DE19648875B4

DE19648875B4 - Fermenter für Biomasse

Info

Publication number: DE19648875B4
Application number: DE19648875A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Schmack
Original assignee: Schmack Biogas GmbH
Current assignee: Schmack Biogas GmbH
Priority date: 1996-11-16
Filing date: 1996-11-26
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2016-11-27
Also published as: DE19648875A1

Abstract

Fermenter für Biomasse mit wenigstens einem einen Behandlungsraum (1') bildenden Tank (1), mit einem an der Oberseite des Tanks angebrachten Dom (17) zum Sammeln von Biogas, mit wenigstens einem Einlass (14) zum Zuführen einer zu behandelnden Biomasse in den Behandlungsraum (1'), mit wenigstens einem Auslass (16) zum Ausbringen der behandelten Biomasse sowie mit einer sich in Längsrichtung des Tanks (1) erstreckenden Welle (5), die um ihre Achse drehbar im Behandlungsraum (1') gelagert ist und wenigstens ein von einem Wärme transportierenden Medium durchströmtes Heiz- und/oder Kühlelement (10) besitzt, welches mit einem Einlass an einen in der Welle (5) vorgesehenen Vorlauf (12) und mit einem Auslass an einen in der Welle (5) vorgesehenen Rücklauf (13) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (5) von wenigstens zwei parallelen Rohrprofilen (21, 22) gebildet ist, die miteinander verbunden sind, und das eine Rohrprofil (21) den Vorlauf (12) und das andere Rohrprofil (22) den Rücklauf...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1.

Aus der GB 1 520 082 A ist eine Vorrichtung zur Trocknung pastenartiger, teigiger Stoffe durch Verdampfung von Lösungsmittelanteilen bei vermindertem Druck bekannt.

Die DE 30 08 933 A1 beschreibt einen Behälter zur Lagerung von Maische, Wein, Säften o. Ä. mit einer Misch- und Rühreinrichtung. In dem Behälter ist eine Welle mit umlaufendem Misch- und Rührorgan angeordnet.

Die DD 268 169 A1 offenbart ein Heizelement für Reaktoren. Die Beheizung erfolgt durch mehrere, auf einer vertikalen Welle angeordnete Rotationselemente. Die Welle ist als eine das Heizmedium führende Hohlwelle ausgebildet und von einem Mantelrohr umgeben.

Aus der DE 1 926 704 A ist ein Rührwerk für das Rühren von breiigen Massen oder Pulvern bekannt, wobei das Rührwerk mit Heiz- oder Kühlelementen ausgestattet ist.

Vorrichtungen bzw. Fermenter zur Behandlung von Biomasse sind in verschiedensten Ausführungen bekannt. Aus der DE 295 20 618 U1 ist ein Fermenter gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung aufzuzeigen, die sich durch eine vereinfachte Bauweise auszeichnet. Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Vorrichtung entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ausgeführt.

Eine Besonderheit des erfindungsgemäßen Fermenters besteht u. a. darin, dass an der umlaufenden Welle wenigstens eine Heiz- und/oder Kühleinrichtung vorgesehen ist, die einen oder mehrere, von einem Wärme transportierenden Medium durchströmte Kanäle aufweist und im einfachsten Fall von wenigstens einem beispielsweise U-förmig gebogenen Rohrstück gebildet ist. Diese Heiz- und/oder Kühleinrichtung, die beispielsweise radial von der Welle wegsteht, ist an einen Vor- und Rücklauf angeschlossen, der in der Welle ausgebildet ist. Die Welle besteht hierfür aus wenigstens zwei Rohrprofilen, die in Wellenlängsachse miteinander verbunden sind.

