DE3134980C1

DE3134980C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Vermischen von Biomasse

Info

Publication number: DE3134980C1
Application number: DE3134980A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl.-Ing. 7778 Markdorf Wahl
Original assignee: Dornier System GmbH
Current assignee: Dornier GmbH
Priority date: 1981-09-04
Filing date: 1981-09-04
Publication date: 1983-04-07

Description

Aus F i g. 1 ist ein Biogasreaktor 1 mit einem durch Leitungen 2,3 daran angeschlossenem Biogas-Druckbehälter 4 ersichtlich. Von den Leitungen 2, 3 münden die obere Leitung 2 in den oberen Teil des Biogasreaktors 1 und Biogas-Druckbehälters 4 und die untere Leitung 2 in deren unteren Teil. Die Leitung 2 ist mit einem Dreiwegeventil 5 versehen, von dem eine weitere Leitung 6 zu einem in der Figur nicht näher dargestellten Biogasspeicher 7 (siehe Pfeilrichtung) führt. Die Leitung 3 ist mit einem absperrbaren Ventil 8 versehen und mit einem im unteren Teil des Biogasreaktors 1 gelagerten Düsenring 9 verbunden, dessen Düsen 9' vorzugsweise nach oben ausgerichtet sind. Aus einer im Biogasreaktor 1 lagernden Biomasse (Substrat) 10 wird durch darin enthaltene Bakterienstämme Biogas 11 erzeugt, das über die obere Leitung 2 bei entsprechender Stellung des Dreiwegeventils 5 in den Biogas-Druckbehälter 4 strömt Dabei steht das Ventil 8 in der unteren Leitung 3 in Sperrstellung. Durch eine in der Figur nicht näher dargestellte Regelelektronik wird das Ventil 8 geöffnet und das Dreiwegeventil 5 verstellt, wobei das im Biogas-Druckbehälter 4 unter Druck stehende Biogas 11 durch die Leitung 3 in den Düsenring 9 gedrückt wird. Das hieraus unter diesem Druck ausströmende Biogas 11 verwirbelt und vermischt die darüber lagernde Biomasse 10. Das dabei nach oben steigende Biogas 11 wird über die Leitung 2, das Dreiwegeventil 5 und die Leitung 6 in den Biogasspeicher 7 abgeführt Ist zwischen dem Biogasreaktor 1 und dem Biogas-Druckbehälter 4 Druckausgleich erreicht, gehen die Ventile 5 und 8 in ihre Ausgangsstellungen und der Prozeß beginnt von neuem.
Der dadurch erzielte intermittierende Effekt wirkt sich auf eine optimale Vermischung der Biomasse 10 und damit auf eine optimale Wirkungsweise bzw. Gasproduktion der im Substrat 10 enthaltenen Bakterienstämme aus.
Aus Fig.2 ist dem Biogasreaktor 1 (Fig. 1) eine Substratvorlage 12 vorgeschaltet, die mit einer durch das im Biogas-Druckbehälter 4 (F i g. 1) unter Druck stehenden Biogas 11 beaufschlagten Substratpumpe 13 verbunden ist Das über die Leitung 2 und dem Dreiwegeventil 5 in den Biogas-Druckbehälter 4 strömende und darin unter Druck stehende Biogas 11 strömt nach entsprechendem Öffnen eines Zweiwegeventils 14, welches in einer Leitung 15 angeordnet ist, durch diese in eine der beiden durch einen Kolben 16 voneinander getrennten Kammern 17, 18 eines Zylinders 19 der Substratpumpe 13. Mit der dadurch bewirkten Verschiebung des Kolbens 16 und eines damit verbundenen und in einem am Zylinder 19 angeschlossenen Zylinder 20 geführten Plungers 21 wird aus der Substratvorlage 12 über ein daran angeschlossenes Rohr 22 und gleichzeitigem Öffnen eines darin angeordneten Klappventils 23 Substrat 10 angesaugt.
Beim Umschalten des Zweiwegeventils 14 und anschließendem Einströmen von Biogas 11 in eine der dazu korrespondierenden Kammern 17, 18 wird der Kolben 16 zusammen mit dem Plunger 21 in die Gegenrichtung verschoben (siehe Richtungspfeile) und dabei das im Zylinder 20 enthaltene Substrat 10 unter gleichzeitigem Schließen des Klappventils 23 und Öffnen eines in einem an den Zylinder 20 angeschlossenen und in den Biogasreaktor 1 mündenden Zuführrohr 24 angeordneten Klappventil 25 in den Biogasreaktor 1 gedrückt Das aus einer der Kammern 17, 18 während des Verschiebens des Kolbens 16 in die mit einem Zweiwegeventil 14' versehene Leitung 15' ausströmende Biogas 11, strömt durch eine Leitung 26 in den Biogasspeicher 7 (siehe Richtungspfeil).
Ist der Biogasreaktor 1 mit Substrat 10 beschickt, ist die weitere Verfahrensweise bzw. der Ablauf gleich wie in Fig. 1 beschrieben.
Aus Fig. 3 ist die Struktur der Wand 27 des Biogasreaktors 1 mit darin integrierten Wärmetauschern 28 ersichtlich. Die Wärmetauscher 28 sind unmittelbar der Biomasse bzw. dem Substrat 10 benachbart angeordnet und von der Außenseite her durch eine Isolation 29 gegen Wärmeverluste umgeben.
Die Wärmetauscher 28 sind über Leitungen 30, 31 mit einem extern angeordneten Wärmetauscher 32 verbunden, welcher mit einer ebenfalls externen Heizung 33 (z. B. Biogas- oder Solarheizung) verbunden ist - Leerseite -

