Einrichtung und Verfahren zur Herstellung brennbarer Pellets aus Pferdemist

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zur Herstellung brennbarer Pellets aus Pferdemist.

Die Lagerung und Entsorgung von Pferdemist erfolgt herkömmlicherweise auf Misthaufen, die auf fest installierten Mistplatten mit einem Ablauf zum Schutz des Grundwassers gelagert werden. Durch Regenwasser wird Jauche ausgespült, und zusätzliches Tageslicht beschleunigt die Verwesung. Zudem hat Ungeziefer freien Zugang und kann sich ungestört ernähren und vermehren. Von Pferden ausgeschiedene Pferdeparasiten, die in den Misthaufen gelangen, können sich in einem solchen Klima hervorragend weiter entwickeln. Zudem ist die große Entwicklung unangenehm.

Der Pferdemist wird als Dünger verwertet, der auf Wiesen, Weiden und äcker verteilt wird. Zudem wird Pferdemist auf Champignon-Plantagen eingesetzt. Weiterhin wird Pferdemist in Müllverbrennungsanlagen entsorgt.

Ein Problem bei der Verbrennung von Pferdemist stellt sich jedoch darin, dass der Brennwert üblicherweise reduziert und durch die Verunreinigung durch Bakterien sowie den relativen hohen Feuchtigkeitsgehalt nicht vorhersagbar ist.

Aus der DE 693 14 286 T 2 ist eine Fermentationsvorrichtung für organische Abfälle zur Verminderung von Großabgabe bekannt, die einen geschlossenen Behälter, eine Befüllöffnung, eine Austrittsöffnung, ein Rührmittel und Abzugsmittel für Abgas aufweist.

Die DE -198 60 983 A1 offenbart einen Rottereaktor zur Kompostierung biologisch abbaubarer Stoffe, wie beispielsweise Stallmist, mit einer Luftführung von unten nach oben.

DE 36 30 637 C2 beschreibt eine Vorrichtung zur Durchführung einer biologischen Umwandlung von organischen Stoffen innerhalb eines Sammelbehälters, der mindestens eine Sickerwasser aufnehmende Abscheidekammer hat.

In der DE 102 26 538 A1 und der DE 202 13 113 U1 ist eine Heizanlage zur Verbrennung von Pferdedung beschrieben, die einem Kurz- oder Langzeitlager als Zwischenlager zugeführt und anschließend in den Heizkessel gefördert und verbrannt wird. Der Pferdedung wird von Entmistungsställen über eine pneumatische Transporteinrichtung zu einer Trocknungseinrichtung transportiert, dort getrocknet und zwischengespeichert. Der getrocknete Pferdedung kann zu Briketts verpresst werden.

Zur Verbrennung von Brennstoffen sind jedoch Randbedingungen einzuhalten. Zudem ist der Wirkungsgrad der Briketts nicht optimal.

In der DE 10 2004 029 854 A1 wird vorgeschlagen, den Pferdemist in einem Sammelcontainer zusammen zu verdichten und unter Zwangsbelüftung vorzutrocknen. Nach Zumischung von Zuschlagsstoffen sollen dann Briketts oder Pellets als Energieträger hergestellt werden.

Auch hier stellt sich das Problem, dass die vorgeschriebenen Randbedingungen, wie z.B. Wassergehalt, Aschegehalt, Kohlenstoff- und Wasserstoffgehalt, Stickstoffgehalt, Schwefelgehalt sowie der Verbrennungswirkungsgrad nicht eingehalten bzw. nicht zuverlässig vorherbestimmt werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es daher ein verbessertes Verfahren zur Herstellung brennbarer Pellets aus Pferdemist sowie eine das Verfahren ausführende verbesserte Einrichtung zu schaffen.

