DE102012002964B3

DE102012002964B3 - Vorrichtung zur Gewinnung von Biogas

Info

Publication number: DE102012002964B3
Application number: DE102012002964A
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Kim Soo-Myung
Original assignee: Technocon GmbH
Current assignee: Technocon GmbH
Priority date: 2012-02-16
Filing date: 2012-02-16
Publication date: 2013-04-25
Anticipated expiration: 2032-02-17

Abstract

Vorrichtung zur Gewinnung von Biogas aus organischen Feststoffen mittels einer anaeroben biologischen Reaktion, welche einen als Behälter ausgeführten Reaktor zur Aufnahme eines Gemisches aus einer Flüssigkeit und Feststoffen aufweist, in dem zentral ein an beiden Enden offenes Umlaufrohr angeordnet ist, in welches in Gebrauchslage von oben eine rohrförmige Düse mit einem konisch verengten Ende hineinragt, welche mit einer Pumpe zum Zuführen des Gemisches in den Reaktor über eine Rohrleitung ausgerüstet ist, und bei welcher das Gemisch in einem durch das Umlaufrohr und einen dasselbe umgebenden Ringraum des Reaktors gebildeten Kreislauf bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, – daß die Düse (3) ohne Einbauten ausgeführt ist, – daß die Rohrleitung (6) am in Gebrauchslage oberen Ende der Düse (3) in dieselbe hineinragt und – daß in dem zwischen dem Umlaufrohr (2) und der Wandung des Reaktors (1) gebildeten Ringraum mindestens ein im rechten Winkel zur Achsrichtung des Umlaufrohrs (2) verlaufendes,...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Gewinnung von Biogas aus organischen Feststoffen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ( WO 02/100784 A1 ).
Vorrichtungen zur anaeroben Behandlung von Abwasser und anderen Gemischen aus einer Flüssigkeit und Feststoffen sowie entsprechende Verfahren haben in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen, da sie die in dem zu behandelnden Medium enthaltenen organischen Substanzen im wesentlichen zu nutzbarem Biogas umsetzen und relativ wenig an überschüssiger Biomasse erzeugen. Außerdem entfällt die bei aeroben Verfahren notwendige Belüftung. Wegen einer hohen spezifischen Feststoffbelastung werden nur geringe Reaktorvolumina benötigt und es können Reaktoren mit schlanker Bauart und entsprechend geringem Platzbedarf eingesetzt werden. Als Reaktoren werden dabei Behälter aus Metall, Kunststoff oder Beton verwendet.
In der DE 195 20 542 A1 ist eine aerob arbeitende Anlage zur biologischen Behandlung von Abwasser beschrieben. Sie weist einen Reaktor mit einem zentralen, als Überlauf dienenden Rohr auf. Zwischen dem Rohr und der Wandung des Reaktors sind als Sieblochböden ausgebildete Schikanen mit horizontalem Verlauf angebracht, durch welche ein Abwasser-Bakteriengemisch aufgrund seiner eigenen Schwerkraft von oben nach unten hindurchtritt. Gleichzeitig wird im Gegenstrom Luft in den Reaktor und damit in das herabrieselnde Abwasser-Bakteriengemisch eingeblasen.
Die bekannte Vorrichtung nach der eingangs erwähnten WO 02/100784 A1 weist einen als Behälter ausgeführten Reaktor zur Aufnahme eines Gemisches aus einer Flüssigkeit und Feststoffen auf, in dem zentrisch ein an beiden Enden offenes Rohr angeordnet ist. In das Rohr ragt an seinem in Gebrauchslage oberen Ende eine rohrförmige Zweiphasen-Düse hinein, die an ihrem in das Rohr hineinragenden Ende konisch verengt ist. In der Düse ist ein Rohr zum Zuführen eines Gases angeordnet, das im Bereich der verengten Öffnung der Zweiphasen-Düse endet. Das Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch wird mittels einer Pumpe über eine Rohrleitung in den Reaktor hineingepumpt. Es wird im Reaktor in einem durch das zentrisch angeordnete Rohr führenden Kreislauf bewegt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsgrad der eingangs geschilderten Vorrichtung zu verbessern.
Diese Aufgabe wird entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Der mit dieser Vorrichtung zu behandelnde organische Feststoff wird nach einer geeigneten Vorbehandlung, zu der auch eine Zerkleinerung gehören kann, einem aus dem Reaktor abgezogenen Flüssigkeit-Feststoff-Gemisch zugegeben und dem Reaktor mittels der Pumpe über die Rohrleitung und die Düse zugeführt. Das den organischen Feststoff enthaltende Gemisch gelangt damit direkt in das zentrale Umlaufrohr des Reaktors und wird durch dasselbe und um dasselbe herum im Reaktor im Kreislauf bewegt. Infolge des Impulses des aus der Düse austretenden Flüssigkeit-Feststoff-Gemisches wird das dem Umlaufrohr und damit dem Reaktor zugeführte Gemisch mit dem Reaktorinhalt intensiv vermischt. Es wird zusätzlich durch das zwischen dem Unlaufrohr und der Wandung des Reaktors angeordnete Lochblech mit dem Ergebnis durchmischt, daß die im Reaktor befindlichen Mikroorganismen immer wieder in engen Kontakt mit dem Feststoff gebracht werden. Dadurch wird die Kontaktfläche zwischen den Mikroorganismen und dem Feststoff vergrößert und stetig erneuert. Die Abtrennung des durch die anaerobe biologische Reaktion entstehenden Biogases wird insgesamt verbessert und es wird eine erhöhte Menge an Biogas erzielt.
