DE19723510C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung biogener Restmassen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung biogener Restmassen

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft ferner eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 19.
Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung sind aus der DE 44 03 391 A1 bekannt. Danach wird die Temperatur- Druck-Hydrolyse (TDH) in einem Rohr-Reaktor durchgeführt. Zur Erzielung eines nennenswerten Durchsatzes sind erhebliche Baugrößen für einen solchen Reaktor erforderlich. Bei einer Zufuhrrate von bspw. 1,7 t biogener Restmasse/Stunde müßte ein solcher Reaktor eine Rohrlänge von mehreren tausend Meter aufweisen.
Aus der DE 43 33 468 A1 ist es bekannt, zur Behandlung von biogenen Restmassen eine temperaturaktivierte Flüssigphasen­ hydrolyse in einem beheizbaren Rohr- oder Kaskaden-Rühr­ werksreaktor durchzuführen. Die Abdichtung der Rührwerks­ wellen solcher Reaktoren ist bei einem - üblicherweise unter hohem Druck stattfindenden - Betrieb problematisch.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereit zustellen, mit denen die Nachteile des Stands der Technik beseitigt werden. Insbesondere soll eine Vereinfachung des Reaktors und ein erhöhter Durchsatz erzielt werden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 19 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den An­ sprüchen 2 bis 18 und 20 bis 36.
Nach Maßgabe der verfahrensseitigen Lösung ist vorgesehen, daß die Temperatur-Druck-Hydrolyse in einem zylindrischen Re­ aktor durchgeführt wird, in dem die zu behandelnde Restmasse in einem radial innenliegenden Zylinderabschnitt axial in ei­ ne erste Richtung und in einem radial außenliegenden Ab­ schnitt axial in eine zweite Richtung strömt, wobei die zwei­ te Richtung der ersten Richtung entgegengesetzt ist. Das er­ möglicht eine kontinuierliche Verfahrensführung mit einem ho­ hen Durchsatz. Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens sind Reaktoren geringer Baugröße realisierbar, die ein­ fach aufgebaut und wartungsfreundlich sind.
Unter biogenen Restmassen im Sinne der Erfindung werden ins­ besondere Kantinenabfälle, Fleischabfälle, Klärschlämme, or­ ganische Industrieabfälle und dgl. verstanden.
Vorteilhafterweise ist die erste Richtung gegen eine Über­ strömöffnung und die zweite Richtung gegen eine Aufgabeöff­ nung gerichtet. An der Aufgabeöffnung wird zweckmäßigerweise ein die Strömung im Reaktor aufrechterhaltender Triebstrahl erzeugt. Das Vorsehen von Rührwerken ist bei einem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Reaktor nicht erfor­ derlich. Die bei der Verwendung von Rührwerken auftretenden Dichtungsprobleme können vermieden werden.
Die Mantelfläche des Reaktors, der als Schlaufenreaktor aus­ geführt sein kann, wird vorteilhafterweise beheizt. Dazu kann sie mit einem heißen Medium, insbesondere Öl, umströmt wer­ den.
Die Strömungsverhältnisse im Reaktor können außer durch den Impulseintrag des Triebstrahls mittels eines in einem axialen Bypass eingeschalteten Regelmittels gesteuert werden. Dabei kann es sich zweckmäßigerweise um eine Pumpe handeln.
Nach der vorrichtungsseitigen Lösung ist vorgesehen, daß die Temperatur-Druck-Hydrolyse in einem zylindrischen Reaktor stattfindet, in dem die zu behandelnde Restmasse in einem ra­ dial innenliegenden Zylinderabschnitt axial in eine erste Richtung und in einem radial außenliegenden Abschnitt axial in eine zweite Richtung strömt. Die erfindungsgemäße Vorrich­ tung ist einfach aufgebaut und wartungsfreundlich. Sie er­ laubt einen hohen Durchsatz.