Die Aufgabe wird mit dem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst durch die Schritte:

a) Deponieren von frischem Pferdemist in einem allseits geschlossenem Sammelbehälter, der eine definierte Luftführung aufweist; b) Vortrocknen des frischen Pferdemistes in dem Sammelbehälter derart, dass der Pferdemist mindestens über einen Zeitraum von einer Stunde einer Temperatur von mehr als 70 ⁰ C ausgesetzt ist; c) Zerkleinern des auf einen Restfeuchtegehalt von maximal 45 % bezogen auf die Gesamtmasse des vorgetrockneten Pferdemistes derart, dass der Pferdemist eine mittlere Faserlänge von maximal 120 mm aufweist; d) Nachtrocknen des zerkleinerten Pferdemistes auf einen Restfeuchtegehalt im Bereich von 4 % bis 12 % bezogen auf die

Gesamtmasse des zerkleinerten Pferdemistes; e) Befeuchten des nachgetrockneten und zerkleinerten Pferdemistes derart, dass der Wassergehalt des resultierenden befeuchteten Pferdemistes im Bereich von 14 % bis 24 % bezogen auf die Gesamtmasse beträgt; und f) Pelletieren des im Schritt e) befeuchteten Pferdemistes.

Es hat sich überraschend gezeigt, dass es nicht ausreicht, den Pferdemist zu trocknen und nach Zerkleinerung zu verpressen. Vielmehr ist es unbedingt erforderlich, nach der Deponierung des frischen Pferdemistes in einem allseits geschlossenen Sammelbehälter und der entsprechenden Vortrocknung und einer Vorzerkleinerung den zerkleinerten Pferdemist auf einen Restfeuchtegehalt im Bereich von 4 % bis 12 % nachzutrocknen, d.h. eine Trockenmasse von mindestens 88 % zu erreichen. Es muss nämlich beachtet werden, dass der vorgetrocknete und zerkleinerte Pferdemist bei einem Restfeuchtegehait von über 15 % einen idealen Nährboden für Bakterien und Pilze bildet und zur Sicherstellung eines brauchbaren Ausgangsmaterials durch

die Nachtrocknung auf einen Restfeuchtegehalt von unter 12 %, vorzugsweise unter 10 %, dieses steril wird.

Zur Pelletierung ist es dann erforderlich, das zu pelletierende Material auf eine Trockenmasse im Bereich von 36 % bis 86 % zu bringen. Das zur Sterilisierung stärker getrocknete Material hat sich als nicht geeignet zur Pelletierung herausgestellt.

Der Schritt des Vortrocknens wird vorzugsweise erst dann beendet, wenn der mittlere Restfeuchtegehalt im Bereich von 15 % bis 30 % und bevorzugt im Bereich von 15 % bis 20 % liegt. Dies ist allerdings witterungsabhängig. Während in der warmen Jahreszeit durch das Ansteigen der Sättigungsdefizite der Außenluft ein Restfeuchtegehalt von 15 % bis 20 % durch Selbsterwärmung des deponierten Pferdemistes erreicht werden kann, setzt der Belüftungszyklus in der kalten Jahreszeit erst ab einer Temperaturdifferenz von 5 ⁰ C bis 10 ⁰ C ein. Aufgrund der mit zunehmender Trocknungsdauer abnehmenden Selbsterwärmung und Verlangsamung des Trocknungsprozesses kann bei der Vortrocknung in der kalten Jahreszeit unter Umständen nur ein Restwassergehalt von 30 % bis 40 % erreicht werden.

Vorteilhaft ist es, wenn vor der Deponierung beispielsweise durch einen Schneckenverdichter in der Einfüllöffnung des Sammelcontainers eine Verdichtung und mechanische Trocknung des frischen Pferdemistes auf einen Restfeuchtegehalt im Bereich von 45 % bis 55 % durchgeführt wird.

