CH686085A5

CH686085A5 - Pfropfstrombetriebener Fermenter mit einem Ruhrwerk.

Info

Publication number: CH686085A5
Application number: CH187493A
Authority: CH
Inventors: Walter Schmid
Original assignee: Walter Schmid
Priority date: 1993-06-22
Filing date: 1993-06-22
Publication date: 1995-12-29
Also published as: DE4416521A1

Description

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CH 686 085 A5

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Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen pfropf-strombetriebenen Fermenter zur Vergärung bioge-ner Dickstoff-Abfälle für die Gewinnung von Biogas, gemäss Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus der EP-A 0 476 217 ist ein pfropfstrombe-triebener Fermenter bekannt, der einen liegenden Reaktorbehälter mit beheizter Mantelwand aufweist, und in dem ein von ausserhalb des Reaktorbehälters getriebenes Rührwerk angeordnet ist. Die Drehachse des Rührwerkes verläuft in der Längsachse des Reaktorbehälters und ist in dessen Stirnseite gelagert.

Fermenter dieser Bauart mit einem liegenden, geneigten Reaktorbehälter sind aus verschiedenen Publikationen bekannt. So zeigt die EP-A 0 241 357 einen pfropfstrombetriebenen Fermenter bei dem die zu vergärenden biogenen Abfälle im Reaktorbehälter selber mittels einem oszilierenden Rechen gefördert werden. Ein rotierendes Rührwerk wird folglich nicht benötigt. Einen Fermenter der eingangsgenannten Art mit einem in der Längsachse gelagerten Rührwerk zeigt hingegen die DE-A 2 535 756. Der hier beschreibenen Fermenter arbeitet vorwiegend mit flüssigen Abfällen in denen ein Anteil Feststoffe schwimmen. Das Rührwerk hat folglich keine transportierende Aufgabe, sondern dient lediglich der möglichst homogenen Durchmischung. Die Eintragung der biogenen Abfälle erfolgt entweder durch die eingangsseitige Stirnwand oder vertikal durch die Mantelwand des Reaktorbehälters. Die Austragung der abgebauten biogenen Abfälle erfolgt immer durch die endseitige Stirnwand des Reaktorbehälters. Gelangen in einen solchen Fermenter Steine, Sand oder andere grössere Feststoffanteile, so können sich diese auf den Boden absetzen oder die Speiseöffnung beziehungsweise Ausgangsöffnung des Reaktorbehälters verstopfen. Diese Problematik ist allerdings bei dieser Ausführungsform und der entsprechenden Betriebsart nicht besonders gross, da wie bereits erwähnt der Fermenter in der Flüssigphase arbeitet und zusätzlich vom Eingang zum Ausgang hin geneigt gelagert ist.

Einen ähnlichen Aufbau eines Fermenters geht aus der DE-A 3 228 895 hervor. Der Reaktorbehälter ist auch hier wiederum geneigt gelagert und die zu vergärenden Abfälle treten eingangsseitig durch die Stirnwand ein und ausgangsseitig durch die gegenüberliegende Stirnwand aus. Ein Rührwerk ist nicht vorgesehen, da der Reaktorbehälter selber rotierend gelagert ist. Das Problem der sich ausgangsseitig ablagernden sedimentierenden Anteile, sowie die Möglichkeit der Verstopfung der Ausgangsöffnung wird nicht diskutiert.

