DE10017436C2 - Biomassen-Fermentier-Vorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Fermentieren von Biomasse, mit einem Kessel, in den die Biomasse einbringbar ist, wobei der Kessel von einer Grundfläche und einer die Grundfläche umschließenden Wand gebildet ist und von einem Deckel abgedeckt ist, der fest mit einem der Grundfläche fernen Bereich der Wand verbunden ist, mit einer Rühreinrichtung zum Rühren der Biomasse sowie mindestens einer Öffnung zum Einfüllen bzw. Entnehmen von Biomasse.

Vorrichtungen zum Fermentieren von Biomasse werden im Stand der Technik verwendet, um aus biologischen, d. h. sowohl tierischem als auch pflanzlichem Abfallmaterial brennfähige Gase, insbesondere Methan, zu bilden, wobei die Biomasse zum überwiegenden Teil von ca. 80% Gülle und 20% pflanzlicher Stärke oder Cellulose wie beispielsweise Mais und Gras- bzw. Strohmaterial gebildet ist. Die Kessel, in die die Biomasse eingebracht ist, sind in der Regel beheizbar und werden auf einer Temperatur von etwa 40° gehalten, um einen Fermentierungsprozess in Gang zu setzen bzw. zu beschleunigen, wobei die Biomasse zwecks Homogenisierung von einer Rühreinrichtung verrührt wird. Die dabei entstehenden Biogase werden im Stand der Technik aus dem Kessel ausgeleitet und einer Verbrennungseinrichtung zwecks Energieerzeugung zugeführt. Es hat sich dabei gezeigt, dass die Produktion von Biogas in einem Kessel trotz regelmäßigen Rührens der Biomasse mittels der Rühreinrichtung im zeitlichen Verlauf starken Schwankungen unterlegen ist, welcher Umstand sich nachteilig beim Betrieb einer Energiegewinnungseinrichtung auswirkt, da deren Wirkungsgrad nur bei einem auf konstantem Niveau gehaltenen Betrieb optimierbar ist und die Energiegewinnungseinrichtung bei einer starken Abnahme an produziertem Biogas ausgeht und anschließend wieder von Hand gestartet werden muss.

Vorrichtung zum Fermentieren von Biomasse der eingangs genannten Art sind beispielsweise aus WO 99/58458 oder DE 198 05 045 A1 bekannt. Diesen bekannten Vorrichtungen ist jedoch der Nachteil gemein, dass ein zeitlich konstanter Ausfluss an Biogas nicht gewährleistet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Fermentieren von Biomasse zu schaffen, bei der ein zeitlich konstanter Ausfluss an Biogasen sichergestellt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Deckel von mindestens einer festen, im wesentlichen geschlossenen Materialschicht gebildet ist, die einen vorherbestimmten Bereich enthält, der von einer Fixiereinrichtung für eine elastische Hülle umschlossen ist, wobei der vorherbestimmte Bereich mindestens eine Bohrung enthält, die eine Kommunikationsverbindung zwischen dem Inneren des Kessels und dem Äußeren des Kessels herstellt, wobei der vorbestimmte Bereich kleiner als der gesamte Deckel ist und sich die Öffnung außerhalb dieses Bereiches im Deckel befindet.

Bei der erfindungsgemäßen Biomassen-Fermentier-Vorrichtung wird durch das Merkmal, dass der Deckel von mindestens einer festen, im wesentlichen geschlossenen Materialschicht gebildet ist, die einen vorherbestimmten Bereich enthält, der von einer Fixiereinrichtung für eine elastische Hülle umschlossen ist, wobei der vorherbestimmte Bereich mindestens eine Bohrung enthält, die eine Kommunikationsverbindung zwischen dem Inneren des Kessels und dem Äußeren des Kessels herstellt, wobei der vorbestimmte Bereich kleiner als der gesamte Deckel ist und sich die Öffnung außerhalb dieses Bereiches im Deckel befindet, erreicht, dass ein sich im oberen Bereich des Kessels der erfindungsgemäßen Vorrichtung sammelndes Biogas bei verstärkter Biogas-Produktion und somit erhöhtem Innendruck des Kessels den Deckel aufgrund von dessen Elastizität nach außen wölbt, wodurch sich der zur Aufnahme von Biogas bereitstehende Raumbereich vergrößert und der Druck des Biogases innerhalb des Kessels entsprechend mindert, so dass bei einer verstärkten Produktion von Biogas disproportional weniger Biogas aus dem Kessel ausgeleitet wird. Bei einer anschließenden Minderproduktion von Biogas wirkt der aufgrund der elastischen Ausbildung einer Deckelfläche vergrößerte Raumbereich als Puffer, so dass wiederum eine der Minderproduktion an Biogas disproportionale Menge von Biogas aus dem Kessel ausgeleitet wird.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die elastische Hülle in der Fixiereinrichtung gasdicht fixiert, so dass die elastische Hülle aufgrund der Kommunikationsverbindung zwischen dem Inneren des Kessels und dem Äußeren des Kessels die eigentliche Außenwandung des Kessels bildet. Dies weist den Vorteil auf, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung aufgrund einer festen, im wesentlichen geschlossenen Materialschicht des Deckels sehr robust und belastungsfähig ausgebildet ist. Die Fixiereinrichtung ist bei dieser Ausführungsform vorzugsweise als Säga- Einrichtung ausgebildet.

