DD228535B1

DD228535B1 - Verfahren zum abfahren und inertisieren von biogasanlagen

Info

Publication number: DD228535B1
Application number: DD84269562A
Authority: DD
Inventors: Hartmut Weissgaerber; Volkmar Heimbold
Original assignee: Dresden Komplette Chemieanlag
Priority date: 1984-11-16
Filing date: 1984-11-16
Publication date: 1989-08-02
Also published as: DD228535A1

Description

-Titel der Erfindung

Verfahren zum Abfahren und Inertisieren von Biogasanlagen

Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abfahren von Biogasanlagen bei gleichzeitiger Inertisierung der Gasräume der Biogasreaktoren, insbesondere größerer Biogasanlagen, in denen Abwasser und Gülle aus Anlagen der Land-, Wasser- und Kommunalwirtschaft aufgearbeitet werden und dabei Biogas produziert wird·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Das Abfahren von Biogasanlagen bereitet in der Praxis Probleme, weil die Produktion von Biogas unterbrochen werden muß. Außerdem soll die Aktivität des Faulschlammes im Biogasreaktor weitgehend erhalten bleiben, um ein .Yxederanfahren der Anlage schnell zu ermöglichen.

Vermischt sich das methanhaltige Biogas mit Luft infolge des Üffnens des 3iogasreaktors, entsteht ein explosibles Gasgemisch.

Explosionsgefahr besteht bei einem Methangehalt von 4,9 bis 15,4 Volumen-^ und einem Sauerstoffanteil von größer als 12 Volumen-^·

Um dieser Gefahr zu begegnen, ist es bereits bekannt, vor dem Abfahren der Anlage und dem öffnen des Biogasreaktors eine Inertisierung im Gasraum dos Biogasreaktors durchzuführen. Diese erfolgt durch das einblasen von sogenanntem Inertgas wie Stickstoff und Motorabgasen in den Gasraum. Dabei müssen aber erhebliche Nachteile in Kauf genommen werden.

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Um die Biogasproduktion stark zu reduzieren und damit die Bildung explosibler Gasmischungen zu vermeiden, sind große Mengen Inertgas, d. h. das 20fache der Biogasmenge, nötig. Außerdem erfordert die Inertisierung mittels Inertgas einen hohen Zeitaufwand von ca. 10-14 Tagen ohne Substratzuspeisung.

Darüber hinaus steht Inertgas nicht immer zur Verfugung und dessen Bereitstellung erfordert zusätzliche Kosten. Durch die Zuführung von Inertgas erfolgt auch nur eine Verdünnung des Biogases. Ein sicheres Abfahren der Biogasanlage ist nicht möglich.

Andere, technisch zufriedenstellende Lösungen zum gefahrlosen Abfahren von Biogasanlagen bei gleichzeitiger Inertisierung sind nicht bekannt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, das Abfahren von Biogasanlagen bei gleichzeitiger Inertisierung ohne zusätzlichen Hinsatz von Inertgas explosionssicher und effektiv durchzuführen.

Darlegung des .Vesens der Erfindung

- Aufgabe

Oer Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Abfahren und gleichzeitigen Inertisieren von Biogasanlagen zu entwickeln, bei dem die Bildung explosibler Gasgemische verhindert, der Faulschlamm nicht vergiftet wird und seine Aktivität für eine schnelle V/iederinbetriebnahme der Biogasanlage weitgehend erhalten bleibt.

- Merkmale

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, indem Luft direkt in den anaerob behandelten sowohl anaerobe als auch aerobe Mikroorganismen enthaltenden Faulschlamm eingeblasen, darin dispergiert und großräumig verteilt wird. Damit wird eine lange Aufenthaltszeit der Luftblasen im Faulschlamm gewährleistet. Durch die bekannte Empfindlich-