Als Feststoffe können z. B. landwirtschaftliche Produkte, wie Mais, Getreide oder Rüben, aber auch organische Abfälle, wie Klärschlamm, Speisereste usw., oder Gemische aus diesen Materialien eingesetzt werden.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in den Zeichnungen dargestellt.
Es zeigen:
1 ein Schnittbild einer Vorrichtung nach der Erfindung.
2 eine in der Vorrichtung verwendbare Düse.
3 ein in der Vorrichtung verwendbares Lochblech.
4 eine gegenüber 1 erweiterte Vorrichtung.
In 1 ist ein vorzugsweise als zylindrischer Behälter ausgeführter Reaktor 1 dargestellt, in dem zentral ein an beiden Enden offenes Umlaufrohr 2 angeordnet ist. Es hat mit Vorteil einen Durchmesser, der im Bereich von 0,5 × DR bis 0,7 × DR, liegt mit dem Durchmesser DR des Reaktors 1. Die Länge des Umlaufrohrs 2 liegt vorzugsweise zwischen 3 × DU und 7 × DU, mit dem Durchmesser DU desselben. In das Umlaufrohr 2 ragt von oben eine Düse 3 hinein, die in 2 genauer dargestellt ist. Zur Vorrichtung gehört auch eine Pumpe 4, an die eine mit dem Innern des Reaktors 1 verbundene Rohrleitung 5 angeschlossen ist und von der eine in den Reaktor 1 hineinführende Rohrleitung 6 ausgeht. Die Rohrleitung 6 ragt mit ihrem Ende in die Düse 2 hinein.
Die Düse 3 ist gemäß 2 rohrförmig ausgeführt. Sie ist an einem Ende konisch verengt. Mit diesem Ende ragt sie in das Umlaufrohr 2 hinein. Die Düse 3 hat keinerlei Einbauten, so daß ihr lichter Querschnitt voll zum Durchleiten eines Flüssigkeits-Feststoff-Gemisches zur Verfügung steht.
Zwischen dem Umlaufrohr 2 und der Wandung des Reaktors 1 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Lochbleche 7 und 8 angeordnet, die in 3 genauer dargestellt sind. Sie verlaufen rechtwinklig zum Umlaufrohr 2 und füllen den Zwischenraum zwischen dem Umlaufrohr 2 und der Wandung des Reaktors 1 vollständig aus. Die Lochbleche 7 und 8 sind entsprechend 3 mit Löchern 9 versehen, deren Durchmesser mit Vorteil zwischen 50 mm und 70 mm liegt, bei einer lichten Weite der Löcher insgesamt zwischen 15% und 25% der Fläche eines Lochblechs. Die Anzahl der im Reaktor 1 mit Abstand übereinander angeordneten Lochbleche hängt von der gewünschten Vermischung des Flüssigkeits-Festsoff-Gemisches im Reaktor 1 ab. Es soll mindestens ein Lochblech vorhanden sein. Es können aber auch mehr als zwei Lochbleche sein.
Die Vorrichtung nach der Erfindung arbeitet beispielsweise wie folgt:
Zu Beginn des Betriebes wird der Reaktor 1 mittels der Pumpe 4 mit einem Flüssigkeit-Feststoff-Gemisch aus einer vergleichbaren Anlage gefüllt und auf die vorgesehene Betriebsweise eingestellt. Wenn ein vorgegebener Betriebszustand erreicht ist, wird der zu behandelnde Feststoff, gegebenenfalls nach einer Vorbehandlung hinsichtlich der Größe der Festsoffteilchen, über eine Zulaufleitung 10 einem mittels der Rohrleitung 5 aus dem Reaktor 1 abgezogenen Flüssigkeit-Festsoff-Gemisch zugemischt und mit der Pumpe 4 über die Rohrleitung 6 dem Reaktor 1 zugeführt, und zwar direkt von oben in das Umlaufrohr 2. Durch den Impuls des aus der konisch verengten Düse 3 austretenden, durch einen Pfeil 11 angedeuteten Flüssigkeit-Feststoff-Gemisches wird dieses im Umlaufrohr 2 nach unten gefördert. Dabei wird zusätzlich ein Teil des im Reaktor 1 befindlichen Flüssigkeit-Festoff-Gemisches angesaugt und mit nach unten bewegt.
Das Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch wird nach dem Austritt aus dem Umlaufrohr 2 zum überwiegenden Teil im Ringraum zwischen dem Umlaufrohr 2 und der Wandung des Reaktors 1 nach oben gefördert, so daß im Reaktor 1 im wesentlichen eine durch eingezeichnete Pfeile angedeutete Umlaufströmung entsteht, in welcher das Gemisch im Kreislauf durch das Umlaufrohr 2 und den Ringraum des Reaktors 1 bewegt wird. Durch einen Überlauf 12 ist sichergestellt, daß das Volumen des Flüssigkeit-Feststoff-Gemisches im Reaktor 1 konstant bleibt. Das durch den Überlauf 12 abströmende Flüssigkeit-Feststoff-Gemisch kann anschließend mittels einer konventionellen Flüssigkeit-Festsofftrennung in Flüssigkeit und Feststoff getrennt und jeweils einer weiteren Behandlung und Verwertung zugeführt werden. Das im Reaktor 1 entstehende Biogas verläßt den Reaktor 1 über eine durch einen gestrichelten Pfeil angedeutete Leitung 13 und kann einem Gasspeicher zugeführt werden.
4 zeigt eine gegenüber 1 erweiterte Anordnung mit drei Umlaufrohren 2 und drei Düsen 3, die in einem als Mehrfachreaktor anzusehenden Reaktor 1 angeordnet sind. Ein solcher Mehrfachreaktor kann bei großen Reaktorvolumina eingesetzt werden, wenn die bei einem Einfachreaktor nach 1 gegebenen geometrischen Verhältnisse nur ein beschränktes Reaktorvolumen zulassen. In einem derartigen Mehrfachreaktor können auch nur zwei Umlaufrohre 2 mit Düsen 3 oder auch mehr als drei Umlaufrohre 2 mit Düsen 3 angeordnet sein.

