DE102012112085A1

DE102012112085A1 - Monitoring device for biogas plant, comprises removal device for removing biogas sample from biogas in biogas reactor, water retention device to retain biogas sample in water, and sensor device to determine acid content in retained water

Info

Publication number: DE102012112085A1
Application number: DE201210112085
Authority: DE
Inventors: Thomas Geick; Mathias Schlegel
Original assignee: Universitaet Rostock
Current assignee: Atfo De GmbH
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2014-06-12
Anticipated expiration: 2032-12-12
Also published as: DE102012112085B4

Abstract

Monitoring device (24) for a biogas plant (10), comprises: a removal device (19), which is capable of removing a biogas sample from the biogas produced in a biogas reactor (12) of the biogas plant biogas; a water retention device, which is designed to retain the biogas sample contained water; a sensor device (22) which is adapted to determine an acid content in the retained water. Independent claims are also included for: (1) a biogas plant comprising at least one biogas reactor and at least one monitoring device; and (2) monitoring a biogas plant, preferably a biogas plant, comprising removing a biogas sample from the biogas in a biogas reactor, retaining the water in the biogas sample, and determining an acid fraction in the retained water.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Überwachungseinrichtung für eine Biogasanlage, eine Biogasanlage mit einer solchen Überwachungseinrichtung sowie ein Verfahren zum Überwachen einer Biogasanlage.The present invention relates to a monitoring device for a biogas plant, a biogas plant with such a monitoring device and a method for monitoring a biogas plant.

In Biogasanlagen werden organische Materialien durch Bakterien zersetzt, so dass als Energieträger verwendbares Biogas freigesetzt wird. Dabei entsteht, gegebenenfalls in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des zu zersetzenden Materials, ein biologisches Gleichgewicht zwischen unterschiedlichen Arten von Bakterien, die unterschiedliche Materialien abzubauen vermögen. Wird dieses Gleichgewicht gestört, kann dies die Produktion von Biogas erheblich beeinträchtigen. Ein Biogasreaktor kann sogar derart „umkippen“, dass er ausgepumpt und vollständig neu gefüllt werden muss, so dass sich ein neues Gleichgewicht einstellen kann. Dieser Prozess kann jedoch mehrere Wochen andauern, in denen kein effizienter Betrieb eines Biogasreaktors durchgeführt werden kann. Es ist daher vorteilhaft, den Zustand eines Biogasreaktors überwachen zu können, um zu erkennen, ob der Biogasreaktor effektiv arbeiten kann oder evtl. vor dem Umkippen steht.In biogas plants, organic materials are decomposed by bacteria so that useful biogas is released as an energy source. This creates, if appropriate, depending on the composition of the material to be decomposed, a biological balance between different types of bacteria that are able to break down different materials. Disturbing this balance can seriously affect the production of biogas. A biogas reactor can even "tip over" in such a way that it has to be pumped out and completely refilled so that a new equilibrium can be established. However, this process can continue for several weeks in which an efficient operation of a biogas reactor can not be carried out. It is therefore advantageous to be able to monitor the state of a biogas reactor in order to detect whether the biogas reactor can work effectively or is possibly in danger of tipping over.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Überwachung einer Biogasanlage zu ermöglichen, um die Gefahr eines möglichen Umkippens der Biogasanlage frühzeitig zu erkennen und/oder ein besseres Steuern des Betriebs einer Biogasanlage zu ermöglichen.An object of the present invention is to enable monitoring of a biogas plant in order to detect the risk of a possible tipping over of the biogas plant early and / or to allow a better control of the operation of a biogas plant.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche erfüllt. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.This object is achieved by the features of the independent claims. Advantageous embodiments and further developments emerge from the subclaims.

