DE19538579C1

DE19538579C1 - Anlage zur Herstellung von Biogas aus organischen Stoffen

Info

Publication number: DE19538579C1
Application number: DE19538579A
Authority: DE
Inventors: Karl Weitz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-10-17
Filing date: 1995-10-17
Publication date: 1997-04-03
Anticipated expiration: 2015-10-18

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Herstellung von Biogas aus organischen Stoffen wie z. B. Gülle, Gülle mit Reststoffen oder aus Reststoffen bestehende Medien, bestehend aus einem gasdichten, zylindrischen und auf rechtstehenden Reaktor mit Gülleeinlauf, Gülleauslauf und Biogasaustritt, einem ortsfest installierten Rühr werk im Reaktor zum Durchmischen der Gülle und zugesetzter Reststoffe bzw. Reststoffmedien sowie einem Wärmeaustauscher im Reaktor zum Vorwärmen der eingegebenen Medien.

Zur wirtschaftlichen Erzeugung von Biogas aus organischen Stoffen ist es unbedingt erforderlich, daß die reine bzw. mit organischen Reststoffen versehene Gülle oder ein nur aus Reststoffen und Wasser gebildetes Medium im Biogas reaktor gut durchgemischt wird, damit sich bildende Schwimmschichten ständig zerstört werden und so das gesamte organische Material am Gärprozeß beteiligt wird. Dabei ist besonders wichtig, daß z. B. frisch in den Reaktor einge leitete Gülle mit bereits vergorener Gülle gut gemischt wird.

Es sind bereits Biogasanlagen bekannt, die dieser Forderung allerdings nur teilweise gerecht werden. So sind in einem zylindrischen, waagerecht liegenden Reaktor gem. DE-Patent 32 49 427 C2 mehrere mit Zinken versehene Rührflügel hintereinander ortsfest angeordnet, wobei sich die Zinken überlappen. Da die Rührflügel asynchron und reversierend betrieben werden können, kommt die frische mit der ver gorenen Gülle in Berührung. Das ist jedoch für eine inten sive Durchmischung noch nicht ausreichend.

Auch der innere Aufbau der Biogasreaktoren beeinflußt durch die Nutzung von erzeugten und natürlichen Strömungs verhältnissen eine gute Durchmischung. Gegenwärtig sind jedoch vorwiegend einfache zylindrische Reaktoren bekannt, die entweder waagerecht oder senkrecht angeordnet sind, wie z. B. in der Zeitschrift "Technik am Bau" Heft 8 aus 1981, S. 667 und in den DE-Patenten 32 39 304 C2 und 32 49 717 C2 beschrieben.

Die Verwendung von Medien, die nur aus Reststoffen wie Essensresten sowie Flüssigkeit wie Wasser gebildet sind, zur Biogasherstellung und die entsprechen den Anlagen dazu wurden bisher noch nicht beschrieben.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine Anlage zur Herstellung von Biogas aus organischen Stoffen zu schaf fen, die unter Verwendung eines besonderen Reaktoraufbaues und eines daran angepaßten Rührwerkes und durch weitgehende Ausnutzung von erzeugten Strömungsverhältnissen eine gute umfassende Durchmischung der organischen Stoffe ermöglicht und dabei einfach aufgebaut und mit wenig Aufwand herstell bar ist. Die Anlage soll weiter aerob oder anaerob zu be treiben sein und die Möglichkeit der Kapazitätserweiterung bieten.

Die einlaufenden organischen Stoffe sollen weiter in einem Wärmeaustauscher vorgewärmt werden können und es muß die Möglichkeit der Grobreinigung vorhanden sein.

Zur kontinuierlichen Prozeßsteuerung muß die Möglichkeit der Messung des pH-Wertes an verschiedenen Stellen des Reaktors und der Zugabe von Zusatz- und Hilfsstoffen gegeben sein.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in den kenn zeichnenden Teilen der Patentansprüche genannten Merkmale gelöst. Dabei beinhalten die in den Unteransprüchen beschrie benen Merkmale besonders vorteilhafte Ausführungsdetails der Erfindung.

Nachstehend wird ein besonders wirtschaftlich gestaltetes Ausführungsbeispiel mit Merkmalen der Erfindung anhand einer Zeichnung und am Beispiel der Verwendung von Gülle bzw. Gülle mit Reststoffen als Medium näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht der Erfindung schematisch im Schnitt AA gem. Fig. 2,

Fig. 2 die Draufsicht ohne Deckel 3,

Fig. 3 den Schnitt gem. Fig. 2(BB).

Aus Fig. 1 ist der Aufbau der erfindungsgemäßen Anlage ersichtlich.

