PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE3438057A1 17.04.1986
Titel Verfahren zur Aufbereitung von Biomassen
Anmelder Linneborn, Johannes, Dipl.-Ing., 6200 Wiesbaden, DE
Erfinder Linneborn, Johannes, Dipl.-Ing., 6200 Wiesbaden, DE
Vertreter Seibert, R., Dipl.-Ing., Pat.- u. Rechtsanw., 8000 München
DE-Anmeldedatum 17.10.1984
DE-Aktenzeichen 3438057
Offenlegungstag 17.04.1986
Veröffentlichungstag im Patentblatt 17.04.1986
IPC-Hauptklasse C02F 11/02
IPC-Nebenklasse C02F 11/04   C05F 9/04   C12P 5/02   C10J 3/00   C10B 47/00   

Beschreibung[de]

Verfahren zur Aufbereitung von Biomassen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Aufbereitung von Biomassen zu deren wirtschaftlicher Verwertung unter Einhaltung solcher Bedingungen, daß sich während des Verfahrens Bakterien entwickeln, welche bei der Aufbereitung mitwirken bzw. sie vollziehen.

Solche Verfahren sind in den unterschiedlichsten Versionen bekannt, z.B. um llausratmüll, Klärschlamm etc. zu Kompost zu verarbeiten. Dabei ist es auch üblich, mehrere unterschiedliche Abfälle natürlicher Produkte zu mischen und sie solchen Bedingungen auszusetzen, daß sich Bakterien bilden, welche die umweltschädlichen Bestandteile der Ausgangsmasse weitgehend vernichten bzw. umwandeln und unschädlich machen.

Diese Verfahren spielen sich im wesentlichen so ab, daß die unterschiedlichen Ausgangsmassen mechanisch miteinander gemischt und in Mieten oder Reaktoren durchlüftet werden, da man bisher die Ansicht vertritt, daß die aeroben Bakterien in wirtschaftlicher Weise die umweltschädigenden Stoffe in unschädliche bzw. brauchbare neue Stoffe umwandeln. Dabei entsteht Kompost, der insbesondere zur Bodenverbesserung eingesetzt wird.

In der DE-AS 25 41 070 wird eizI zweistufiges Verfahren zur Aufbereitung von Biomassen oder Rottgut beschrieben, bei dem in der ersten Stufe kontinuierlich und in der zweiten Phase diskontinuierlich gearbeitet wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, solche Verfahren wirtschaftlicher zu gestalten, d.h., die Aufbereitung der Ausgangsmassen so zu vollziehen, daß jeweils nicht nur ein Endprodukt sondern auch brauchbare Zwischen- und/oder Nebenprodukte entstehen.

Die Erfindung erreicht dies dadurch, daß sie empfiehlt, so vorzugehen, daß die Aufbereitung der Ausgangsmassen in zwei deutlich voneinander getrennten Phasen abläuft, nämlich in einer ersten, in welcher solche Bedingungen geschaffen werden, daß sich nur anaerobe Bakterien zur Brzeugung von CH4 entwickeln und daß in einer nachgeschalteten zweiten Phase solche Bedingungen geschaffen werden, daß sich überwiegend aerobe Bakterien entwickeln, welche die aus der ersten Phase bereits zum Teil aufbereitete Masse zu Kompost umwandeln.

Durch die DE-AS 25 41 090 ist es zwar bekannt, Biomassen u.dgl. in zwei deutlich voneinander getrennten Verfahrensstufen aufzubereiten; auch ist es u.a. durch dieses Verfahren geläufig, daß sich sowohl anaerobe wie aerobe Bakterien entwickeln können, doch besteht zwischen diesem Verfahren und dem der Erfindung Identität nur darüber, daß zwei Verfahrensstufen durchgeführt werden.

Der offensichtliche Unterschied zwischen beiden Verfahren liegt darin, daß bei dem bekannten Verfahren einmal kontinuierlich und zum anderen diskontinuierlich vorgegangen wird, wogegen das erfindungsgemäße Verfahren in dieser Hinsicht keine Bedingungen stellt; kontinuierlich oder/und diskontinuierliob sind also weder Bedingungen noch Gegenstand der Erfindung, Das Verfahren nach der Erfindung bezieht sich also nicht auf den mechanischen Ablauf des Verfahrens sondern auf den biologischen, über den in der DE-AS 25 41 090 nichts weiter ausgesagt ist.