Nachfolgend wird anhand der einzigen Zeichnung ein Ausfüh­ rungsbeispiel einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Vorrichtung näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt ein schematisches Blockschaltbild.
Biogene Restmasse wird in einem Bioabfall-Behälter 1 gesam­ melt. Sie wird von da aus einem Mazerator bzw. Shredder 2 zu­ geführt. Im Shredder 2 wird die Restmasse auf Partikelgrößen von 10 bis 20 mm zerkleinert. Die zerkleinerte Restmasse ge­ langt dann in einen Anmaischbehälter 3. Dort wird die Restma­ sse mit Flüssigkeit, bspw. im Verhältnis 1 : 10, zur Herstel­ lung einer Suspension verrührt. Ein dem Anmaischbehälter 3 nachgeschalteter Grobfilter 4 dient zur Abtrennung uner­ wünscht großer Partikel. Diese werden zum Shredder 2 zurück­ geführt.
Die Suspension wird sodann mittels einer Hochdruckpumpe 5 über einen ersten Wärmetauscher 6 auf einen Bypass 7 gelei­ tet. Der erste Wärmetauscher 6 wird von heißer Suspension durchströmt, welche einen Reaktor 8 verlassen hat. Die vorer­ wärmte Suspension durchströmt einen im Bypass 7 eingeschalte­ ten zweiten Wärmetauscher 9, der von heißem Thermoöl durch­ strömt wird. Von da gelangt die erwärmte Suspension via einer in einer Aufgabeöffnung 10 vorgesehenen Düse (hier nicht dar­ gestellt) unter gleichzeitiger Bildung eines Triebstrahls in den Reaktor 8. Dabei handelt es sich um einen Schlaufenreak­ tor. Im Inneren des zylindrisch ausgebildeten Reaktorbehäl­ ters befindet sich in koaxialer Anordnung ein Rohr 11. Das Rohr 11 begrenzt einen radial innenliegenden Zylinderab­ schnitt ZA. In diesem Zylinderabschnitt ZA strömt die Suspen­ sion axial in Richtung einer Überströmöffnung 12. Der Über­ strömöffnung 12 kann ein sich senkrecht zur axialen Strö­ mungsrichtung erstreckendes Prallblech (hier nicht gezeigt) vorgelagert sein. Im Bereich des Reaktorkopfs wird die Strö­ mung um 180° nach außen umgelenkt. Die Suspension strömt dann in einem radial außenliegenden Abschnitt AA, nämlich zwischen dem Rohr 11 und der Mantelfläche 13 des Behälters, axial in Richtung der Aufgabeöffnung 10. In der Nähe der Aufgabeöff­ nung 10 wird die Strömung um 180° nach innen umgelenkt; die Suspension wird wiederum dem Zylinderabschnitt ZA zugeführt. Durch die Überströmöffnung 12 entweicht kontinuierlich die Menge an Suspension, die dem Reaktor 8 durch die Aufgabeöff­ nung 10 zugeführt wird. Die Strömungsverhältnisse im Reaktor 8, insbesondere die Geschwindigkeit der koaxialen Umwälzung der Suspension, können durch eine im Bypass 7 eingeschaltete Pumpe 7A beeinflußt werden.
Der Mantel des Reaktors 8 ist weitgehend doppelwandig ausge­ bildet. Im durch die Doppelwand gebildeten Zwischenraum strömt zur Beheizung der Mantelfläche 13 heißes Thermalöl. Das Thermalöl wird in einem Thermalölerhitzer 14 mittels ei­ nes Brenners 15 oder elektrisch erhitzt. Es wird im Kreislauf über den zweiten Wärmetauscher 9 und die Mantelfläche 13 ge­ führt.
Die Temperatur-Druck-Hydrolyse wird im Reaktor 8 bei einer Temperatur von maximal 250°C durchgeführt. Der Druck liegt dabei so weit über dem Dampfdruck der Suspension, daß die flüssige Phase aufrechterhalten bleibt.