Im Rahmen dieser Beschreibung umfasst eine Biogasanlage mindestens einen Biogasreaktor. Die Biogasanlage kann ein Gehäuse und/oder eine Behausung für den mindestens einen Biogasreaktor aufweisen, etwa ein entsprechendes Gebäude. Es ist vorstellbar, dass die Biogasanlage Zuleitungen und Ableitungen zu dem mindestens einen Biogasreaktor, eine Steuereinrichtung zum Steuern des Betriebs der Biogasanlage, Speicherbehälter für Substrat, usw. aufweist. Ein Biogasreaktor kann dazu vorgesehen sein, mit organischer Masse oder Biomasse wie Gülle, Pflanzen, insbesondere Energiepflanzen, landwirtschaftlichen Produkten oder Bioabfällen gefüttert zu werden. Material, mit welchem ein Biogasreaktor gefüttert wird, kann allgemein als Substrat bezeichnet werden. Ein Biogasreaktor kann dazu ausgebildet sein, das Substrat abzubauen, um ein als Energieträger verwendbares Biogas bereitzustellen, welches insbesondere Methan enthalten kann. Insbesondere kann ein Biogasreaktor ein Fermenter sein. Allgemein kann ein Biogasreaktor insbesondere zum anaeroben Abbauen von Substrat vorgesehen sein. Das Substrat kann allgemein eine Biomasse sein, welche sich durch Vergären und/oder anaeroben Bedingungen abbauen lässt. Das Abbauen des Substrats kann durch Mikroorganismen wie Bakterien erfolgen, die im Biogasreaktor vorhanden sein können. Dabei können verschiedene Arten von Mikroorganismen vorhanden sein, die unterschiedliche Ausgangsprodukte in Biogas und/oder Zwischen- oder Abfallprodukte umzuwandeln vermögen können. Insbesondere kann der Abbau von Substrat im Wesentlichen vier Phasen umfassen, in denen unterschiedliche Arten von Mikroorganismen unterschiedliche Umwandlungsprozesse von Material vornehmen. Die erste Phase kann eine Hydrolyse-Phase sein, die zweite Phase eine Versäuerungsphase oder Acidogenese, die dritte Phase kann eine essigsäurebildende Phase oder Acetogenese darstellen, während die vierte Phase eine Methanogenese oder methanbildende Phase sein kann, in welcher Methan hergestellt wird. Insbesondere in der ersten, zweiten oder dritten Phase können Säuren als Abbauprodukte entstehen, insbesondere organische Säuren wie Essigsäure, Propionsäure, Butter- oder Valeriansäure. Ein zu hoher Säuregehalt im Biogasreaktor kann zum Absterben und/oder Inaktivieren methanbildender Mikroorganismen führen, was ein Umkippen des Reaktors oder eine Verringerung der Biogasproduktion mit sich bringen kann. Dies kann insbesondere dann auftreten, wenn im Betrieb zu viel insbesondere leicht abbaubares organisches Substrat zugeführt wird und/oder nicht genügend Substanzen zur Pufferung im Biogasreaktor zur Verfügung stehen. In solchen Fällen kann es vorkommen, dass das Substrat schneller in Säure umgesetzt wird, als in der methanbildenden Phase abgebaut werden kann. Ein Biogasreaktor kann insbesondere dazu ausgelegt sein, Biogas bereitzustellen, welches etwa über einen Biogasausgang und/oder eine Biogasableitung aus dem Reaktor abführbar sein kann. Eine Steuereinrichtung kann eine elektronische Steuereinrichtung sein. Es ist vorstellbar, dass eine Steuereinrichtung einen oder mehrere Computer und/oder Mikroprozessoren und/oder Mikrokontroller und/oder integrierte Schaltkreise aufweist. Eine Steuereinrichtung kann geeignete Hardware und/oder Software und/oder Firmware umfassen. In the context of this description, a biogas plant comprises at least one biogas reactor. The biogas plant can have a housing and / or a dwelling for the at least one biogas reactor, for example a corresponding building. It is conceivable that the biogas plant has supply lines and discharges to the at least one biogas reactor, a control device for controlling the operation of the biogas plant, storage containers for substrate, etc. A biogas reactor may be designed to be fed with organic matter or biomass such as manure, plants, especially energy crops, agricultural products or biowaste. Material with which a biogas reactor is fed can generally be referred to as a substrate. A biogas reactor may be designed to decompose the substrate in order to provide a usable as energy biogas, which may contain in particular methane. In particular, a biogas reactor may be a fermenter. In general, a biogas reactor can be provided in particular for the anaerobic degradation of substrate. The substrate may generally be a biomass which degrades by fermentation and / or anaerobic conditions. The degradation of the substrate may be by microorganisms such as bacteria, which may be present in the biogas reactor. In this case, various types of microorganisms can be present that can convert different starting products into biogas and / or intermediate or waste products. In particular, degradation of substrate may include substantially four phases in which different types of microorganisms make different material conversion processes. The first phase may be a hydrolysis phase, the second phase an acidification phase or acidogenesis, the third phase may be an acetic acid-forming phase or acetogenesis, while the fourth phase may be a methanogenesis or methane-forming phase in which methane is produced. In particular, in the first, second or third phase acids may arise as degradation products, in particular organic acids such as acetic acid, propionic acid, butter or valeric acid. An excessively high acid content in the biogas reactor can lead to the death and / or inactivation of methane-forming microorganisms, which can lead to tipping over of the reactor or a reduction in biogas production. This can occur in particular if too much, in particular, easily degradable organic substrate is supplied during operation and / or insufficient substances are available for buffering in the biogas reactor. In such cases, it may happen that the substrate is converted to acid more rapidly than can be degraded in the methanogenic phase. A biogas reactor can be designed in particular to provide biogas, which can be discharged from the reactor, for example via a biogas outlet and / or a biogas discharge. A control device may be an electronic control device. It is conceivable that a control device has one or more computers and / or microprocessors and / or microcontrollers and / or integrated circuits. A controller may include appropriate hardware and / or software and / or firmware.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Überwachungseinrichtung für eine Biogasanlage. Die Überwachungseinrichtung umfasst eine Entnahmeeinrichtung, welche es vermag, eine Biogasprobe von in einem Biogasreaktor der Biogasanlage erzeugtem Biogas zu entnehmen, sowie eine Wasserrückhalteeinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, in der Biogasprobe enthaltenes Wasser und/oder gegebenenfalls weitere Materialien zurückzuhalten, insbesondere darin enthaltene und/oder gelöste und/oder lösbare Rückstände. Ferner umfasst die Überwachungseinrichtung eine Sensoreinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, einen Säureanteil in dem zurückgehaltenen Wasser zu bestimmen. Es kann davon ausgegangen werden, dass im Biogas, welches im Biogasreaktor erzeugt wurde, Wasser oder Wasserdampf sowie Anteile an Säuren enthalten sind, die zusammen mit dem Wasser zurückgehalten werden. Somit kann durch Bestimmen des Säureanteils im Wasser auf den Säuregehalt im Biogasreaktor geschlossen werden. Erfindungsgemäß muss dabei keine Flüssigkeit aus dem Biogasreaktor entnommen werden, sondern es kann auf das gut zugängliche Biogas zurückgegriffen werden. Insbesondere kann die Überwachungseinrichtung an die Biogasanlage nachrüstbar ausgebildet sein. Etwa kann die Überwachungseinrichtung dazu ausgebildet sein, an geeignete Biogas bereitstellende Anschlüsse der Biogasanlage anschließbar zu sein. Das Bestimmen eines Säureanteils kann allgemein ein Messen und/oder Bearbeiten von Messergebnissen umfassen, etwa durch eine elektronische Steuereinrichtung. Dann, wenn mehrere Biogasreaktoren vorhanden sind, können mehrere Überwachungseinrichtungen vorgesehen sein, die etwa jeweils einzelnen Biogasreaktoren zugeordnet sein können. Es ist vorstellbar, die Überwachungseinrichtung derart auf einen bestimmten Biogasreaktor zu kalibrieren, dass aus dem bestimmten Säureanteil auf den Säuregehalt im Biogasreaktor geschlossen werden kann. Dazu können bei Betriebsaufnahme und/oder zu späteren Zeitpunkten Messungen vorgenommen werden, etwa Säuremessungen an aus dem Biogasreaktor entnommenem festen und/oder flüssigen Material. Die Sensoreinrichtung und die Wasserrückhalteeinrichtung können gemeinsam ausgebildet sein, etwa in einem gemeinsamen Gehäuse. Es ist allerdings auch vorstellbar, dass Sensoreinrichtung und Wasserrückhalteeinrichtung separat ausgebildet sind und etwa durch eine Fluidleitung verbunden oder verbindbar sind. Allgemein kann die Wasserrückhalteeinrichtung dazu ausgebildet sein, Wasser und/oder Wasserdampf und/oder weitere im Gas enthaltene Materialien, insbesondere im Wasser oder Wasserdampf gelöste und/oder lösbare und/oder enthaltene Materialien und/oder Säure wie etwa flüchtige Fettsäuren, aus dem Biogas zurückzuhalten und/oder zu kondensieren und/oder herauszufiltern. Dabei kann das Biogas von zurückgehaltenem und/oder kondensiertem Material getrennt werden. Das Zurückhalten kann insbesondere bedeuten, dass das Wasser in flüssiger Form für eine weitere Verwendung insbesondere in der Sensoreinrichtung bereitgestellt wird oder werden kann. Dabei kann das entwässerte Biogas in die Atmosphäre entlassen werden und/oder verbrannt werden und/oder einer Hauptleitung zugeführt werden oder auf andere Art weiterverwendet werden. Das Entnehmen von Biogas kann allgemein bedeuten, eine bestimmte Menge von Biogas aus einer Biogasleitung und/oder dem Biogasreaktor und/oder einem Biogasspeicher herauszuleiten oder herauszuführen. Es kann vorgesehen sein, dass die Entnahmeeinrichtung dazu ausgebildet ist, die Biogasprobe aus dem Biogasreaktor zu entnehmen. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Entnahmeeinrichtung es vermag, die Biogasprobe aus einer stromabwärts des Biogasreaktors vorgesehenen Leitung oder einem Speicherbehälter zu entnehmen, der stromabwärts des Biogasreaktors angeordnet ist. Die Entnahmeeinrichtung kann allgemein eine Leitungsanordnung und/oder eine Anschlusseinrichtung und/oder eine Ventileinrichtung aufweisen, um eine Biogasprobe entnehmen und/oder der Kondensationseinrichtung zuführen zu können. Eine Biogasprobe kann dabei eine vorbestimmtes oder ein einstellbares Volumen oder einen Volumenstrom an Gas umfassen. Das entnommene Volumen und/oder der Volumenstrom kann durch eine Steuereinrichtung angesteuert oder ansteuerbar sein. Es kann vorgesehen sein, dass das Volumen und/oder der Volumenstrom der Biogasprobe im Vergleich zum gesamten durch den Biogasreaktor bereitgestellten Volumen oder Volumenstrom gering und/oder zu vernachlässigen ist. Die Sensoreinrichtung kann einen oder mehrere Sensoren aufweisen, um den Säureanteil direkt und/oder indirekt bestimmen zu können. Es ist vorstellbar, dass die Sensoreinrichtung dazu ausgebildet ist, unterschiedliche Parameter zu messen, um durch komplementäre Messungen und/oder unabhängige Messungen den Säureanteil zu bestimmen. Ein Säureanteil kann auf geeignete Art parametrisiert sein, etwa als Volumenanteil und/oder Masseanteil und/oder Masse und/oder Volumen und/oder Widerstandswert und/oder pH-Wert. Es ist vorstellbar, dass der Säureanteil eine Verteilung mehrerer Säurearten betrifft, oder eine bestimmte Säure oder einen Säureanteil ohne Berücksichtigung der Art der Säuren. Es ist vorstellbar, dass die Sensoreinrichtung dazu ausgebildet ist, das Bestimmen des Säureanteils automatisch oder im Wesentlichen automatisch durchzuführen. Das Bestimmen kann kontinuierlich oder in bestimmten zeitlichen Abständen durchgeführt werden. Es kann vorgesehen sein, dass die Überwachungseinrichtung und/oder eine damit verbundene oder darin integrierte Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, eine Anzeige und/oder ein Signal basierend auf dem bestimmten Säureanteil zu erzeugen. Ein solches Signal kann etwa einer Steuereinrichtung, einer Anzeigeeinrichtung wie einem Monitor oder einem Drucker zuführbar sein. Die Anzeige kann einem Benutzer bereitstellbar sein, etwa um vor einer möglichen Übersäuerung zu warnen. Es kann vorgesehen sein, dass eine mögliche Übersäuerung dann angezeigt und/oder signalisiert wird, wenn ein bestimmter Säureanteil in dem zurückgehaltenen Wasser einen oder mehrere Schwellenwerte überschreitet, etwa wenn die Anteile mehrerer Säuren über zugeordnete Schwellenwerte steigen. Allgemein kann die Sensoreinrichtung eine Einrichtung zur Messung einer oder mehrerer elektrischer Größen mit Bezug auf das zurückgehaltene Wasser umfassen, etwa zur Messung eines elektrischen Widerstands und/oder einer Leitfähigkeit, einer Ionisierung, eines pH-Wertes und/oder einer Spannung oder Stromstärke. Es ist vorstellbar, dass die Überwachungseinrichtung und/oder die Sensoreinrichtung dazu ausgebildet ist, eine Vorbehandlung des Biogasprobenstroms und/oder des zurückgehaltenen Wassers durchzuführen, etwa eine Filterung und/oder eine chemische Reaktion. Die Überwachungseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, eine entsprechende Vorbehandlung durchzuführen, bevor die Biogasprobe der Wasserrückhalteeinrichtung zugeführt wird. Es kann etwa eine stromaufwärts der Wasserrückhalteeinrichtung eine Einrichtung zur Entfernung von Ammonium vorgesehen sein. Eine solche Einrichtung kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, die Biogasprobe und/oder den Biogasprobenstrom in Kontakt mit einer schwersiedenden Säure zu bringen. Alternativ oder zusätzlich kann die Sensoreinrichtung eine Einrichtung zur photometrischen Messung aufweisen. Eine solche Einrichtung kann etwa dazu ausgebildet sein, eine Veresterung organischer Säuren im zurückgehaltenen Wasser etwa durch Zugabe eines Alkohols zu erzeugen. Ferner kann bei dieser Variante vorgesehen sein, dass die Einrichtung es vermag, Eisenchlorid hinzuzufügen und eine optische Messung der Konzentration der Reaktionsprodukte durchzuführen. Eine andere Art photometrischer Messeinrichtung kann dazu ausgebildet sein, geeignete Enzyme, welche die Säuren abzubauen vermögen, insbesondere Acetat-Kinase zum Abbau von Essigsäure, und weitere Stoffe zum zurückgehaltenen Wasser hinzuzufügen. Über eine geeignete UV-Beobachtungseinrichtung kann eine entsprechende Änderung der UV-Absorption und daraus der Säureanteil bestimmt werden. Es ist auch vorstellbar, dass die Sensoreinrichtung eine optische Einrichtung, insbesondere eine UV-Einrichtung, zur direkten Messung einer Lichtabsorption durch den Säureanteil in dem zurückgehaltenen Wasser umfasst. The present invention relates to a monitoring device for a biogas plant. The monitoring device comprises a removal device, which is capable of taking a biogas sample of biogas produced in a biogas reactor of the biogas plant, and a water retention device, which is designed to retain water contained in the biogas sample and / or optionally other materials, in particular contained therein and / or or dissolved and / or soluble residues. Furthermore, the Monitoring device, a sensor device which is adapted to determine an acid content in the retained water. It can be assumed that the biogas produced in the biogas reactor contains water or steam as well as acids, which are retained together with the water. Thus it can be concluded by determining the acid content in the water on the acidity in the biogas reactor. According to the invention no liquid must be removed from the biogas reactor, but it can be used on the easily accessible biogas. In particular, the monitoring device can be designed to be retrofittable to the biogas plant. For example, the monitoring device can be designed to be connectable to suitable biogas-providing connections of the biogas plant. Determining an acid moiety may generally include measuring and / or processing measurement results, such as by an electronic controller. If several biogas reactors are present, a plurality of monitoring devices may be provided, which may be associated with individual biogas reactors, for example. It is conceivable to calibrate the monitoring device to a specific biogas reactor in such a way that the acid content in the biogas reactor can be deduced from the specific acid fraction. For this purpose, measurements can be taken during start-up and / or at later times, for example acid measurements on solid and / or liquid material taken from the biogas reactor. The sensor device and the water retention device can be designed together, for example in a common housing. However, it is also conceivable that sensor device and water retention device are formed separately and connected or connectable by a fluid line. In general, the water retention device may be designed to retain water and / or water vapor and / or further materials contained in the gas, in particular dissolved and / or dissolved and / or contained materials and / or acids such as volatile fatty acids in the water or water vapor, from the biogas and / or to condense and / or filter out. In this case, the biogas can be separated from retained and / or condensed material. The retention may in particular mean that the water is or may be provided in liquid form for further use, in particular in the sensor device. The dehydrated biogas can be released into the atmosphere and / or burned and / or fed to a main line or be reused in other ways. The removal of biogas may generally mean to derive or extract a certain amount of biogas from a biogas line and / or the biogas reactor and / or a biogas storage. It can be provided that the removal device is designed to remove the biogas sample from the biogas reactor. Alternatively or additionally, it may be provided that the removal device is able to remove the biogas sample from a line provided downstream of the biogas reactor or from a storage container which is arranged downstream of the biogas reactor. The removal device can generally have a line arrangement and / or a connection device and / or a valve device in order to be able to remove a biogas sample and / or to supply it to the condensation device. A biogas sample may comprise a predetermined volume or an adjustable volume or a volume flow of gas. The removed volume and / or the volume flow can be controlled or controlled by a control device. It can be provided that the volume and / or the volumetric flow of the biogas sample is small and / or negligible in comparison with the total volume or volumetric flow provided by the biogas reactor. The sensor device can have one or more sensors in order to be able to determine the acid fraction directly and / or indirectly. It is conceivable that the sensor device is designed to measure different parameters in order to determine the acid fraction by complementary measurements and / or independent measurements. An acid moiety may be parameterized in a suitable manner, for example as volume fraction and / or mass fraction and / or mass and / or volume and / or resistance value and / or pH. It is conceivable that the acid portion refers to a distribution of several types of acid, or a particular acid or an acid portion, regardless of the type of acids. It is conceivable that the sensor device is designed to perform the determination of the acid fraction automatically or substantially automatically. The determination can be carried out continuously or at certain time intervals. It can be provided that the monitoring device and / or a control device connected thereto or integrated therein is designed to generate a display and / or a signal based on the determined acid fraction. Such a signal may be fed to a control device, a display device such as a monitor or a printer. The display can be made available to a user, for example to warn of possible acidification. It may be provided that a possible acidification is indicated and / or signaled if a certain acid content in the retained water exceeds one or more threshold values, for example if the proportions of several acids rise above assigned threshold values. In general, the sensor device may comprise a device for measuring one or more electrical quantities with respect to the retained water, for example for Measurement of electrical resistance and / or conductivity, ionization, pH and / or voltage or current. It is conceivable that the monitoring device and / or the sensor device is designed to carry out a pretreatment of the biogas sample stream and / or of the retained water, for example a filtering and / or a chemical reaction. The monitoring device can be designed to perform a corresponding pretreatment before the biogas sample is fed to the water retention device. It may be provided about an upstream of the water retaining means, a means for removing ammonium. Such a device can be designed, for example, to bring the biogas sample and / or the biogas sample stream into contact with a high-boiling acid. Alternatively or additionally, the sensor device can have a device for photometric measurement. Such a device may be designed, for example, to produce an esterification of organic acids in the retained water, for example by adding an alcohol. Furthermore, it can be provided in this variant that the device is able to add iron chloride and perform an optical measurement of the concentration of the reaction products. Another type of photometric measuring device may be designed to add suitable enzymes which are capable of degrading the acids, in particular acetate kinase for the degradation of acetic acid, and to add further substances to the retained water. A suitable UV monitoring device can be used to determine a corresponding change in the UV absorption and, therefrom, the acid content. It is also conceivable that the sensor device comprises an optical device, in particular a UV device, for the direct measurement of a light absorption by the acid fraction in the retained water.

