DE102009009920A1 - Device, useful for improving gas yield by further digestion of organic biomass in biogas plants, comprises a separator is arranged for a liquid and with solid substance staggered substrate from the organic biomass - Google Patents

Abstract

Device comprises a separator (1), which is arranged for a liquid and with solid substance staggered substrate from the organic biomass. The separator is connected both with a container (3) for liquid substrate as well as with an extruder (2) for swollen solid substance from the organic biomass. The effect of cavitation and implosion of the cells of the swollen solid substance is greater than the cells of the non-swollen biomass as feedstock for the biogas plant, by the pressure and the temperature and a subsequent strong reduction in the volume stress of the solid substance. Device comprises a separator (1), which is arranged for a liquid and with solid substance staggered substrate from the organic biomass. The separator is connected both with a container (3) for liquid substrate as well as with an extruder (2) for swollen solid substance from the organic biomass. The extruder is an extruder for swollen solid substance. The effect of cavitation and implosion of the cells of the swollen solid substance is greater than the cells of the non-swollen biomass as feedstock for the biogas plant, by the pressure and the temperature and a subsequent strong reduction in the volume stress of the solid substance, and the extruder is connected with the container.

Description

Translated fromGerman

Einrichtungzur verbesserten Gasausbeute durch weiteren Aufschluss von organischerBiomasse in Biogasanlagen Die Erfindung betrifft Einrichtungen zurverbesserten Gasausbeute durch weiteren Aufschluss von organischerBiomasse in Biogasanlagen.Facilityfor improved gas yield by further digestion of organic matterBiomass in biogas plants The invention relates to facilities forimproved gas yield by further digestion of organicBiomass in biogas plants.

Durchdie DruckschriftDE10 2004 054 468 A1 (Verfahren zur anaeroben Vergärungpflanzlicher Substrate und deren Vorbehandlung mittels thermomechanischemAufschluss) ist ein Verfahren zur Herstellung von Biogas durch anaerobeVergärung pflanzlicher Substrate in einem Reaktor bekannt.Dabei wird zur Erzielung einer nachweislich höheren Gasbildungsratedem Vergärungsprozess eine aufbereitungstechnische Vorstufeaußerhalb des Reaktors durch Extrusion der pflanzlichenSubstrate vorgeschaltet. Dabei wird aber eine wirkungsvolle Zerstörungder Zellstrukturen in Form der Ligninstrukturen nicht erreicht.In diese sind Zellulose und Hemizellulose eingebunden, die ohnedie Zerstörung der Ligninstrukturen für den Biogasbildungsprozessnicht wirksam werden können. Selbst mit langer Verweildauerist dieser Extrusionseffekt nicht zu erreichen. Ein weiterer Nachteilbesteht darin, dass bei einer Platzierung des Extruders vor demFermenter auch Fremdstoffe, wie zum Beispiel Metallteile und Steine, dienicht absolut sicher aussortiert werden können, in denExtruder gelangen und diesen beschädigen können.Die DruckschriftDE10 2007 037 202 A1 (Verfahren zur Konversion von Biomassezu Biogas in anaeroben Fermentern) beinhaltet ein Verfahren zur Konversionvon Biomasse, wobei der Gärrest eines Fermenter-Reaktorseiner Fest-Flüssig-Phasentrennung mit anschließenderThermodruckhydrolyse unterworfen wird. Die so behandelte Feststoffphase wirddem Fermenter oder einem weiteren Fermenter zugeführt.Die Thermodruckhydrolyse erfolgt dabei im Chargenbetrieb unter Nutzungder Abwärme eines Blockheizkraftwerks. Ein kontinuierlicherBetrieb ist nicht vorgesehen.Through the publication DE 10 2004 054 468 A1 (Process for the anaerobic fermentation of vegetable substrates and their pretreatment by means of thermomechanical pulping) is a process for the production of biogas by anaerobic digestion of plant substrates known in a reactor. To achieve a demonstrably higher gas formation rate, a treatment-technical precursor outside the reactor by extrusion of the plant substrates is connected upstream of the fermentation process. However, an effective destruction of cell structures in the form of lignin structures is not achieved. These include cellulose and hemicellulose, which can not be effective for the biogas formation process without destroying the lignin structures. Even with a long residence time, this extrusion effect can not be achieved. Another disadvantage is that when placing the extruder in front of the fermenter and foreign materials such as metal parts and stones that can not be sorted out absolutely safe, get into the extruder and can damage it. The publication DE 10 2007 037 202 A1 (Process for the conversion of biomass to biogas in anaerobic fermenters) includes a method for the conversion of biomass, wherein the digestate of a fermenter reactor is subjected to a solid-liquid phase separation with subsequent thermal pressure hydrolysis. The thus treated solid phase is fed to the fermenter or another fermenter. The thermal pressure hydrolysis is carried out in batch mode using the waste heat of a combined heat and power plant. A continuous operation is not planned.