Die den Reaktor 8 durch die Überströmöffnung verlassende Sus­ pension gelangt über den ersten Wärmetauscher 6 in eine Strippkolonne 16. Dort wird der Druck auf etwa 1,5 bar ent­ spannt. Hydrolysegas wird mittels einer Einrichtung 17 zum Abziehen von Hydrolysegas abgezogen. Der in der Suspension verbleibende Feststoff kann in einem optional vorgesehenen Dekanter 18 abgetrennt werden. Die Suspension bzw. die Flüs­ sigkeit wird sodann einem Vorlagebehälter 19 und von da einem Fermenter 20 zugeführt. Im Fermenter 20 werden die organi­ schen Restsubstanzen unter Einwirkung anaerober Mikroorganis­ men unter Bildung von Biogas weiter abgebaut. Das entstehende Trübwasser kann zur Herstellung neuer Suspension dem An­ maischbehälter 3 über eine Verbindungsleitung 22 zugeführt oder als Endprodukt dem Prozeß entzogen werden. Sofern es dem Prozeß entzogen wird, besteht die Möglichkeit, mittels eines statischen Eindickers 21 den Feststoffgehalt im Trübwasser weiter zu reduzieren.
Bezugszeichenliste
1
Bioabfall-Behälter
2
Shredder
3
Anmaischbehälter
4
Grobfilter
5
Hochdruckpumpe
6
erster Wärmetauscher
7
Bypass
7
A Pumpe
8
Reaktor
9
zweiter Wärmetauscher
10
Aufgabeöffnung
11
Rohr
12
Überströmöffnung
13
Mantelfläche
14
Thermalölerhitzer
15
Brenner
16
Strippkolonne
17
Einrichtung zum Abziehen von Hydrolysegas
18
Dekanter
19
Vorlagebehälter
20
Fermenter
21
statischer Eindicker
22
Verbindungsleitung
ZA Zylinderabschnitt
AA radial außenliegender Abschnitt

Claims (36)

1. Verfahren zur Behandlung biogener Restmassen, wobei die Restmasse einer Temperatur-Druck-Hydrolyse (TDH) unterzo­ gen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur- Druck-Hydrolyse in einem zylindrischen Reaktor (8) durch­ geführt wird, in dem die zu behandelnde Restmasse in ei­ nem radial innenliegenden Zylinderabschnitt (ZA) axial in eine erste Richtung und in einem radial außenliegenden Abschnitt (AA) axial in eine zweite Richtung strömt, wo­ bei die zweite Richtung der ersten Richtung entgegenge­ setzt ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Richtung gegen eine Überströmöffnung (12) und die zweite Richtung gegen eine Aufgabeöffnung (10) gerichtet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei an der Aufgabeöffnung (10) ein die Strömung im Reaktor (8) aufrechterhaltender Triebstrahl erzeugt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Reaktor (8) ein Schlaufenreaktor verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mantelfläche (13) des Reaktors (8) beheizt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Mantelfläche (13) zum Beheizen mit einem heißen Medium umströmt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Strömungsverhältnisse im Reaktor (8) mittels eines in einen axialen Bypass (7) eingeschalteten Regelmittels be­ einflußt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Regelmittel eine Pumpe (7A) ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Restmasse vor der Temperatur-Druck-Hydrolyse (TDH) auf Partikelgrößen von 10-50 mm zerkleinert wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Restmasse in Flüssigkeit suspendiert wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Suspension auf höchstens 15% Trockensubstanz eingestellt wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Suspension vor dem Eintritt in den Reaktor (8) er­ wärmt wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor dem Eintritt in den Reaktor (8) Fettphasen aus der Suspension abgeschieden werden.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Druck nach der Temperatur-Druck-Hydrolyse in einer Strippkolonne (16) entspannt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei in der Strippkolonne (16) Hydrolysegas abgezogen wird.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei aus der Strippkolonne (16) abgezogene Suspension unter Einwirkung anaerober Mikroorganismen unter Bildung von Biogas umgesetzt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei bei der Umsetzung ent­ stehendes Biogas als Energieträger zur Erwärmung der Sus­ pension und/oder zum Beheizen des Reaktors (8) verwendet wird.
