CH686085A5

CH686085A5 - Pfropfstrombetriebener fermenter with an agitator.

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 CH 686 085 A5

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Beschreibung description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen pfropf-strombetriebenen Fermenter zur Vergärung bioge-ner Dickstoff-Abfälle für die Gewinnung von Biogas, gemäss Oberbegriff des Patentanspruches 1. The present invention relates to a graft-operated fermenter for the fermentation of biogenous thick matter waste for the production of biogas, according to the preamble of claim 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. EP-A 0 476 217 discloses a fermenter operated by graft flow, which has a horizontal reactor vessel with a heated jacket wall, and in which an agitator is arranged which is driven from outside the reactor vessel. The axis of rotation of the agitator runs in the longitudinal axis of the reactor vessel and is mounted in the end face thereof.

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. Fermenters of this type with a horizontal, inclined reactor vessel are known from various publications. For example, EP-A 0 241 357 shows a graft-operated fermenter in which the biogenic waste to be fermented in the reactor vessel itself is conveyed by means of an oscillating rake. A rotating agitator is therefore not required. DE-A 2 535 756, on the other hand, shows a fermenter of the type mentioned at the outset with a stirrer mounted in the longitudinal axis. The fermenter described here mainly works with liquid waste in which a proportion of solids float. The agitator therefore does not have a transporting function, but only serves the most homogeneous mixing possible. The entry of the biogenic waste takes place either through the end wall on the input side or vertically through the jacket wall of the reactor vessel. The degraded biogenic waste is always discharged through the end wall of the reactor vessel. If stones, sand or other large amounts of solid get into such a fermenter, they can settle on the bottom or block the feed opening or outlet opening of the reactor vessel. This problem, however, is not particularly great in this embodiment and the corresponding operating mode, since, as already mentioned, the fermenter works in the liquid phase and is additionally inclined from the entrance to the exit.

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. A similar structure of a fermenter is shown in DE-A 3 228 895. The reactor vessel is again inclined and the waste to be fermented enters through the end wall on the inlet side and through the opposite end wall on the outlet side. An agitator is not provided since the reactor vessel itself is mounted in a rotating manner. The problem of sedimenting components depositing on the outlet side and the possibility of clogging the outlet opening are not discussed.

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. The document EP-A 0 476 217 already mentioned at the beginning shows all the elements according to the preamble of claim 1. The agitator itself consists of a simple axis of rotation which runs in the longitudinal axis of the reactor vessel and on which various agitator arms are arranged. These stirring arms are intended to circulate the material to be fermented, so that the same can be loosened and improved degassing can take place. It has now been shown that with the biogenic thick waste to be fermented, stones, sand and larger pieces of wood are inevitably also introduced into the reactor vessel. These foreign substances migrate in the graft stream of the waste to be fermented and sediment more slowly or faster depending on their weight and size. A layer of sand, gravel and stones can build up on the bottom of the reactor vessel for weeks or months. This would form an insulating layer that would cause the room temperature in the reactor vessel to drop if this temperature were not readjusted. However, since the temperature in the jacket of the heated reactor vessel subsequently rises everywhere, the temperature of the reactor wall in the area above the sedimentation layer is too high. This leads to the destruction of the methane bacteria important for fermentation in these overheated areas. The efficiency of the entire fermenter drops correspondingly with an increased energy requirement. The agitator arms only move this sedimentation layer outside of its effective range without, however, in turn entering and promoting it in the waste to be fermented. Another problem is that larger and larger amounts of solid matter, such as roots or branches, are repeatedly introduced into the reactor vessel, which can lead to blockages both in the area of the feed opening and the outlet opening and thus also reduce the efficiency of the fermenter until the blockage occurs dissolves through the progress of decomposition.

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. Since a corrective intervention in the closed, anaerobically operating reactor vessel of the fermenter is hardly possible, it is extremely important to find a solution to this problem.

