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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gärrestaufbereitungssystem.
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Bekannte Systeme zur Gärrestaufbereitung werden zur Verarbeitung der Gärreste von Biogasanlagen verwendet, kommen aber zudem auch zum Einsatz in der Landwirtschaft (Tierzucht, Gülleaufbereitung, Gülleverwertung) oder bei der Unterstützung industrieller Prozesse zur Verwertung industrieller Reststoffe. Insbesondere im Bereich der Biogasanlagen ist erkannt worden, dass eine Entsorgung und Verarbeitung der entstehenden Gärreste notwendig ist. Bekannte Ansätze werden hierbei von der Wasserwirtschaft geliefert, insbesondere der Trinkwasseraufbereitung. Von dort ist bekannt, Gärreste mittels mehrstufiger Filteranlagen, beispielsweise über Ultrafiltration und Umkehrosmose zu reinigen. Dies führt allerdings lediglich zu einer unvollständigen und unzufriedenstellenden Aufbereitung der Gärreste, die immer noch substantielle Rückstände übrig lässt.
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Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Filtrationstechniken ist, dass hohe Kostenaufwendungen notwendig sind, was die Rentabilität solcher Aufbereitungsanlagen einschränkt. Die Wartungs- und Betriebsaufwendungen haben zusätzlich dazu geführt, dass solche Filtrationsanlagen nur als Sonderapplikationen und in Einzelfällen, nicht aber flächendeckend eingesetzt werden.
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Somit lag der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Gärrestaufbereitungssystem anzugeben, welches die vorstehend empfundenen Nachteile möglichst weitgehend abmildert.
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Die Erfindung löst die ihr zugrunde liegende Aufgabe, indem sie ein Gärrestaufbereitungssystem vorschlägt, mit einer Separatoreinrichtung zum Trennen eines zugeführten Gärrests in eine Flüssigphase und eine Festphase, einer Verdampfereinrichtung zum Aufteilen der Flüssigphase in Wasser, eine erste Düngerphase und Feststoffrückstände, vorzugsweise mittels Zufuhr von Niedertemperatur-Wärmeenergie, und einer Brikettierungseinrichtung zum Pressen der Festphase in Brikettform. Unter Niedertemperatur werden im Zusammenhang mit der Erfindung Temperaturen unterhalb 200°C verstanden, bevorzugte Bereiche von Niedertemperaturen im Rahmen der Erfindung liegen unterhalb von 100°C, besonders bevorzugt bei 90°C. Im Gegenzug wird der Begriff „Hochtemperatur” im Rahmen der Erfindung für Temperaturen verwendet, die oberhalb der Niedertemperatur liegen. Bevorzugte Bereiche sind hierbei Temperaturen oberhalb von 400°C, besonders bevorzugt von oberhalb 500°C. In einem Ausführungsbeispiel wird eine Hochtemperatur im Bereich von 550°C vorgeschlagen.
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Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass mit ihr ein ganzheitliches System zur Gärrestaufbereitung vorgeschlagen werden kann, in welchem der anfallende Gärrest in einem integrierten System mehrfach zu weiter nutzbaren Produkten veredelbar ist. Die Erfindung macht sich hierbei insbesondere zunutze, dass in der Verdampfereinrichtung die von den Feststoffen weitestgehend getrennte Flüssigphase durch Wasserentzug zu noch höherwertigerem Dünger als erste Düngerphase aufbereitbar ist. Bei bekannten Systemen wird der Gärrest entweder unmittelbar oder nach grobem Abscheiden von Feststoffen in Form von Gülle und dergleichen als Dünger ausgebracht. Der mit der Erfindung erzeugte Dünger der ersten Düngerphase ist allerdings ungleich hochwertiger und kann auch in geringeren Mengen zu höheren Preisen vertrieben werden. Des Weiteren stellt das erfindungsgemäße System eine Möglichkeit bereit, die abgeschiedenen Feststoffe in Brikettform zu pressen und für nachfolgende Nutzungsmöglichkeiten zur Verfügung zu stellen.