Die Sensoreinrichtung kann eine Widerstandsmesseinrichtung und/oder eine Leitfähigkeitsmesseinrichtung umfassen oder als solche ausgebildet sein. Denn ein Säureanteil im zurückgehaltenen Wasser ändert die elektrischen Eigenschaften und/oder den elektrischen Widerstand des zurückgehaltenen oder kondensierten Wassers. Alternativ oder zusätzlich kann die Sensoreinrichtung eine optische Messeinrichtung wie eine Infrarotmesseinrichtung und/oder eine Ultraviolettmesseinrichtung umfassen, um etwa Spektrallinien von Säuren und/oder Fluoreszenzerscheinungen von Säureanteilen zu erfassen.The sensor device may comprise a resistance measuring device and / or a conductivity measuring device or be designed as such. Because an acid content in the retained water changes the electrical properties and / or the electrical resistance of the retained or condensed water. Alternatively or additionally, the sensor device may comprise an optical measuring device, such as an infrared measuring device and / or an ultraviolet measuring device, in order to detect, for example, spectral lines of acids and / or fluorescence phenomena of acid moieties.

Die Wasserrückhalteeinrichtung kann eine Kondensationseinrichtung umfassen oder als solche ausgebildet sein, insbesondere eine Kühleinrichtung. Die Kondensationseinrichtung kann insbesondere dazu ausgebildet sein, das im Biogas enthaltene Wasser und/oder Wasserdampf zu kondensieren, indem es das Biogas bis zum Kondensationspunkt des Wassers abkühlt. Die Kühleinrichtung kann eine Kühleinrichtung der Biogasanlage sein oder damit verbunden sein, welche dazu ausgebildet ist, Biogas zu kühlen, bevor es weiterverarbeitet und/oder gespeichert und/oder gereinigt wird. Insbesondere kann die Sensoreinrichtung an eine Entwässerungseinrichtung der Biogasanlage angeschlossen sein, so dass die Entwässerungseinrichtung als Wasserrückhalteeinrichtung der Überwachungseinrichtung wirkt. Dies kann insbesondere dann zweckmäßig sein, wenn vor die Entwässerungseinrichtung keine Filtereinrichtung geschaltet ist, welche einen Säureanteil herausfiltern könnte, bevor das Biogas entwässert wird. Eine solche Entwässerungseinrichtung kann dazu ausgebildet oder angeordnet sein, einen Biogasstrom zu entwässern, bevor das Biogas als Brennstoff verwendet wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Wasserrückhalteeinrichtung einen Filter und/oder einen Zyklon und/oder eine in einen Gasstrom eingebrachte Kondensationsscheibe umfassen.The water retention device may comprise a condensation device or be designed as such, in particular a cooling device. The condensation device can in particular be designed to condense the water and / or water vapor contained in the biogas by cooling the biogas to the condensation point of the water. The cooling device may be a cooling device of the biogas plant or be connected thereto, which is designed to cool biogas before it is further processed and / or stored and / or cleaned. In particular, the sensor device can be connected to a drainage device of the biogas plant, so that the drainage device acts as a water retention device of the monitoring device. This may be particularly useful when no filter device is connected in front of the dewatering device, which could filter out an acid portion before the biogas is dehydrated. Such a drainage device may be designed or arranged to dewater a biogas stream before the biogas is used as fuel. Alternatively or additionally, the water retention device may comprise a filter and / or a cyclone and / or a condensation disk introduced into a gas flow.

