DE102007061137B4

DE102007061137B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Umwandlung von bei der Ethanolproduktion als Abfallprodukt anfallender Fermentationsbrühe in Biogas

Info

Publication number: DE102007061137B4
Application number: DE102007061137A
Authority: DE
Inventors: Dr. Friedmann Hans
Original assignee: Agraferm Technologies AG
Current assignee: Agraferm Technologies AG
Priority date: 2007-12-19
Filing date: 2007-12-19
Publication date: 2011-12-15
Anticipated expiration: 2027-12-20
Also published as: ES2409211T3; US20090176289A1; EP2072615A2; PL2072615T3; CA2646377C; DE102007061137A1; EP2581439A1; EP2072615B1; EP2072615A3; US8962309B2; CA2646377A1

Abstract

Vorrichtung zur Umwandlung von bei der Ethanolproduktion als Abfallprodukt anfallender Fermentationsbrühe in Biogas, die aufweist – eine Separationseinrichtung (2) zur Auftrennung der Fermentationsbrühe in eine Dünnfraktion und eine Dickfraktion, wobei die Dünnfraktion einen kleineren Trockenmasse-Anteil als die Dickfraktion aufweist, – zumindest zwei Biogasreaktoren (3, 4), wobei der erste Biogasreaktor (3) zum Vergären der Dünnfraktion ausgebildet ist, der im folgenden als Dünnstofffermenter (3) bezeichnet wird, und der zweite Biogasreaktor (4) zum Vergären der Dickfraktion ausgebildet ist, der im folgenden als Dickstofffermenter (4) bezeichnet wird, – einen Lagertank (5) zum Sammeln des in den Biogasreaktoren (3, 4) erzeugten Biogases und der Reaktorabläufe, – einen Leitungsabschnitt (9.3) zum Transport der Dünnfraktion von der Seperationseinrichtung (2) in einen Dünnfraktionsvorratstank (11) und einen Leitungsabschnitt (9.6), der den Dünnfraktionsvorratstank (11) mit dem Dünnstofffermenter (3) verbindet; und – einen Leitungsabschnitt (9.10) zum Transport der Dickfraktion von der Seperationseinrichtung (2) in einen Dickfraktionsvorratstank...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Umwandlung von bei der Ethanolproduktion als Abfallprodukt anfallender Fermentationsbrühe in Biogas.
Aus der EP 1 790 732 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verwertung von Fermentationsbrühe bei der Alkoholproduktion bekannt. Gemäß diesem Verfahren werden unlösliche Anteile durch Zentrifugieren aus der unbearbeiteten Fermentationsbrühe entfernt. Fein verteilte Bestandteile werden vom flüssigen Anteil durch Luftflotation, Zentrifugieren, Vakuumfiltration oder einer Kombination dieser Verfahren im zweiten Trennschritt getrennt. Eingedickte dichte Anteile (Dickschlempe) aus beiden dieser Trennschritte haben einen niedrigen Salzgehalt und werden zu Futter mit hohem Nährwert weiter verarbeitet. Flüssige Anteile (Dünnschlempe) aus beiden Trennschritten werden unter kontrollierten Bedingungen gemischt und angesäuert bis sich ein pH-Wert zwischen 4,8 und 9,2 einstellt. Dann werden sie für einen anaeroben Faulprozess in einen anaeroben Hochlastbiogasfermenter zusammen mit Biomasse eingebracht. Die Biomasse besteht aus acetogenen und methanogenen Bakterien, wobei die anaerobe Faulung bei Temperaturen zwischen 25°C und 40°C durchgeführt wird. Die Beladungsraten des mesophilen anaeroben Hochlastfermenters betragen zwischen 3 und 70 kg_oTM/(m³d). Die angesammelte Dickschlempe wird entfernt und getrocknet. Vom Fermenter abgegebenes Biogas wird biologisch entschwefelt, wobei elementarer Schwefel als Nebenprodukt entsteht. Das Biogas wird dann energetisch verwertet. Anschließend werden die stickstoffhaltigen Bestandteile aus den flüssigen Anteilen abgetrennt. Die flüssigen Anteile werden dann weiter aerob behandelt, wobei die Feststoffe abgetrennt werden. Nach der Eindickung können die Feststoffe in der Landwirtschaft als Dünger verwendet werden. Anfallendes Prozesswasser kann nach einer Aufdestillierung im weiteren Prozess verwendet werden.
In der US 2007/0141691 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ethanol-Herstellung beschrieben. Das Verfahren sieht vor, Fermentationsbrühe über anaerobe Faulprozesse in Biogas umzuwandeln. Das Biogas wird dann anstelle von natürlichem Gas bei der Ethanolproduktion oder zur Stromerzeugung verwendet. Der anaerobe Faulprozess der gesamten Fermentationsbrühe soll mehr Methan erzeugen können als natürliches Gas bei der Produktion von Ethanol verbraucht wird. Die gesamte Fermentationsbrühe, anaerober Faulschlamm und wieder aufbereitetes Wasser werden mechanisch vermischt, um ein Flüssigmistgemisch zu erzeugen. Der Flüssigmist wird von einem Aufbewahrungstank in einem anaeroben Plugflow-Fermenter bzw. Pfropfenreaktor gebracht. Der Faulschlamm wird in einem Plugflow-Fermenter mechanisch oder durch Einbringen von Biogas gemischt. Der anaerobe Plugflow-Fermenter wird durch die Wärme aus der Verbrennung des Biogases beheizt. Das Biogas wird im Kopf des Plugflow-Fermenters gesammelt. Das Biogas wird in einen Verbrennungsmotor zur Stromerzeugung und als Treibstoff für einen Boiler zur Dampferzeugung verwendet. Der Strom wird zum Betreiben von mechanischen Systemen bei der Ethanolproduktionseinrichtung und dem anaeroben Faulsystem verwendet. Der Dampf aus dem Boiler wird zur Produktion von Ethanol verwendet. Die Abwärme eines Wärmetauschers des Verbrennungsmotors und das Abgas der Verbrennungsmaschine verwenden ein Frischwasserkühlsystem. Mit dem Frischwasser wird der anaerobe Faulbehälter beheizt. Die gemischte Fermentationsbrühe wird vom Biogasreaktor zu einer Schraubenpresse transportiert, um die festen von den flüssigen Faulstoffen zu trennen. Die festen Faulstoffe werden entwässert und als Dünger verwendet. Aus den flüssigen Faulstoffen wird das Ammonium entstehende Ammoniumlösung wird ebenfalls als Dünger verwendet. Zusätzlich zur eingesetzten Fermentationsbrühe sind noch ein Güllestrom und ein Waschwasserstrom aus einer Melkanlage als zusätzliche Einsatzstoffe notwendig. In einem Ausführungsbeispiel wird der Gesamtstrom von 25 t/h mit einem Separatorablauf gemischt und in einen Plugflow-Fermenter gegeben. Für eine Verweilzeit zwischen 15 und 20 Tagen wird ein Reaktorvolumen von 70.250 m³ benötigt. Daraus ergibt sich eine Raumbelastung von 2,69 kg/(m³d). Als Biogasstrom fallen 12,7 t pro Tag an. Im Biogasreaktor stellt sich eine NH₄-N-Konzentration von 9 g/kg ein. Daraus ergibt sich eine deutliche Hemmung der Methanbakterien. Ein stabiler Betrieb des Fermenters ist somit nur mit intensiver Prozessüberwachung möglich. Die Gärresteseparation wird mit einem Wirkungsgrad von 75% durchgeführt. Es ergeben sich ein fester Ablaufstrom von 16,9 t/h (35% des Trockenmasse-Gehalts) und ein Flüssigstrom von 150,4 t/h (1,3% des Trockenmasse-Gehalts) von dem 25 t/h wieder als Prozesswasser in den Biogasreaktor zurückgeführt werden. Dieser Prozesswasserstrom trägt mit einer NH₄-N-Fracht von 9 g/kg zu der hohen NH₄-N-Konzentration im Reaktor bei, die sich reaktionsschädigend bzw. reaktionshemmend auswirkt.
WO 2006/021087 A1 offenbart ein Verfahren, bei dem die gesamte Schlempe aus einer Ethanolproduktion zu Biogas umgesetzt wird, wobei die Schlempe vor der Biogasfermentation einer thermischen Hydrolyse unterzogen werden kann. Es findet keine Trennung in Dünn- und Dickfraktion statt.
Die WO 2006/029971 A2 und DE 30 35 683 A1 offenbaren Verfahren, bei denen die gesamte Schlempe in einem Biogasreaktor umgesetzt wird.
DD 246 531 A1 beschreibt ein Verfahren, wobei zunächst die gesamte Gülle einem ersten Bioreaktor zugeführt wird, in dem die Feststoffe sedimentieren und die sedimentierte, feststoffreiche Fraktion in einem zweiten, nachgeschalteten Verfahren fertig vergoren wird.