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass Biogasanlagen in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen System und bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgebaut und betrieben werden können, ohne hierfür die sonst erforderlichen Nachweisflächen einrichten zu müssen. Es ist keine Bindung der regenerativen Energieerzeugung aus Biomasse an landwirtschaftlichen Nutzflächen zur Gärrestausbringung mehr erforderlich, weil die Gärreste vollständig verarbeitet und veredelt werden. Auf Basis der in dem System und Verfahren erzeugten Gülleprodukte wird eine ökologisch unbedenkliche und aufgrund der im Parameterbereich einstellbaren Düngerkonzentration leichter steuerbare Nutzung im landwirtschaftlichen Bereich ermöglicht. Dies führt jedenfalls mittelfristig auch zu einer geringeren Boden- und Grundwasserbelastung im landwirtschaftlichen Bereich.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Verdampfereinrichtung dazu eingerichtet, mittels Verdampfung aus der Flüssigphase Wasser abzuscheiden, und aus der Verdampfereinrichtung auszuführen, den nach Wasserentzug verbleibenden Rest der Flüssigphase mit Schwefelsäure, Schwefelsäurelösung, Phosphorsäure, oder einer Phosphorsäurelösung derart zu versetzten, dass eine Ammoniumsulfat- oder Phosphatlösung erhalten wird, und diese aus der Verdampfereinrichtung auszuführen, und die eventuell verbleibenden Feststoffrückstände aus der Verdampfereinrichtung auszuführen. Vorzugsweise wird die Ammoniumsulfat- oder Phosphatlösung auf einen Ammoniumsulfat- oder Phosphatanteil von 30% oder höher, bevorzugt 40%, aufkonzentriert. Dies gelingt, weil die Flüssigphase des Gärrests, die der Verdampfereinrichtung zugeführt wird, Ammoniumstickstoff (NH4-Kationen) enthält. Diese bleiben als Salz zurück, wenn aus der Flüssigphase Wasser verdampft wird. Durch Versetzen dieses nach Verdampfen übrigbleibenden Rests mit Schwefelsäure, Schwefelsäurelösung, Phosphorsäure, oder einer Phosphorsäurelösung kann die entstandene Ammoniumsulfat- oder Phosphatlösung aus der Verdampfereinrichtung abgeführt werden, beispielsweise mittels entsprechender Leitungssysteme. Die so erhaltene Ammoniumsulfat- oder Phosphatlösung dient als besonders hochwertiger Dünger. Die am Ende dieses Vorgangs in der Verdampfereinrichtung verbleibenden Feststoffrückstände sind vorzugsweise durch entsprechende Sammelmittel in der Einrichtung sammelbar und mittels entsprechender Ausführmittel aus der Einrichtung entfernbar, so dass sie der nachfolgenden Nutzung zur Verfügung gestellt werden können.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Verdampfereinrichtung einen zwei- oder mehrstufigen Vakuumverdampfer zur Verdampfung des Wassers aus der Flüssigphase auf. Hierbei wird die Erkenntnis genutzt, dass der Siedepunkt des Wassers durch Herabsetzen des Drucks innerhalb der Verdampfereinrichtung weiter herabgesetzt werden kann, und die Verdampfung auch durch Zufuhr von Niedertemperatur-Wärmeenergie unterhalb des Siedepunkts von Wasser bei Normalbedingung (100°C) erfolgen kann.
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Das System gemäß der vorliegenden Erfindung weist vorzugsweise ein Leitungssystem zur Rezirkulation des aus der Verdampfereinrichtung ausgeführten Wassers auf. Das Leitungssystem ist vorzugsweise dazu ausgebildet, das Wasser zu Kühlungszwecken und/oder als Prozesswasser zur Versorgung der Systemkomponenten mit Niedertemperatur-Wärmeenergie zu rezirkulieren. Vorzugsweise ist das Leitungssystem mit Wärmetauschern verbunden, die zur Wärmerückgewinnung der Abwärme aus anderen Anlagenteilen oder zur Abgabe von Wärme an andere Anlagenteile eingerichtet sind. Überflüssiges Wasser, welches im Wesentlichen in Reinform vorliegt, kann auch aus dem Leitungssystem entfernt werden, um anderen Nutzungen zugänglich gemacht zu werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Gärrestaufbereitungssystems ist die Brikettierungseinrichtung dazu eingerichtet, zusätzlich zu der ihr zugeführten Festphase die Feststoffrückstände, welche ihr von der Verdampfereinrichtung zugeführt werden, gemeinsam mit der Festphase in Brikettform zu pressen. Dies ermöglicht eine maximale Ausnutzung der gesamten zugeführten Rohmasse des Gärrests. Vorzugsweise wird ein Massenstrom der Feststoffrückstände, welche von der Verdampfereinrichtung ausgegeben werden, mit der Festphase vermischt und nach dem Vermischen durch geeignete Zuführungsmittel in die Brikettierungseinrichtung eingeleitet.
