DE102007007510B4

DE102007007510B4 - Process for the reduced-pollutant treatment of pollutant-containing substrates from fermentation plants for biogas production to fuel using the energy of existing incineration plants

Info

Publication number: DE102007007510B4
Application number: DE102007007510.5A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-10-20
Filing date: 2007-02-15
Publication date: 2017-01-12
Anticipated expiration: 2027-02-16
Also published as: DE102007007510A1

Abstract

Verfahren zur simultanen Entfernung von korrosiven und gesundheitsschädlichen Schadstoffen aus Gärsubstraten und Verbrennungsabgasen aus Vergärungsanlagen und nachgeschalteten Verbrennungsanlagen und deren anschließende Umwandlung in unschädliche, nichtkorrosive Verbindungen bei paralleler Trocknung des Gärsubstrats, dadurch gekennzeichnet, dass der Schadstoffstrom 9 aus dem zu trocknenden Gärsubstrat in der Vakuumkammer 7 und die Schadstoffe aus dem Abgasstrom 4 einer Verbrennungsanlage 3 in einem Reaktor 22 miteinander zur Reaktion gebracht werden, so dass die Schadstoffe eliminiert werden und das Gärsubstrat aus Vakuumkammer 7 mit dem Abgasstrom 4' emissionsarm sowie der Abwärme aus dem Kühlkreislauf 18 der Verbrennungsanlage 3 und der durch Kondensation des in dem Trockner 10 aufgenommenen Wassers aus dem Abgasstrom 4'' und im Kondensationswärmetauscher 11 zurück gewonnene Wärme in einem mehrstufigen Prozess getrocknet wird.Process for the simultaneous removal of corrosive and harmful pollutants from fermentation substrates and combustion exhaust gases from fermentation plants and downstream incinerators and their subsequent conversion into innocuous, non-corrosive compounds with parallel drying of the fermentation substrate, characterized in that the pollutant stream 9 from the fermentation substrate to be dried in the vacuum chamber 7 and the pollutants from the exhaust stream 4 of a combustion unit 3 in a reactor 22 are reacted with each other, so that the pollutants are eliminated and the fermentation substrate from vacuum chamber 7 with the exhaust stream 4 'low emission and waste heat from the cooling circuit 18 of the incinerator 3 and by Condensation of the water absorbed in the dryer 10 from the exhaust gas stream 4 '' and heat recovered in the condensation heat exchanger 11 is dried in a multi-stage process.

Description

Im Zuge der wachsenden Zahl an Biogasanlagen fehlt es den Biogasanlagenbetreibern zunehmend an Flächen, um das als Reststoff anfallende Gärsubstrat auf Anbauflächen als Dünger wieder auszubringen und ein Transport des zu bis zu 95% Wasser enthaltenden Gärsubstrats auf weiter entfernte Gebiete ist zu kostenintensiv. Die Betreiber von Abwasseraufbereitungsanlagen stehen zukünftig mit ihrem erzeugten Klärschlamm der gleichen Problematik gegenüber. Es wird daher nach wirtschaftlichen Möglichkeiten gesucht, die Gärsubstrate zu verwerten. Voraussetzung für die weitergehende Nutzung ist die Trocknung dieser Substrate. Der verbleibende Feststoff kann dann einer Verbrennung zugeführt werden oder auf weiter entfernte Ackerflächen aufgebracht werden, da der Transport um ein vielfaches günstiger geworden ist.In the course of the growing number of biogas plants, the biogas plant operators are increasingly lacking land to recover the residual fermentation substrate on cultivated land as fertilizer and a transport of up to 95% water-containing fermentation substrate to more remote areas is too costly. The operators of wastewater treatment plants face the same problem in the future with their sewage sludge. It is therefore sought after economic opportunities to utilize the fermentation substrates. The prerequisite for further use is the drying of these substrates. The remaining solid can then be sent to incineration or applied to more distant arable land, since the transport has become much cheaper.

Die Trocknung von Gärsubstraten bzw. Klärschlämmen kann derzeit nur durch vorheriges entwässern mittels Dekantern oder Filterpressen durchgeführt werden, da die wirtschaftlich zu nutzende Abwärme aus den Energieerzeugern nicht ausreicht, das Wasser des anfallenden Gärsubstrats zu entfernen. Die Biogasanlagenbetreiber müssen das zurückbehaltene Wasser jedoch noch einer weiteren Verwendung zuführen, eine Rückführung des Wassers in den Prozess verbietet sich durch die damit verbundene Aufkonzentration der Schadstoffe, so dass sich deren Problemlage durch diese Verfahrensweise nicht wesentlich verbessert. Die geruchsentwickelnden Stoffe bleiben hauptsächlich in der flüssigen Phase, so dass der nasse Feststoff gegenwärtig in unterschiedlich aufgebauten Trockenanlagen getrocknet werden kann. Bei Klärschlamm sind es bevorzugt solare Trocknungsanlagen. Dabei handelt es sich um Hallen, die durch die Sonne erwärmt werden und durch die ein gegebenenfalls erwärmter Luftstrom geführt wird. Die flüssige Phase wird wieder der Wasseraufbereitung zugeführt. Die bei der Trocknung entstehende mit Geruchs- und Schadstoffen beladene Luft bzw. Gasphase muss behandelt werden.The drying of fermentation substrates or sewage sludges can currently only be carried out by previously dewatering by means of decanters or filter presses, since the waste heat from the energy producers which is to be used economically is not sufficient to remove the water of the resulting fermentation substrate. The biogas plant operators must, however, still further use the retained water for further use, a return of the water in the process is prohibited by the associated concentration of pollutants, so that their problem situation is not significantly improved by this procedure. The odor-developing substances remain mainly in the liquid phase, so that the wet solid can currently be dried in differently constructed drying plants. In sewage sludge, it is preferred solar drying plants. These are warehouses, which are heated by the sun and through which a possibly heated air flow is led. The liquid phase is returned to the water treatment. The air or gaseous phase that is produced during drying with odor and pollutants must be treated.