Die Vortrocknung sollte im Ruhezustand über einen Zeitraum von mindestens 48 Stunden durchgeführt werden. Vorteilhaft ist es, wenn dabei ohne Be- und Entlüftung eine Temperatur von über 70 ⁰ C erreicht wird, indem beispielsweise das Lüftungssystem des Sammelcontainers entsprechend angesteuert wird. Durch die Eigenwärme des Pferdemistes, die im Bereich von 80 ⁰ C bis 90 ⁰ C liegt, erfolgt dann eine Sterilisation des frischen Pferdemistes, so dass

schädliche Kontamination durch Bakterien und Pilze verhindert bzw. mindestens reduziert wird.

Der nachgetrocknete Pferdemist sollte auf eine Korngröße von maximal 2 mm beispielsweise mit Hilfe einer Hammermühle zerkleinert werden. Dies ist eine Voraussetzung für so genannte „Biofuel-Pellets", die vor der Verbrennung zu Pulver zerrieben und über spezieile Düsen in einen Brennraum eingeblasen und verbrannt sowie gegebenenfalls in elektrische Energie umgewandelt werden.

Die Aufgabe wird weiterhin durch die Einrichtung der eingangs genannten Art gelöst durch:

- mindestens einen allseits geschlossenen Sammelbehälter mit definierte Luftführung zur Deponierung von frischem Pferdemist und Vortrocknung derart, dass der Pferdemist mindestens über einen Zeitraum von einer Temperatur von mehr als 70 ⁰ C ausgesetzt werden kann;

- einem Schredder zur Zerkleinerung des im mindestens einen Sammelbehälter vorgetrockneten Pferdemistes auf eine mittlere

Faserlänge von maximal 120 mm;

- einer mit dem Ausgang des Schredders kommunizierende Nachtrocknungseinheit zur Nachtrocknung des zerkleinerten Pferdemistes auf einen Restfeuchtgehalt im Bereich von 4 % bis 12 %;

- einer Befeuchtungseinrichtung zur Befeuchtung des nachgetrockneten und zerkleinerten Pferdemistes auf einen Wassergehalt im Bereich von 14 % bis 24 %; und

- einer Pelletierpresse zum Herstellen von Pellets aus dem befeuchteten Pferdemist.

Zur Herstellung von brennbaren Pellets aus Pferdemist ist es wesentlich, den vorgetrockneten und geschredderten Pferdemist nachzutrocknen und vor der Pelletierung wieder zu befeuchten.

Vorteilhaft ist es, wenn am Ausgang des Schredders ein Zyklon zur pneumatischen Förderung des zerkleinerten Pferdemistes angeordnet ist. Mit Hilfe des Zyklons erfolgt neben dem pneumatischen Transport auch ein Wasseraustrag zur Nachtrocknung.

Die eigentliche Nachtrocknung selbst wird jedoch vorzugsweise mit einem Bandtrockner durchgeführt, auf dem das vorgetrocknete und geschredderte Material transportiert wird. Mit der durch das Transportband des Bandtrockners durchströmenden Luft mit einer Temperatur von im Bereich von 40 ⁰ C bis 90 ⁰ C wird die Feuchtigkeit aufgenommen und mit einer Zwangsentlüftung nach oben abgesogen. Aufgrund der geringen Schüttdichte von weniger als 50 kg/m ³ sollte nur eine Zwangsentlüftung, nicht jedoch eine Druckentlüftung vorgenommen werden.

Mit einer Hammermühle kann das nachgetrocknete Material dann auf eine Korngröße von maximal 2 mm zerkleinert werden, so dass sich das Material dann in einen Brennraum eindüsen lässt.

Am Ausgang der Pelletierpresse haben die Pellets eine relativ hohe Temperatur. Es hat sich dann herausgestellt, dass die Qualität durch rapide Aufnahme von Außenluftfeuchte, die die Pellets aufgrund ihrer hohen Temperatur aufnehmen können, unter Umständen leidet. Es ist daher vorteilhaft, wenn am Ausgang der Pelletierpresse eine Kühl- und Trocknungseinheit angeordnet ist, um die Pellets auf einen Restfeuchtegehalt von weniger als 10 % zu trocknen und auf eine Temperatur von unter 40 ⁰ C mit vorgewärmter Außenluft herabzukühlen, wobei die Außenluft eine Temperatur im Bereich von 20 ⁰ C bis 40 ⁰ C haben sollte.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Figur 1 - schematisches Blockdiagramm einer Einrichtung zur

Herstellung brennbarer Pellets mit Verfahrensflussdiagramm.

