Grundruß zu Fig. i,

  Fig. 3 den Schiritt nach Linie C-D zu Fig. q. und

  Fig. q. .dien Grundruß zu Fig. 3.

  Da von allen anderen zellulosehaltigen Abfall-

  stoffen der Großtiermist den Hauptbeil für die Ver-

  gasung bildet, mußbe zunächst diesem Stoff in

  Konstruktion und Bauweisie- insbesondere Rechnung

  getragen werdiem. Die Vergasung ;geschieht in einem

  zweikammerig ausgeführten Silo; derselbe ist in

  Viereckform in Beton ausgeführt wn:d hat innen

  zwei runde Eisienbehältex i. Zwischen den Eis@en-

  behälberin: und der äußienein Betonummantelung 2

  ist ein Isolierraum vorgesehen, welcher mit einer starken Isolierung verstehen ist und noch einen Luftisolierraum enthält. Die: Eisenbehälter sind o ben domartig ausgebildet und haben dort je eine Füllöffnung 3, welche je nach dem Durchmesser des Behälters durch einen (oder zwei) gasdicht schließenden Falldeckel q. ,abgeschlossen ist. Am unteren Ende jedes Behälters ist eine gasdichte Entleerungsvorrichtung mit einer eingebauten, motorisch betriebenen Transportschnecke 5 vorgesehen. Im Innern der Eisenbehälter kann eine Rohrheizschlange 6 eingebaut werden, welche jeweils direkt an der Wand -der Eisenbehälter entlang läuft und dort angeschweißt ist. Diese Rohrheizschlange ist mit Wasser gefüllt und wird von einer Heizquelle, die außerhalb des Silos liegt, beheizt und hält so den inneren Raum der Behälter durch einen Regler konstant auf ,'- 30° C. Nach einer anderen Bauart können die Eisenbehälter auch mit Doppelmantel ausgebildet werden, durch welchen das Heizungswasser zirkuliert. In diesem Fall entfällt die vorher erwähnte Rohrschlange. Soweit der eigentliche Gassilo, in welchem die Abfallstoffe, welche von oben eingefüllt werden, zur Vergasung gebracht werden.
• .Auf dem Silo befindet sich ein in Beton angelegter zweiter Behälter als thermophiler Vorwärmeraum 7, welcher in 'allen Fällen ein Zehntel des Rauminhaltes des Eisienbehälters im Silo haben muß. Dort wird der im kontinuierlichen Betrieb in gewissen Zeiabständen nachzufüllende Vergasungsstoff gelagert. Durch .entsprechend regulierbare Jalousien 8 in der Außenwand dieses Vorbehälters 7 werden die thermophil@en Bakterien des Füllgutes zur Aktivität gebracht, so da.ß sich dieses Füllgut vor der Einbringung in den eigentlichen Gassilo auf -f- 3o bis 1-1 q.0° C erwärmt. Durch diese Vorwärmumg ohnie künstliche Wärmequelle werden Wärmeverluste, welche beim Füllen eintreten könnten, vermieden.
• Im Mittelpunkt dieses Vorwärmeraumes ist das Ausdehnungsgefäß 9 der Heizung vorgesehen. Die Größe dieses Gefäßes ist von der Größe der Heizaräage !abhängig. Da es vollkommen von dem Nachfüllmist umgeben, ist, sind Wärmevcrllu@ste nicht zu befürchten.
• An, der Decke des Vorm ärmeraumes ist eine Brause io und in den Gasbehältern je ein Brausering i i angebracht. Durch diese Einrichtung ist es möglich, den verdünnten Reizstoff auf das Nachfüllgut zu versprühen. Die Mischung des Reizstoffes mit warmem Wasser geschieht in einer Bodenreserve 12, welche im Maschinenhaus liegt und in ihrer Abmessung derjenigen Wassermenge entspricht, welche zum Versprühen des Reizstoffes für die jeweilige Nachfüllmenge notwendig ist. Das Kühlwasser des Verdichters hat (etwa +35 bis q.o° C, so daß das für die Versprühung notwendige Warmwasser zur Verfügung steht, ohne daß ein neuer Wärmeaufwand notwendig wird. Dieses Kühlwasser wird in diesen Bodenwasserbehälter eingeleitet, dort wird :die entsprechende Reizstoifmenge beigemischt und beides ,dann durch eine kleine Pumpleitung den Brauseeinrichtungen im Vorwärm.eraum und den Ausgasungsbehältern zugeführt.
• An: den Silo angebaut ist ein Raum 13, in welchen das Gasauffangrohr 14. aus den Großbehältern i mündet, welches von den Vergasungsbehältern durch den Isoliermantel des Silos nach unten geführt wird. Unter Zwisch@enschaltuing eines Gaszählers führt dieses Gasrohr zu den Verbraucherstellen (Tanksäulien) und zu einem Gassammelbehälter 15, welcher in der Nähe des Silos aufgestellt wird. Dias Maschinenhaus zerfällt in drei Räume, welche ohne Verbindung zue-:mander sein müssen. Die drei Räume sind nur von außen zugängig. Der eine Raum 13 ist lediglich für Gas eingerichtet, während sich in dem anderen, 16, nur die Schaltungen und Motoren befinden; diese Anordnung ist aus feuertechnischen Gründen unbedingt einzuhalten. Im dritten Raum 17 ist das Heizgerät für Siloraum,heizu:ng untergebracht. Das Gas, welches für Treibgas zur Verwendung kommt, kann nach dem in Gaswerken üblichen Verfahren gereinigt und dann durch maschinelle Kompressoranlagen in fesem vorher geschilderten Raum in Flaschen abgefüllt und komprimiert werden. Die Reinigung des Gases ist .auch für TreibgaszvVecke nicht unbedingt notwendig, wenn das Absinken des Heizwertes für sein Kubikmeter Gas von 858o auf 5 i oo WE in Kauf genommen wird.