Die elastische Hülle der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial gebildet. Alternativ kann die elastische Hülle auch aus einem Gummimaterial bzw. Latex hergestellt sein.

Insbesondere in dem Fall, dass der Deckel der erfindungsgemäßen Vorrichtung von mindestens einer festen, im wesentlichen geschlossenen Materialschicht gebildet ist, weist der Deckel vorzugsweise drei Materialschicht auf, wobei auf einer ersten, der Grundfläche nahen Schicht aus Beton eine Schicht aus Styropor gelagert ist, die nach außen von einer Schicht aus Estrich abgedeckt ist. Zum Herstellen einer Biogas-Kommunikationsverbindung vom Inneren des Kessels in den Raumbereich unterhalb der elastischen Hülle sind dabei vorzugsweise zwei bis zehn Bohrungen innerhalb des vorherbestimmten Bereichs des Deckels vorgesehen. Die Bohrungen weisen dabei vorzugsweise einen Durchmesser von etwa 3 bis 5 cm auf.

Die Rühreinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie die mindestens eine Öffnung zum Einfüllen bzw. Entnehmen von Biomasse sind vorzugsweise in dem Deckelbereich außerhalb des vorherbestimmten Bereiches angeordnet. Im Falle der Rühreinrichtung ist dadurch ein erleichterter Zugriff von Hand für die Reinigung bzw. für den Betrieb sowie eine sichere Lagerung der Rühreinrichtung sichergestellt, und im Falle der Öffnung ist dadurch eine leichte, direkte Erreichbarkeit von Hand gewährleistet.

Zum Ausleiten von Biogasen aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung heraus ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform derselben eine Biogas- Kommunikationsverbindung aus dem Raumbereich zwischen der Hülle und dem vorherbestimmten Bereich des Deckels zum Ausleiten eines Biogases aus diesem Raumbereich heraus vorgesehen, wobei die Biogas-Kommunikationsverbindung vorzugsweise als Rohr ausgebildet ist, das durch die mindestens eine Materialschicht des vorherbestimmten Bereichs des Deckels sowie durch die Wand des Kessels hindurch nach außen geführt ist. Dadurch ist sichergestellt, dass ein Eindringen von Biomasse, die innerhalb des Kessels aufgrund der Rühreinrichtung ein Aerosol bilden kann, verhindert ist. Das Ende des Rohres steht dabei vorzugsweise über die Außenfläche des Deckels hervor, um zu verhindern, dass Kondenswasser in das Rohr eindringen kann und ist darüber hinaus vorzugsweise von einem gasdurchlässigen Käfig abgedeckt, um zu verhindern, dass die elastische Hülle bei Nichtbetrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung an das Rohrende angrenzt und dieses verstopft.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird im folgenden anhand einer bevorzugten Ausführungsform erläutert, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt ist. Darin zeigen:

Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Querschnittsansicht;

Fig. 2 die in Fig. 1 dargestellte bevorzugte Ausführungs­ form der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Ansicht von oben;

Fig. 3 eine Detailansicht der in Fig. 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Querschnittsansicht von oben.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung 10 zum Fermentieren von Biomasse 11 weist einen Kessel 12 auf, in den die Biomasse 11 einbringbar ist, wobei der Kessel 12 von einer Grundfläche 13 und einer die Grundfläche 13 umschließenden Wand 14 gebildet ist und von einem Deckel 15 abgedeckt ist, der fest mit einem der Grundfläche 13 fernen Bereich der Wand 14 verbunden ist. Die Vorrichtung 10 ist mit einer herkömmlichen Rühreinrichtung 26 zum Rühren der Biomasse 11 sowie zweier Öffnungen 17 und 17' zum Einfüllen bzw. Entnehmen von Biomasse 11 versehen. Der Deckel 15 der Vorrichtung 10 ist teilweise von einem elastischen Material gebildet, derart, dass der Deckel 15 zu einem Teil von einer festen, schichtartig ausgebildeten, im wesentlichen geschlossenen Materialschicht 15' gebildet ist, die einen vorherbestimmten Bereich 15" enthält, der von einer Fixiereinrichtung 18 für eine elastische Hülle 15''' umschlossen ist, die den anderen Teil des Deckels 15 bildet. Der vorherbestimmte Bereich 15" enthält dabei Bohrungen 16, die eine Kommunikationsverbindung zwischen dem Inneren des Kessels 12 und dem Äußeren des Kessels 12 herstellen.