Die Figur 1 lässt ein Blockdiagramm einer Einrichtung 1 zur Herstellung von Pellets aus Pferdemist erkennen. Der Pferdemist wird am Ort der Entstehung, d.h. vor Ort in den Pferdebetrieben in Sammelbehältern 2 gesammelt und vorgetrocknet. Der eingesammelte Pferdemist sollte dabei unbedingt in frischer Form ohne Zwischenlagerung in den Sammelbehälter 2 gefüllt werden. Vorzugsweise sollte das Material durch einen Schneckenverdichter zur mechanischen Trocknung vor oder während des Einfüllens in den Sammelbehälter 2 geführt werden Durch Verdichtung auf einen Restfeuchtegehalt von 45 % bis 55 %, zur Verdichtung, Vermischung und Zerkleinerung von größeren Knäueln und Feuchtigkeitsnestern in dem Sammelbehälter 2 wird der Pferdemist dann im Urzustand ohne Be- und Entlüftung bei über 70 ⁰ C gehalten, um durch seine Eigenwärme (80 ⁰ C bis 90 ⁰ C) einem Sterilisationsprozess unterzogen zu werden. Während der Lagerung des gesammelten Pferdemistes im Sammelbehälter 2 wird durch die mechanische Trocknung (Verdichtung) Flüssigkeit durch ein Ablaufsystem kontinuierlich abgegeben und aufgefangen. Zudem erfolgt durch eine Belüftung mit Zwangsentlüftung ein Trocknungsprozess.

Bei frischem, feuchtem Pferdemist kommt es aufgrund der biologischen Aktivität zu einer Erwärmung im Inneren der Schüttung des Sammelbehälters 2. Die gezielte Ausnutzung dieser Energie, die aus dem Substan∑abbau stammt, ist mit einer aktiven Belüftung des Sammelbehälters 2 möglich. Dies geschieht mit kalter Außenluft (Belüftungskühlung). Die Selbsterwärmung im deponierten Pferdemist erhöht das Wasseraufnahmevermögen der Luft. Durch

intermittierende Belüftung wird die feuchte Luft im Pferdemist durch die Zwangsentlüftung abgeführt, wobei der Pferdemist abkühlt.

Der Belüftungszyklus ist temperaturgesteuert und setzt in der kalten Jahreszeit erst ab einer Temperaturdifferenz von ca. 5 ⁰ C bis 10 ⁰ C ein. In dieser Jahreszeit ist der Wasserentzug geringer als in der warmen Jahreszeit, in der das Sättigungsdefizit der Außenluft mit steigender Temperatur ansteigt. Die Selbsterwärmung nimmt mit zunehmender Trocknungsdauer ab, so dass sich der Trocknungsprozess verlangsamt.

Im Ergebnis werden ein Restwassergehalt von 15 % bis 20 % in der warmen Jahreszeit und ein Restwassergehalt von 30 % bis 40 % in der kalten Jahreszeit erreicht.

Der in den Sammelbehältern 2 deponierte Pferdemist hat die Eigenschaft, dass die Struktur des Halmgurtes durch Harnstoff (H ₂ N - CO - NH ₂ ) stark geschwächt (zersetzt) ist. Die Mindestverweildauer für die Strukturschwächung und Trocknung des Pferdemistes im Sammelbehälter 2 beträgt 48 Stunden.

Die Entstehung von Ammoniak (NH3) wird durch Be-/Entlüftung des Pferdemistes im Sammelbehälter 2 verhindert. Ammoniak entsteht nur unter Sauerstoffausschluss. Stickstoff wird bei der Vortrocknung in die Umgebungsluft abgegeben.

