BIOGAS-Gewinnung durch Verwertung organischer

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Dr.-Ing. Günther Engineering GmbH
BIOGAS-Gewinnung
durch Verwertung organischer Reststoffe
mit Biogasaufbereitung zu Erdgas und Kohlendioxid
BIOGAS-production
utilizing organic waste materials
with biogas recycling to natural gas and carbon dioxide
Biogas-Anlagen mit über 15 Jahren Betriebserfahrung
Biogas-plants with more than 15 years operating experiences
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Einführung
Introduction
Alles, was besteht, ist auch wert zugrunde zu gehen (Hegel)
Kohlenstoff ist ein Grundbaustein allen Lebens. Die
Existenz der belebten Natur basiert auf einem
Gleichgewicht zwischen der Pflanzen- und der
Tierwelt. Während Pflanzen Kohlendioxid aufnehmen und unter Freisetzung von Sauerstoff organische Verbindungen produzieren (Pflanzenbiomasse
= gebundener Kohlenstoff), nehmen Tier und
Mensch ebendiese organischen Verbindungen auf
und setzen Kohlendioxid frei. Dieses Gleichgewicht
stellte sich erdgeschichtlich erst im Verlauf des
Karbons ein, nachdem große Pflanzenbiomassen
aus diesem Kreislauf für immer in Form der heutigen Bodenschätze Kohle, Erdöl, Erdgas ausgeschieden wurden. Daraus resultiert auch die Zusammensetzung der Erdatmosphäre mit einem
Kohlendioxidanteil von 0,03 Vol % = 300ppm. Infolge der Industrialisierung und des damit verbundenen Energie- und Rohstoffbedarfes werden innerhalb von ca. 200 Jahren (1900-2100) ca. 80% dieser Kohlenstoffquellen dem Kreislauf wieder zugeführt (vgl. Trösch). Dieser Entwicklung muss
schnellstens Einhalt geboten werden, soll die Zusammensetzung der Atmosphäre, an die das heute
existierende Leben angepasst ist, nicht zu Lasten
des Sauerstoffgehaltes verändert werden. Neben
Energieeinsparung kann die Nutzung von alternativen Energiequellen (Solartechnik, Wind, Wasser,
Biogas) einen entscheidenden Beitrag leisten.
Biogas ein Gemisch aus Methan und Kohlendioxid ist ein Produkt, das bei der Mineralisierung
organischer Substanz unter anaeroben Bedingungen freigesetzt wird. Es ersetzt fossile Brennstoffe
vollständig, ohne jedoch den Kohlenstoffkreislauf zu
belasten.
Ein anderes globales Problem stellt die immer höher steigende Müllflut dar. Unterschiedliche Untersuchungen haben übereinstimmend ergeben, dass
Ca. 30-40% des Siedlungsabfalls organischer Herkunft sind. Hinzugezählt werden müssen organische Abfälle aus Industrie und Gewerbe sowie tierische Exkremente aus der Landwirtschaft.
Zu den natürlichen biochemischen Prozessen zählt
die Zersetzung von organischer Substanz, d.h. die
Umwandlung in größtenteils anorganische Verbindungen. Damit schließt sich der Stoffkreislauf Boden Pflanze -Tier/Mensch - Boden auf natürliche
Weise.
Anlieferung von Biotonne
Delivery of Bio bin
Everything that exists deserves to decline (Hegel)
Carbon is a basic component of life. The survival of
nature is based on a balance between the animal
and plant world. Plants take in carbon dioxide to
produce organic substances and release oxygen
(biomass=fixed carbon), whereas animal and man
take in these organic substances and oxygen, and
release carbon dioxide. From a geological point of
view, this balance set as late as during the Carboniferous period, when huge amounts of vegetable
biomass had left this cycle for good by forming
today s coal, crude oil and natural gas. This situation led to the present composition of the earth s
atmosphere with a carbon dioxide content of 0,03
Vol % =300 ppm. As a consequence of industrialization and the resulting requirement for energy and
raw materials, app. 80% of these sources of carbon
will be re-introduced into the cycle within about 200
years (1900-2100) (cp.W.Trösch). This tendency
has to be stopped immediately in order to prevent
the atmosphere, to which nature has conformed by
now, from changing its structure at the expense of
oxygen. In addition to conservation of energy, the
use of alternative sources of energy (solar technology, wind, water, biogas) can make an important
contribution to reach this goal.
Biogas is a mixture of methane and carbon dioxide
released during mineralization of organic matter
under anaerobic conditions. It makes a perfect substitute for fossil fuels, without even affecting the
carbon cycle.
The ever more growing mountain of rubbish is another global problem. Different studies have shown
unanimously that app. 30-40% of municipal wastes
are of organic origin. On top of that there are organic wastes from industry and trade as well as
animal dung from live-stock farming.
Decomposition of organic matter, i.e. its transformation into inorganic compounds, is one of the oldest
biochemical processes at all and completes the
metabolic cycle between soil- plant- animal-mansoil in natural way.