Claims

Vorrichtung zur Gewinnung von Biogas aus organischen Feststoffen mittels einer anaeroben biologischen Reaktion, welche einen als Behälter ausgeführten Reaktor zur Aufnahme eines Gemisches aus einer Flüssigkeit und Feststoffen aufweist, in dem zentral ein an beiden Enden offenes Umlaufrohr angeordnet ist, in welches in Gebrauchslage von oben eine rohrförmige Düse mit einem konisch verengten Ende hineinragt, welche mit einer Pumpe zum Zuführen des Gemisches in den Reaktor über eine Rohrleitung ausgerüstet ist, und bei welcher das Gemisch in einem durch das Umlaufrohr und einen dasselbe umgebenden Ringraum des Reaktors gebildeten Kreislauf bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, – daß die Düse (3) ohne Einbauten ausgeführt ist, – daß die Rohrleitung (6) am in Gebrauchslage oberen Ende der Düse (3) in dieselbe hineinragt und – daß in dem zwischen dem Umlaufrohr (2) und der Wandung des Reaktors (1) gebildeten Ringraum mindestens ein im rechten Winkel zur Achsrichtung des Umlaufrohrs (2) verlaufendes, den Zwischenraum zwischen dem Umlaufrohr (2) und der Wandung des Reaktors (1) vollständig ausfüllendes, der zusätzlichen Durchmischung des Gemisches dienendes Lochblech (7, 8) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Umlaufrohrs (2) zwischen 0,5 × DR und 0,7 × DR liegt, mit dem Durchmesser DR des Reaktors (1).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Umlaufrohrs (2) zwischen 3 × DU und 7 × DU liegt, mit dem Durchmesser DU des Umlaufrohrs (2).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte lichte Weite der Löcher des Lochblechs (7, 8) zwischen 15% und 25% der Fläche des Lochblechs liegt.