Durch das bekannte Verfahren wird zwar offenbart, daß in einer Verfahrensstufe anaerob und aerob gearbeitet werden kann. Dies ist aber eine gang natürliche Folge, wenn in dieser Verfahrensstufe mit Luft als Gegenstrom gearbeitet wird. Der Verfasser der Di!-AS, der ja sicher als kachnann überdurchschnittlichen Könnens zu betrachten ist, hat einerseits die Entstehung der anaeroben Bakterien dem Zufall überlassen -je nach dem, wieviel Luft mit welcher Geschwindigkeit im Gegenstrox durch die Biomassen getreiben wird, entstehen wenig oder praktisch gar keine anaeroben Bakterien- und andererseits nicht gewußt, was diese Bakterien bewirken sollen, nämlich, daß diese auswertbare Gase erzeugen, ist ihm offensichtlich entgangen. Dabei entstehen bei dem bekannten Verfahren zuerst und mindestens überwiegend aerobe und erst danach und eventuell anaerobe Bakterien, und zwar in einer einzigen Verfahrensstufe.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung werden also der Ausgangsmasse in der ersten Phase die leichter abbaubaren Bestandteile entzogen bzw. in C11l; umgewandelt, das genutzt wird, was mit dem Verfahren nach der DE-AS nicht möglich ist.

Will man erreichen, daß sich zuerst möglichst nur anaerobe Bakterien entwickeln, dann erfolgt die erfindungsgemäße Aufbereitung der Ausgangsmassen in der ersten Verfahrensstufe unter völitigem Luftabschluß und unter einer Temperatur von ca. 350C, je nach Art der Ausgangsmassen.

Der Verfasser der DE-AS 25 1 090 hat nicht erkannt, daß die Verrottung von Biomassen oder Rottegut nicht nur einfacher, sondern erheblich wirtschaftlicher erreicht werden kann, wenn man in der ersten Verfahrensstufe ohne Sauerstoffzugabe arbeitet, weil einerseits kein Luftdurchsatz benötigt wird, der zusätzliche Einrichtungen erfordert, und andererseits ein für die Industrie wichtiges Nebenprodukt erzeugt und anderweitig verwendet werden kann, nämlich Methan, und dies, obwohl sich der Verfasser in aufwendiger Weise mit dem Problem "anaerob und/oder aerob befaßt.

Er hatte erkannt, daß sich beide Bakterienarten entwickeln lassen, er hat aber nicht erkannt, daß diese Bakterien Gelegenheit haben miissen, sich getrennt uritl nicht vermischt miteinander zu entwickeln. Dies spricht allein schon für das Vorliegen ausreichender Erfindungshöhe.

Die Zugabe von Wasser und z.B. Kalk bzw. einem ähnlich wirkenden Stoff wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung zur Erreichung des jeweils erforderlichen pH-Wertes von etwa 6 - 7 dosiert; dieser p1-1-Wert kann gemessen und die Zugabe der einzelnen Medien bzw. Stoffe geregelt werden; es ist aber auch möglich, diese Regelung über die Temperatur der Masse oder die Menge des abgezogenen Methans vorzunehmen.

duxlg in einer solcllcll Z1itt1llnIO11ll1I schiiig iIl ds Vorfal1ron eingegeben, daß diese Bestandteile in den aus dem Verfahren entstehenden Endprodukten keine umweltfeindlichen Auswirkungen mehr haben können.

Beide Verfahrensphasen können chargenweise durchgeführt werden, vorzuziehen ist es aber nach einem weiteren Merkmal der Erfindung, die eine oder beide kontinuierlich ablaufen zu lassen. Bei kontinuierlichem Ablauf kann dies in horizontaler wie vertikaler Ebene erfolgen, Bedingung dabei ist lediglich die Einhaltung der vorgeschriebenen Verfahrensweise. Auf der einen Seite benötigt ein hochstehender Reaktor bzw. Fermenter weniger Grundfläche.