Die Abwärme einer Verbrennungseinheit wird bisher in einen Kühlkreislauf überführt und dann gegebenenfalls einer weiteren Nutzung zugeführt, wie z. B. zur Erwärmung von Gebäuden und des Fermenters. Die Abwärme im Abgas wird nur in Einzelfällen genutzt. Im Allgemeinen wird diese ungenutzt an die Umgebung abgegeben. Eine möglichst vollständige Nutzung der Abwärme gewinnt erst in jüngster Zeit mit dem Willen der Trocknung von Gärsubstrat an Relevanz. Allerdings stehen der Trocknung des Gärsubstrats wirtschaftliche Erwägungen und eine hohe Schadstoffbelastung der Luft entgegen.The waste heat of a combustion unit is previously transferred into a cooling circuit and then optionally supplied to a further use, such. B. for heating buildings and the fermenter. The waste heat in the exhaust gas is used only in individual cases. Generally this is released unused to the environment. The most complete utilization of the waste heat gains relevance only recently with the will to dry the fermentation substrate. However, the drying of the fermentation substrate is counteracted by economic considerations and a high pollutant load in the air.

Die Trocknung anfallenden Gärsubstrats muss mit Nutzung aller vorhandenen Abwärme aus der Verbrennungseinheit und mit Lösung aller Probleme hinsichtlich der vorhandenen Schadstoffe durchführbar sein. Das getrocknete Gärsubstrat muss bei seiner thermischen Verwertung schadstoffarm verbrannt werden können.The drying of fermentation substrate must be feasible with the use of all existing waste heat from the combustion unit and with the solution of all problems with regard to the existing pollutants. The dried fermentation substrate must be able to be incinerated with low emissions during its thermal utilization.

Als Inhaltsstoffe und Problemstoffe aus dem Gärsubstrat, die einer weiteren Verarbeitung insbesondere der Trocknung im Wege stehen, sind insbesondere das Ammoniak und sulfidische Schwefelverbindungen, in der Hauptsache Schwefelwasserstoff ausgemacht worden. Da diese Verbindungen auch Bestandteil des Biogases sind, werden bei seiner Verbrennung vergleichsweise große Mengen der Oxide dieser Verbindungen emittiert. So dass auch hier Handlungsbedarf besteht.As ingredients and problematic substances from the fermentation substrate, which stand in the way of further processing in particular drying, in particular the ammonia and sulfidic sulfur compounds, mainly hydrogen sulfide have been identified. Since these compounds are also part of the biogas, relatively large amounts of the oxides of these compounds are emitted during its combustion. So that there is a need for action here too.

Bei der Herstellung von Biogas, wird das Biogas unter anaeroben Bedingungen hergestellt, die sauerstoffarme und wasserstoffreiche Verbindungen entstehen lassen. Als Hauptprodukt entsteht der Kohlenwasserstoff Methan. Als Nebenprodukte entstehen die oben genannten Stoffe Ammoniak und Schwefelwasserstoff sowie große Mengen Kohlendioxid, die sich durch eine Gleichgewichtseinstellung zwischen dem wässrigen Substrat und der darüber stehenden Gasphase in unterschiedlicher Konzentration in diesen beiden Medien verteilen. Das entstandene Kohlendioxid bildet beim Auflösen in Wasser kleine Mengen Kohlensäure. Wobei bei der Reaktion mit dem gelösten Ammoniak gelöstes Ammoniumcarbonat bzw. Ammoniumbicarbonat entsteht. Ammoniak reagiert auch, wenn es in Wasser aufgelöst wird, zu einem geringen Teil zu Ammoniumhydroxid, das den Beitrag zum erhöhten pH-Wert von 8 erbringt. Schwefelwasserstoff als schwache Säure bildet in wässriger Lösung geringe Mengen Hydrogensulfid. Die Schwefelwasserstoffsäure ist demnach genau wie die Kohlensäure in der Lage einen Teil des gelösten Ammoniaks zu neutralisieren. Alle beteiligten Substanzen stehen in Abhängigkeit ihrer Konzentration in der Gasphase der Biogasanlage miteinander im Gleichgewicht. Der Austrag von Gärsubstrat aus der Biogasanlage und die damit verbundene Veränderung des Gleichgewichts der gelösten Gase mit der Gasphase führt zu ihrer teilweisen Freisetzung und damit verbundenen Immissionen.In the production of biogas, the biogas is produced under anaerobic conditions, which give rise to oxygen-poor and hydrogen-rich compounds. The main product is the hydrocarbon methane. The by-products formed are the abovementioned substances ammonia and hydrogen sulfide as well as large amounts of carbon dioxide, which are distributed in these two media as a result of equilibrium between the aqueous substrate and the gas phase above it. The resulting carbon dioxide forms small amounts of carbon dioxide when dissolved in water. In the reaction with the dissolved ammonia dissolved ammonium carbonate or ammonium bicarbonate is formed. Ammonia, when dissolved in water, also reacts to a small extent with ammonium hydroxide, which contributes to the elevated pH of 8. Hydrogen sulfide as a weak acid forms small amounts of hydrogen sulfide in aqueous solution. Hydrogen sulphide, like carbonic acid, is thus able to neutralize part of the dissolved ammonia. All substances involved are in equilibrium with one another depending on their concentration in the gas phase of the biogas plant. The discharge of fermentation substrate from the biogas plant and the associated change in the equilibrium of the dissolved gases with the gas phase leads to their partial release and associated immissions.