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Vorzugsweise ist die Brikettierungseinrichtung dazu eingerichtet, die Briketts zu trocknen, und hierbei die bei der Brikettierung entstehende Kompressions-Abwärme den Briketts zur Trocknung zuzuführen. Die Brikettierungseinrichtung weist vorzugsweise einen Trockner auf. Der Trockner ist entweder dazu eingerichtet, selbsttätig Wärme zu erzeugen, oder alternativ dazu eingerichtet, von außen zugeführte Wärme zu nutzen und an das zu trocknende Material abzugeben. Weiterhin weist die Brikettierungseinrichtung vorzugsweise eine Presse auf, die der Trocknungseinheit nachgeschaltet und dazu eingerichtet ist, die zumindest teilweise getrocknete zugeführte Festphase in Brikettform zu pressen. Unter dem Begriff „Brikett” wird im Zusammenhang mit der Erfindung jegliche komprimierte Feststoffform verstanden, beispielsweise auch Pellets. Auch Pelletiereinrichtungen sind deshalb als Brikettierungseinrichtungen im Sinne der Erfindung zu verstehen. Auf weitere Details zur Brikettierungseinrichtung wird später im Rahmen dieser Beschreibung eingegangen. Das Gärrestaufbereitungssystem weist ferner vorzugsweise eine Einrichtung zur thermischen Verwertung auf, welche dazu eingerichtet ist, mittels Verfeuerung der ihr zugeführten getrockneten Briketts Niedertemperatur-Wärmeenergie bereitzustellen, wobei die Niedertemperatur-Wärmeenergie mittels Wärmeübertragungsmitteln der Verdampfereinrichtung und/oder der Trocknereinheit Innerhalb der Brikettierungseinrichtung, und/oder welche dazu eingerichtet ist, mittels Verfeuerung der ihr zugeführten getrockneten Briketts Mitteltemperatur- und/oder Hochtemperatur-Wärmeenergie bereitzustellen. Vorzugsweise ist die Einrichtung zur thermischen Verwertung dazu eingerichtet, einen regenerativen Energieträger zu verfeuern, welcher ausgewählt ist aus den Folgenden: Biomasse, insbesondere Grünschnitt und/oder für die thermische Nutzung gezüchtete Feldfrüchte; und/oder Biogas. Die Verwendung von Biogas oder eine Hybridverwendung von Biogas und Biomasse wird besonders bevorzugt, weil diese beiden Bestandteile zusätzlich zu den Gärresten bei Biogasanlagen ohnehin zur Verfügung stehen und der Anschluss des erfindungsgemäßen Systems an eine Biogasanlage dementsprechend wirtschaftlich besonders vorteilhaft ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Einrichtung zur thermischen Verwertung dazu eingerichtet, mittels Verfeuerung des ihr zugeführten regenerativen Energieträgers Niedertemperatur-Wärmeenergie bereitzustellen, wobei die Niedertemperatur-Wärmeenergie mittels Wärmeübertragungsmitteln der Verdampfungseinrichtung zuführbar ist, und/oder dazu eingerichtet ist, mittels Verfeuerung des ihr zugeführten regenerativen Energieträgers Hochtemperatur-Wärmeenergie bereitzustellen. Besonders bevorzugt wird eine Kombination der Verfeuerung von Briketts und von Extern zugeführten Energieträgern, weil hierdurch eine deutlich höhere Wärmemenge für die Systemprozesse zur Verfügung gestellt werden kann.
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Das erfindungsgemäße System mit einer Einrichtung zur thermischen Verwertung ist ferner vorzugsweise so eingerichtet, dass die Niedertemperatur-Wärmeenergie mittels Wärmeübertragungsmitteln der Trocknereinheit innerhalb der Brikettierungseinrichtung zur Trocknung zuführbar ist.
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Neben der Niedertemperatur-Wärmeenergie ist aber auch die Hochtemperatur-Wärmeenergie innerhalb des Systems effektiv nutzbar. Hierzu weist das Gärrestaufbereitungssystem gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eine Verstromungseinrichtung zur Wandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie auf, wobei die Hochtemperatur-Wärmeenergie mittels Wärmeübertragungsmitteln der Verstromungseinrichtung zuführbar ist. Die Verstromungseinrichtung ist vorzugsweise dazu eingerichtet, Niedertemperatur-Wärmeenergie in Form von Abwärme mittels Wärmeübertragungsmitteln der Einrichtung zur thermischen Verwertung und/oder der Brikettierungseinrichtung und/oder der Verdampfungseinrichtung zuzuführen.