Eine Besonderheit der Erfindung besteht auch darin, dass die Welle wenigstens zweiteilig, d. h. aus wenigstens zwei Wellenstücken besteht, die über ein rohr- oder hülsenartiges Verbindungs- oder Kupplungselement miteinander mechanisch verbunden sind, und zwar durch Verschrauben. Zusätzlich zu dieser mechanischen Verbindung besteht eine Verbindung für das Wärme transportierende Medium. Diese Verbindung ist beispielsweise als Rohrverbindung ausgeführt. Durch die Trennung von mechanischer Verbindung und Verbindung für das Wärme transportierende Medium ist eine besonders einfache Ausführung der Welle erreicht.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 in vereinfachter Darstellung und im Längsschnitt die Erfindung in Form eines Fermenters einer Biogas-Anlage;
2 in den Positionen a – c in Seitenansicht und in verschiedenen Drehstellungen das in der 1 linke Ende der zweiteiligen Welle des Fermenters;
3 in den Positionen a – c in Seitenansicht und in verschiedenen Drehstellungen das in der 1 rechte Ende der zweiteiligen Welle des Fermenters der 1;
4 in vergrößerter Darstellung einen Schnitt entsprechend der Linie I – I durch ein Teilstück der Welle im Bereich eines Lagers;
5 in vergrößerter Teildarstellung und im Schnitt die Verbindung der beiden Wellenstücke der Welle des Fermenters der 1.
Der in den Figuren dargestellte Fermenter besteht im wesentlichen aus einem geschlossenen, als langgestreckter Zylinder ausgebildeten Tank 1, der mit seiner Längsachse L in horizontaler Richtung angeordnet ist und einen Faulraum bildet.
Die Wandungen des Tanks 1 sind wärmeisoliert.
Alle beiden Stirnseiten 2 und 3 des Tanks 1 bzw. an dort vorgesehenen Lagern 4 und 4' ist eine achsgleich mit der Längsachse L angeordnete Welle 5 um diese Längsachse drehbar gelagert. An der Stirnseite 3 ist die Welle 5 aus dem Tank herausgeführt und ist dort von einem einen Motor 6 aufweisenden Antrieb 7 angetrieben.
An der Welle 5 sind im Inneren des Tanks 1 mehrere radial von dieser Welle wegstehende erste Rührelemente oder Schaber- und Förderelemente 8 vorgesehen, die z. B. einen kleineren radialen Abstand von der Längsachse L aufweisen. Weiterhin sind an der Welle 5 im Inneren des Tanks 1 zweite Schaber- und Förderelemente 9 befestigt, die einen größeren radialen Abstand von der Längsachse L besitzen und sich unmittelbar an der Innenfläche des Tanks 1 entlangbewegen.
An der Welle 5 sind im Inneren des Tanks 1 mit der Welle umlaufende Heizelemente vorgesehen, die bei der dargestellten Ausführungsform jeweils von einem U-förmigen Rohrstück gebildet sind, welches radial von der Welle 5 wegsteht. Jedes Heizelement 10 ist während des Betriebs des Fermenters von einem flüssigen, Wärme transportierenden Medium (z. B. heißem Wasser) durchströmt und hierfür mit seinen Enden an einen Vorlauf 12 bzw. an einen Rücklauf 13 angeschlossen, der von jeweils wenigstens einem Kanal in der Welle 5 gebildet ist und an dem über die Stirnseite 3 vorstehenden Ende der Welle 5 über eine Drehkupplung 11 jeweils mit einem äußeren Vorlauf 12' und einem äußeren Rücklauf 13' verbunden.
An der Stirnseite 3 ist ein mit einem Schieber 14 versehener Einlass 15 vorgesehen, über den dem Fermenter bzw. Tank die zu verarbeitenden Stoffe zugeführt werden. An der Stirnseite 2 ist ein Auslass 16 vorgesehen, für den Austrag des behandelten Materials. Der Auslass 16 ist bei der dargestellten Ausführungsform als Überlauf ausgeführt.
Im Bereich der Stirnseite 3 weist der Tank 2 an der Oberseite einen Dom 17 auf, in welchem sich das bei dem Prozess anfallende Biogas sammeln kann.
Etwa in der Mitte des Tanks 1 befindet sich weiterhin ein Austrag 18, über den Schwerstoffe, wie insbesondere Sand und andere nicht abbaubare bzw. für den methanogenen Prozess unbrauchbare oder nicht mehr brauchbare Feststoffe gesteuert ausgebracht werden können. Der Austrag 18 befindet sich in der Mitte des Tanks 1 im Bereich des Bodens dieses Tanks bzw. im Bereich einer Bodenvertiefung 19. Die Bodenvertiefung 19 bildet einen Sandfang bzw. eine Falle, in der sich nicht verwertbare Schwerstoffe sammeln.
