WO2008080394A2 - Verfahren und vorrichtung zur aufbereitung organischer reststoffe aus biogasanlagen - Google Patents

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    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/40—Bio-organic fraction processing; Production of fertilisers from the organic fraction of waste or refuse

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for the treatment of organic bio-residues, in particular from municipal and / or industrial residues, including raw and / or cooked leftovers, agricultural
  • Residues in particular animal excrements and / or plant substances, but also of plant substances specifically grown for the process, in which these substances are at least partially fed to an anaerobic reactor and the biogas resulting from fermentation is thereby withdrawn and the remaining digestate fed to a further use becomes.
  • TS dry matter
  • the digestate can be continued following a mechanical treatment with a separation for thickening into two partial streams. While the first part stream is subjected to drying for the production of a dry so - called foot fertilizer with a dry matter content of around 85% (TS), the second part stream of the liquid part remaining after pressing undergoes evaporation to produce a so - called head fertilizer with a dry matter content of approx 15%.
  • the wet head fertilizer originating from the evaporation of the digestate usually has a nitrogen content of about 6 percent, there is a lack of dry foot fertilizer i.d.R., originating from the drying of the digestate. at a 3% minimum salary.
  • this digestate is able to bind, for example, ammonia with the nitrogen contained therein.
  • the object of the present invention is now to provide a method and a device of the type mentioned, the / an improved treatment organic residues for the production of a usable substance, eg. As an energy source, but also a recyclable substance in the form of fertilizer as an energy source allows.
  • a usable substance eg. As an energy source
  • a recyclable substance in the form of fertilizer as an energy source allows.
  • the process is also geared to optimizing the energy cycle concerning the processing of renewable raw materials (NaWaRo). Specifically, this is done by a multi-stage vacuum evaporation, which can be assigned a conditioning that works without external energy.
  • the core idea of the invention is thus to use the fermentation residue obtained, for example, in the generation of biogas from organic residues in an improved manner by at least partially recombining the fermentation residue cake resulting from the thickening and the liquid stream originating from the thickening, after the fermentation Liquid stream was subjected to a treatment that can be separated from the liquid stream, a concentrate and a condensate. While the condensate consists almost entirely of water, the other ingredients present in the liquid stream are concentrated in the concentrate. With this concentrate thus obtained, the fermentation residue cake can then be enriched again and subjected to further conditioning, for example in the form of drying or pelleting.
  • the invention creates an optimal utilization of the digestate, for example, in the generation of biogas by this - where necessary - by the upgraded energy from biogas generation and its power generation.
  • the term "revaluation” is understood to mean both better handling by thickening - factor eg 1:10 -, shelf life, usability for heat generation or enrichment with additives, as well as any other processing, eg drying.
  • the waste heat arising from the utilization of the biogas is used for drying. If the system is to be operated absolutely autonomously, the available waste heat determines the
  • all of the concentrate obtained may be added to the thickened cake and the mixture subsequently dried. It has proven advantageous to supply the concentrate to the foot fertilizer during its drying (which will be explained later in connection with a belt dryer).
  • the recovered retentate corresponds to the enriched with the components of the digestate concentrate.
  • the mass flow of the fertilizer transferred to the concentrate is at least chosen so that the enriched dry product, ie the foot fertilizer after drying has a minimum content of 3% of nitrogen and / or potassium and / or phosphorus or compounds thereof.
  • the product obtained is considered organic fertilizer.
  • the conversion of low quality biomass into organic fertilizer for agriculture occurs by accumulating any excess nitrogen, potassium, or phosphate fractions from the digestate processing to the inferior fertilizer stream, i.
  • the energy transfer of CHP waste heat to the drying or evaporation is usually done via heat exchangers, by means of which the waste heat is discharged to the evaporator or dryer / conditioner.
  • the mass fraction of the wet fertilizer to be supplied during its drying wet head fertilizer is co-determined by the available from the waste heat of the CHP energy amount again.
  • Foot fertilizer has at least a minimum content of 3% nitrogen or potassium or phosphate.
  • Wet fermenter for biogas generation is possible in which an excess amount of energy in the waste heat of biogas operated Bioflowerkraftwerks is given to operate the drying and evaporation, such that from this excess energy, a mass transfer of head fertilizer to the foot fertilizer in the size range of 20% of the total produced head fertilizer is feasible.
  • the constituents of the fermentation residue raw material are subject to a quantity fluctuation, with which also the procedural properties of the digestate raw material can vary. This affects the separability of the solids, which in turn affects the performance of the drying and evaporation and, ultimately, the amount of concentrate produced therefrom. While at a maximum
  • the concentrate amount of produced fertilizer is the lowest, increases the amount of concentrate to be removed by increasing the dry matter content after thickening.
  • an acid for example, H 2 SO 4 is supplied to bind the per se volatile fraction of nitrogen compounds, such as ammonia in the digestate to be able to. Because of this binding, the proportion of nitrogen in the treated partial streams usually increases in both partial streams, ie in the production of the dry foot fertilizer and in the production of the wet topical fertilizer.
  • the binding of these nitrogen compounds in the digestate has the advantage that no odors escape from the digestate, as would be the case, for example, in the outgassing of ammonia from the digestate.
  • this addition of sulfuric acid is carried out according to the invention, the thickening of the digestate raw material in the resulting fermentation residue cake inside, as this foaming is prevented. Also, a flotation, ie flooding avoided because the solids are present in the press cake. Should the addition of the acid in the liquid portion of the digestate lead to foaming, foam inhibitors may be used or provided mechanical means for foam inhibition. Intensive experiments have also shown that the residence time and the temperature of the digestate play an important role in foam inhibition. For this reason, dwell containers are interposed and / or a preheat of the
  • a screening / fine screening means for example, a vibrating screen of the thickening coming from liquid fraction to
  • the final product to be taken from the drying plant has a minimum content of 3% of at least one of these substances, ie it is a fertilizer which is also purely organic on top of that.
  • the enrichment of the dry foot fertilizer to a full organic fertilizer has the advantage of a significantly lower odor nuisance compared to a direct discharge of liquid manure on the field. Furthermore, any transport costs are reduced due to the lower weight of a dry fertilizer compared to the digestate substrate as fertilizer.
  • a wet fermenter As a fermenter for biogas generation, a wet fermenter can be used, which requires a minimum content of water to ensure a functioning operation, or in other words, a maximum value of dry matter must not be exceeded, depending on the raw material about 10 - 13% dry matter are common.
  • the condensate obtained from the evaporation of the top fertilizer or from the drying of the foot fertilizer can be recycled. This recirculation can be metered directly into the mashing or alternatively added to the feed line of the fermenter. If it is condensates containing foam or very volatile substances, a reverse osmosis can be used, in order not to burden the mashing but especially the acidification and fermentation unnecessarily with eg solids and / or salts.
  • a dry fermenter can also be used.
  • a methanation and biogas production with an increased proportion of supplied dry matter is possible because of the supply of water from, for example, the condensate, which is obtained in the evaporation or drying, can be largely dispensed with. Due to the lower energy required when using a dry fermenter for the evaporation and drying of the digestate, the proportion of transferred increases
  • the branch streams of foot fertilizer on the one hand and head fertilizer resulting after the mechanical treatment can, on the other hand, largely be brought together again.
  • the originating from the drying fertilizer as a high-quality fertilizer and a utilization of the foot fertilizer can be provided in the form of a gasification for the production of an energetically valuable gas.
  • the gasification is explained below in the context of the description of a "secondary cycle" of the invention.
  • the above basic cycle for upgrading inferior biomass to organic fertilizer is followed by an additional secondary circuit, which is described below - the statements made above with regard to the basic cycle, however, apply analogously to the secondary cycle.
  • the dry fraction of manure is pressed into pellets in a downstream pelletizing system by means of a pelleting press.
  • a pelleting press Alternatively, an extruder may be used.
  • This secondary cycle is particularly advantageous if the organic fertilizer produced has a non-usable as fertilizer excess.
  • the recovered organic fertilizer is revalued again as a usable raw material by instead of the original energy carrier fertilizer, a new energy source in the form of further processable pellets is obtained.
  • the energy required for pelleting can be taken from the energy obtained from the bio-cogeneration plant. In order to take the energy requirement into account again, that the upgrading of the original digestate must be carried out with energy generated from the utilization of the biogas, it is expedient to provide a dry fermenter for the generation of biogas in the downstream pelletizing:
  • the pellet combustion can be interposed a steam turbine, which in turn operates a generator, which then emits the electrical energy obtained in the power grid of the CHP.
  • a gas turbine or a piston engine interposed, which likewise emits electrical energy via a generator operation in the power grid of the base CHP's.
  • ash (combustion) and coal (gasification) can be used as fertilizer.
  • a multivergaser is provided for the gasification, which can be fed with different materials for gasification.
  • the plant can also be adapted to fluctuating raw material crops, for example by a low-yielding maize crop is at least partially compensated by the addition of wood and thus an energy supply is ensured due to drought.
  • total cycle - the statements made above in relation to the basic circuit, however, apply analogously to the total cycle:
  • the focus in the utilization of the dry matter obtained from the organic fertilizer is in a gasification.
  • the result recovered gas is now mixed according to the invention the biogas, so that electric energy is obtained from this mixture in Bioflowerkraftwerk. Due to this measure, the energy balance in the direction of a higher energy yield can be postponed, among other things, since the efficiency " ⁇ " is higher in energy production from the biogas / gas mixture in the CHP, as each of the efficiency at
  • total cycle is equivalent to the "second circuit 1
  • mass flow of transferred topical fertilizer into the topical fertilizer can be increased equally - as described above for the exemplary embodiment of the "secondary cycle” - up to 100%.
  • additional electrical energy is generated, so that about 35% more electrical energy can be obtained from the same country or its Nawarro values, which is crucial in view of the expected scarcity of raw materials.
  • the gas produced in the gasification still has components that are detrimental to further utilization of the gas, such as mainly nitrogen compounds, which in the process of utilization of the gas to NO x and
  • the gas is purified, namely by being advantageously at least partially passed through the accumulating during the thickening liquid portion of the digestate. Another partial flow of the gas can also be passed through the concentrate or condensate for its purification. Experiments have shown that the harmful for the utilization of the gas components are deposited.
  • the purified gas can then be supplied either by means of a gas turbine or piston engine power generation or it is advantageously added to the gas obtained during the fermentation.
