Projekttreffen STEP auf dem Firmengelände von ATS - Agro Trading & Solutions in Hardegsen (Foto: DBFZ)

StromBiogasKWK | Biomassetechnologien

FKZ-Nr. 03KB152

FlexPump - Entwicklung und Demonstration eines pumpenbasierten Mischkonzeptes für den flexibilisierten, effizienzoptimierten und multifeedstockfähigen Betrieb von Biogasanlagen

Entwicklung eines außenliegenden Pumpsystems zur hydraulischen Reaktorvermischung (Quelle: Fraunhofer IKTS)

Dauer

  • 01.01.2019 – 31.12.2021

Kontakt

Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS, Mischprozesse und Reaktoroptimierung
Winterbergstraße 28
01277 Dresden

Anne Deutschmann – Projektleiterin
Telefon: +49 351 2553-7685
E-Mail: anne.deutschmann‍@‍ikts.fraunhofer.de

Dr. Karin Jobst – Ehemalige Projektleiterin

Partner

03KB152B - Vogelsang GmbH & Co. KG
03KB152C - A & U Service- und Vertriebs GmbH

Assoziierte Partner

Kooperationspartner

Unterauftragnehmer

03KB152 FlexPump (Quelle: DBFZ)

Thema

Der weitere Ausbau des regenerativ bedienten Stromsystems erfordert einen wirtschaftlichen und optimierten flexiblen Betrieb der bestehenden und neu zu errichtenden Biogasanlagen. Unter Beachtung der gegebenen Vorzüge wie Verlässlichkeit, Regelbarkeit und der vielfältigen Einsatzmöglichkeiten sind effiziente Konzepte und Technologien zu entwickeln, die langfristig einen nachhaltig rentablen Betrieb unabhängig von staatlicher Förderung gewährleisten. Ein immenses Potenzial liegt hierbei in der Optimierung der Durchmischung der Gärsubstrate, verbunden mit einer effizienten und gezielten Technik zur Substrateinbringung und -vorbehandlung.

Ziele

Durch gezielte Kopplung der Substratvorbehandlung und der Rückführung interner Prozesswasserströme mit einem intelligenten Pumpensystem soll im Rahmen des Verbundvorhabens ein Gesamtsystem zur hydraulischen Durchmischung von Biogasreaktoren entwickelt und unter Praxisbedingungen im Pilotmaßstab überprüft und optimiert werden. Mit der zusätzlichen Erarbeitung und Erprobung eines multifeedstockfähigen Anlagenkonzeptes und der Entwicklung einer komplexen Steuerung zur Anpassung der hydrodynamischen Prozessabläufe soll eine praxistaugliche und nachhaltig rentable Systemlösung zur flexiblen und bedarfsgerechten Biogaserzeugung für einen breiten Anwenderkreis zur Verfügung stehen.

Maßnahmen

IKTS

  • Ausgehend von den Anforderungen einer flexiblen Biogaserzeugung werden unterschiedliche Substrate, vornehmlich biogene Reststoffe wie Grassilage und Stroh in die Betrachtungen einbezogen. Zur Realisierung einer umfangreichen Parametervariation sind zunächst prozesstomographische Untersuchungen im kleintechnischen Maßstab geplant. In Abhängigkeit stark variierender Substrateigenschaften, unterschiedlicher Beschickungsregime und anzupassender Kreislaufströme werden die sich einstellenden Strömungsgeschwindigkeiten und Mischgüten im Reaktor bewertet und funktionale Zusammenhänge zwischen den Prozessgrößen und dem Prozessergebnis aufgestellt. Die vorzunehmenden Parameterstudien werden durch Strömungssimulationen ergänzt.

Vogelsang

  • Neben den zu ermittelnden Abhängigkeiten zwischen Substrateigenschaften, den zu variierenden Prozessgrößen und dem Mischergebnis ist die Kenntnis der im sich Pumpsystem ausbildenden Strömungsverhältnisse eine wesentliche Voraussetzung für die Erarbeitung des zu erstellenden Regelkonzeptes. Zur Ableitung optimierter Auslegungs- und Betriebsparameter des Prozesses wird das Strömungsverhalten im Pumpensystem mittels numerischer Strömungssimulation bewertet. Schwerpunktmäßig sind innerhalb des Teilvorhabens die Kriterien zur Auslegung und den Betrieb des Pumpensystems an die Anforderungen des multifeedstockfähigen Anlagenbetriebes anzupassen und ein Konzept zur Regelung des Gesamtprozesses als Grundlage für einen automatisierten, flexiblen und bedarfsgerechten Betrieb von Biogasanlagen zu entwickeln. Die vorzunehmenden Entwicklungen werden anschließend in den Pilotmaßstab übertragen und getestet.

A & U

  • Die Realisierung eines multifeedstockfähigen Anlagenbetriebes zur bedarfsgerechten Biogasproduktion erfordert eine an die Substrateigenschaften angepasste Prozessführung. Neben der Substratvorbehandlung werden die fluiddynamischen Eigenschaften im Fermenter und damit der Mischprozess wesentlich durch interne Kreisläufe (Gärrest, Prozesswasser) beeinflusst. Im Rahmen des Teilvorhabens sind systematische Untersuchungen zur Optimierung der Gesamtprozesskette der Biogaserzeugung geplant. Unter Einbeziehung unterschiedlicher Anlagenkonzepte soll der Einfluss des bei der Gärrestentwässerung anfallenden, konditionierten und wieder rückgeführten Prozesswassers auf die sich einstellenden Suspensionseigenschaften im Fermenter und deren Auswirkungen auf den Misch- und Biogasprozess untersucht werden. Ein weiterer Schwerpunkt des Teilvorhabens ist die Installation und verfahrenstechnische Bewertung des hydraulischen Mischsystems im Bypass eines großtechnischen Fermenters.

Schwerpunkte

IKTS

  • Entwicklung eines Verfahrenskonzeptes zum Einsatz eines außenliegenden Pumpsystems
  • Bewertung des Mischprozesses mittel Prozess-Tomographie und numerischer Strömungssimulation

Vogelsang

  • Anpassung und Optimierung des Designs und der Prozessparameter des Pumpsystems
  • Konzepterstellung zur Regelung des Gesamtprozesses

A & U

  • Einbindung des pumpenbasierten Mischsystems in eine Biogasanlage
  • Bewertung des Mischsystems unter Praxisbedingungen
Vogelsang-Zerkleinerungs- und Pumptechnik (Foto: Vogelsang GmbH & Co. KG)
Vogelsang-Exzenterschneckenpumpe (Foto: Vogelsang GmbH & Co. KG)

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