18. Verfahren nach Anspruch 16, wobei bei der Umsetzung ge­ bildetes Wasser zur Herstellung der Suspension verwendet wird.
19. Vorrichtung zur Behandlung biogener Restmassen, wobei die Restmasse einer Temperatur-Druck-Hydrolyse (TDH) unterzo­ gen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur- Druck-Hydrolyse in einem zylindrischen Reaktor (8) statt­ findet, in dem die zu behandelnde Restmasse in einem ra­ dial innenliegenden Zylinderabschnitt (ZA) axial in eine erste Richtung und in einem radial außenliegenden Ab­ schnitt (AA) axial in eine zweite Richtung strömt, wobei die zweite Richtung der ersten Richtung entgegengesetzt ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei die erste Richtung gegen eine Überströmöffnung (12) und die zweite Richtung gegen eine Aufgabeöffnung (10) gerichtet ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die Aufgabeöffnung eine Düse zur Erzeugung eines die Strömung im Reaktor (8) aufrechterhaltenden Triebstrahls aufweist.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei der Reaktor (8) ein Schlaufenreaktor ist.
23. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 19 bis 22, wobei die Mantelfläche (13) des Reaktors (8) be­ heizbar ist.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei der Mantel des Reak­ tors (8) zumindest abschnittsweise doppelwandig ausgebil­ det ist, so daß die Mantelfläche (13) mit einem heißen Medium umströmbar ist.
25. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 19 bis 24, wobei der Reaktor (8) mit einem axial verlaufen­ den Bypass (7) versehen ist, in den ein Regelmittel ein­ geschaltet ist.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei das Regelmittel eine Pumpe (7A) ist.
27. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 19 bis 26, wobei eine dem Reaktor (8) vorgeschaltete Ein­ richtung (2) zum Zerkleinern der Restmasse auf Partikel­ größen von 10-50 mm vorgesehen ist.
28. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 19 bis 27, wobei der Einrichtung (2) zum Zerkleinern ein An­ maischbehälter (3) nachgeschaltet ist, in dem die Restma­ sse in Flüssigkeit suspendierbar ist.
29. Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei die Suspension im An­ maischbehälter (3) auf höchstens 15% Trockensubstanz ein­ stellbar ist.
30. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 19 bis 29, wobei eine dem Reaktor (8) vorgeschaltete Ein­ richtung (6, 9, 14, 15) zur Erwärmung der Suspension vor­ gesehen ist.
31. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 19 bis 30, wobei eine dem Reaktor (8) vorgeschaltete Ein­ richtung zur Abscheidung von Fettphasen vorgesehen ist.
32. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 19 bis 31, wobei eine dem Reaktor (8) nachgeschaltete Strippkolonne (16) vorgesehen ist.
33. Vorrichtung nach Anspruch 32, wobei die Strippkolonne (16) eine Einrichtung (17) zum Abziehen von Hydrolysegas aufweist.
34. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 19 bis 33, wobei ein Fermenter (20) zur Umsetzung unter Ein­ wirkung anaerober Mikroorganismen von aus der Strippko­ lonne (16) abgezogener Suspension vorgesehen ist.
35. Vorrichtung nach Anspruch 34, wobei eine Einrichtung (6, 9, 14, 15) zur Erwärmung der Suspension (16) und/oder zum Beheizen des Reaktors (8) vorgesehen ist, die mit bei der Umsetzung entstehendem Biogas betreibbar ist.
36. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 19 bis 35, wobei bei zwischen dem Fermenter (20) und dem An­ maischbehälter (3) eine Verbindungsleitung (22) vorgese­ hen ist.
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