Die bereits eingangserwähnte Druckschrift EP-A 0 476 217 zeigt alle Elemente gemäss Oberbegriff des Patentanspruches 1. Das Rührwerk selber besteht aus einer einfachen Drehachse die in der Längsachse des Reaktorbehälters verläuft und an dem verschiedene Rührarme angeordnet sind. Diese Rührarme sollen das zu vergärende Gut umwälzen, so dass eine Lockerung desselben und eine verbesserte Entgasung stattfinden kann. Es hat sich nun gezeigt, dass mit den zu vergärenden, biogenen Dickstoff-Abfällen unvermeidlich auch Steine, Sand und grössere Holzstücke in den Reaktorbehälter eingetragen werden. Im Pfropfstrom der zu vergärenden Abfälle wandern diese Fremdstoffe mit und sedimentieren je nach Gewicht und Grösse langsamer oder schneller. Über Wochen oder Monate kann sich so am Boden des Reaktorbehälters eine Lage von Sand, Kies und Steine aufbauen. Hierdurch würde sich eine isolierende Schicht bilden, die dazu führen würde, dass die Raumtemperatur im Reaktorbehälter absinken würde, wenn man diese Temperatur nicht nachregeln würde. Da die Temperatur im Mantel des geheizten Reaktorbehälters jedoch in der Folge überall ansteigt, weist die Reaktorwandung im Bereich über der Sedimentationslage eine zu hohe Temperatur auf. Dies führt zur Zerstörung der für die Vergärung wichtigen Methanbakterien in diesen überheizten Bereichen. Entsprechend sinkt der Wirkungsgrad des gesamten Fermenters bei gleichzeitig erhöhtem Energiebedarf. Die Rührarme verschieben diese Sedimentationsschicht lediglich nach ausserhalb ihres Wirkungsbereiches ohne jedoch diese wiederum in die zu vergärenden Abfälle einzutragen und zu fördern. Ein weiteres Problem besteht darin, dass auch immer wieder grössere Feststoffanteile, wie Wurzeln oder Äste in den Reaktorbehälter eingetragen werden, die sowohl im Bereich der Speiseöffnung wie auch der Auslassöffnung zu Verstopfungen führen können und so ebenfalls den Wirkungsgrad des Fermenters herabsetzen, bis sich die Verstopfung durch den Fortschritt der Zersetzung wieder auflöst.

Da ein korrigierender Eingriff in den geschlossenen, anaerob arbeitenden Reaktorbehälter des Fermenters kaum möglich ist, ist es von ausserordentlicher Bedeutung eine Lösung für dieses Problem zu finden.

Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe mit einem Fermenter entsprechend den Merkmalen des Patentanspruches 1. Die Lösung besteht insbesondere in der Kombination der besonders ausgestalteten Rührarme und der speziellen Anordnung der Speiseöffnung und Auslassöffnung für die zu vergärenden biogenen Dickstoff-Abfälle in der Mantelwand des Reaktorbehälters und zwar innerhalb des Wirkungsbereiches der erfingungsgemäss ausgestalteten Rührarme.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsformen des erfindungsgemässen Fermenters sind in den abhängigen Patentansprüche dargelegt und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.

In der anliegenden Zeichnung ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Fermenters dargestellt und in der Beschreibung detai-liert erläutert.

Fig. 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch den erfindungsgemässen Fermenter und

Fig. 2 einen Querschnitt durch denselben Fermenter nach Fig. 1 entlang der Linie B-B in grösserem Massstab.

Fig. 3 zeigt ein Detail eines Rührarmes in einem nochmals grösseren Massstab.

Der Fermenter ist gesamthaft mit der Bezugszahl

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1 gekennzeichnet. Dieser umfasst im wesentlichen einen Reaktorbehälter 2 und ein Rührwerk 3. Der Reaktorbehälter 2 ist bis zu einem Niveau N mit biogenen Abfällen A gefüllt. Das Niveau N fällt von der Eingangsseite 10 des Reaktorbehälter zur Ausgangsseite 20 hin leicht ab. Dies ist bedingt durch die auftretende Volumenverminderung durch den Vergärungsprozess und dem damit verbundenen biologischen Abbau der biogenen Abfälle. In der Zeichnung ist dies übertrieben dargestellt, während in der Realität dieser Niveauabfall nur einige Zentimeter beträgt.