Die Sensoreinrichtung kann an eine Steuereinrichtung angeschlossen oder anschließbar sein. Dabei kann die Steuereinrichtung als Teil der Überwachungseinrichtung oder separat davon ausgebildet sein. Die Steuereinrichtung kann dazu ausgebildet sein, die Überwachungseinrichtung und/oder die Biogasanlage zu steuern. Es kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, Sensordaten und/oder Messergebnisse von der Sensoreinrichtung zu empfangen und/oder die Sensoreinrichtung zu steuern und/oder die Überwachungseinrichtung und/oder die Entnahmeeinrichtung zu steuern, insbesondere Ventileinrichtungen der Entnahmeeinrichtung.The sensor device can be connected or connectable to a control device. In this case, the control device may be formed as part of the monitoring device or separately. The control device can be designed to control the monitoring device and / or the biogas plant. It can be provided that the control device is designed to receive sensor data and / or measurement results from the sensor device and / or to control the sensor device and / or to control the monitoring device and / or the removal device, in particular valve devices of the removal device.

Die Steuereinrichtung kann dazu ausgebildet sein, die Biogasanlage basierend auf dem gemessenen Säureanteil anzusteuern. Somit kann der Betrieb der Biogasanlage verbessert werden, indem etwa eine mögliche Übersäuerung frühzeitig erkennbar ist. Insbesondere kann die Steuereinrichtung dazu ausgebildet sein, eine Übersäuerung zu verhindern und/oder abzubauen und/oder entgegenzuwirken. Dazu kann die Steuereinrichtung etwa dazu ausgebildet sein, eine Zufuhr von neuem Substrat zu verzögern oder ein Substrat und/oder eine Substanz zuzuführen, welches die Gefahr einer Übersäuerung reduziert, etwa ein Substrat mit schwer abbaubaren Bestandteilen und/oder ein Substrat und/oder eine Substanz mit einer Pufferwirkung und/oder einer neutralisierenden Wirkung.The control device can be designed to control the biogas plant based on the measured acid fraction. Thus, the operation of the biogas plant can be improved by, for example, a possible hyperacidity early on recognizable. In particular, the control device may be designed to prevent and / or reduce and / or counteract hyperacidity. For this purpose, the control device may be designed, for example, to delay a supply of new substrate or to supply a substrate and / or a substance which reduces the risk of acidification, for example a substrate with hardly degradable constituents and / or a substrate and / or a substance with a buffer effect and / or a neutralizing effect.