DE 199 47 339 A1 beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung von Biogas, wobei Gülle oder Silage in einer Vorgrube homogenisiert wird und dann Reaktorbehältern zugeleitet wird, die einzeln, parallel oder in Reihe betrieben werden.
DE 196 55 101 A1 beschreibt ein Abfallbehandlungsverfahren, wobei die biologisch abbaubaren Anteile in einer zweistufigen, seriellen Vergärung umgesetzt werden. Mit einer Separationseinrichtung wird eine Fest-Flüssig-Trennung durchgeführt und der Flüssigstrom direkt in einen Methanreaktor geführt, während die festen, organischen Anteile in einen Hydrolysereaktor geleitet werden. Der Flüssigstrom aus dem Hydrolysereaktor wird danach in den Methanreaktor geleitet.
In der US 2006/0194296 A1 ist die Separation von Schlempe mittels einer Zentrifuge beschrieben. Dabei werden mittels Mikrofiltration und Ultrafiltration in verschiedene Fraktionen aufgeteilt. Die Fraktionen werden getrocknet und als „Value added Product” verkauft.
Aus der US 2006/0041153 A1 ist die Abtrennung eines Ölstroms aus eingedampfter Dünnschlempe beschrieben. Bei diesem Verfahren wird DDGS (Dried Distiller's Grain with solubles) produziert.
Ferner offenbart die US 2007/0254089 A1 ein Verfahren zur Gewinnung von DDGS, wobei die Schlempe mit einer Schneckenpresse entwässert wird und die Dünnfraktion in zwei, parallel geschalteten Fermentern zu Biogas umgesetzt wird. Die Dickfraktion wird nicht fermentiert.
In der US 2005/0153410 A1 ist die Produktion von DDGS beschrieben. Dabei wird aus Gülle Biogas erzeugt. Weiterhin wird das Biogas verfeuert um den Wärmebedarf der Bioethanolanlage zu decken.
In der US 5,250,182 A1 ist die Membranseparation von Dünnschlempe mittels Mikrofiltration, Ultrafiltration und umgekehrter Osmose beschrieben. Dabei werden Milchsäure und Glycerin abgetrennt. Das anfallende Wasser wird auf Prozesswasserqualität aufbereitet und in den Ethanolprozess zurückgeführt. Die unterschiedlichen Filtrationsschritte werden mittels Membranen ausgeführt. Bei diesem Verfahren wird durch die Membranfiltration die Verwendung eines herkömmlichen Verdampfers bei der Ethanolproduktion überflüssig gemacht.
EP 1 757 562 A1 beschreibt ein Verfahren zur Aufbereitung von Biogasresten mit einer Kombination aus mehreren Filtrationsschritten. Das Filtrat der mechanischen Filtration wird vor einem Umkehrosmoseschritt angesäuert, wobei Ammoniak in Ammoniumsulfat umgesetzt wird, welches von den Membranen zurückgehalten wird. Das Retentat der Umkehrosmose kann wieder in den Fermenter zurückgeführt werden.
US 2002/0124613 A1 beschreibt eine Dickstofffermentation. Ammoniak in den Gärresten wird durch Zugabe eines Bindemittels gebunden.
US 2003/0121851 A1 beschreibt eine Dünnstofffermentation. Die Biogasreaktorrückstände werden entsorgt, wobei die Feststoffe durch Verbrennung zur Energiegewinnung genutzt werden können.
Aus der US 5,177,009 A1 geht ein Verfahren zur Ethanolproduktion und Rückgewinnung von Nebenprodukten, wie z. B. Glycerin hervor. Hierbei wird die Schlempe durch Zentrifugieren getrennt. Die Feststoffe werden getrocknet und zu Futtermittel und DDGS verarbeitet. Aus der Dünnschlempe werden mittels unterschiedlicher Verfahrensschritte einzelne Bestandteile herausgelöst.
Aus der US 2,595,827 A1 ist ein weiteres Verfahren zur Alkoholproduktion bekannt, bei dem die Schlempe mittels eines Hiebes und einer Zentrifuge in unterschiedliche Bestandteile aufgeteilt wird.
In der DE 42 13 015 A1 ist ein Biogasreaktor beschrieben. Im Biogasreaktor sind in unterschiedlichen Reaktoren durch Trennelemente Reaktorzonen ausgebildet. Die Trennelemente sind als nach unten geneigte flächige Platten ausgebildet, die mit der Reaktorwand des Reaktorgehäuses jeweils einen Gassammelraum bilden. In den Gassammelräumen wird das von den jeweils darunter hegenden Reaktorzonen aufsteigende Biogas aufgestaut. Wird über eine Leitung mit Ventil aus dem Gasraum das gesamte aufgefangene Biogas entnommen, entsteht über diesem Trennelement eine gasarme Zone, die die Sedimentation von Biogas fördert. Wird dann das Ventil geschlossen, strömt Biogas an einer äußeren Überströmkante des Trennelements in den darüber liegenden Raum der folgenden Reaktorzone über. Da das ausströmende Biogas einseitig nur in der einen Raumhälfte aufsteigt, stellt sich eine die Durchmischung fördernde Zirkulationsströmung ein. Die Geschwindigkeit der Zirkulationsströmung erhöht sich mit steigendem Gasvolumenstrom. Durch die Entnahme von unterschiedlichen Gasstromvolumina und durch Einstellung der Ventile lässt sich die Zirkulationsströmung derart einstellen, dass einerseits eine ausreichende Durchmischung erreicht und andererseits das Austragen von aktiver Biomasse vermieden wird.
Aus der DE 100 05 114 A1 geht ein Verfahren zur Biomasserückhaltung bei Biogasreaktoren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens hervor. Das Verfahren ist insbesondere bei aerobem Schlammbettreaktoren anwendbar. Hierbei ist der Ablauf des Biogasreaktors mit Druck beaufschlagt, so dass bei erhöhtem Druck eine Sedimentation der Biomasse erfolgen kann. Die Vorrichtung weist einen Biogasreaktor auf, der über eine Leitung mit einem Feststoffabscheider verbunden ist, wobei der Feststoffabscheider ein überstauter Feststoffabscheider ist. Das Verfahren ist insbesondere auf anaerobe Reaktoren anwendbar. Bei dem Biogasreaktor handelt es sich um eine turmartige Reaktorkonstruktion, der Abwasser über eine Leitung am unteren Ende des Biogasreaktors zugeführt wird und das den Biogasreaktor von unten nach oben durchströmt, wobei eine Reinigung des Abwassers erfolgt. Über einen Überlauf am Kopf des Biogasreaktors kann das gereinigte Wasser dann wieder abfließen. Beim anaeroben Abbau von organischen Stoffen im Abwasser entsteht hierbei Biogas, das überwiegend aus Methan und Kohlendioxid besteht. Zu geringen Anteilen können auch weitere Gase gebildet werden, wie beispielsweise Schwefelwasserstoff oder Ammoniak. Um eine Gasakkumulation im oberen Bereich des Biogasreaktors zu vermeiden, sieht der Biogasreaktor noch einzelne Gasauffangvorrichtungen vor, die gebildetes Biogas abfangen, so dass das Biogas über Ventile und eine Gassammelleitung abgezogen wird.
In der WO 2007/025739 A1 ist ein Rührwerk für einen Fermenter beschrieben. Das Rührwerk weist eine Rührwelle auf, die etwa senkrecht im Fermenter steht. Hierdurch wird das im Fermenter befindliche Substrat in horizontalen Ebenen umgewälzt. Dies erlaubt die Einstellung mehrerer geschichteter Abbauzonen.
Aus der DE 103 21 607 A1 geht ein Verfahren zur Herstellung von Bioethanol hervor. Bei diesem Verfahren ist vorgesehen, im Vorfeld das Klebeeiweiß (Glutein) aus Getreide (z. B. Roggen, Weizen) zu entfernen. in diesem Fall ist es möglich, einen Dickstofffermenter für eine hohe Feststoffkonzentration auszubilden.
Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren ist, dass die Ethanolanlagen nicht effizient und energieautark betrieben werden können und ein relativ großes Reaktorvolumen benötigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren Zur Ethanolproduktion zu schaffen, mit welchen derartige Ethanolanlagen effizient betrieben werden können.
Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, des Anspruchs 11 oder des Anspruchs 29 und einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 30 oder des Anspruchs 34 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den entsprechenden Unteransprüchen angegeben.
Nach einem ersten Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung zur Umwandlung von bei der Ethanolproduktion als Abfallprodukt anfallender Fermentationsbrühe in Biogas