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Grundsätzlich sind zwei Arten zu unterscheiden:
Kompostierung
Vergärung
There are basically two ways of decomposition:
Composting
Fermentation
Beiden Verfahrensgruppen ist gemein, dass in der
Natur ablaufende Prozesse in eine technische Gestalt überführt werden. Dabei werden die Lebensbedingungen für die beteiligten Mikroorganismen optimiert und damit der Verfahrensablauf deutlich
beschleunigt.
Both of these methods copy natural processes in a
technical frame, providing optimum living conditions
for the microbes involved, which results in a remarkable acceleration of metabolic transformation.
Prinzipiell unterschiedlich verlaufen beide Verfahren
aus energetischer Sicht. Die Kompostierung benötigt zur Herstellung optimaler aerober Verhältnisse
einen erheblichen Energieeinsatz zum Umsetzen
von Mieten bzw. zu deren Belüftung. Demgegenüber entsteht bei der Vergärung das bereits genannte Biogas. Selbst nach Abzug der für die Aufrechterhaltung des Anlagenbetriebes notwendigen
Energie verbleibt ein Überschuss von ca. 80%, der
für anlagenfremde Prozesse in Form von thermischer und elektrischer Energie zur Verfügung steht
(hier ist die Elektroeinspeisung in das öffentliche
Netz gem. Stromeinspeisegesetz vom 07.12.90
ausdrücklich eingeschlossen). Dennoch haben
beide Verfahren auch in absehbarer Zeit ihre Berechtigung, wenn es gelingt, die Vorzüge beider
Verfahren unter ökologischen Gesichtspunkten
zusammenzuführen.
Organische Reststoffe sind in ihrer stofflichen Zusammensetzung, ihrer Struktur, ihrer Herkunft und
ihrer Verunreinigung eine höchst heterogene
Stoffgruppe. Nach ihren Eigenschaften muss von
Fall zu Fall entschieden werden, welchem der beiden Mineralisierungsverfahren der zu entsorgende
Stoff zugeführt wird. Daraus folgt, dass die Kombination von Vergärungs- und Kompostieranlage an
einem Standort (resp. in engem räumlichem Zusammenhang) das sinnvollste Konzept verspricht.
Beispielsweise sind Grünabfälle (Strauchschnitt und
Laub) aufgrund des hohen Ligninanteils und geringer Geruchsemissionen am besten in offener Mietenkompostierung zu behandeln. Hingegen sind
wasserreiche, strukturlose und übelriechende organische Reststoffe wesentlich besser im geschlossenen System der zweistufigen Vergärung nach
dem PLAUENER VERFAHREN zu behandeln.
Biomüll nach mechanischer Vorbehandlung
Bio waste material after mechanical pretreatment
However, they differ principally from an energetic
point of view. Composting requires a considerable
input of energy to establish optimum aerobic conditions for transposition and ventilation of stacks. On
the other hand, fermentation produces biogas. Even
after deducing the energy used up by the plant itself, the remaining surplus of energy amounts to
app. 80%.
This is available for eternal purposes as thermal or
electric energy (feeding into the public network
acc. Stromeinspeisegesetz of 07/XII/90 is expressly included herein). Each of these methods will
be justified even in the near future when technology
succeeds in blending the advantages of these two
procedures in terms of ecology.
Organic wastes are a most heterogeneous group of
materials as far as their composition, structure,
origin and impurity are concerned. Which mineralization process the waste material shall go
through has to be decided in each individual case.
Consequently, a combined unit for fermentation and
composting in one place (i.e. very close to each
other) is the most promising concept. The most
favourable way to treat gardening wastes (brushwood and leaves) is, for instance, to compost them
in open stacks because they contain a high percentage of lignin and cause little odour. In contrast
it is much better for liquid, structure less and foulsmelling organic wastes to be treated in a closed
two-stage fermentation system according to the
PLAUEN PROCESS.
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Dazu zählen aus den Bereichen:
- separat erfasster
Biomüll aus dem
Siedlungsabfall
- Lebensmittel-,
Konserven-, fleischund fischverarbeitende
Industrie
- Obst- und Weinkeltereien
- Brauereien,
Brennereien
- Großküchen
(incl. Altfette, Fettabscheider)
- Speiseöl- und
Fettherstellung
(incl. Bleicherden)
- Gerbereien
(natives Leimleder)
- Massentierhaltung
(Gülle, Festmist,
Silosickersaft)
- Futtermittelproduktion
- Papierschlämme
This applies to waste materials from the following
areas:
- Biowaste from separate collection in
communities
- Food processing,
canning factories,
meat and fish
processing
- Fruit and wine
presses
- Breweries,
distilleries
- Canteens (incl. used
fats, grease traps)
- Production of nutrient
oils and fats
(incl. active earths)
- Tanneries (native
glue stock)
- Large-scale livestock farming
(manure, dung, effluxent water from silos)
- Fodder production
- Paper sludge s
Diese und andere Stoffe werden in großtechnischem Maßstab nachweislich seit Mai 1987 in einer
Referenzanlage in Zobes (Landkreis Plauen) eingesetzt. Die dabei erzielten Ergebnisse haben die
Erwartungen an Produktaustrag und Gasausbeute
voll erfüllt, in Einzelfällen sogar übertroffen. Für
Untersuchungen an Stoffen, für die noch keine
praktischen Erfahrungen vorliegen, steht eine kleintechnische Versuchsanlage zur Verfügung.