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keit der Methanbakterien gegenüber dem in der Luft enthaltenen Sauerstoff wird die Methanproduktion reduziert bzw. unterbunden. Das heißt, die anaeroben Mikroorganiswerden inaktiviert. Gleichzeitig wird durch die im Faulschlamm enthaltenen aeroben Mikroorganismen ein Teil Sauerstoff der zugeführten Luft veratmet (aufgezehrt). Das für die Sauerstofflöslichkeit erforderliche Partialdruckgefälle im Faulschlamm wird damit aufrechterhalten. Dabei wird Kohlendioxid gebildet, welches zusammen mit dem verbleibenden Stickstoff und Sauerstoff - falls dieser nicht vollständig veratmet wurde - in den Gasraum des Biogasreaktors gelangt, wodurch der Gasraum des Siogasreaktors inertisiert wird. Der Sauerstoffpartialdruck im gebildeten Gasgemisch steigt dadurch an. Die Lufteinblasung in den Faulschlamm geschieht derart, da» die maximale Konzentration des Sauerstoffes im gebildeten Gasgemisch, welches aus Biogas und Abluft aus dem biochemischen Prozeß besteht, 6 Volumen-;o nicht übersteigt. Durch diese gesteuerte Sauerstoffzuführung ist ein genügender Sicherheitsabstand zum Explosionsbereich gegeben.

Die Lufteinblasung erfolgt über den Druck- oder Saugstutzen einer an den 3iogasreaktor angeschlossenen Umwälzpumpe. Die dadurch erzeugte Gas-Flüssigkeits-Mischung ivird vorzugsweise in Bodennähe des Biogasreaktors mit hoher Geschwindigkeit eingetragen, wodurch die Dispergierung der Gasblasen sowie die großräumige Durchmischung des Reaktorinhaltes ermöglicht wird.

es ist aber auch möglich, die Luft .in die Druckleitung dor Umwälzgasleitung eines an den Biogasreaktor angeschlossenen Gebläses einzuleiten, wenn eine Homogenisierung des Reaktorinhaltes durch Umwälzung von 3iogas erfolgt. In diesem Fall tritt aber durch eine verminderte Dispergierung des Gas-Luft-Gemisches im Faulschlamm eine Verzögerung des Inertisierungsvorganges ein. Die Umwälzfahrweise des Siogases zwischen dem 3iogasr3aktor und ihm nachgeschalteten Rohrleitungen und Apparaten ermöglicht, dao

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diese nachgescnalteten Einrichtungen gleichzeitig mit inert is ie rt werden.

Vorteilhaft läiSt sich das Verfahren zum Abfahren und Incrtisieren beschleunigen, wenn vor dem einblasen der Luft der anaerob behandelte Faulschlamm mit frischem Substrat, das aerobe Mikroorganismen enthält, beimpft wird. Das Substrat kann dabei obligat aerobe Mikroorganismen enthalten, was bei Gülle der Fall ist. Das Substrat kann aber auch fakultativ aerobe Mikroorganismeen, oder auch eine Kombination beider enthalten.

Durch die aerob lebenden Mikroorganismen wird die bereits vorstehend beschriebene Sauerstoffauszehrung beschleunigt.

Folgende positiven Wirkungen werden mit dem erfindungsgeraäßen Verfahren erzielt :

Durch den Lufteintrag erfolgt zunächst eine Vermischung der Luft mit dem methanhaltigen Biogas, wodurch der Partialdruck des Sauerstoffs in diesem Gasgemisch ansteigt. Im Faulschlamm wird gleichzeitig Sauerstoff entsprechend dem Partialdruck gelöst. Durch die Empfindlichkeit der methanproduzierenden Bakterien gegenüber Sauerstoff kommt der BiogasbildungsprozeS allmählich zum erliegen, so daß der Elethangohalt im Gasgemisch langsam sinkt. Bei einem Methangehalt von kleiner 2 Volumen-;o ist der Inertisierungsvorgang beendet. Der Biogasreaktor kann ohne Gefahr geöffnet werden· Das wird dadurch erreicht, da3 'mittels aerober bzw. fakultativ aerober fükroorganismen der Sauerstoff aus den Luftblasen zu einem Teil ausgezehrt wird und Kohlendioxid dabei als Reaktionsprodukt entsteht. Es ist völlig überraschend, daß diese Sauerstoffzehrung überaus groß ist und sehr schnell vonstatten geht. Dadurch ist es möglich, den Abfahrprozeß außerhalb des cxplosionsbereiches durchzuführen. Ss ist weiterhin überraschend, daß für die Dauer der Inertisierung nebeneinander sowohl aerobe als auch anaerobe Stoffwecnselvorgange ablaufen. In die Biogasanlage, die neben dem Faulschlamm brennbares 3iogas ent-

hält, kann dadurch Luft eingeblasen werden und damit trotzdem ein explosionssicheres, inertisiertes Abfahren ermöglicht werden.