– eine Separationseinrichtung zur Auftrennung der Fermentationsbrühe in eine Dünnfraktion und eine Dickfraktion, wobei die Dünnfraktion einen kleineren Trockenmasse-Anteil als die Dickfraktion aufweist,
– zumindest zwei Biogasreaktoren, wobei der erste Biogasreaktor zum Vergären der Dünnfraktion ausgebildet ist, der im folgenden als Dünnstofffermenter bezeichnet wird, und der zweite Biogasreaktor zum Vergären der Dickfraktion ausgebildet ist, der im folgenden als Dickstofffermenter bezeichnet wird, und
– einen Lagertank zum Sammeln des in den Fermentern erzeugten Biogases und der Reaktorabläufe.

Dadurch, dass die Fermentationsbrühe in eine Dünn- und eine Dickfraktion aufgetrennt wird, kann die Dünnfraktion unabhängig von der Dickfraktion vergoren werden. Die Dünnfraktion enthält einen hohen Anteil an löslichen Feststoffen und keinen oder einen sehr geringen Anteil an nicht löslichen Feststoffen. Durch das Vorsehen zweier Reaktoren, die individuell auf ihren Inhalt abgestimmt sind, kann die Dünnfraktion mit einem hohen Durchsatz und die Dickfraktion unabhängig davon mit der notwendigen Verweildauer und entsprechend geringerem Durchsatz umgesetzt werden. Da die Dünnfraktion schnell in Biogas umgesetzt wird, genügt ein Reaktor mit sehr kleinem Volumen. Dies reduziert die zum Temperieren des Reaktors notwendige Energie und macht das gesamte Verfahren energetisch sehr effizient. Zudem wird im Vergleich zu herkömmlichen Vorrichtungen ein insgesamt kleineres Reaktorvolumen für den gleichen Durchsatz benötigt. Weiterhin ist in den Fermenter eine geringere Temperatur ausreichend, wodurch der energetische Wirkungsgrad weiter steigt.
Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Vorrichtung zur Umwandlung von bei der Ethanolproduktion als Abfallprodukt anfallender Fermentationsbrühe in Biogas

– einen Biogasreaktor, zum Vergären der Fermentationsbrühe,
– einen Lagertank zum Sammeln des im Fermenter erzeugten Biogases und des Reaktorablaufs,
– eine Separationseinheit, um Prozesswasser mit wenigen stickstoffhaltigen Verbindungen und eine Fraktion mit vielen stickstoffhaltige Verbindungen aus dem Reaktorablauf bereitzustellen, wobei diese Separationseinheit im folgenden als Stickstoffsenke bezeichnet wird, und
– einen Rücklauf von der Separationseinheit in den Biogasreaktor und/oder in einen Reaktor zur Ethanolfermentation zurückzuführen, um das Prozesswasser zum Verdünnen des jeweiligen Reaktorinhalts zu verwenden.

In der Stickstoffsenke wird ein stickstoffarmer Prozesswasserstrom aus dem Reaktorablauf erzeugt. Dadurch ist es möglich, den stickstoffarmen Prozesswasserstrom in den Biogasreaktor und/oder in den Reaktor zur Ethanolfermentation zurückzuführen, um den Reaktorinhalt zu verdünnen ohne dabei den pH-Wert zu erhöhen. Dies spart zum einen die Kosten für frisches Prozesswasser und zum anderen wird hierdurch vermieden, dass zu viel Ammoniak im Reaktor angereichert wird, da Ammoniak toxisch für die Mikroorganismen im Reaktor ist. Zudem kann eine höhere Raumbelastung gegenüber dem Stand der Technik gefahren werden, da der Biogasreaktor effizienter arbeitet. Somit kann ein kleineres Reaktorvolumen vorgesehen werden. Dies reduziert die zum Temperieren des Biogasreaktors notwendige Energie und macht das gesamte Verfahren energetisch sehr effizient. Im Vergleich zu herkömmlichen Vorrichtungen wird ein insgesamt kleineres Reaktorvolumen für den gleichen Durchsatz benötigt.
Durch die hohen Beladungsraten, das verringerte Reaktorvolumen ist der Energiebedarf der erfindungsgemäßen Vorrichtung so gering, dass die entstehende Biogasmenge ausreicht, um den Wärme- und elektrischen Energiebedarf zur Erzeugung des Biogases und des Ethanols zu decken.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Umwandlung von bei der Ethanolproduktion als Abfallprodukt anfallender Fermentationsbrühe in Biogas vorgesehen, die eine Separationseinrichtung zur Auftrennung der Fermentationsbrühe in eine Dünnfraktion und eine Dickfraktion umfasst, wobei die Dünnfraktion einen kleineren Trockenmasse-Anteil als die Dickfraktion aufweist. Die Vorrichtung weist ferner zumindest einen Biogasreaktor auf, um zumindest die Dünnfraktion zu vergären. Diese Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Separationseinrichtung, die vorzugsweise eine Dekantierzentrifuge ist, einstufig ausgebildet ist, d. h., dass lediglich ein einziger Trennmechanismus verwendet wird, um die Fermentationsbrühe in die Dünnfraktion und die Dickfraktion aufzuteilen. Der Biogasreaktor ist ein Hochlastbiogasreaktor, der von der Dünnfraktion durchströmt wird, wobei der Strömungsweg im Biogasreaktor porenfrei ausgebildet ist. Hierdurch ist es möglich, dass die Dünnfraktion auch einen gewissen Anteil an Feststoffen enthält und auf Dauer zuverlässig im Reaktor vergärt werden kann.
Diese Kombination aus einstufiger Separationseinrichtung und Hochlastbiogasreaktor mit porenfreiem Strömungsweg ist äußerst effizient, da mit einer relativ kleinen, kostengünstigen Anlage ein hoher Durchsatz erzielt wird. Weiterhin ist sie sehr einfach aufgebaut und kann zuverlässig betrieben werden. Die Dickfraktion kann in einem weiteren Reaktor vergoren werden. Es ist jedoch auch möglich, die Dickfraktion auf andere Art und Weise weiter zu verarbeiten. Insbesondere kann die Dickfraktion je nach der Zusammensetzung der Fermentationsbrühe ohne weitere Aufbereitung unmittelbar als Feststoffdünger oder nach entsprechender Aufbereitung als Feststoffdünger verwendet werden.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beispielhaft erläutert. Die Zeichnung zeigen in:
1 den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 eine Massenbilanz eines exemplarischen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 eine Ausführungsform eines Dünnstofffermenters, und
4 einen Ausschnitt eines Dickstofffermenters mit einem exzentrisch angeordneten Rührwerk im Querschnitt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist eine Biogasanlage 25. Die Biogasanlage 25 wandelt die bei der Ethanolproduktion in einer Bioethanolanlage 1 als Abfallprodukt anfallende Fermentationsbrühe in Biogas um. Die Biogasanlage 25 weist eine Separationseinrichtung 2, einen Dünnstofffermenter 3, einen Dickstofffermenter 4, einen Lagertank 5, eine Stickstoffsenke 6, eine Prozesswasserrückführung 7 und eine Biogasverwertungseinrichtung 8 auf.
In der Separationseinrichtung 2 wird die Fermentationsbrühe aus der Bioethanolanlage 1 in eine Dünnfraktion und eine Dickfraktion aufgetrennt. Die Dünnfraktion wird im Dünnstofffermenter 3 vergoren. Die Dickfraktion wird im Dickstofffermenter 4 vergoren. Die Reaktorabläufe aus den beiden Fermentern 3, 4 und das darin erzeugte Biogas werden im Lagertank 5 gesammelt. In der Stickstoffsenke 6 werden die Reaktorabläufe aufgetrennt. Dabei wird stickstoffarmes bzw. stickstofffreies Prozesswasser bereitgestellt. Das aufgereinigte Prozesswasser wird über die Prozesswasserrückführung 7 der Bioethanolanlage 1 und/oder der Biogasanlage 25 zugeführt. Das erzeugte Biogas wird in der Biogasverwertungseinrichtung 8 verwertet, um den Energiebedarf der Bioethanolanlage 1 und der Biogasanlage 25 zu decken.
Die Bioethanolanlage 1 ist über einen Leitungsabschnitt 9.1 mit der Biogasanlage 25 bzw. mit einem Puffertank 10 der Biogasanlage 25 verbunden. Der Puffertank ist zur Lagerung und Vergleichmäßigung der Fermentationsbrühe ausgebildet.
Die aus der Bioethanolanlage 1 stammende Fermentationsbrühe weist in etwa die folgenden Eigenschaften auf:

– Temperatur: ca. 60°C bis 80°C
– pH-Wert: ca. 3 bis 4,5
– Verdünnt (Trockenmasse TM 5%–15%)
– abfiltrierbare Stoffe: ca. 1,5%–5%
– Stickstoffgehalt: ca. 5%–20% der TM

Die Fermentationsbrühe umfasst C5- und C6-Zucker, eine Proteinfraktion des Inputmaterials, eine Hefebiomasse (thermisch deaktiviert), Pufferrückstände der eingesetzten Enzymlösungen, unverdaute Faser- und Stärkereste, geringe Anteile an Ethanol und anderen höheren Alkoholen und Mineralsalze aus der Hefefermentation.
Vom Puffertank 10 führt ein Leitungsabschnitt 9.2 zur Separationseinrichtung 2 zum Auftrennen der Fermentationsbrühe in eine Dünnfraktion und eine Dickfraktion.
Die Separationseinrichtung 2 ist als Dekantierzentrifuge ausgebildet. Es kann auch vorgesehen sein die Separationseinrichtung 2 als Membranfiltrationseinheit, als Trommelfilter oder als Trommelsieb auszubilden.
Über einen Leitungsabschnitt 9.3 zum Überführen der Dünnfraktion ist die Separationseinrichtung 2 mit einem Dünnfraktionvorratstank 11 verbunden. Ein Leitungsabschnitt 9.4 zum Einbringen von Schlempekonditionierungsmittel mündet in den Dünnfraktionvorratstank 11. Das Schlempekonditionierungsmittel ist ein Gemisch aus NaOH, CaCO₃, MgOH, H₂O₂, KCl und einem Phosphat. Über einen Leitungsabschnitt 9.5 wird aufgereinigtes Prozesswasser in den Dünnfraktionvorratstank 11 eingebracht. Im Dünnfraktionvorratstank 11 vermischt sich die Dünnfraktion mit dem Schlempekonditionierungsmittel und dem Prozesswasser.
Über einen Leitungsabschnitt 9.6 ist der Dünnfraktionvorratstank 11 mit dem Dünnstofffermenter 3 verbunden. Über den Leitungsabschnitt 9.6 gelangt die angereicherte und verdünnte Dünnfraktion in den Dünnstofffermenter 3. Der Dünnstofffermenter 3 ist derart ausgebildet, dass eine gute Durchmischung des Reaktorinhalts und ein ausreichender Rückhalt aktiver Biomasse erfolgt. Der Dünnstofffermenter 3 ist als hochbauender Biogasreaktor ausgebildet, bei dem die Grundfläche im Vergleich zur Höhe des Reaktors sehr gering ist (3).
Im Dünnstofffermenter 3 sind in unterschiedlichen Reaktorhöhen, durch versetzt übereinander angeordnete Trennelemente 3.1 Reaktorzonen 3.2 ausgebildet. Die Trennelemente 3.1 sind gegenüberliegend an einer Reaktorwand 3.3 angeordnet und als nach unten geneigte flächige Platten ausgebildet. Der Raum unter den Trennelementen 3.1 bildet mit der Reaktorwand 3.3 jeweils einen Gassammelraum 3.4 aus. In den Gassammelräumen 3.4 wird das von den jeweils darunter liegenden Reaktorzonen 3.2 aufsteigende Biogas aufgestaut. Im oberen Bereich der Gassammelräume 14 sind Ventile 3.5 angeordnet. Über die Ventile 3.5 kann im Reaktor erzeugtes Biogas entnommen werden. Auf diese Weise entsteht über den Trennelementen 3.1 eine gasarme Zone, die die Sedimentation von Biogas fördert. Am radial nach innen weisenden Ende der Trennelemente 3.1 sind Überströmkanten 3.6 ausgebildet.
Wird ein Ventil 3.5 geschlossen, strömt Biogas an der Überströmkante 3.6 des Trennelementes 3.1 über in den darüber liegenden Raum der folgenden Reaktorzone 3.2. Da das überströmende Biogas einseitig nur in der einen Raumhälfte aufsteigt, stellt sich eine die Durchmischung fördernde Zirkulationsströmung ein. Die Geschwindigkeit der Zirkulationsströmung erhöht sich mit steigendem Gasvolumenstrom. Durch die Entnahme von unterschiedlichen Gasstromvolumina durch Einstellung der Ventile 3.5 lässt sich die Zirkulationsströmung derart einstellen, dass einerseits eine ausreichende Durchmischung erreicht und andererseits das Austragen von aktiver Biomasse vermieden wird.
Die Unterteilung des Dünstofffermenters 3 in Reaktorzonen 3.2 und die hierdurch erzielte Biomasserückhaltung entspricht dem Reaktor aus der DE 42 13 015 A1 , auf die vollinhaltlich Bezug genommen wird.
Am oberen Endbereich des Dünnstofffermenters 3 ist ein Leitungsabschnitt 3.7 angeordnet. Über den Leitungsabschnitt 3.7 ist der Dünnstofffermenter mit dem oberen Endbereich eines Feststoffabscheiders 3.8 verbunden. Über einen Leitungsabschnitt 3.9 ist der untere Bereich des Feststoffabscheiders mit dem unteren Bereich des Dünnstofffermenters 3 verbunden. Als Feststoffabscheider 3.8 ist insbesondere ein überstauter Feststoffabscheider vorgesehen. Der Feststoffabscheider 3.8 ist durch seine gegenüber dem Ablauf des Dünnstofffermenters 3 nach unten versetze Anordnung überstaut. Im Feststoffabscheider wird durch den hierdurch erzeugten Druck vermieden, dass Biogas ausgast. Aktive Biomasse wird aus dem Reaktorablauf entfernt und über den Leitungsabschnitt 3.9 wieder in den Dünnstofffermenter 3 eingebracht. Hierdurch wird der Druck im Dünnstofffermenter 3 erhöht. Durch den Druck geht gebildetes Biogas in Lösung, so dass eine Sedimentation der Biomasse erfolgen kann und eine Ausschwemmung der Biomasse über das erzeugte Biogas verhindert wird.
Die Ausbildung des Dünnstofffermenters 3 entspricht der Biomasserückhaltung gemäß der DE 100 05 114 A1 , auf die vollinhaltlich Bezug genommen wird.
Am Feststoffabscheider 3.8 ist ein Leitungsabschnitt 9.7 vorgesehen, der den Feststoffabscheider mit dem Lagertank 5 verbindet. Der Leitungsabschnitt 9.7 endet in etwa auf Höhe der Verbindung des Leitungsabschnitts 3.7 zum Dünnstofffermenter, um den Druck im Leitungsabschnitt 9.7 derart einzustellen, dass der Reaktorablauf in etwa druckfrei ist.
Über einen Leitungsabschnitt 9.8 wird eine mineralische Spurenelementlösung in den Dünnstofffermenter 3 eingebracht. Der Leitungsabschnitt 9.7 mündet in den Lagertank 5. Die Ventile 3.5 sind über einen gemeinsamen Leitungsabschnitt 9.9 mit dem Lagertank 5 verbunden. Über den Leitungsabschnitt 9.9 wird das im Dünnstofffermenter 3 erzeugte Biogas in den Lagertank 5 eingebracht.
Zu den Spurenelementen der Spurenelementlösung, die auch als Spurenmetalle oder Mikronährstoffe bezeichnet werden, zählen Eisen (Fe), Nickel (Ni), Kobalt (Co), Selen (Se), Wolfram (W), Blei (Pb), Kupfer (Cu), Cadmium (Cd), Molybdän (Mo), Wolfram (W), Vanadium (V), Mangan (Mn), Bor (B) und Zink (Zn). Die Spurenelementlösung umfasst zumindest eines dieser Elemente. Die Zusammensetzung der Spurenelementlösung und die Menge des jeweiligen Elements sind abhängig vom verwendeten Substrat und den Mikroorganismen der jeweiligen Fermentation. Für Biogasverfahren umfasst die Spurenelementlösung bevorzugt zumindest Molybdän, Selen, Kobalt und Bor. Letztere Spurenelementlösung ist insbesondere für Maissubstrate vorteilhaft. In Biogasverfahren können Molybdän, Nickel, Selen und Kobalt in relativ großen Konzentrationen dem Fermenter zugegeben werden, wodurch die Leistung und der Wirkungsgrad der Fermentation wesentlich verbessert werden.
Neben zumindest einem, bevorzugt mehreren, Spurenelementen umfasst die Lösung bevorzugt zumindest einen, besonders bevorzugt zwei oder mehrere Komplexbildner mit unterschiedlichen Komplexbildungskonstanten bzw. Affinitäten zu den verschiedenen Metallionen. Komplexbildner sind Verbindungen, die zur Komplexierung und Maskierung von Metallen geeignet sind. Diese sind auch unter der Bezeichnung ”Chelatbildner” bekannt. Die Komplexbildung entsteht durch eine koordinative Bindung zwischen dem Metallatom und einem oder mehreren Molekülen des Komplexbildners, die das Metallatom umschließen. Die Komplex-Bildungskonstanten der Komplexbildner müssen hoch genug sein, um unter Berücksichtigung des pH-Wertes sowie der Dissoziationskonstanten der Komplexbildner und des H₂S die jeweiligen Spurenelemente der Lösung in Gegenwart von Sulfid-Ionen im Fermenter in Lösung zu halten.
Es werden Komplexbildner verwendet die von Mikroorganismen, bevorzugt anaerobe Bakterien, resorbiert werden, wobei (1) die Spurenelemente in komplexierter Form über die Zellmembran transportiert und darauf (2) die Spurenelemente in der Zelle freigesetzt werden. Letzteres kann durch eine Folgereaktion des Komplexbildners, durch eine Oxidation oder Reduktion des Spurenelements, durch die pH-Verschiebung beim Überqueren der Zellwand oder durch den biologischen Abbau des Komplexbildners erfolgen. Bei einem bakteriellen Verfahren, wie dem Biogasverfahren erfolgt der Transport des Spurenelements in komplexierter Form über die bakterielle Zellwand und die Zellmembran in das Cytosol der Zelle, wo das Spurenelement freigesetzt wird.
Geeignete Komplexbildner sind bekannt und zum Teil im Handel erhältlich. Beispiele für bevorzugte, erfindungsgemäße Komplexbildner sind: Oxocarbonsäuren, beispielsweise β-Oxocarbonsäuren wie Acetacetat oder α-Oxocarbonsäuren wie Brenztraubensäure und deren jeweiligen Salze; Acetylaceton; Orotsäure; einfache Aminosäuren, beispielsweise Alanin, Valin, Cystin, Phenylalanin, Asparaginsäure, Glutaminsäure, Leucin, Threonin, Tryphtophan oder Glycin sowie ortho-, meta- und para-Isomere des Tyrosins; Dipeptide, Tripeptide; Polymethin-Farbstoffe wie beispielsweise Catechole (auch bekannt als Catechine); Citronensäure und deren Salze, iso-Citronesäure und deren Salze; Salizylsäure; Chelatkomplexbildner wie, beispielsweise Diethylentriaminpentaessigsäure (DTPA), Hydroxyethylendiamintriessigsäure (HEDTA), Ethylendiamindibernsteinsäure (EDDS), Ethylendiiminodiessigsäure (EDDA), Ethylendiamtriessigsäure (EDTA), Nitriltriessigsäure (NTA); Dicarbonsäuren wie beispielsweise Malonsäure, Weinsäure, Äpfelsäure, meso-Äpfelsäure oder Oxalsäure und deren Salze; Hydroxycarbonsäuren wie beispielsweise die Milchsäure und deren Salze; modifiziertes Cyclodextran; Galakturonsäure; Mercaptoessigsäure (Thio-Glycolsäure), Mercaptoproprionsäure (Thio-Milchsäure), Mercaptoäpfelsäure, Thio-Diessigsäure, Borsäure, phosphorige Säure, Salze der phosphorigen Säure wie (Hydroxy-)Phosphonate, Phosphorsäure, Salze der Phosphorsäure wie (Hydroxy-)Phosphate, Oligopeptide wie die eisenbindenden Siderophore wie Enterochelin, und Zeolithe.
Eine solche Spurenelementlösung trägt zu einer weiteren Steigerung der Effizienz der Biogaserzeugung bei.
Die Separationseinrichtung 2 ist über einen Leitungsabschnitt 9.10 mit einem Dickfraktionvorratstank 12 verbunden. Vom Leitungsabschnitt 9.4 zweigt ein Leitungsabschnitt 9.11 ab, über den Schlempekonditionierungsmittel in den Dickfraktionvorratstank 12 eingebracht wird. Über einen Leitungsabschnitt 9.12 wird dem Dickfraktionvorratstank Prozesswasser zugeführt. Über einen Leitungsabschnitt 9.13 gelangt die verdünnte und angereicherte Dickfraktion in den Dickstofffermenter 4.
Der Dickstofffermenter 4 weist ein Rührwerk 4.1 zum Durchmischen des Reaktorinhalts auf. Das Rührwerk 4.1 umfasst eine oder mehrere etwa vertikal angeordnete Rührwellen 4.2 (4). Am oberen Endbereich der Rührwelle 4.2 ist ein Antriebsmechanismus 4.3 ausgebildet. Das Rührwerk 4.1 weist mehrere Paddel 4.4 auf, die jeweils mittels einer Paddelstange 4.5 an der Rührwelle 4.2 befestigt sind. Der untere Endbereich der Rührwelle 4.2 wird von einem Zentrierlager 4.6 aufgenommen. Das Zentrierlager 4.6 ist am Boden des Dickstofffermenters 4 angeordnet.