There is evidence that such substances have been
treated, among others, in a DGE/DSD reference
plant since May, 1987. The output of product and
gas obtained in this process has met, or in some
respect even exceeded, all expectations. A smallscale test plant is available for research on substance which lack in practical experience.
Das Leistungsangebot von DGE/DSD umfasst:
DGE/DSD´s services include:
- Studien- und Planungsarbeiten
- Labor- und kleintechnische Untersuchungen
von Substratproben zur Ermittlung des Fermentationsverhaltens in einer kleintechnischen
Anlage (Faulraumvolumen in der methanogenen Phase = 50m³)
- Genehmigungsplanung
- Planung mit Standortanpassung
- Ingenieurleistungen und Koordination
- Lieferung von Ausrüstungen und Komponenten
- Montagen
- Inbetriebnahme und Schulung des Betreiberpersonals
- Studies and planning
- Laboratory and Small-scale testing of samples
to determine ferment ability in an experimental
plant (digester volume in the methanogeneous
stage: max.50m³)
- Authority engineering
- planning and adaptation to site conditions
- Engineering and co-ordination
- Supply of equipment and components
- Erection
- Commissioning and training of operating
personnel
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Das Plauener Verfahren
The PLAUEN PROCESS
Das Plauener Verfahren wurde in den Jahren 198284 unter wissenschaftlicher Betreuung der TU
Dresden entwickelt. Die Erprobung des Verfahrens
erfolgte in der kleintechnischen Versuchsanlage.
Erst nach Vorliegen erster Ergebnisse begann die
Errichtung der ersten großtechnischen Biogasanlage zur Verwertung organischer Reststoffe, die seit
Mai 1987 ununterbrochen und störungsfrei betrieben wird. Das Kernstück der Anlage bildet die zweistufige Fermentation unter Freisetzung von Biogas.
The PLAUEN PROCESS was developed under the
scientific supervision of Dresden Technical University between 1982 and 1984. It was tested in the
small-scale test plant, and construction of the first
large-scale biogas plant for utilization of organic
waste materials began only after the first results
had been obtained. This plant has been operated
trouble free since May, 1987. The heart of the plant
is a two-stage fermentation process with release of
biogas.
Die organischen Reststoffe werden in Abhängigkeit
von ihrer stofflichen Struktur unterschiedlich mechanisch vorbehandelt und gelangen als Substrat in
die saure Phase. Hier erfolgen die hydrolytische
Substratspaltung und Säurebildung, die Homogenisierung erfolgt unter Zuführung von Luft.
Depending on their respective chemical structure,
the organic waste materials go through different
mechanical pre-treatment. The resulting homogeneous substrate enters the sour stage for hydrolysis
and acidification. Air is then fed in to homogenize
the medium.
In der sauren Phase wird Schwefelwasserstoff
(H2S) gebildet. Durch feinblasiges Verteilen von
Luft im Substrat wird das Ausgasen von Schwefelwasserstoff begünstigt. Die HS- belastete Abluft
wird abgesaugt und im Biofilter gereinigt. Deshalb
muss der H2S-Gehalt im Biogas geringer sein als in
einstufigen Anlagen oder auch in zweistufigen Anlagen, bei denen das entstehende Gas beider Stufen zusammengeführt wird.
The sour stage produces hydrogen sulphide (H2S)
whose emission is promoted by distributing fine
bubbles of air in the substrate. The waste air contaminated with H2S is drawn off and purified in a bio
filter. This is why the H2S content needs to be lower
than it usually is one-stage plants that unite the gas
resulting from both stages.
Die Verweildauer in der sauren Phase beträgt in
Abhängigkeit von der Außentemperatur und dem
Medium 3-5 Tage. Die in der sauren Phase gebildeten Stoffwechsel-Zwischenprodukte werden kontinuierlich bzw. quasikontinuierlich in die methanogenen Phase gefördert. In der methanogenen Phase erfolgt die Umsetzung der Vielzahl organischer
Säuren zu Acetat, dem sich die Bildung von Methangas (Biogas) anschließt. Am Umsetzungsprozess sind acetogene und methanogene Bakterien
beteiligt.
Die Methanfermentation erfolgt im Reaktor unter
Luftausschluss, im feuchten Medium, bei Dunkelheit und einer Reaktionstemperatur von 30-35°C.
Durch eine intensive und schonende Homogenisierung werden mikrobielle Symbiosen erhalten.
Zwischenprodukt aus der Versäuerungsphase
Intermediate product of sour stage for acidifation
Retention time in the sour stage is 3-5 days, depending on the ambient temperature and the kind of
medium concerned. The metabolic intermediates
resulting from the sour stage are continuously or
quasi-continuously transferred into the methanogeneous stage where the multitude of organic acids is
transformed, with the help of acetogeneous and
methanogeneous bacteria, into acetate and subsequently into methane gas (biogas).