  • the nitrogen content of the gas obtained in the gasification of the foot fertilizer or pellets are returned by the deposition process in the liquid content of the digestate or in the concentrate from the evaporation, the latter is enriched with precisely these deposited components again, bringing it to the revaluation of low-grade fertilizer useful for organic fertilizer. If the gas is passed through the condensate, this can also be added directly to the fertilizer stream
  • the gas formed during the gasification can also be purified, at least temporarily, by passing it through the condensate formed during the evaporation.
  • This measure is useful if the mass flow of top dressing to foot fertilizer is approximately 100% and at the same time the obtained fertilizer is to supply at least for a certain period of time exclusively to a gasification.
  • the invention in the context of the utilization of the foot fertilizer by gasification, a two-stage gas generation from biogas fermentation and optimized gasification of the digestate created, which gas generation consists of two independent gas flows.
  • the invention provides a maximization of energy yield while concentrating recyclable recyclable recyclables from the original starting substrate.
  • This combination increases the flexibility of the process as needed for more energy or more fertilizer.
  • the residue coming from the gasification also with top dressing or the partial flow of condensate used for cleaning can be enriched, so that the resulting product again meets the requirements of an organic fertilizer, so that the residue from the gasification can be discharged as it were agricultural.
  • FIG. 2 shows the method according to the invention in accordance with the so-called second circuit
  • FIG. 3 shows the method according to the invention according to the so-called total cycle
  • FIG. - Fig. 4 shows an advantageous belt drying system according to the invention.
  • the pre-acidification serves to dissolve complex carbon compounds, since the fermentation bacteria of the subsequent fermentation (III) only Preferably degrade simple carbon compounds. Typically, the pre-acidification must reach a pH of 6.0 or below.
  • the residence time of the loaded input substrate in the pre-acidification depends on the digestion time of the individual constituents. For example, press residues such as solid peel pieces require a longer residence time compared to organically loaded fluid.
  • the starting substrate in particular maize or other silages, it is advantageous to allow the starting substrate, in particular maize or other silages, to rest slightly stirred in the mashing, so that air can escape.
  • This has the advantage that the formation of floating layers in the subsequent fermentation (III) is prevented and an occurring in the processing of the digestate NH 4 formation can run optimized (was explained above).
  • the assumption (I) and / or the treatment (II) may also include a grit trap.
  • the resulting crude mixture or raw substrate is transferred to the fermentation (III) without any risk of further acidification in the anaerobic fermenter. This would be detrimental to the fermentation process due to damage to the methane bacteria due to the too low pH.
  • the process step of fermentation in the anaerobic reactor using acetogenic bacteria and Methanbakterien the
  • the dry matter content (TS) of the digestate in the digestate storage is about 5 to 7%.
  • the temperature in the fermentation residue storage is about 34 ° C.
  • the digestate is fed from the store mechanical pressing for thickening of the same.
  • the thickened cake with an increased dry matter content of about 25% which partial flow is referred to as a base fertilizer
  • topical fertilizer the obtained from the compression liquid content with a lower dry matter content of approx. 3%, hereinafter referred to as topical fertilizer.
  • a foam inhibition in these streams can be done as previously described.
  • the head fertilizer is subsequently filtered in vibrating screens to filter ultra-fine fibers that could accumulate during the subsequent evaporation or reverse osmosis with ultrafiltration.
  • a solids content falls as a concentrate with a dry matter content of about 10%, which after thickening e.g. by means of a decanter also the dryer VII can be supplied.
  • the head fertilizer stream is first preheated from an initial temperature of 29 0 C to about 63 ° C.
  • the subsequent evaporation takes place in several vacuum stages advantageously using the waste heat of the CHP.
  • drying With regard to the partial flow of the thickened cake this is subjected to drying (VII).
  • the conditioning is carried out, for example, in a belt dryer in which the thickened press cake is conveyed on horizontally superimposed belts, so that the cake from the top belt after passing it falls on the underlying belt and in this "zig-zag process" down is promoted to the last volume. Details of the drying process are mentioned in connection with FIG. 4.
  • a heat exchanger is provided, with which the waste heat resulting from the Bioflowerkraftwerk is transmitted for this purpose.
  • the waste heat temperature of the energy source of the CHP is approximately 145 0 C when entering the
  • Dried dried cakes regardless of their constituents and composition as well as their intended purpose, are referred to as foot-dried fertilizers.
  • the last condensation stage of the evaporation can deliver the energy. This is particularly advantageous if the fermentation plant only generates feed gas and thus "Energy shortage" prevails. Then, as in any case, the energy shortage can make sense to burn the organic fertilizer for energy production in whole or in part.
  • Nitrogen content of about 6% is the
  • Nitrogen content of dry foot fertilizer i.d.R. below 3%.
  • a part of the head fertilizer concentrate is fed in a controlled mass flow of the foot fertilizer in the belt drying plant.
  • This regulated mass flow is u. a. depends on the energy available from the CHP if the process is to be energy-autonomous. Because the available waste heat is used for drying, which therefore the amount of waste heat determines the dry mass and therefore also the wet content, which can be added to the foot fertilizer. In this case, in this case, the mass flow may amount to approximately 20% of the total produced head fertilizer, so that as a result by combining the two partial streams, i.
  • Crop fertilizer on the one hand and foot fertilizer on the other hand a high-quality organic fertilizer is produced in solid form, the proportion of nitrogen is above a 3% limit.
  • the transfer of topical fertilizer in the topical fertilizer can also affect the potassium or phosphate content in addition to the example shown for nitrogen enrichment of the foot fertilizer.
  • Fig. 2 shows schematically the so-called. Secondary circuit in construction to the basic circuit explained above. According to the secondary cycle, the substrate resulting from drying (VII) is further processed, i. subjected to pelleting (K) and / or fed to a subsequent gasification (XI) or combustion (X).
  • VI the substrate resulting from drying
  • K pelleting
  • XI gasification
  • X combustion
  • Apparatus for compacting the dry material can be used a pelletizer or an extruder.
  • This drying substrate has a dry substance content of about 80% on average.
  • Those obtained from pelleting (IX) compressed Pellets with about 85% dry matter are fed to a combustion and / or gasification in order to gain electrical energy by means of a fuel cell, a combustion boiler, a reciprocating engine or a gas turbine, which is fed, for example, into the power generation (IV) of the CHP.
  • Partly derived from evaporation head fertilizer or condensate partial flow thus leads to a further energetically optimized process management in the recovery of originating from the fermentation residues.
  • Fig. 3 schematically illustrates the principle of the so-called. "Total réellelaufs", a
  • Continuation of the secondary circuit according to FIG. 2 or a continuation of the basic circuit according to FIG. 1 means.
  • the gas originating from the gasification (XI) of the dry substance is mixed with the gas resulting from the fermentation and together fed to the power generation (FV) of the bio-cogeneration plant.
  • the gas originating from the gasification of the dry substance is passed through the digestate in the digestate store (V) for cleaning.
  • the gas for its purification by the concentrate of the top fertilizer from the evaporation or by the condensate or a partial flow thereof can be performed.
  • the gas obtained from the gasification is energetically and ecologically refined if it is guided by, for example, the liquid content of the wet stream produced during the thickening of the digestate.
  • this liquid fraction is enriched with nutrients that are unfavorable for the utilization of the gas, but the purification of the gas represents a real qualitative improvement also for the liquid content, since it is enriched with substances, so that it can be used as an organic fertilizer agricultural .
  • a passage of the gas through the condensate should, however, only be targeted if the condensate is no longer needed, for example, as water for mashing the silage when entering the fermenter.
  • the positively charged currents can also the organic residual fertilizer (not shown) are added. If the condensate still contains nutrients or other substances (eg salts), a reverse osmosis can be used, so as not to pollute the mashing and the subsequent stages.
  • the "production costs" of the plant (IV) are optimized, and the energy yield is increased due to the higher efficiency in the mixed gas utilization. While the efficiency of a gas turbine in the gasification of the originating from the drying (VII) dry matter is about 25%, the efficiency of a gas turbine in the gasification of the originating from the drying (VII) dry matter is about 25%, the efficiency of a gas turbine in the gasification of the originating from the drying (VII) dry matter is about 25%, the efficiency of a gas turbine in the gasification of the originating from the drying (VII) dry matter
  • Final energy ie purely organic fertilizer, energy in the form of digestate or pellets or electrical energy allows.
  • This flexibility also allows optimal adaptation of the entire process engineering plant to the available starting materials. If, if appropriate, a maize harvest intended for feeding the plant fails to be sufficient, the plant can be operated in the multivergator due to the multitrack process options with other substances, eg with green waste or wood for gasification. By adapting to fluctuations in the raw material and the energy demand, there is also an adaptation of the plant to different location needs. With others Words is created by the flexibility created by the method, a plant described above at any geographical location useful.
  • the dryer (VII) and evaporator (VIII) systems are associated with a refrigeration unit and a heating unit - not shown - to be used purely for e.g. as a control unit to compensate for the fluctuating energy requirements at startup, as well as performance changes u.a. to reconcile with the current supply of electricity from the CHP.
  • FIG. 4 schematically shows a belt drying plant, as used for the
  • Drying of the fertilizer coming from the thickening of a fermentation residue and a head fertilizer resulting from the evaporation can be used in an advantageous manner. It is important that the dryer not only as usual "to the shelf life" should lead, but promotes for all subsequent steps, such as pelletizing or gasification produces the optimally required residual moisture.
  • the conditioner 10 has a drying space 12 through which material is transported from a starting point 20 of the drying space to an end point 22 thereof.
  • the conditioning itself is effected by means of exhaust air, wherein the sucked through the drying chamber 12 air absorbs the moisture of the wet mixture and dissipates it.
  • the exhaust air outlets 14 shown in FIG. 4 are followed by exhaust air pumps (not shown).
  • the heat energy required for drying is usually taken from the waste heat of Bioschreibkraftmaschinees, but can also in addition by heating means (not shown) of the conditioner or e.g. also be made available from the final stage of the evaporator. Also, the
  • the material to be dried itself consists of a first wet mixture, namely the fertilizer coming from the mechanical thickening, which substance content of about 75%, and a second wet mixture, the so-called head fertilizer from the evaporation with a dry matter content of about 15% DM.
  • the first wet mixture i. the foot fertilizer is supplied to a first wet goods inlet 24 of the belt drying plant.
  • a distribution rake (not shown) may be provided.