Der Vorteil der Erfindung besteht auch darin, daS der Faulschlamm infolge seiner Sauerstoffbehandlung seine Aktivität nicht verloren hat. Oie Biogasproduktion ist nur vorübergehend unterbrochen. Nach erneuter Schaffung eines anaeroben Milieus setzt die Biogasproduktion mieder ein.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

In einem Biogasreaktor mit einem Gesamtvolumen von 600 m . befinden sich 480 m° Faulschlamm aus Gülle von Schweinestall-Anlagen. Der Faulschlamm besitzt einen Trockensub-Stanzanteil von 6 bis 7 %.

Soll die Behandlung der Gülle abgebrochen und.der Biogasreaktor geöffnet werden, wird zunächst mindestens 70 m kalte, unbehandelte Gülle, die in jedem Fall ausreichend aerobe Mikroorganismen enthält, zugegeben.

Dadurch wird eine Temperaturabsenkung von mindestens 2 !< erreicht, die einen Rückgang der Biogasproduktion von ca^;. 20 bis 25 % zur Folge hat.

Anschließend bläst man 30 m /h Luft in die Saug- oder Druckleitung einer an den Reaktor angeschlossenen Umwälzpumpe.

Die Leitung endet mit einer Düse am Boden des Reaktors, in der eine Austrittsgeschwindigkait von ca. 10 m/s erreicht wird. Die Luftmenge wird nach 4 bis 5 Stunden auf ca. 120 m^/h erhöht. Das Einblasen der Luftmenge wird so einreguliert, daß die Sauerstoffkonzentration im entstehenden Biogas-Luft-Gemisch 6 Volumen-Ja nicht übersteigt. Damit ist ein genügender Sicherheitsabstand zum Explosionsbereich gegeben, der für Methan-Stickstoff-Gemische bei minimal 12 Volumen-^ liegt. Diese Art der Luftzufuhr gewährleistet, daß die Blasen dispergiert und großräumig im Faulschlamm verteilt werden. Damit wird eine längs Aufenthaltszeit der

Luftblasen beim Aufsteigen im Faulschlamm erreicht, und es kommt zu einer weitgehenden Lösung des Sauerstoffs im Faulschlamm. Das Aufbrauchen des Sauerstoffs durch die aerob lebenden Mikroorganismen hält das für die Sauerstofflöslichkeit erforderliche Partialdruckgefälle im Faulschlamm aufrecht. Die Steigerung der Luftmenge führt zu einer Anhebung des Sauerstoffpartialdruckes und einer Inaktivierung der gegenüber Sauerstoff empfindlichen methanbildenden Bakterien, so daß der Nethangehalt weiter sinkt.

Dabei wird eine ständige Kontrolle des Methan- und Sauerstof fgehaltes am Biogasausgang des Reaktors durchgeführt. Die erforderliche Luftmengenregelung erfolgt entsprechend der gemessenen Sauerstoffkonzentration im Biogas-Abluft-Gemisch von Hand.

Bei einem Methangehalt des Gases von kleiner 2 Volumen-^ wird der Inertisierungsvorgang abgebrochen. Dies geschieht etwa nach 10 bis 15 h.

Nun kann der Reaktor gefahrlos geöffnet werden. Es erfolgt aber eine weitere Belüftung, um die Ansammlung explosibler Gemische infolge erneuter Methanbildung zu verhindern.

Der Vorteil dieser Lösung besteht darin, daß das Abfahren der Biogasanlagen bei gleichzeitiger Inertisierung ohne die Bereitstellung von Inertgas erfolgt, dabei explosionssicher gearbeitet und ein nur geringer apparativer Aufwand benötigt wird.

Durch diese Behandlung wird der Faulschlamm nicht vergiftet. Seine Aktivität bleibt weitgehend erhalten.

Claims

Patentanspruch

1. Verfahren zum Abfahren und Inertisieren von Biogasanlagen in denen Gülle- und Abwasserschlämme anaerob aufgearbeitet werden und durch Zufuhr von Gasen die BiI-dung explosibler Gasgeraische vermieden wird, gekennzeichnet dadurch, daß Luft direkt in den aerobe und anaerobe Mikroorganismen enthaltenden Faulschlamm derart eingeblasen, dispergiert und großräumig verteilt wird, daß im gebildeten, aus der Biogasanlage austretenden Gasgemisch die maximale Sauerstoffkonzentration 6 Volumen-7j nicht übersteigt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daS vor dem Einblasen von Luft, frisches, obligat und/oder fakultativ aerob mikroorganismenhaltiges Substrat dem Faulschlamm zugeführt '.vird.