Methane is produced in the reactor without access
of air, under wet and dark conditions, at a reaction
temperature of 30-35°C, followed by an intensive
but careful homogenisation, which preserves microbial symbioses.
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Abgestimmt auf die vorherrschenden Bakterienarten werden in jeder Phase optimale Prozessbedingungen eingestellt; damit kann die Leistungsfähigkeit des Gesamtprozesses im Vergleich zu anderen
Verfahren deutlich gesteigert werden. Über die
gewählten Reaktionszeiten und die Belastung der
Stufen kann die zweistufige Fermentation gesteuert
werden.
In der methanogenen Phase erfolgt ein Ausgleich
der Ausspülverluste an Biomasse durch den mikrobiellen Zuwachs und die Biomasserückführung.
Durch den Zweiphasenprozess kann die Aufenthaltsdauer des Substrates in der methanogenen
Phase auf 8-12 Tage reduziert werden. Das erzeugte Biogas hat einen Methangehalt von 6575Vol. % und ist besonders arm an Schwefelwasserstoff (<0,05Vol% = 500 ppm). Dies ist besonders
im Hinblick auf Lebensdauer der Gaskessel, Gasmotoren usw. bedeutsam, im Regelfall kann auf
eine Biogasentschwefelung verzichtet werden.
Anlieferung von Küchenabfällen
Kitchen waste
In Abhängigkeit vom Substrat, der Raumbelastung
und der gewählten Verweildauer wird eine spezifische Gasausbeute erzielt, siehe Grafik Seite 4.
Das ausgefaulte Substrat wird den Reaktoren in
Dünnphase (Faulwasser) und Dickschlamm getrennt entnommen.
The process conditions in every stage can be optimized according to the needs of the predominating
species of bacteria, which makes it possible to increase performance of the whole process considerably in comparison with other techniques. The
two-stage fermentation can be controlled by varying
retention times and loading of each stage.
Losses in biomass due to discharge off effluent and
thick slurry are compensated in the mathanogeneous stage by increase in microbes and recirculation
of biomass. Thanks to the two-stage process, retention time of the substrate in the methanogeneous
stage does not exceed 8-12 days. The resulting
biogas contains 65-75 Vol. % of methane and is
very poor in hydrogen sulphide (<0.05 Vol. % =
500ppm), which is of particular interest as far as the
service life of gas boilers, gas engines, etc., is concerned: desulphurization is normally not necessary.
The specific gas yield depends on the respective
substrate, load and retention time, see graph on
page 4.
The digested substrate is separated into a liquid
phase (effluent water) and solid matter.
Anlieferung von Altfetten
Delivery of used fats
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Biogasniederdruckspeicherung
Low Pressure Storage of Biogas
Zur Abgleichung von Schwankungen in der Biogasproduktion sowie im Biogasverbrauch ist eine Speicherung von Biogas im Umfang bis max. 1 Tagesproduktion erforderlich.
In order to compensate for fluctuations in the production and consumption of biogas, a sufficient
buffer storage facility for app. One day s yield needs
to be provided.
Biogasverwertung
Utilization of Biogas
Biogas ist ein hochwertiges Brenngas mit einem
mittleren Heizwert von Hu=25,2MJ/m³
(7,0 kWh/m³). U.a. kann Biogas zum Betreiben
folgender Aggregate eingesetzt werden:
Kraft-/Wärmekopplung (Blockheizkraftwerk)
Warmwasser-/Dampfautomaten
CO2-Generatoren für Treibhausbegasung
Herstellung von Erdgas und Kohlendioxid
nach dem Wittenberger Verfahren (BMCVerfahren)
Biogas is a high grade fuel gas with an average
calorific value of HU = 25, 2 MJ/m³
(7, 0 kWh/m³). Among others, it can serve the following purposes:
Unit heating power stations
Hot-water plants/ steam generators
Provision of CO2 for respiration in green houses
Production of natural gas and carbon dioxide after
the Wittenberg process (BCM-process)
Fest-Flüssig-Trennung
Solid/Liquid Separation
Die Dickphase aus den Reaktoren wird abgezogen
und dann den Separatoren zugefördert.
Im Ergebnis der Separation (Fest-FlüssigTrennung) erhält man einen schüttfertigen Feststoff
(Trockensubstanzgehalt ca. 2%). Dieses Fugat wird
größtenteils zur Aufmaischung von Reststoffen
(z.B. Biomüll) vor Eintritt in die Versäuerungsphase
verwendet. Beide Fraktionen sind Wertstoffe, die
als organische Dünger im Pflanzenbau einsetzbar
sind.
Thick slurry is withdrawn from the reactors and
transferred into separators. The result of this
solid/liquid separation is a loose solid (percentage
of solids: app. 30%) and an effluent nearly free from
solids (percentage of solids: app. 2%). The latter is
mostly used to mix waste materials (e.g. bio waste)
before they enter acidification. Both of these fractions are valuable substances and can be used as
organic fertilizers in agriculture.