Es kann vorgesehen sein, dass die Überwachungseinrichtung dazu ausgebildet ist, basierend auf dem Säureanteil den Säuregehalt im Biogasreaktor zu bestimmen. Beispielsweise kann die Überwachungseinrichtung eine entsprechende Steuereinrichtung aufweisen, welche den Säuregehalt zu bestimmen vermag. Alternativ oder zusätzlich kann eine externe Steuereinrichtung dazu ausgebildet sein, Sensordaten und/oder entsprechende Signale von der Überwachungseinrichtung zu empfangen und basierend darauf den Säuregehalt zu bestimmen und/oder drauf zu schließen. Das Bestimmen des Säuregehalts und/oder das Schließen darauf kann basierend auf dem bestimmten Säureanteil im zurückgehaltenen Wasser unter Berücksichtigung weiterer Daten erfolgen, welche beispielsweise Daten aus einem theoretischen Modell des Biogasreaktors und seiner Reaktionen, einer entsprechenden Simulation und/oder experimentelle Daten sein können, die etwa aus Substrat gewonnen sein können, welches aus dem Biogasreaktor entnommen wurde. It can be provided that the monitoring device is designed to determine the acid content in the biogas reactor based on the acid content. For example, the Monitoring device have a corresponding control device which is able to determine the acidity. Alternatively or additionally, an external control device may be configured to receive sensor data and / or corresponding signals from the monitoring device and to determine and / or deduce the acid content based thereon. Determining the acid content and / or closing it may be based on the determined acid content in the retained water taking into account further data, which may be, for example, data from a theoretical model of the biogas reactor and its reactions, a corresponding simulation and / or experimental data may be obtained from substrate, which was removed from the biogas reactor.

Allgemein kann der Säureanteil ein Anteil an organischen Säuren sein, insbesondere an flüchtigen organischen Säuren. Derartige Säuren können zumindest in geringen Mengen mit dem Biogas aus dem Biogasreaktor entweichen und zusammen mit Wasser zurückgehalten werden. Insbesondere kann der Säureanteil ein Anteil an Essigsäure sein, welche aufgrund ihrer Größe und chemischen Eigenschaften relativ leicht flüchtig ist und in größeren Mengen im Biogasreaktor vorhanden ist. Allgemein kann der Säureanteil ein Indikator für den Säuregehalt im Biogasreaktor sein. Generally, the acid moiety may be a proportion of organic acids, especially volatile organic acids. Such acids can escape at least in small quantities with the biogas from the biogas reactor and be retained together with water. In particular, the acid portion may be a proportion of acetic acid, which is relatively volatile due to their size and chemical properties and is present in larger quantities in the biogas reactor. In general, the acid content can be an indicator of the acid content in the biogas reactor.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Biogasanlage mit mindestens einem hierin beschriebenen Biogasreaktor und mit mindestens einer hierin beschriebenen Überwachungseinrichtung.The invention also relates to a biogas plant having at least one biogas reactor described herein and having at least one monitoring device described herein.

Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Überwachen einer Biogasanlage, insbesondere einer hierin beschriebenen Biogasanlage. Das Verfahren enthält die Schritte des Entnehmens einer Biogasprobe von einem in einem Biogasreaktor der Biogasanlage erzeugten Biogas, insbesondere vermittels einer hierin beschriebenen Entnahmeeinrichtung, und des Zurückhaltens, insbesondere des Kondensierens, von in der Biogasprobe enthaltenem Wasser, beispielsweise durch eine hierin beschriebene Wasserrückhalteeinrichtung. Das Verfahren enthält ferner den Schritt des Bestimmens eines Säureanteils im zurückgehaltenen Wasser, etwa durch eine hierin beschriebene Sensoreinrichtung. Es kann vorgesehen sein, dass die Biogasanlage basierend auf dem bestimmten Säureanteil gesteuert wird. Bei einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass etwa durch die Überwachungseinrichtung ein Signal oder eine Anzeige basierend auf dem bestimmten Säureanteil erzeugt wird. Ein solches Signal und/oder eine solche Anzeige kann insbesondere dann erzeugt werden, wenn der bestimmte Säureanteil ein erhöhtes Übersäuerungsrisiko des Biogasreaktors angibt und/oder darauf schließen lässt. Moreover, the invention relates to a method for monitoring a biogas plant, in particular a biogas plant described herein. The method comprises the steps of taking a biogas sample from a biogas produced in a biogas reactor of the biogas plant, in particular by means of a removal device described herein, and retaining, in particular condensing, of water contained in the biogas sample, for example by a water retention device described herein. The method further includes the step of determining an acid portion in the retained water, such as by a sensor device described herein. It can be provided that the biogas plant is controlled based on the specific acid fraction. In a further development, it can be provided that, for example, a signal or a display based on the determined acid fraction is generated by the monitoring device. Such a signal and / or such a display can be generated, in particular, if the particular acid content indicates an increased risk of acidification of the biogas reactor and / or suggests it.

Es kann ferner ein Schritt des Bestimmens des Säuregehalts im Biogasreaktor basierend am dem bestimmten Säureanteil im zurückgehaltenen Wasser vorgesehen sein.There may be further provided a step of determining the acid content in the biogas reactor based on the determined acid level in the retained water.

Im Folgenden werden in den Figuren beispielhafte Ausführungsformen zur Überwachung eines Biogasreaktors gezeigt.Exemplary embodiments for monitoring a biogas reactor are shown below in the figures.

Es zeigen:Show it:

1 Ein Beispiel für ein Biogasreaktor mit einer Überwachungseinrichtung; und 1 An example of a biogas reactor with a monitoring device; and

2 schematisch ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zur Überwachung eines Biogasreaktors. 2 schematically a flowchart for a method for monitoring a biogas reactor.