  • the first wet batch is transported on a top conveyor belt 16 in the longitudinal direction of the drying space 12 horizontally therethrough until the wet mass at the end of the conveyor belt via a chute (not shown in detail) falls on the underlying follower belt.
  • the first wet batch thus takes a conveying path 18 from the starting point 20 to the end point 22 of the drying chamber 12, which conveying path 18 is shown in FIG. 4 with a thick solid line.
  • the product is discharged 30 of the dry material.
  • the belt drying plant shown has five vertically superimposed conveyor belts.
  • the speed of each band can be controlled separately with, for example, a frequency converter continuously.
  • the conditioner can be optimally adapted to the product to be dried.
  • conveyor belts 16 and filter belts with different mesh size can be provided.
  • the head fertilizer On the first wet batch, ie the foot fertilizer, is now after half a run of the same through the drying room 12 a second wet mass, ie the head fertilizer "excited".
  • the second wet batch is brought into the drying chamber 12 via a second feed 32 for the second wet batch. Since the dry matter content of the head fertilizer is so low that this as a fluid through Tubes is conveyed, the head fertilizer is transported by means of pipes 28 in the drying room 12.
  • Openings of the head fertilizer is applied to the first carried on the respective conveyor belt wet mass.
  • the exit amount of the head fertilizer at the respective second wet product inlet 26, i. the respective outlet nozzle is controlled in an advantageous manner by means of valves.
  • the product delivery 30 then takes place from dry material, consisting of dried foot-applied fertilizer and dried topical fertilizer, which dried mixture has a dry matter content of about 80%.
  • This dried material can be applied both as a fertilizer agricultural, or it can be subjected to further processing, for example, a gasification in an advantageous manner to energetically recoverable from the material to be dried
  • This gas can be added to the fermentation originating biogas.
  • drying of foot fertilizer in the conditioner according to the invention can also take place without the addition of the head fertilizer.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufbereitung von z.B. bei Biogasanlagen anfallenden organischen Reststoffen, bei welchem Verfahren während einer Biogasgenerierung in einem Fermenter aus den organischen Reststoffen ein Gärrest als Zwischenprodukt anfällt, der einer mechanischen Aufbereitung unterzogen wird, die zumindest eine Eindickung umfasst, wobei nachfolgend der mechanischen Aufbereitung ein erster Teil des flüssigen Gärrestes eine Eindampfung zur Produktion von Kopfdünger und ein zweiter Teil des eingedickten Gärrestes eine Trocknung zur Produktion von Fußdünger durchläuft, und wobei dem Teilstrom der Fußdüngerproduktion ein Massenstrom des Kopfdünger-Konzentrats zugeführt wird, so dass der Fußdünger mit nutzbaren Stoffen angereichert wird. Aufgrund dieser Anreicherung lässt sich der Gärrest entweder zur Energiegewinnung vergasen oder als organischer Dünger landwirtschaftlich nutzen.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung organischer Reststoffe aus
Biogasanlagen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von organischen Bio-Reststoffen, insbesondere aus kommunalen und/oder gewerblichen Reststoffen, einschließlich roher und/oder gekochter Speisereste, landwirtschaftlicher
Reststoffe, insbesondere Tierexkremente und/oder pflanzliche Stoffe, aber auch von gezielt für den Prozess angebaute pflanzliche Stoffe, bei dem diese Stoffe zumindest teilweise einem Anaerob-Reaktor zugeführt werden und das durch Vergärung entstandene Biogas dabei abgezogen wird und der verbleibende Gärrest einer weiteren Nutzung zugeführt wird.
Im Stand der Technik ist es zum Abbau fester und flüssiger organischer Biomasse bekannt, ein Rohgemenge - ggf. mit vorgeschalteter mechanischen Behandlung (bsp. Sandfang) - zu versäuern und einer Fermentation, d.h. einer Vergärung zur Biogas- generierung zuzuführen. Bei dieser sog. Methanisierung fällt neben der Produktion des eigentlichen Biogases auch ein Reststoffanteil als Gärrest an, der als Kompost ausgetragen oder als Düngerzusatz weiterverarbeitet werden kann. Dieser Reststoffanteil weist ca. 6-7% Trockensubstanz (TS) auf. Ein solches Abbau- Verfahren ist insgesamt für Gülle, Maissilage, Getreide oder Molke oder ähnliche Stoffe anwendbar. Allerdings eignet sich nicht jede Ausgangs-Biomasse gleichermaßen zur Fermentation. Häufig tritt das Problem auf, dass nicht fermentierbare Rückstände übrig bleiben, die entsorgt oder gesondert verwertet werden müssen. Unzureichend fermentierbar sind insbesondere Rückstände, die Lignin oder Ähnliches enthalten. Diese Rückstände werden oft zu Dünger weiterverarbeitet.
Im Allgemeinen wird ein organischer Reststoff, der einen Mindestgehalt von > 3% an
Stickstoff oder Phosphor oder Kalium bezogen auf den Anteil an Trockensubstanz (TS) aufweist, als "Dünger" definiert. Bei der Verarbeitung des oben erwähnten Gärrestes zu einem Düngerrohstoff kann der Gärrest nachfolgend einer mechanischen Aufbereitung mit einer Trennung zur Eindickung in zwei Teilströmen weitergeführt werden. Während der erste Teilstrom einer Trocknung zur Produktion eines trockenen sog. Fußdüngers mit einem Trockensubstanzanteil von um die 85 % (TS) unterzogen wird, durchläuft der zweite Teilstrom des nach der Verpressung verbleibenden Flüssiganteils eine Eindampfung zur Produktion eines sog. Kopfdüngers mit einem Trockensubstanzanteil von ca. 15%. Beide Rohstoffe können, wenn diese hinsichtlich ihrer Nährstoffe hochwertig sind, landwirtschaftlich verwertet werden - der Fußdünger bevorzugt im Herbst, um die im Wachstum befindliche Pflanze über den Winter zu bringen, und der Kopfdünger bevorzugt im Frühjahr. Obwohl der anfallende Gärrest insbesondere bei größeren Anlagen von > 1 MW wegen seiner Menge ein Entsorgungs-Problem darstellt, ist das landwirtschaftliche Ausbringen desselben ungeachtet seiner Zusammensetzung der herkömmliche Weg zu seiner Verwendung:
Obgleich der aus der Eindampfung des Gärrestes stammende nasse Kopfdünger in der Regel einen ca. 6 prozentigen Mindestgehalt an Stickstoff aufweist, mangelt es demgegenüber dem aus der Trocknung des Gärrestes stammenden trockenen Fußdünger i.d.R. an einem 3%tigen Mindestgehalt. Natürlich ist der Anteil dieser drei Düngerbestandteile Stickstoff, Kalium und Phosphat von der Zusammensetzung des
Gärreste-Rohstoffes abhängig, und auch davon, wie gut dieser Gärrest beispielsweise Ammoniak mit dem darin enthaltenen Stickstoff zu binden vermag.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, das/die eine verbesserte Behandlung organischer Reststoffe zur Erzeugung eines verwertbaren Stoffes, z. B. eines Energieträgers, aber auch eines verwertbaren Stoffes in Form von Dünger als Energieträger ermöglicht. Das Verfahren ist dabei auch darauf abgestellt, den Energiekreislauf betreffend die Verarbeitung nachwachsender Rohstoffe (NaWaRo) zu optimieren. Im Einzelnen geschieht dies durch eine mehrstufige Vakuum- eindampfung, der eine Konditionierung zugeordnet werden kann, die ohne Fremdenergie auskommt.
Diese Aufgabe wird grundlegend durch das im Anspruch 1 beschriebene Verfahren gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens gehen aus den nachgeord- neten Unteransprüchen hervor. Die erfindunggemäße Vorrichtung geht aus Anspruch 22 hervor. Vorteilhafte Ausführungsformen der Vorrichtung sind in den darauf bezogenen Unteransprüchen genannt.
Kerngedanke der Erfindung ist es damit, den z.B. bei der Generierung von Biogas aus organischen Reststoffen anfallenden Gärrest in verbesserter Weise energetisch zu verwerten, indem der aus der Eindickung resultierende Gärreste-Kuchen und der aus der Eindickung stammende Flüssigstrom zumindest teilweise wieder zusammengeführt werden, nachdem der Flüssigstrom einer Behandlung unterzogen wurde, die aus dem Flüssigstrom ein Konzentrat und ein Kondensat abscheiden lässt. Während das Kondensat fast vollständig aus Wasser besteht, sind die im Flüssigstrom vorhandenen anderen Bestandteile im Konzentrat konzentriert. Mit diesem so gewonnenen Konzentrat kann dann der Gärreste-Kuchen wieder angereichert und einer weiteren Konditionierung, zum Beispiel in Form einer Trocknung oder Pelletierung unterzogen werden. Im Ergebnis daraus werden demnach alle im Gärrest vorhandenen Bestandteile vom Gärrest- Wasseranteil separiert, und diese Bestandteile dann konzentriert, sodass eine Verwertung des so gewonnenen Fußdünger- Konzentrates eine bessere Ausbeute bei der weiteren Verwertung liefert. Das bedeutet, dass die Erfindung eine optimale Verwertung von dem z.B. bei der Biogasgenerierung anfallenden Gärrest schafft, indem dieser - wo nötig - durch die von der Biogasgenerierung und ihrer Stromerzeugung zur Verfügung gestellte Energie aufgewertet wird. Unter dem Begriff "Aufwertung" ist dabei sowohl eine bessere Handhabung durch Eindickung - Faktor z.B. 1:10 -, Lagerfähigkeit, Nutzbarkeit zur Wärmegenerierung oder eine Anreicherung mit Zusatzstoffen zu verstehen, wie auch jede andere Verarbeitung, z.B. Trocknung. Mithilfe des erfmdungsgemäßen Verfahrens ist ein ökologisches und damit nachhaltiges Verfahren zur Verwertung von beispielsweise auch Lignin-haltiger Biomasse aufgezeigt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird zur Trocknung die aus der Verwertung des Biogases entstehende Abwärme genutzt. Soll das System absolut autark betrieben werden, so bestimmt die zur Verfügung stehende Abwärme den
Gehalt des Wasseranteils der aus Fußdünger und überführtem Konzentrat geschaffenen Fußdüngermischung. Steht mit anderen Worten ausreichend Wärme zur
Verfügung, kann das gesamte gewonnene Konzentrat dem eingedickten Kuchen zugemischt und nachfolgend das Gemisch getrocknet werden. Als vorteilhaft hat sich gezeigt, das Konzentrat dem Fußdünger während seiner Trocknung zuzuführen (Wird an späterer Stelle noch in Verbindung mit einem Bandtrockner erläutert).
