DE3308734C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufarbeiten von
land- und forstwirtschaftlichen pflanzlichen Produkten.
Land- und forstwirtschaftliche pflanzliche Produkte werden
bisher schon auf die vielfältigste Art aufgearbeitet:
Kartoffeln, Obst und Korn werden zum Teil zum Essen vom
Menschen oder zum Füttern von Tieren benutzt.
Kartoffeln, Obst, Korn und Melasse werden auch benutzt, um
Alkohol herzustellen. Für die Herstellung eines Hektoliters Alko
hol wird bisher etwa 50 bis 54 ltr. Heizöl benötigt, um die ver
gorenen Produkte zu destillieren. Das erhaltene Produkt hängt von
den Ausgangsstoffen ab. Durch den großen Energiebedarf muß der
erhaltene Alkohol eine hohe Qualität aufweisen, weshalb bisher
nur sogenannte "edle" Ausgangsstoffe verwendet werden, wie eben
Kartoffeln, Obst und Korn für die Schnapserzeugung oder Melasse
insbesondere zur Herstellung von Brennspiritus.
Holzabfälle, wie Zweige, Äste oder Wurzelholz werden bisher
im land- und forstwirtschaftlichen Bereich im wesentlichen nur
zum Verheizen benutzt. Weiterhin werden solche Produkte zum Teil
für die Papierherstellung benutzt.
Verdorbene landwirtschaftliche pflanzliche Produkte werden
neuerdings zu einem kleinen Teil schon in sogenannten Biogasreak
toren aufgeschlossen, wobei Biogas, insbesondere Methangas gewon
nen wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum
Aufarbeiten von land- und forstwirtschaftlichen pflanzlichen Pro
dukten zu schaffen, das energieautark arbeitet und mit dem neben
der Produktion von Alkohol auch lagerfähige Nahrungsmittel für
Mensch und Tier hergestellt werden können.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruches ge
löst.
Es konnte überraschenderweise festgestellt werden, daß dann,
wenn man land- und forstwirtschaftliche pflanzliche Produkte un
ter vollkommener Zerstörung der Zellstruktur preßt, diese Produk
te völlig aufgeschlossen werden.
Durch die dabei entstehende Reibung insbesondere zwischen
den Feststoffpartikeln und den ausgeübten Druck erhöht sich ins
besondere die Temperatur der Flüssigkeitsphase sehr stark, z. B.
auf 70°C, weshalb die weitere, durch die Abgase des Verbren
nungsmotors gelieferte Wärme ausreicht, die Maischtemperatur von
z. B. 85°C zu erreichen. Zum Erzielen der Maischtemperatur ist
also erfindungsgemäß nur die zum Antrieb des Verbrennungsmotors
benötigte Energie notwendig. Durch den völligen Aufschluß der
Produkte und durch die gleichzeitige Trennung in Feststoff- und
in Flüssigkeitsphase wird außerdem die nachfolgende Vergärung der
Flüssigkeit erleichtert und beschleunigt. Für die Vergärung
selbst ist deshalb weniger Energie notwendig.
Beim bisher bekannten Mahlen von pflanzlichen Produkten ist
die Wärmeentwicklung minimal, weshalb der entstandene Saft, wenn
er gären soll, mit teurer Wärmeenergie, die dem Verfahren zusätz
lich zugeführt werden muß, auf die Maischtemperatur erwärmt wer
den muß, was nun durch das erfindungsgemäße Pressen entfällt.
Wenngleich auch Obst, insbesondere Weintrauben, nach bekann
ten Verfahren gepreßt werden, so ist dieses "Pressen" mit dem er
findungsgemäßen Pressen nicht vergleichbar. Beim Pressen von
Obst, insbesondere von Weintrauben, muß darauf geachtet werden,
daß die Temperatur nicht wesentlich ansteigt.
Bei den zugeführten land- und forstwirtschaftlichen Produk
ten kann es sich um Wurzelholz, Zweige, Äste oder auch Teile von
Baumstämmen handeln, es können aber auch Grünmasse, wie Gras, Ge
treide, Leguminosen od. dgl., Melasse, Kartoffeln, Obst und Gemüse
oder ähnliches verarbeitet werden. Wesentlich ist nur, daß die
beim Pressen entstandene Flüssigkeitsphase bei entsprechenden Be
dingungen vergären kann.