Die gefüllten Sammelbehälter 2 werden mit Lastwagen 3 im Austausch bei den Pferdebetrieben abgeholt und zu einer zentralen Pelletieranlage gebracht. Die Sammelbehälter 2 können Sammelcontainer oder Polyflex-Beutel sein. Polyflex-Beutel sind flexible Beutel aus einem Gewebe, das aus polyethylenhaltigem Material besteht.

Der im Sammelbehälter 2 vorgetrocknete Pferdemist wird mit einem Lastkraftwagen 3 zur Pelletieranlage transportiert und in einen Aufgabebunker 4

mit Austragungssystem gekippt. über eine Austragsdosierschnecke 5 und Schrägförderschnecke 6 wird das Material dann einem Schredder 7 zugeführt. In dem Schredder erfolgt eine Zerkleinerung der Halmgüter auf maximal 120 mm und eine Zerkleinerung von Knäueln und festen Klumpen des vorgetrockneten Pferdemistes. Zudem wird der Rohstoff homogenisiert. Der Schredder 7 weist vorzugsweise vier dreieckige Flacheisen (Messer) auf einer rotierenden Scheibe auf.

Das zerkleinerte Material wird dann über eine pneumatische Förderstrecke 8 über einen Zyklon 9, der an einem Filter 10 und Ventilator 11 angeschlossen ist, einem Vorratsbehälter 12 zugeführt.

über eine Dosierschnecke 13 wird das Material dann einer Nachtrocknungseinheit 14 zugeführt. Weiterhin ist eine Rückführschnecke 15 vorgesehen, die in den Vorratsbehälter 12 mündet, um ein Kreislaufsystem zu schaffen und zu gewährleisten, dass das Material im Vorratsbehälter 12 umgewälzt wird. Hierzu hat der Vorratsbehälter zudem ein Rührwerk.

Die Nachtrocknungseinheit 14 ist ein Bandtrockner mit einem luftdurchlässigen Band. Das nachzutrocknende, zerkleinerte und vorgetrocknete Material wird auf dem luftdurchlässigen Band mit Hilfe der Dosierschnecke 13 gleichmäßig verteilt. An der Seite des Bandtrockners wird Außenluft angesogen. Unter dem luftdurchlässigen Band befinden sich großflächige Wärmetauscher, die den

Luftstrom wahlweise zwischen 40 ⁰ C bis 90 ⁰ C erwärmen. Die erwärmte Luft durchströmt dann unten das Band und das daraufliegende nachzutrocknende

Material. Die erwärmte Luft nimmt die Feuchtigkeit aus dem nachzutrocknenden

Pferdemist auf und wird mit einer Zwangsentlüftung nach oben abgesogen.

Mindestens vor und nach dem Bandtrockner wird eine kontinuierliche Feuchtigkeitsmessung durchgeführt und in Abhängigkeit von dem

Feuchtegehalt des Eingangsmaterials die Geschwindigkeit des Bandes und die

Temperatur des Luftstroms geregelt, so dass das nachgetrocknete Material eine Trockenmasse von bevorzugt 92 % (± 1 %) hat.

Das nachgetrocknete Material wird mit einer Schrägförderschnecke 16 über einen Elevator 17, einem weiteren Vorratsbehälter 18 mit Rührwerk zugeführt.

Das zu verarbeitende Rohmaterial sollte nach Möglichkeit bis zu dem Vorratsbehälter 18 nicht zum Stillstand kommen. Es bietet mit einem Feuchtigkeitsgehalt von über 15 % einen idealen Nährboden für Bakterien und Pilze. Mit Hilfe der Rückführschnecke 15 wird ein Stillstand im ersten Vorratsbehälter 12 und der Nachtrocknungseinheit 14 sichergestellt. Am Ausgang der Nachtrocknungseinheit 14 ist das Material hingegen mit einem Restfeuchtegehalt von unter 10 % steril und kann über einen längeren Zeitraum gelagert werden.