Anlieferung von Gülle
Delivery of liquid manure
Vergärungs-Rückstand
Fermention residue (solid)
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Merkmale und Vorzüge des zweistufigen
PLAUENER VERFAHRENS
Characteristics and Advantages of the TwoStage Process
Der Fermentationsprozess besteht aus einer aeroben Versäuerungsphase, die diskontinuierlich beschickt werden kann, und einer aneroben methagonen Phase, die aus der ersten Stufe kontinuierlich
beschickt wird. Das Volumen der ersten Stufe ist so
dimensioniert, dass eine Pufferung der angelieferten Reststoffe über mehrere Tage möglich ist.
The fermentation process includes an aerobic acidification stage, which may be fed discontinuously,
and an anaerobic methanogenous stage, fed continuously from the first stage. The first stage is designed in such a way that fluctuations in input quantities can be compensated for several days.
An beiden Phasen sind jeweils andere Bakterienstämme beteiligt. Durch die räumliche Trennung
wurde es möglich, jeweils optimale Milieubedingungen für die Bakterien einzustellen. Auch die Steuerung beider Stufen unabhängig voneinander wurde
möglich.
Damit wird eine gleichbleibende Qualität der Reaktionsprodukte erzielt und die Prozesskontrolle und
Überwachung vereinfacht.
Different strains of bacteria act in the two stages of
process. As the stage proceed in separate locations, it is possible to provide an optimum environment for the bacteria involved and to control each
stage separately.
This way the Quality of the reaction products is
always the same and process control and supervision is simplified.
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Seuchenhygienische Gesichtspunkte
Der zweistufige Fermentationsprozess hat nachweislich eine hygienisierende Wirkung. Selbstverständlich handelt es sich dabei nicht um eine thermische Hygienisierung. Also müssen andere Milieubedingungen wie:
Nahrungskonkurrenz zwischen begünstigten
Mikroorganismen und Krankheitserregern
Stoffwechsel-Zwischenprodukte, die giftig auf
Krankheitserreger wirken
Absenkung des pH-Wertes im Verlauf der
Hydrolyse- und Versäuerungsphase
Abwesenheit von Sauerstoff
zum Absterben der Krankheitserreger und Unkrautsamen führen. Eine Nachrotte für den Vergärungsrückstand ist nicht erforderlich. Nur bei der
Verwertung seuchenhygienisch problematischer
organischer Reststoffe (z. B. Küchenabfälle aus
Krankenhäusern, organische Reststoffe von Luftverkehrsgesellschaften) sollte vorsorglich eine
thermische Hygienisierungsstufe vorgesehen werden.
Anlieferung von Maschinenleimleder
Delivery of glue stock
Geruchsemissionen
Stoffbedingte Geruchsemissionen, die zwangsläufig
bei der Anlieferung und Aufbereitung der organischen Abfälle sowie in der Versäuerungsphase
entstehen, werden durch geschlossene Gebäudebauweise weitgehend vermieden. Die Geruchsbeladene Prozessluft wird gezielt abgesaugt, über
Biofilter geführt und gereinigt und erst dann in die
Atmosphäre abgegeben.
Sanitary Aspects
The two-stage fermentation process has proved to
have a hygienic effect. It goes without saying that
this cannot be attributed to any thermal impact. So
there must be other factors of the environment as:
Food rivalry between the desired microbes and
germs
metabolic intermediates with a poisonous effect
on germs
Lowering index of pH in the course of hydrolysis
and acidification
Lack of oxygen
that kill germs and weeds. The fermentation residue
does not require any further retting. Thermal sanitation treatment is only intended for utilization of organic waste materials with a particular epidemic
concern (e.g. kitchen scraps from hospitals, organic
waste from air lines).
Odour
Offensive smells from specific materials which are
inevitably set free during intake and treatment of
organic waste can almost be avoided by inside
installation. Odorous process air is deliberately
drawn off and treated in biofilters before it is released into ambient air.
Anlieferung aus Biotonne
Delivery from biowaste bin
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Pflanzenbauliche Aspekte
Agricultural Aspects
Faulwasser und Vergärungsrückstand (Feststoffe)
sind Wertstoffe, die dem Boden als organischer
Dünger und Bodenverbesserer zugeführt werden
sollen. Im Vergleich zum unbehandelten Rohsubstrat sind folgende positive Veränderungen im Hinblick auf die Anwendung im Pflanzenbau festzustellen:
Effluent and fermentation residue (solid) are valuable substances that should be applied as organic
fertilizer and for improvement of soils. Compared
with the untreated raw substrate, the following factors change in favour of agricultural applications:
Schleimstoffe werden abgebaut, wodurch das
Verkleben der Bodenkrume vermieden wird.
Der pH-Wert steigt durch den Abbau organischer
Säuren in den alkalischen Bereich (pH 7,5 8,0),
womit z. B. die ätzende Wirkung von Gülle auf
Pflanzen beseitigt ist.
Der Stickstoffgehalt verändert sich nicht. Es erfolgt jedoch ein Aufschluss des organisch gebundenen Stickstoffes durch Fermentation in Ammoniumstickstoff.
Diese
Form des Stickstoffes
kann von Pflanzen direkt aufgenommen und
verwertet werden. Andere Pflanzennährstoffe
wie Phosphor, Calcium
oder Magnesium bleiben erhalten und begründen die guten Düngeeigenschaften.