Derim Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,die Gasausbeute aus organischer Biomasse von Biogasanlagen zu erhöhen.Of theThe invention defined in claim 1 is based on the objectto increase the gas yield from organic biomass of biogas plants.

DieseAufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalengelöst.TheseTask is with the features listed in claim 1solved.

DieEinrichtungen zur verbesserten Gasausbeute durch weiteren Aufschlussvon organischer Biomasse in Biogasanlagen zeichnen sich durch eine Erhöhungder Ausbeute an Biogas von Biogasanlagen aus. Dazu ist fürein flüssiges und mit Feststoffen versetztes Substrat ausder organischen Biomasse ein Separator angeordnet. Weiterhin istder Separator sowohl mit einem Behältnis für flüssigesSubstrat als auch mit einem Extruder für gequollene Feststoffe ausder organischen Biomasse verbunden. Der Extruder ist dabei ein Extruderfür die gequollenen Feststoffe, wobei durch den Druck unddie Temperatur sowie einer nachfolgenden starken Herabsetzung der Volumenspannungder gequollenen Feststoffe die Wirkung der Kavitation und Implosionder Zellen der gequollenen Feststoffe größer alsdie von Zellen nicht gequollener Biomasse als Ausgangsstoff fürdie Biogasanlage ist. Darüber hinaus ist der Extruder mit demoder einem Behältnis verbunden. Die Bioextrusion stellteine Substratbehandlung der zu verarbeitenden organischen Biomassefür Biogasanlagen dar. Sie dient dem Aufschluss der organischenSubstanz zur besseren Verfügbarkeit für die säurebildendenBakterien. Durch das Zerschneiden, Zerreißen und Zerquetschender Biomasse mit beispielsweise gegenläufigen Schneidwerkzeugenwird eine wesentlich größere Oberflächeerreicht und damit auch eine größere Angriffsflächefür die Säure bildenden Bakterien und chemischenVorgänge. Zu dem wird durch den sich aufbauendem hohenDruck, der hohen Temperatur und einer plötzlichen Entspannung (Kavitation,Implosion und Desintegration der Zellen) eine wirkungsvolle Zerstörungder Zellstruktur, insbesondere der Ligninstrukturen erreicht. Indiese sind Zellulose und Hemizellulose eingebunden, die ohne dieZerstörung der Ligninstrukturen für den Biogasbildungsprozessnicht wirksam werden können.TheFacilities for improved gas yield by further digestionof organic biomass in biogas plants are characterized by an increasethe yield of biogas from biogas plants. This is fora liquid and solids-displaced substratethe organic biomass arranged a separator. Furthermore isthe separator with both a container for liquidSubstrate as well as with an extruder for swollen solidsconnected to the organic biomass. The extruder is an extruderfor the swollen solids, being affected by the pressure andthe temperature and a subsequent strong reduction in the volume voltagethe swollen solids have the effect of cavitation and implosionthe cells of the swollen solids greater thanthe biomass not swollen by cells as starting material forthe biogas plant is. In addition, the extruder is with theor a container. The bioextrusion posesa substrate treatment of the organic biomass to be processedfor biogas plants dar. It serves the digestion of organicSubstance for better availability for the acid-formingBacteria. By cutting, tearing and crushingthe biomass with, for example, counter-rotating cutting toolsbecomes a much larger surfaceachieved and thus a larger attack surfacefor acid-forming bacteria and chemicalOperations. This is due to the building up highPressure, high temperature and sudden relaxation (cavitation,Implosion and disintegration of the cells) an effective destructionthe cell structure, in particular the lignin structures achieved. Inthese are cellulose and hemicellulose incorporated without theDestruction of lignin structures for the biogas production processcan not take effect.