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zum Vermischen einer in einem beheizbaren, nach außen hin abgeschlossenen Biogasreaktor in sauerstoffloser Atmosphäre lagernden Biomasse mittels von Bakterienstämmen erzeugtem und in einem Biogasspeicher gespeicherten Biogas, dadurch gekennzeichnet, daß die Biomasse durch intermittierendes Einblasen von Biogas vermischt wird, wobei der hierzu benötigte Druck des Biogases von den Bakterienstämmen in dem nach außen hin abgeschlossenen und mit einem Biogas-Druckbehälter verbundenen Biogasreaktor erzeugt, im Biogas-Druckbehälter aufgebaut und anschließend von diesem in die Biomasse eingeblasen wird, worauf dieses Biogas in den Biogasspeicher abgeführt wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Unterteil des Biogasreaktors (1) ein Düsenring (9) mit nach oben ausgerichteten Düsen (9') angeordnet ist, der durch eine mit einem Absperrventil (8) versehene Leitung (3) mit dem Biogas-Druckbehälter (4) verbunden ist, und im Oberteil des Biogasreaktors (1) eine Leitung (2) mündend angeordnet ist, die über ein Dreiwegeventil (5) mit einer zum Biogas-Druckbehälter (4) und zum Biogasspeicher (7) führenden Leitung (6) verbunden ist Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vermischen einer in einem beheizbaren, nach außen hin abgeschlossenem Biogasreaktor in sauerstoffloser Atmosphäre lagernden Biomasse mittels von Bakterienstämmen erzeugtem und in einem Biogasspeicher gespeicherten Biogas.

Die Erzeugung von Biogas aus Biomasse in sauerstoffloser (anaerober) Atmosphäre ist bekannt und wird in verschiedenen Ausführungsformen von Anlagen angewandt. Von einfachen Anlagen abgesehen, die wegen ihrer Bauweise für größere Kapazitäten nicht geeignet sind, erfordern die herkömmlichen Anlagen für ihren Betrieb Fremdenergie in verschiedener Form.

Zum Beispiel Heizenergie zur Beheizung des Substrates und zum Ausgleich der Wärmeverluste, mechanische bzw. elektrische Energie zum Antrieb von Pumpen, Rührwerke und Ventile, sowie elektrische Energie zur Versorgung der Meß- und Regelungstechnik. Ferner ist bekannt, daß gaserzeugende Bakterienstämme einen Gasdruck aufbauen, wenn der Biogasreaktor verschlossen ist und dabei unter Drücken bis zu mehreren bar arbeiten.