Bei der thermischen Verwertung des Biogases zur Energieerzeugung in der Verbrennungsanlage werden die Verbindungen, die sich mit dem Methan in der Gasphase befinden, mit Ausnahme des Kohlendioxids mittels Luftsauerstoff oxidiert und in ihre sauerstoffreichen Verbindungen überführt. Diese Verbindungen werden mit dem Abgas emittiert und gelten als Luftschadstoffe, deren Konzentration erheblich höher ist als im Abgas der Erdgasverbrennung. Der Anteil der Luftschadstoffe muss daher reduziert werden.In the thermal utilization of the biogas for energy production in the incinerator, the compounds that are in the gas phase with the methane, except for the carbon dioxide oxidized by atmospheric oxygen and converted into their oxygen-rich compounds. These compounds are emitted with the exhaust gas and are regarded as air pollutants whose concentration is considerably higher than in the exhaust gas of the Natural gas combustion. The proportion of air pollutants must therefore be reduced.

Des Weiteren bilden die entstandenen Oxide mit Wasser Säuren, die bei der Rückgewinnung der Abwärmeenergie durch Kondensation des im Abgas vorhandenen Wassers zu Korrosion an den Anlagen führt. Die stärksten Säuren sind die der Stickstoffoxide aus dem Ammoniak und des Schwefeldioxids aus dem Schwefelwasserstoff.Furthermore, the oxides formed with water form acids which, when the waste heat energy is recovered by condensation of the water present in the exhaust gas, lead to corrosion of the plants. The strongest acids are those of nitrogen oxides from ammonia and sulfur dioxide from hydrogen sulfide.

Ein Verfahren zur Trocknung von Gärsubstrat und Substraten ähnlicher Konsistenz und Zusammensetzung muss als technisch sinnvolles Verfahren nach den oben beschriebenen Randbedingungen folgende Kriterien erfüllen.

1. Die Trocknung des Gärsubstrats darf nur mit vorhandener Abwärme erfolgen.
2. Bei der Trocknung dürfen keine Schadstoffe an die Umgebung abgegeben werden
3. Das getrocknete Gärsubstrat muss schadstoffarm sein
4. Der technologische Aufwand zur Trocknung des Gärsubstrats darf die Wirtschaftlichkeit der energetischen Nutzung von Biogas nicht beeinträchtigen.

A process for drying of fermentation substrate and substrates of similar consistency and composition must meet the following criteria as technically meaningful method according to the boundary conditions described above.

1. The drying of the fermentation substrate may only take place with existing waste heat.
2. During drying, no pollutants may be released into the environment
3. The dried fermentation substrate must be low in pollutants
4. The technological expenditure for drying the fermentation substrate must not affect the economic efficiency of the energetic use of biogas.

Im Weiteren soll ein Verfahren vorgestellt werden, dass die Anforderungen einer emissionsarmen Trocknung unter optimaler Nutzung der vorhandenen Abwärme mit geringem technischen Aufwand erfüllt.In addition, a method is to be presented that meets the requirements of a low-emission drying with optimal use of the available waste heat with little technical effort.

Bei der Erzeugung und Verbrennung von Biogas entstehen, wie schon beschrieben demnach zwei Gruppen von Verbindungen. Die Verbindungen aus der Biogasanlage sind mit Ausnahme des Kohlendioxids Reduktionsmittel und die Verbindungen aus der Verbrennung des Biogases Oxidationsmittel.In the production and combustion of biogas arise, as already described, therefore, two groups of compounds. The compounds from the biogas plant are, with the exception of the carbon dioxide reducing agent and the compounds from the combustion of biogas oxidizing agent.

Werden die im Gärsubstrat vorhandenen Verbindungen Ammoniak und Schwefelwasserstoff mit den aus der Verbrennung entstandenen Verbindungen zur Reaktion gebracht, reagieren die beiden Substanzgruppen zu Verbindungen wie Luftstickstoff, Schwefel und Wasser, die keine immissionsrechtliche Relevanz besitzen. Vorteilhafter Weise verliert das Abgas durch die Reduktion seiner Schadstoffoxide seine sauren Eigenschaften, so dass die Kondensation des Wassers aus dem Abgas möglich wird, ohne die Werkstoffe zu schädigen. Im Gärsubstrat vorhandene Reste an Methan unterstützen die Reaktion. Die Reaktionen 1 und 2 stehen Beispielhaft für viele weitere mögliche Redoxreaktionen die in dem mit reduzierenden Gas aus dem Gärsubstrat dotierten Abgas ablaufen. Reaktion 1

Reaktion 2

If the compounds present in the fermentation substrate ammonia and hydrogen sulfide are reacted with the compounds resulting from the combustion, the two groups of substances react to compounds such as atmospheric nitrogen, sulfur and water, which have no relevance immission law. Advantageously, the exhaust gas loses its acid properties through the reduction of its pollutant oxides, so that the condensation of the water from the exhaust gas is possible without damaging the materials. Residues of methane present in the fermentation substrate support the reaction.