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Behandlung zur Abscheidung eines Konzentrates und eines Kondensates aus dem Flüssigstrom mittels Vakuum-
Eindampfung vorgenommen. Alternativ ist es ebenso möglich diese Abscheidung mittels Ultrafiltration mit Umkehrosmose vorzusehen. Hierbei entspricht das gewonnene Retentat dem mit den Bestandteilen des Gärrestes angereicherten Konzentrat.
Vorteilhaft wird der Massenstrom an in den Fußdünger überführtes Konzentrat zumindest so gewählt, dass das angereicherte Trockenprodukt, i.e. der Fußdünger nach seiner Trocknung einen Mindestgehalt von 3 % an Stickstoff und/oder Kalium und/oder Phosphor bzw. Verbindungen hieraus aufweist. Damit gilt das gewonnene Produkt als organischer Dünger. Im Folgenden wird nun das Grundschema des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Basiskreislaufs beschrieben, der die alleinige Produktion von organischem Dünger betrifft:
Beim Basiskreislauf der Erfindung erfolgt die Umwandlung von qualitativ minderwertiger Biomasse in organischen Dünger für die Landwirtschaft, indem anfallende überschüssige Stickstoff-, Kalium-, oder Phosphatanteile aus der Gärrest- Verarbeitung dem minderwertigeren Düngerstrom wieder beigemischt werden, d.h. in der Praxis meist dem Fußdünger - und zwar vorteilhafterweise in dem Maße, in dem aus der Abwärme des Biogas-Heizkraftwerks die dazu erforderliche Energie zur Verfügung gestellt wird. In der Praxis erfolgt der Energieübertrag der BHKW- Abwärme auf die Trocknung bzw. Eindampfung dabei in der Regel über Wärmetauscher, mittels denen die Abwärme auf die Eindampfer bzw. Trockner/Konditionierer abgegeben wird. Um obige Energieforderung zu erfüllen, wird der Massenanteil des dem Fußdünger bei seiner Trocknung zuzuführenden nassen Kopfdüngers durch den aus der Abwärme des BHKWs zur Verfügung stehenden Energiebetrag wieder mitbestimmt. Dies bedeutet, dass der Anteil an übertragenem, nährststoffreicheren Kopfdünger zum ursprünglich minderwertigeren, weil unter 3% an Kalium oder Phosphat oder Stickstoff aufweisenden Fußdünger umso höher ausfallen kann, je höher der Energiebetrag aus der Abwärme des BHKWs ist, um den angereicherten Fußdünger noch ausreichend trocknen zu können. Aufgrund der zur Verfügung stehenden Abwärme-Energie werden die Parameter a) Eindampfungsmaß, b) Trocknungsmaß und c) Massenstrom an überführtem Kopfdünger zu wählen sein, derart, dass der aus der Verarbeitung resultierende
Fußdünger zumindest einen Mindestgehalt von 3% an Stickstoff oder Kalium oder Phosphat aufweist. Versuche haben gezeigt, dass eine Aufwertung des Fußdüngers zu einem organischen Dünger ohne Zugabe von Dünger "von außen" unter Verwendung eines sog. Nassfermenters zur Biogasgenerierung möglich ist, bei der ein überschüssiger Energiebetrag in der Abwärme des mit dem Biogas betriebenen Bioheizkraftwerks zum Betrieb der Trocknung und Eindampfung gegeben ist, derart, dass aus dieser überschüssigen Energie ein Massentransfer von Kopfdünger zum Fußdünger im Größenbereich von 20 % des insgesamt produzierten Kopfdüngers realisierbar ist.
Die Bestandteile des Gärreste-Rohstoffes unterliegen einer Mengenschwankung, womit auch die verfahrenstechnischen Eigenschaften des Gärreste-Rohstoffes variieren können. Dies beeinflusst die Abtrennbarkeit der Feststoffe, was wiederum die Leistung der Trocknung und der Eindampfung und schließlich die Menge des daraus produzierten Konzentrats beeinflusst. Während bei einer maximalen
Eindampfung des Gärrestes die Konzentratmenge an produziertem Fußdünger am niedrigsten ist, steigt analog die abzufahrende Konzentratmenge bei Erhöhung des Trockensubstanz-Anteils nach der Eindickung.
Um die Produktion an organischem Dünger kontinuierlich aufrecht erhalten zu können, wird dem Gärreste-Rohstoff nach dessen Eindickung gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform eine Säure, beispielsweise H2SO4 zugeführt, um den an sich flüchtigen Anteil von Stickstoffverbindungen, wie beispielsweise Ammoniak in dem Gärrest binden zu können. Aufgrund dieser Bindung erhöht sich der Stickstoffanteil in den behandelten Teilströmen i.d.R. in beiden Teilströmen, d.h. in der Produktion des trockenen Fußdüngers und in der Produktion des nassen Kopfdüngers. Darüber hinaus hat die Bindung dieser Stickstoffverbindungen in dem Gärrest den Vorteil, dass keine Gerüche aus dem Gärrest entweichen, wie das beispielsweise beim Ausgasen von Ammoniak aus dem Gärrest der Fall wäre.
In vorteilhafter Weise erfolgt entsprechend der Erfindung diese Zugabe an Schwefelsäure nachfolgend der Eindickung des Gärreste-Rohstoffes in den daraus resultierenden Gärreste-Kuchen hinein, da dadurch eine Schaumbildung unterbunden wird. Auch ist eine Flotation, d.h. Aufschwemmung vermieden, da die Feststoffe im Presskuchen vorliegen. Sollte die Zugabe der Säure in den Flüssiganteil des Gärrestes zu einer Schaumbildung fuhren, können Schaumhemmer eingesetzt bzw. mechanischen Mitteln zur Schaumhemmung vorgesehen sein. Intensive Versuche haben ferner gezeigt, dass die Verweilzeit und die Temperatur des Gärrestes eine wichtige Rolle bei der Schaumhemmung spielen. Aus diesem Grund sind Verweilzeitbehälter zwischengeschaltet und/oder kann eine Vorerhitzung des
Gärrestes vorgenommen werden. Schließlich ist eine Wärmeisolierung für das Konzentrat vorgesehen, um die Temperatur mit geringem Energieaufwand halten und somit möglichst hohe Trockensubstanzen fahren zu können.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens umfasst die mechanische
Aufbereitung neben der oben erwähnten Eindickung mittels Presse oder Dekanter ferner eine Siebung/Feinsiebung mittels beispielsweise einem Schwingsieb des aus der Eindickung kommenden Flüssiganteils, um Feinfasern herauszufütern, die sich bei der Eindampfung des Kopfdüngers in den Eindampfern bzw. bei der Ultrafiltration/Umkehrosmose festsetzen könnten.
Als vorteilhaft wird es angesehen, das anfallende Gärrest-Zwischenprodukt aus der anaeroben Methanisierung in einem Gärreste-Speicher zur Pufferung der Kapazitätsauslastung der Gärreste- Verarbeitung zwischenzulagern.
Hinsichtlich einer Ruhelagerung ist es überdies von Vorteil, das Substrat vor der Versäuerung im Falle von Maissilage oder anderen Silagen bzw. fasrigen Stoffen für mindestens 0,5 h ruhen und damit reifen zu lassen, um Lufteinschlüsse im Substrat loszuwerden. Dies hat neben dem Vorteil einer Unterbindung von Schwimmschichten im Anaerobreaktor auch für die Verarbeitung des Gärrestes den Vorteil, dass der
Amonifizierungsprozess (NH4-Bildung aus NH3) und die Versäuerung problemlos ablaufen. Mit anderen Worten kann die pH- Wert- Verschiebung bei der Zugabe der Säure in den Gärrest zuverlässiger und berechenbarer durchgeführt werden. Bei der Zumischung des anteilig geregelten Massenstroms von Kopfdünger in den Fußdünger wird es entsprechend durchgeführter Versuche als sehr vorteilhaft erachtet, eine Bandtrocknungsanlage zu verwenden, bei der der Kopfdünger in den bereits teilweise getrockneten Fußdünger "aufgeregnet" wird. So wird ein Verfahren angewendet, bei dem sich das aus dem Konditionierer entnehmbare Trocknungsgut aus zwei verschiedenen Nassgemenge-Strängen, nämlich einerseits Fußdünger und andererseits Kopfdünger zusammensetzt, die sich in ihrem Trockensubstanzgehalt unterscheiden. Diese beiden Nassgemenge werden während des Trocknungsvorganges in dem Trocknungsraum zusammengeführt und als das Trocknungsgut entnommen. Dieses neue Konzept des Konditionierers und sein diesbezügliches Verfahren ermöglichen die Trocknung eines Nassgemenges, nämlich des Kopfdüngers, das aufgrund seines geringen Trockensubstanzgehaltes als Fluid, d.h. annähernd flüssiges Gemenge betrachtet werden kann. Die Trocknung eines Nassgemenges mit einem derart geringen Trockensubstanzgehalt erfolgt dadurch, dass dieses einem ersten zu trocknenden Nassgemenge beigemengt wird, welches erste Nassgemenge als Träger für das "flüssige" zweite Nassgemenge fungiert. Dieses aus der Trocknungsanlage stammende Endprodukt hat einen Trockensubstanzgehalt von ca. 80 %. Aufgrund der Zugabe des mit Stickstoff, Kalium oder Phosphat "reicheren" Kopfdüngers weist das der Trocknungsanlage zu entnehmende Endprodukt einen Mindestgehalt von 3 % zumindest eines dieser Stoffe auf, d.h. es handelt sich um einen Dünger, der obendrein auch noch rein organisch ist. Die Anreicherung des trockenen Fußdüngers zu einem vollwertigen organischen Dünger hat gegenüber einem direkten Austrag der Gülle aufs Feld den Vorteil einer erheblich geringeren Geruchsbelästigung. Ferner reduzieren sich jegliche Transportkosten aufgrund des geringeren Gewichts eines trockenen Düngers gegenüber dem Gärrest-Substrat als Dünger.