Die Wahl zwischen beiden Möglichkeiten hängt von den Platzverhältnissen und der Art der Ausgangsmassen ab.

In beiden Fällen werden die Ausgangsmassen nach einem der Merkmale der Erfindung auf die Stückgröße und/oder den Feuchtigkeitsgrad gebracht, die einen optimalen Verfahrensablauf und eine optimale Ausbeute von Endprodukten gewährleisten. Dies kann vor oder während des Mischens mehrerer Ausgnagsmassen miteinander geschehen. Wird Hausratsmüll verwendet, muß dieser vorsortiert werden, so daß die nicht verrottbaren räumlich größeren Bestandteile herausgenommen werden können.

Die Eingabe der Ausgangsmasse bzw. des Massengemisches erfolgt durch kontinuierlichen Auftrag auf ein laufendes Band oder Einfüllen in einen stehenden Reaktor, der Fermenter wird dann in den Territorien, in denen nicht 350C Normaltemperatur herrschen, durch Beheizen auf diese Temperatur gebracht, wobei dafür Sorge zu tragen ist, dung in einer solchen Yusamlllorlllliscllung in das Verfahren eingegeben, daß diese Bestandteile in den aus dem Verfahren entstehenden Endprodukten keine umweltfeindlichen Auswirkungen mehr haben können.

Beide Verfahrensphasen können chargenweise durchgeführt werden, vorzuziehen ist es aber nach einem weiteren Merkmal der Erfindung, die eine oder beide kontinuierlich ablaufen zu lassen. Bei kontinuierlichem Ablauf kann dies in horizontaler wie vertikaler Ebene erfolgen, Bedingung dabei ist lediglich die Einhaltung der vorgescllriebenen Verfahrensweise. Auf der einen Seite benötigt ein hochstehender Reaktor bzw. Fermenter weniger Grundfläche.

Die Wahl zwischen beiden Möglichkeiten hangt von den Platzverhältnissen und der Art der Ausgangsmassen ab.

In beiden Fällen werden die Ausgangsmassen nach einem der Merkmale der Erfindung auf die Stückgröße und/oder den Feuchtigkeitsgrad gebracht, die einen optimalen Verfahrensablauf und eine optimale Ausbeute von Endprodukten gewährleisten. Dies kann vor oder während des Mischens mehrerer Ausgnagsmassen miteinander geschehen. Wird Hausratsmüll verwendet, muß dieser vorsortiert werden, so daß die nicht verrottbaren räumlich größeren Bestandteile herausgenommen werden können.

Die Eingabe der Ausgangsmasse bzw. des Massengemisches erfolgt durch kontinuierlichen Auftrag auf ein laufendes Band oder Einfüllen in einen stehenden Reaktor, der Fermenter wird dann in den Territorien, in denen nicht 350C Normaltemperatur herrschen, durch Beheizen auf diese Temperatur gebracht, wobei dafür Sorge zu tragen ist, daß die jeweils nötige Temperatur über den überwiegenden Verlauf der ersten Phase erhalten bleibt.

Die angegebene Temperatur von 350C ist nur eine Hichtgröße; sie kann -je nach Art der Masse- etwas niedriger oder höher liegen. Die richtige Temperatur einzustellen, erfolgt nach Einstellen der Ausgrangsmasse u.a. auch unter Beihilfe der Meßergebnisse der Anlaufphase über die abgezogenen Gase.

Bei dieser ersten Phase entstehen CH4 und C02 als Gemisch; das CH4 wird abgetrennt und als Biogasgemisch verwendet.

Insbesondere beim Vertikalverfahren kann -dies wiederum je nach Art und Konsistenz der Ausgangsmasse- das Verfahren nach einem der Merkmale der Erfindung in mehreren ganz oder zum Teil gegeneinander abgeschlossenen Etagen erfolgen, welche die Masse durch Schwerkraft mit oder ohne mechanische Unterstützung durchlaufen. Mechanische Unterstützung kann durch geeignete Vibrationsmittel gegeben werden. Beim horizontal verlaufenden Durchlauf wird dies nicht erforderlich sein.