Das von der Welle 5 und insbesondere von den Rühr- und Schaberelementen 8 und 9 gebildete Fördersystem ist so ausgeführt und wird so betrieben, dass absinkendes oder aufschwimmendes Material möglichst vollständig von der Stirnseite 2 weg wieder zurück in Richtung der Mitte des Tanks 1 transportiert wird. Im Falle nicht behandelbarer Schwerstoffe (z. B. Sand oder Kalk) bedeutet dies einen Transport zum Austrag 18 hin zum Schutz des Folgeprozesses. Im Falle noch nicht vollständig behandelten Materials bewirkt dies eine Rückhaltung und damit eine längere Verweildauer im Tank 1. Diese Reststoffe bleiben damit länger im Faulraum als die stickstoffreiche Flüssigphase des verarbeiteten Materials und werden daher nahezu vollständig abgebaut, während die stickstoffreiche Flüssigphase über den Auslass 16 schneller ausgebracht wird und somit auch verhindert wird, dass sich ein zu hoher Stickstoffanteil hemmend auf den methanogenen Prozess auswirken kann.
Wie die 1 weiterhin zeigt, sind die zweiten Schaber- und Förderelemente jeweils an dem äußeren Ende eines Heizelementes 10 vorgesehen, und zwar im Bereich des die beiden Schenkel des U-förmigen Rohres miteinander verbindenden außenliegenden bogenförmigen Rohrabschnittes.
Die einzelnen Heizelemente 10 sind parallel an dem Vorlauf 12 und Rücklauf 13 angeschlossen. Um eine gewünschte Heizleistung für die Heizelemente 10 zu erreichen, beispielsweise trotz des in Wellenlängsrichtung abfallenden Druckes im Vorlauf 12 eine gleichmäßige Heizleistung, ist für jedes Heizelement 10 ein einstellbares Ventil bzw. Drosselventil 20 vorgesehen, mit welchem die Strömungsmenge des Wärme transportierenden Mediums für jedes Heizelement 10 individuell eingestellt werden kann.
Wie die Figuren zeigen, besteht die Welle 5 aus zwei Wellenabschnitten oder Wellenstücken 5' und 5'', die in den 2 – 4 nochmals näher im Detail dargestellt sind.
Jedes Wellenstück 5' bzw. 5'' ist von zwei Rohrprofilen 21 und 22 mit jeweils rechteckförmigen Querschnitt gebildet. Bei der dargestellten Ausführungsform besitzen diese Rohrprofile 21 und 22 den gleichen Querschnitt. Die beiden Rohrprofile 21 und 22 liegen mit jeweils einer ihrer größeren Seiten flächig gegeneinander an und sind über die gesamte Länge des jeweiligen Längenstückes 5' bzw. 5'' miteinander verschweißt, sodass sich insgesamt ein in etwa quadratischer Außenquerschnitt für das Wellenstück ergibt. Das eine Rohrprofil 21 bildet den Vorlauf 12 und das andere Rohrprofil 22 den Rücklauf 13.
Bei dem Wellenstück 5' sind die beiden Rohrprofile 12 und 13 an dem in der 2 linken Ende durch einen aufgeschweißten Deckel 23 dicht verschlossen.
An dem in der 2 rechten Ende des Wellenstückes 5' sind die beiden Rohrprofile jeweils mit einem Rohrstück 24 bzw. 25 versehen, welches achsgleich mit der Achse des jeweiligen Profils 21 bzw. 22 liegt. Der Übergang zwischen diesem Profil und dem zugehörigen Rohrstück 24 bzw. 25 ist nach außen hin dicht, sodass das Rohrstück die Fortsetzung des Rohrprofils bzw. des in diesem Rohrprofil gebildeten Vorlaufs 12 oder Rücklaufs 13 bildet.
An dem in der 2 linken Ende sowie in einigem Abstand von dem in der 2 rechten Ende ist auf dem Wellenstück 5' jeweils ein ringförmiges Lagerelement oder ein Lagerring 26 vorgesehen, von denen der Lagerring 26 am linken Ende in dem Lager 4 an der Stirnwand 2 und der Lagerring 26 zwischen den beiden Enden des Wellenstückes 5' von einem nicht dargestellten Stützlager zwischen den beiden Stirnwänden 2 und 3 des Tanks 1 aufgenommen ist.
Das Wellenstück 5'' ist ähnlich dem Wellenstück 5' ausgebildet und besteht wiederum aus den beiden Rohrprofilen 21 und 22. Beide Rohrprofile sind aber beidendig mit den Rohrstücken 24 und 25 versehen. Weiterhin sind auf dem Wellenstück 5'' im Bereich des in der 3 rechten Endes ein Lagerring 26 und zwischen den beiden Enden und in der Nähe des in der 3 linken Endes ein Lagerring 26 vorgesehen. Der erstgenannte Lagerring ist in dem an der Stirnwand 3 vorgesehenen Lager 4' gelagert. Der zweite Lagerring 26 zwischen den beiden Enden des Wellenstückes 5'' ist wiederum für ein Stützlager vorgesehen.