Als Fermenter für die Biogasgenerierung kann ein Nassfermenter eingesetzt werden, wobei dieser zur Sicherstellung eines funktionsfähigen Betriebes einen Mindestgehalt an Wasser benötigt, oder anders ausgedrückt ein Maximalwert an Trockensubstanz nicht überschritten werden darf, wobei je nach Rohware ca. 10 - 13% Trockenmasse üblich sind. Um 2x1 gewährleisten, dass dieser Wasserbedarf nicht unterschritten wird, kann gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung das aus der Eindampfung des Kopfdüngers bzw. aus der Trocknung des Fußdüngers gewonnene Kondensat rückgeführt werden. Diese Rückführung kann direkt in die Anmaischung zudosiert oder alternativ in die Zulaufleitung des Fermenters zudosiert werden. Wenn es Kondensate sind, die Schaum oder sehr viel verdampfbare Stoffe enthalten, kann eine Umkehrosmose eingesetzt werden, um die Anmaischung aber vor allem die Versäuerung und die Fermentation nicht unnötig z.B. mit Feststoffen und/oder Salzen zu belasten.
Ungeachtet des Energieaufwandes zur dosierten Rückführung des Kondensates in den Fermenter ist zu betonen, dass die Rückführung des Kondensats in die Anmaischung im Vergleich zum Zuführen von systemfremden Frischwasser wesentlich energiesparender ist, da das Kondensat bereits eine erhöhte Temperatur hat (ca. 55°C) hat, mit der die Temperatur der Rohware angehoben wird. Auch ist die so gestaltete
Verwendung des Kondensats wegen seiner möglichen Verschmutzung bei jeglicher Form der "Ableitung" eine elegante und wirtschaftliche Lösung.
Gegenüber einem Nassfermenter kann auch ein Trockenfermenter verwendet werden. In dem Trockenfermenter ist eine Methanisierung und Biogasgewinnung mit einem erhöhten Anteil an zugeführter Trockensubstanz möglich, da auf die Zulieferung von Wasser aus beispielsweise dem Kondensat, das bei der Eindampfung bzw. der Trocknung gewonnen wird, weitgehend verzichtet werden kann. Aufgrund der geringeren erforderlichen Energie bei der Verwendung eines Trockenfermenters für die Eindampfung und Trocknung des Gärrestes, steigt der Anteil an überführtem
Kopfdünger in den Fußdünger demgemäß auf 50 % und mehr. Mit anderen Worten können die nach der mechanischen Aufbereitung entstehenden Zweigströme aus Fußdünger einerseits und Kopfdünger andererseits wieder weitgehend zusammengeführt werden. Neben der Verwendung des aus der Trocknung stammenden Fußdüngers als landwirtschaftlich hochwertiger Dünger kann auch eine Verwertung des Fußdüngers in Form einer Vergasung zur Produktion eines energetisch wertvollen Gases vorgesehen werden. Die Vergasung wird im Rahmen mit der Beschreibung eines "Zweitkreislaufs" der Erfindung nachfolgend erläutert.
Dem obigen Basiskreislauf zur Aufwertung von minderwertigerer Biomasse zu organischem Dünger ist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ein zusätzlicher Zweitkreislauf nachgeschaltet, der im Folgenden beschrieben wird - das oben Gesagte in Bezug auf den Basiskreislauf gilt für den Zweitkreislauf jedoch analog:
Dem erfindungsgemäßen Zweitkreislauf nach wird der trockene Fußdüngeranteil in einer nachgeschalteten Pelletierung mittels Pelletierpresse zu Pellets verpresst. Alternativ kann ein Extruder eingesetzt sein. Dieser Zweitkreislauf ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der produzierte organische Dünger einen als Dünger nicht verwertbaren Überschuss aufweist. Erfindungsgemäß wird demnach der gewonnene organische Dünger erneut als verwertbarer Rohstoff aufgewertet, indem anstelle des ursprünglichen Energieträgers Dünger ein neuer Energieträger in Form von weiterverarbeitbaren Pellets gewonnen wird. Die hier für die Pelletierung erforderliche Energie kann aus der aus dem Bioheizkraftwerk gewonnenen Energie entnommen werden. Um der Energieforderung nun wiederum Rechnung zu tragen, dass die Aufwertung des ursprünglichen Gärrestes mit aus der Verwertung des Biogases erzeugten Energie zu erfolgen hat, ist es zweckdienlich, bei der nachgeschalteten Pelletierung einen Trockenfermenter zur Biogasgenerierung vorzusehen:
Aus der Pelletierung selbst oder dem Trockengut des Konditionierers folgt also die
Produktion eines neuen Energieträgers, der nachfolgend gemäß dem sog. Zweitkreislauf der Erfindung verbrannt und/oder vergast werden kann. Diese Weiterverarbeitung des Trockengutes findet vorteilhafterweise unmittelbar nachfolgend dem Trocknungs- bzw. Pelletierungsprozess, d.h. in unmittelbarer Nähe der Biogasanlage statt, um die daraus gewonnene Energie in das Stromnetz des Bioheizkraftwerkes mit einspeisen zu können oder das bei der Vergasung gewonnene Gas dem Biogas zumischen zu können. Alternativ ist es jedoch ebenso denkbar, die nachgeschaltete Verbrennung bzw. Vergasung dezentral vorzusehen, um z.B. die gewonnenen Pellets dem Handel mit Holzpellets zuzuführen, bzw. in solche einzumischen.
Zum Zweck der Energiegewinnung kann der Pellet-Verbrennung eine Dampfturbine zwischengeschaltet sein, die ihrerseits einen Generator betreibt, der dann die gewonnene elektrische Energie in das Stromnetz des BHKWs abgibt. Analog hierzu ist bei der Vergasung der Pellets bzw. des Trockengutes des Konditionierers eine Gasturbine oder eine Kolbenmaschine zwischengeschaltet, die gleichermaßen über einen Generatorbetrieb elektrische Energie in das Stromnetz des Basis-BHKW's abgibt. Die bei der Verbrennung bzw. Vergasung anfallenden Reststoffe, d.h. einerseits Asche (Verbrennung) und Kohle (Vergasung) können wiederum als Dünger zum Einsatz kommen. Im günstigsten Fall ist für die Vergasung ein Multivergaser vorgesehen, der mit unterschiedlichen Materialien zur Vergasung gespeist werden kann. So kann die Anlage auch an schwankende Rohstoffernten angepasst werden, indem zum Beispiel wegen Trockenheit eine niedrig anfallende Maisernte durch Zugabe von Holz zumindest teilweise kompensiert wird und damit eine Energieversorgung gewährleistet ist.
Erfmdungsgemäß ist nun eine weitere vorteilhafte Ausfuhrungsform vorgesehen, die unter dem Begriff "Totalkreislauf' im Folgenden beschrieben wird - das oben in Bezug auf den Basiskreislauf Gesagte gilt für den Totalkreislauf jedoch analog:
Gemäß dieser Ausführungsform liegt der Schwerpunkt bei der Verwertung des aus dem organischen Dünger gewonnenen Trockenguts in einer Vergasung. Das hieraus gewonnene Gas wird nun erfindungsgemäß dem Biogas zugemischt, sodass aus dieser Mischung im Bioheizkraftwerk elektrische Energie gewonnen wird. Aufgrund dieser Maßnahme kann die Energiebilanz in Richtung einer höheren Energieausbeute verschoben werden, u.a. auch da der Wirkungsgrad "ε" bei einer Energiegewinnung aus dem Biogas/Gasgemisch im BHKW höher liegt, als jeweils der Wirkungsgrad bei
Einzelverwertung, weil sich die Gase günstig ergänzen, worauf Messungen hinweisen.
Für den "Totalkreislauf' gilt dabei äquivalent zum "Zweitkreislauf1 eine Verwendung eines gemeinsamen Konditionierers für den Kuchen des Gärrestes wie für das Konzentrat aus der Eindampfung als vorteilhaft. So lässt sich der Massenstrom an überführtem Kopfdünger in den Fußdünger gleichermaßen - wie oben zum Ausfuhrungsbeispiel des "Zweitkreislaufs" beschrieben — erhöhen, und zwar bis zu 100 %. So wird vor allem auch zusätzlich elektrische Energie gewonnen, sodass vom gleichen Land bzw. seiner Nawarro werte ca. 35 % mehr elektrische Energie gewonnen werden kann, was angesichts der zu erwartenden Rohwarenverknappung entscheidend ist.
Das bei der Vergasung produzierte Gas weist noch Bestandteile auf, die für eine weitere Verwertung des Gases schädlich sind, wie zum Beispiel vornehmlich StickstoffVerbindungen, die beim Verwertungsprozess des Gases zu NOx und
Verbindungen daraus führen. Zum Eliminieren dieser Schadstoffanteile wird das Gas gereinigt, und zwar indem es vorteilhaft zumindest teilweise durch den beim Eindicken anfallenden Flüssiganteil des Gärrestes geleitet wird. Ein anderer Teilstrom des Gases kann zu dessen Reinigung auch durch das Konzentrat oder Kondensat geleitet werden. Versuche haben hier gezeigt, dass die für die Verwertung des Gases schädlichen Bestandteile abgeschieden werden. Das gereinigte Gas kann dann entweder mittels Gasturbine oder Kolbenmotor einer Stromerzeugung zugeführt werden oder es wird vorteilhaft dem bei der Fermentierung gewonnenen Gas zugemischt. Da die Stickstoffanteile des bei der Vergasung des Fußdüngers oder der Pellets gewonnenen Gases durch den Abscheidungsvorgang wieder zurückgeführt werden in den Flüssiganteil des Gärrestes bzw. in das Konzentrat aus der Eindampfung, ist letzteres mit ebengenau diesen abgeschiedenen Bestandteilen wieder angereichert, womit es zur Aufwertung minderwertigen Düngers zu organischem Dünger zweckdienlich herangezogen werden kann. Wird das Gas durch das Kondensat geleitet, kann dieses ebenso direkt dem Düngerstrom zugemischt werden
In einer Variante des Verfahrens kann das bei der Vergasung entstandene Gas auch durch Einleiten durch das bei der Eindampfung entstehende Kondensat - zumindest zeitweise - gereinigt werden. Diese Maßnahme ist dann sinnvoll, wenn der Massenstrom von Kopfdünger zu Fußdünger annähernd 100% beträgt und gleichzeitig der gewonnene Fußdünger zumindest für eine bestimmte Zeitdauer ausschließlich einer Vergasung zuzuführen ist. Durch die Waschung des Gases im Kondensat sind die für die weitere Verwertung des Gases schädlichen Bestandteile endgültig herausgefiltert und werden nicht "im Kreis gefahren", wie beim Konzentrat, das wieder im überführten Mengenstrom zum Fußdünger getrocknet und dann einer Vergasung unterzogen wird.