Reactions

1 and 2 are examples of many other possible redox reactions which take place in the exhaust gas doped with reducing gas from the fermentation substrate. Reaction 1

Reaction 2

Erfindungsgemäß werden dem Gärsubstrat die gelösten Gase in der Hauptsache Ammoniak, Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid in einer Vakuumkammer bei einer Temperatur von vorteilhaft etwa 60°C entzogen. Das Gärsubstrat enthält aber erheblich mehr Ammoniak als zur Reaktion mit dem Abgas aus der Verbrennungsanlage benötigt werden. Dies erfordert die Einstellung des stöchiometrischen Gleichgewichts der Verbindungen aus dem Gärsubstrat und denen im Abgas. Um dieses zu erreichen gibt es mehrere Möglichkeiten.According to the invention the fermentation substrate, the dissolved gases are withdrawn in the main, ammonia, hydrogen sulfide and carbon dioxide in a vacuum chamber at a temperature of advantageously about 60 ° C. However, the fermentation substrate contains significantly more ammonia than is needed to react with the exhaust gas from the incinerator. This requires adjustment of the stoichiometric balance of the compounds from the fermentation substrate and those in the exhaust gas. To achieve this there are several possibilities.

Zum einen kann ein Teil des Ammoniaks aus dem Gärsubstrat, das in einem Vorratsbehälter bevorzugt unter Atmosphärendruck steht, aber auch unter leichtem Überdruck stehen kann, erfindungsgemäß in einer Brennkammer mit Luft zu Stickstoffoxid umgesetzt werden. Die Umsetzung wird bevorzugt katalytisch durchgeführt. Die zur Katalyse benötigte Wärme kann dem Abgas entnommen werden. Der andere Teil des Ammoniaks wird mit den in der Brennkammer und der Verbrennungsanlage entstandenen Abgasen gemischt, so dass die entstandenen Stickstoffoxide mit dem Ammoniak in einem im Abgasstrom befindlichen Reaktionsraum zu Stickstoff und Wasser reagieren können. Die Einstellung des stöchiometrischen Gleichgewichts im Reaktionsraum zur Umsetzung der Schadstoffe wird durch die Messung mindestens eines Gasbestandteils des Abgases und Regelung der Ammoniakzufuhr erreicht. Zum anderen kann ein Teil des Ammoniaks aus dem Gärsubstrat mit dem Biogas in der Verbrennungsanlage umgesetzt werden und der andere Teil des Ammoniaks wird dann dem Abgasstrom der Verbrennungsanlage zugemischt. Auch hier wird das stöchiometrische Verhältnis über die Messung mindestens eines Abgasbestandteils über Dosiereinrichtungen eingestellt.On the one hand, part of the ammonia from the fermentation substrate, which is preferably under atmospheric pressure in a storage container but may also be under slight overpressure, can be converted into nitrogen oxide with air in a combustion chamber according to the invention. The reaction is preferably carried out catalytically. The heat required for catalysis can be taken from the exhaust gas. The other part of the ammonia is mixed with the exhaust gases formed in the combustion chamber and the incinerator so that the resulting nitrogen oxides can react with the ammonia in a reaction space located in the exhaust gas stream to nitrogen and water. The adjustment of the stoichiometric equilibrium in the reaction space for the conversion of the pollutants is achieved by measuring at least one gas component of the exhaust gas and controlling the ammonia supply. On the other hand, part of the ammonia from the fermentation substrate can be reacted with the biogas in the incineration plant, and the other part of the ammonia is then admixed with the exhaust gas flow of the incinerator. Again, the stoichiometric ratio is set via the measurement of at least one exhaust gas component via metering devices.

Die Reaktion des Gasstroms aus der Verbrennungsanlage mit dem aus dem Gärsubstrat kann nach verschiedenen Verfahren erfolgen. Zum einen wird das Gemisch auf 800–1100°C erwärmt, um die nichtkatalytischen Reaktionen zu zünden, zum anderen kann das Gemisch über einen Katalysator bei der gegebenen Abgastemperatur von 300–500°C zur Reaktion gebracht werden. Bei der Verwendung von Katalysatoren müssen beide Gasströme gegebenenfalls von Schwefelverbindungen befreit werden, da der sich bildende Schwefel die Katalysatoren vergiften kann. Die Substitution der Schwefelverbindungen geschieht bevorzugt mit Eisen-II-Verbindungen, die schwerlösliches Eisensulfid bilden. Andere Verfahren wie zum Beispiel Membranverfahren sind auch möglich.The reaction of the gas stream from the incinerator with that from the fermentation substrate can be accomplished by various methods. On the one hand, the mixture is heated to 800-1100 ° C to ignite the non-catalytic reactions, on the other hand, the mixture over a catalyst at the given exhaust gas temperature of 300-500 ° C for Be brought reaction. When using catalysts, both gas streams may have to be freed of sulfur compounds, since the sulfur that forms can poison the catalysts. The substitution of the sulfur compounds is preferably carried out with ferrous compounds which form sparingly soluble iron sulfide. Other methods such as membrane methods are also possible.