Die U-förmigen Heizelemente 10 schließen mit ihrer Ebene jeweils einen Winkel mit der Längsachse L der Welle 5 und damit auch mit der Längsachse L der Wellenstücke 5' und 5'' ein. Wie insbesondere die 2 und 3 jeweils in den Positionen a und b zeigen, sind an den Wellenstücken 5' und 5'' flanschartige Anschlussstücke 27 für die Heizelemente 10 vorgesehen, und zwar jeweils an den schmäleren Querschnittsseiten der rechteckförmigen Rohrprofile 21 und 22, sodass jeder Anschluss 27 unmittelbar und ohne weitere Durchführung mit dem von dem jeweiligen Rohrprofil 21 bzw. 22 gebildeten Vorlauf 12 oder Rücklauf 13 in Verbindung steht. Die beiden, einem Heizelement 10 zugeordneten Anschlüsse 27 sind somit gegenüber der parallel zu den längeren Querschnittsseiten der Rohrprofile 21 und 22 verlaufenden und die Längsachse L einschließenden Mittelebene M beidseitig versetzt, wodurch sich die Schrägstellung der Ebene der Heizelemente 10 gegenüber der Längsachse L bzw. der Mittelebene M ergibt.
Die 5 zeigt die Verbindung der beiden Wellenstücke 5' und 5'' in der Mitte des Tanks 1. Zur mechanischen Verbindung ist auf die dortigen Enden der achsgleich miteinander angeordneten Wellenstücke ein Kupplungs- oder Verbindungsrohr 28 aufgeschoben, welches einen an den Außenquerschnitt der Wellenstücke 5' und 5'' angepassten quadratischen Innenquerschnitt aufweist. Das Verbindungs- oder Kupplungsrohr 28 ist bei der dargestellten Ausführungsform durch Verschraubungen 29 an den Enden der Wellenstücke 5' und 5'' befestigt. Wie die 5 auch zeigt, sind die Enden der Wellenstücke 5' und 5'' voneinander beabstandet. Innerhalb des vom Verbindungsrohr 28 umschlossenen Raumes sind die einander gegenüberliegenden Rohrstücke 24 und 25 der Wellenstücke 5' und 5'' über Rohrverschraubungen 30 miteinander verbunden. Im Bereich der Verbindung zwischen den Wellenstücken 5' und 5'' liegt somit eine klare Trennung zwischen der mechanischen Verbindung und der Verbindung des Vorlaufs 12 und des Rücklaufs 13 vor, d. h., die mechanische Verbindung wird über das Verbindungs- und Kupplungsrohr 28 hergestellt und die Verbindung für das Wärme transportierende Medium über die Rohrstücke 24 und 25 und die zugehörigen Rohrverbinder 30.
Da die Rohrstücke 24 und 25 einen im Vergleich zu dem Außenquerschnitt der Wellenstücke 5' und 5'' bzw. zu dem Querschnitt der Rohrprofile 21 und 22 kleineren Querschnitt aufweisen und auch elastisch ausgeführt sind, können Relativbewegungen zwischen den Wellenstücken 5' und 5'' an der Verbindung ausgeglichen werden.
Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, dass Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird.
Voranstehend wurde beschrieben, dass die Welle 5 aus zwei Wellenstücken 5' und 5'' besteht. Selbstverständlich sind Ausführungen denkbar, bei denen die Welle des Fermenters sich aus mehr als zwei Teilstücken zusammensetzt. Weiterhin besteht die Möglichkeit, sämtliche Teilstücke identisch zu fertigen, sodass unter Verwendung jeweils gleicher Teile Wellen unterschiedlicher Länge zusammengebaut werden können.
Der besondere Vorteil der beschriebenen Ausführungsform besteht darin, dass die Wellenstücke 5' und 5'' lediglich durch Verschrauben sowohl mechanisch als auch in Bezug auf das Wärme transportierende Medium miteinander verbunden werden. Weiterhin erfolgt auch die Verbindung der Heizelemente 10 mit den Anschlüssen 27 ausschließlich durch Schraubverbindungen. Auch die die Förder- und Schaberelemente 8 tragenden Arme sind durch an die Welle 5 angeschraubte Befestigungselemente 31 gehalten, sodass die Montage der Welle 5 mit allen ihren Elementen erfolgen kann, ohne dass ein Schweißen innerhalb des Tanks 1 notwendig ist.
Vorstehend wurde davon ausgegangen, dass an der Welle Heizelemente 10 vorgesehen sind, die von dem Wärme transportierenden, heißen Medium, beispielsweise Wasser durchströmt werden. Die Elemente 10 können auch zur Kühlung, d. h. als Kühlelemente verwendet werden, wobei diese Elemente dann von einem kühlenden Medium durchströmt werden, d. h. von einem Wärme transportierenden Medium, welches zur Kühlung Wärmeenergie aus dem Tank 1 bzw. aus der Masse im Tank 1 aufnimmt und abführt.