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Weiter vorzugsweise ist die Verstromungseinrichtung dazu eingerichtet, die ihr zugeführte Wärmeenergie mittels eines Dampfturbinenverfahrens in elektrische Energie zu wandeln. Hierzu weist die Verstromungseinrichtung vorzugsweise eine Dampfturbineneinheit auf, die eingerichtet ist zur Erhitzung und Verdampfung eines Arbeitsmittels mittels der von der Einrichtung zur thermischen Verwertung zugeführten Hochtemperatur-Wärmeenergie, derart, dass innerhalb eines Druckbehälters der Dampfturbineneinheit ein Dampfdruck aufgebaut wird, zum Entspannen des Dampfdrucks mittels Antrieb einer Turbine, welche mit einem Generator zusammenwirkt, derart, dass der Generator die rotatorische Bewegung der Turbine in elektrische Energie wandelt, sowie zur Abkühlung des Arbeitsmittels, Abfuhr der Wärme als Niedertemperatur-Wärmeenergie, vorzugsweise für die Verdampfungseinrichtung und/oder für die Trocknungseinrichtung. Dies wird vorzugsweise mittels eines Leitungssystems, besonders bevorzugt mittels des Prozesswasser-Leitungssystems gewährleistet.
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Das System wird dadurch vorteilhaft weitergebildet, dass die Verstromungseinrichtung zur Einspeisung der elektrischen Energie in ein Stromnetz eingerichtet ist.
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Weiter vorzugsweise ist die Dampfturbineneinheit dazu eingerichtet, in einem ORC-Verfahren (Organic Rankine Cycle) betrieben zu werden. Das ORC-Verfahren ist im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass zum Betrieb der Dampfturbine ein anderes Arbeitsmittel als Wasserdampf verwendet wird, nämlich ein organisches Arbeitsmittel mit Siedepunkt deutlich unterhalb des Siedepunkts von Wasser.
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Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung wird anstelle einer Dampfturbineneinheit ein Dampfexpansionsmotor in der Verstromungseinrichtung vorgesehen. Hierbei wird anstelle einer Turbine ein Kolben durch die Dampfexpansion angetrieben.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Gärrestaufbereitungssystems ist die Brikettierungseinrichtung dazu eingerichtet, den ihr zugeführten Feststoff vor einem Pressen in Brikettform mittels Zufuhr von Wärmeenergie auf einen Trockensubstanzgehalt von über 50%, vorzugsweise in einem Bereich von 55% bis 60%, zu trocknen, den Feststoff in Brikettform zu pressen, und im Anschluss an das Pressen den brikettierten Feststoff vorzugsweise mittels Zufuhr von Umgebungsluft derart nachzutrocknen, dass ein Trockensubstanzgehalt von oberhalb 70%, vorzugsweise in einem Bereich von 74% bis 76% erhalten wird. Unter Trockensubstanz wird hierbei jener Bestandteil eines Stoffes bzw. Stoffgemischs verstanden, der nach Abzug von Wasser verbleibt. Der Trockensubstanzgehalt und der Wassergehalt des Stoffes bzw. Stoffgemisches ergänzen sich somit zu 100%. Bezugspunkt für die Bestimmung des Trockensubstanzgehaltes ist der jeweilige Massenanteil. Die Bestimmung des Trockensubstanzgehaltes wird anhand bekannter Verfahren durchgeführt, beispielsweise mittels Mikrowellen oder mittels Einsatzes einer Verdampfungswaage. Bezüglich der Bestimmung mittels Mikrowellenmesstechnik wird beispielsweise auf die DynFAS-Technologie der Braunschweigischen Maschinenbauanstalt AG verwiesen.
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Vorzugsweise weist die Brikettierungseinrichtung zum Trocknen einen Bandtrockner auf, welcher im Nieder- bis Hochtemperaturbereich betreibbar ist, oder einen anderen Trockner, der vorzugsweise bis in den Hochtemperaturbereich betreibbar ist. Zum Pressen in Brikettform wird vorzugsweise ein Nass-Brikettierer verwendet. Ein besonderer Vorteil des Nassbrikettierens ist – bezogen auf die gesamte Brikettierungseinrichtung – der niedrigere Energiebedarf im Vergleich zu konventionellen Brikettierungsanlagen. Der niedrigere Energiebedarf ergibt sich daraus, dass ein Nass-Brikettierer die ihm zugeführte Masse komprimiert, während diese noch eine gewisse Feuchtigkeit aufweist. Die Feuchtigkeit, die in der dem Nass-Brikettierer zugeführten Masse enthalten ist, stellt sicher, dass sich die Masse beim Pressen nicht selbst entzünden kann, was ein Risiko bei konventionellen Pressverfahren und vollständig getrockneten Pressstoffen ist. Dies wiederum hat zur Folge, dass die beim Pressvorgang entstehende Wärme in den Briketts nicht abgeführt werden muss. Eben diese, beim Pressvorgang in den Briketts anfallende Wärme wird erfindungsgemäß im Anschluss an das Pressverfahren oder währenddessen nicht abgeführt, sondern verbleibt in den Briketts und dient in einem an den Brikettiervorgang anschließenden Nachtrocknungs-Vorgang zum weiteren Trocknen der Briketts. Optional weist die Brikettierungseinrichtung somit einen Nachtrockner auf, in welchem die gepressten Briketts weiter getrocknet werden. Besonders bevorzugt weist die Brikettierungseinrichtung für den Nachtrockner Mittel zum Zuführen von Luft, beispielsweise Umgebungsluft, auf.