Die Fixiereinrichtung 18 der Vorrichtung 10 ist, wie insbesondere in Fig. 3 dargestellt, als eine ein Hohlprofil enthaltende, sogenannte Säga-Verbindung ausgebildet, bei der in dem Hohlprofil ein aufblasbarer Schlauch gelagert ist, wobei die elastische Hülle 15''' zwischen dem Hohlprofil und dem Schlauch gasdicht fixierbar ist. Die elastische Hülle 15''' der Vorrichtung 10 ist aus einem elastischen Kunststoffmaterial gebildet und die schichtartig ausgebildete Materialschicht 15" des Deckels 15 ist von drei Materialschichten 20, 21, 222 gebildet, wobei auf einer ersten, der Grundfläche nahen Schicht 20 aus Beton eine Schicht 21 aus Styropor gelagert ist, die nach außen von einer Schicht 22 aus Estrich abgedeckt ist.

Sowohl die Rühreinrichtung 26 als auch die Öffnung 17 zum Einfüllen bzw. Entnehmen von Biomasse 11 sind in dem Deckelbereich außerhalb des vorherbestimmten Bereiches 15" angeordnet. Die Vorrichtung 10 enthält eine Biogas- Kommunikationsverbindung 23 aus dem Raumbereich zwischen der Hülle 15''' und dem vorherbestimmten Bereich 15" des Deckels 15, zum Ausleiten eines Biogases aus diesem Raumbereich heraus, wobei diese Biogas- Kommunikationsverbindung als Rohr 23 ausgebildet ist, das durch die drei Materialschichten 20, 21, 22 des vorherbestimmten Bereichs 15" des Deckels 15 sowie durch die Wand 14 des Kessels 12 hindurch nach außen geführt ist. Das die Biogas-Kommunikationsverbindung bildende Rohr 23 ist innerhalb des Raumbereichs zwischen der Hülle 15''' und dem vorherbestimmten Bereich 15" des Deckels 15 von einem von zwei rechtwinklig zueinander angeordneten Drähten gebildeten gasdurchlässigen Käfig 24 umschlossen ist, wobei das Ende 24' des Rohres über den äußeren Rand des Deckels 15 hervorsteht.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Fermentieren von Biomasse, mit einem Kessel, in den die Biomasse einbringbar ist, wobei der Kessel von einer Grundfläche und einer die Grundfläche umschließenden Wand gebildet ist und von einem Deckel abgedeckt ist, der fest mit einem der Grundfläche fernen Bereich der Wand verbunden ist, mit einer Rühreinrichtung zum Rühren der Biomasse sowie mindestens einer Öffnung zum Einfüllen bzw. Entnehmen von Biomasse, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel von mindestens einer festen, im wesentlichen geschlossenen Materialschicht gebildet ist, die einen vorherbestimmten Bereich enthält, der von einer Fixiereinrichtung für eine elastische Hülle umschlossen ist, wobei der vorherbestimmte Bereich mindestens eine Bohrung enthält, die eine Kommunikationsverbindung zwischen dem Inneren des Kessels und dem Äußeren des Kessels herstellt, wobei der vorbestimmte Bereich kleiner als der gesamte Deckel ist und sich die Öffnung außerhalb dieses Bereiches im Deckel befindet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiereinrichtung als Säga-Verbindung ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Hülle aus einem Kunststoffmaterial gebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Hülle aus Gummi bzw. einem Latexmaterial hergestellt ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel von drei Materialschichten gebildet ist, wobei auf einer ersten, der Grundfläche nahen Schicht aus Beton eine Schicht aus Styropor gelagert ist, die nach außen von einer Schicht aus Estrich abgedeckt ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei bis zehn Bohrungen innerhalb des vorherbestimmten Bereichs des Deckels vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rühreinrichtung in dem Deckelbereich außerhalb des vorherbestimmten Bereiches angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Biogas- Kommunikationsverbindung aus dem Raumbereich zwischen der Hülle und dem vorherbestimmten Bereich des Deckels zum Ausleiten eines Biogases aus diesem Raumbereich heraus vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Biogas-Kommunikationsverbindung als Rohr ausgebildet ist, dass durch die mindestens eine Materialschicht des vorherbestimmten Bereichs des Deckels sowie durch die Wand des Kessels hindurch nach außen geführt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das die Biogas-Kommunikationsverbindung bildende Rohr innerhalb des Raumbereichs zwischen der Hülle und dem vorherbestimmten Bereich des Deckels von einem gasdurchlässigen Käfig umschlossen ist, wobei das Ende des Rohrs über den äußeren Rand des Deckels hervorsteht.