Das Rührwerk 4.1 entspricht dem Rührwerk aus der WO 2007/025739 auf die diesbezüglich Bezug genommen wird.
Über einen mit dem Leitungsabschnitt 9.8 verbundenen Leitungsabschnitt 9.14 wird eine mineralische Spurenelementlösung in den Dickstofffermenter 4 eingebracht. Dem Dickstofffermenter wird auch eine der oben beschriebenen Spurenelementlösung zugeführt. Vorzugsweise wird dem Dickstofffermenter 4 und dem Dünstofffermenter die gleiche Spurenelementlösung hinzugegeben.
Über einen am oberen Endbereich des Dickstofffermenters 4 angeordneten Leitungsabschnitt 9.15 strömt das im Dickstofffermenter 4 erzeugte Biogas in den Lagertank 5.
Im unteren Endbereich des Dickstofffermenters 4 ist ein Leitungsabschnitt 9.16 vorgesehen, über den der Reaktorablauf in den Lagertank 5 eingebracht wird.
Im unteren Bereich des Lagertanks 5 vermischen sich die Reaktorabläufe aus dem Dünnstofffermenter 3 und dem Dickstofffermenter 4. Der Kopf des Lagertanks 5 dient als Gasspeicher. Der Lagertank 5 ist vorzugsweise als Stahl- oder Betonbehälter mit einer Doppelmembran als Behälterdeckel ausgebildet. Die Doppelmembran kann auch als Gasspeicher verwendet werden.
Am Kopf des Lagertanks 5 ist ein Leitungsabschnitt 9.17 vorgesehen, der in einen Prozesswassertank 14 mündet.
Am Eintritt des Leitungsabschnitts 9.17 in den Prozesswassertank 14 ist ein Biogasverdichter 13 angeordnet. Mittels des Biogasverdichters 13 wird das Biogas verdichtet, bevor es in den Prozesswassertank 14 eingedüst wird. Der Prozesswassertank 14 speist die Leitungsabschnitte 9.5 und 9.12 mit aufgereinigtem Prozesswasser.
Das Verhältnis Durchmesser zu Höhe des Prozesswassertanks 14 liegt in etwa zwischen 1 und 10.
Der Lagertank 5 ist über einen Leitungsabschnitt 9.18 mit der Stickstoffsenke 6 verbunden. Die Stickstoffsenke 6 weist eine Gärresteseparationseinrichtung 16 und eine Eindickungseinheit 19 zum Abtrennen stickstoffhaltiger Verbindungen auf.
Der Leitungsabschnitt 9.18 mündet in die Gärresteseparationseinrichtung 16. Die Gärresteseparationseinrichtung 16 ist als Dekantierzentrifuge ausgebildet. Es kann auch vorgesehen sein, die Gärresteseparationseinrichtung 16 als Schneckenpresse auszubilden. Die Gärresteseparationseinrichtung 16 weist eine Temperaturregelung 16.1 und/oder eine Druckregelung 16.2 auf.
Über einen Leitungsabschnitt 9.19 wird ein Trennungshilfsmittel in die Gärresteseparationseinrichtung 16 eingebracht. Das Trennungshilfsmittel ist ein kationisches oder anionisches Flockungshilfsmittel und/oder ein Polymer und/oder CaCO₃ und/oder eine Lauge, bevorzugt NaOH, und/oder Luft und/oder Dampf.
In der Gärresteseparationseinrichtung 16 werden gasförmige stickstoffhaltige Verbindungen aus den Reaktorabläufen bzw. dem Gärrest abgetrennt. Der verbleibende Anteil des Gärrestes wird in eine feste Gärrestefraktion und eine flüssige Gärrestefraktion in der Gärresteseparationseinrichtung 16 aufgetrennt.
Die feste Fraktion wird als Feststoffdünger verwendet. Die feste Fraktion wird über einen Leitungsabschnitt 9.20 in ein Feststoffdüngerlager 17 eingebracht.
Die Gärresteseparationseinrichtung 16 ist über einen Leitungsabschnitt 9.21 mit einem Flash-Kessel 18 verbunden. Die flüssige Fraktion aus der Gärresteseparationseinrichtung 16 wird über den Leitungsabschnitt 9.21 in den Flash-Kessel 18 überführt. Über einen Leitungsabschnitt 9.22 wird dem Flash-Kessel ein Austragmittel zugeführt. Im Flash-Kessel 18 wird aus der flüssigen Fraktion Sauergas ausgetrieben. Das Sauergas ist z. B. CO₂ und/oder H₂S. Dieser Sauergasstrom wird über einen, mit dem Kopf des Lagertanks verbundenen Leitungsabschnitt 9.23, in den Kopf des Lagertanks 5 eingebracht, wo er sich mit dem in den Fermentern 3, 4 erzeugten Biogas vermischt.
Über einen Leitungsabschnitt 9.24 ist der Flash-Kessel 18 mit einer Eindickungseinheit verbunden. Der verbliebene Anteil der Flüssigfraktion gelangt über den Leitungsabschnitt 9.24 in die Eindickungseinheit 19. In den Leitungsabschnitt 9.24 ist ein Verdichter 20 integriert. In der Eindickungseinheit 19 wird ein aufgereinigter Prozesswasserstrom von der Flüssigfraktion abgetrennt. Die Flüssigfraktion wird als Flüssigdünger verwendet. Der Flüssigdünger wird über einen Leitungsabschnitt 9.25 in ein Flüssigdüngerlager 21 eingebracht.
Über einen Leitungsabschnitt 9.26 wird der aufgereinigte Prozesswasserstrom von der Eindickungseinheit 19 in den Prozesswassertank 14 überführt. Über einen vom Leitungsabschnitt 9.26 abzweigenden Leitungsabschnitt 9.27 wird ein Teil des aufgereinigten Prozesswassers der Bioethanolanlage 1 zugeführt. Die Leitungsabschnitte 9.26 und 9.27 bilden die Prozesswasserrückführung 7.
Über einen Leitungsabschnitt 9.28, in den ein zweiter Verdichter 22 integriert ist, werden die stickstoffhaltigen gasförmigen Verbindungen aus der Gärresteseparationseinrichtung 16 in den Leitungsabschnitt 9.25 überführt und reichem dort den Flüssigdünger an, bevor dieser in das Flüssigdüngerlager 21 eingebracht wird.
Das in dem Prozesswassertank 14 eingedüste Biogas wird im Prozesswassertank 14 gereinigt und gekühlt. Im oberen Bereich des Prozesswassertanks 14 wird das gereinigte und gekühlte Biogas über einen Leitungsabschnitt 9.29 entnommen und einer Biogasverwertungseinrichtung 8 zugeführt.
Die Biogasverwertungseinrichtung 8 kann ein Blockheizkraftwerk und/oder ein Brenner und/oder eine Aufreinigungs- und/oder Kompressionsstufe sein. Die hierbei gewonnene Energie wird dazu verwendet, die vorgeschaltete Bioethanolanlage 1 sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung 25 möglichst vollständig energieautark zu betreiben.
In den Leitungsabschnitt 9.29 ist eine Entschwefelungseinrichtung 23 integriert. In die Entschwefelungseinrichtung 23 mündet ein Leitungsabschnitt 9.30. Über den Leitungsabschnitt 9.30 wird eine Prozesschemikalie in die Entschwefelungseinrichtung eingebracht, mit der das gekühlte Biogas vom Schwefelwasserstoff befreit wird, bevor es der Biogasverwertungseinrichtung 8 zugeführt wird. Die Prozesschemikalie ist vorzugsweise Wasserstoffperoxid (H₂O₂), Sauerstoff oder Luft.
Der abgetrennte Schwefel wird in Schwefelsäure überführt und wird über einen mit dem Leitungsabschnitt 9.22 verbundenen Leitungsabschnitt 9.31 in den Leitungsabschnitt 9.22 eingebracht, wo er zusammen mit dem Austreibmittel dem Flash-Kessel 18 zugeführt wird.
Im Folgenden wird das Verfahren zur Umwandlung von bei der Ethanolproduktion als Abfallprodukt anfallender Fermentationsbrühe in Biogas mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert.
Die aus der Ethanolproduktion in der Bioethanolanlage 1 sequentiell bzw. batchweise anfallende Fermentationsbrühe gelangt über den Leitungsabschnitt 9.1 in den Puffertank 10. Im Puffertank 10 wird die Fermentationsbrühe vergleichmäßigt und gespeichert. Die vergleichmäßigte Fermentationsbrühe gelangt über den Leitungsabschnitt 9.2 aus dem Puffertank 10 in die Separationseinrichtung 2.
In der Separationseinrichtung 2 wird die Fermentationsbrühe in eine Dünnfraktion und eine Dickfraktion separiert. Die Dünnfraktion enthält 0,5% bis 2% abfiltrierbare Stoffe und einen Trockenmasse-Anteil (TM-Anteil) von 5% bis 12%. Die Dünnfraktion gelangt über den Leitungsabschnitt 9.3 in den Dünnfraktionvorratstank 11. Im Dünnfraktionvorratstank 11 wird die Fermentationsbrühe mit einem über den Leitungsabschnitt 9.4 zugeführten Schlempekonditionierungsmittel und einem aufgereinigten Prozesswasserstrom aus dem Prozesswassertank 14, der über den Leitungsabschnitt 9.5 in den Dünnfraktionvorratstank 11 zugeführt wird, vermischt. Die angereicherte und verdünnte Fermentationsbrühe gelangt über den Leitungsabschnitt 9.6 vom Dünnfraktionvorratstank 11 in den Dünnstofffermenter 3.
Die Zugabemenge an Prozesswasser im Dünnfraktionvorratstank 11 wird derart eingesteht, dass im anschließenden Dünnstofffermenter 3 eine NH₄-N-Konzentration von 8 g/L und/oder eine abfiltrierbare Stoff-Konzentration von 15 g/L nicht überschritten wird.
Die Separierung der Fermentationsbrühe in der Separationseinrichtung 2 erfolgt einstufig und ohne Zugabe von Flockungshilfsmittel. Der hier verwendete Hochleistungsbioreaktor bzw. Dünststofffermenter 3 kann einen gewissen Anteil abfiltrierbarer Stoffe verarbeiten. Deshalb muss die Separierung der Fermentationsbrühe nicht derart perfekt erfolgen, dass eine vollständige von Feststoffen freie Dünnfraktion erhalten wird, was notwendig wäre, wenn als Dünnstofffermenter ein Festbettbiogasreaktor verwendet werden würde. Bei dem aus der EP 1 790 732 A1 bekannten Verfahren wird eine zweistufige Separation unter Hinzugabe von Flockungshilfsmittel ausgeführt. Hierbei erhält man zwar ein etwas besseres Trennergebnis. Jedoch sind die Betriebskosten durch die Zugabe von Flockungshilfsmitteln erheblich größer. Als Hochleistungsbiogasreaktoren werden meistens Festbettbiogasreaktoren eingesetzt, in denen die Mikrobiologie in einen Art Filter eingebaut ist, durch den der Reaktorinhalt hindurchströmen muss. Sollte der Reaktorinhalt noch Feststoffe beinhalten so würden sich diese Feststoffe im Filter absetzen und diesen mit der Zeit verstopfen. Der im vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendete Dünnstofffermenter 3 ist porenfrei ohne einen derartigen Filter ausgebildet, so dass auch ein gewisser Anteil abfiltrierbarer Stoffe darin verarbeitet werden kann. Die Kombination aus der einfachen, einstufigen Separationseinrichtung 2 und dem vorliegenden Dünnstofffermenter 3 ist einerseits sehr effizient und andererseits sehr einfach und kostengünstig ausgebildet. Dies stellt einen wesentlichen Fortschritt gegenüber herkömmlichen vergleichbaren Anlagen dar.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird, gemäß der in 2 dargestellten Massenbilanz, von einem Fermentationsbrühestrom von 100 t/h ausgegangen. Die Fermentationsbrühe enthält in einen TM-Anteil von 10% (10 t/h) und einen Stickstoffanteil (N-Anteil) von 1% (1 t/h).
Die Dünnfraktion enthält mit 80 t/h einen Großteil des Wassers der Fermentationsbrühe und mit 5 Tonnen organische Trockenmasse pro Stunde (t_oTM/h) in etwa die Hälfte der Feststoffe der Fermentationsbrühe. Der N-Anteil beträgt in etwa 5 t/h. In den Dünnfraktionvorratstank wird ein Prozesswasserstrom von in etwa 5 t/h eingebracht. Der Prozesswasserstrom ist weitgehend stickstofffrei mit einer Konzentration von ≤ 100 mg/L.