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die Brikettierungseinrichtung keinen Nass-Brikettierer, sondern einen konventionellen Brikettierer auf. Die alternative Brikettierungseinrichtung ist mit einem Trockner ausgestattet, welcher eine weitestgehende Trocknung der zugeführten Feststoffe bereits vor dem Brikettieren vornimmt, beispielsweise auf einen Trockensubstanzgehalt von 85% oder höher. Im Anschluss an den Pressvorgang wird bei der alternativen Brikettierungseinrichtung in einem nachgeschalteten Vorgang aktiv Kühlmedium, beispielsweise in Form von gekühlter Luft zugeführt, und so die vorhandene Wärme abgeführt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Einrichtung zur thermischen Verwertung dazu eingerichtet, nach der Verfeuerung verbleibende Rückstände aus der Einrichtung als zweite Düngerphase auszuführen. Diese Ausführungsform ist besonders dann vorteilhaft, wenn die Rückstände phosphat- und kalihaltig sind (was abhängig vom zugeführten Gärrest meistens der Fall ist). Diese Bestandteile überstehen die Feuerung innerhalb der Einrichtung zur thermischen Verwertung im Wesentlichen unbeschadet. Die ausgeführten Rückstände sind als Phosphor- bzw. Kalidünger weiter verwertbar. Somit gewährleistet das erfindungsgemäße System die Veredelung des Gärrests auf integrative Weise zu einer ersten Düngerphase, einer zweiten Düngerphase und reinem Wasser. Zusätzlich wird mit dem System elektrische Energie bereitgestellt, die zum Betrieb der Anlage und zur Einspeisung in ein Stromnetz zur Verfügung steht, wenn das System zusätzlich mit einer Verstromungseinrichtung wie vorstehend beschrieben kombiniert ist.
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Das Gärrestaufbereitungssystem weist vorzugsweise eine zur Verbrennung von Biomasse angepasste Feuerungseinheit innerhalb der Einrichtung zur thermischen Verwertung auf und/oder ein Blockheizkraftwerk zur Bereitstellung von zusätzlicher Wärmeenergie für die Einrichtung zur thermischen Verwertung. Das vorzugsweise vorgesehene Blockheizkraftwerk ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform auch dazu eingerichtet, überschüssige Wärmeenergie zur Erzeugung von elektrischer Energie zu nutzen.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform weist die Einrichtung zur thermischen Verwertung eine Vergasungs- bzw. Pyrolyseeinheit auf. Diese Einheit liefert als zusätzlichen Rückstand nach der Vergasung bzw. Pyrolyse noch Kohle, welche als „Biokohle” aus der Einrichtung zur thermischen Verwertung ausführbar und extern nutzbar ist.
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Die Einrichtung zur thermischen Verwertung ist weiter vorzugsweise dazu eingerichtet, Abwärme als Niedertemperatur-Wärmeenergie bereitzustellen, beispielsweise mittels Wärmetauschern und dem vorgeschlagenen Prozesswasser-Leitungssystem.
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Das Gärrestaufbereitungssystem wird auch vorteilhaft dadurch weitergebildet, dass die Separatoreinrichtung einen Separator zur Abscheidung von Feststoffen aufweist, vorzugsweise mittels eines Pressschneckenseparators oder mittels Sedimentation, in einer ersten Stufe, sowie eine Zentrifuge zur Abscheidung von Schwebstoffen in einer zweiten Stufe.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Aufbereitung von Gärresten. Die Erfindung löst die ihr zugrunde liegende Aufgabe mit einem solchen Verfahren, insbesondere mittels Verwendung eines Systems gemäß einer der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen, indem das Verfahren die Schritte umfasst:
- – Bereitstellen eines Gärrestes,
- – Trennen des Gärrestes in eine Flüssigphase und eine Festphase,
- – Aufteilen der Flüssigphase in Wasser, eine erste Düngerphase und Feststoffrückstände, vorzugsweise mittels Zuführen von Niedertemperatur-Wärmeenergie, und
- – Pressen der Festphase in Brikettform.