Die Feststoffphase wird mit der Abwärme des Verbrennungsmo
tors, d. h., mit der aufgewärmten Kühlluft des Motors, getrocknet.
Der getrocknete Feststoff kann als Tierfutter verwendet werden.
Kot und Harn der Tiere, also die Gülle, wird wieder zum Düngen
des land- und forstwirtschaftlichen Anbaus verwendet, so daß das
durch die Tiere verarbeitete Futter dem erfindungsgemäßen Kreis
lauf wieder zugeführt wird.
Die auf die Maischtemperatur erwärmte Flüssigkeitsphase wird
einer Alkoholbrennerei zugeführt, wobei Alkohol, insbesondere Ätha
nol und Methanol gewonnen wird. Die für die Destillation benö
tigte Destillationswärme wird aus dem Verfahren erhalten.
Während der gewonnene Alkohol als Verfahrensprodukt dem Ver
fahren entnommen wird, wird die verbleibende Schlempe einem Bio
gasreaktor zugeführt. Im Biogasreaktor wird durch anaerobe Reak
tionen der Biomasse Methangas gebildet. Dieses Methangas wird als
Prozeßenergie benutzt, indem damit ein oder mehrere Verbrennungs
motoren angetrieben werden, von denen einer die oben beschriebene
Presse antreibt. Dieser eine oder ein anderer Verbrennungsmotor
kann einen Hochdruckverdichter antreiben, durch den die Wärme
energie erhalten wird, durch die die vergorene Flüssigkeit auf
die für die Alkoholbrennerei notwendige Temperatur erhitzt wird.
Um die Temperatur zu erreichen, können aber auch die Abwärme
und/oder die Abgaswärme eines der Verbrennungsmotoren z. B. un
ter Zuhilfenahme eines Wärmetauschers, ausgenutzt werden.
Das aus dem Biogasreaktor kommende, ausgefaulte Substrat
wird durch ein Trennverfahren auf physikalische, chemische und/
oder bakterielle Art in Eiweiß, Tiernahrung und Biodünger aufge
teilt, die als gewonnene Produkte aus dem Verfahren abgeführt
werden.
Einer der Verbrennungsmotoren kann weiterhin einen Generator
zur Erzeugung von elektrischer Energie antreiben. Der gewonnene
elektrische Strom kann zum Antrieb von im Verfahren benutzten
elektrischen Pumpen und für ähnliche Hilfsmittel oder anderweitig
benutzt oder zwischengespeichert werden.
Land- und forstwirtschaftliche pflanzliche Produkte, die im
Überschuß vorliegen und bisher auf eine Halde gekippt wurden,
oder verdorbene Abfallprudukte können durch das beschriebene Ver
fahren ohne Zufuhr von Fremdenergie verarbeitet werden. Beim heu
tigen Stand der Steuerungs- und Regelungstechnik und dem Einsatz
von Speichern und Silos kann ein solches Verfahren im wesentli
chen vollautomatisch durchgeführt werden.
Neben Energie - Abwärme und elektrischer Strom - werden dar
über hinaus noch Alkohol und Produkte - Eiweiß, Tierfutter, Bio
dünger - erhalten, die insbesondere in der Landwirtschaft wieder
sinnvoll eingesetzt werden können und fremdbezogene Produkte er
setzen.
Im folgenden wird anhand eines in der Zeichnung dargestell
ten Verfahrensschemas eine mögliche Ausführungsform des Verfahrens
beschrieben.
Als Rohstoff können verschiedenste land- und forstwirt
schaftliche pflanzliche Produkte, insbesondere bisher noch als
Abfall bezeichnete Produkte, verwendet werden. Dies können Wur
zeln, Zweige, Äste oder auch Teile von Baumstämmen sein; weiter
hin kann Grünmasse, wie Gras, Getreide, Leguminosen od. dgl., Me
lasse, Kartoffeln, Obst und Gemüse und ähnliches verarbeitet wer
den. Wesentlich ist einerseits, daß die Teile von ihrer Größe her
überhaupt in die Presse eingebracht werden können, d. h., Baum
stämme od. dgl. müssen zuvor dementsprechend zerkleinert werden.
Andererseits ist es notwendig, daß die beim Pressen entstehende
Flüssigkeitsphase bei entsprechenden Bedingungen vergären kann.