1 zeigt schematisch eine Biogasanlage 10 mit einem Biogasreaktor 12. Verbindungen zur Datenübertragung sind gestrichelt dargestellt, während Fluidleitungen durchgezogen dargestellt sind. Der Biogasreaktor 12 ist dazu ausgebildet, ein Substrat anaerob abzubauen und/oder zu vergären, und wirkt somit als Fermenter. Der Biogasreaktor 12 kann beispielsweise ein Rührkesselreaktor sein. Über eine Substratzuführung 14 kann dem Biogasreaktor Substrat zugeführt werden. Ferner ist ein Substratauslass 16 vorgesehen, über welches umgewandeltes Substrat aus dem Biogasreaktor 12 entfernt werden kann. Über eine Biogasleitung 18 kann innerhalb des Biogasreaktors 12 entstandenes Biogas aus dem Reaktor abgeführt werden. An die Biogasleitung 18 ist über eine Entnahmeeinrichtung 19 ein als Wasserrückhalteeinrichtung wirkendender Kondensator 20 angeschlossen. Der Kondensator 20 ist dazu ausgebildet, über die Entnahmeeinrichtung 19 aus der Leitung 18 entnommenes Biogas derart abzukühlen, dass in dem Biogas enthaltene Wasseranteile auskondensieren. Die Biogasleitung 18 kann eine Biogashauptleitung sein, welche das Gas zu einer Entschwefelungs- und/oder Gasreinigungseinrichtung und/oder einer Entwässerungseinrichtung und/oder zu einem Gastank oder Brennkraftwerk führt. Die Entnahmeeinrichtung kann alternativ eine Probenentnahme-Abzweigung von einer solchen Hauptbiogasleitung oder eine separat in den Biogasreaktor geführte Probenentnahmeleitung aufweisen. Allgemein kann die Entnahmeeinrichtung 19 geeignet eine Leitungsanordnung und Ventileinrichtungen aufweisen, um Biogas zur Wasserrückhalteeinrichtung 20 zu führen. Das Biogas, welches den Kondensator durchlaufen hat, kann einem Hauptbiogasstrom zurückgeführt oder verbrannt oder anderweitig entsorgt werden. Das in diesem Beispiel als Kondensat bezeichnete zurückgehaltene Wasser kann zu einer Sensoreinrichtung 22 geführt und dort einer Messung unterzogen werden. Insbesondere kann die Sensoreinrichtung 22 dazu ausgebildet sein, einen Säureanteil, etwa den Anteil an leichtflüchtigen Säuren wie Essigsäure, in dem Kondensat zu messen. Der Säureanteil im Kondensat erlaubt es überraschend gut, Rückschlüsse auf den Säuregehalt des Substrats im Biogasreaktor 12 zu ziehen. Der Kondensator 20 und die Sensoreinrichtung 22 können als Teile einer Überwachungseinrichtung 24 angesehen werden. In diesem Beispiel kann die Sensoreinrichtung 22 insbesondere einen Widerstandsensor umfassen, der es vermag, den elektrischen Widerstand des Kondensats zu messen, welcher vom Säureanteil abhängt. Es kann vorgesehen sein, dass die Sensoreinrichtung 22 an eine Steuereinrichtung 26 angeschlossen ist, welche es vermag, die Sensoreinrichtung zu betreiben und/oder Messergebnisse von der Sensoreinrichtung zu empfangen. Die Steuereinrichtung 26 kann dazu ausgebildet sein, den Betrieb des Biogasreaktors und/oder den Biogasreaktor 12 zu steuern, insbesondere die Zufütterung von organischem Substrat über die Substratzuführung 14. Die Steuereinrichtung 26 kann dazu ausgebildet sein, diese Steuerung basierend auf Messergebnissen von der Sensoreinrichtung 22 vorzunehmen. Es ist vorstellbar, dass die Steuereinrichtung 26 dazu ausgebildet ist, die Entnahmeeinrichtung 19 und/oder eine Ventileinrichtung der Entnahmeeinrichtung zu steuern, um eine Entnahme von Biogas und/oder das Zuführen von Biogasproben an die Sensoreinrichtung 22 zu steuern. 1 schematically shows a biogas plant 10 with a biogas reactor 12 , Connections for data transmission are shown in dashed lines, while fluid lines are shown in solid lines. The biogas reactor 12 is designed to anaerobically degrade and / or ferment a substrate, and thus acts as a fermenter. The biogas reactor 12 may be, for example, a stirred tank reactor. About a substrate feed 14 can be supplied to the biogas reactor substrate. Further, a substrate outlet 16 provided, over which converted substrate from the biogas reactor 12 can be removed. About a biogas line 18 can within the biogas reactor 12 produced biogas are discharged from the reactor. To the biogas line 18 is via a withdrawal facility 19 a capacitor acting as a water retention device 20 connected. The capacitor 20 is designed to be over the removal device 19 from the line 18 Cooled biogas cooled so that condense in the biogas contained water. The biogas pipeline 18 may be a Biogas main line, which leads the gas to a desulfurization and / or gas purification device and / or a drainage device and / or to a gas tank or power plant. Alternatively, the sampling device may comprise a sampling branching off of such a main biogas line or a sampling line guided separately into the biogas reactor. Generally, the removal device 19 suitable to have a line arrangement and valve means to biogas to the water retention device 20 respectively. The biogas that has passed through the condenser can be returned to a main biogas stream or incinerated or otherwise disposed of. The retained water, referred to as condensate in this example, can be a sensor device 22 be guided and there subjected to a measurement. In particular, the sensor device 22 be designed to measure an acid content, such as the proportion of volatile acids such as acetic acid, in the condensate. The acid content in the condensate allows surprisingly good conclusions about the acid content of the substrate in the biogas reactor 12 to draw. The capacitor 20 and the sensor device 22 can be considered parts of a monitoring device 24 be considered. In this example, the sensor device 22 in particular, comprise a resistance sensor which is able to measure the electrical resistance of the condensate, which depends on the acid content. It can be provided that the sensor device 22 to a control device 26 is connected, which is able to operate the sensor device and / or to receive measurement results from the sensor device. The control device 26 may be adapted to the operation of the biogas reactor and / or the biogas reactor 12 in particular the feeding of organic substrate via the substrate feed 14 , The control device 26 may be configured to control this based on measurement results from the sensor device 22 make. It is conceivable that the control device 26 is designed to the removal device 19 and / or to control a valve device of the removal device in order to remove biogas and / or to supply biogas samples to the sensor device 22 to control.