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Hinsichtlich der besonderen Vorteile dieses Verfahrens wird insbesondere auf die vorstehenden Ausführungen zum erfindungsgemäßen Gärrestaufbereitungssystem verwiesen, in welchem das Verfahren zur Anwendung kommt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Aufbereitung von Gärresten wird vorzugsweise weitergebildet durch einen, mehrere oder sämtliche der Schritte:
- – Verdampfen von Wasser aus der Flüssigphase,
- – Versetzen des nach Wasserentzug verbleibenden Rests der Flüssigphase mit Schwefelsäure oder einer Schwefelsäurelösung, oder Phosphorsäure, oder einer Phosphorsäurelösung derart, dass eine Ammoniumsulfatlösung oder eine Ammoniumphosphatlösung erhalten wird, vorzugsweise mit 40% Ammoniumsulfat- oder Ammoniumphosphatanteil,
- – Ausführen des verdampften Wassers in ein Leitungssystem zur Rezirkulation,
- – Ausführen der eventuell nach Wasserentzug verbleibenden Feststoffrückstände,
- – Pressen der ausgeführten Feststoffrückstände gemeinsam mit der Festphase in Brikettform,
- – Trocknen der Briketts mittels Abwärme, die beim Pressen in Brikettform entsteht
- – Verfeuern der getrockneten Briketts und/oder eines zugeführten regenerativen Energieträgers und Bereitstellen von Niedertemperatur-Wärmeenergie, Mitteltemperatur- und/oder Hochtemperatur-Wärmeenergie,
- – Zuführen der bereitgestellten Niedertemperatur-Wärmeenergie oder Mitteltemperatur-Wärmeenergie zu dem Schritt des Verdampfens und/oder Trocknens
- – Wandeln der bereitgestellten Hochtemperatur-Wärmeenergie in elektrische Energie, vorzugsweise mittels eines Dampfturbinenverfahrens,
- – Zuführen der bei der Wandlung in Form von Abwärme entstehenden Niedertemperatur-Wärmeenergie zu dem Schritt des Verfeuerns und/oder des Trocknens und/oder des Verdampfens,
- – Abscheiden von Feststoffen aus dem Gärrest, vorzugsweise mittels eines Pressschneckenseparators oder mittels Sedimentation, in einer ersten Stufe,
- – Abscheiden von Schwebstoffen mittels einer Zentrifuge in einer zweiten Stufe,
- – Trocknen des Feststoffs vor dem Pressen in Brikettform mittels Zufuhr von Wärmeenergie auf einen Trockensubstanzgehalt von über 50%, vorzugsweise in einem Bereich von 55%–60%,
- – Nachtrocknen des in Brikettform gepressten Feststoffs im Anschluss an das Pressen, vorzugsweise mittels Zufuhr von Umgebungsluft, derart, dass ein Trockensubstanzgehalt von oberhalb 70%, vorzugsweise in einem Bereich von 74% bis 76%, erhalten wird,
- – Ausführen der nach der Verfeuerung verbleibenden Rückstände als zweite Düngerphase
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Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich unmittelbar auch aus den analogen Vorteilen der Ausführungen zu dem Gärrestaufbereitungssystem in einer oder mehreren der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen. Aus diesem Grund wird auf die obigen Ausführungen auch bezüglich der Vorteile der Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen.
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Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel und die beigefügten Figuren näher beschrieben.
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Hierbei zeigen:
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1 ein Gärrestaufbereitungssystem 1, und
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2 eine schematische Detailansicht zu dem System gemäß 1.
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Das System 1 weist eine Separatoreinrichtung 3 auf. Die Separatoreinrichtung 3 weist einen Gärrestanschluss 5a auf, sowie einen Feststoffauslass 7a und einen Flüssigkeitsauslass 9a. Die Separatoreinrichtung ist dazu eingerichtet, den zugeführten Gärrest, angedeutet durch Pfeil 5, in einer oder mehreren Stufen wie vorstehend bezüglich der bevorzugten Ausführungsformen beschrieben in eine feste Phase und eine flüssige Phase zu trennen. Die flüssige Phase wird mittels des Flüssigkeitsauslasses 9a in einer Flüssigphasen-Leitung 9 ausgeführt, während die feste Phase zum Abtransport der Festphase aus dem Feststoffauslass 7a ausgeführt wird, beispielsweise auf ein Transportmittel 7 oder in eine Feststoffleitung (ein Förderband oder ähnliche bekannte Transportmittel).
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Das System 1 weist ferner eine Brikettierungseinrichtung 11 auf. Die Brikettierungseinrichtung 11 weist einen Einlass 7b für die feste Phase auf. Die durch diesen Einlass 7b zugeführte feste Phase wird in der Brikettierungseinrichtung getrocknet und in Brikettform gepresst. Die in Brikettform gepressten Stoffe werden als Briketts aus einem Brikett-Auslass 15a aus der Brikettierungseinrichtung 11 ausgeführt.