Der zugeführte Rohstoff sollte möglichst trocken sein. Je
trockener das Gut ist, desto wärmer wird insbesondere die Flüs
sigkeitsphase. Bei einem besonders nassen Rohstoff kann man, um
einen möglichst geringen Feuchtigkeitsgehalt der insgesamt zuge
führten Masse zu erhalten, die Masse entweder mit dem Verfahren
entnommener Energie, worauf noch eingegangen wird, vortrocknen
oder besonders trockene Rohstoffe, wie z. B. Stroh, Sägemehl, Holz
oder einen anderen trockenen, pflanzlichen Feststoff, beimischen.
Dieser Rohstoff wird einer Presse zugeführt, in der er unter
Zerstörung der Zellstruktur gepreßt wird. Das Gut wird insbeson
dere an benachbarten Teilchen zerrieben, wodurch nicht nur die
pflanzlichen Zellen geöffnet werden, sondern das Gut, insbesonde
re die flüssigen Bestandteile, erwärmt werden. In dieser Presse
wird das Gut außerdem in eine Feststoffphase und eine Flüssig
keitsphase aufgeteilt.
Die Presse wird von einem Verbrennungsmotor angetrieben, in
dem in einem noch zu beschreibenden Biogasreaktor gebildetes Bio
gas, insbesondere Methangas, verbrannt wird.
Der Motor wird mit Frischluft gekühlt, die die Abwärme des
Motors mitnimmt. Diese Abwärme wird zum Trocknen der aus der
Presse kommenden Feststoffphase benutzt. Die getrocknete Fest
stoffphase wird hierauf gelagert und kann je nach Ausgangsstoff
z. B. als Tierfutter oder auch als Dünger verwendet werden.
Die aus dem Trockner kommende Luft weist immer noch eine
ausreichende Wärmekapazität auf, so daß damit noch Räume wie
Stallungen od. dgl. gewärmt werden können.
Das aus dem Verbrennungsmotor strömende Abgas wird in die
eine Kammer eines Wärmetauschers geleitet, durch dessen andere
Kammer die der Presse entströmende Flüssigkeitsphase geführt
wird. Hatte die Flüssigkeitsphase nach dem Verlassen der Presse
z. B. eine Temperatur von 70°C, so wird sie in dem Wärmetauscher
auf die Maischtemperatur von z. B. 85°C nachgewärmt.
Der auf die Maischtemperatur aufgewärmten Flüssigkeit wird
ein Verflüssiger und Hefe beigemischt. Danach vergärt die Flüs
sigkeit, je nach notwendiger Gärdauer, in Gärtanks. Durch den
völligen Aufschluß ist die Gärdauer relativ kurz, so daß eventu
ell der Zeitraum vom Verlassen des Mischers über das nachfolgen
de, weitere Erwärmen bis zum Erreichen der Destillationseinrich
tung ausreicht, wenn die Flüssigkeit durch ein entsprechend lan
ges Rohr geführt wird.
Die vergärende bzw. vergorene Flüssigkeit wird einem weite
ren Wärmetauscher zugeführt, in dem sie auf die Destillationstem
peratur von 102°C erwärmt wird. Die Wärme wird dem Wärmetauscher
z. B. von einem Hochdruckverdichter zugeführt. Dieser Hochdruck
verdichter wird von dem oben beschriebenen oder von einem weite
ren Verbrennungsmotor angetrieben, der auch mit Biogas betrieben
wird. Die vergorene Flüssigkeit kann aber auch mittels aus dem
Verfahren gewonnener Warmluft oder den Abgasen aus dem oben be
schriebenen Verbrennungsmotor auf die Destillationstemperatur er
wärmt werden, wozu das Abgas zuerst dem zum Erreichen der Destil
lationstemperatur dienenden Wärmetauscher zugeführt wird, ehe es
in den dem Erwärmen auf die Maischtemperatur dienenden Wärmetau
scher geführt wird.
Bei der Destillation wird die Flüssigkeitsphase in Alkohol,
insbesondere Methanol und Äthanol, und Schlempe aufgetrennt. Der
dabei entstandene Alkohol wird als Produkt aus dem Verfahren ge
wonnen und abgeführt.