Selbstmit langer Verweildauer ist dieser Extrusionseffekt nicht zu erreichen,da zum biologisch-chemische Aufschluss der Ligninstrukturen dasFerment Lignase notwendig ist. Lignase aber wird nur unter aerobenVerhältnissen von Pilzen gebildet. Hier handelt es sichaber um Vergärung unter anaeroben Verhältnissen.Der Extruder wird bekannterweise vor dem Fermenter einer Biogasanlageangeordnet und der Feststoffeintrag der organischen Biomasse bearbeitet.Nachteilig wirken dabei auch Fremdstoffe, wie zum Beispiel Metallteileund Steine, die nicht absolut sicher aussortiert werden können, undden Extruder beschädigen können. Die Einrichtungführt dabei dazu, dass durch einen Extruder für fermentiertesund abgepresstes Substrat als organische Biomasse aus dem Fermentereinen wesentlich besseren Aufschluss erreichbar ist. Dieser Sachverhaltwurde beispielsweise bei Mais-, Anwelk- und Hirsesilage als organischeBiomasse erreicht. Neben der bedeutend höheren Gasausbeuteergeben sich noch die Vorteile, dass

• – nurnoch etwa 30% der ursprünglichen Feststoffe extrudiertwerden, insofern ein erheblicher Eigenenergieverbrauch fürden Extruder eingespart wird,
• – die Problematik der Fremdstoffe wegfällt,da im abgepressten Fermentersubstrat keine Fremdstoffe, die denExtruder gefährden könnten, mehr enthalten sindund
• – andere aufgrund ihres Ligningehaltes bisher nichtvergärungswürdigeBiomassen zur Gasproduktion herangezogen werden können.

Even with a long residence time, this extrusion effect can not be achieved, since the fermentation of lignase is necessary for the biological-chemical digestion of the lignin structures. However, lignase is only produced under aerobic conditions of fungi. Here, however, it is fermentation under anaerobic conditions. As is known, the extruder is arranged in front of the fermenter of a biogas plant and the solids input of the organic biomass is processed. Disadvantages are also foreign substances, such as metal parts and stones, which can not be sorted out absolutely safe, and can damage the extruder. The device leads to a much better digestion can be achieved by an extruder for fermented and pressed substrate as organic biomass from the fermenter. This situation was achieved, for example, with maize, wilted and millet silage as organic biomass. In addition to the significantly higher gas yield, there are still the advantages that

• - Only about 30% of the original solids are extruded, as far as a significant own energy consumption is saved for the extruder,
• - eliminates the problem of foreign substances, as in the pressed fermenter substrate no foreign substances that could endanger the extruder, are more included and
• - others so far because of their lignin content non-fermentable biomass for gas production.

Entscheidendist dabei eine gequollene organische Biomasse, wie diese beispielsweisenach einem Fermenter oder einem Nachgarer zur Verfügungsteht. Der Effekt dieser Anordnung besteht darin, dass bei gequollenemorganischen Material durch Druck und Temperatur die Wirkung derKavitation und Implosion der Zellen (Desintegration) wesentlichhöher ist als bei normalem Trockensubstanzgehalt der Kofermenteund Verwendung des Extruders vor einer flüssigen Phase.Damit ist eine kompakte Einrichtung realisiert, die anaerob führbarist und auch als Modul leicht in bestehende oder neu zu installierendeAnlagen integrierbar ist.criticalis a swollen organic biomass, such as this exampleafter a fermenter or a Nachgarer availablestands. The effect of this arrangement is that when swollenorganic material by pressure and temperature the effect ofCavitation and implosion of cells (disintegration) essentialis higher than normal dry matter content of the cofermentsand using the extruder before a liquid phase.Thus, a compact device is realized, the anaerob feasibleis and as a module easily in existing or newly installedSystems can be integrated.

VorteilhafteAusgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen2 bis 6 angegeben.advantageousEmbodiments of the invention are in the claims2 to 6 indicated.

DieEinrichtung zur verbesserten Gasausbeute ist nach der Weiterbildungdes Patentanspruchs 2 vorteilhafterweise nach einem Fermenter und/odernach einem Nachgarer einer Biogasanlage angeordnet.TheDevice for improved gas yield is after the trainingof claim 2 advantageously after a fermenter and / orarranged after a Nachgarer a biogas plant.

DieEinrichtung zur verbesserten Gasausbeute ist nach der Weiterbildungdes Patentanspruchs 3 vorteilhafterweise eine kontinuierlich arbeitendeEinrichtung. Der Separator und der Extruder sind kontinuierlicharbeitende Baueinheiten der Einrichtung. Dazu werden beispielsweiseein nach dem Prinzip einer Zentrifuge arbeitender Separator und einExtruder mit Schnecken eingesetzt.TheDevice for improved gas yield is after the trainingof claim 3 advantageously a continuously operatingFacility. The separator and the extruder are continuousworking units of the institution. These are for examplea working on the principle of a centrifuge separator and aExtruder used with screws.

DerTrockensubstanzgehalt der gequollenen Feststoffe der organischenBiomasse nach dem Separator für den Extruder ist nach derWeiterbildung des Patentanspruchs 4 größer 20%.Of theDry matter content of the swollen solids of the organicBiomass after the separator for the extruder is after theFurther development of claim 4 greater than 20%.

ImBehältnis ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs5 ein Rührwerk für die flüssige und festePhase der organischen Biomasse angeordnet. Ein Absetzen von festenBestandteilen im Behältnis wird weitestgehend verhindert.in theContainer is according to the embodiment of the claim5 a stirrer for the liquid and solidPhase of organic biomass arranged. A discontinuation of solidIngredients in the container is largely prevented.

Andas Behältnis ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs6 eine Fördereinrichtung für das darin enthalteneGemisch aus dem Separator und dem Extruder gekoppelt. Damit stehtdem Nutzer eine kompakte Einrichtung zur Verfügung, dieauch als Modul leicht in bestehende oder neu zu realisierende Anlagenintegrierbar ist.Atthe container is according to the embodiment of the claim6 a conveyor for the contained thereinMixture of the separator and the extruder coupled. That standsthe user a compact device available, thealso as a module easily into existing or newly to be realized systemsis integrable.

EinAusführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungenjeweils prinzipiell dargestellt und wird im Folgenden näherbeschrieben. Es zeigen:OneEmbodiment of the invention is in the drawingseach shown in principle and will be closer in the followingdescribed. Show it:

1 einFließschema einer Einrichtung zur verbesserten Gasausbeutedurch weiteren Aufschluss von organischer Biomasse in Biogasanlagen und 1 a flow diagram of a device for improved gas yield by further digestion of organic biomass in biogas plants and

2 eineEinrichtung zur verbesserten Gasausbeute durch weiteren Aufschlussvon organischer Biomasse in Biogasanlagen. 2 a device for improved gas yield by further digestion of organic biomass in biogas plants.

EineEinrichtung zur verbesserten Gasausbeute durch weiteren Aufschlussvon organischer Biomasse in Biogasanlagen besteht im Wesentlichen auseinem Separator1, einem Extruder2 und einem Behältnis3.A device for improved gas yield by further digestion of organic biomass in biogas plants consists essentially of a separator 1 , an extruder 2 and a container 3 ,

Die1 zeigtein Fließschema einer Einrichtung zur verbesserten Gasausbeutedurch weiteren Aufschluss von organischer Biomasse in Biogasanlagen.The 1 shows a flow diagram of a device for improved gas yield by further digestion of organic biomass in biogas plants.