Glutinous substances are decomposed, which
prevents friable soils from clotting
As organic acids are reduced the index of pH
rises into alkaline regions
(pH 0 7, 5 8, 0) which eliminates the etching
effect of manure on plants
The content of nitrogen remains unchanged;
however, nitrogen organically fixed is digested
into ammonium nitrogen which plants are able to
take in and utilize directly. Other nutritive substances as phosphor, calcium
or magnesium are maintained and form the basis
for the good fertilizing
properties of the product.
The products obtained
may show a certain percentage of irreducible
harmful
substances
(heavy metals, etc.), if
such substances are already traceable in the input material. As these
can not to accept such
waste material. This
necessary to comply with
the limits specified in
RAL-UZ45, as it is the
case in our reference
plant Zobes, and requires
acceptance
checks.
Die Konzentration nicht
abbaubarer Schadstoffe
(Schwermetalle u.a.) in
den gewonnenen Wertstoffen tritt auf, wenn
bereits Schadstoffe in
Rohsubstrat als Produktaustrag
den angelieferten orgaRaw substrate as product outlet
nischen
Reststoffen
nachgewiesen werden.
Da es im Laufe des
Vergärungsprozesses
zu keinerlei Abbau dieser Schadstoffe kommt, sollte auf die Annahme verzichtet werden. Dies ist erEffluent water and fermentation residue are
forderlich, um für den Vergärungsrückstand die
nearly odourless.
Richtlinien der Bundesgütegemeinschaft Kompost der RAL-UZ45 einzuhalten, wie das in der
Referenzanlage in Zobes der Fall ist. Hierzu sind
Eingangskontrollen erforderlich.
Das Faulwasser und der Vergärungsrückstand
sind nahezu geruchlos.
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Biogas
Rohstoff
ein hochwertiger Energieträger und
Biogas a valuable source of energy and raw
material
Das entstehende Biogas hat einen Methangehalt
von 65-75 Vol % und ist besonders arm an Schwefelwasserstoff. Damit ist es in besonderem Maße
für die Erzeugung von elektrischer und thermischer
Energie geeignet.
The biogas obtained contains 65-75% of methane
and has a particularly low content of hydrogen sulphide which makes it especially suitable for generation of electric a thermal power in a unit heating
power plant.
Komponente
Methan
Kohlendioxid
Wasserdampf
Stickstoff
Sauerstoff
Wasserstoff
Ammoniak
Schwefelwasserstoff
Formel
CH4
CO2
H2O
N2
O2
H2
NH3
H2S
Vol.%
40-75
25-55
0-10
0-5
0-2
0-1
0-1
0-1
Components
Methane
Carbon dioxide
Water steam
Nitrogen
Oxygen
Hydrogen
Ammonik
Hydrogen sulfide
Formula
CH4
CO2
H2O
N2
O2
H2
NH3
H2S
Vol. %
40-75
25-55
0-10
0-5
0-2
0-1
0-1
0-1
Eine vorgeschaltete Gasreinigung ist nicht erforderlich.
This application does not require any pre-treatment
of biogas.
Grundsätzlich hängt der Schwefelwasserstoffgehalt
von der Zusammensetzung der zu verwertenden
Reststoffe ab. Da H2S wie bereits beschrieben, in
der Hydrolyse/Versäuerungsstufe gezielt ausgetrieben wird, liegt sein Anteil im Biogas unter
0,05 Vol % = 500ppm. Bei ausschließlicher Fermentation von kommunal erfassten Bioabfällen
haben Messungen in der Referenzanlage Zobes
beispielsweise einen H2S-Gehalt kleiner als
0,005 Vol % = 50ppm ergeben. Das so gewonnene
Biogas kann zur Erzeugung von Strom und Wärme
verwendet werden.
The content of hydrogen sulphide depends basically on the kind of input material. As described
above, H2S is deliberately driven out during hydrolysis/acidification, and as a consequence, the
biogas produced contains less than 0,05 Vol. % =
500ppm of it. Analyses in our Zobes reference plant
have for instance shown a H2S-content smaller than
0,005 Vol. % = 50ppm, if biowaste from municipal
collection is fed exclusively.
Biogas-Aufbereitung
Biogas treating plant
Blockheizkraftwerk für Biogasverwertung in Container-Bauweise
Power and heating plant, skid mounted, utilizing biogas
Mit den BCM-Verfahren der Wittenberger Firma
DGE GmbH kann das Biogas weiter bis auf Erdgasqualität gereinigt und Kohlendioxid abgeschieden werden. Dabei kann der inerte Anteil an Stickstoff und Sauerstoff nicht reduziert werden. Damit
kann eine deutlich wirtschaftlichere Verwertung des
Biogases gegenüber der Verstromung erfolgen, da
keine Abwärmenutzung erforderlich ist. Zusätzlich
wird ein zweiter Rohstoff mit dem abgetrennten
flüssigen Kohlendioxid gewonnen.