Mit anderen Worten ist mit der Erfindung im Rahmen der Verwertung des Fußdüngers mittels Vergasung eine zweistufige Gaserzeugung aus Biogas-Fermentation und optimierter Vergasung des Gärrestes geschaffen, welche Gaserzeugung aus zwei voneinander unabhängigen Gasströmen besteht. Damit schafft die Erfindung eine Maximierung an Energieausbeute bei gleichzeitiger Aufkonzentration der zur Verwertung beziehbaren Wertstoffe aus dem ursprünglichen Ausgangs-Substrat.
Diese Kombination erhöht die Flexibilität des Verfahrens je nach Bedarf nach mehr Energie oder mehr Dünger.
Zu guter Letzt wird angemerkt, dass der aus der Vergasung kommende Reststoff ebenso mit Kopfdünger oder dem zur Reinigung eingesetzten Kondensatteilstrom angereichert werden kann, womit das entstehende Produkt wiederum die Anforderungen an einen organischen Dünger erfüllt, sodass der Reststoff aus der Vergasung gleichsam landwirtschaftlich ausgetragen werden kann.
Im Folgenden wird nun ein jeweiliges Ausführungsbeispiel für den Fall
"Biogasprozess" unter Bezugnahme auf die Zeichnung für das Grundverfahren der Erfindung sowie den Basiskreislauf, den Zweitkreislauf und den Totalkreislauf beschrieben.
In den Zeichnungen zeigen
- Fig. 1 das erfindungsgemäße Verfahren gemäß dem Basiskreislauf;
- Fig. 2 das erfindungsgemäße Verfahren gemäß dem sog. Zweitkreislauf;
- Fig. 3 das erfindungsgemäße Verfahren gemäß dem sog. Totalkreislauf; - Fig. 4 eine vorteilhafte Bandtrocknungsanlage gemäß der Erfindung.
Die in den Figuren dargestellten Ströme bedeuten:
Stoff ström Gas Wärmeenergie ooooooooo alternative Wärme
Gemäß dem schematischen Fließbild von Fig. 1 wird Maissilage, Getreide und/oder
Gülle oder Ähnliches an einer Annahme (I) mit Hygienisierung der Gülle angeliefert. Nachfolgend wird dieser biologische Ausgangsstoff in einer Aufbereitung mit Dosierung, Rückführung (II) und i.d.R. auch Vorversäuerung weiterverarbeitet. Die Vorversäuerung dient hierbei dazu, komplexe Kohlenstoffverbindungen aufzu- schließen, da die Fermentationsbakterien der nachfolgenden Fermentierung (III) nur einfache Kohlenstoffverbindungen bevorzugt abbauen. Üblicherweise muss in der Vorversäuerung ein pH-Wert von 6,0 oder darunter erreicht werden. Die Aufenthaltsdauer des belasteten Eingangs-Substrats in der Vorversäuerung hängt von der Aufschlussdauer der einzelnen Bestandteile ab. So erfordern beispielsweise Pressreste wie feste Schalenstücke eine höhere Aufenthaltsdauer im Vergleich zu organisch belastetem Fluid. Bei unterschiedlichen Aufenthaltsdauern ist daher ein Rückhaltesystem für schwieriger aufzuschließende Bestandteile gemäß der Patentanmeldung EP 1 419 995 des Anmelders zweckdienlich. Würde man auch die noch ungenügend vorversäuerten festen Stoffe zuführen, würden diese durch Nachversäuerung im Hauptfermenter den Methanbildungsprozess stören.
Ferner ist es vorteilhaft, das Ausgangssubstrat insbesondere Mais- oder andere Silagen in der Anmaischung ggf. leicht gerührt ruhen zu lassen, so dass Luft austreten kann. Dies hat den Vorteil, dass die Bildung von Schwimmschichten in der nachfolgenden Fermentierung (III) verhindert wird und eine bei der Verarbeitung des Gärrestes anfallende NH4-Bildung optimiert ablaufen kann (wurde an voriger Stelle erläutert). Die Annahme (I) und/oder die Aufbereitung (II) können auch einen Sandfang umfassen.
Ist das resultierende Rohgemisch oder Rohsubstrat ausreichend vorversäuert, wird es in die Fermentierung (III) überführt, ohne dass dabei die Gefahr besteht, dass in dem Anaerobfermenter noch eine weitere Versäuerung erfolgt. Dies wäre für den Fermentationsprozess aufgrund einer Schädigung der Methanbakterien wegen des zu niedrigen pH- Wertes nachteilig. In dem Verfahrensschritt der Fermentation werden in dem Anaerob-Reaktor mit Hilfe acetogener Bakterien und Methanbakterien die
Zwischenprodukte aus der Hydrolyse wie z. B. Essigsäure, im Wesentlichen zu Methan und Kohlendioxid abgebaut. Diese Gasmischung wird in einer Verstromung (IV) eines Bio-Heizkraftwerkes (BHKW) zu Energiegewinnung von thermischer und elektrischer Energie verwertet. Aus der Fermentierung (III) entsteht ferner ein Gärrest, der in einen Gärrestespeicher (V) geleitet wird. Dieser Gärrestespeicher schafft ein Puffervolumen für die nachfolgende mechanische Eindickung (VI), so dass ein kontinuierlicher Zulauf für die in der mechanischen Eindickung umfassten Pressen erfolgen kann. Alternativ kann eine Eindickung ebenso auch mittels Dekanter erfolgen, bei dem eine Trennung von
Fest- zxi Flüssiganteilen im Schwerefeld erfolgt. Der Trockensubstanzanteil (TS) des Gärrestes im Gärrestespeicher beträgt ca. 5 bis 7 %. Die Temperatur in dem Gärrestespeicher beträgt ca. 34° C. Wie erwähnt, wird der Gärrest aus dem Speicher mechanischen Pressen zur Eindickung desselben zugeführt.
Aus der mechanischen Eindickung (VI) folgen zwei Teilströme, nämlich zum Einen der eingedickte Kuchen mit einem erhöhten Trockensubstanzgehalt von ca. 25 %, welcher Teilstrom als Fußdünger bezeichnet wird, und zum Anderen der aus der Verpressung gewonnene Flüssiganteil mit einem geringeren Trockensubstanzanteil von ca. 3 %, der im Folgenden als Kopfdünger bezeichnet wird. Eine Schaumhemmung in diesen Strömen kann wie zuvor beschrieben erfolgen. Der Kopfdünger wird nachfolgend in Schwingsieben gefiltert, um Feinstfasern, die sich bei der darauf folgenden Eindampfung bzw. Umkehrosmose mit Ultrafiltration festsetzen könnten, zu filtern. Bei der Siebung des Kopfdüngers fällt dann ein Feststoffanteil als Konzentrat mit einem Trockensubstanzanteil von ca. 10 % an, der nach Eindickung z.B. mittels eines Dekanters auch dem Trockner VII zugeführt werden kann.
Beiden Teilströmen, d. h. dem eingedickten Kuchen und dem flüssigen Kopfdünger werden insbesondere wegen der nachfolgenden Eindampfung des Kopfdüngers bzw. einer optionalen Trocknung des Presskuchens eine Säure - z. B. Schwefelsäure - zugegeben, um Stickstoffanteile, die sich in dem Gärrest in Form von Ammoniak (NH4) befinden, binden zu können; es erfolgt eine pH-Wertverschiebung in saures Milieu, angepasst an die Temperaturverhältnisse, i.d.R. < pH 6. Die pH-Schiebung erzeugt eine Schaumbildung im Flüssigteil, wobei eine Schaumhemmung in diesen Strömen wie zuvor beschrieben erfolgen kann. Im Kuchen bildet sich erfindungsgemäß kein Schaum.
Nachfolgend wird der aus der Eindickung kommende Flüssiganteil einer Vakuum- Eindampfung unterzogen. Hierbei entstehen ein wässriges Kondensat und ein
Konzentrat mit ca. 12 bis 18 % Trockensubstanz. Beim Eindampfen wird der Kopfdünger-Strom zunächst von einer ursprünglichen Temperatur von 290C auf ca. 63 °C vorgewärmt. Die nachfolgende Eindampfung erfolgt in mehreren Vakuum- Stufen vorteilhaft unter Nutzung der Abwärme des BHKWs.
Mit Blick auf den Teilstrom des eingedickten Kuchens wird dieser einer Trocknung (VII) unterzogen. Die Konditionierung erfolgt beispielsweise in einem Bandtrockner, bei dem der eingedickte Presskuchen auf horizontal übereinander liegenden Bändern befördert wird, so dass der Kuchen vom obersten Band beginnend nach Durchlauf desselben auf das darunter liegende Band fällt und in diesem "Zick-Zack- Verfahren" nach unten auf das letzte Band befördert wird. Details zum Trocknungsverfahren sind in Zusammenhang mit Fig. 4 genannt. Zur Trocknung des Fußdüngers in dem Bandtrockner ist ein Wärmetauscher vorgesehen, mit dem die aus dem Bioheizkraftwerk resultierende Abwärme hierfür übertragen wird. Die Abwärme- temperatur des Energieträgers des BHKWs beträgt ca. 1450C beim Eintritt in den
Bandtrockner, die auf eine Temperatur von ca. 1200C am Ausgang absinkt. Die Trocknung des Presskuchens erfolgt damit ausschließlich aus der vom BHKW zur Verfügung stehenden Abwärme-Energie. Das aus dem Luftkühler der Trocknung anfallende Kondensat wird in einem Puffer gespeichert und nachfolgend beispielsweise zur Anmaischung in den Fermenter zurückgeführt. Der aus der
Trocknung kommende getrocknete Kuchen wird ungeachtet seiner Bestandteile und Zusammensetzung sowie auch irrespektive seiner Zweckbestimmung als Fußdünger bezeichnet. Anstelle der Basisversorgung an Energie aus dem BHKW kann auch die letzte Kondensationsstufe der Eindampfung die Energie liefern, Dies ist gerade dann vorteilhaft, wenn die Fermentationsanlage nur Einspeisungsgas erzeugt und somit "Energieknappheit" herrscht. Dann kann es wie in jedem Fall der Energieknappheit auch sinnvoll sein, den organischen Dünger zur Energieerzeugung ganz oder teilweise zu verbrennen.