DieEinrichtung ist vorzugsweise nach einem Fermenter und/oder nacheinem Nachgarer einer Biogasanlage angeordnet. Biogasanlagen mitderartigen Einrichtungen sind bekannt. Für ein Trennenvon flüssigem und mit Feststoffen versetztem Substrat ausder organischen Biomasse der vorgenannten Einrichtungen ist derSeparator1 angeordnet. Der Separator1 arbeitetbekannterweise nach dem Prinzip der Zentrifuge. Durch Fliehkräftein einer sich drehenden Trommel werden Feststoffe höhererDichte von Flüssigkeiten geringerer Dichte getrennt. DerSeparator1 arbeitet im kontinuierlichen Betrieb, so dass hoheTrennleistungen bezogen auf den Volumenstrom bei kleinen Abmessungenmöglich sind. Der Feststoff sammelt sich im Inneren derTrommel an dem größten Durchmesser. Mit einemautomatischen Entleerungssystem werden die Feststoffe nach einer entsprechendenZeit aus dem Trommelkörper durch axiales Absenken einesBauteils in der Trommel und Freigabe einer Öffnung ausdem Separator1 herausgeschoben und fallen in den angekoppeltenExtruder2. Der Separator1 ist dazu sowohl mitdem Behältnis3 für flüssigesSubstrat als auch mit dem Extruder2 für die gequollenenFeststoffen aus der organischen Biomasse verbunden. Der Trockensubstanzgehalt dergequollenen Feststoffe der organischen Biomasse nach dem Separator1 fürden Extruder2 ist größer 20% vorzugsweisegrößer 25%. Der Extruder2 besitzt wenigstenseine Verdichtungsschnecke für die gequollenen Feststoffeder organischen Biomasse aus dem Separator1. Durch denDruck, die Temperatur und eine nachfolgende starke Herabsetzung derVolumenspannung der gequollenen Feststoffe ist die Wirkung der Kavitationund Implosion der Zellen der gequollenen Feststoffe größerals die von Zellen nicht gequollener Biomasse als Ausgangsstofffür die Biogasanlage.The device is preferably arranged after a fermenter and / or after a Nachgarer a biogas plant. Biogas plants with such facilities are known. For separation of liquid and solidified substrate from the organic biomass of the aforementioned devices is the separator 1 arranged. The separator 1 is known to work on the principle of centrifuge. Centrifugal forces in a rotating drum separate higher density solids from lower density liquids. The separator 1 works in continuous operation, so that high separation performance in relation to the volume flow with small dimensions are possible. The solid accumulates inside the drum at the largest diameter. With an automatic evacuation system, the solids are released from the drum body after an appropriate time by axially lowering a component in the drum and releasing an opening from the separator 1 pushed out and fall into the coupled extruder 2 , The separator 1 is with both the container 3 for liquid substrate as well as with the extruder 2 for the swollen solids from the organic biomass. The dry matter content of the swollen organic biomass solids after the separator 1 for the extruder 2 is greater than 20%, preferably greater than 25%. The extruder 2 has at least one compression screw for the swollen solids of the organic biomass from the separator 1 , Due to the pressure, the temperature and a subsequent strong reduction of the volume tension of the swollen solids, the effect of the cavitation and implosion of the cells of the swollen solids is greater than the biomass not swollen by cells as the starting material for the biogas plant.

Weiterhinist der Extruder2 mit dem Behältnis3 verbunden.Furthermore, the extruder 2 with the container 3 connected.

Die2 zeigteine Einrichtung zur verbesserten Gasausbeute durch weiteren Aufschlussvon organischer Biomasse in Biogasanlagen in einer prinzipiellenDarstellung.The 2 shows a device for verbes serten gas yield by further digestion of organic biomass in biogas plants in a schematic representation.

ImBehältnis3 ist ein Rührwerk fürdie flüssige und feste Phase der organischen Biomasse angeordnet.Weiterhin ist an das Behältnis3 eine Fördereinrichtungfür die darin enthaltene organische Biomasse als ein Gemischaus dem Separator1 und dem Extruder2 gekoppelt.In the container 3 is arranged a stirrer for the liquid and solid phase of the organic biomass. Furthermore, to the container 3 a conveyor for the organic biomass contained therein as a mixture of the separator 1 and the extruder 2 coupled.