Das Schadstoff abgereicherte Wasser aus dem Gärsubstrat kann zum einen durch den direkten Kontakt mit dem schadstoffreduzierten Abgas verdunstet werden. Eine Mischung des Abgases mit Frischluft zur Absenkung der Temperatur zur Verhinderung der Selbstentzündung getrockneten Gärsubstrats ist gegebenenfalls sinnvoll. Zum anderen kann die Energie aus dem Abgas auch auf ein zweites System übertragen und damit das Gärsubstrat getrocknet werden. Der Wärmeträger des zweiten Systems kann eine Flüssigkeit bevorzugt Wasser oder ein Gas bevorzugt Luft sein je nach Art der zu nutzenden Trocknungsanlage. Das verdunstete Wasser wird durch Kondensation zurück gewonnen. Die bei der Kondensation frei werdende Energie wird bevorzugt zur Verdunstung des im Gärsubstrat verbleibenden Wassers verwendet. Die Nutzung an anderer Stelle wie zum Beispiel zum Erwärmen des Fermenters ist auch möglich. Das bei der Kondensation wieder gewonnene, mit Stickstoffverbindungen abgereicherte Wasser kann in den Prozess der Biogasgewinnung zurückgeführt werden. Der erhaltene schadstoffarme, getrocknete Feststoff des Gärsubstrats ist ein hervorragender Brennstoff, so dass dieses Material intern oder extern zur weiteren Energiegewinnung genutzt werden kann.The pollutant-depleted water from the fermentation substrate can be evaporated on the one hand by the direct contact with the pollutant-reduced exhaust gas. A mixture of the exhaust gas with fresh air to lower the temperature to prevent the self-ignition dried fermentation substrate may be useful. On the other hand, the energy from the exhaust gas can also be transferred to a second system, thereby drying the fermentation substrate. The heat carrier of the second system may be a liquid preferably water or a gas preferably air depending on the type of drying plant to be used. The evaporated water is recovered by condensation. The energy released during the condensation is preferably used to evaporate the water remaining in the fermentation substrate. The use elsewhere such as for heating the fermenter is also possible. The recovered in the condensation, depleted with nitrogen compounds water can be returned to the process of biogas production. The obtained low-emission, dried solid of the fermentation substrate is an excellent fuel, so that this material can be used internally or externally for further energy production.

Wie in dargestellt, wird das in einem Fermenter 1 erzeugte Biogas über eine Leitung 2 einer Verbrennungsanlage 3 z. B. einem Blockheizkraftwerk zugeführt.As in This is done in a fermenter 1 Biogas produced via a pipe 2 an incinerator 3 z. B. supplied to a cogeneration plant.

Das Gärsubstrat wird aus dem Fermenter 1 über eine Leitung 6 der Vakuumkammer 7 zugeführt und dort auf vorteilhaft etwa 60°C zur Zersetzung des gelösten Ammoniumcarbonats bzw. Ammoniumbicarbonats erwähnt. Die im Gärsubstrat gelösten Gase werden mittels einer Vakuumpumpe 8 dem Gärsubstrat entzogen und über die Leitung 9 in einen Vorratsbehälter 26 geleitet. Als Wärmequelle zur Beheizung der Vakuumkammer 7 wird bevorzugt Abwärme der Verbrennungsanlage 3 verwendet, die auf ein Wärmeübertragungssystem 24 übertragen wird. In ist beispielhaft der Kühlmittelkreislauf 18 als Wärmeübertragungssystem einer Verbrennungsanlage 3 dargestellt. Bei Verbrennungsanlagen ohne Kühlmittelkreislauf wie z. B. Turbinen oder Dampfanlagen ist die Wärme dem Abgas oder dem Dampf bzw. dem Kondensat zu entnehmen.The fermentation substrate is removed from the fermenter 1 over a line 6 the vacuum chamber 7 fed and mentioned there advantageously to about 60 ° C for the decomposition of the dissolved ammonium carbonate or ammonium bicarbonate. The dissolved gases in the fermentation substrate by means of a vacuum pump 8th extracted from the fermentation substrate and over the line 9 in a storage container 26 directed. As a heat source for heating the vacuum chamber 7 is preferred waste heat of the incinerator 3 used on a heat transfer system 24 is transmitted. In is exemplary of the coolant circuit 18 as a heat transfer system of a combustion plant 3 shown. For incinerators without coolant circuit such. As turbines or steam systems, the heat is taken from the exhaust gas or the steam or the condensate.

Das überschüssige Ammoniak aus dem Gärsubstrat wird aus dem Vorratsbehälter 26 mittels einer Dosiereinheit 29 in einer Brennkammer 27 mit Luft 28 zu Stickstoffoxiden verbrannt. Der in der Brennkammer 27 entstandene Abgasstrom 16 wird in der Mischkammer 30 dem Abgasstrom 4 der Verbrennungsanlage 3 und dem Ammoniakstrom 31 aus dem Vorratsbehälter 26 hinzugefügt. Die Regelung der Ammoniakströme 31 und 32 zur Einstellung des stöchiometrischen Gleichgewichts im Reaktionsraum 22 wird über ein Messsystem 33 und einer Steuerung 34, die die Dosiereinheiten 29 und 17 ansteuert, gewährleistet. Das in der Mischkammer 30 erzeugte Gasgemisch strömt in einen Reaktionsraum 22, in dem die Komponenten der Gasströme miteinander reagieren, sodass ein schadstoffarmer Abgasstrom 4' entsteht. Das gereinigte Abgas wird dann zur Trocknung des von schädlichen Gasen befreiten Gärsubstrats verwendet. In und ist nur die direkte Beaufschlagung des Trockners 10 mit heißem Abgas über Leitung 4' beispielhaft dargestellt.The excess ammonia from the fermentation substrate is removed from the reservoir 26 by means of a dosing unit 29 in a combustion chamber 27 with air 28 burned to nitrogen oxides. The one in the combustion chamber 27 resulting exhaust stream 16 is in the mixing chamber 30 the exhaust gas flow 4 the incinerator 3 and the ammonia stream 31 from the reservoir 26 added. The regulation of ammonia flows 31 and 32 for adjusting the stoichiometric equilibrium in the reaction space 22 is via a measuring system 33 and a controller 34 containing the dosing units 29 and 17 controls, guarantees. That in the mixing chamber 30 generated gas mixture flows into a reaction space 22 in which the components of the gas streams react with each other, so that a low-emission exhaust gas stream 4 ' arises. The purified exhaust gas is then used to dry the fermentation substrate freed from harmful gases. In and is only the direct loading of the dryer 10 with hot exhaust via line 4 ' exemplified.