In dem äußeren größeren zylindrischen Behälter 1 ist der kleinere zylindrische Behälter 2 konzentrisch angeordnet. Beide sind mit dem Deckel 3 gasdicht verschlossen und durch die Trennwand 4 (siehe Fig. 2) einseitig getrennt. Sie bilden den Bioreaktor. Eine nicht dargestellte, jedoch allgemein bekannte Heizanlage heizt die Gülle vor teilhaft auf 35 bis 40°C auf.

Das Rührwerk besteht aus einem hohlen, konzentrisch im Deckel 3 drehbar gelagerten Rührarm 16, an dessen Ende das oben offene und völlig in der Flüssigkeit steckende Doppelknierohr 17 angebracht ist.

Im unteren Knie befindet sich der Flügelrührer 18 mit darüber liegendem und mit scheibenförmigen Messern ver sehenen Schneidwerk 19, die durch den Motor 21 angetrieben werden, der auf dem unteren Knie in der Gülle sitzt. Dadurch wird er ständig gleichmäßig gekühlt. An der Innenwand des Außenbogens des unteren Knies sind Gegenschneiden 20 befestigt, die vorteilhaft halbmondförmig gestaltet sind und sich mit den Messern des Schneidwerkes 19 überlappen. Auf dem oberen Teil des Doppelknierohres 17 in der Gülle sitzt die Tauchglocke 22. Der Rührarm 16 stützt sich auf dem Stützlager 27 ab, das sich auf dem oberen Rand des inneren Behälters 2 bewegt.

Die Rohrleitung 23 ist in der Mitte des Reaktors angeordnet und bis fast an seinen Boden geführt und ist wie das Doppel knierohr 17 mit der Tauchglocke 26 versehen. Die Absaugrohr leitung 25 führt in den güllfreien Raum der Tauchglocke 22 und 26. Die Tauchglocke 22 sitzt gegenüber der Tauchglocke 26 tiefer, also vollständig in der Gülle, so daß ein gülle freier Raum nur entsteht, wenn durch die Rohrleitung 24 z. B. Luft eingeblasen wird, die dann am unteren Ende des Doppelknierohres 17 austritt und sich mit entsprechenden Verbindungen als Schadgas in der Tauchglocke 22 sammelt.

Eine weitere Rohrleitung 24 mündet im Doppelknierohr 17 oberhalb des Flügelrührers 18.

Die Rohrleitungen 24 und 25 sind durch den hohlen Rührarm 16 geführt.

An der Vorderseite der Trennwand 4 ist der Wärmetauscher 6 angebracht. Er besteht aus zwei nebeneinander liegenden, verschlossenen und nach unten schräg auslaufenden Kästen 9 und 10, deren schräge Ausläufe im Revisionskanal 11 münden. In den Kästen 9 und 10 sind die Rohrbündel 7 und 8 ange ordnet. Der Kasten 9 ist mit dem Gülleeinlauf 5 versehen und der Kasten 10 durch den Überlauf 30 mit dem inneren Behälter 2 verbunden.

An der Rückseite der Trennwand 4 ist am Reaktorboden die Umlaufleitung 14 mit aufgesetztem Umlauftrichter 31 vorge sehen. Genau über der Mündung der Umlaufleitung 14 in dem inneren Behälter 2 ist an dessen oberen Rand der Ausschnitt 15 vorhanden (siehe Fig. 3).

Vor dem Wärmetauscher 6 ist im Reaktorboden der Gülleaus lauf 12 mit Auslauftrichter 13 angeordnet, wobei der Auslauf trichter 13 vom eigentlichen Gülleauslauf 12 in einem Abstand von etwa 100 mm angebracht ist.

Im Deckel 3 ist außerdem der Biogasaustritt 29 vorhanden. Schieber u. Ventile sind nicht dargestellt, da sich ihre Art und Anzahl aus der Funktion ergeben.

Der Antrieb des Rührwerkes ist ebenfalls nicht dargestellt, wird jedoch bei der Funktionsbeschreibung der Anlage noch näher erläutert.

Als Rührer können auch andere bekannte und geeignete Konstruktionen Verwendung finden.