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. The present invention solves this problem with a fermenter according to the features of claim 1. The solution consists in particular in the combination of the specially designed stirring arms and the special arrangement of the feed opening and outlet opening for the biogenic thick waste to be fermented in the jacket wall of the reactor vessel, specifically within the effective range of the stirring arms designed according to the invention.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsformen des erfindungsgemässen Fermenters sind in den abhängigen Patentansprüche dargelegt und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Further advantageous embodiments of the fermenter according to the invention are set out in the dependent claims and explained in the following description.

In der anliegenden Zeichnung ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Fermenters dargestellt und in der Beschreibung detai-liert erläutert. In the accompanying drawing, a preferred embodiment of the fermenter according to the invention is shown and explained in detail in the description.

Fig. 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch den erfindungsgemässen Fermenter und Fig. 1 shows a schematic longitudinal section through the fermenter according to the invention and

Fig. 2 einen Querschnitt durch denselben Fermenter nach Fig. 1 entlang der Linie B-B in grösserem Massstab. Fig. 2 shows a cross section through the same fermenter according to Fig. 1 along the line B-B on a larger scale.

Fig. 3 zeigt ein Detail eines Rührarmes in einem nochmals grösseren Massstab. Fig. 3 shows a detail of an agitator arm on an even larger scale.

Der Fermenter ist gesamthaft mit der Bezugszahl The fermenter is overall with the reference number

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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. 1 marked. This essentially comprises a reactor vessel 2 and an agitator 3. The reactor vessel 2 is filled with biogenic waste A up to a level N. The level N drops slightly from the inlet side 10 of the reactor vessel to the outlet side 20. This is due to the volume reduction that occurs through the fermentation process and the associated biodegradation of the biogenic waste. This is exaggerated in the drawing, while in reality this drop in level is only a few centimeters.

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. The reactor vessel 2 has a cylindrical jacket wall 4 and a front end wall 5, as well as a rear end wall 6. In the two end walls 5 and 6, an axis of rotation 7 of the agitator 3 is mounted centrally. Stirring arms 8 engage the axis of rotation 7 at regular, axial intervals. These stirring arms 8 are in turn distributed in the radial direction on the circumference of the axis of rotation 7. A profile section 9, which serves as a blade and runs parallel to the axis of rotation, is welded to the end of each stirring arm. Of course, these profile sections 9 can also be fastened to the stirring arms 8 in other ways, but an inseparable connection of the profile sections to the stirring arms is preferred. In the embodiment shown in the drawing, the reactor vessel has a circular cylindrical shape. However, this is not a requirement. Such a reactor vessel can also have a semi-cylindrical cross-sectional shape only in the lower region, while the upper half can have a rectangular or other design.

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. In the entrance area 10, a feed opening 11 is let into the heated jacket wall 4. The feed opening 11 is located below the filling level N. The outlet opening 12 is likewise arranged in the heated jacket wall 4 in the end region 20. Of course, the outlet opening 12 is also located below the level line N, preferably in the deepest area of the lying fermenter 1. The feed opening 11 is swept by the profile section 9 'which is attached to the foremost stirring arm 9'. The outlet opening 12 is in turn swept by the profile section 9 "which is welded to the rearmost stirring arm 8". In order that the sedimented substances can be conveyed from the entrance area 10 to the exit area 20 without gaps, it is essential that the length of the profile sections corresponds at least to the axial distance between two adjacent stirring arms 8, 8 ', 8 ".

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. The axis of rotation 7 of the agitator 3 is mounted on both sides in sealing slide bearings in the side walls 5 and 6. On one side, the axis of rotation is driven by a crank disk 30, on which a hydraulic piston-cylinder unit 31 acts via a driving pin. This hydraulic drive enables a gradual rotation of the axis of rotation.

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. As can be seen from FIG. 2, the axis of rotation 7 is preferably designed as a square tube. The stirring arms 8 are butt-welded onto the side surfaces of the square tube. The stirring arms 8 are preferably made of double T-iron. They are welded onto the axis of rotation 7 so that the connecting webs of the double T-bars are each perpendicular to the longitudinal direction of the reactor vessel. This is to ensure that the rotary movement in the area between the two parallel legs does not deposit material that no longer mixes with the surroundings and would therefore no longer be transported.