Die Vergärungstemperatur im Dünnstofffermenter 3 liegt zwischen 35°C und 65°C, je nach Temperatur der Dünnfraktion und der benötigten Zugabemenge an Prozesswasser. Da die Fermetationsbrühen mit einer Temperatur von 60°C bis 80°C anfällt, ist eine Temperierung auf 35°C wegen des erforderlichen Kühlbedarfes nicht immer vorteilhaft. Es ist zweckmäßiger die Reaktortemperatur auf eine mittlere Reaktoreinlauftemperatur zu regeln und sie konstant zu halten. Hierdurch wird nur eine geringe Heiz-/Kühlleistung erfordert und ein mit dem Dünnstofffermenter 3 in Kontakt stehender Wärmetauscher kann dementsprechend klein ausgebildet sein. Über den Leitungsabschnitt 9.8 wird eine mineralische Spurenelementlösung in den Dünnstofffermenter 3 eingebracht und mit der Dünnfraktion vermischt.
Die verdünnte und angereicherte Dünnfraktion weist einen organischen Trockenmasse-Gehalt von in etwa 6% auf. Im Dünnstofffermenter 3 werden die 85 t/h Dünnfraktion mit einer organischen Beladungsrate von in etwa 10 kg organische Trockenmasse pro Kubikmeter und Tag (kg_oTM/(m³d)) bis 50 kg_oTM/(m³d) vergoren. Dabei werden im Dünnstofffermenter 3 in etwa 4,25 t/h Biogas produziert.
Der Ammonium/Ammoniak-Gehalt (NH₄-N-Gehalt) beträgt maximal 10 g/L. Ein Gehalt von nicht mehr als 6 g/L wird jedoch bevorzugt. Bei dieser Obergrenze ist ein pH-Wert von etwa 8 zu erwarten. Bei Werten von mehr als 6 g/L bzw. 6 kg/m³ eines Amonium/Ammoniak Gehaltes ist zwar der Betrieb des Dünnstofffermenters 3 möglich. Bei kleinen Störungen, z. B. beim kurzzeitigen Ausfall der Reaktortemperaturregelung, Änderungen des Substrates bei einem Batch-weisem Betrieb der Anlage, Unterbrechung der Reaktorumwälzung, etc. kann der Reaktor jedoch schneller versäuern. Als Versäuern bezeichnet man in diesem Fall die Akkumulation von Essig-, Propryol und/oder Buttersäure bei Hemmung der Methanbildner.
Bei einer Raumbelastung von 20 kg_oTM/(m³d) beträgt die hydraulische Aufenthaltszeit im Dünnstofffermenter 2,9 Tage. Das Reaktorvolumen des Dünnstofffermenters 3 beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel etwa 6000 m³.
Der Reaktorablauf aus dem Dünnstofffermenter 3 gelangt über einen Leitungsabschnitt 9.7 in den Lagertank 5. Der Reaktorablauf beträgt in etwa 80,75 t/h mit einem organischen Trockenmasseanteil (oTM-Anteil) von in etwa 2% (1,6 t/h) und. Im Reaktorablauf ist nahezu der gesamte Stickstoff der Fermentationsbrühe enthalten (0,5 t/h).
In Gassammelräumen 3.4 des Dünnstofffermenters 3 wird das von jeweils darunter angeordneten Reaktorzonen 3.2 aufsteigende Biogas aufgestaut. Wird über ein Ventil 3.5 aus einem Gassammelraum 3.4 das gesamte aufgefangene Biogas entnommen, so entsteht über einem Trennelement 3.1 eine gasarme Zone, die die Sedimentation von Biogas fördert. Wird das Ventil 3.5 geschlossen, strömt Biogas über eine äußere Überströmkante 3.6 des Trennelements 3.1 über den darüber liegenden Raum der folgenden Reaktorzone 3.2. Da das überströmende Biogas einseitig nur in der einen Raumhälfte aufsteigt, stellt sich eine die Durchmischung fördernde Zirkulationsströmung ein. Die Geschwindigkeit der Zirkulationsströmung erhöht sich mit steigendem Gasvolumenstrom. Durch die Entnahme von unterschiedlichen Gasstromvolumina durch Einstellung der Ventile 3.5 lässt sich die Zirkulationsströmung derart einstellen, dass einerseits eine ausreichende Durchmischung erreicht und andererseits das Austragen von aktiver Biomasse vermieden wird. Auf diese Weise erfolgt eine gute Durchmischung im Dünnstofffermenter 3 und aktive Biomasse wird ausreichend zurückgehalten.
Im Feststoffabscheider wird der hydrostatische Druck der Wassersäule im Leitungsabschnitt 9.7 ausgenutzt, um aktive Biomasse vom Reaktorablauf zu trennen. Durch die damit verbundene Druckerhöhung im Feststoffabscheider bleibt gelöstes Biogas in Lösung, so dass eine Sedimentation der Biomasse erfolgen kann. Über den Leitungsabschnitt 3.9 wird die aktive Biomasse in den Dünnstofffermenters 3 zurückgeführt. Auf diese Weise wird ein Auswaschen der methano- und acetogenen Biomasse trotz der geringen hydraulischen Aufenthaltszeit im Dünnstofffermenter 3 verhindert.
Im Dünnstofffermenter 3 werden 4,25 t/h Biogas produziert. Das erzeugte Biogas gelangt über einen Leitungsabschnitt 9.9 in einen Lagertank 5. Die verbleibende Fermentationsbrühe bzw. der Reaktorablauf (80,75 t/h) wird über den Leitungsabschnitt 9.7 ebenfalls in den Lagertank 5 eingebracht.
Die in der Separationseinrichtung 2 abgetrennte Dickfraktion enthält einen oTM-Anteil von 20% bis 35%. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt der oTM-Anteil in etwa 25%. Die Konzentration der abfiltrierbaren Stoffe liegt bei etwa 15% bis 30%. Der N-Anteil beträgt in etwa 5 t/h.
Die Dickfraktion gelangt über den Leitungsabschnitt 9.10 in den Dickfraktionvorratstank 12. Über einen Leitungsabschnitt 9.12 werden in etwa 30 t/h Prozesswasser in den Dickfraktionvorratstank geleitet. Über einen Leitungsabschnitt 9.11 gelangt Schlempekonditionierungsmittel in den Dickfraktionvorratstank 12. Der TM-Anteil im Dickfraktionvorratstank 12 wird auf ca. 12% bis 30% eingestellt. Die verdünnte und angereicherte Dickfraktion gelangt über einen Leitungsabschnitt 9.13 in den Dickstofffermenter 4. Es wird ein möglichst höher TM-Anteil bevorzugt, da dann der Dickstofffermenter 4 relativ klein ausgebildet sein kann und wenig Prozesswasser benötigt wird. Ein hoher TM-Anteil kann insbesondere bei stickstoffarmer Dickfraktion eingestellt werden. Bioreaktoren, die mit einer hohen Feststoffkonzentration betrieben werden können, sind beispielsweise in der DE 103 21 607 A1 und der WO 2007/025739 beschrieben, auf die hier Bezug genommen wird.
Der Dickfraktionstrom beträgt 20 t/h. Er enthält mit 5 t_oTM/h genau so viel Trockenmasse wie der Dünnfraktionstrom. Die Trockenmasse in der Dickfraktion setzt sich größtenteils aus abfiltrierbaren Stoffen zusammen, die schwerer abzubauen sind, als die löslichen Feststoffanteile in der Dünnfraktion. Die Dickfraktion wird im Dickfraktionvorratstank 12 mit 30 t/h Prozesswasser versetzt und nur auf einen oTM-Anteil von 10% verdünnt. Auf diese Weise wird auch die Stickstoffkonzentration in der Dickfraktion von 25 kg/m³ auf 10 kg/m³ verdünnt.
In den Dickstofffermenter werden in etwa 50 t/h verdünnte Dickfraktion eingebracht. Der Dickstofffermenter 4 wird bei einer Raumbelastung von 6 kg_oTM/(m³d) bis 18 kg_oTM/(m³d) betrieben. Über einen Leitungsabschnitt 9.14 wird dem Dickstofffermenter 4 eine mineralische Spurenelementlösung zugegeben. Die Vergärungstemperatur im Dickstofffermenter wird auf einen konstanten Wert zwischen 35°C und 65°C eingestellt. Die Temperatur ist wie im Dünnstofffermenter 3 abhängig von der Temperatur der Fraktion und der benötigten Zugabemenge an Prozesswasser.
Im Dickstofffermenter 4 stellt sich eine oTM-Konzentration von 4% ein. Die NH₄-N-Konzentration beträgt 7 kg/m³. Bei einer Raumbelastung von 6 kg_oTM/m³d beträgt die Aufenthaltszeit in etwa 16,7 Tage. Das Reaktorvolumen des Dickstofffermenters beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel in etwa 20.000 m³.
Im Dickstofffermenter 4 werden in etwa 3,75 t/h Biogas erzeugt. Der Reaktorablauf beträgt in etwa 46,25 t/h, die einen N-Anteil von in etwa 5 t/h aufweisen.
Mit dem Rührwerk 4.1 wird der Reaktorinhalt des Dickstofffermenters 4 kontinuierlich rotatorisch umgewälzt. Das bei der Vergärung entstehende Biogas sammelt sich unterhalb der Decke des Dickstofffermenters 4.
Über den im oberen Bereich des Dickstofffermenters 4 angeschlossenen Leitungsabschnitt 9.15 gelangt das im Dünnstofffermenter 4 erzeugte Biogas in den Lagertank 5.
Im Lagertank 5 werden die Reaktorabläufe aus dem Dünnstofffermenter 3 und dem Dickstofffermenter vermischt. Es ergibt sich ein Reaktorablauf bzw. ein Gärrest von in etwa 127 t/h, der einen oTM-Anteil von 3% aufweist. Der N-Anteil beträgt in etwa 1 t/h.
Im Dünnstofffermenter 3 und im Dickstofffermenter 4 werden in etwa 8 t/h Biogas erzeugt. Das Biogas wird im Kopfraum des Lagertanks 5 gesammelt und dort mit Sauergas aus der Stickstoffsenke 6 vermischt.
Die Reaktorabläufe bzw. der Gärrest aus dem Lagertank 5 wird über den Leitungsabschnitt 9.18 der Gärresteseparationseinrichtung 16 zugeführt. Zudem wird über den Leitungsabschnitt 9.19 ein Trennungshilfsmittel in die Gärresteseparationseinrichtung 16 eingebracht. Durch die Zugabe des Trennungshilfsmittels werden die Trennungseigenschaften der Gärresteseparationseinheit verbessert. Die bei der Separation entstehenden stickstoffhaltigen Gase, insbesondere NH₃, werden über den Leitungsabschnitt 9.28 abgeführt.
Die Trennung des Gärrests in eine Flüssigfraktion, eine Festfraktion und Gase in der Gärresteseparationseinrichtung 16 verbessert sich, je höher die Temperatur, der pH-Wert und je stärker der Gasstrom aus der Gärresteseparationseinheit 16 sind.
Der abgeführte gasförmige Strom wird m Verdichter 20, der in den Leitungsabschnitt 9.28 integriert ist, verdichtet. Über die Leistung des Verdichters 20 und die eingestellten Temperatur in der Gärresteseparationseinrichtung 16 kann der Volumenstrom des Gases eingestellt werden. Es kann auch zusätzlich vorgesehen sein, Luft und/oder Dampf in die Gärresteseparationseinrichtung 16 einzublasen, um auf diese Weise den Gasstrom einzustellen.
Auf diese Weise erfüllt die als Zentrifuge ausgebildete Gärresteseparationseinrichtung 16 zwei Funktionen, die Trennung der Feststoffe von der Flüssigkeit und die Trennung der Flüssigkeit vom Gas. Zur Unterstützung der Trennung der Feststoffe von der Flüssigkeit werden vorzugsweise kationische Flockungshilfsmittel zugesetzt, die die Oberflächenladung des sich bei der Zentrifugation bildenden Pellets neutralisieren und hierdurch die Trenneigenschaften festflüssig verbessern. Als kationische Flockungshilfsmittel können Eisen- und Aluminiumsalze, Kalziumkarbonat und/oder Polymere verwendet werden. Zur Unterstützung der Gas/Flüssigtrennung kann als Trennungshilfsmittel ein Gasstrom aus Luft oder Wasserdampf zugeführt werden. Da durch den Verdichter 20 in der Gärresteseparationseinrichtung 16 der Druck erniedrigt wird, siedet die in der Gärresteseparationseinrichtung 16 befindliche Flüssigkeit bereits bei geringen Temperaturen, wodurch alle gelösten Gase (CO₂, H₂S, NH₃) entgast werden. in Abhängigkeit vom Verhältnis der gelösten Gase kann es sinnvoll sein, den pH-Wert zu erhöhen oder zu erniedrigen. Bei höherem pH-Wert verlagert sich das NH₃/NH₄ ⁺-Gleichgewicht in Richtung der flüchtigen NH₃-Komponente. Mit dieser Gärresteseparationseinrichtung 16 können somit die einzelnen Phasen, fest, flüssig und gasförmig, sehr effizient voneinander getrennt werden, wobei gleichzeitig das Austreiben von Ammoniak gezielt einstellbar ist.
Im Stand der Technik gibt es eine Reihe von Versuchen Ammoniak auszutreiben. Diese konnten jedoch in der Praxis nicht realisiert werden, da sie entweder zuviel Energie benötigt haben und/oder zuviel Trennungshilfsmittel, insbesondere NaOH, benötigen, was beides die Verfahrenskosten erheblich steigert. Von den entsprechenden Verfahren aus dem Stand der Technik unterscheidet sich das vorliegende Verfahren dadurch, dass