DieEinrichtung zur verbesserten Gasausbeute durch weiteren Aufschlussvon organischer Biomasse in Biogasanlagen kann vorteilhafterweiseals kompakte Baugruppe realisiert werden. Dazu sind nacheinander überdem Behältnis3 der Extruder2 und derSeparator1 angeordnet. Diese Baugruppe kann leicht inneu zu errichtende aber auch in bestehende Biogasanlagen integriertwerden.The device for improved gas yield by further digestion of organic biomass in biogas plants can be advantageously realized as a compact assembly. These are successively above the container 3 the extruder 2 and the separator 1 arranged. This assembly can be easily integrated into new to be built but also in existing biogas plants.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• - DE 102004054468A1[0002]DE 102004054468 A1[0002]
• - DE 102007037202 A1[0002]- DE 102007037202 A1[0002]

Claims (6)

Translated fromGerman

Einrichtung zur verbesserten Gasausbeute durchweiteren Aufschluss von organischer Biomasse in Biogasanlagen,dadurchgekennzeichnet, dass für ein flüssiges undmit Feststoffen versetztes Substrat aus der organischen Biomasseein Separator (1) angeordnet ist, dass der Separator (1)sowohl mit einem Behältnis (3) für flüssigesSubstrat als auch mit einem Extruder (2) für gequolleneFeststoffe aus der organischen Biomasse verbunden ist, dass derExtruder (2) ein Extruder (2) für diegequollenen Feststoffe ist, wobei durch den Druck und die Temperatursowie einer nachfolgenden starken Herabsetzung der Volumenspannungder gequollenen Feststoffe die Wirkung der Kavitation und Implosionder Zellen der gequollenen Feststoffe größer alsdie von Zellen nicht gequollener Biomasse als Ausgangsstoff fürdie Biogasanlage ist, und dass der Extruder (2) mit demoder einem Behältnis (3) verbunden ist.Device for improved gas yield by further digestion of organic biomass in biogas plants,characterized in that for a liquid and mixed with solids substrate from the organic biomass, a separator ( 1 ) is arranged, that the separator ( 1 ) both with a container ( 3 ) for liquid substrate as well as with an extruder ( 2 ) for swollen solids from the organic biomass is that the extruder ( 2 ) an extruder ( 2 ) for the swollen solids, wherein the effect of cavitation and implosion of the cells of the swollen solids is greater than the non-swollen biomass of the biomass as a starting material for the biogas plant by the pressure and the temperature and a subsequent strong reduction of the bulk voltage of the swollen solids, and that the extruder ( 2 ) with the or a container ( 3 ) connected is.Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Einrichtung zur verbesserten Gasausbeute nach einem Fermenterund/oder nach einem Nachgärer einer Biogasanlage angeordnetist.Device according to claim 1, characterizedthat the device for improved gas yield after a fermenterand / or arranged after a Nachgärer a biogas plantis.Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Einrichtung zur verbesserten Gasausbeute eine kontinuierlicharbeitende Einrichtung ist.Device according to claim 1, characterizedthat the means for improved gas yield a continuousworking institution.Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass der Trockensubstanzgehalt der gequollenen Feststoffe der organischenBiomasse nach dem Separator (1) für den Extruder(2) größer 20% ist.Device according to claim 1, characterized in that the dry matter content of the swollen solids of the organic biomass after the separator ( 1 ) for the extruder ( 2 ) is greater than 20%.Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass im Behältnis (3) ein Rührwerk fürdie flüssige und feste Phase der organischen Biomasse angeordnetist.Device according to claim 1, characterized in that in the container ( 3 ) An agitator for the liquid and solid phase of the organic biomass is arranged.Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass an das Behältnis (3) eine Fördereinrichtungfür das darin enthaltene Gemisch aus dem Separator (1)und dem Extruder (2) gekoppelt ist.Device according to claim 1, characterized in that to the container ( 3 ) a conveying device for the mixture contained therein from the separator ( 1 ) and the extruder ( 2 ) is coupled.