Während der Kopfdünger einen. Stickstoffgehalt von ca. 6 % aufweist, liegt der
Stickstoffgehalt des trockenen Fußdüngers i.d.R. unter 3 %. Um nun den Fußdünger zu einem vollwertigen Dünger, d.h. reinen organischen Dünger aufzuwerten, wird ein Teil des Kopfdünger-Konzentrates in einem geregelten Massenstrom dem Fußdünger in die Bandtrocknungsanlage zugeführt. Dieser geregelte Massenstrom ist u. a. von der vom BHKW zur Verfügung stehenden Energie abhängig, wenn das Verfahren energetisch autark ablaufen soll. Denn die zur Verfügung stehende Abwärme wird zur Trocknung verwendet, womit demnach der Abwärmebetrag die trockenbare Masse mitbestimmt und demnach auch den Nassanteil, der dem Fußdünger noch zugefügt werden kann. Insofern kann in diesem Fall der Massenstrom ca. 20 % des insgesamt produzierten Kopfdüngers betragen, so dass im Ergebnis durch Zusammenführen der beiden Teilströme, d.h. Kopfdünger einerseits und Fußdünger andererseits ein hochwertiger organischer Dünger in Festform produziert wird, dessen Anteil an Stickstoff oberhalb einer 3 %-Grenze liegt. Die Überführung von Kopfdünger in den Fußdünger kann neben dem aufgezeigten Beispiel zur Stickstoffanreicherung des Fußdüngers ebenso den Kalium oder Phospatanteil betreffen.
Fig. 2 zeigt nun schematisch den sog. Zweitkreislauf im Aufbau zu dem oben erläuterten Basiskreislauf. Gemäß dem Zweitkreislauf wird das aus der Trocknung (VII) stammende Substrat weiterverarbeitet, d.h. einer Pelletierung (K) unterzogen und/oder einer nachfolgenden Vergasung (XI) bzw. Verbrennung (X) zugeführt. Als
Vorrichtung zum Verdichten des Trockengutes kann eine Pelletiervorrichtung oder ein Extruder eingesetzt werden.
Dieses aus der Trocknung stammende Substrat hat einen Trockensubstanzanteil von durchschnittlich ca. 80 %. Die aus der Pelletierung (IX) stammenden verpressten Pellets mit ca. 85 % Trockensubstanz werden einer Verbrennung und/oder einer Vergasung zugeführt, um mittels einer Brennstoffzelle, eines Verbrennungskessels, eines Kolbenmotors oder einer Gasturbine elektrische Energie zu gewinnen, die z.B. in die Verstromung (IV) des BHKWs eingespeist wird. Die mengenmäßige Aufwertung des aus der Trocknung stammenden Trockensubstrats mit Hilfe eines
Teils aus der Eindampfung stammenden Kopfdüngers oder Kondensat-Teilstroms führt damit zu einer weiteren energetisch optimierten Prozessführung bei der Verwertung von aus der Fermentierung stammenden Reststoffen.
Fig. 3 veranschaulicht schematisch das Prinzip des sog. "Totalkreislaufs", der eine
Weiterführung des Zweitkreislaufs gemäß Fig. 2 oder eine Weiterführung des Basiskreislaufs gemäß Fig. 1 bedeutet. Gemäß dem Totalkreislauf wird das aus der Vergasung (XI) der Trockensubstanz stammende Gas mit dem aus der Fermentierung stammenden Gas vermischt und gemeinsam der Verstromung (FV) des Bioheizkraftwerkes zugeführt.
In vorteilhafter Weise wird das aus der Vergasung der Trockensubstanz stammende Gas zur Reinigung durch den Gärrest im Gärrestespeicher (V) geführt. Alternativ kann das Gas zu dessen Reinigung auch durch das Konzentrat des Kopfdüngers aus der Eindampfung oder durch das Kondensat bzw. einen Teilstrom hieraus geführt werden.
Mit anderen Worten wird das aus der Vergasung gewonnene Gas energetisch und ökologisch veredelt, wenn es durch beispielsweise den Flüssiganteil des bei der Eindickung des Gärrestes entstandenen Nassstrom geführt. Gleichermaßen wird dieser Flüssiganteil mit Nährstoffen angereichert, die zwar für die Verwertung des Gases unvorteilhaft sind, doch stellt die Reinigung des Gases auch für den Flüssiganteil eine echte qualitative Aufwertung dar, da dieser mit Stoffen angereichert wird, sodass er als organischer Dünger landwirtschaftlich genutzt werden kann. Eine Durchleitung des Gases durch das Kondensat sollte allerdings nur dann anvisiert werden, wenn das Kondensat beispielsweise als Wasser zum Anmaischen der Silage beim Eingang in den Fermenter nicht mehr benötigt wird. Die positiv beladenen Ströme können auch dem organischen Restdünger (nicht dargestellt) zugegeben werden. Sollte das Kondensat noch Nährstoffe oder andere Stoffe (z.B: Salze) enthalten, kann eine Umkehrosmose eingesetzt werden, um die Anmaischung und die Folgestufen nicht zu belasten.
Mittels der Überführung des aus der Vergasung der Trockensubstanz stammenden Gases sind die "Produktionskosten" der Anlage (IV) optimiert, und der Energieertrag ist aufgrund des höheren Wirkungsgrades bei der Mischgasverwertung erhöht. Während der Wirkungsgrad einer Gasturbine bei der Vergasung der aus der Trocknung (VII) stammenden Trockensubstanz ca. 25 % beträgt, kann der
Wirkungsgrad ε bei der Verwertung des Gasgemisches aus der Fermentierung und der Vergasung bis zum 44 % betragen. Insgesamt liegt nun aber auch eine totale Verwertung der mit dem Gärrest anfallenden Trockensubstanzen vor, da mit der vollständigen Verstromung in (IV) soviel Verlustwärme anfällt, dass sämtlicher nach der Eindampfung (VIII) anfallender Dünger bzw. Wertstoff zur Trocknung (VII) geführt werden kann.
Mit den obigen Kreislaufmodellen, dem Basiskreislauf, dem Zweitkreislauf und dem Totalkreislauf mit optimierter Vergasung ist eine Flexibilität des Gesamtsystems geschaffen, die eine Wahl des gewünschten Endproduktes bzw. der gewünschten
Endenergie, d.h. rein organischer Dünger, Energie in Form von Gärrest oder Pellets oder elektrische Energie zulässt. Diese Flexibilität erlaubt auch eine optimale Anpassung der gesamten verfahrenstechnischen Anlage auf die zur Verfügung stehenden Ausgangsstoffe. Sollte gegebenenfalls eine zur Speisung der Anlage vorgesehene Maisernte nicht ausreichend ausfallen, so kann die Anlage aufgrund der mehrspurigen Verfahrensmöglichkeiten mit anderen Stoffen, z.B. mit Grünschnitt oder Holz zur Vergasung in dem Multivergaser gefahren werden. Mit der Anpassung an Schwankungen der Rohware und des Energiebedarfs liegt gleichsam auch eine Anpassung der Anlage an unterschiedliche Standortbedürfnisse vor. Mit anderen Worten ist durch die geschaffene Flexibilität des Verfahrens eine oben beschriebene Anlage an jedem beliebigen geographischen Standort zweckdienlich einsetzbar.
In allen beschriebenen Fällen sind den Trockner (VII) - und Eindampfer (VIII)- Systemen eine Kühleinheit und eine Heizeinheit zugeordnete - nicht dargestellt -, um rein z.B. als Regeleinheit die schwankenden Energieanforderungen beim Anfahren auszugleichen, sowie um Leistungsveränderungen u.a. mit dem momentan anfallenden Engerieangebot aus dem BHKW in Einklang zu bringen.
In der Figur 4 ist schematisch eine Bandtrocknungsanlage gezeigt, wie sie für die
Trocknung des aus der Eindickung eines Gärrestes kommenden Fußdüngers und eines aus der Eindampfung resultierenden Kopfdüngers in vorteilhafter Weise verwendet werden kann. Wichtig ist, dass der Trockner nicht nur wie üblich "zur Lagerfähigkeit" führen soll, sondern fördernd für alle folgenden Schritte, wie Pelletierung oder Vergasung die optimal erforderliche Restfeuchte erzeugt.
Der Konditionierer 10 weist einen Trocknungsraum 12 auf, durch den hindurch Gut von einem Anfangspunkt 20 des Trocknungsraumes zu einem Endpunkt 22 desselben transportiert wird. Die Konditionierung selbst erfolgt mittels Abluft, wobei die durch den Trocknungsraum 12 gesogene Luft die Feuchtigkeit des Nassgemenges aufnimmt und so abführt. An die in der Fig. 4 gezeigten Abluft- Ausgänge 14 schließen sich Abluftpumpen (nicht gezeigt) an. Die zur Trocknung benötigte Wärmeenergie wird im Regelfall aus der Abwärme des Bioheizkraftwerkes entnommen, kann aber auch zusätzlich durch Heizmittel (nicht gezeigt) des Konditionierers oder z.B. auch aus der Endstufe des Eindampfers zur Verfügung gestellt werden. Auch kann die
Bandtrocknungsanlage über eine Filtereinheit (nicht gezeigt) zum Herausfiltern von Staub verfügen.
Das Trocknungsgut selbst besteht aus einem ersten Nassgemenge, nämlich dem aus der mechanischen Eindickung kommenden Fußdünger, der einen Trocken- substanzanteil von um die 75 % aufweist, und einem zweiten Nassgemenge, dem sog. Kopfdünger aus der Eindampfung mit einem Trockensubstanzanteil von ca. 15 % TS.
Zum Förderweg des Fußdüngers: Das erste Nassgemenge, d.h. der Fußdünger wird an einem ersten Nassguteintritt 24 der Bandtrocknungsanlage zugeführt. An dieser Stelle des Nassguteintrittes 24 kann ein Verteilrechen (nicht gezeigt) vorgesehen sein. Das erste Nassgemenge wird auf einem obersten Förderband 16 in Längsrichtung des Trockenraumes 12 horizontal durch diesen hindurch transportiert, bis das Nassgemenge am Ende des Förderbandes über eine Rutsche (im Detail nicht gezeigt) auf das darunter liegende Folgeband fällt.