In ist die Verfahrensvariante der Verbrennung des überschüssigen Ammoniaks in der Verbrennungsanlage 3 beispielhaft dargestellt. Dabei wird das Ammoniak über eine Dosiereinheit 22 in einer Mischkammer 5 bevorzugt der Luft 21 zugemischt und mit dem Biogas in der Verbrennungsanlage 3 oxidiert. Das in der Verbrennungsanlage 3 erzeugte Abgas 4 wird dann in einem Reaktionsraum 22 mit dem Ammoniak aus dem Vorratsbehälter 26 umgesetzt.In is the process variant of burning the excess ammonia in the incinerator 3 exemplified. The ammonia is passed through a dosing unit 22 in a mixing chamber 5 preferably the air 21 mixed with the biogas in the incinerator 3 oxidized. That in the incinerator 3 generated exhaust gas 4 is then in a reaction space 22 with the ammonia from the reservoir 26 implemented.

Das von schädlichen Gasen befreite Gärsubstrat wird anschließend aus der Vakuumkammer 7 über eine Leitung 19 zur Trocknung einem Trockner 10 zugeführt. Das mit Wasser beladene Abgas, dass den Trockner verlässt, strömt über Leitung 4'' in einen Kondensationswärmetauscher 11, in dem das Wasser kondensiert, dass größtenteils wieder zum Anmischen zugeführten frischen Substrats verwendet und über die Leitung 15 dem Prozess der Biogaserzeugung zurückgeführt wird. Als Kühlmittel für den Kondensatwärmetauscher dient kalte Außenluft 12. Die erwärmte Außenluft 12' wird zur Entfernung von Restfeuchtigkeit im Gärsubstrat in einem zweiten Trocknungsschritt im Trockner 13 genutzt.The fermentation substrate freed from harmful gases is subsequently removed from the vacuum chamber 7 over a line 19 for drying a dryer 10 fed. The water-laden exhaust gas leaving the dryer flows via line 4 '' in a condensation heat exchanger 11 in that the water is condensing, that for the most part is used again for mixing supplied fresh substrate and over the line 15 the process of biogas production. Coolant for the condensate heat exchanger is cold outside air 12 , The heated outside air 12 ' is used to remove residual moisture in the fermentation substrate in a second drying step in the dryer 13 used.

Falls die Verbrennungsanlage 3 einen Kühlkreislauf besitzt, wie dies bei Verbrennungsmotoren der Fall ist, wird die Wärme aus dem Kühlkreislauf 18 auch zur Trocknung des Gärsubstrats herangezogen. Dieser Schritt ist erforderlich, da die Energiemenge, die zur Trocknung des Gärsubstrates benötigt wird, größer ist als im Abgas vorhanden. Dabei wird das Kühlwasser mittels Luft 12 in Wärmetauschern 20 gekühlt und die erwärmte Luft 23 dann dem Trockner 13 zugeführt. Der Abgasstrom aus der Verbrennungsanlage sowie auch die anderen Luftströme, die die Trockner verlassen, werden an die Umgebung 12 abgegeben. Das Gärsubstrat wird in einem Behälter 14 für seine weitere Verwendung gesammelt wie zum Beispiel die Verbrennung zur Nutzung der in der Trockensubstanz vorhandenen Energie.If the incinerator 3 has a cooling circuit, as is the case with internal combustion engines, the heat from the cooling circuit 18 also used for drying the fermentation substrate. This step is necessary because the amount of energy needed to dry the fermentation substrate is greater than that present in the exhaust gas. In this case, the cooling water is using air 12 in heat exchangers 20 cooled and the heated air 23 then the dryer 13 fed. The exhaust gas flow from the incinerator as well as the other airflows leaving the dryers are sent to the environment 12 issued. The fermentation substrate is placed in a container 14 for its further use, such as incineration to utilize the energy present in the dry matter.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Fermenterfermenter
22: Biogasleitungbiogas line
33: Verbrennungsanlageincinerator
44: Abgasleitungexhaust pipe
4'4 ': Abgasleitung für schadstoffarmes AbgasExhaust pipe for low-emission exhaust gas
4''4 '': Abgasleitung für schadstoffarmes wasserbeladenes AbgasExhaust pipe for low-emission water-laden exhaust gas
55: Mischkammer Luft-AmmoniakMixing chamber air-ammonia
66: Leitung für GärsubstratConduction for fermentation substrate
77: Vakuumkammervacuum chamber
88th: Vakuumpumpevacuum pump
99: Leitung für AmmoniakPipe for ammonia
1010: Trocknerdryer
1111: Wärmetauscherheat exchangers
1212: UmgebungSurroundings
1313: Trocknerdryer
1414: Behälter für trockenes GärsubstratContainer for dry fermentation substrate
1515: Wasserleitungwater pipe
1616: Abgasleitung aus BrennkammerExhaust pipe from combustion chamber
1717: Dosiereinrichtungmetering
1818: KühlwasserkreislaufCooling water circuit
1919: Förderleitung für Gärsubstrat zum TrocknerDelivery line for fermentation substrate to the dryer
2020: Wärmetauscherheat exchangers
2121: Luft für VerbrennungsanlageAir for incinerator
2222: Reaktionsraum zur AbgasreinigungReaction space for exhaust gas purification
2323: WarmluftleitungHot air duct
2424: Wärmeübertrager für VakuumkammerHeat exchanger for vacuum chamber
2525: Datenleitung zur SteuerungData line to the controller
2626: Vorratskammer für AmmoniakgasStorage chamber for ammonia gas
2727: Brennkammercombustion chamber
2828: Luftzufuhr für BrennkammerAir supply for combustion chamber
2929: Dosiereinrichtungmetering
3030: Mischkammer für Abgas und AmmoniakMixing chamber for exhaust gas and ammonia
3131: Ammoniakleitungammonia line
3232: Ammoniakleitungammonia line
3333: Messeinrichtungmeasuring device
3434: Steuerungcontrol