Die Funktion der erfindungsgemäßen Anlage ist folgende: Es wird davon ausgegangen, daß der Reaktor bis zum Stand, wie in Fig. 1 angedeutet, mit Medium z. B. Gülle gefüllt ist. Gülleauslauf 12 und Revisionskanal 11 sind geschlossen. Nun wird frische Gülle, der organische Reststoffe zugesetzt sein können, durch den Gülleeinlauf 5 in den Wärmetauscher 6 gepumpt. Die Gülle läuft durch das Rohrbündel 7 in den Revisionskanal 11, steigt im Rohrbündel 8 hoch und läuft durch den Überlauf 30 in den inneren Behälter 2. Sie wurde dabei vorgewärmt. Das Doppelknierohr 17 des Rührwerkes bewegt sich reversierend entlang des Weges 32, wobei es in den Endstellungen entweder über dem Auslauftrichter 13 oder dem Umlauftrichter 31 zum Stehen kommt. Der ständig laufende Flügelrührer 18 durchmischt dabei die Gülle durch das Doppel knierohr hindurch von unten nach oben und oben nach unten. Zugegebene organische Feststoffe werden vom Schneidwerk 19 und den Gegenschneiden 20 zerkleinert. Steht das Doppelknie rohr 17 über dem Umlauftrichter 31, erfolgt eine Gülledurch mischung auch über die Umlaufleitung 14 und den Ausschnitt 15 vom äußeren Behälter 1 zum inneren Behälter 2 und umgekehrt. Beim Ablassen von vergorener Gülle steht das Doppelknie rohr 17 über dem Auslauftrichter 13 und der Gülleauslauf 12 ist geöffnet. Durch den vorhandenen Abstand zwischen Gülle auslauf 12 und Auslauftrichter 13 werden durch Injektor wirkung etwa vorhandene Sinkschichten aufgewirbelt und die Sinkstoffe mit herausgefördert.

Während des Betriebes herrscht im Reaktor ein Überdruck von 0,98 bis 1,96 mbar.

Der sich an der Oberfläche bildende Schaum wird durch das Ummischen der Gülle ebenfalls beseitigt und die Schwimm schichten werden zerteilt.

Während des Betriebes können durch die Rohrleitungen 23 und 24 Gülleproben zur pH-Wert-Messung entnommen bzw. Chemikalien zugesetzt werden. Es kann auch Luft oder Sauerstoff einge blasen werden, so daß die Anlage anaerob oder aerob betrieb bar ist. Die entstehenden Schadgase werden getrennt vom Gasraum 28 durch die Tauchglocke 22 und 26 aufgefangen und durch die Absaugrohrleitung 25 nach außen abgeführt.

Die notwendigen Meßwerte zur Prozeßsteuerung sind jedoch auch durch Sonden übertragbar.

Der Antrieb des Rührwerkes weist eine Rutschkupplung auf.

Wird der Rührarm 16 durch Anhäufung von Reststoffen schwer gängig, bleibt er stehen. Erst nach fortschreitender Zer kleinerung durch das Schneidwerk 19 läuft das Rührwerk selbsttätig wieder an.

In der Gülle vorhandene Erde, Sand oder Steinchen setzen sich bereits in den Schrägen des Wärmetauschers G ab und können durch den Revisionskanal 11 entfernt werden. Die Durchmischgeschwindigkeit ist bedingt durch den Ablauf des chemischen Prozesses im Biogasreaktor einstellbar. Die Abmessungen der Anlage werden durch den Rohstoffanfall und die Verweilzeit von etwa 20 Tagen bestimmt.

Die Anlage kann auch als Mehrkammeranlage ausgebaut werden. Dazu müssen mehrere Behälter konzentrisch zueinander ange ordnet und der Rührarm 16 verlängert und mit mehreren Doppelknierohren 17 versehen werden.

Die mit der erfindungsgemäßen Anlage zur Herstellung von Biogas aus organischen Stoffen entstehenden Vorteile sind:

- intensive und allseitige Durchmischung von vergorener, teilweise vergorener oder frischer Gülle mit und ohne Reststoffen, wie Essensresten oder Fette sowie von reinen Reststoffmedien, wobei besonders die Fette und Schwimmschichten ständig in die Gülle eingemischt und aufgespalten werden,
- einfacher technischer Aufbau und dadurch auch wenig Herstellungsaufwand erforderlich,
- das Rührwerk wird durch die Gülle geführt und dadurch Durchmischung in allen Bereichen des Reaktors
- anaerob und aerob zu betreiben, da die Möglichkeit der Zugabe von Luft oder anderen Gasen besteht,
- erweiterungsfähig,
- mit Mediumvorwärmung und Möglichkeit der Zerkleinerung von organischen Reststoffen versehen,
- Probenentnahme und Zugabe von Zusatz- und Hilfsstoffen für die Prozeßsteuerung möglich,
- Möglichkeit der Reinigung von z. B. Sand vorhanden.