With the use of BCM methods by DGE GmbH (limited reliability company) in Wittenberg it is possible
to purify the biogas up to the natural gas quality and
separated carbon dioxide. At the same time it is not
possible to decrease the inert portion of nitrogen
and oxygen. In comparison with electric power production it is possible to attain in this way a marged
increase of economical value of biogas taking into
consideration the fact that it is not necessary no
waste heat utilization. In addition to it, s obtained
the other raw material with separated liquid carbon
dioxide.
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Die Firma DGE GmbH bietet den Kunden alle bekannten Verfahren zur Reinigung und Aufbereitung
von Biogas zu Bioerdgas, Druckwasserwäsche
(DWW), Druckwechseladsorption (PSA), SelexolWäsche und Aminwäsche an. Im Rahmen von Verfahrensoptimierungen wurde ein neues Verfahren
zur Biogasaufbereitung entwickelt, welches auch
drucklos betrieben werden kann. Dieses Verfahren
wird unter dem Namen BCM®-Verfahren angeboten.
The DGE GmbH Company offers the customers all
known methods for purification and processing of
biogas to bio natural gas, water scrubbing (WS),
pressure change adsorption (PCA), selexol washing
and amine washing. In the context of process optimizations a new method for biogas recycling which
can be used without pressure has been developed.
This method is offered under the name BCM®method.
Die Verfahrensvorteile des BCM®-Verfahrens sind
in nachstehender Tabelle aufgeführt.
The advantages of the BCM®-method are listed in
the following table.
Verfahren
DWW
PSA
Selexol
Amin
BCM
Method
Betriebsdruck
(bar)
6
9
9
6
0
Operating pressure
(bar)
6
Methangehalt
(Vol.%)
92-95
92-95
92-95
99
>99,5
Methanverluste
(%)
Methane content
(Vol.%)
>99,5
2-6
2-6
4-15
<1
<0,1
Elektroenergieverbrauch
hoch
hoch
hoch
mittel
WS
PCA
selexol
amine
BCM
9
9
6
0
92-95
92-95
92-95
99
>99,5
Methane losses
(%)
2-6
2-6
4-15
<1
<0,1
niedrig
Electric power
consumption
high
high
high
medium
low
Investkosten
hoch
hoch
sehr hoch hoch
mittel
Investment costs
high
high
very high high
Betriebskosten
hoch
hoch
hoch
niedrig
me
dium
operating costs
high
high
high
low
hoch
high
1000 ppm correspond to a methane loss of about 0,2%
1.000 ppm entsprechen etwa 0,2 % Methanverlust
450
400
350
With these low
methane losses we
determine internationally the state
of the art.
300
ppm Methan
Mit diesen geringen
Methanverlusten
bestimmen wir international den Stand
der Technik.
250
200
150
100
50
0
00:00:00
02:24:00
04:48:00
07:12:00
09:36:00
12:00:00
14:24:00
16:48:00
19:12:00
21:36:00
00:00:00
Uhrzeit
Waschlösung 1
Waschlösung 2
Waschlösung 3
100
99,8
At present, these
quality parameters
can only be
realized by
the DGE GmbH
Company
with the BCM®method.
99,6
99,4
99,2
99
98,8
98,6
98,4
98,2
Uh rzeit
01.01.2007
02.01.2007
03.01.2007
04.01.2007
05.01.2007
00:00:00
23:15:00
22:30:00
21:45:00
21:00:00
20:15:00
19:30:00
18:45:00
18:00:00
17:15:00
16:30:00
15:45:00
15:00:00
14:15:00
13:30:00
12:45:00
12:00:00
11:15:00
10:30:00
09:45:00
09:00:00
08:15:00
07:30:00
06:45:00
06:00:00
05:15:00
04:30:00
03:45:00
03:00:00
02:15:00
01:30:00
00:45:00
98
00:00:00
Methan gehalt in Vol. %
Diese Qualitätsparameter können
derzeit nur mit dem
BCM®-Verfahren von
der Firma DGE GmbH
realisiert werden.
D
G
E
Dr.-Ing. Günther Engineering GmbH
Mit dem BCM®-Verfahren können Anlagengrößen
von 50 bis 3000 m3 /h Biogas als Containervariante
realisiert werden. Damit können Gemeinden, Städte
und Regionen unabhängig von externen Netzen mit
Erdgas und Strom versorgt werden.
With the BCM®-method plants with a scale of 50 to
3000 m3/h biogas can be implemented as a container variant. Municipalities, towns and regions can
be supplied with natural gas and current independent from external nets.
Miniature plant (Lanken) for purifi3
cation of 50 Nm /h biogas
Kleinstanlage (Beispiel Lanken)
für die Reinigung von 50 Nm3/h
Biogas
Als Baukastensystem wird das BCM®-Verfahren als
Containervariante in den nachstehenden Anlagengrößen standardisiert angeboten. Damit können die
angegebenen Mengen an Bioerdgas mit den entsprechenden Einwohnern versorgt werden.
As a modular system the BCM®-method is offered
as a standardized container variant in the following
plant sizes. The indicated amounts of bio natural
gas can be produced and the corresponding number of inhabitants can be provided with that.