Claims

Verfahren zur simultanen Entfernung von korrosiven und gesundheitsschädlichen Schadstoffen aus Gärsubstraten und Verbrennungsabgasen aus Vergärungsanlagen und nachgeschalteten Verbrennungsanlagen und deren anschließende Umwandlung in unschädliche, nichtkorrosive Verbindungen bei paralleler Trocknung des Gärsubstrats, dadurch gekennzeichnet, dass der Schadstoffstrom 9 aus dem zu trocknenden Gärsubstrat in der Vakuumkammer 7 und die Schadstoffe aus dem Abgasstrom 4 einer Verbrennungsanlage 3 in einem Reaktor 22 miteinander zur Reaktion gebracht werden, so dass die Schadstoffe eliminiert werden und das Gärsubstrat aus Vakuumkammer 7 mit dem Abgasstrom 4' emissionsarm sowie der Abwärme aus dem Kühlkreislauf 18 der Verbrennungsanlage 3 und der durch Kondensation des in dem Trockner 10 aufgenommenen Wassers aus dem Abgasstrom 4'' und im Kondensationswärmetauscher 11 zurück gewonnene Wärme in einem mehrstufigen Prozess getrocknet wird.Process for the simultaneous removal of corrosive and harmful pollutants from fermentation substrates and combustion exhaust gases from fermentation plants and downstream incinerators and their subsequent conversion into innocuous, non-corrosive compounds with parallel drying of the fermentation substrate, characterized in that the pollutant stream 9 from the fermentation substrate to be dried in the vacuum chamber 7 and the pollutants from the exhaust stream 4 an incinerator 3 in a reactor 22 be reacted with each other, so that the pollutants are eliminated and the fermentation substrate from vacuum chamber 7 with the exhaust gas flow 4 ' Low emissions and waste heat from the cooling circuit 18 the incinerator 3 and by condensation in the dryer 10 absorbed water from the exhaust stream 4 '' and in the condensation heat exchanger 11 recovered heat is dried in a multi-step process.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gelösten gesundheitsschädlichen Gase durch Anlegen eines Vakuums an die Vakuumkammer 7 aus dem Gärsubstrat entfernt werden.A method according to claim 1, characterized in that the dissolved harmful gases by applying a vacuum to the vacuum chamber 7 be removed from the fermentation substrate.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gelösten gesundheitsschädlichen Gase durch Erwärmen des Gärsubstrats in Behälter 7 entfernt werden.A method according to claim 1, characterized in that the dissolved harmful gases by heating the fermentation substrate in containers 7 be removed.

Verfahren nach Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gelösten gesundheitsschädlichen Gase durch Erwärmen des Gärsubstrats in Behälter 7 mittels des Kühlkreislaufs 18 der Verbrennungsanlage 3 entfernt werden.Process according to claims 1 and 3, characterized in that the dissolved harmful gases by heating the fermentation substrate into containers 7 by means of the cooling circuit 18 the incinerator 3 be removed.

Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die gelösten gesundheitsschädlichen Gase durch Erwärmen des Gärsubstrats und Anlegen eines Vakuums an Behälter 7 mittels einer Vakuumpumpe 8 entfernt werden.A method according to claims 1 to 4, characterized in that the dissolved harmful gases by heating the fermentation substrate and applying a vacuum to container 7 by means of a vacuum pump 8th be removed.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gesundheitsschädlichen Gase des Gärsubstrats aus der Vorratskammer 26 mit dem Abgas 4 aus der Verbrennungsanlage 3 in einer Mischkammer 30 in einem stöchiometrisch richtigen Verhältnis gemischt werden.A method according to claim 1, characterized in that the harmful gases of the fermentation substrate from the storage chamber 26 with the exhaust 4 from the incinerator 3 in a mixing chamber 30 be mixed in a stoichiometrically correct ratio.

Verfahren nach Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung aus Ammoniak und Abgas in einer Reaktionskammer 22 miteinander zur Reaktion gebracht wird.Process according to Claims 1 and 6, characterized in that the mixture of ammonia and exhaust gas in a reaction chamber 22 is reacted with each other.