Bezugszeichenliste

1 = äußeren Behälter
2 = innerer Behälter
3 = Deckel
4 = Trennwand
5 = Gülleeinlauf
6 = Wärmetauscher
7 = Rohrbündel
8 = Rohrbündel
9 = Kasten
10 = Kasten
11 = Revisionskanal
12 = Gülleauslauf
13 = Auslauftrichter
14 = Umlaufleitung
15 = Ausschnitt
16 = Rührarm
17 = Doppelknierohr
18 = Flügelrührer
19 = Schneidwerk
20 = Gegenschneiden
21 = Motor
22 = Tauchglocke
23 = Rohrleitung
24 = Rohrleitung
25 = Absaugrohrleitung
26 = Tauchglocke
27 = Stützlager
28 = Gasraum
29 = Biogasaustritt
30 = Überlauf
31 = Umlauftrichter
32 = Weg

Claims

1. Anlage zur Herstellung von Biogas aus organischen Stoffen mit einem gasdichten Reaktor mit Gülleeinlauf, Gülleauslauf und Biogasaustritt, einem asynchron und reversierend antreibbaren Rührwerk im Reaktor zum Durchmischen der Gülle und zugesetzter organischer Reststoffe bzw. reinen Reststoffmedien sowie einem Wärmetauscher im Reaktor zum Vorwärmen der eingegebenen Medien, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor aus einem mit einem gemeinsamen Deckel (3) verschlossenen äußeren zylindrischen Behälter (1) und konzentrisch dazu angeordneten, im Durchmesser kleineren inneren zylindrischen Behälter (2) besteht, wobei beide Behälter (1; 2) durch eine Trennwand (4) einseitig von der Mitte aus gesehen getrennt sind und an der Vorderseite der Trennwand (4) der Wärmetauscher (6) mit Gülleein lauf (5) und Überlauf (30) angeordnet sind und annähernd vor dem Wärmetauscher (6) am Reaktorboden der Gülleaus lauf (12) mit Auslauftrichter (13) vorhanden sind und an der Rückseite der Trennwand (4) am Reaktorboden die Umlaufleitung (14) mit aufgesetztem Umlauftrichter (31) und darüber am oberen Rand des inneren Behälters (2) ein Ausschnitt (15) vorhanden sind und daß das Rührwerk durch einen im Deckel (3) konzentrisch drehbar gelagerten angetriebenen Rührarm (16) mit einem an seinem Ende angebrachten offenen Doppelknierohr (17) gebildet ist, das sich durch das Medium bewegt, wobei sich im unteren Knie ein Flügelrührer (18) mit darüberliegendem Schneidwerk (19) und Gegenschneiden (20) vorgesehen sind und der Flügelrührer (18) und das Schneid werk (19) durch einen auf dem unteren Knie in der Gülle sitzenden Motor (21) angetrieben werden und daß Rohr leitungen (23; 24) zum Einbringen von Zusatzstoffen oder Luft in den Reaktor und eine Absaugrohrleitung (25) in den Reaktor münden.

2. Anlage zur Herstellung von Biogas aus organischen Stoffen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärme tauscher (6) aus zwei geschlossenen, an der Trennwand (4) nebeneinander angeordneten und nach unten schräg auslaufen den und in den Revisionskanal (11) mündenden Kästen (9; 10) besteht, die die Rohrbündel (7; 8) aufnehmen, wobei der Gülleeinlauf (5) in den Kasten (9) mündet und der Kasten (10) durch den Überlauf (30) mit dem inneren Behälter (2) verbunden ist.

3. Anlage zur Herstellung von Biogas aus organischen Stoffen nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rohrleitung (23) konzentrisch in den Reaktor bis fast an seinen Boden geführt ist und daß eine weitere Rohrleitung (24) im Doppelknierohr (17) oberhalb des Flügelrührers (18) mündet, daß Doppelknie rohr (17) und Rohrleitung (23) mit Tauchglocken (22; 26) versehen sind und daß in den ständig vorhandenen güllefreien Raum der Tauchglocke (26) und in den beim Einblasen von Luft oder Sauerstoff entstehenden gülle freien Raum der Tauchglocke (22) die Absaugrohrleitung (25) mündet.

4. Anlage zur Herstellung von Biogas aus organischen Stoffen nach den Ansprüchen l bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende des Auslauftrichters (13) in einem Abstand von etwa 100 mm über dem Gülleauslauf (12) angeordnet ist.

5. Anlage zur Herstellung von Biogas aus organischen Stoffen nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des inneren Behälters (2) etwa um zwei Drittel bis Dreiviertel kleiner als der Durchmesser des äußeren Behälters (1) ist.

6. Anlage zur Herstellung von Biogas aus organischen Stoffen, nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Höhe des inneren Behälters (2) geringer als die Höhe des äußeren Behälters (1) ist, damit der obere Rand des inneren Behälters (2) als Stützlagerauflage für den Rührarm (16) verwendbar ist, jedoch nur so viel geringer, daß das Medium nur im Ausschnitt (15) überläuft.

7. Anlage zur Herstellung von Biogas aus organischen Stoffen, nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Messer des Schneidwerkes (19) scheibenförmig und die Gegenschneiden (20) halbmondförmig gestaltet sind und sich gegenseitig überlappen.

8. Anlage zur Herstellung von Biogas aus organischen Stoffen nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des Doppelknierohres (17) ein gerades Rohr mit Flügelrührer (18), Schneidwerk (19) und Gegenschneiden (20) verwendet wird.