Anlagentyp
Bioerdgas
3
Nm /a
Plant type
BCM®-50
BCM®-100
BCM®-200
BCM®-500
BCM®-1000
BCM®-2000
BCM®-3000
215.000
450.000
900.000
2.250.000
4.500.000
9.000.000
15.000.000
Einwohner
350
700
1.400
3.500
7.000
14.000
22.000
Wir schaffen technische Insellösungen-die Innovation für den wirtschaftlichen Umgang mit Energie!
Damit wird Energie vor Ort erzeugt und muss nicht
über viele tausend Kilometer verlustreich transportiert werden.
BCM®-50
BCM®-100
BCM®-200
BCM®-500
BCM®-1000
BCM®-2000
BCM®-3000
Bio natural gas
3
Nm /a
215.000
450.000
900.000
2.250.000
4.500.000
9.000.000
15.000.000
Inhabítants
350
700
1.400
3.500
7.000
14.000
22.000
We create technical isolated applications-the innovation for the economic dealing with energy! Energy
can be produced on location without a many thousand kilometres transport involving heavy losses.
D
G
E
Dr.-Ing. Günther Engineering GmbH
Entscheidender Vorteil des BCM®-Verfahrens ist,
dass mit dem drucklosen Betrieb nur geringe Kolonnenhöhen benötigt werden. Dies ist mit keinem
Druckwaschverfahren zu realisieren. Der abgetrennte CO2-Anteil ist sauber und kann sogar als Verkaufsprodukt verwendet werden. Die verwendete
Waschmittellösung ist nicht brennbar, damit sind
keine Explosionsschutzbereiche notwendig. Der neu
entwickelte Verfahrensschritt der Waschmittelregeneration arbeitet mit einem backflash-Prozeß, bei
dem die erforderliche Regenerationsenergie gegenüber konventionellen Verfahren mehr als halbiert
wurde.
It is a decisive advantage of the BCM®-method that
with the pressureless operation only low column
heights are required. This cannot be realized with
any pressure washing method. The seperated CO2
portion is clean and can be even used as a marketing product. The used detergent solution is not
combustible so that no explosion protection zones
are necessary. The newly developed processing
step of the detergent regeneration works with a
backflash process at which the required regeneration energy was more than halved compared with
conventional methods.
®
Prozessschema BCM -Verfahren
®
Process scheme BCM -method
Für den Waschprozess wurden neue Waschmittelkombinationen entwickelt, die gleichzeitig CO2 und
H2S abscheiden. Die Waschmittelkombinationen
sind unter dem Namen BCM®-SORB geschützt.
3
Großanlage für 750 Nm /h
Biogas
For the process of washing new detergent combinations were developed which seperate CO2 and H2S
at the same time. The detergent combinations are
protected under the name BCM®-SORB.
3
Large-scale plant for 750 Nm /h
biogas
D
G
E
Dr.-Ing. Günther Engineering GmbH
Die technische Weiterentwicklung erlaubt jetzt den
Einsatz des gewonnenen Bioerdgases für folgende
Prozesse:
The further development is now approving the application of the won bio natural gas for the following
processes:
Einsatz als Treibstoff für Fahrzeuge
Herstellung von LNG
Herstellung von Synthesegas
Herstellung von chemischen Produkten wie
Methanol und Benzin
Application as fuel for vehicles
Production of LNG
Production of synthesis gas
Production of chemical products like methanol and petrol
Warum hat Biogas gegenüber allen anderen alternativen Energieformen die höchste Effektivität und
damit den Vorrang?
Why does biogas have the highest effectiveness
and with that the priority opposite all other alternative energy forms?
Biomass fuel-range differences
in comparison
Biomethane (biogas)
Sun diesel (BtL)
Bioethanol
Rape seed methyl esther
at a fuel consumption of 5 litres on 100 kilometres
bei einem Verbrauch von 5l auf 100 km
Bei der Verwendung als Treibstoff besteht die
höchste Energieeffizenz bei gleichzeitig geringsten
Emissionen. Biogas kann, im Vergleich zu allen
anderen Energieträgern, aus fast jeder Biomasse
wirtschaftlich erzeugt werden, besonders effektiv ist
die Herstellung von Biogas aus Abfällen.
Using biogas as fuel there is the highest energy
efficiency at simultaneously lowest emissions. In
comparison with all other sources of energy biogas
can be produced economically from almost every
biomass. The production of biogas from waste is
particularly effective.
Durch die Kombination des BCM®-Verfahrens mit
einer neuartigen Fermentertechnik können wir bei
gleichem Rohstoffeinsatz mindestens 8 bis 15%
mehr Biogas gegenüber konventionellen Verfahren
produzieren.
By the combination of the BCM®-method with a new
fermenter technology we can reduce at the same
use of raw materials at least 8 to 15% more biogas
compared with conventional methods.
Die neue Fermentertechnik ist erprobt. Für die Untersuchung neuer Rohstoffe und Rohstoffkombinationen steht eine Testanlage zur Verfügung.
New fermenter technology is proven and tested. A
test installation is available for the examination of
new raw materials and raw material combinations.
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