Das nachgetrocknete Material wird über eine Dosierschnecke 19 einer Hammermühle 20 zugeführt. Diese hat einen Filter, einen Sammelbehälter, eine Austragungsschecke und eine Schleuse. Mit der Hammermühle 20 wird das nachgetrocknete Material auf eine Korngröße von maximal 2 mm zerkleinert.

Zum Abscheiden von Schwergut und Metall sind eine Austragungsschnecke 21 und ein Auffangbehälter 22 am Ausgang der Austragungsschnecke 21 vorgesehen.

Das mit der Hammermühle 20 zerkleinerte Material wird über einen Elevator 23, einer Befeuchtungseinheit (Konditioneur) 24 zugeführt. In der Befeuchtungseinheit 24 wird mit Wasserdampf der Feuchtigkeitsgehalt des nachgetrockneten und weiter zerkleinerten Materials von unter 10 % auf einen Restfeuchtegehalt von im Bereich von 16 % bis 22 % heraufgesetzt. Das befeuchtete Material wird dann einem weiteren Vorratsbehälter 25 mit Rührwerk zugeführt und über eine Dosierschnecke 26 in eine Pelletierpresse 27 geleitet. Das Material hat im losen Zustand eine sehr geringe Dichte von weniger als 50

kg/m ³ , so dass die Dosierschnecke 26 zur Förderung des Materials in den Pelletierraum der Pelletierpresse 27 vorgesehen. Im Unterschied zu anderen Brennstoffen kann der, wie oben beschrieben, vorbehandelte Pferdemist ohne Zusatzstoffe pelletiert werden, da durch die Zusammensetzung der Inhaltsstoffe und die Trocknungsbehandlung eine ausreichende Festigkeit erzielt wird. Zudem sind die Brennwerte zur Verwendung als Brennstoff im kleinen und industriellen Maßstab geeignet.

über eine Schrägförderschnecke 28 und einen Elevator 29 werden die Pellets einer Kühl- und Trocknungseinheit 30 zugeführt. In der Trocknungseinheit wird vorzugsweise ein Druckabfail auf über 1000 Pa erzwungen.

Durch die Reibung und Verdichtung des zu pelletierenden Materials in der Ringmatrize der Pelletierpresse 27 erreichen die Pellets beim Austritt Temperaturen zwischen 80 ⁰ C und 100 ⁰ C. Da die Pellets in diesem Zustand einen höheren Feuchtigkeitsgehalt als vergleichbarer Brennstoff-Pellets aus anderen Materialien haben, wird die Kühleinheit mit vorgewärmter Außen luft (20 ⁰ C bis 40 ⁰ C) geschickt, um die Pellets auf unter 10 % Feuchtigkeitsgehalt zu trocknen.

über eine Siebmaschine 31 und ein Pelletförderband 32 sowie einen weiteren Elevator 33 werden die Pellets dann in Silos 34a, 34b gelagert, die über einen Verteilregler angesteuert werden. über Auslaufschieber 37a, 37b, 37c und ein Pelletregler 38 werden die Pellets dann in Lkws 39, Schienenfahrzeuge oder Schiffe verladen.

Hierzu werden die Pellets von dem Pelletregler 38 über einen Elevator 40 unter einem Aspirationsfilter 41 in den Lastkraftwagen 39 geleitet.

Die Einrichtung 1 hat vorzugsweise ein Blockheizkraftwerk 42 mit einem Pufferspeicher 43 zur Speicherung von thermischer Energie. Das Blockheizkraftwerk 42 ist mit einem öffentlichen Stromnetz 44 verbunden, um

mindestens bei Abschaltung der Einrichtung 1 die erzeugte elektrische Energie in das Stromnetz zu speisen.

Das Blockheizkraftwerk 42 kann mit den erzeugten Pellets oder mit sonstigen Kraftstoffen, wie zum Beispiel Pflanzenölen, betrieben werden.