2 zeigt schematisch ein Flussdiagramm für ein Verfahren zur Überwachung einer Biogasanlage, welche beispielsweise eine Biogasanlage 10 der 1 sein kann. In einem Schritt S10 kann Biogas aus einem Biogasreaktor oder einer Biogasleitung oder einem Biogasspeicher entnommen und einer Wasserrückhalteeinrichtung wie einem Kondensator zugeführt werden. In einem Schritt S12 wird das zugeführte Biogas in dem Kondensator abgekühlt, so dass in dem Biogas enthaltene Wasserbestandteile auskondensieren oder das Wasser wird auf andere Art zurückgehalten. Das zurückgehaltene Wasser oder das Kondensat wird in einem Schritt S14 einer Sensoreinrichtung zugeführt. Weiter wird im Schritt S 16 das Wasser oder das Kondensat durch eine Sensoreinrichtung gemessen. Insbesondere wird ein Säureanteil und/oder eine Säuremenge im Wasser oder Kondensat bestimmt. In einem Schritt S 18 kann das Messergebnis an eine Steuereinrichtung weitergegeben werden und/oder angezeigt werden. Insbesondere kann eine Warnung ausgegeben werden, sollte ein Säureanteil einen bestimmten Grenzwert überschreiten. Es ist vorstellbar, dass in einem Schritt S20 eine Steuereinrichtung einen Säuregehalt im Biogasreaktor basierend auf den Messergebnissen von der Sensoreinrichtung bestimmt. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinrichtung dazu ausgebildet sein, basierend auf den Messergebnissen und/oder basierend auf einem bestimmten Säuregehalt im Bioreaktor die Biogasanlage und/oder einen Betrieb der Biogasanlage zu steuern. Die Steuereinrichtung kann allgemein eine Warnung vor Übersäuerung basierend auf einem durch die Sensoreinrichtung bestimmten Säureanteil im zurückgehaltenen Wasser und/oder auf einem Säuregehalt des Bioreaktors erzeugen und/oder die Biogasanlage entsprechend steuern. 2 schematically shows a flowchart for a method for monitoring a biogas plant, which, for example, a biogas plant 10 of the 1 can be. In a step S10, biogas can be taken from a biogas reactor or a biogas line or a biogas storage and fed to a water retention device, such as a condenser. In a step S12, the supplied biogas is cooled in the condenser, so that water components contained in the biogas condense or the water is retained in another way. The retained water or condensate is supplied to a sensor device in a step S14. Further, in step S16, the water or the condensate is measured by a sensor device. In particular, an acid content and / or an amount of acid in the water or condensate is determined. In a step S 18, the measurement result can be forwarded to a control device and / or displayed. In particular, a warning may be issued if an acid content exceeds a certain limit. It is conceivable that in a step S20 a control device determines an acid content in the biogas reactor based on the measurement results from the sensor device. Alternatively or additionally, the control device may be designed to control the biogas plant and / or operation of the biogas plant based on the measurement results and / or based on a specific acid content in the bioreactor. The control device may generally generate a hyperacidity warning based on an acid fraction determined by the sensor device in the retained water and / or on an acid content of the bioreactor and / or control the biogas plant accordingly.

Die hierin aufgeführten Merkmale können einzeln oder in beliebiger Kombination für die Umsetzung der Erfindung relevant sein.The features listed herein may be individually or in any combination relevant to the practice of the invention.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Biogasanlage biogas plant
1212: Biogasreaktor biogas reactor
1414: Substratzuführung substrate supply
1616: Substratauslass Substratauslass
1818: Biogasleitung biogas line
1919: Entnahmeeinrichtung removal device
2020: Kondensator capacitor
2222: Sensoreinrichtung sensor device
2424: Überwachungseinrichtung monitoring device
2626: Steuereinrichtung control device

Claims

Monitoring device ( 24 ) for a biogas plant ( 10 ), comprising: - a sampling device ( 19 ), which is capable of producing a biogas sample from in a biogas reactor ( 12 ) of the biogas plant ( 10 ) to remove generated biogas; A water retention device ( 20 ) which is adapted to retain water contained in the biogas sample; A sensor device ( 22 ) which is adapted to determine an acid content in the retained water.

Monitoring device according to claim 1, wherein the sensor device ( 22 ) comprises a resistance measuring device and / or a conductivity measuring device.

Monitoring device according to one of the preceding claims, wherein the water retention device ( 20 ) comprises a condensation device, in particular a cooling device.

Monitoring device according to one of the preceding claims, wherein the sensor device ( 22 ) to a control device ( 26 ) is connected or connectable.

Monitoring device according to claim 4, wherein the control device ( 26 ) is adapted to the biogas plant ( 10 ) based on the specific acid portion to control.

Monitoring device according to one of the preceding claims, wherein the monitoring device ( 10 ) is adapted to the acid content in the biogas reactor based on the determined acid fraction ( 12 ).

Monitoring device according to one of the preceding claims, wherein the acid portion is a proportion of organic acids, in particular of volatile organic acids.

Biogas plant ( 10 ) with at least one biogas reactor ( 12 ) and at least one monitoring device ( 24 ) according to any one of the preceding claims.

Method for monitoring a biogas plant ( 10 ), in particular a biogas plant ( 10 ) according to claim 8, comprising the steps of - taking a biogas sample from one in a biogas reactor ( 12 ) of the biogas plant ( 10 ) produced biogas; - retaining water contained in the biogas sample; Determining an acid portion in the retained water.

The method of claim 9, further comprising the step of determining acidity in the biogas reactor ( 12 ) based on the specific acid content in the retained water.