Zum Beispiel sind derartige Ausführungsformen und Anlagen beschrieben in »Biogas in Theorie und Praxis«, Behandlung organischer Reststoffe aus der Landwirtschaft durch Methangärung, KTBL-Schrift 229, Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft e. V. Darmstadt-Kranichstein, 1978, Seite 28 bis 57.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mittels deren das von den Bakterienstämmen erzeugte Druckbiogas und die damit bereitgestellte mechanische Energie so zu nutzen, daß der ganze oder zumindest wesentliche Teil des Energiebedarfs der Anlage hierdurch gedeckt und der verbleibende Bedarf zur Beheizung der Biomasse bzw. des Substrates und die Prozeßregelung durch Verbrennung von Biogas bzw.

eine minimal bemessene Photovoltaic-Anlage mit Batteriespeicherung gedeckt wird. Ferner sollte damit eine nahezu konstante Temperatur im Substrat sichergestellt sein.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe sind erfindungsgemäß die kennzeichnenden Maßnahmen bzw. Merkmale von Anspruch 1 und 2 vorgesehen.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Netto-Energieausbeute gegenüber herkömmlichen Verfahren und Anlagen durch die Einbeziehung der bisher ungenutzten Energie aus dem von den Bakterienstämmen erzeugten Druck erhöht wird und dadurch auch eine derartige Anwendung in entlegenen Gebieten möglich wird, wo keine elektrische Energieversorgung besteht (Energie-autarke Anlage).

Die dem nach außen hin abgeschlossenen Biogasreaktor zugeführte und darin lagernde Biomasse unterliegt einem durch die Bakterienstämme hervorgerufenen Faul- und Gärungsprozeß. Das dabei unter steigendem Druck produzierte Biogas wird über eine am oberen Teil in den Biogasreaktor führende und mit einem -Dreiwegeventil versehene Leitung in einen benachbart angeordneten Biogas-Druckbehälter geleitet und darin ein Druck aufgebaut. Anschließend wird ein in einer in den unteren Teil des Biogasreaktors führenden Leitung angeordnetes Absperrventil geöffnet, so daß das im Biogas-Druckbehälter unter Druck stehende Biogas mit Überdruck über die zum Biogasreaktor führende und mit einem darin angeordneten Düsenring verbundenen Leitung in den Biogasreaktor einströmt. Dabei wird die darin lagernde Biomasse bzw. das Substrat verwirbelt und vermischt. Das dabei entspannte Biogas strömt über die am oberen Teil mit dem Biogasreaktor verbundene Leitung bzw. das entsprechend geschaltete Dreiwegeventil in den benachbarten Biogasspeicher. Ist zwischen dem Biogasreaktor und dem Biogas-Druckbehälter ein Druckausgleich erreicht, werden die Ventile wieder in die Ausgangsstellung gebracht und der Vorgang beginnt von neuem.

Mit der Anordnung von Wärmetauschern unmittelbar im Bereich der Biomasse bzw. des Substrats, also zwischen diesem und der Isolierung des Biogasreaktors, wird eine nahezu konstante Temperatur im Substrat sichergestellt, weil dadurch von diesem nach außen keine Wärme abgegeben werden kann. Dies hat den Vorteil, daß mit minimaler Übertemperatur gefahren werden kann, da nur geringe Wärmemengen an das Substrat zurückgeführt werden und auch beim Anbakken von Feststoffen an der Wand des Biogasreaktors ein ausreichender Wärmeübergang gewährleistet ist bzw. beibehalten wird. Vorteilhafterweise sind die Wärmetauscher in die tragende Struktur des Biogasreaktors integrierbar.

Ausführungsbeispiele sind nachstehend beschrieben und durch Skizzen erläutert.

Es zeigt F i g. 1 einen Biogasreaktor mit daran angeschlossenem Biogas-Druckbehälter, F i g. 2 einen Biogasreaktor mit durch einen Biogas-Druckbehälter aus einer Substratvorlage bewirkten Substratzufuhr, F i g. 3 in die Struktur der Wand des Biogasreaktors integrierte Wärmetauscher.