1. große Mengen an Sauergasen (CO₂ H₂S) gelöst sind, die beim Austreiben von Gasen einen Hilfsstrom erzeugen, der die Austreibung von Ammoniak unterstützt. Dieser Hilfsstrom ist bereits enthalten und muss nicht zugeführt werden.
2. durch das Entfernen der Sauergase der pH-Wert erhöht wird, wodurch sich das Gleichgewicht in Richtung Ammoniak verschiebt.
3. im vorliegenden Verfahren eine größere Menge an Niedertemperaturabwärme vorliegt, die eine zu geringe Temperatur zum Beheizen der Reaktoren aufweist. Diese Niedertemperaturabwärme ist jedoch bestens geeignet, die Gärreste zu Erwärmen und hierdurch die Austreibung von Ammoniak zu unterstützen.

Beim vorliegenden Verfahren ist es nicht notwendig von außen Energie zuzuführen. Weiterhin genügen geringe Mengen an Trennungshilfsmittel (NaOH), um den pH Wert korrekt einzustellen.
Der feste Anteil des Gärrests bzw. die Festfraktion beträgt in etwa 6,7 t/h und weist einen oTM-Anteil von 25% bis 45% und vorzugsweise von in etwa 35% auf. Die Festfraktion wird als Feststoffdünger verwendet. Über einen Leitungsabschnitt 9.29 gelangt der Feststoffdünger in ein Feststoffdüngerlager 17. Es fallen in etwa 6,7 t/h Feststoffdünger mit einem N-Anteil von in etwa 0,18 t/h an.
Der größte Teil des Gärrests, die Flüssigfraktion, im vorliegenden Ausführungsbeispiel 120,31 t/h, wird über den Leitungsabschnitt 9.21 in einen Flash-Kessel 18 eingebracht. Dieser flüssige Strom weist einen organischen TM-Anteil von 1,0% auf. Der Flash-Kessel 18 ist über eine Temperaturregelung 16.1 und eine Druckregelung 16.2 temperatur- und druckgeregelt. Im Flash-Kessel 18 wird der flüssige Anteil des Gärrests über einen Leitungsabschnitt 9.22 mit einem Austreibmittel und verdünnter Schwefelsäure versehen. Durch diese Ansäuerung erfolgt ein teilweises Austreiben der gelösten sauren Gase CO₂ und H₂S. Über einen Leitungsabschnitt 9.23 werden die sauren Gase aus dem Flash-Kessel entfernt und in den Kopfraum des Lagertanks 5 eingebracht, wo sie sich mit dem in den Fermentern 3, 4 erzeugten Biogas vermischen. Als Ansäuerungsmittel wird bevorzugt H₂SO₄ verwendet.
Durch das Hinzufügen des Sauergases zum Biogas wird dieses gemeinsam mit dem übrigen Biogas im Blockheizkraftwerk verbrannt und entweicht zum überwiegenden Anteil in Form von CO₂ an die Umwelt. Vor dem Verbrennen wird das Sauergas zusammen mit dem Biogas entschwefelt. Dies wird unten noch näher erläutert. Alternativ könnte das Sauergas auch speziell aufbereitet werden. Dies verursacht jedoch erhebliche Kosten und führt auch zu keinem anderen Ergebnis.
Die Temperatur im Flash-Kessel 18 sollte möglichst hoch sein, um ein optimales Trennergebnis zu erzielen. Die Zugabe von Schwefelsäure erfolgt pH-Wert gesteuert. Der pH-Wert im Flash-Kessel sollte unter 5 abgesenkt werden. Ein weiteres Absenken des pH-Wertes verbessert die Trennwirkung nicht mehr merklich. Der Anteil des ausgetriebenen Gases erhöht sich nicht mehr nennenswert, nur der Säureverbrauch steigt. Wenn der Stofftransport des gelösten Gases von der flüssige in die gasförmige Phase limitierend ist, kann die Zugabe eines Enzympräparates mit Carboanhydrase-Aktivität wie z. B. Carboanhydrase ein besseres Ausgasungsverhalten bewirken. Das Enzympräparat verhindert eine lokale CO₂-Übersättigung, die plötzlich spontan ausgasen würde. Aufgereinigte Carboanhydrase ist zwar sehr teuer, sie fällt jedoch oftmals bei der Aufreinigung von Proteinen in Abfallfraktionen an, die eine hohe Carboanhydrase Aktivität besitzen. Vorzugsweise werden solche Abfallfraktionen dem Flash-Kessel 18 zugeführt. Es genügt bereits ein geringer Anteil an Carboanhydrase (z. B. einige μg), um mehrere Kubikmeter übersättigte CO₂-Lösung ins Gleichgewicht zu bringen. Alternativ können im Flash-Kessel Rührer oder andere Gasflüssigaustauschorgane installiert sein, um die Ausgasung zu verbessern. Auf diese Weise ist es möglich, die Größe des Flash-Kessels zu minimieren.
Der entgaste flüssige Ablauf bzw. die Flüssigfraktion aus dem Flash-Kessel 18 gelangt über den Leitungsabschnitt 9.24 zu einer Eindickungseinheit 19. In den Leitungsabschnitt 9.24 ist ein Verdichter 20 bzw. eine Förder-/Druckerhöhungseinheit integriert. Auf diese Weise wird die verbliebene Flüssigfraktion zur Eindickungseinheit 19 gefördert.
In der Eindickungseinheit 19 werden 112,2 t/h aufgereinigtes, stickstoffarmes Prozesswasser mit einem organischen TM-Anteil von in etwa 0,1% erzeugt. Über einen Leitungsabschnitt 9.26 gelangen 35 t/h des Prozesswassers in den Prozesswassertank 14, von wo aus sie über den Leitungsabschnitt 9.12 in den Dickfraktionvorratstank 12 und über den Leitungsabschnitt 9.5 in den Dünnfraktionvorratstank zur Stickstoffverdünnung eingebracht werden. Der Rest gelangt über einen Leitungsabschnitt 9.27 zur Bioethanolanlage 1, wo er zum Anmaischen verwendet wird.
In der Eindickungseinheit 19 fällt nach dem Abtrennen des Prozesswassers eine Flüssigfraktion von in etwa 7,65 t/h an, die auf einen TM-Anteil von 10% bis 20% und vorzugsweise von 15% eingedickt wird. Der Prozesswasserstrom aus der Eindickungseinrichtung 19 weist einen TM-Anteil von 0% bis 1% auf. Die Flüssigfraktion wird als Flüssigdünger verwendet und gelangt über den Leitungsabschnitt 9.25 in das Flüssigdüngerlager 21. Im Leitungsabschnitt 9.25 wird der Flüssigdünger über den Leitungsabschnitt 9.28 mit den stickstoffhaltigen Gasen aus der Gärresteseparationseinrichtung, insbesondere mit Ammoniak (NH₃), angereichert. Auf diese Weise wird der Nährstoffgehalt des Flüssigdüngers erhöht. Der erzeugte Flüssigdünger enthält 81% des der Biogasanlage 25 über die Fermentationsbrühe zugeführten Stickstoffstromes. Davon sind 90% in Form von bioverfügbarem Ammonium. Der niedrige pH-Wert des Flüssigdüngers gewährleistet eine geringe Flüchtigkeit des Ammoniums bei der Ausbringung des Flüssigdüngers, da das Dissoziationsgleichgewicht auf die Seite des nicht-flüchtigen Ammonium-Ions (NH₄ ⁺) verschoben ist.
Das im Dünnstofffermenter 3 und im Dickstofffermenter 4 produzierte Biogas wird durch den Kopfraum des Lagertanks 5 geführt. Über den Leitungsabschnitt 9.23 gelangt das Sauergas aus dem Flash-Kessel 18 ebenfalls in den Kopfraum des Lagertanks 5. Beide Gase werden dort miteinander vermischt.
Über den Leitungsabschnitt 9.17 gelangt das Biogas zum Biogasverdichter 13. Im Biogasverdichter 13 wird das Biogas auf z. B. 0,3 bar verdichtet und in die Flüssigphase des Prozesswassertanks 14 über ein frei verteiltes Düseneinbringsystem eingebracht. Der mit dem Biogasverdichter 13 erzeugte Druck entspricht dem Druck, der durch die im Prozesswassertank 14 vorhandene Wassersäule ausgeübt wird. Auf diese Weise wird das Biogas getrocknet und gekühlt. Der trockene Massenstrom beträgt in etwa 8 t/h. Die Zusammensetzung des trockenen Biogases beträgt ungefähr 60% Methan und 40% Kohlendioxid. Der Prozesswassertank 14 ist derart ausgebildet, dass die Begasungsrate bevorzugt 0,1 vvm bis 0,2 vvm beträgt (1 vvm = 1 Volumen Gas pro Volumen Flüssigkeit in der Minute). Bei der Eingasung von 55°C warmem Biogas in 20°C warmes Prozesswasser wird eine Reduktion des Wasserdampfanteils von fast 80% erzielt. Das Prozesswasser erwärmt sich dabei um ca. 3°C. Der pH-Wert sinkt durch das teilweise Lösen von CO₂ und H₂S im Prozesswasser. Spuren von Ammoniak, die sich noch im Biogas befinden, lösen sich bei saurem pH-Wert fast komplett im Prozesswasser. Eine spätere Ammoniakwäsche kann daher entfallen.
Das erkaltete Biogas gelangt über den Leitungsabschnitt 9.29 zu der Biogasentschwefelungseinrichtung 23. Über den Leitungsabschnitt 30 wird eine Prozesschemikalie in die Entschwefelungseinrichtung 23 eingebracht. In der Entschwefelungseinrichtung 23 wird der Schwefelanteil im Biogas von etwa 5.000 bis 20.000 ppm (parts per million) auf etwa 100 ppm reduziert. Die Entschwefelung erfolgt über eine Gegenstrom-H₂O₂-Zugabe. Der entstehende Schwefelsäurestrom beträgt 0,42 t/h H₂SO₄ in wässriger Losung. Über den Leitungsabschnitt 9.31 gelangt der Schwefelsäurestrom zum Leitungsabschnitt 9.22, wo er sich mit dem Austreibmittel vermischt und dem Flash-Kessel 18 zugeführt wird.
Der entschwefelte Biogasstrom kann nun energetisch verwertet werden und gelangt über den Leitungsabschnitt 9.29 zur Biogasverwertungseinrichtung 8. Dort wird das entschwefelte Biogas entweder einem Blockheizkraftwerk oder einem Brenner oder einer Kombination aus beiden zugeführt, um den Energiebedarf der Bioethanolanlage 1 und/oder der Biogasanlage 25 zu decken. Es ist auch möglich, das Biogas einer Aufreinigungs- und Kompressionsstufe zuzuführen und in ein lokales Gasnetz einzuspeisen.
In einer vereinfachten Ausführungsform kann anstelle des Hochlastbiogasreaktors ein herkömmlicher Reaktor verwendet werden.
Je nach Bedarf und Anlagengröße können auch mehrere Dünnstofffermenter und Dickstofffermenter vorgesehen sein.
Die Biogasanlage kann auch ohne eine Stickstoffsenke ausgebildet sein, was jedoch keine Rezirkulation des Prozesswassers erlaubt.
Dadurch dass die Fermentationsbrühe in eine Dünn- und eine Dickfraktion aufgetrennt wird, kann die Dünnfraktion unabhängig von der Dickfraktion vergoren werde. Die Dünnfraktion enthält einen hohen Anteil an löslichen Feststoffen und keinen oder einen sehr geringen Anteil an nicht löslichen Feststoffen. Durch das Vorsehen zweier Reaktoren, die individuell auf ihren Inhalt abgestimmt sind, kann die Dünnfraktion mit einem hohen Durchsatz und die Dickfraktion unabhängig davon mit der notwendigen Verweildauer und entsprechend geringerem Durchsatz umgesetzt werden. Da die Dünnfraktion im Hochlastbiogasreaktor sehr schnell in Biogas umgesetzt wird, genügt ein Reaktor mit sehr kleinem Volumen. Dies reduziert die zum Temperieren des Reaktors notwendige Energie und macht das gesamte Verfahren energetisch sehr effizient. Zudem wird im Vergleich zu herkömmlichen Vorrichtungen ein insgesamt kleineres Reaktorvolumen für den gleichen Durchsatz benötigt. Durch die geringen Reaktorgrößen verringern sich die Oberflächen und damit der Wärmeverlust. Zusätzlich ist die benötigte thermische Leistung, um den Bioreaktor auf eine vorbestimmte Temperatur zu regeln, wesentlich geringer. Vorzugsweise wird die Temperatur der Reaktoren derart eingestellt, dass sie knapp oberhalb der Maximaltemperatur des Reaktorzulaufes liegt. Die Temperatur des Reaktorzulaufes ist im Winter etwas geringer als im Sommer. Durch Einstellen der Zieltemperatur auf einen Wert knapp über der maximalen Temperatur des Reaktorzulaufes kann die Temperatur im Reaktor alleine durch Heizen auf der Zieltemperatur gehalten werden. Dann ist es nicht notwendig eine Kühleinrichtung vorzusehen.
In der Stickstoffsenke wird ein stickstoffarmer Prozesswasserstrom aus dem Reaktorablauf erzeugt. Dadurch ist es möglich den stickstoffarmen Prozesswasserstrom in den Biogasreaktor zurückzuführen, um die Fermentationsbrühe zu verdünnen ohne dabei den pH-Wert der Fermentationsbrühe zu erhöhen. Dies spart zum einen die Kosten für frisches Prozesswasser und zum anderen wird hierdurch vermieden, dass zu viel Ammoniak im Reaktor angereichert wird, da Ammoniak toxisch für die Mikroorganismen im Reaktor ist. Zudem kann eine höhere Raumbelastung gegenüber dem Stand der Technik gefahren werden, da der Biogasreaktor effizienter arbeitet. Somit kann ein kleineres Reaktorvolumen vorgesehen werden. Dies reduziert die zum Temperieren des Biogasreaktors notwendige Energie und macht das gesamte Verfahren energetisch sehr effizient. Im Vergleich zu herkömmlichen Vorrichtungen wird ein insgesamt kleineres Reaktorvolumen für den gleichen Durchsatz benötigt. Ein weitere Vorteil der Prozesswasserrückgewinnung liegt darin, dass die Menge an zu entsorgendem Abwasser vermindert wird bzw. die Konzentration des Düngers im Abwasserstrom steigt und weniger Wasser bewegt werden muss.
Durch die hohen Beladungsraten und den Verzicht auf stark verdünnte Co-Substrate mit geringer Methanausbeute ist der Wärmebedarf der Biogasanlage so gering, dass der entstehende Biogasstrom ausreicht, um den Wärme- und elektrischen Energiebedarf der Biogas- und der Bioethanolanlage zu decken. Die erfindungsgemäße Vorrichtung benötigt für die gleiche Menge an Fermentationsbrühe gegenüber dem Stand der Technik lediglich ein weniger als halb so großes Reaktorvolumen. Durch den Einbau von Stickstoffsenken in der Gärresteseparation und in der Eindickung wird ein stickstoffarmer Prozesswasserstrom erzeugt. Die Stickstoffverdünnung mit Prozesswasser in den Fermentern und die Trennung der abfiltrierbaren Stoffe bewirkt, dass selbst wenn im Dickstofffermenter eine höhere Raumbelastung gefahren werden kann als in den nach dem Stand der Technik bekannten Fermentern.
Die in der Beschreibung des Ausführungsbeispiels angegebenen Zahlenwerte sind in der in 2 angegebenen tabellarischen Massenbilanz in einer Übersicht dargestellt. Sie stellen ein mögliches, realistisches Beispiel dar. In 2 wird FM als Abkürzung für Fermenter, HRT für Verweildauer, VR für Reaktorvolumen und BV für Beladung verwendet. Alle Prozentangaben in obiger Beschreibung der Erfindung sind Gewichts-Prozente. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, die Vorrichtung großer oder kleiner zu skalieren, so dass die einzelnen Massen und Ströme abweichende Werte annehmen können.
Bezugszeichenliste