Nach Abschluß der ersten Verfahrensphase wird die Masse in einen zweiten fermenter gegeben, dem Luft zugeführt wird; dies kann im Gegenstrom der Massenbewegung erfolgen.

Die aeroben Bakterien wandeln nun die verbliebene organische Masse in einem einheitlichen Fermentationsprozeß um, da sie in der Lage sind, die schwieriger abbaubaren Bestandteile ungestört zu zersetzen. Die dabei entstehenden gasförmigen Stoffwechselprodukte der Bakterien bestehen hauptsächlich aus C02 und sind weder umweltfeindlich noch geruchbelästigend.

Da in dieser zweiten Verfahrensphase Kohlenwasserstoffe oxidiert werden, wird Wärme erzeugt. Sie kann über Wärmetauscher der ersten Phase mindestens zum Teil zugeführt werden, so daß der gesamte Verfahrensablauf in sich geschlossen umweltfreundlich und energiesparend aufgebaut ist.

Das Verfahren läuft also verfahrenstechnisch in zwei Fermentstationen ab, was jedoch nicht bedeutet, daß diese Stationen räumlich getrennt voneinan-der zu sein brauchen.

Sie können als Reaktoren übereinander stehen oder nebeneinander angeordnet werden. Auch wäre es konstruktiv möglich, sie ineinander, der eine den anderen umgebend, anzuordnen. Schließlich kann das erfindungsgemäße Verfahren sowohl in Kleinanlagen wie zentral an den Standorten der in großen Mengen anfallenden Ausgangsstoffen in Großanlagen durchgoffihrt werden.


Anspruch[de]

Patentansprüche 1. Verfahren zur Aufbereitung von Biomassen zu deren wirtschaftlicher Verwertung unter Einhaltung solcher Bedingungen, daß sich während des Verfahrens Bakterien entwickeln, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufbereitung in zwei deutlich von einander abgetrennten Phasen abläuft, nämlich in einer ersten, in welcher Bedingungen geschaffen werden, daß sich überwiegend anaerobe Bakterien zur Erzeugung von CH4 entwickeln, und in einer nachgeschalteten Phase solche Bedingungen geschaffen werden, daß sich überwiegend aerobe Bakterien zur Erzeugung von Kompost entwickeln.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Phase unter Ausschluß von Sauerstoff und die zweite Phase unter Zugabe von Sauerstoff ablaufen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Verfahrensphase die Masse auf einen Wassergehalt von ca. 50 - 70 96 gehalten wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Masse und/oder dem Wasser Zusätze beigegeben werden, welche den pH-Wert der Masse auf ca. 6 - 7 einstellt.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse in der ersten Phase durch Zugabe von Wärme auf einer Temperatur gehalten wird, die -je nach Art der Masse- ca.

3500 beträgt.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe von Wasser oder/und Wärme über die Menge des jeweils abgegebenen CH4 geregelt wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Phase Sauerstoff zugeführt wird, welcher die Entwicklung aerober Bakterien ermöglicht.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 72 dadurch gekennzeichnet, daß die sich unter Sauerstoff entwickelnde Wärme der zweiten Phase der ersten Verfahrensphase zur Erhaltung der dort erforderlichen Temperatur zugeführt wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die erste Verfahrensphase in kontinuierlichem Prozeß durchgeführt und die erforderliche Feuchtigkeit schon am Beginn bewirkt wird.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die zweite Verfahrensphase eine dritte anschließt, in welcher die Biomasse zu Kohle und Bioöl pyrolisiert wird.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine weitere Verfahrensphase anschließt, in welcher die Biomasse zur Erzeugung von Energie vergast wird.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß unterschiedliche Biomassen vor Verfahrensbeginn in solchem Verhältnis und solcher Art miteinander gemischt werden, daß nicht umwandelbare und in der Masse umweltfeindliche Bestandteile, wie z.B. Schwermetalle, in solchen Mengen in den Endprodukten vorliegen, daß sie nicht mehr umweltfeindlich sind.







IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com