Die Schlempe wird abgekühlt, wobei die abgegebene Wärme im
Verfahren selbst verwendet wird, insbesondere in einem Biogasre
aktor, in den die Schlempe überführt wird.
In diesem Biogasreaktor wird die Schlempe zu Biogas und aus
gefaulter Biomasse abgebaut. Im Biogasreaktor soll die Biomasse,
hier die Schlempe, eine Temperatur von etwa 34°C aufweisen. Bei
den Reaktionen im Biogasreaktor wird jedoch Wärmeenergie ver
braucht, weshalb die beim Abkühlen der aus der Destillationsanla
ge kommenden Schlempe gewonnene Wärmeenergie zum Aufrechterhalten
der optimalen Verfahrenstemperatur von 34°C benutzt wird.
Der Biogasreaktor liefert, wie schon beschrieben, Biogas,
insbesondere Methangas, welches dem oder den Verbrennungsmo
tor(en) zu deren Betrieb zugeführt wird.
Die aus dem Biogasreaktor kommende, ausgefaulte Biomasse
wird einem Auftrennungsprozeß unterworfen, durch den die Biomasse
in Eiweiß, Tiernahrung und Biodünger aufgeteilt wird. Dieses Auf
trennen wird physikalisch, chemisch und/oder bakteriologisch
vorgenommen. Der Biodünger wird wieder in der Landwirtschaft ein
gesetzt, so daß dieser den eingesetzten Rohstoffen direkt zugute
kommt.
Das Biogas kann darüber hinaus auch noch benutzt werden, um
einen Generator anzutreiben, der entweder von einem eigenen Ver
brennungsmotor oder von einem der beiden oben beschriebenen Ver
brennungsmotoren, insbesondere dem, der den Hochdruckverdichter
antreibt, bewegt wird. Der vom Generator gelieferte Strom wird
nicht nur für die elektrisch betriebenen Teile der Anlage, wie
elektrische Pumpen usw. eingesetzt, er reicht auch noch aus, um
Energie für Beleuchtung und ähnliches zu liefern.
Die Zuleitung der Wärmeenergie zu den einzelnen Wärmetau
schern wird kontrolliert gesteuert. Die Wärme kann dabei zum Teil
an den Wärmetauschern mittels Bypass-Leitungen vorbeigeführt
werden und z. B. für die Heizung von Gebäuden oder zur Warmwasser
bereitung benutzt werden.
Claims (1)
- Verfahren zum Aufarbeiten von land- und forstwirtschaftlichen pflanzlichen Produkten, dadurch gekennzeichnet, daß
- a) die Produkte unter vollkommener Zerstörung der Zellstruktur gepreßt werden, wobei die Produkte völlig aufgeschlossen werden und eine Feststoff- und eine Flüssigkeitsphase ent steht, die Flüssigkeitsphase durch den Preßvorgang auf eine erhöhte Temperatur aufgewärmt wird und mittels der Auspuff gase eines die Presse antreibenden Verbrennungsmotors auf die Maischtemperatur der Produkte nacherwärmt wird,
- b) die Feststoffphase mittels der Kühlluft des Verbrennungsmo tors getrocknet wird,
- c) die Flüssigkeitsphase einer Alkoholbrennerei zugeführt und dabei Alkohol, insbesondere Äthanol und Methanol, gewonnen wird,
- d) die Maische zur Alkoholbrennerei mittels eines durch einen Hochdruckverdichter erwärmten Wärmemittels oder mittels der Wärme der Abluft oder des Auspuffgases eines Verbrennungsmo tors nachgeheizt wird,
- e) der Hochdruckverdichter von einem mittels des im Biogasreak tor erzeugten Methangases betriebenen Verbrennungsmotors angetrieben wird,
- f) die bei der Alkoholbrennerei entstehende Schlempe einem Bio gasreaktor zugeführt wird und daß das im Biogasreaktor ent stehende Methangas der Prozeßenergie zugeführt wird, insbe sondere zum Antrieb der Presse benutzt wird und
- g) das ausgefaulte Substrat aus dem Biogasreaktor durch ein Trennverfahren in Eiweiß, Tiernahrung und Biodünger aufge teilt wird.
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DE19833308734 DE3308734A1 (de) | 1983-03-11 | 1983-03-11 | Verfahren zum aufarbeiten von land- und forstwirtschaftlichen pflanzlichen produkten |
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ID=6193217
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