Der Reaktorbehälter 2 hat eine zylindrische Mantelwand 4 und eine vordere Stirnwand 5, sowie eine rückseitige Stirnwand 6. In den beiden Stirnwänden 5 und 6 ist mittig eine Drehachse 7 des Rührwerkes 3 gelagert. An der Drehachse 7 greifen in regelmässigen, achsialen Abständen Rührarme 8 an. Diese Rührarme 8 sind wiederum in radialer Richtung am Umfang der Drehachse 7 verteilt angeordnet. An jedem Rührarm ist endständig ein als Schaufel dienender, parallel zur Drehachse verlaufender, Profilabschnitt 9 angeschweisst. Selbstverständlich können diese Profilabschnitte 9 auch auf andere Weise an den Rührarmen 8 befestigt sein, doch ist eine unlösbare Verbindung der Profilabschnitte mit den Rührarmen bevorzugt. In der, in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform hat der Reaktorbehälter eine kreiszylindrische Gestalt. Dies ist jedoch keine Bedingung. So kann ein solcher Reaktorbehälter auch lediglich im unteren Bereich eine halbzylindrische Querschnittsform aufweisen, während die obere Hälfte eine rechteckige ödere andere Gestaltungsform haben kann.

Im Eingangsbereich 10 ist in der geheizten Mantelwand 4 eine Speiseöffnung 11 eingelassen. Die Speiseöffnung 11 befindet sich unterhalb dem Füllniveau N. Die Auslassöffnung 12 ist ebenfalls in der geheizten Mantelwand 4 im Endbereich 20 angeordnet. Selbstverständlich befindet sich auch die Auslassöffnung 12 unterhalb der Niveaulinie N und zwar vorzugsweise im tiefsten Bereich des liegenden Fermenters 1. Die Speiseöffnung 11 wird vom Profilabschnitt 9' der am vordersten Rührarm 9' befestigt ist, überstrichen. Die Auslassöffnung 12 wird seinerseits vom Profilabschnitt 9" der am hintersten Rührarm 8" angeschweisst ist, überstrichen. Damit die sedimentierten Stoffe vom Eingangsbereich 10 zum Ausgangsbereich 20 lückenlos gefördert werden können, ist es wesentlich, dass die Länge der Profilabschnitte mindestens der achsialen Distanz zwischen zwei benachbarten Rührarme 8, 8', 8" entspricht.

Die Drehachse 7 des Rührwerkes 3 ist auf beiden Seiten in dichtenden Gleitlagern in den Seitenwänden 5 und 6 gelagert. Einseitig erfolgt der Antrieb der Drehachse über einer Kurbelscheibe 30 an die über einen Mitnehmerbolzen eine hydraulische Kolbenzylindereinheit 31 wirkt. Mittels diesem hydraulischen Antrieb ist eine schrittweise Drehung der Drehachse möglich.

Wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist, wird die Drehachse 7 vorzugsweise als ein Vierkantrohr ausgebildet. Auf den Seitenflächen des Vierkantrohres sind die Rührarme 8 stumpf aufgeschweisst. Die Rührarme 8 werden vorzugsweise aus Doppel-T-Eisen gefertigt. Sie sind auf der Drehachse 7 so aufgeschweisst, so dass die Verbindungsstege der Doppel-T-Eisen jeweils senkrecht zur Längsrichtung des Reaktorbehälters liegen. Dies soll sicher stellen, dass durch die Drehbewegung im Bereich zwischen den beiden parallelen Schenkeln sich nicht Material ablagert, welches sich mit der Umgebung nicht mehr vermischt und folglich nicht mehr weiter transportiert würde.

Aus der Fig. 2 ist auch deutlich erkennbar, dass zwei benachbarte Rührarme 8 jeweils in radialer Richtung um 90° versetzt sind.

Die als Schaufei dienende Abschnitte 9 weisen beispielsweise die Querschnittsform eines L-Profils auf. Sie sind an den Rührarmen 8 jeweils so befestigt, dass der eine Schenkel 17 parallel zum Rührarm 8 an dem er befestigt ist zur Drehachse 7 weist, und der andere Schenkel 18 senkrecht vom Rührarm abstehend in Drehrichtung bis annähernd die Innenfläche an der Mantelwand 4 sich erstreckt.