1: Tank
1': Behandlungsraum
2, 3: Stirnwand
4, 4': Lager
5, 5, 5'': Welle
6: Motor
7: Antrieb
8: Rührelement
9: Förder- und Schaberelement
10: Heizelement
11: Drehkupplung
12, 12': Vorlauf
13, 13': Rücklauf
14: Einlass
15: Schieber
16: Auslass
17: Dom
18: Feststoffaustrag
19: Sandfang
20: Ventil
21, 22: Rohrprofil
23: Deckel
24, 25: Rohrstück
26: Lagerring
27: Heizelementanschluss
28: Verbindungs- oder Kupplungsrohr
29: Verschraubung
30: Rohrverbinder
31: Befestigungselement

Claims

Fermenter für Biomasse mit wenigstens einem einen Behandlungsraum (1') bildenden Tank (1), mit einem an der Oberseite des Tanks angebrachten Dom (17) zum Sammeln von Biogas, mit wenigstens einem Einlass (14) zum Zuführen einer zu behandelnden Biomasse in den Behandlungsraum (1'), mit wenigstens einem Auslass (16) zum Ausbringen der behandelten Biomasse sowie mit einer sich in Längsrichtung des Tanks (1) erstreckenden Welle (5), die um ihre Achse drehbar im Behandlungsraum (1') gelagert ist und wenigstens ein von einem Wärme transportierenden Medium durchströmtes Heiz- und/oder Kühlelement (10) besitzt, welches mit einem Einlass an einen in der Welle (5) vorgesehenen Vorlauf (12) und mit einem Auslass an einen in der Welle (5) vorgesehenen Rücklauf (13) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (5) von wenigstens zwei parallelen Rohrprofilen (21, 22) gebildet ist, die miteinander verbunden sind, und das eine Rohrprofil (21) den Vorlauf (12) und das andere Rohrprofil (22) den Rücklauf (13) bildet, wobei die Welle (5) einen von der Kreisform abweichenden Außenquerschnitt aufweist und wenigstens zweiteilig mit wenigstens zwei Wellenstücken (5', 5'') ausgebildet ist, die Wellenstücke (5', 5'') an einer Verbindungsstelle über ein Kupplungs- oder Verbindungsrohr (28) miteinander verbunden sind, in welches die Wellenstücke (5', 5'') jeweils mit einem Ende hineinreichen und welches einen an den Außenquerschnitt der Wellenstücke angepassten Querschnitt aufweist, wobei zwischen den beiden miteinander verbundenen Enden der Wellenstücke (5', 5'') innerhalb des vom Kupplungs- und Verbindungsrohr (28) umschlossenen Raumes eine Rohrverbindung zwischen dem Vorlauf (12) und dem Rücklauf (13) über die Rohrstücke (24) und (25) vorgesehen ist.
Fermenter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle einen quadratischen oder rechteckförmigen Außenquerschnitt aufweist.
Fermenter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Heiz- und/oder Kühlelement (10) an einer Seite der Welle (5) vorgesehen ist, die senkrecht zu einer Ebene (M) liegt, an der die wenigstens zwei, die Welle (5) bildenden Rohrprofile (21, 22) aneinander anschließen, dass für das wenigstens eine Heiz- und/oder Kühlelement (10) wenigstens zwei Anschlüsse (27) vorgesehen sind, und zwar beidseitig von der erwähnten Ebene (M), und dass jeder Anschluss (27) direkt in einen von einem Rohrprofil (21, 22) gebildeten Vorlauf (12) oder Rücklauf (13) mündet.
Fermenter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Welle (5) ring- oder zylinderförmige Lagerelemente (26) zur Lagerung der Welle in am Tank (1) vorgesehenen Lagern (4, 4') vorgesehen sind.
Fermenter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Zulauf oder Ablauf des wenigstens einen Heiz- und/oder Kühlelementes (10) ein Ventil oder Drosselventil (20) vorgesehen ist.
Fermenter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Wellenstücke (5', 5'') über das Verbindungs- oder Kupplungsrohr (28) durch Verschrauben oder eine Verschraubung (29) verbunden sind.