Aus der Fig. 2 ist auch deutlich erkennbar, dass zwei benachbarte Rührarme 8 jeweils in radialer Richtung um 90° versetzt sind. From FIG. 2 it can also be clearly seen that two adjacent stirring arms 8 are each offset by 90 ° in the radial direction.

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. The sections 9 serving as a shovel have, for example, the cross-sectional shape of an L-profile. They are each attached to the agitator arms 8 in such a way that one leg 17 is parallel to the agitator arm 8 to which it is attached to the axis of rotation 7 and the other leg 18 extends perpendicularly from the agitator arm in the direction of rotation until approximately the inner surface on the jacket wall 4 extends .

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. The profile sections 9 serving as blades are advantageously dimensioned such that the working width of two profile sections of adjacent stirring arms 8 overlap. Of course, it is in no way imperative that the axis of rotation 7 has a rectangular cross-sectional shape, nor that the profile sections 9 serving as a blade must have the shape of an L-profile. However, the selected shapes simplify the construction and at the same time optimize the functionality.

Es ist aber nicht ausgeschlossen, dass die Profilabschnitte eine U-förmige Querschnittsform haben, wobei die Öffnung des U's in Drehrichtung zeigt. However, it is not excluded that the profile sections have a U-shaped cross-sectional shape, the opening of the U pointing in the direction of rotation.

Claims

1. Graft-operated fermenter (1) for fermenting biogenic thick matter waste for the production of biogas, consisting of a cylindrical or semi-cylindrical, lying reactor vessel (2) with a heated jacket wall (4) in which an agitator (3) driven from the outside of the reactor vessel is arranged The axis of rotation (7) of the agitator runs in the longitudinal axis of the reactor vessel (2) and is mounted in the end faces (5, 6) thereof, characterized in that the reactor vessel (2) has a feed opening (11) and an outlet opening (12 ) in the axial direction on opposite sides (10, 20) in the rounded area of the casing wall (4), and that several stirring arms (8, 8 ', 8 ") are regularly distributed in the radial and axial direction on the axis of rotation of the agitator, at each end of each stirring arm a profile section (9, 9 ', 9 ") serving as a blade and running parallel to the axis of rotation is attached, the length of which is at least corresponds to the axial distance between two adjacent agitator arms, and that the profile section (9 ') which is foremost in the operating direction sweeps over the feed opening (11) and the last profile section (9 ") in the operating direction covers the outlet opening (12) of the reactor vessel (2).

2. Fermenter according to claim 1, characterized in that the professional serving as blades

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sections (9, 9 ', 9 ") are dimensioned so that the working width of two profile sections of adjacent stirring arms overlap.

3. Fermenter according to claim 1, characterized in that in each case two stirring arms (8, 8 ', 8 ") which are adjacent in the axial direction are arranged offset in the radial direction by 90 ° on the axis of rotation.

4. Fermenter according to claim 1, characterized in that the serving as blades profile sections (9, 9 ', 9 ") have the cross-sectional shape of an L-profile, which are arranged on the stirring arms so that the one leg (17) of the L -Profiles parallel to the agitator arm to which it is attached to the axis of rotation (7) and the other leg (18) extends perpendicularly from the agitator arm (8, 8 ', 8 ") in the direction of rotation extending approximately to the inner surface of the casing wall (4) .

5. Fermenter according to claim 3, characterized in that the axis of rotation (7) is designed as a square tube, on the side surfaces of which the stirring arms (8, 8 ', 8 ") are butt-welded.

6. Fermenter according to claim 1, characterized in that the stirring arms (8, 8 ', 8 ") are made of double T-iron, and are arranged on the axis of rotation (7) such that the connecting webs of the double T- Irons are all perpendicular to the longitudinal direction of the reactor vessel (2).

7. Fermenter according to claim 1, characterized in that the profile sections serving as blades have a U-shaped cross-sectional shape, and that in each case their open side points in the direction of rotation.

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