1: Bioethanolanlage
2: Separationseinrichtung
3: Dünnstofffermenter
3.1: Trennelemente
3.2: Reaktorzone
3.3: Reaktorwand
3.4: Gassammelraum
3.5: Ventil
3.6: Überströmkante
3.7: Leitungsabschnitt
3.8: Feststoffabscheider
3.9: Leitungsabschnitt
4: Dickstofffermenter
4.1: Rührwerk
4.2: Rührwelle
4.3: Antriebsmechanismus
4.4: Paddel
4.5: Paddelstange
4.6: Zentrierlager
5: Lagertank
6: Stickstoffsenke
7: Prozesswasserrückführung
8: Biogasverwertungseinrichtung
9.1 bis 9.31: Leitungabschnitt
10: Puffertank
11: Dünnfraktion Vorratstank
12: Dickfraktion Vorratstank
13: Biogasverdichter
14: Prozesswassertank
15
16: Gärresteseparationseinrichtung
16.1: Temperaturregelung
16.2: Druckregelung
17: Feststoffdüngerlager
18: Flash-Kessel
19: Eindickungseinheit
20: Verdichter
21: Flüssigdüngerlager
22: Verdichter
23: Entschwefelungseinrichtung

Claims

Vorrichtung zur Umwandlung von bei der Ethanolproduktion als Abfallprodukt anfallender Fermentationsbrühe in Biogas, die aufweist – eine Separationseinrichtung (2) zur Auftrennung der Fermentationsbrühe in eine Dünnfraktion und eine Dickfraktion, wobei die Dünnfraktion einen kleineren Trockenmasse-Anteil als die Dickfraktion aufweist, – zumindest zwei Biogasreaktoren (3, 4), wobei der erste Biogasreaktor (3) zum Vergären der Dünnfraktion ausgebildet ist, der im folgenden als Dünnstofffermenter (3) bezeichnet wird, und der zweite Biogasreaktor (4) zum Vergären der Dickfraktion ausgebildet ist, der im folgenden als Dickstofffermenter (4) bezeichnet wird, – einen Lagertank (5) zum Sammeln des in den Biogasreaktoren (3, 4) erzeugten Biogases und der Reaktorabläufe, – einen Leitungsabschnitt (9.3) zum Transport der Dünnfraktion von der Seperationseinrichtung (2) in einen Dünnfraktionsvorratstank (11) und einen Leitungsabschnitt (9.6), der den Dünnfraktionsvorratstank (11) mit dem Dünnstofffermenter (3) verbindet; und – einen Leitungsabschnitt (9.10) zum Transport der Dickfraktion von der Seperationseinrichtung (2) in einen Dickfraktionsvorratstank (12) und einen Leitungsabschnitt (9.13), der den Dickfraktionsvorratstank (12) mit dem Dickstofffermenter (4) verbindet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Separationseinrichtung (2) eine Dekantierzentrifuge eine Membranfiltrationseinheit, einen Trommelfilter und/oder ein Trommelsieb aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dünnstofffermenter (3) ein Biogasreaktor mit porenfreiem Strömungsweg ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dünnstofffermenter (3) einen Reaktorbehälter und einen dem Reaktorbehälter nachgeschalteten Feststoffabscheider (3.8) aufweist, dem der Reaktorablauf des Reaktorbehälters zugeführt wird, wobei der Feststoffabscheider (3.8) derart ausgebildet ist, dass der Reaktorablauf im Feststoffabscheider (3.8) derart unter Druck gesetzt ist, dass das Austreiben von Gasen minimiert ist und Feststoffe sedimentieren können, wobei zwischen dem Feststoffabscheider (3.8) und dem Reaktorgehäuse ein Leitungsabschnitt (3.9) zum Rückführen der im Feststoffabscheider (3.8) sedimentierten Feststoffe in das Reaktorgehäuse vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Leitungsabschnitt (3.7) zwischen dem Reaktorgehäuse und den Feststoffabscheidern (3.8) zum Zuführen des Reaktorablaufes zum Feststoffabscheider (3.8) vorgesehen ist, wobei der Feststoffabscheider (3.8) tiefer als die Anschlussstelle des Leitungsabschnittes (3.7) am Reaktorgehäuse angeordnet ist, so dass im Leitungsabschnitt (3.7) ein hydrostatischer Druck ausgebildet ist, der den Reaktorablauf im Feststoffabscheider (3.8) beaufschlagt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Dünnstofffermenter (3) Trennelemente (3.1) aufweist, die im inneren des Dünnstofffermenters (3) übereinanderliegende, nach unten offene Gassammelräume (3, 4) begrenzen, wobei die Trennelemente jeweils eine Überströmkante aufweisen, über die volumengeregelt Biogas in eine Reaktorzone oberhalb des Trennelements derart einströmbar ist, dass in dieser Reaktorzone eine definierte Zirkulationsströmung einstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Dickstofffermenter (4) eine hydraulische Umwälzung, ein Rührwerk (4.1) und/oder eine Gaswälzung aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Separationseinrichtung (2) und dem Dickstofffermenter (4) ein Vorratstank (12) für die Dickfraktion vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Separationseinrichtung (2) und dem Dünnstofffermenter (4) ein Vorratstank (11) für die Dünnfraktion vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Dünnstofffermenter (3) und der Dickstofffermenter (4) Abläufe aufweisen, die in den Lagertank (5) münden, wobei die Reaktorabläufe (9.7, 9.16) aus dem Dünnstofffermenter (3) und dem Dickstofffermenter (4) im Lagertank vermischt werden.
Vorrichtung zur Umwandlung von bei der Ethanolproduktion in einer Bioethanolanlage (1) als Abfallprodukt anfallender Fermentationsbrühe in Biogas, nach einem der Ansprüche 1 bis 10, die aufweist – einen Biogasreaktor (3, 4), zum Vergären der Fermentationsbrühe, – einen Lagertank (5) zum Sammeln des im Biogasreaktor erzeugten Biogases und der Reaktorabläufe, – eine Separationseinheit (6), die als Stickstoffsenke ausgebildet ist, um stickstoffarmes oder stickstofffreies Prozesswasser aus dem Reaktorablauf bereitzustellen, und – einen Rücklauf (7) von der Separationseinheit (6) in den Reaktor (3, 4) und/oder in die Bioethanolanlage (1), um das saubere Prozesswasser zum Verdünnen des Reaktorinhalts im Biogasreaktor (3, 4) zurückzuführen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagertank (5) einen Kopfraum aufweist, der als Gasspeicher ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Gärresteseparationseinrichtung (16) zum Abtrennen gasförmiger stickstoffhaltiger Verbindungen aus den Reaktorabläufen aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Gärresteseparationseinrichtung eine Dekantierzentrifuge oder ein Schneckenpresse ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Gärrestseparationseinrichtung (16) eine Temperatur- und/oder eine Druckregelung (16.1, 16.2) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Gärseparationseinrichtung (16) ein Entspannungs-Kessel (18) zum Austreiben von Gasen nachgeschaltet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass dem Entspannungs-Kessel (18) eine Eindickungseinheit (19) nachgeschaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Eindickungseinheit (19) ein Eindampfungseinheit und/oder eine Membranseparationseinheit ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Feststoffdüngerlager (17) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Flüssigdüngerlager (21) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Prozesswassertank (14) aufweist, um den/die Biogasreaktor(en) (3, 4) mit Prozesswasser zu versorgen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass dem Prozesswassertank (14) einen Biogasverdichter (13) vorgeordnet ist, wobei der Biogasverdichter (13) das Biogas verdichtet, um es in den Prozesswassertank einzudüsen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Entschwefelungseinrichtung (23) aufweist, die zum Entschwefeln des Biogases ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Einrichtung (8) zur energetischen Verwertung des Biogases aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (8) zur energetischen Verwertung ein Blockheizkraftwerk und/oder ein Brenner ist.
Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Blockheizkraftwerk eine Gasturbine und einen Generator aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Aufreinigungseinrichtung zum Aufreinigen des Biogases und eine Kompressionsstufe zum Einspeisen der Biogase in ein Gasnetz aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufreinigungseinrichtung zum Aufreinigen des Biogases eine Gaspermeationseinrichtung ist.
Vorrichtung zur Umwandlung von bei der Ethanolproduktion als Abfallprodukt anfallender Fermentationsbrühe in Biogas, nach einem der Ansprüche 1 bis 28, die aufweist – eine Separationseinrichtung (2) zur Auftrennung der Fermentationsbrühe in eine Dünnfraktion und eine Dickfraktion, wobei die Dünnfraktion einen kleineren Trockenmasse-Anteil als die Dickfraktion aufweist, – einen Biogasreaktor (4) zum Vergären der Dünnfraktion, der im folgenden als Dünnstofffermenter (3) bezeichnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Separationseinrichtung (2) mit einer einzigen Separationsstufe ausgebildet ist, und der Dünnstofffermenter (3) ein Hochlastbiogasreaktor ist, der von der Dünnfraktion durchströmt wird, wobei der Strömungsweg im Dünnstofffermenter (3) porenfrei ausgebildet ist, so dass eine Dünnfraktion mit einem geringen Feststoffanteil im Dünnstofffermenter (3) vergärbar ist.
Verfahren zur Umwandlung von bei der Ethanolproduktion als Abfallprodukt anfallender Fermentationsbrühe in Biogas, bei dem mittels einer Separationseinrichtung (2) die Fermentationsbrühe in eine Dünnfraktion und eine Dickfraktion aufgetrennt wird, die Dünnfraktion in einem ersten Biogasreaktor (3), der im folgenden als Dünnstofffermenter (3) bezeichnet wird, vergoren wird, und die Dickfraktion in einem zweiten Biogasreaktor (4) der im folgenden als Dickstofffermenter (4) bezeichnet wird, vergoren wird, und das erzeugte Biogas sowie die Reaktorabläufe aus dem Dünnstofffermenter (3) und dem Dickstofffermenter (4) in einem Lagertank (5) gesammelt werden.
Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Dünnfraktion einen Trockenmasse-Anteil von 5–12% und die Dickfraktion einen Trockenmasse-Anteil von 20–35% aufweist
Verfahren nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, dass im Dünnstofffermenter (3) definierte Zirkulationsströmungen zum Durchmischen des Reaktorinhalts einstellbar sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass ein Feststoffabscheider (3.8) am Dünnstofffermenter vorgesehen ist, der mit Druck beaufschlagt ist, wobei bei erhöhtem Druck eine Sedimentation der Biomasse im Feststoffabscheider erfolgt und die abgetrennte Biomasse in den Dünnstofffermenter eingebracht wird, wodurch das Ausbringen aktiver Biomasse durch das Biogas vermieden wird.
Verfahren zur Umwandlung von bei der Ethanolproduktion als Abfallprodukt anfallender Fermentationsbrühe in Biogas, bei dem die Fermentationsbrühe in einem Biogasreaktor (3, 4) vergoren wird, das erzeugte Biogas sowie der Reaktorablauf in einem Lagertank (5) gesammelt werden, wobei aus dem Reaktorablauf der Biogasreaktoren (3, 4) in einer Separationseinheit (6), die als Stickstoffsenke (6) ausgebildet ist, stickstoffarmes oder stickstofffreies Prozesswasser abgetrennt wird, die Stickstoffsenke (6) eine Gärresteseparationseinrichtung (16) enthält, die gasförmige stickstoffhaltige Verbindungen, feste Anteile und flüssige Anteile des Reaktorablaufs separiert und in eine Flüssigfraktion, Festfraktion und Gase auftrennt und der Gärresteseparationseinrichtung (16) ein gasförmiger Trägerstrom zum Austreiben von NH₃ zugeführt wird sowie das Prozesswasser über einen Rücklauf (7) in den Biogasreaktor, um die Fermentationbrühe zu verdünnen, und/oder in eine Bioethanolanlage (1) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schlempekonditionierungsmittel dem Lagertank (5) zugegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlempekonditionierungmittel NaOH, CaCO₃, MgOH, H₂O₂, KCl und/oder ein Phosphat enthält.
Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gärresteseparationseinrichtung (16) der Druck gegenüber dem übrigen Betriebsdruck verringert ist, so dass im Reaktorablauf gelöste Gase in der Gärresteseparationseinrichtung (16) austreiben.
Verfahren nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass ein Trennungshilfsmittel der Gärresteseparationseinrichtung (16) zugegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennungshilfsmittel ein kationisches oder anionisches Flockungshilfsmittel und/oder ein Polymer und/oder CaCO₃ und/oder eine Lauge, bevorzugt NaOH, und/oder Luft und/oder Dampf ist.
Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass der gasförmige Trägerstrom Wasserdampf und/oder Luft ist.
Verfahren nach Anspruch 34 oder 40, dadurch gekennzeichnet, dass der gasförmige Trägerstrom in einem Verdichter verdichtet und zumindest teilweise kondensiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass einem Entspannungs-Kessel (18) eine Mischung aus Schwefelsäure aus einer Entschwefelungseinrichtung und einem Austreibmittel zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Entspannungs-Kessel (18) im flüssigen Anteil des Reaktorablaufs verbliebenes Biogas abgetrennt wird.
Verfahren nach Anspruch 42 oder 43, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert im Entspannungs-Kessel (18) auf einen Wert zwischen 3 und 5 eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 42 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert im Entspannungs-Kessel (18) auf einen Wert zwischen 4 und 5 eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 42 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass in einer dem Entspannungs-Kessel (18) nachgeschalteten Eindickungseinheit (19) aus dem flüssigen Reaktorablauf stickstoffarmes Prozesswasser gewonnen wird.
Verfahren nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozesswasser aus der Eindickungseinheit (19) einen TM-Gehalt von unter 0,5% enthält, vorzugsweise unter 0,3% und die NH₄-N-Konzentration unter 100 mg/L liegt, vorzugsweise unter 50 mg/L.
Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 47, dadurch gekennzeichnet, dass das Biogas in einer Entschwefelungseinrichtung unter Einsatz einer Prozesschemikalie entschwefelt wird.
Verfahren nach einem der Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesschemikalie eine wässrige H₂O₂-Lösung ist.
Verfahren nach einem der Anspruch 48 oder 34, dadurch gekennzeichnet, dass in der Entschwefelungseinrichtung eine verdünnte Schwefelsäure entsteht, die bei der Ethanolproduktion zur Anmaischung verwendet wird, und/oder die verdünnte Schwefelsäure bei der Umwandlung der Fermentationsbrühe in Biogas zum Ansäuern im Entspannungs-Kessel (18) verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 50, dadurch gekennzeichnet, dass eine mineralische Spurenelementlösung dem Biogasreaktor (3, 4) zugesetzt wird, wobei die Spurenelementlösung zumindest ein Spurenelement und einen Komplexbildner enthält.