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Das System 1 weist ferner eine Verdampfereinrichtung 13 auf. Die Verdampfereinrichtung 13 weist einen Flüssigphasenanschluss 9b auf, welcher zur Zufuhr von Flüssigphase aus der Leitung 9 von der Separatoreinrichtung 3 kommend eingerichtet ist. Die Verdampfereinrichtung 13 ist dazu eingerichtet, wie vorstehend unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben, die zugeführte Flüssigphase in verschiedene Bestandteile aufzuteilen. Beispielsweise mittels Vakuumverdampfung wird Wasser aus der Flüssigphase abgeschieden und über den Wasser-Auslass 23a ausgeführt, beispielsweise in eine Prozesswasserleitung 23. Die nach Wasserentzug verbleibenden Stoffe werden mit (in nicht dargestellter Weise) zugeführter Schwefelsäure bzw. Schwefelsäurelösung versetzt und zu einer Ammoniumsulfatlösung aufkonzentriert. Diese Ammoniumsulfatlösung wird als erste Düngerphase mittels eines Düngemittelauslasses 21a aus der Verdampfereinrichtung 13 ausgeführt, beispielsweise in eine erste Düngemittelleitung 21. Nach diesen Verfahrensschritten noch verbleibende Feststoff-Rückstände werden mittels eines Feststoffauslasses 19a aus der Verdampfereinrichtung 13 ausgeführt und beispielsweise auf ein Transportmittel 19 gefördert, welches als Bandförderer oder ähnliches bekanntes Fördermittel ausgebildet sein kann. Über dieses Fördermittel 19 werden die Feststoffrückstände der Brikettierungseinrichtung 11 zugeführt, wo sie gemeinsam mit den über das Transportmittel 7 zugeführten Feststoffen in Brikettform gepresst werden können.
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Gemäß der in der Figur dargestellten Ausführungsform weist das System 1 ferner eine Einrichtung 27 zur thermischen Verwertung auf. Die Einrichtung 27 zur thermischen Verwertung weist einen Anschluss 15b für die Zufuhr von brikettiertem Feststoff auf. Ferner weist die Einrichtung 27 zur thermischen Verwertung einen Anschluss 29a zur Zufuhr eines, vorzugsweise regenerativen, Energieträgers auf (angedeutet durch Pfeil 29). Die Einrichtung 27 zur thermischen Verwertung ist dazu eingerichtet, den brikettierten Feststoff und/oder den, vorzugsweise regenerativen, Energieträger zu verfeuern, oder alternativ zu vergasen bzw. einer Pyrolyse zu unterziehen. Hierbei wird Wärmeenergie freigesetzt, welche beispielsweise über die Wärmeübertragungsmittel 17 an die Brikettierungseinrichtung 11, oder über die Wärmeübertragungsmittel 25 an die Verdampfereinrichtung 13 abgebbar ist. Die Wärmeenergie, die von der Einrichtung 27 zur thermischen Verwertung an den Auslässen 17a, 25a bereitgestellt wird, ist vorzugsweise Niedertemperatur-Wärmeenergie, besonders bevorzugt bei einer Temperatur um 90°C. Relevant ist jedenfalls, dass an den korrespondierenden Anschlüssen 17b, 25b der Brikettierungseinrichtung 11 bzw. der Verdampfereinrichtung 13 entsprechende Wärmeenergie ankommt, so dass in den dazwischenliegenden Leitungswegen 17, 25, die beispielsweise mit einem Prozesswasser-Leitungssystem verbunden sein können, auch entsprechende Wärmeübertragungsmittel vorgesehen sein können.
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Vorzugsweise stellt die Einrichtung 27 zur thermischen Verwertung nicht bloß Niedertemperatur-Wärmeenergie zur Verfügung, sondern auch Hochtemperatur-Wärmeenergie. Diese wird über einen entsprechenden Anschluss 31a und daran angeschlossene Wärmeübertragungsmittel 31 zu einem Anschluss 31b einer Verstromungseinrichtung 35 geleitet. Die Verstromungseinrichtung ist vorzugsweise mit einer Dampfturbineneinheit oder einem Dampfexpansionsmotor ausgerüstet. Hierbei wird im Wesentlichen bei der Entspannung des eingesetzten Arbeitsmittels (druckbeaufschlagtem Dampf) mechanische Arbeit in elektrische Energie umgesetzt. Dies kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform mittels eines ORC-Verfahrens realisiert sein.