Vorteilhafterweise wird man die als Schaufeln dienenden Profilabschnitte 9 so bemessen, dass die Arbeitsbreite zweier Profilabschnitte benachbarter Rührarme 8 sich überlappen. Selbstverständlich ist es keineswegs zwingend, dass die Drehachse 7 eine rechteckige Querschnittsform hat, noch dass die als Schaufel dienenden Profilabschnitte 9 die Form eines L-Profiles haben müssen. Die gewählten Formen vereinfachen jedoch die Konstruktion und optimieren gleichzeitig die Funktionsweise.

Es ist aber nicht ausgeschlossen, dass die Profilabschnitte eine U-förmige Querschnittsform haben, wobei die Öffnung des U's in Drehrichtung zeigt.

Claims

Patentansprüche

1. Pfropfstrombetriebener Fermenter (1) zur Vergärung biogener Dickstoff-Abfälle für die Gewinnung von Biogas, bestehend aus einem zylindrischen oder halbzylindrischen, liegenden Reaktorbehälter (2) mit beheizter Mantelwand (4) in dem ein von ausserhalb des Reaktorbehälters getriebenes Rührwerk (3) angeordnet ist, wobei die Drehachse (7) des Rührwerkes in der Längsachse des Reaktorbehälters (2) verläuft und in dessen Stirnseiten (5, 6) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktorbehälter (2) eine Speiseöffnung (11) und eine Auslassöffnung (12) in achsialer Richtung an entgegengesetzten Seiten (10, 20) im gerundeten Bereich der Mantelwand (4) aufweist, und dass an der Drehachse des Rührwerkes mehrere Rührarme (8, 8', 8") in radialer und achsialer Richtung regelmässig verteilt angeordnet sind, wobei an jedem Rührarm endständig je ein als Schaufel dienender, parallel zur Drehachse verlaufender Profilabschnitt (9, 9', 9") angebracht ist, dessen Länge mindestens der achsialen Distanz zwischen zwei benachbarten Rührarmen entspricht, und dass der in der Betreibungsrichtung vorderste Profilabschnitt (9') die Speiseöffnung (11) und der in Betreibungsrichtung letzte Profilabschnitt (9") die Ausgangsöffnung (12) des Reaktorbehälters (2) überstreicht.

2. Fermenter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die als Schaufeln dienenden ProfiI-

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abschnitte (9, 9', 9") so bemessen sind, dass die Arbeitsbreite zweier Profilabschnitte benachbarter Rührarme sich überlappen.

3. Fermenter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei in achsialer Richtung benachbarte Rührarme (8, 8', 8") in radialer Richtung um 90° versetzt an der Drehachse angeordnet sind.

4. Fermenter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die als Schaufeln dienenden Profilabschnitte (9, 9', 9") die Querschnittsform eines L-Profiles aufweisen, die an den Rührarmen so angeordnet sind, dass der eine Schenkel (17) des L-Profiles parallel zum Rührarm an dem er befestigt ist zur Drehachse (7) weist und der andere Schenkel (18) senkrecht vom Rührarm (8, 8', 8") abstehend in Drehrichtung bis annähernd an die Innenfläche der Mantelwand (4) sich erstreckt.

5. Fermenter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (7) als Vierkantrohr ausgebildet ist, auf dessen Seitenflächen die Rührarme (8, 8', 8") stumpf aufgeschweisst sind.

6. Fermenter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rührarme (8, 8', 8") aus Doppel-T-Eisen gefertigt sind, und so an der Drehachse (7) angeordnet sind, dass die Verbindungsstege der Doppel-T-Eisen alle senkrecht zur Längsrichtung des Reaktorbehälters (2) liegen.

7. Fermenter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die als Schaufeln dienenden Profilabschnitte eine U-förmige Querschnittsform aufweisen, und dass jeweils ihre offene Seite in Drehrichtung zeigt.

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