• Das Gas, welches für Licht und Raumheizung innerhalb seines zunächst liegenden Versiorgungsgebietes benötigt wird, kann der Gasrohrleitung direkt entnommen werden, während das für Fahrzwecke benötigte Treibgas in der schon zuerst geschilderten Verdichtungsanlage in Flaschen abgefüllt wird. Der Mehranfall vorn Gas wird in dem vorher beschriebenen Gassammelbehälter saufgespeichert werden. Die Beheizung kann mit allen zur Verfügung stehenden Brennstoffen, wie Holz, Kohle, Torf, @eigenem erzeugtem Gas unielektrischem Strom, durchgeführt werden,. Die Hauptsache bleibt bei jeder dieser Brennstoffarten, da.ß ein Regler, welcher voll- automatisch und zuverlässig arbeitet, die Temperatur im Vergasungsbehälter .immer auf 30" C hält. Dieser Regler ist natürlich in seiner Bauweise jeweils konstruktiv von der Art des Brennstoffes abhängig.
• Im Motor- und Schalterraum ist weiterhin der Motor 18, welcher sowohl den Transportaufzug an der Außenseite des Gassilos zur Beförderung des Mistes beim Füllen der Behälter als auch zum Betrieb der Transportschnecken 5 betätigt, welchen die Aufgabe zufällt, dein ausgegasten Abfallstoff aus dem Silo herauszubefördern. Die Transportschnecken fördern den ausgegasten Mist in -eine n;ächstliegemde Mistgrube, von -#veücher aus die Abfuhr zu seiner weiteren landwirtschaftlichen Verwertung verfolgt.
• Bei Anlagen, die um vieles größer werden sollen, empfiehlt :es sich, den Sila statt 'zweikammerig, drei- oder mehrkammerig auszustatten.
• Der Grund hierfür ist folgender: Der erste Eisenbehälter wird mit dem Mist oder anderen Stoffen, welche in 4 Wochen anfallen, gefüllt und dann abgeschlossen. Dieser Behälter bleibt nun 3o Tage anaerob (luftdicht) geschlossen. Der Mist, welcher nun in diesen 3oTagen anfällt, wird mit den: zweiten Behälter ebenfaills auf einmal gefüllt und dann in der vorher erwähnten Weise anaerob behandelt. Die beiden Behälter sind nun in einem vierwöchigen Abstand hintereinandergeschaltet, d. h. während der erste Behälter am 3o. Tage mit einem Zehntel seines Rauminhaltes nachbeschickt werden kann, fängt der zweite Behälter erst seine erste anaerobe Vergasungszeit am. Erst nach 8 Wochen (2 X 3o Tagen) können beide Behälter zusammen jeweils ,in sechstägigem Abstand mit einem Zehntel ihres Rauminhaltes :nachbeschickt werden.
• Da der Mistanfall durch Weidezeit ruld andere Begebenheiten sich vermindert, steht in diesen Jahreszeiten wesentlich weniger Stoff für die Vergasung zur Verfügung. In diesem Fall kann dann wirtschaftlicher nur mit einem Behälter weitergearbeitet werden.
• Es kann zweckmäßig sein, nicht nur einen. zellulosehaltigen Stoff bestimmter Herkunft und Gattung, sondern ein Material, das aus verschiedenartigen zellulosehaltigen Stoffen zusammengesetzt ist, z. B. Großtiermist und Laub und/oder Gemüseabfälle od. dgl.,oder aber die letzterwähnten Stoffe allein je für sich oder .in Kombination ohne Großtiermist, n -L, verwenden.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Erzeugung von brennbaren methanhaltigen Gasen aus durch thermophile Bakterien vorgewärmtem Mist durch anaerobe Vergärung mittels methanbildender Bakterien in geschlossenen Behältern, dadurch gekennzeichnet, daß Mistoder andere zellulosehaltige AbfaHstoffe mit ungefähr dem natürlichen. Feuchtigkeitsgehalt vergoren werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, !dadurch gekennzeichnet, daß man dem zu vergärenden Mist u. @dgl. einen Reizstoff zusetzt, der neben das Wachstun der Methanbakterien fördernden Hormonen eine Komponente, z. B. Hefe-Plasrnolysat, enthält, welche bewirkt, daß den Methanbakterien im alkalischen Medium zur Wachstumsbeschleunigung Kohlensäume geliefert wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beigahe der Reizstoffe durch üb:erbrausen des Grundstoffes mit einer Lösung des Reizstoffes ierfolgt, zweckmäßig bei ,einer Temperatur von 30° C.
4. 4. Verfahre: nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der ersten Füllung das Material Lohne vorausgehenden Vonvärmu;ngsproze.ß gleich der Vergärung unterworfen und dabei mit Reizstofflösung überbraust wird. Angezogene Druckschriften: Techn- Gemeindeblatt, 1942, Heft i--, Sonderdruck; Gesundheitsingenieur, 1938, S. 161/16z; 1935, S. 646; 1935 `S. 657; 1947 S. 85 ff.; 1935, S. 6o3; 1939 S. 256; 1935 S. 558/559; 1947, S. 3 bis 5; Chemiker Zeitung, 193.6, Nr. 79; Stud. methane Prod. Bacteria von H e n k e 1 e -kian und Heiniemann, Sewage Works, 1939, S. 426 ff. und sS. 965 ff.; Imhoff-Broschüre »FauJ;gas ;aus Abfallstoffen«; Rundschau deutscher Technik, 1944, S.4; Chemie und Industrie, Bd. 57, 1947, S. 448 ff.; Landwirtschaft, Land, Wald und Garten, 1947 S. 131 bis 133.