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Die Verstromungseinrichtung 35 weist einen Anschluss 37a zum Abführen des generierten elektrischen Stroms bzw. der generierten elektrischen Energie, angedeutet durch Pfeil 37, auf. Im Verstromungsprozess durch die Abkühlung des Arbeitsmittels anfallende Abwärme wird über einen Anschluss 28a der Verstromungseinrichtung 35 in ein entsprechendes Wärmeübertragungsmittel 28 abgegeben. Dieses ist gemäß der beigefügten Figur mit einem entsprechenden Anschluss 28b der Einrichtung 27 zur thermischen Verwertung verbunden, um dort die aus der Verstromungseinrichtung 35 abgeführte Abwärme der Einrichtung 27 zur thermischen Verwertung zur Verfügung zu stellen. Alternativ ist es auch möglich, die Abwärme einem Prozesswasser-Leitungssystem zur Verfügung zu stellen, oder einem der anderen Anlagenteile des Systems zuzuleiten, um dort Wärmeenergie einzuspeisen. Dies können insbesondere die Brikettierungseinrichtung 11 oder die Verdampfereinrichtung 13 sein.
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Während der Umsetzung des in die Einrichtung 27 zur thermischen Verwertung eingeführten brikettierten Feststoffs und/oder regenerativen Energieträgers in Wärmeenergie anfallenden Rückstände werden, insbesondere in Ascheform, durch einen Auslass 33a der Einrichtung 27 zur thermischen Verwertung ausgeführt. Diese Rückstände dienen als zweite Düngerphase (angedeutet durch Pfeil 33) zur weiteren wirtschaftlichen Nutzung.
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In 2 ist die Brikettierungseinrichtung 11 des Systems 1 im Detail schematisch abgebildet. Die Brikettierungseinrichtung 11 weist einen Trockner 39 auf. Der Trockner 39 weist einen oder mehrere Anschlüsse auf, die mit dem bzw. den Transportmitteln 7, 19 zusammenwirken und mittels welchem bzw. welchen die der Brikettierungseinrichtung 11 zugeführten Feststoffe in den Trockner 39 eingeleitet werden. Zusätzlich weist der Trockner 39 Mittel zur Zuführung von Wärmeenergie auf, die von den Wärmeübertragungsmitteln 17 bereitgestellt werden. Die zugeführte Wärmeenergie kann entweder Niedertemperatur-Wärmeenergie oder Hochtemperatur-Wärmeenergie sein. Alternativ ist ebenso die Verwendung von Mitteltemperatur-Wärmeenergie möglich, welche im Temperaturbereich oberhalb von 90°C und unterhalb von 500°C liegt. Vorzugsweise wird die Wärmeenerige mittels eines erhitzten Fluids, beispielsweise Gas, transportiert bzw. bereitgestellt.
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Die Brikettierungseinrichtung 11 weist ferner einen Brikettierer 41 auf, der vorzugsweise ein Nass-Brikettierer ist. Dem Brikettierer 41 wird zumindest teilweise getrockneter Feststoff zugeleitet. Dieser hat vorzugsweise gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens einen Trockensubstanzgehalt von 55 bis 60%. In dem Brikettierer wird gemäß einer bevorzugen Ausführungsform beim Pressen Wärmeenergie freigesetzt, die dazu führt, dass nach Durchlaufen des Nass-Brikettierers der Trockensubstanzgehalt in etwa 70% beträgt.
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Weiterhin weist die Brikettierungseinrichtung gemäß 2 einen Nachtrockner 43 auf. In dem Nachtrockner 43 wird das brikettierte Material vorzugsweise mit Umgebungsluft mittels der Zuführung 45 umströmt, Hierbei findet gemäß einer bevorzugen Ausführungsform im Zusammenwirken mit der noch in den Briketts vorhandenen Wärmeenergie ein weiteres Nachtrocknen der Briketts statt, bis diese einen Trockensubstanzgehalt von vorzugsweise 75 bis 85% aufweisen. Sodann werden die getrockneten Briketts als Brennstoff aus der Brikettierungseinrichtung 11 ausgeführt, angedeutet durch Pfeil 15.
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In Gesamtschau stellen sich die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung also wie folgt dar: Mit dem erfindungsgemäßen System zur Gärrestaufbereitung und dem analogen Verfahren zur Gärrestaufbereitung ist es möglich, den zugeführten Gärrest vollständig in seine Komponenten zu zerlegen und diese so zu veredeln, dass ihr wirtschaftlicher Wert in Summe deutlich über demjenigen des Gärrestes liegt. Zugleich wird im Prozess elektrische Energie erzeugt, die eingespeist und wiederum wirtschaftlich verwertet werden kann. Im Prozess anfallende Wärme wird zugleich dem System und dem Verfahren wieder zugeführt, was eine weitere Verbesserung der Wirtschaftlichkeit und Erhöhung des Wirkungsgrades des Gesamtsystems zur Folge hat. Hierdurch ist eine wirtschaftlich vertretbare Nutzung des Systems der Gärrestaufbereitung möglich.