Durch diese Übergabe des Nassgemenges wird es an den Übergabestellen gut durchmischt, was zu einer homogenen Feuchtigkeitsverteilung des ersten Nassgemenges führt. Das erste Nassgemenge nimmt damit einen Förderweg 18 vom Anfangspunkt 20 bis zum Endpunkt 22 des Trocknungsraumes 12, welcher Förderweg 18 mit dick durchgezogener Linie in Fig. 4 dargestellt ist. Am Endpunkt 22 des Trocknungsraumes erfolgt die Produktabgabe 30 des Trockengutes. Die gezeigte Bandtrocknungsanlage weist fünf vertikal übereinander liegende Förderbänder auf. Je nach zu trocknendem ersten und zweiten Nassgemenge können auch mehrere Förderbänder, bzw. weniger vorgesehen sein. Auch kann die Geschwindigkeit jedes einzelnen Bandes separat mit beispielsweise einem Frequenzumrichter stufenlos geregelt werden. Somit kann der Konditionierer optimal an das zu trocknende Produkt angepasst werden. Als Förderbänder 16 können auch Siebbänder mit unterschiedlicher Maschenweite vorgesehen sein.
Zum Förderweg des zweiten Nassgemenges:
Auf das erste Nassgemenge, d.h. den Fußdünger, wird nun nach hälftigem Durchlauf desselben durch den Trocknungsraum 12 ein zweites Nassgemenge, d.h. der Kopfdünger "aufgeregnet". Das zweite Nassgemenge wird dabei über einen zweiten Zulauf 32 für das zweite Nassgemenge in den Trocknungsraum 12 gebracht. Da der Trockensubstanzanteil des Kopfdüngers so gering ist, dass dieser als Fluid durch Rohre förderbar ist, wird der Kopfdünger mittels Rohrleitungen 28 in den Trocknungsraum 12 befördert.
An den in der Figur gezeigten horizontal übereinander angeordneten Rohrleitungen 28 sind mehrere Öffnungen für den zweiten Nassguteintritt 26 vorgesehen. Mittels dieser
Öffnungen wird der Kopfdünger auf das darunter auf dem jeweiligen Förderband transportierte erste Nassgemenge aufgebracht. Die Austrittsmenge des Kopfdüngers am jeweiligen zweiten Nassguteintritt 26, d.h. der jeweiligen Austrittsdüse ist in vorteilhafter Weise mit Hilfe von Ventilen steuerbar. Am Endpunkt 22 des Trocknungsraumes 12 erfolgt dann die Produktabgabe 30 aus trockenem Gut, bestehend aus getrocknetem Fußdünger und getrocknetem Kopfdünger, welche getrocknete Mischung einen Trockensubstanzgehalt von ca. 80 % hat. Dieses getrocknete Gut kann sowohl als Dünger landwirtschaftlich ausgebracht werden, oder es kann in vorteilhafter Weise einer weiteren Verarbeitung, beispielsweise einer Vergasung unterzogen werden, um aus dem Trocknungsgut energetisch verwertbares
Gas zu produzieren. Dieses Gas kann dabei dem aus der Fermentation stammenden Biogas zugemischt werden.
Abschließend ist zu erwähnen, dass eine Trocknung von Fußdünger in dem erfindungsgemäßen Konditionierer auch ohne die Zugabe des Kopfdüngers erfolgen kann.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Verarbeitung von organischen Reststoffen, die in einem
Fermenter anfallen und einer mechanischen Aufbereitung unterzogen werden, die zumindest eine Eindickung umfasst, wobei nachfolgend der mechanischen Aufbereitung ein daraus resultierender Gärrest-Flüssigstrom einer Behandlung zur Produktion von einerseits einem konzentrierten Kopfdünger und andererseits einem Kondensat unterzogen wird, und der aus der Eindickung stammende Gärreste-Kuchen eine Trocknung zur Produktion von Fußdünger durchläuft, und wobei dem Teilstrom der Fußdüngerproduktion zu dessen Anreicherung mit energetisch verwertbaren Stoffen ein regelbarer Anteil des Kopfdüngers zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärme-Energie eines mit dem Biogas betriebenen Bioheizkraftwerks zur Trocknung des Fußdüngers verwendet wird, und die regelbare Masse an überführtem Kopfdünger-Konzentrat durch die zur Verfügung stehende Abwärme mitbestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung zur Produktion eines konzentrierten Kopfdüngers eine Eindampfung oder eine Ultrafiltration mit Umkehrosmose ist, wobei der Kopfdünger das Konzentrat aus der Eindampfung bzw. das Retentat aus der Ultrafiltration mit Umkehrosmose darstellt.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopfdünger dem Fußdünger während seiner Trocknung zugeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknung des eingedickten Gärrestes unter Verwendung einer Bandtrocknungsanlage erfolgt und das Zumischen des regelbaren Massestroms von Kopfdünger in den Fußdünger nach im Wesentlichen hälftigem Durchlauf des Gärreste-Kuchens durch die Bandtrocknungsanlage mittels Aufregnen des Kopfdüngers auf den Fußdünger erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der regelbare überführte Massenstrom so ausgelegt wird, dass zumindest der Anteil an Stickstoff und/oder Kalium und/oder Phosphor bzw. Verbindungen hieraus in dem Fußdünger-Gemisch mindestens 3% beträgt.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der aus der Trocknung kommende Fußdünger vergast wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das bei der Vergasung entstandene Gas mittels Durchleitung durch das bei der Eindampfung entstehende Konzentrat oder Kondensat gereinigt wird.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass das aus der Vergasung gewonnene Gas dem aus der Fermentierung gewonnenen Biogas zugemischt wird.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gärrest nachfolgend der mechanischen Aufbereitung eine Säure zur Bindung von Stickstoff-Verbindungen zugegeben wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugabe der Säure in den aus der mechanischen Eindickung kommenden Gärreste-Kuchen erfolgt, bzw. und/oder in den aus der mechanischen Eindickung kommenden Gärrest-Flüssigstrom.
12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Aufbereitung eine Siebung umfasst.
13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das anfallende Gärrest-Zwischenprodukt in einem
Gärreste-Speicher zur Pufferung der Kapazitätsauslastung zwischengelagert wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13 , dadurch gekennzeichnet, dass das bei der Vergasung entstehende Gas zu dessen Reinigung durch den im Gärreste- Speicher vorliegenden Gärrest geleitet wird.
15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bei der Trocknung anfallende Kondensat und/oder das bei der Eindampfung anfallende Kondensat zur Anmaischung in einem geregelten Massenstrom dem Ausgangsmaterial der organischen Reststoffe in den Fermenter anteilig rückgefuhrt wird/werden.
16. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der produzierte organische Fußdünger zu Pellets verpresst wird.
17. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der getrocknete Gärrest oder die aus diesem produzierten Pellets verbrannt wird/werden und hieraus mittels einer Dampfturbine elektrische Energie gewonnen wird.
18. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die getrocknete Fußdünger-Mischung oder die aus dieser produzierten Pellets vergast werden, und das dabei entstehende Gas dem aus dem Fermenter entstehenden Biogas zugemischt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der Verbrennung bzw. bei der Vergasung frei werdende Wärme in den Verarbeitungsprozess für den Betrieb der Trocknungsanlage bzw. der Eindampfanlage des Gärrestes eingespeist wird.
20. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Biogasgenerierung ein Trockenfermenter eingesetzt wird.
21. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem aus der Vergasung oder der Verbrennung kommenden Reststoff ein Konzentratanteil des Kopfdüngers beigemischt wird, derart dass dieser Reststoff zu landwirtschaftlich nutzbarem organischen Dünger aufgewertet wird.
22. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie der letzten Stufe der Eindampfung dem
Trocknungsprozess des Fußdüngers zugeführt wird.
23. Vorrichtung zur Verwertung von Biomasse, beinhaltend miteinander verbunden a) einen Fermentationsbehälter und Mittel zur Erzeugung eines Biogases, b) Mittel zum Abtrennen eines Gärrestes aus dem Fermentationsbehälter, c) Mittel zum Eindicken des Gärrestes, wobei durch das Eindicken ein Kuchen sowie ein Flüssiganteil gebildet werden, d) Mittel zum Abscheiden eines Konzentrates aus dem Flüssiganteil, sowie e) Mittel zum Konditionieren des eingedickten Kuchens, und f) Mittel zum steuerbaren Überfuhren von Teilen des gewonnenen Konzentrates in den zu konditionierenden Kuchen.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein Speicher zur Aufnahme des aus der Fermentation kommenden Gärrestes umfasst ist.
25. Vorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel c) zum Eindicken des Gärrestes einen Pressschneckenseparator aufweisen.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel c) zum Eindicken des Gärrestes einen
Dekanter aufweisen.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel d) zum Abscheiden des Konzentrates einen Eindampfer aufweisen.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Eindampfer eine dreistufige Vakuumverdampferanlage ist.
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel d) zum Abscheiden des Konzentrates eine Ultrafiltrationsvorrichtung mit Umkehrosmosemitteln aufweisen, auch in Kombination mit einem Eindampfer.
30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Konditionieren einen Bandtrockner aufweisen.
31. Vorrichtung nach Anspruch 30, wobei der Bandtrockner Fördermittel zum
Aufregnen von nichtfesten Bestandteilen auf die auf den Bändern aufgebrachte Trockensubstanz aufweist.
32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 31 , dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Pelletieren des getrockneten Fußdüngers vorgesehen sind.
33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Vergasen des getrockneten Fußdüngers bzw. der daraus gebildeten Pellets vorgesehen sind.
34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verwertung des aus der Vergasung gewonnenen Gases eine Brennstoffzelle, eine Gasturbine oder eine Kolbenmaschine und/oder ein Blockheizkraftwerk vorgesehen ist/sind.
35. Vorrichtung nach Anspruch 33 , dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Einmischen des aus der Vergasung gewonnenen Gases in das bei der Fermentation gebildete Biogas umfasst sind.
36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Durchleiten des bei der Vergasung entstandenen Gases durch das Kopfdünger-Konzentrat, das Kondensat oder den im
Gärreste-Speicher vorliegenden Gärrest umfasst sind.
37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass
- Heizmittel vorgesehen sind zum Beheizen des Fermentationsbehälters und/oder - Heizmittel zum Beheizen der Verdampfungsmittel., und/oder
- Heizmittel zum Trocknen.
38. Vorrichtung nach Anspruch 37, bei der die Heizmittel zumindest einen Teil der Abwärme der Vergasungs- bzw. Verbrennungsmittel nutzen.
39. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Flüssig-Gas-Wärmetauscher als Kondensator vorgesehen ist, dessen Abwärme an dem Trockner angeschlossen ist.
40. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 39 zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 22 zur Erzeugung von Strom und/oder Wärme, bzw. zur Herstellung von Düngemittel.
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