Verfahren nach den Ansprüchen 1, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die gesundheitsschädlichen Gase aus dem Gärsubstrat mit dem Abgas 4 aus der Verbrennungsanlage 3 durch Erwärmen miteinander in einer Reaktionskammer 22 zur Reaktion gebracht werden.Process according to claims 1, 6 and 7, characterized in that the harmful gases from the fermentation substrate with the exhaust gas 4 from the incinerator 3 by heating each other in a reaction chamber 22 be reacted.

Verfahren nach den Ansprüchen 1, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die gesundheitsschädlichen Gase aus dem Gärsubstrat mit dem Abgas 4 aus der Verbrennungsanlage 3 durch Erwähnen des Reaktorraums 22 mittels des abreagierten, aufgeheizten Abgases miteinander zur Reaktion gebracht werden.Process according to claims 1, 6 and 7, characterized in that the harmful Gases from the fermentation substrate with the exhaust gas 4 from the incinerator 3 by mentioning the reactor space 22 be reacted with each other by means of the reacted, heated exhaust gas.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gesundheitsschädlichen Gase aus dem Gärsubstrat mit dem Abgas 4 aus der Verbrennungsanlage 3 durch Verwendung eines Katalysators im Reaktorraum 5 miteinander zur Reaktion gebracht werden.A method according to claim 1, characterized in that the harmful gases from the fermentation substrate with the exhaust gas 4 from the incinerator 3 by using a catalyst in the reactor space 5 be reacted with each other.

Verfahren nach Ansprüchen 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Ammoniaks aus dem Gärsubstrat durch eine gezielte Verbrennung in einem Brenner 27 zu Stickstoffoxid verbrannt wird, so dass das stöchiometrische Verhältnis des Anteils an Stickstoffoxiden und Ammoniak für die Reaktion miteinander im Reaktionsraum 22 optimal eingestellt wird.A method according to claims 1 and 7, characterized in that a part of the ammonia from the fermentation substrate by a targeted combustion in a burner 27 is burned to nitrogen oxide, so that the stoichiometric ratio of the proportion of nitrogen oxides and ammonia for the reaction with each other in the reaction space 22 optimally adjusted.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Ammoniaks aus dem Gärsubstrat durch eine gezielte Verbrennung in der Verbrennungsanlage zu Stickstoffoxid verbrannt wird, so dass das stöchiometrische Verhältnis des Anteils an Stickstoffoxiden und Ammoniak für die Reaktion miteinander im Reaktionsraum 22 optimal eingestellt wird.A method according to claim 1, characterized in that a portion of the ammonia from the fermentation substrate is burned by selective combustion in the incinerator to nitrogen oxide, so that the stoichiometric ratio of the proportion of nitrogen oxides and ammonia for the reaction with each other in the reaction space 22 optimally adjusted.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gärsubstrat aus Behälter 7 mit dem heißen von Schadstoffen befreiten Abgas 4' in einer Trockenanlage 10 getrocknet wird.A method according to claim 1, characterized in that the fermentation substrate from container 7 with the hot exempt from pollutants exhaust 4 ' in a drying plant 10 is dried.

Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass das heiße von Schadstoffen befreite Abgas 4' zur Abkühlung mit Außenluft 12 gemischt wird, um das Gärsubstrat in einer Trockenanlage 10 zu trocknen.Process according to claims 1 and 13, characterized in that the hot exempt from pollutants exhaust 4 ' for cooling with outside air 12 is mixed to the fermentation substrate in a drying plant 10 to dry.

Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie durch Kondensation des vom Abgas 4'' aufgenommenen Wassers zurück gewonnen wird, indem das Abgas 4'' in einem Kondensationswärmetauscher 11 durch Außenluft 12 abgekühlt wird und die zurück gewonnene Energie im Luftstrom 12' wieder zur Trocknung des Gärsubstrats verwendet wird.Process according to claims 1 to 12, characterized in that the energy by condensation of the exhaust gas 4 '' absorbed water is recovered by the exhaust gas 4 '' in a condensation heat exchanger 11 by outside air 12 is cooled and the recovered energy in the air stream 12 ' is used again to dry the fermentation substrate.

Verfahren nach den Ansprüchen 1, 13, 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie aus der Abwärme und die in dem Kondensationswärmetauscher 11 zurück gewonnene Energie in einer Trocknungsanlage 13 genutzt wird.Process according to claims 1, 13, 14 and 15, characterized in that the energy from the waste heat and in the condensation heat exchanger 11 recovered energy in a drying plant 13 is being used.

Verfahren nach den Ansprüchen 1, 13, 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie aus der Abwärme und die in dem Kondensationswärmetauscher 11 zurück gewonnene Energie in miteinander kombinierten Trocknungsanlagen 10 und 13 genutzt wird.Process according to claims 1, 13, 14 and 15, characterized in that the energy from the waste heat and in the condensation heat exchanger 11 recovered energy in combined drying plants 10 and 13 is being used.

Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das im Kondensationswärmetauscher 11 zurück gewonnene Kondensat 15 wieder dem Gärprozess der Biogasanlage 1 zugeführt wird.Process according to claims 1 to 11, characterized in that in the condensation heat exchanger 11 recovered condensate 15 again the fermentation process of the biogas plant 1 is supplied.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Parameter der beteiligten Gasströme an geeigneter Stelle gemessen wird, um das stöchiometrische Verhältnis zwischen dem Ammoniakstrom 16 und dem Abgasstrom 4 in der Mischkammer 30 richtig einzustellen.A method according to claim 1, characterized in that at least one parameter of the gas streams involved is measured at a suitable location to the stoichiometric ratio between the ammonia stream 16 and the exhaust stream 4 in the mixing chamber 30 to adjust properly.